Haut und Immunzellen arbeiten eng zusammen

Wie eine Armee von Fußsoldaten stehen Immunzellen in der äußersten Hautschicht bereit, um Angriffe abzuwehren. Dabei sind die Immunzellen fähig, ihre Position je nach Bedarf zu verändern. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie, die Wissenschaftler der US-amerikanischen Yale-Universität gerade veröffentlicht haben.

Überwachungssystem mit verteilten Rollen

Als größtes Organ des menschlichen Körpers ist die Haut für den Schutz vor Infektionen verantwortlich. Auf ihrer Oberfläche tummelt sich ständig eine Vielzahl von Krankheitserregern, die nicht in tiefer liegende Schichten eindringen sollen. Deshalb stellten sich die Forscher der Yale School of Medicine die Frage: Wie genau organisiert die Haut ihre Abwehrkräfte gegen eine so große Anzahl von Bedrohungen?

Die Anfang Mai in der Zeitschrift Nature Cell Biology veröffentlichte Studie entstand unter der Leitung von Valentina Greco, Professorin für Genetik. Ihr Forscherteam fand heraus, dass die Epidermis, die äußerste Hautschicht, über eine regelrechte Armee von Immunzellen verfügt. Sie sind in regelmäßigen Abständen stationiert, um mögliche Krankheitserreger sofort zu vernichten.

Falls nötig, können diese Immunzellen ihre Position rasch verändern. Auf diese Weise können gefährdete Bereiche stärker geschützt werden. Catherine Matte-Martone, Mitautorin der Studie, spricht von einem „Überwachungssystem mit zwei getrennten Rollen“.

Die Haut selbst kontrolliere die Zahl der Wachposten, indem sie ständig ihre eigene Dichte ermittelt. Die Immunzellen dagegen sorgen mit ihrer Positionsänderung dafür, mögliche Risse in der Hautoberfläche zu vermeiden.

Die Epidermis enthält zwei Haupttypen von Zellen des Immunsystems, Langerhanszellen (LCs) und dendritische epidermale T-Zellen (DETCs). Langerhanszellen sind Teil der angeborenen Immunantwort. Sie produzieren unter anderem den Tumornekrosefaktor-alpha, einen multifunktionellen Signalstoff des Immunsytem. Bei dendritischen epidermalen T-Zellen handelt es sich um Fresszellen. Sie liefern dem Immunsystem wichtige Informationen, um Krankheitserreger zu vernichten.

Für die Studie hat das Team der Yale-Wissenschaftler mit Hilfe von Sangbum Park, einem Forscher der Michigan State University, Bilder dieser Immunzellen aufgenommen.

Darauf lässt sich beobachten, wie Immunzellen mit Epithelzellen interagieren. Epithelzellen haben eine würfelförmige Gestalt und formen das Deckgewebe der Haut und das Gewebe von Drüsen. Sie enthalten keine Blutgefäße. Diese Art von Zellen bildet den größten Teil der Epidermis, der obersten Hautschicht.

Bei ihren Experimenten fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Zellen des Immunsystems in einem bestimmten Muster verteilt sind. Dabei wird ein Mindestabstand zwischen den einzelnen Zellen eingehalten. Laut den Forschern scheinen diese Immunzellen die Fähigkeit zu haben, sich gegenseitig zu meiden, Cluster an beliebigen Orten zu verhindern und eine konsistente Verteilung aufrechtzuerhalten.

Dieses Phänomen ähnelt einer in Neuronen beobachteten Eigenschaft. Bei Neuronen aus einem einzelnen Zweig wurde die Tendenz beobachtet, sich gegenseitig zu meiden.

„Unsere Studie legt nahe, dass LCs und DETCs einen Mechanismus der Selbstvermeidung zu haben scheinen, ähnlich wie neuronale Zellen“, sagte Park, Assistenzprofessor an der Michigan State University.

Als das Team einige Immunzellen in einem Bereich entfernte, beobachteten sie, dass sich die verbleibenden Zellen über das Hautgewebe neu positionieren konnten. Auf diese Weise füllten sie die entstandenen Lücken in der Verteidigung.

Die Forscher fanden auch heraus, dass sie die Normalverteilung dieser Zellen stören konnten. Dafür schalteten sie ein als Rac1 bekanntes Gen (Ras-verwandtes C3-Botulinumtoxinsubstrat 1) aus. Dieses Gen reguliert Projektionen von Dendriten, zweigartige Fortsetzungen von Immunzellen, die dendritischen epidermalen T-Zellen ihren Namen verleihen. Unter Projektion versteht man den Prozess, mit dem sich Dendriten örtlich verlagern, also bewegen.

Die Ergebnisse veranschaulichen, wie spezialisierte Zelltypen zusammenarbeiten können, um eine größere Rolle im Körper zu spielen.

 „Es ist faszinierend zu beobachten, wie diese verschiedenen Zelltypen in einem Entwicklungskontext und nicht in einem immunologischen Kontext nebeneinander existieren und miteinander interagieren“, sagte Martone.

Quelle: Sangbum Park, Catherine Matte-Martone, David G. Gonzalez, Elizabeth A. Lathrop, Dennis P. May, Cristiana M. Pineda, Jessica L. Moore, Jonathan D. Boucher, Edward D. Marsh, Axel Schmitter, Katie Cockburn, Yohanns Bellaïche, Valentina Greco. Skin-resident immune cells actively coordinate their distribution with epidermal cells during homeostasis. bioRxiv 2021.01.08.425932; (https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.01.08.425932v1.full

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