Abteilung Immunologie

L ABORATORIUMSMEDIZIN
Abteilung Immunologie
Direktor: Prof. Dr. Reinhold Förster
Forschungsprofil
Als komplexes, den gesamten Organismus durchziehendes Netzwerk hat das Immunsystem
die Aufgabe, Informationen über die Präsenz eigener, harmloser und pathogener Bestandteile
im Körper zu sammeln, zu bewerten und entsprechend darauf zu reagieren. In den allermeisten Fällen bedeutet dies die Induktion von Toleranz; nur im Falle pathogener Belastung
wird eine angeborene und/oder adaptive Immunantwort in die Wege geleitet. Diese Funktionen werden durch immunkompetente Zellen und Gewebe erfüllt, wobei der notwendige
Informationsfluss durch gesteuerte Migration und Kommunikation der beteiligten Zellen
gewährleistet wird. Die Migration der Immunzellen und die Organogenese lymphatischer
Strukturen werden zu einem erheblichen Anteil vom Chemokin/Rezeptorsystem gesteuert.
Das Institut für Immunologie verfolgt mit seinen Projekten das Ziel, Organogenese und
Funktion des Immunsystems vor dem Hintergrund dieser dynamischen Prozesse besser zu
verstehen. 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.
Nach dem Umzug des Instituts für Immunologie in das Gebäude K11 konnten zwei
selbständige Nachwuchsgruppen gewonnen werden, die sich mit der Funktion des Sphingosin-1-phosphats und seines Rezeptors S1P1 (M. Gräler; Emmy-Noether- Programm) bzw. der
mukosalen Immunität und Toleranz gegen Darmbakterien (D. Bumann; Nachwuchsgruppe
SFB621) beschäftigen.
Ausgewähltes Forschungsprojekt
Der CC-Chemokinrezeptor 7 steuert die Wanderung dendritischer Zellen der Haut zum
Lymphknoten
Eingebettet in die Epidermis und Dermis der Haut liegen dendritische Zellen, die als professionelle antigenpräsentierende Zellen hier die Funktion von Wächtern übernehmen. Dringen
Pathogene oder andere Fremdstoffe in die Haut ein, können sie von dendritischen Zellen
aufgenommen und verarbeitet werden. Die Zellen präsentieren anschließend Fragmente der
Fremdstoffe (Antigene) im Haupt-Histokompatibilitäts-Komplex (MHC), wandern dann in den
drainierenden Lymphknoten ein und präsentieren ihr Antigen dort naiven T-Zellen. Durch
diese entzündliche Reaktion werden antigenspezifischen T-Zellen aktiviert und so der Prozess
der adaptiven Immunantwort initiiert.
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Wie kürzlich gezeigt wurde, wandern dendritische Zellen der Haut aber nicht nur dann
in die drainierenden Lymphknoten, wenn durch Umwelteinflüsse oder Fremdstoffe eine
entzündliche Reaktion ausgelöst wird. Vielmehr findet ein ständiger Austausch der dendritischen Zellen in der Haut statt, wobei viele dendritische Zellen spontan aus der Haut in den
Lymphknoten einwandern. Dabei werden nicht nur Fremdstoffe sondern auch Bruchstücke
endogener Zellen in die Lymphknoten transportiert. Würden diese dendritischen Zellen bei
Kontakt mit antigenspezifischen T- Zellen dieselbe Reaktion auslösen wie die Zellen, die
unter entzündlichen Bedingungen auswandern, käme es zu einer Autoimmunerkrankung.
Dendritische Zellen, die im Rahmen dieses kontinuierlichen Austausches in den Lymphknoten
gelangen, unterscheiden sich jedoch phänotypisch von solchen, die nach einem entzündlichen Stimulus Fremdantigene in den Lymphknoten transportieren. Dendritische Zellen mit
Abb. 1: Ausbildung von „Dermal
Cords“ aus dendritischen Zellen in
Haut-Explantaten. Hautlappen von
Wildtyp (A) und CCR7-defizienten (B)
Mausohren wurden für 24h auf Zellkulturmedium schwimmend inkubiert.
