Mikogliazellen: Vergiftung in den eigenen Reihen

22. Februar 2016
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Mikrogliazellen sind an Entzündungen im Gehirn beteiligt. Durch die Kombination der Substanzen Lipopolysaccharid und Interferon-gamma setzen die Zellen starke Abewehrstoffe frei, sodass die Nervenzellen vergiftet werden. Hemmstoffe könnten die Entzündungsreaktion dämpfen.

Bruchstücke von Bakterienhüllen veranlassen in Kombination mit einem Botenstoff des Immunsystems, dass Mikrogliazellen zu einem Großangriff übergehen, bei dem sie neben den Eindringlingen auch Nervenzellen abtöten. Ein Forscherteam um Professor Dr. Oliver Kann, Neurophysiologe am Universitätsklinikum Heidelberg, erklärt, was Mikrogliazellen dazu bringt, körpereigene Nervenzellen massiv zu schädigen.

Interaktion der Mikrogliazellen bei MS relevant

Bisher standen Wissenschaftler den überschießenden Entzündungsreaktionen im Gehirn, die bei verschiedenen Erkrankungen auftreten können, ratlos gegenüber. Der zugrundeliegende Mechanismus ließ sich mit bisher genutzten Methoden nicht hinreichend klären. Bekannt ist allerdings, dass er nicht nur bei bakteriellen Infektionen, sondern auch bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Morbus Alzheimer und Multipler Sklerose (MS) eine Rolle spielen könnte: Hier wüten die Mikrogliazellen ebenfalls in den körpereigenen Reihen. Die Ergebnisse rücken nun einen potentiellen Ansatzpunkt für neue Therapien in den Fokus: die Interaktion zwischen Mikrogliazellen und den Immunzellen des restlichen Körpers.

Die Erkenntnisse gewannen die Wissenschaftler aus einem sehr komplexen Gewebemodell: Dabei werden nicht nur verschiedene Typen von Hirnzellen, sondern ganze Hirnschnitte in einem Nährmedium am Leben erhalten. So lassen sich der natürliche, hochkomplexe Zellverband aus verschiedenen Nerven- und Gliazellen, deren Funktionen und Interaktionen über längere Zeit beobachten und daher lebensnah studieren. An solchen Hirnschnitten testeten die Forscher die Reaktion des Zellverbands auf Substanzen, die bei Erkrankungen im Gehirn eine Rolle spielen und für die Mikrogliazellen Detektoren besitzen.

Bakterienbaustein allein aktiviert nur mäßig

Das ist zum einen ein Baustein von Bakterienhüllen, ein Lipopolysaccharid (LPS). Mikrogliazellen erkennen LPS mithilfe des Toll-like-Rezeptor 4 (TLR4) und nehmen so die Fährte eingedrungener Bakterien – beispielsweise Meningokokken oder Kolibakterien – auf. Außerdem reagieren die Zellen auf den körpereigenen Botenstoff Interferon-gamma (IFN-γ), den nur bestimmte Immunzellen von außerhalb des Gehirns, zum Beispiel T-Lymphozyten, bei Kontakt mit Krankheitserregern freisetzen. Im Experiment ließen sich die Mikrogliazellen sowohl von dem bakteriellen Lipopolysaccharid als auch von dem Botenstoff der T-Lymphozyten, jeweils separat dem Gewebemodell zugesetzt, aktivieren. Die Nervenzellen beeinträchtigte diese Aktivierung jedoch kaum.

Anders, wenn Lipopolysaccharid und IFN-γ gemeinsam zugegeben wurden: Die Mikrogliazellen gaben eine so große Menge an Abwehr- und Entzündungsstoffen ab, sodass sie damit auch die Nervenzellen vergifteten. Besonders das von den Mikrogliazellen zur Bakterienabwehr freigesetzte Stickstoffmonoxid (NO) setzte den Nervenzellen zu. Unterdrückten die Wissenschaftler die NO-Bildung in den Mikrogliazellen durch Zugabe eines speziellen Hemmstoffs, verlief die Abwehrreaktion milder, die Nervenzellen überlebten. „Eventuell eröffnet sich damit eine neue therapeutische Möglichkeit, um die Nervenzellen bei entzündlichen Erkrankungen zu schützen“, erklärt Kann.

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Hirngewebe, in dem Abwehrzellen (Mikrogliazellen) grün, ein bestimmter Typ von Nervenzellen rot und Zellkerne blau mit Fluoreszenzfärbungen dargestellt sind. © Universitätsklinikum Heidelberg

Mikrogliazellen reagieren auf Proteinablagerung bei Alzheimer

„Die neuen Daten sind eine Überraschung“, so Kann. „Denn bisher ließen Studien mit einfachen Zellkulturen darauf schließen, dass für die Überreaktion der Mikrogliazellen ein einzelner Stimulus, z.B. das bakterielle Lipopolysaccharid, ausreicht. Es scheint aber noch das Startsignal der Lymphozyten nötig zu sein. Das ist bedeutsam für das Verständnis und die weitere Erforschung entzündlicher Hirnerkrankungen.“

Obwohl Bakterien bei Alzheimer oder MS nicht im Spiel sind, könnte dieser Mechanismus bei neurodegenerativen Erkrankungen wie diesen trotzdem relevant sein: Der TLR4 der Mikrogliazellen funktioniert nur sehr ungenau und reagiert auch auf ein Eiweiß, das sich bei der Alzheimer-Erkrankung im Gehirn ablagert. Die Mikrogliazellen sind dauerhaft in Alarmbereitschaft. Kommen jetzt noch aktivierte T-Lymphozyten hinzu, insbesondere im Rahmen einer weiteren Erkrankung, startet die Entzündung im Gehirn. Auch bei MS sind Interaktionen zwischen T-Lymphozyten und Mikrogliazellen bekannt. „Es werden noch weitere experimentelle Studien nötig sein, um zu klären, bei welchen Erkrankungen und Reizen dieser Mechanismus in Gang gesetzt wird“, sagt der Neurophysiologe.

Originalpublikation:

TLR4-activated microglia require IFN-γ to induce severe neuronal dysfunction and death in situ.
Ismini E. Papageorgiou et al.; PNAS, doi: 10.1073/pnas.1513853113; 2015

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