Forscher der University of Alberta haben neue Informationen über einen zellulären Mechanismus im Immunsystem entdeckt, der einen entscheidenden Schritt zum besseren Verständnis der Entwicklung und Verbesserung von Antikörpern im menschlichen Körper darstellt.
Die Antikörper, die unser Immunsystem produziert, müssen fein abgestimmt werden, um ihre maximale Wirksamkeit zu erreichen. Wenn ein Impfstoff oder Krankheitserreger zum ersten Mal in unseren Körper eingeführt wird, helfen Antikörper, die gegen diese Mittel produziert werden, uns zu schützen – müssen aber optimiert werden, erklärte Matthew Macauley, Assistenzprofessor am Department of Chemistry.
„Langsam verbessert unser Immunsystem die Fähigkeit des Antikörpers[ies] ihr Ziel zu erkennen und sie immer besser zu machen“, sagte er.
In einem Prozess, der als Antikörper-Affinitätsreifung bezeichnet wird, werden Antikörper besser, indem sie sich entwickeln, um enger an ihr Ziel zu binden. Dieser Prozess erfolgt durch Mutationen auf pseudozufällige Weise. Dann werden, wie Macauley erklärte, in einer hoch orchestrierten Reihe von Ereignissen Mutationen ausgewählt, die die Fähigkeit von Antikörpern verbessern, ihr Ziel zu erkennen.
Auf den Punkt gebracht, wie sich Antikörper anpassen
Der komplexe Prozess der Auswahl des besten Antikörpers findet im Keimzentrum statt, in einem Prozess, der als Keimzentrumsreaktion bezeichnet wird. Wenn das Ziel darin besteht, Impfstoffe noch wirksamer und langlebiger zu machen, müssen Wissenschaftler diesen wichtigen Ort und den Prozess ihrer Entwicklung besser verstehen, sagte Ph.D. Kandidat Jhon Enterina, der der Erstautor der Studie war.
Ein Standardansatz, den Immunologen in den letzten 20 bis 30 Jahren zur Untersuchung des Keimzentrums verwendet haben, bestand darin, spezifische Kohlenhydrate auf der Oberfläche der weißen Blutkörperchen im Keimzentrum als Identifizierungsmarker zu betrachten. Macauley, der sich als Netzwerkforscher beim pankanadischen Forschungsnetzwerk GlycoNet auf Kohlenhydrate konzentriert, wurde darauf aufmerksam.
„Wir begannen uns zu fragen, ob diese Kohlenhydrate eine Funktion haben? Sie sind wahrscheinlich nicht nur für uns da, um sie zu identifizieren, sie spielen wahrscheinlich eine wichtige Rolle.“
B-Zellen sind die Art von weißen Blutkörperchen, die Antikörper bilden. Wenn B-Zellen eine Komponente eines Impfstoffs oder Krankheitserregers erkennen, bewirkt dies, dass sich B-Zellen in spezialisiertere B-Zellen des Keimzentrums verwandeln. Es sind diese spezialisierten Zellen, die einen einzigartigen Satz von Kohlenhydraten auf ihrer Oberfläche haben. Hier sah Macauley eine Gelegenheit, dem Prozess auf den Grund zu gehen.
„Da sich die Kohlenhydrate im Keimzentrum in einen anderen Typ verwandeln, haben wir uns einen ziemlich einfachen Weg ausgedacht, um ihre Funktion zu testen: Stoppen Sie einfach, dass sie sich verändern, und sehen Sie, was passiert“, sagte er.
Macauley und sein Team erstellten ein spezifisches Modell, um zu verhindern, dass die Änderungen auftreten. „Dies wurde auf genetischer Ebene erreicht. Normalerweise wird ein Enzym in B-Zellen des Keimzentrums abgeschaltet, also haben wir den Zellen einfach nicht erlaubt, es abzuschalten.“
Dabei fanden sie wichtige Informationen über die Mechanismen, die im Keimzentrum ablaufen.
„Wir haben diese Veränderungen mit einem Proteinrezeptor namens CD22 in Verbindung gebracht, der die wichtigsten Kohlenhydrate erkennt.“
Das Keimzentrum ist besonders schwierig zu untersuchen, da es nicht ohne weiteres in einer Petrischale untersucht werden kann. Sobald Keimzentrumszellen aus ihrer natürlichen Umgebung im Körper entnommen werden, sterben sie innerhalb weniger Stunden ab. Darüber hinaus teilen sich die Zellen im Keimzentrum am schnellsten aller Säugetierzellen, sogar schneller als Krebszellen.
Der Grund, warum sich diese Zellen so schnell teilen, ist, dass es für unseren Körper entscheidend ist, so schnell wie möglich Antikörper zu entwickeln, um Krankheitserreger zu neutralisieren, bevor es zu spät ist, sagte Macauley.
Viele Krankheiten wie Krebs oder Autoimmunerkrankungen gehen davon aus, dass das Keimzentrum außer Kontrolle gerät. Bevor Wissenschaftler jedoch herausfinden können, wie dieser Schlüsselbereich im Körper kontrolliert werden kann, „müssen wir überhaupt wissen, was die richtigen Kontrollen sind, und wir sind noch weit davon entfernt, alle Antworten zu haben“, bemerkte Macauley.
„Es ist ein sehr komplexer Prozess. Und trotz aller Erkenntnisse, die in den letzten 10 Jahren gemacht wurden, gibt es immer noch viele Fragen zum Keimzentrum, also gibt dies einen weiteren Einblick in einen der Mechanismen, die es kontrollieren.“
Jhon R. Enterina et al., Koordinierte Änderungen der Glykosylierung regulieren das Keimzentrum durch CD22, Zellberichte (2022). DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110512