Forschern ist es gelungen, den Einfluss von Calciumsignalen auf das Immunsystem im Nanobereich näher zu beschreiben. Sie analysierten an immunologischen Synapsen und wiesen nach, dass Calcium regulierend auf das Immunsystem wirkt.
Das menschliche Immunsystem muss „Freund“ von „Feind“ unterscheiden. Gegenüber dem „Freund“ soll das Immunsystem tolerant reagieren, das heißt nicht aktiviert werden, den „Feind“ soll es aber mit allen Mitteln bekämpfen. Dazu bilden bestimmte Zellen des Immunsystems, die T-Zellen, spezialisierte Kontakte mit anderen Zellen aus, die sogenannten immunologischen Synapsen. „Ähnlich wie bei einer Synapse zwischen Nervenzellen werden an der immunologischen Synapse Informationen zwischen verschiedenen Zellen ausgetauscht – ein Schritt, der für die Aktivierung des Immunsystems von entscheidender Bedeutung ist“, erläutert Markus Hoth, Biophysik-Professor der Saar-Uni. Eine wichtige Rolle hierbei spiele die Erhöhung der Calciumkonzentration in den T-Zellen, denn Calciumsignale aktivieren die T-Zellen. „Auf diese Weise kontrollieren und regulieren sie wichtige Funktionen des Immunsystems und tragen wesentlich dazu bei, dass Gleichgewicht des Immunsystems zu erhalten“, sagt Hoth. Calciumsignale sind zum einen an der Immunreaktion gegenüber Viren beteiligt, aber auch an der Vermeidung von Immunreaktionen gegenüber harmlosen Substanzen. Entscheidend dabei ist jeweils die Konzentration der Calciumsignale.
Die wesentlichen experimentellen Arbeiten für die Publikation wurden von Ariel Quintana und Christian Junker, beide Mitarbeiter von Professor Markus Hoth, sowie Mathias Pasche im Team von Ute Becherer und Physiologie-Professor Jens Rettig durchgeführt. Sie analysierten die Wirkweise des Calciums in sehr kleinen Nanobereichen an den immunologischen Synapsen in T-Zellen. Dabei konnten sie das genau aufeinander abgestimmte Zusammenspiel von Calciumkanälen, Calciumpumpen und den Kraftwerken der Zellen, Mitochondrien, im Detail mit hochwertigen Mikroskopietechniken bestimmen.
An der Studie war auch Heiko Rieger, Professor für Theoretische Physik am Saarbrücker Campus, beteiligt. „Für uns zeigte sich auf beeindruckende Weise, wie physikalische Prinzipien dazu beitragen, fundamentale zelluläre Signalmechanismen – in diesem Fall in menschlichen T-Zellen – zu verstehen“, sagt Heiko Rieger. Sehr wichtig für das quantitative Verständnis seien darüber hinaus mathematische Modelle, wie sie von den Forschern der Theoretischen Physik an der Saar-Uni entwickelt werden. „Sie erlauben es letztendlich erst, die Aktivierung der Immunzellen in ihrer ganzen Komplexität mechanistisch zu erfassen“, ergänzt Rieger.
