Abteilung Immunologie

LABORATORIUMSMEDIZIN
Abteilung Immunologie
Direktor: Prof. Dr. Reinhold Förster
Forschungsprofil
Das Immunsystem ist ein den gesamten Organismus durchziehendes Netzwerk, das Informationen über die momentane Präsenz eigener, harmloser und pathogener Bestandteile im Körper
sammelt, bewertet und entsprechend darauf reagiert. In den allermeisten Fällen bedeutet
dies Toleranzinduktion und nur im Falle pathogener Belastung wird eine angeborene oder
adaptive Immunantwort in die Wege geleitet. Diese Aufgabe wird durch immunkompetente
Zellen und Gewebe erfüllt, wobei der notwendige Informationsfluß und die Konsequenzen
daraus durch gesteuerte Migration/Zirkulation bzw. Kommunikation der daran beteiligten
Zellen gewährleistet werden. Dies sowie die Entstehung der lymphatischen Strukturen wird
zu einem erheblichen Anteil durch das Chemokin/Rezeptorsystem gesteuert. Das Institut
für Immunologie verfolgt mit seinen Projekten daher das Ziel, zu einem besseren Verständnis
des Immunsystems vor dem Hintergrund dieser dynamischen, von den Chemokin/Rezeptorsystem gesteuerten Prozesse zu gelangen. Dabei steht die Analyse der mittelbaren wie
unmittelbaren Einflussnahme in das Chemokin/Rezeptorsystem und der von ihm regulierten
Prozesse der zellulären Differenzierung, Aktivierung, Adhäsion/Kommunikation im Mittelpunkt des Interesses.
Seit dem Umzug des Institutes in das TPFZ konnten zwei unabhängige Nachwuchsgruppen
an das Institut gewonnen werden, die sich mit der Thematik des Funktion der Sphingosin1-phosphats und seiner Rezeptoren (Dr. Markus Gräler) bzw. der mukosalen Immunität und
Toleranz gegen Darmbakterien (Dr. Dirk Bumann) beschäftigen.
Forschungsprojekte
Die balancierte Expression der Chemokinrezeptoren CXCR5 und CCR7 steuert die
transiente Migration von follikulären T-Helferzellen in die B-Zellfollikel
Eine wesentliche Aufgabe des Immunsystems besteht darin, eingedrungene Pathogene schnell
und effektiv zu bekämpfen. Ein entscheidendes Ereignis im Verlauf einer erworbenen Immunantwort stellt die Interaktion verschiedener Lymphozytenpopulationen untereinander dar.
Ein Beispiel hierfür ist der Kontakt zwischen T- und B-Zellen innerhalb der lymphatischen
Organe, in dessen Verlauf es zu einer Aktivierung der B-Zellen und damit zur Antikörperproduktion kommen kann. Die Chemokinrezeptoren CCR7 und CXCR5 sowie ihre Liganden
CCL19/CCL21 und CXCL13 sind von entscheidender Bedeutung als immunologische Regulatoren der Migration funktionell unterschiedlicher T- und B-Zellen. Sie spielen nicht nur eine
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wichtige Rolle bei dem Homing von Zellen in die sekundären lymphatischen Organe sondern,
wie in diesem Projekt für T-Zellen und in vorangegangen Arbeiten für B-Zellen gezeigt, auch
bei der Migration zwischen B-Zellfollikel und T-Zellzone.
Der Chemokinrezeptor CXCR5 wurde ursprünglich als homöostatischer Rezeptor (d.h.
Bindung eines konstitutiv exprimierten Liganden) auf B-Zellen beschrieben. Neuere Arbeiten
haben jedoch eine kleine Subpopulation CXCR5 exprimierender T-Helferzellen identifiziert,
welche sich innerhalb der B-Zellfollikel humaner Tonsillen sowie im Blut befinden. Diese
Zellen wurden aufgrund ihrer Lokalisation und ihrer Fähigkeit, in vitro effektive B-Zellhilfe
zu geben, „follicular B helper T cells“ (TFH ) genannt.
Abb. 1: CXCR5 und CCR7-Expression
nach Immunisierung mit OVA und Poly
I:C CFSE markierte Lymphozyten aus
DO11.10-Mäusen wurden i.v. in Balb/c
Empfänger injiziert und diese einen
Tag später mit OVA/Poly I:C s.c. immunisiert. An Tag vier wurden die Zellen
aus den drainierenden LN analysiert.