Anschließend wurde die Epidermis von
der Dermis getrennt und dendritische
Zellen in der Dermis durch Färbung
mit einem Antikörper gegen MHCII
sichtbar gemacht.
endogenem Material zeichnen sich durch einen weniger reifen Status aus und werden deshalb als semi-maturierte dendritische Zellen bezeichnet. Man nimmt an, dass die niedrigere
Expression von co-stimulatorischen Molekülen auf semimaturierten dendritischen Zellen
nicht zur Aktivierung sondern zur Inaktivierung antigenspezifischer T-Zellen führt, so dass
Toleranz gegenüber dem präsentierten Antigen induziert wird.
Unsere Untersuchungen an Mäusen, die defizient für den CC-Chemokinrezeptor 7 (CCR7)
sind, haben gezeigt, dass die Wanderung der dendritischen Zellen der Haut in hohem Maße
von der Expression dieses Rezeptors abhängig ist: Nach Aufbringen des Fluoreszenzfarbstoffs
Fluorescein-Isothiocyanat wird dieser von den dendritischen Zellen der Haut aufgenommen.
Im Vergleich zur wildtyp Maus wandern bei CCR7-defizienten Tieren nur sehr wenige gefärbte
dendritische Zellen in die drainierenden Lymphknoten ein. Dies ist ein Hinweis darauf, dass
in CCR7-defizienten Tieren die Wanderung der dendritischen Zellen der Haut unter entzündlichen Bedingungen gestört ist. Weitere in vitro Untersuchungen brachten den Beweis, dass
die dendritischen Zellen der Haut CCR7 benötigen, um zu den, die Haut durchziehenden lymphatischen Gefäßen zu gelangen. Hierzu wurden Hautstücke auf Zellkulturmedium inkubiert.
Durch die Präparation der Haut werden die dendritischen Zellen aktiviert und mobilisiert.
Im Explantat einer Wildtyp-Maus wandern die dendritischen Zellen zu den lymphatischen
Gefäßen, wo sie sich wegen des fehlenden Lymphflusses ansammeln und sogenannte „Dermal
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Cords“ bilden (Abb. 1A). In Explantaten aus CCR7 defizienten Maus treten solche Strukturen hingegen nicht auf, die Zellen liegen gleichmäßig in der Dermis verteilt vor (Abb. 1B).
Zusammen mit Ergebnissen anderer Arbeitsgruppen, die die Expression des CCR7-Liganden
CCL21 in den lymphatischen Gefäßen nachweisen konnten, zeigen diese Ergebnisse, dass
CCR7 essentiell für die Wanderung der dendritischen Zellen zu den lymphatischen Gefäßen
der Haut und somit für das Auswandern der Zellen ist.
Die Untersuchung der Haut-drainierenden Lymphknoten unbehandelter Wildtyp- und
CCR7-defizienter Mäuse zeigte darüber hinaus, dass die Wanderung der dendritischen Zellen nicht nur bei entzündlichen Prozessen sondern auch im Rahmen des kontinuierlichen
Austausches von CCR7 abhängt. Die dendritischen Zellen der Haut zeichnen sich durch die
Expression von CD11c und eine im Vergleich zu anderen Zellen des Lymphknotens besonAbb. 2: CCR7-defiziente Mäuse zeigen eine Störung der
T-Zell Aktivierung nach subkutaner Antigen-Injektion Fluoreszenz markierte T-Zell-Rezeptor-transgene T-Zellen, die spezifisch für Ovalbumin sind, wurden adoptiv auf Wildtyp- oder
CCR7-defiziente Empfänger transferiert. 24h später wurde den
Empfängern 1 µg Ovalbumin subkutan injiziert. Nach weiteren
72h wurde die Fluoreszenzintensität der adoptiv transferierten T-Zellen in nicht drainierenden (ndLN) und drainierenden
(dLN) Lymphknoten untersucht. Bei der Proliferation verteilt
sich der Fluoreszenzfarbstoff auf die Tochterzellen, so dass die
Intensität der Färbung abnimmt. Im Wildtyp führt die Injektion
des Ovalbumins zu einer Proliferation der T-Zellen im drainierenden Lymphknoten, die in CCR7-defizienten Empfängern
nicht zu beobachten ist. Die Zahlen bezeichnen die Anzahl
der proliferierten T-Zellen im Lymphknoten.
