Immunzellprofil bei entzündlichen Hirnerkrankungen entschlüsselt

Eine neue Studie deckt das Immunzellprofil während entzündlichen Hirnerkrankungen auf und lässt auf eine zielgerichtete Therapie von neurologischen Erkrankungen, etwa MS, hoffen.

Gehirn

Hintergrund

Unter physiologischen Bedingungen finden sich verschiedene Immunzellen, wie beispielsweise Mikroglia und ZNS-assoziierte Makrophagen im zentralen Nervensystem (ZNS). Forschungsarbeiten konnten zeigen, dass ein wichtiger Punkt für die Initiierung von entzündlichen Hirnerkrankungen, beispielsweise einer experimentellen Autoimmun-Enzephalomyelitis (EAE) und einer Multiplen Sklerose (MS), die T-Zell Infiltration darstellt. Diese können durch Antigen-Präsentation reaktiviert werden. Zellen, die dazu imstande sind, sind beispielsweise myeloische Zellen. Doch auf welche myeloischen Zellen dies zutrifft und wie deren Transkriptionsprofile und Dynamik während pathologischer Prozesse aussehen, ist bisher unklar.

Zielsetzung

Das Ziel der vorliegenden Studie im murinen Modell war es daher, das spezifische Immunzellprofil und die Dynamik der Zellen im Rahmen einer experimentell induzierten Autoimmun-Enzephalomyelitis zu untersuchen und eine Art Transkriptionsatlas der myeloischen Subtypen zu erstellen [1].

Methodik

Für die vorliegende Studie wurden verschiedene Methoden miteinander kombiniert. Es wurden hochauflösende Einzel-Zellmethoden (single-cell sequencing: scRNA-seq), Intravital-Mikroskopie und klonale Analysen an transgenen Mauslinien durchgeführt.

Ergebnisse

Die Arbeitsgruppe konnte eine Art Immunatlas erstellen, in dem sie 3.461 CD45+ Immunzellen charakterisieren konnten, die als homeostatische versus Krankheitsbild-assoziierte myeloische Zellen identifiziert werden konnten.

Die ZNS-assoziierten Makrophagen exprimierten während der Entzündungsreaktion vor allem Ms4a7 und zeigten einen Anstieg von Antigen-präsentierenden Molekülen, z. B. Cd74. Die Mikroglia regulierten während der Entzündungsreaktion bis auf Sparc und Olfml3 fast alle Kerngene herunter. Ly86 wurde sogar hochreguliert.

Ferner wurde ein deutlicher Anstieg der Dichte von dendritischen Zellen während einer Autoimmun-Enzephalomyelitis beobachtet und es konnten auch Krankheits-assoziierte dendritische Zellen identifiziert werden.

Neben diesen Beobachtungen konnte die Studiengruppe zeigen, dass T-Zellen in der Phase der Neuroinflammation eher mit zirkulierenden myeloischen Zellen als mit ortsständigen Makrophagen interagieren. Die ortsständigen Makrophagen scheinen überflüssig zu sein für die Antigen-Präsentation während einer Autoimmun-Enzephalomyelitis. Dazu passt, dass die Studiengruppe zeigen konnte, dass die ortsständigen Makrophagen während der chronischen Krankheitsphase in Apoptose gingen.

Fazit

Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen sowohl die Komplexität der myeloischen Zellen, die sich im ZNS befinden, als auch die Dynamik der verschiedenen myeloischen Populationen während neuroinflammatorischen Bedingungen.

Während dieser Entzündungen vermehrten sich Mikroglia und andere ZNS-assoziierte Makrophagen und transformierten sich zu verschiedenen Kontext-abhängigen Subtypen. Die Rolle der Makrophagen in der Antigenpräsentation scheint allerdings eine untergeordnete zu sein. So konnte die Studiengruppe zeigen, dass die Zellen, die wahrscheinlich hauptsächlich die Antigen-Präsentation während diesen Entzündungen durchführen, vor allem dendritische Zellen und von Monozyten abstammende Zellen sind. Die Forscher verweisen darauf, dass diese Erkenntnisse als Ausgangspunkt für weitere Forschung dienen können.

Hoffnung auf zielgerichtete MS-Therapie

„Unsere Ergebnisse stellen einen Durchbruch für das Verständnis von autoimmunen Erkrankungen wie der Multiplen Sklerose dar. Wir haben die Hoffnung, dass jetzt neue zellspezifischere und nebenwirkungsarme Therapieansätze entwickelt werden können, mit denen sich entzündliche Erkrankungen wie MS behandeln lassen“, sagt Projektleiter Professor Dr. Marco Prinz, Ärztlicher Direktor des Instituts für Neuropathologie am Universitätsklinikum Freiburg [2]. „Das Hauptproblem bei der bisher unzureichenden Therapie war, dass das gesamte Immunsystem gehemmt wurde. Wir konnten jedoch neuartige Subtypen von Zellen finden, die spezifisch für die lokale Entzündung und Zerstörung bei der MS sind. Die könnten somit ganz gezielt ausgeschaltet werden“, so Prinz weiter.

Autor: Dr. Ute Walliczek-Dworschak (Ärztin)

Stand: 07.02.2019

Quelle:
  1. Jordao et al. (2019): Single-cell profiling identifies myeloid cell subsets with distinct fates during neuroinflammation. Science, DOI: 10.1126/science.aat7554
     
  2. Universitätsklinikum Freiburg, Pressemeldung, 25. Januar 2019
     
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