Wie sich natürliche Killerzellen an kranke Zellen anheften

Als erste Verteidiger im Kampf gegen Infektionen und Krebs agieren unsere natürlichen Killerzellen. Diese Immunzellen sind in der Lage, an kranke Zellen anzudocken und sie zu töten. Um eine stabile Verbindung zwischen den Zellen zu ermöglichen, ist das Protein LFA-1 von zentraler Bedeutung. Wie dieses aktiviert wird, haben Forscher des Leibniz-Instituts für Arbeitsforschung an der TU Dortmund untersucht.

Unser Immunsystem gilt als größtes Organ des menschlichen Körpers und hat die Aufgabe, uns vor Krankheiten zu schützen. Eine besondere Rolle spielen dabei die natürlichen Killerzellen (NK-Zellen): Sie fungieren als erste Verteidigungslinie im menschlichen Körper gegen beispielsweise Krebszellen oder durch Viren infizierte Zellen. Die NK-Zellen sind in der Lage, kranke Zellen zu töten und damit den Organismus zu schützen. Einige Mechanismen, wie die natürlichen Killerzellen Freund von Feind unterscheiden sind bekannt, allerdings gibt es noch viele offene Fragen.

Klar ist, dass die Zellen auf Signale in ihrer Umgebung reagieren. Aktivierende und inhibierende Rezeptoren auf der Zelloberfläche der NK-Zelle verarbeiten diese Signale. Durch Interaktion mit ihren Liganden entsteht so ein komplex ausgebildeter Kontaktbereich zwischen der NK-Zelle und der potenziellen Zielzelle. Findet die NK-Zelle überwiegend aktivierende Signale vor, wird die Zielzelle als „Feind“ eingestuft und getötet. Das ist allerdings nur möglich, wenn die Verbindung zwischen den Zellen stabil ist.

Zum Anhaften benötigte Protein: LFA-1

An der Stabilisierung und somit schlussendlich der Tötung der Zielzelle ganz wesentlich beteiligt ist das Transmembranprotein LFA-1, das zu der Familie der Integrine gehört. Immunologen des Leibniz-Instituts für Arbeitsforschung an der TU Dortmund (IfADo) und des Universitätsklinikums Heidelberg haben in einer aktuellen Studie untersucht, wie das zum Anhaften benötigte Protein aktiviert und so eine effiziente Reaktion der NK-Zellen ermöglicht wird. Die Ergebnisse der Grundlagenforschung wurden nun im Journal of Immunology veröffentlicht.

Dabei hängt das komplexe Signalzusammenspiel, das für eine effiziente LFA-1-Aktivierung nötig ist, von vielen Faktoren ab. In seiner Studie hat das Forscherteam um Dr. Doris Urlaub (IfADo) untersucht, welchen Einfluss die Rezeptoren auf der Oberfläche der NK-Zelle, das Reifestadium der NK-Zellen sowie die Stimulation von Botenstoffen wie Zytokine auf das Transmembranprotein hat. So konnten die Forscher zeigen, dass LFA-1 im Ruhezustand kaum gewillt ist, an einen Liganden zu binden. Hat die Zielzelle jedoch bestimmte aktivierende Rezeptoren an der Oberfläche der Immunzelle stimuliert, oder ist die NK-Zelle bereits durch entzündungsfördernde Zytokine in Alarmbereitschaft, regt das auch das LFA-1 an.

Besseres Verständnis der Grundfunktionen der NK-Zellen

„Die Analyse der Daten lassen vermuten, dass die Regulation von LFA-1 ein Grund dafür ist, dass NK-Zellen je nach ihrem Reifestadium unterschiedlich aktiv sind“, sagt Studienautorin Doris Urlaub. So zeigten reifere NK-Zellen mit einem höheren Potenzial, Zielzellen zu töten, auch eine stärkere LFA-1-Aktivierung. Unklar sei jedoch, ob die bessere LFA-1 Aktivierung direkt für die gesteigerte Zytotoxizität verantwortlich sei, oder ob beide Phänomene gemeinsame Ursachen haben, so Urlaub weiter. Ein besseres Verständnis der Grundfunktionen der NK-Zellen ist nötig, um die Zellen effizienter nutzen zu können, beispielsweise zur Immuntherapie verschiedener Erkrankungen.

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Carsten Watzl
Leiter des Forschungsbereichs „Immunologie“
Telefon: + 49 231 1084 233

Publikation:
Urlaub, D., Höfer, K., Müller, M. L., Watzl, C. (2017): LFA-1 Activation in NK Cells and Their Subsets: Influence of Receptors, Maturation, and Cytokine Stimulation. In: The Journal of Immunology, March 1, 198 (5) 1944-1951. doi: 10.4049/jimmunol.1601004