ders hohe Expression von MHCII aus. Diese Population dendritischer Zellen fehlt in den
Haut-drainierenden Lymphknoten von CCR7-Mutanten. Wir konnten nachweisen, dass diese
CD11c+MHCII+ Zellen in Wildtyp-Mäusen einen semi-maturierten Phänotyp aufweisen und
in der Folge einer entzündlichen Reaktion in der Haut zu vollständig reifen antigenpräsentierenden Zellen differenzieren. Es ist bekannt, dass die Applikation von Protein in die Haut, die
keine entzündliche Stimulation der dendritischen Zellen bewirkt, zur Induktion von Toleranz
in den stimulierten T-Zellen führt. Wir haben deshalb die Stimulation der T-Zellen unter Toleranz-induzierenden Bedingungen in CCR7-defizienten Tieren untersucht. Dabei zeigte sich,
dass die Injektion kleiner Mengen Antigen in die Haut von CCR7-defizienten Mäusen nicht zu
einer Stimulation der T-Zellen führt, während die T-Zellen von Wildtyp-Mäusen unter diesen
Bedingungen im drainierenden Lymphknoten zur Proliferation angeregt wurden (Abb. 2).
Unsere Beobachtungen legen nahe, dass die Expression von CCR7 auf dendritischen Zellen nicht nur bei entzündlichen Prozessen den Transport von Antigen in den Lymphknoten
kontrolliert, sondern dass auch der Transport von Selbst-Antigenen, der für die Induktion und
Aufrechterhaltung der Toleranz wichtig ist, von CCR7 abhängt.
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Weitere Forschungsprojekte
Chemokinrezeptoren bei der Entwicklung lymphatischer Organe
Projektleiter: L. Ohl/ R. Förster; Förderung: DFG
Regulation der Chemokinrezeptoren während der Induktion einer spezifischen T-ZellImmunantwort
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: SFB 566 und SFB 587
Funktion von CD155 und verwandter Rezeptoren in immunologischen und entwicklungsbiologischen Prozessen
Projektleiter: G. Bernhardt; Förderung: DFG, Georg-Lichtenberg Stipendium 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 Genomforschungs
netzwerk des BMBF
Funktionelle Analyse der Kandidatengene CCR7, CXCR4, XCR1 (Chemokinre-zeptoren),
S1P1 und LPA1 (Lysophospholipidrezeptoren) bei der Metastasierung des kolorektalen
Karzinoms
Projektleiter: R. Förster/U. Wulbrand; Förderung: Nationale Genomforschungsnetzwerk-2
des BMBF
Der Einfluss von Sphingosin-1-Phosphat auf die Steuerung von Komponenten der
Lymphozytenmigration bei physiologischer und autoreaktiver Immunantwort
Projektleiter: O. Pabst/R. Förster; Förderung: SFB 566
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: SFB 621
Mechanismen der Migration von Plasmazellen
Projektleiter: O. Pabst
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Humanisierung des murinen Chemokinrezeptors CCR7
Projektleiter: O. Pabst/R. Förster
Die Rolle von homöostatischen Chemokinrezeptoren für die mukosale Immunität der
Lunge
Projektleiter: R. Förster; Förderung: SFB587
Rolle des Chemokinerezeptors CCR7 in der intra-thymischen T-Zell-Entwicklung
Projektleiter: A.Misslitz/R. Förster; Förderung: SFB621
Mukosale Immunität und Toleranz gegen Darmbakterien
Projektleiter: D. Bumann; Förderung: SFB621; Nachwuchsgruppe
Untersuchung der funktionellen Bedeutung von Sphingosin 1-Phosphat und dessen
Rezeptor S1P1 für die Aktivierung und Wanderung von Lymphozyten
Projektleiter: M. H. Gräler; Förderung: Emmy Noether-Programm der DFG
Originalpublikationen
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Übersichten
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Abstracts
2004 wurden 20 Abstracts publiziert.
Diplomarbeiten
Seth S. (Diplom-Biochemiker). Identifizierung
und Charakterisierung eines CD155-Liganden, exprimiert von den hämatopoietischen
Vorläufer-Zelllinien KG1 und KG1A.
Weitere Tätigkeiten in der Forschung
Prof. Dr. R. Förster: Sprecher des SFB 621,
Programmbeauftragter des PhD-Studienganges Infektionsbiologie; Gutachter der
DFG, des BMBF, des Schweizerischen Nationalfonds und des Guy’s and St Thomas
Trust; Gutachtertätigkeit für die Zeitschriften
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