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Abwehrmechanismus von Immunzellen DNA – ein Fangnetz für Fadenwürmer?

Redakteur: Christian Lüttmann

Dass die DNA die Erbinformation eines gesamten Organismus speichert, wissen viele. Doch das Riesenmolekül hat noch eine weitere Qualität: So nutzen Immunzellen DNA als eine Art Fangnetz, um eingedrungene Parasitenlarven unschädlich zu machen. Diesen außergewöhnlichen Mechanismus haben Wissenschaftler unter Federführung der Universität Bonn nun genauer untersucht.

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Eosinophile Granulozyten sind in der Lage, DNA-Netze auszuschütten und Mikrofilarien damit einzufangen. Die Fluoreszenzmikroskopieaufnahme zeigt, wie eine Mikrofilarie (oben) von den DNA-Netzen (blau angefärbt, Pfeile) der Eosinophilen Granulozyten (rundliche Strukturen) eingefangen wird.
Eosinophile Granulozyten sind in der Lage, DNA-Netze auszuschütten und Mikrofilarien damit einzufangen. Die Fluoreszenzmikroskopieaufnahme zeigt, wie eine Mikrofilarie (oben) von den DNA-Netzen (blau angefärbt, Pfeile) der Eosinophilen Granulozyten (rundliche Strukturen) eingefangen wird.
(Bild: Alexandra Ehrens)

Bonn – Mücken gehören wohl zu den unbeliebtesten Insekten. Außer nächtlicher Ruhestörung und juckenden Pusteln am nächsten Morgen brauchen wir in Deutschland aber nichts zu fürchten. Anders ist die Situation in Afrika. Dort drohen nach einem Mückenstich nicht nur Krankheiten wie Malaria oder Dengue Fieber, sondern auch ein weiterer ungebetener Gast: Fadenwürmer. Denn Mücken transportieren die Larven dieses Parasiten von einer Blutmahlzeit zur nächsten.

Überbringer von Krankheiten

Zunächst sind die Fadenwurm-Larven weniger als einen Millimeter groß und werden daher Mikrofilarien genannt. Im Körper der Mücke entwickeln sie sich weiter und können beim nächsten Stich wieder zum Menschen gelangen. Filarien können schwere Erkrankungen wie die Flussblindheit oder Elefantiasis (extreme Lymphschwellungen in den Beinen und/oder Hoden) hervorrufen, die dort bei etwa 80 Millionen Menschen vorkommen.

Der Wirt ist den Parasiten aber nicht hilflos ausgeliefert. Mit welchen Mechanismen das Immunsystem gegen Eindringlinge wie Fadenwurmlarven vorgeht, haben Forscher unter Federführung der Universität Bonn nun untersucht. Sie konzentrierten sich bei ihrer Studie auf eine bestimmte Art von Immunzellen, so genannte Eosinophile Granulozyten. Von ihnen wussten die Forscher bereits, dass sie bei einer Infektion mit Fadenwurmlarven einen schützenden Effekt haben. Wie genau dieser Schutz zustande kommt war bisher jedoch unklar.

Immunzellen fangen Larven mit speziellen Fäden ein

In Zellkulturen fanden die Forscher heraus, dass die Immunzellen auf die Larven der Fadenwürmer in einer besonderen Weise reagierten: Die Zellen produzierten DNA, die dann außerhalb der Zelle die Larven wie ein Netz umspannte. Verfangen in dem DNA-Geflecht konnten die Larven sich nur noch schlecht oder gar nicht mehr bewegen. Auch in einem darauffolgenden Versuch mit Mäusen bestätigte sich die Beobachtung der Wissenschaftler, dass Mikrofilarien durch DNA-Netze abgebaut werden können. Umgekehrt bildeten sich in Mäusen, denen die entsprechenden Immunzellen fehlten, keine DNA-Netze gegen die Larven.

Der Mechanismus von Immunzellen, solche Netze aus DNA zu entwickeln, ist schon länger unter der Bezeichnung ETosis bekannt – ET steht dabei für extracellular traps, also extrazelluläre Fallen. Bisher wurde er aber vor allem in anderen Immunzellen nachgewiesen, den Neutrophilen Granulozyten. Dass auch Eosinophilen Granulozyten fähig zu der so genannten ETosis sind, war eine Neuentdeckung.

Rezeptor erkennt Larven und löst Schutzmechanismus aus

Aber was lässt die Zellen die Gefahr der Larven erkennen und DNA-Netze freisetzen? Die Wissenschaftler fanden heraus, dass es ein bestimmtes Protein auf der Zelloberfläche ist – der Dectin-1-Rezeptor. Wenn die Zellen in Kontakt mit den Wurmlarven kommen, wird er in Gang gesetzt und löst den Fallen-Mechanismus aus, bestehend aus einer Reihe aufeinanderfolgender Signale.

Aus welchen Teilen der Zelle die freigesetzte DNA stammt, haben die Forscher ebenfalls herausgefunden: Die primäre Quelle der DNA-Fallen sind die Mitochondrien, die „Kraftwerke“ der Zelle. Aber auch aus dem Zellkern wurde DNA in die Netze eingespeist – freigesetzt durch biochemische Veränderungen.

Die Ergebnisse der Studie unter Leitung von Prof. Dr. Marc P. Hübner vom Universitätsklinikum Bonn und vom Deutschen Zentrum für Infektionsforschung (DZIF) können zukünftig dazu beitragen, Strategien gegen die Verbreitung von Krankheiten zu finden, die durch Filarien ausgelöst werden. Denn die DNA-Netze reduzieren nicht nur die Anzahl beweglicher Fadenwurmlarven, sodass Mücken und andere übertragende Insekten weniger Mikrofilarien antreffen. Sie sorgen auch dafür, dass die vom Insekt übertragenen infektiösen Larven im Endwirt besser bekämpft werden können.

Eosinophile Granulozyten sind in der Lage, DNA-Netze auszuschütten und Mikrofilarien damit einzufangen. Die Fluoreszenzmikroskopieaufnahme zeigt die DNA-Netze (orange angefärbt, Pfeile)
Eosinophile Granulozyten sind in der Lage, DNA-Netze auszuschütten und Mikrofilarien damit einzufangen. Die Fluoreszenzmikroskopieaufnahme zeigt die DNA-Netze (orange angefärbt, Pfeile)
(Bild: Alexandra Ehrens)

In Folgestudien wollen die Wissenschaftler deshalb untersuchen, welche Relevanz der entdeckte Abwehrmechanismus für die Bekämpfung solcher Filariosen in Afrika haben kann.

Originalpublikation: Alexandra Ehrens, Benjamin Lenz, Anna-Lena Neumann, Samuela Giarrizzo, Julia Jennifer Reichwald, Stefan Julian Frohberger, Wiebke Stamminger, Benedikt Christian Buerfent, Frédéric Fercoq, Coralie Martin, Daniel Kulke, Achim Hoerauf & Marc Peter Hübner: Microfilariae Trigger Eosinophil Extracellular DNA Traps in a Dectin-1-Dependent Manner, Cell Reports; 2021 Jan 12;34(2); DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108621.

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