A,B) zeigt die Expression von CXCR5
bzw. CCR7 von KJ1-26+ Zellen in Bezug
auf die Proliferation (CFSE)
Abb. 2: Die Expression von CXCR5 und CCR7
bestimmt die Lokalisation innerhalb des LN
A-C) Immunhistologische Aufnahme von 8µmGefrierschnitten drainierender LN. Transfer von
Lymphozyten aus A) DO11.10 CXCR5+/+, B)
DO11.10CXCR5-/- und C) DO11.10CCR7-/- Mäusen (alle auf Balb/c x 129SV gemischten Hintergrund) auf F1 Balb/c x 129SV-Empfängertiere.
Alle Empfängertiere erhielten FTY720 über das
Trinkwasser. Die Empfängertiere wurden s.c. mit
OVA/CT immunisiert und die LN vier Tage später
analysiert. Dargestellt ist eine Färbung der transferierten Zellen mit KJ1-26 in grün, B-Zellfollikel
(anti-B220, blau) und T-Zellen (anti-CD3, rot).
In der vorliegenden Arbeit konnte mit Hilfe von adoptiven Transferexperimenten mit
T-Zellen, welche einen transgenen T-Zellrezeptor für OVAlbumin exprimieren, die CXCR5Expression auf aktivierten T-Zellen sowie die CXCR5-vermittelte Migration dieser Zellen in
die B-Zellfollikel des drainierenden Lymphknotens (LN) gezeigt werden (Abb. 1). Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass transferierte T-Zellen weiterhin CCR7 exprimieren und
diese CCR7-Expression die Zellen solange in der T-Zellzone zurückhält, bis ein bestimmter
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Schwellenwert an CXCR5-Expression erreicht ist, und die T-Zellen dann dem CXCL13- Signal
in die B-Zellfollikel folgen können (Abb. 2 und 3).
In vivo B-Zellhilfe-Experimente mit CXCR5 defizienten T-Zellen zeigen, dass die Migration
von T-Zellen in die B-Zellfollikel wichtig ist, um eine effiziente Immunglobulinproduktion
zu induzieren (Abb. 4).
In dieser Arbeit konnte außerdem eine CXCR5 positive T-Zellpopulation in den Peyerschen
Platten (PP) identifiziert werden, welche kein CCR7 exprimieren und somit den für TFH-Zellen
beschriebenen Phänotyp tragen. Übereinstimmend mit diesem Phänotyp wurde auch, verglichen mit den LN, eine erhöhte Anzahl T-Zellen in den B-Zellfollikeln der PP gefunden.
Abb. 3: CXCR5-/- T-Zellen können nicht in die B-Zellfollikel migrieren
Immunhistologische Aufnahme von 8µm Gefrierschnitten des drainierender LN. Transfer von Lymphozyten aus A) CXCR5+/+
DO11.10 und B) CXCR5-/- DO11.10 (beide auf gemischten Balb/c x 129SV Hintergrund) auf F1; Balb/c x 129SV-Empfängertiere. Die Empfängertiere wurden s.c. mit OVA/CT immunisiert und an den beschriebenen Zeitpunkten die LN entnommen
und analysiert. Um die transferierten Zellen und die B-Zellfollikel darzustellen, wurden die Schnitte mit Aceton fixiert und
mit KJ1-26 (rot) und anti-B220 (blau) gefärbt.
Abb. 4: Verminderte IgG Sezernierung CXCR5 defizienten Mäusen
A,B) ELISA-Analyse TNP-spezifischer IgG1 (A), IgG2a (B) und Immunglobuline im Serum neun Tage nach i.p. Immunisierung.
CXCR5-/- 129SV Hintergrund (weiße Balken) und 129SV Mäuse (schwarze Balken)wurden mit TNP-BSA/Poly I:C bzw.
CXCR5-/- (C57Bl/6 Hintergrund) und C57Bl/6 mit TNP-BSA/CT immunisiert. (drei Mäuse pro Gruppe; ** p<0.01, * p<0.05;
unpaired two tailed student’s t-test)
Um die CXCR5 exprimierenden T-Zellpopulation aus den PP besser zu charakterisieren und
sie mit den nach adoptivem Transfer generierten CXCR5+ Zellen aus dem LN zu vergleichen,
wurde eine vergleichende DNA Mikroarray-Analyse durchgeführt. Hierbei wurden 371 Gene
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identifiziert, die signifikant unterschiedlich exprimiert sind, aber nur wenige davon wurden in
Studien mit humanen TFH-Zellen als signifikant beschrieben. So zeigt sich, dass Unterschiede
in den Expressionsmuster der Zellen aus LN, PP und humanen Tonsillen bestehen. Ob diese
auch mit funktionellen Unterschieden verknüpft sind, müssen weitere Analysen zeigen.
Weitere Informationen in: Hardtke et al. Blood 2005.
