Ein deutsch-französisches Forschungsteam hat unter der Leitung von Humboldt-Professor Michael Sieweke eine überraschende Eigenschaft der Blutstammzellen aufgedeckt: Sie sorgen nicht nur für die kontinuierliche Erneuerung der Blutzellen und sind Teil unserer Immunabwehr, sondern können sich auch an frühere infektiöse Begegnungen erinnern. Durch dieses "Gedächtnis" können die Blutstammzellen bei neuen Infektionen eine schnelle und effiziente Immunantwort geben.
Diese Erkenntnisse dürften zu neuen Wegen führen, ein schwaches Immunsystem zu stärken oder ein überreagierendes zu bremsen. Sie könnten künftige Impfstrategien maßgeblich beeinflussen. Die Studie, die federführend am Zentrum für Regenerative Therapien der TU Dresden (CRTD) und dem Zentrum für Immunologie der Universität Marseille Luminy (CNRS, INSERM, Universität Aix-Marseille) durchgeführt wurde, wird heute im Wisssenschaftsjournal Cell Stem Cell veröffentlicht.
Bis vor zehn Jahren war man allgemein der Auffassung, dass es sich bei Blutstammzellen um unspezialisierte Zellen handelt, die blind für externe Signale wie z.B. Infektionen sind. Nur ihre spezialisierten Tochterzellen würden diese Signale wahrnehmen und eine Immunantwort geben. In den letzten Jahren aber haben Studien u.a. aus dem Labor von Prof. Michael Sieweke diese Auffassung widerlegt und gezeigt, dass Blutstammzellen externe Faktoren wahrnehmen können, um bei Bedarf spezifische Immunzellen zur Bekämpfung einer Infektion zu produzieren. Offen blieb jedoch bisher die Frage, welche Funktion die Blutstammzellen bei der Reaktion auf wiederholte Infektionsschübe haben. Es ist bekannt, dass das Immunsystem über ein Gedächtnis verfügt, das es ihm erlaubt, besser auf zurückkehrende Infektionserreger zu reagieren. Die vorliegende Studie belegt nun, dass Blutstammzellen eine zentrale Rolle dabei spielen.
"Wir haben entdeckt, dass Blutstammzellen eine schnellere und effizientere Immunantwort auslösen können, wenn sie zuvor dem bakteriellen Molekül LPS ausgesetzt waren, das eine Infektion nachahmt", sagt Dr. Sandrine Sarrazin, Senior-Autorin der Studie. Prof. Michael Sieweke, Humboldt-Professor am CRTD der TU Dresden und Letzt-Autor der Studie, ergänzt: "Die erste Konfrontation mit LPS führt dazu, dass sich Markierungen auf der DNA der Stammzellen ablagern, und zwar genau um die Gene herum, die für eine Immunantwort wichtig sind. Ähnlich wie Lesezeichen sorgen die Markierungen auf der DNA dafür, dass diese Gene leicht zu finden sind und im Falle einer zweiten Infektion durch einen ähnlichen Erreger schnell für eine Immunreaktion aktiviert werden können."
Es wurde weiterhin untersucht, wie dieses "Gedächtnis" in die DNA eingebrannt wird und dabei festgestellt, dass der Hauptakteur C/EBPb heißt – ein Protein, das an der Genregulierung beteiligt ist. Die Forschenden entdeckten dabei eine neue Funktion dieses Proteins, das festlegt wo die "Lesezeichen" gesetzt werden. Die Summe dieser Erkenntnisse sollte zu neuen Wegen führen, die Immunantwort besser zu regulieren und sollte Einfluss auf künftige Impfstrategien haben.
"Die Fähigkeit unseres Immunsystems, frühere Infektionen zu verfolgen und beim zweiten Auftreten effizienter zu reagieren, ist das Grundprinzip von Impfstoffen. Mit unserem neuen Verständnis, wie Blutstammzellen Informationen der Immunantwort speichern, ergeben sich neue Immunisierungsstrategien, um den Schutz vor Infektionserregern zu verstärken. Ganz grundsätzlich sollten unsere Erkenntnisse neue Wege aufzeigen, das Immunsystem zu stärken, wenn es zu schwach ist, oder zu bremsen, wenn es überreagiert", erklärt Prof. Michael Sieweke.
Quelle:
C/EBPβ-Dependent Epigenetic Memory Induces Trained Immunity in Hematopoietic Stem Cells
Michael H. Sieweke et al.
Cell Stem Cell
DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.01.017