Glückshormon Dopamin steuert Immunabwehr und schafft Zeitvorteil

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Im Rahmen eines von Human Frontier Science Program (HFSP) geförderten Projekts (Cooperation strategy and information processing in and between germinal centre reactions (RGP0033/2015) untersuchten Carola Vinuesa (Canberra, Australien), Michael Dustin (Oxford, Großbritannien) und Michael Meyer-Hermann (Braunschweig, Deutschland) in Zusammenarbeit mit Claudio Doglioni (Mailand, Italien) den Einfluss des Neurotransmitters Dopamin auf die Keimzentrumsreaktion in menschlichen Tonsillen – den Mandeln. In der Studie konnten sie zeigen, dass T-Zellen in den menschlichen Keimzentren Dopamin ausschütten und damit die für die Selektion von B-Zellen notwendigen Signale schneller hochregulieren. Die durch Dopamin induzierte Signalkaskade dauert in B-Zellen menschlicher Keimzentren nur 30 Minuten. In Mäusen, bei denen dieser Dopamin-abhängige Signalweg fehlt, erstreckt sich die gleiche Signalkaskade über vier Stunden.

„Da es nicht möglich ist, die Auswirkungen am Menschen zu studieren, untersuchten wir bestimmte Fragestellungen mit der Hilfe von Computersimulationen“, sagt Michael Meyer-Hermann. Ziel der Studie war es, festzustellen, wie sich die Affinitätsreifung von B-Zellen im Keimzentrum durch den zusätzlichen Dopamin-abhängigen Signalweg verändert.

Mechanismus der Kommunikation in Infektionsprozessen simuliert

Sebastian Binder und Philippe Robert forschen in Meyer-Hermanns Abteilung und verwendeten ein mathematisches Modell zur Simulation einer Keimzentrumsreaktion, welches mit vielen experimentellen Daten validiert wurde. Basierend auf den vorliegenden Erkenntnissen wurden Keimzentren mit und ohne den Dopamin-abhängigen Signalweg simuliert. „Zu unserer Überraschung haben wir keinen Einfluss von Dopamin auf die Affinitätsreifung gefunden. Unsere intuitive Schätzung, dass Antikörper früher produziert werden, wurde bestätigt“, sagt Meyer-Hermann. „Der unerwartete und deutlichste Effekt des Dopamin-gesteuerten Prozesses war eine stark erhöhte Menge von produzierten Antikörpern.“ Die mathematische Modellierung der Forscher kommt zu dem Ergebnis, dass eine schnellere Signalkaskade in B-Zellen den Output des Keimzentrums um 24 Stunden beschleunigen und die Gesamtantikörpermenge deutlich steigern könnte.

Entscheidender Vorteil gegen sich schnell vermehrende Erreger

„Es ist faszinierend, dass der ganze Signalweg der Steuerung der Immunantwort über den Neurotransmitter Dopamin beim Menschen existiert, aber nicht bei Mäusen“, sagt Meyer-Hermann. Dies könnte nicht nur bei der Verbesserung von Immunantworten nach Impfungen in der älteren Bevölkerung interessant werden. Die Verwendung eines Dopamin-abhängigen Signalwegs in der immunologischen Synapse zwischen T- und B-Zellen im Lymphknoten könnte einen evolutionären Vorteil bei einer Infektion bieten. Das bedeutet einen Überlebensvorteil bei einer Infektion mit sich schnell entwickelnden Viren, Toxinen oder anderen infektiösen Stoffen, die mit einer hohen Anzahl hochselektiver Antikörper aufzuhalten sind. „Für bestimmte Krankheiten ist es sehr wichtig, die Antikörper etwas früher und in größerer Menge zu haben“, sagt Meyer-Hermann. „Speziell für Ebola-Patienten ist die frühe Antikörperbildung extrem relevant. Sie entscheidet über Leben oder Tod der Patienten.“

Originalpublikation: I. Papa, M. Ponzoni, D. Saliba, P.F. Canete, P. Gonzalez-Figueroa, S. Bustamante, M. Grimbaldeston, R.A. Sweet, H. Vohra, M. Meyer-Hermann, M.L. Dustin, C. Doglioni, C.G. Vinuesa: TFH-derived dopamine accelerates productive T:B synapses in human germinal centers. Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature23013

* Dr. A. Fischer: Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung GmbH, 38124 Braunschweig

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