Die Vermessung von Einzelzellen

Rudolf Virchow stellte 1858 mit seiner Veröffentlichung der Cellularpathologie das Konzept auf, dass Krankheiten auf der Störung von Zellen bzw. derer Funktionen beruhen. Viele Erkenntnisse in der Immunologie basieren auf der Untersuchung einzelner Zellen, angefangen mit der phänotypischen und funktionellen Beschreibung verschiedener Immunzellen durch Paul Ehrlich und Elias Metchnikov mittels der Mikroskopie bis zu der detaillierten molekularen Analyse des gesamten Transkriptoms einzelner Zellen. Heutzutage ermöglichen es uns eine Vielzahl verschiedener Technologien zur Einzelzellanalyse, Immunprozesse zu verfolgen und besser zu verstehen. Im Folgenden werden verschiedene Technologien vorgestellt, mit ihren jeweiligen Facetten und zukünftigen Herausforderungen.

Inborn Errors of Immunity (IEI) und „Reverse Translation“ – was kann der Immunologe von Immundefekten lernen?

Patienten mit angeborenen Defekten der Immunität stellen sich Ärztinnen und Ärzten auf unterschiedlichste Weise vor, bei Weitem nicht nur durch gehäufte oder schwere Infektionen. Die Aufklärung der genetischen und molekularen Grundlagen von „Inborn Errors of Immunity“ (IEI) trägt fundamental zum Verständnis der Bedeutung nicht-redundanter Bestandteile für das menschliche Immunsystem bei. Beispiele aus einer großen immunologischen Ambulanz am Helios Klinikum Krefeld werden hier vorgestellt.

Angeborene autoinflammatorische Störungen der cGAS-STING- und OASRNase-L-vermittelten Nukleinsäure-Immunität

Typ-I-Interferonopathien sind autoinflammatorische Störungen der angeborenen Nukleinsäure-Immunität, die zusätzlich zu Epitop-spezifischer Autoimmunität prädispositionieren. In der Immunbiologie ist die Nukleinsäure-Immunität vermittelt durch die cGAS-STING- und OAS-RNase-L-Signalwege weitgehend verstanden. In der translationellen und klinischen Immunologie zeigen angeborene Störungen dieser Signalwege deren physiologische Relevanz an der Schnittstelle zwischen Selbst- und Fremd-Nukleinsäure-Erkennung und führen zu einem neuen Verständnis von seit Langem bekannten Krankheitsbildern. Dieser Übersichtsartikel fasst aktuelle pathophysiologische Konzepte und deren klinische Implikationen zur unkontrollierten cGAS- und OAS1-Aktivierung durch biallelische LSM11 und RNU7-1-loss-of-function-, monoallelische ATAD3A dominant-negative und monoallelische OAS1-gain-of-function-Varianten zusammen. Eine murine monoallelische dominante Oas2-Variante wird als Modell für eine mögliche Organ-spezifische humane Typ-I-Interferonopathie diskutiert.

Mechanismen der IgG-Aktivität in der Therapie von Autoimmunität und Krebs

Antikörper stellen eines der am häufigsten verwendeten Biomoleküle für die Therapie von Autoimmunerkrankungen und Krebs dar. Trotz dieser breiten Anwendung in der Therapie fehlt ein vollständiges Verständnis der molekularen und zellulären Grundlagen, über die Antikörper im Menschen ihre Wirkung entfalten. Forschungsarbeiten der letzten Jahre haben faszinierende Einblicke in die vielfältigen Funktionsweisen von Antikörpern gegeben, die zu einer Verbesserung der Wirkung dieser potenten Biomoleküle beitragen.

Strahlenimmunbiologie – das neue immunmodulierende Bild von Strahlung

Nach der Entdeckung der Röntgenstrahlung 1895 wurde diese rasch für diagnostische und therapeutische Zwecke genutzt. Die DNA ist die strahlensensibelste Struktur der Zelle, aber ionisierende Strahlung induziert auch generelle Stressantworten. Hierbei verändert sich der immunologische Phänotyp der Zellen sowie deren Mikroumgebung. Dies kann, in Abhängigkeit der verwendeten Strahlendosis und insbesondere in Kombination mit weiteren Immunmodulatoren, zu lokalen und systemischen Anti-Tumor-Immunantworten führen oder Entzündungen abmildern. In diesem Artikel wird das Forschungsfeld der Strahlenimmunbiologie vorgestellt, die in den letzten Jahren enthüllten Mechanismen der Immunmodulation durch Strahlung im Kontext der Behandlung von malignen und benignen Erkrankungen behandelt sowie die Herausforderungen für die Zukunft aufgezeigt.

Antikörper-vermittelte Erkrankungen des Nervensystems – von Enzephalitis bis Demenz

Autoantikörper sind in den letzten Jahren als relativ häufige Ursache eines breiten Spektrums neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen identifiziert worden. Die Isolierung Patienten-spezifischer monoklonaler Antikörper hat es ermöglicht, die Krankheitsmechanismen zu verstehen, immunologische Signalkaskaden und Triggerfaktoren zu klären und ebnet den Weg für neue Herangehensweisen, z. B. Antikörper-spezifische Immuntherapien.

Das Mikrobiom im Dialog mit therapeutischen T-Zellen

Die Besiedlung unseres Darms mit Bakterien und Pilzen steht im Zusammenhang mit der Entstehung unterschiedlicher Entzündungs-, Autoimmun- und Tumorkrankheiten. Insbesondere lösliche, mikrobielle Stoffwechselprodukte sind in der Lage, die Aktivität von Immunzellen und somit die Effektivität von Immuntherapeutika zu modulieren. Das Verständnis der zellulären Wirkmechanismen ermöglicht spezifische Modifikationen, welche die Funktion von Tumor-spezifischen T-Zellen verbessern. Somit stellt das Mikrobiom eine „Schatzkiste” gefüllt mit biologisch aktiven Molekülen dar, die sowohl die Entwicklung neuartiger Immunzell-Therapien erlauben, als auch dabei helfen können, den Therapie-Erfolg anhand des Patienten-spezifischen Profils von Darmbakterien und mikrobiellen Metaboliten vorherzusagen.

Natürliche Killerzellen: Von der Entdeckung bis zur klinischen Anwendung

Natürliche Killerzellen (NK) sind lymphoide Zellen des angeborenen Immunsystems, die durch ihre vielfältigen Effektorfunktionen Immunreaktionen initiieren und orchestrieren können. In den letzten Jahren wurden grundlegende wissenschaftliche Fortschritte in der NK-Zell-Forschung erzielt und NK-Zell-basierte Therapien werden heute erfolgreich in der Immuntherapie gegen Krebs angewendet. In diesem Übersichtsartikel beleuchten Cerwenka und Watzl die Meilensteine der NK-Zellen-Erforschung, im Speziellen die Entdeckung von NK-Zellen als hoch-granuläre Immunzellen, die Aufklärung von hemmenden und aktivierenden Rezeptoren sowie die neuen Entwicklungen in der NK-Zell-basierten Immuntherapie.