MGCs und Fresszellen (Makrophagen) wurden mit Membran-spezifischen (grau) und Zellkern-spezifischen (blau) Farbstoffen gefärbt. Auf dem Bild sind zwei Riesenzellen zu sehen (Mitte und unten links), die von einigen kleineren, einkernigen Fresszellen umgeben sind. (Bild: Ronny Milde / TUM)
MGCs und Fresszellen (Makrophagen) wurden mit Membran-spezifischen (grau) und Zellkern-spezifischen (blau) Farbstoffen gefärbt. Auf dem Bild sind zwei Riesenzellen zu sehen (Mitte und unten links), die von einigen kleineren, einkernigen Fresszellen umgeben sind. (Bild: Ronny Milde / TUM)
  • Forschung

Forscher entschlüsseln die Fähigkeiten von Riesenzellen des ImmunsystemsGigantische Müllschlucker

Ist Müll für den normalen Hausmüll zu groß und sperrig, entsorgen ihn die Experten des Sperrmülldienstes. Dass auch Zellen für große Abfallprodukte ein eigenes Entsorgungssystem haben und wie es funktioniert, fanden Forscher der Technischen Universität München (TUM) jetzt in Zusammenarbeit mit britischen Kollegen heraus. Verantwortlich für die Entsorgung sind dabei riesige Fresszellen, die aus mehreren Zellen durch Fusion entstehen. Obwohl diese Giganten bereits seit langem bekannt sind, fehlte bisher jedoch ein klares Bild ihrer Fähigkeiten. Die Ergebnisse erklären zudem eine neue Therapieform für die systemische Amyloidose, die bereits klinisch getestet wird.

Seit über hundert Jahren kennen Wissenschaftler die riesigen Fresszellen, die „Multinucleated Giant Cells“ (MGCs). Es ist bekannt, dass sie bei bestimmten Erkrankungen wie Tuberkulose, aber auch im Zuge einer Fremdkörperreaktion an Implantaten wie Hüftgelenken auftreten. Ihre genaue Funktion und ihre Wirkmechanismen wurden jedoch bisher nicht systematisch erforscht. „Weil sie so riesig sind und durch Fusion einzelner Fresszellen entstehen, wurde schon lange vermutet, dass sie als spezielles Entsorgungssystem für große Abfälle dienen“, sagt Dr. Admar Verschoor, Coautor der Studie und Gruppenleiter am Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene der TUM.

Systemische Amyloidose als Modellsystem

Um die Funktion der Riesenzellen aufzuklären, konzentrierten sich er und sein Team neben aufwendigen und richtungsgebenden Zellkultur-Experimenten auf die Krankheit systemische Amyloidose. Hier sammeln sich aufgrund von Defekten große Proteinklumpen in den Zellzwischenräumen an. Sie schädigen das umliegende Gewebe und stören nach und nach die Funktion des betroffenen Organs wie zum Beispiel der Leber oder der Milz. So schloss sich das Team mit Mark B. Pepys, einem der führenden Experten auf dem Gebiet der Amyloidose-Forschung, vom University College London zusammen. Die britische Forschungsgruppe hatte bereits in ersten klinischen Studien ein neues Medikament gegen die Krankheit – einen therapeutischen Antikörper – erfolgreich getestet.

„Es gab verschiedene Hinweise, aber der genaue Wirkmechanismus des Medikaments war bisher noch unklar – hier konnten wir unser Fachwissen über Fresszellen und das Immunsystem einbringen und gleichzeitig die Funktion der Riesenzellen genauer untersuchen“, sagt Ronny Milde, Erstautor der Studie und Wissenschaftler an der TUM. In Zellkultur- und Krankheitsmodellen konnten die Wissenschaftler schließlich den Wirkmechanismus aufklären: Das Medikament führt dazu, dass die störenden Proteinklumpen vom Immunsystem durch Andocken von speziellen Molekülen markiert und dadurch von den Riesenzellen erkannt werden. Verantwortlich ist dafür das so genannte Komplementsystem.

Riesenzellen entsorgen zellulären „Sperrmüll“

„Das Komplementsystem funktioniert ein bisschen wie die Butter auf unserem Brot. Schmieren wir Butter auf das Brot, greifen wir lieber zu, weil es besser schmeckt. Das neue Medikament aktiviert das Komplementsystem und wirkt somit wie die Butter – die Proteinklumpen werden für die Riesenfresszellen dadurch erst interessant“, erklärt Admar Verschoor.

Die Wissenschaftler konnten im Mikroskop anschließend auch beobachten, dass die Fresszellen die Proteinklumpen umschlossen und abbauten. „Durch unsere Studien konnten wir den Beweis liefern, dass die Riesenzellen besonders geeignet sind als Entsorgungssystem für Komplement-markierte Großabfälle und somit maßgeblich zum Therapieerfolg bei systemischer Amyloidose beitragen“, ergänzt Verschoor.

Download Bildmaterial

Publikation
Ronny Milde, Julia Ritter, Glenys A. Tennent, Andrzej Loesch, Fernando O. Martinez, Siamon Gordon, Mark B. Pepys, Admar Verschoor, Laura Helming, Multinucleated giant cells are specialized for complement-mediated phagocytosis and large target destruction, Cell Reports, November 2015.
DOI: 10.1016/j.celrep.2015.10.065

Kontakt
Admar Verschoor, PhD
Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene
Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München
Tel.: +49 89 4140-6720
admar.verschoor(at)tum.de
www.mikrobio.med.tum.de/node/32 

Technische Universität München

Corporate Communications Center Dr. Vera Siegler
vera.siegler(at)tum.de

Weitere Artikel zum Thema auf www.tum.de:

Die Abbildung zeigt einen histologischen Gewebeschnitt einer Steatoheaptitis im Menschen. (Bild: A. Weber / Universitätsspital Zürich, Erklärung s. unten)

Immunzellen verursachen Fettleber und Leberkrebs

Immunzellen, die in die Leber einwandern und dort mit Zellen des Lebergewebes interagieren, können Fettleber, nicht-alkoholische Steatohepatitis und Leberkrebs auslösen. Dies haben Wissenschaftler der Technischen…

Prof. Percy Knolle (rechts) erforscht mit seiner Arbeitsgruppe unter anderem die Regulation von Immunantworten in der Leber. (Bild: A. Heddergott / TUM)

Synthetischer Botenstoff bringt Immunsystem auf Touren

Um einen langanhaltenden Schutz vor Infektionen zu entwickeln, müssen bestimmte Immunzellen, die so genannten T-Lymphozyten, aktiviert werden. Bisher war bekannt, dass dieser Prozess nur in den Lymphknoten und der Milz…