Weitere Forschungsprojekte
Chemokinrezeptoren bei der Entwicklung lymphatischer Organe
Projektleiter: L. Ohl/R. Förster; Förderung: DFG
Regulation von Chemokinrezeptoren während der Induktion einer spezifischen TZellimmunantwort
Projektleiter: L. Ohl/R. Förster; Förderung: DFG
Die Rolle des Chemokinrezeptors CCR7 bei der Migration von dendritischen Zellen
der Haut
Projektleiter: L. Ohl/R. Förster; Förderung: DFG
Der Einfluss von Sphingosin-1-phosphat und seines Analogen FTY720 auf die Reifung
und Migration von dendritischen Zellen
Projektleiter: R.Förster/G. Bernhardt; Förderung: DFG SFB566-A14
Funktionelle Bedeutung von CD155 und ihm verwandter Rezeptoren in immunologischen
und entwicklungsbiologischen Prozessen
Projektleiter: G. Bernhardt; Förderung: DFG, Stipendienprogramm Infektionsbiologie des
Landes Niedersachsen
Identifikation und funktionelle Analyse von Kandidatengenen die an der lymphogenen
Metastasierung und Angiogenese des kolorektalen Karzinoms beteiligt sind
Projektleiter: R. Förster/U. Wulbrand; Förderung durch das Nationale Genomforschungsnetzwerk des BMBF
Funktionelle Analyse der Kandidatengene CCR7, CXCR4 und CXCR5 bei der Metastasierung des kolorektalen Karzinoms
Projektleiter: R. Förster; Förderung durch das Nationale Genomforschungsnetzwerk-2 des
BMBF
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Der Einfluss von Sphingosin-1-Phosphat auf die Steuerung von Komponenten der
Lymphozytenmigration bei physiologischer und autoreaktiver Immunantwort
Projektleiter: O. Pabst/R. Förster; Förderung durch SFB 566-A14
Die Funktion des Chemokinsystems bei der Initiation der intestinalen Immunität, der
Induktion der oralen Toleranz und der Entstehung der Kolitis
Projektleiter: R. Förster/O. Pabst; Förderung durch SFB 621-A1
Struktur, Organogenese und Funktion von „solitary intestinal lymphoid tissue“
Projektleiter: Oliver Pabst; Förderung durch SFB621-A11
Humanisierung des murinen Chemokinrezeptors CCR7
Projektleiter: Oliver Pabst
Die Rolle von homöostatischen Chemokinrezeptoren für die mukosale Immunität der
Lunge
Projektleiter: G. Hintzen / R. Förster; Förderung durch SFB587-B3
Rolle des Chemokinerezeptors CCR7 in der Intrathymischen T-Zell-Entwicklung
Projektleiter: A.Misslitz/R. Förster
Mukosale Immunität und Toleranz gegen Darmbakterien
Projektleiter: D. Bumann; Förderung durch SFB621-A9; Nachwuchsgruppe im SFB
Untersuchung der funktionellen Bedeutung von Sphingosin 1-Phosphat und dessen
Rezeptor S1P1 für die Aktivierung und Wanderung von Lymphozyten
Projektleiter: M. H. Gräler; Förderung durch das Emmy Noether-Programm der DFG
Originalpublikationen
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Abstracts
Dr. Markus Graeler: Gutachter für das Irish
Health Research Board; Gutachtertätigkeit
für die Zeitschriften: International Immunology, European Journal of Immunology,
Trends in Molecular Medicine, Genomics.
2005 wurden insgesamt 30 Abstracts publiziert.
Promotionen
Dr. rer. nat. Svenja Hardtke. „Charakterisierung von murinen CXCR5 positiven
TFH-Zellen.
Dr. rer. nat. Claudia Rollenhagen „In vivo
Charakterisierung von Salmonella enterica
serovar Typhimurium“.
Diplomarbeiten
Paul Andreani (Chemische Technologie).
„Etablierung einer HPLC-basierenden Methode zur Aufklärung der Signaltransduktion
und des Metabolismus der Sphingolipide“
Weitere Tätigkeiten in der Forschung
Prof. Dr. R. Förster: Sprecher des Sonderforschungsbereiches 621; Programmbeauftragter des internationalen PhD-Studienganges
„Infectionbiology“; Gutachter der DFG,
des BMBF, der Leibnizgesellschaft, des
Austrian Science Funds und der German-Israeli-Foundation. Gutachtertätigkeit für die
Zeitschriften der Nature-Gruppe, Immunity,
Journal of Experimental Medicine, Journal of
Immunology, European Journal of Immunology, International Journal of Cancer, u.a.
Dr. Dirk Bumann: Gutachter für DFG und
Welcome Trust
Dr. Oliver Pabst: Gutachter für DFG Einzelverfahren
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