Proteininseln auf der Zellmembran
Eindringlinge aufspüren und bekämpfen: Antigenrezeptoren auf B-Lymphozyten, die zu den Zellen des Immunsystems gehören, erkennen fremde Moleküle, etwa Krankheitserreger oder Impfstoffe. Sie aktivieren die B-Zelle, auf der sie sich befinden, damit diese Antikörper produziert. Prof. Dr. Michael Reth, wissenschaftlicher Direktor des Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität Freiburg, und seine Arbeitsgruppe haben mithilfe von drei hochauflösenden Methoden untersucht, wie zwei bestimmte Klassen von Antigenrezeptoren auf reifen B-Lymphozyten verteilt sind: Immunoglobulin M (IgM) and Immunoglobulin D (IgD). Die Gruppe fand heraus, dass die IgM- und IgD-Rezeptoren in „Proteininseln“ angeordnet sind. Bislang nahm man an, dass alle Proteine auf der Membran – einschließlich der Rezeptoren – frei beweglich und zufällig verteilt sind und sich nur organisieren, wenn sie mit Liganden, also einem bestimmten Molekül, binden. Die neuen Einblicke in die Organisation der Antigenrezeptoren im Nanobereich sollen zukünftig dabei helfen, effizientere Impfstoffe und bessere Behandlungsmöglichkeiten für B-Zell-Krebstumore zu entwickeln. Bei diesen ist die Membranorganisation oft verändert. Das Team hat seine Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift „Science Signaling“ veröffentlicht.
Mithilfe der direkten stochastischen optischen Rekonstruktionsmikroskopie (dSTORM) fanden die Forschenden heraus: IgM und IgD liegen auf der Membran von ruhenden B-Zellen in getrennten Proteininseln mit einer Größe von jeweils etwa 150 und 240 Nanometern. Diese Untergliederung der Antigenrezeptoren konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch mit weitern hochauflösenden Mikroskopie-Verfahren nachweisen. Wird die B-Zelle aktiviert, so werden die IgM- und IgD-Inseln kleiner und die beiden Rezeptorklassen rücken näher zusammen.
Die Ergebnisse der Studien belegen, dass sich Lymphozyt-Membranen im Nanobereich in verschiedene Proteinkompartimente unterteilen. Zudem deuten sie darauf hin, dass IgM- und IgD-Proteininseln bei Aktivierung der B-Zelle Nano-Synapsen formen, die den Austausch von Lipiden und Proteinen ermöglichen. Dies könnte erklären, wie IgM-Antigenrezeptoren eine Verbindung mit so genannten Raft-assoziierten Lipiden und -Proteinen aufnehmen. Diese Verbindung ist ein Kennzeichen der B-Zell-Aktivierung.
Michael Reth ist Professor für Molekulare Immunologie am Institut für Biologie III der Universität Freiburg und Sprecher des Exzellenzcluster BIOSS Centre for Biological Signalling Studies. Palash Maity, Erstautor der Studie, ist Postdoc am BIOSS und am Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik in Freiburg. Die Bildanalyse erfolgte in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Dr. Olaf Ronneberger, Institut für Informatik der Albert-Ludwigs-Universität. Die Freiburger Forschenden arbeiteten zudem mit Prof. Dr. Hassan Jumaa von der Universität Ulm und Prof. Dr. Björn F. Lillemeier vom Salk Institute in La Jolla/USA zusammen. Ronneberger und Jumaa sind ebenfalls BIOSS-Mitglieder. Diese Arbeit ist Teil des „BIOSS Nanoscale Exploration Program“ (BiNEP), ein Schwerpunkt im BIOSS-2 Forschungsprogramm. Darin erarbeiten BIOSS-Forscher Methoden, um die Nanowelt von Signalprozessen besser zu verstehen.
Originalpublikation:
B cell antigen receptors of the IgM and IgD classes are clustered in different protein islands that are altered during B cell activation.
Maity PC, Blount A, Jumaa H, Ronneberger O, Lillemeier BF, Reth M.
Sci Signal. 2015 Sep 15;8(394):ra93.