Bei einer Infektion oder Immunisierung erzeugen alle Kieferwirbeltierarten Proteine, sogenannte Antikörper, die Krankheitserreger binden und neutralisieren. Starke und lang anhaltende Antikörperreaktionen werden bei warmblütigen Arten wie Säugetieren in sekundären lymphoiden Mikrostrukturen (SLMs) erzeugt, deren Herzstück die Keimzentren (GCs) sind.
Trotz des offensichtlichen Fehlens von GCs oder ähnlichen SLMs bei kaltblütigen Wirbeltieren (z. B. Fischen) können diese Arten erhebliche Antikörperreaktionen auslösen, die mehrere Monate anhalten können. Daher bleibt seit Jahrzehnten die offene Frage, wie und wo Antikörperreaktionen in Arten erzeugt werden, denen GCs oder analoge SLM-Strukturen fehlen.
A neue Studie auf dem Cover der Zeitschrift abgebildet Wissenschaftliche Immunologie, überdenkt das Verständnis der Immunantworten bei Kaltblütern. Forscher an der School of Veterinary Medicine (Penn Vet) der University of Pennsylvania haben entgegen früherer Annahmen herausgefunden, dass die Induktion von Antikörperreaktionen bei Knochenfischen in ursprünglich organisierten SLMs erfolgt, die eine ähnliche Rolle wie GCs warmblütiger Tiere spielen.
Genauer gesagt identifiziert die Studie die Bildung großer Aggregate stark proliferierender B-Zellen (Zellen, die Antikörper produzieren) und T-Zellen (Zellen, die B-Zellen bei der Produktion von Antikörpern unterstützen) in der Milz bei einer Infektion oder Immunisierung von Fischen. Die neu induzierten B- und T-Zellzonen werden in der Nähe von Melanomakrophagenzentren (MMCs) gebildet, bei denen es sich um Gewebebereiche handelt, die Gruppen dunkel gefärbter Melanomakrophagen enthalten, in denen das Antigen bei einer Infektion zurückgehalten wird.
Diese neu entdeckten MMC-assoziierten Lymphaggregate (M-LAs) enthalten zahlreiche Antigen-spezifische B-Zellen und unterstreichen damit ihre Schlüsselrolle bei der Immunantwort. Darüber hinaus kommt es in M-LAs ähnlich wie bei GCs zu einer klonalen Expansion von B-Zellen und zu somatischen Hypermutationsprozessen.
„Unsere Ergebnisse stellen das frühere Dogma in Frage, dass Fische keine spezifischen lymphoiden Mikroumgebungen enthalten, in denen Immunantworten erzeugt werden, und enthüllen gleichzeitig eine bisher unbekannte Art von SLM bei Wirbeltieren mit Kiefer“, sagte J. Oriol Sunyer, korrespondierender Autor der Studie und Professor für Immunologie an der Penn Tierarzt. „Diese Entdeckung hat weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis der Evolution des Immunsystems und seiner möglichen Anwendungen in verschiedenen Bereichen, von der Fischimpfstoffkunde bis zur Humanmedizin.“
Die Forschung bietet eine neue Perspektive darauf, wie Immunreaktionen bei Wirbeltieren induziert werden können, und bietet damit neue Möglichkeiten, ursprünglich konservierte Prinzipien zu verstehen, nach denen M-LAs und GCs funktionieren.
„Zum Beispiel sind M-LAs von Fischen hochgradig polyklonale Strukturen und ähneln somit neu identifizierten GCs von Säugetieren, die in polyklonalen Umgebungen funktionieren“, sagte Sunyer. „Daher wird die Untersuchung von Fisch-M-LAs wahrscheinlich Aufschluss über die Mechanismen geben, durch die sowohl polyklonale GCs als auch M-LAs gebildet werden.“
Aus angewandter Sicht sind diese Erkenntnisse entscheidend für die Entwicklung wirksamerer wissensbasierter Impfstoffe für Fische. Probleme im Krankheits- und Gesundheitsmanagement sind eine der größten Hürden für die sich entwickelnde Aquakulturindustrie in den USA und weltweit.
Während an Fische verabreichte Impfstoffe enorm zur nahezu Ausrottung mehrerer Fischkrankheiten beigetragen haben, sind viele Impfstoffe gegen eine Reihe alter und neu auftretender Fischpathogene ineffizient, da wir nicht wissen, wie Immunreaktionen bei diesen Arten hervorgerufen werden.
„Da wir nun wissen, wo und wie Antikörperreaktionen bei Fischen induziert werden, wird die Untersuchung von M-LAs Korrelate der Immunaktivierung und des Immunschutzes identifizieren, die den Weg für das Screening und die Entwicklung wirksamerer und sichererer Impfstoffe und Adjuvantien für die Aquakultur ebnen.“ Industrie“, fügte Sunyer hinzu.
Mehr Informationen:
Yasuhiro Shibasaki et al. Kaltblütige Wirbeltiere entwickelten organisierte, keimzentrumähnliche Strukturen. Wissenschaftliche Immunologie (2023). DOI: 10.1126/sciimmunol.adf1627