Das Immunsystem kämpft mit mörderischen Tricks gegen Keime und Krebs. Mord und Totenschlag sind im Immunsystem alltäglich – zum Glück. Ständig sucht ein Killersyndicat nach altersschwachen oder von Krankheitserregern befallenen Zellen. Ihr Tod sichert das Überleben des Organismus. Ein Bio-Krimi über die neuesten Erkenntnisse der Immunologie.
Es sollte wieder einmal ein großes Fressen werden. Ein Haufen Antikörper war an “Mac”, dem Makrophagen vorbeigeschwommen (siehe Kasten: Wer ist Wer?) und hatte die Gegenwart eines Eindringlings signalisiert. Antikörper sind Eiweiße, die ständig im Blut herumtreiben, auf der Suche nach allem, was “anders” ist: alternde Zellen und Krankheitserreger wie Viren, Bakterien und Parasiten. Auch Zellen mit mutiertem Erbgut, die sich zu einem Krebsgeschwür auswachsen könnten, werden von ihnen aufgespürt.
Sobald sie etwas treffen, was fremd riecht, heften sie sich an und geben Mac das Signal, aktiv zu werden. Der Makrophage trägt auf seiner Oberfläche Eiweiße, die exakt in entsprechende Andockstellen der Antikörper passen. Der Kontakt verleiht Mac die Lizenz zum Töten.
Das Opfer ist “ice-T”, ein weißes Blutkörperchen, das von Viren befallen ist. Der Makrophage hüllt die Zelle vollkommen ein. Ihre Haut wird Teil von seiner, ihre inneren Bestandteile verschmelzen mit den seinen, und was er nicht verwerten kann, zum Beispiel ihre Erbsubstanz, verpackt er in membranumhüllte Säcke, die Vesikel. Darin löst er die Reste von ice-T mit zerstörerischen Eiweißen und aggressiver Säure spurlos auf.
So gründlich wie Mac sind nicht alle Killer in der Welt der Immunzellen. Wie sie ihr Werk verrichten im täglichen Krieg gegen lebensgefährliche Keime in unserem Körper – das beginnen die Forscher jetzt im Detail zu verstehen. Die gröbsten Schlächter sind die entwicklungsgeschichtlich alten Eiweiße, die gemeinsam das Komplementsystem bilden. Mindestens 17 verschiedene Moleküle formen gemeinsam einen Bio-Bohrer, der Löcher in die Haut der Opfer dreht. Die Attacke hat tödliche Folgen: Der im Inneren der Bakterien herrschende Unterdruck sorgt dafür, daß Flüssigkeit aus dem Gewebe ihres Wirts mit Gewalt in sie hineingesogen wird – so lange, bis das Bakterium platzt.
Jetzt hat das Komplementsystem sein Werk prinzipiell vollbracht. Ein Problem ist nur, daß sich das Innere der Bakterien in den infizierten Organismus ergießt. Das zelluläre Gedärm wie Zytoplasma und Ribosomen sowie allerlei Gift- und Abfallstoffe können immer noch üble Folgen für den Infizierten haben. Deshalb schlägt einer der Aufpasser unter den Immunzellen, der Lymphozyt “Al”, Alarm. Er läßt gleich ein ganzes Killer-Bataillon aufmarschieren, das sich um die Beseitigung der giftigen Reste kümmert. Natürlich gehören die Makrophagen wieder dazu, aber auch verwandte Freßzellen, die Granulozyten, ebenfalls weiße Blutkörperchen.
Im Gegensatz zum groben Komplementsystem hat die jüngere Generation der Killer im Immunsystem den perfekten Mord entwickelt: Sie erzwingen den Selbstmord einer kranken oder infizierten Zelle.
Die biologische Notwendigkeit der Apoptose, wie die Fachleute den Vorgang nennen, begründet Prof. Peter Krammer vom Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg: “Das Sterben gehört zum Leben.” Zahlreiche schwere Erkrankungen seien die Folge einer eingeschränkten Apoptose, unter anderem Krebs. Wenn es dazu kommt, haben die Alarmsysteme und die Killer des Immunsystems geschlafen und es kranken Zellen erlaubt, sich ungestört zu vermehren.
Meistens aber sind sie wachsam und treiben eine Zelle, die gefährlich werden könnte, rechtzeitig in den Selbstmord. Wenn Spezialisten wie der B-Lymphozyt “not-to-B” die richtigen molekularen Schalter drücken, zerstören sich die kranken Zellen binnen Minuten selbst. Diese Schalter kennt auch Krammer. Nach dem Vorbild des Immun-Syndikats hat er weltweit als erster einen tödlichen Antikörper hergestellt, mit dem er im Labor die Apoptose nachvollziehen kann. So erarbeitete er eine genaue Vorstellung davon, wie not-to-B & Co ihren Job verrichten.
Er fand heraus, daß jede einzelne Körperzelle ein eingebautes Todesprogramm besitzt, das von außen wie von innen ausgelöst werden kann. Manchmal kommt dem Killerkommando des Syndikats nämlich der tatsächliche Selbstmord einer kranken Zelle zuvor. Das geschieht zum Beispiel, wenn ihre Erbsubstanz verändert ist, bei Krebszellen etwa. Würden sich solche Zellen vermehren, hätte das fatale Folgen für den Organismus. Ein zelleigener Wächter über das Erbgut ist das Tumorunterdrückungs-Gen p53. Wenn p53 in einer entarteten Zelle Alarm schlägt, zerstört diese sich selbst. Es kommt allerdings auch vor, daß der Wächter selbst sich verändert. Wenn mutiertes p53 den Körper nicht mehr vor Krebs bewahren kann, ist das Immunsystem gefordert.
Einer der am besten untersuchten biologischen Selbstmordschalter ist ein von Krammer APO-1 getauftes Molekül. Es steckt in den Membranen beinahe aller Körperzellen. Während der größte Teil von APO-1 aus der Zelle herausragt, reicht ein kleiner Fortsatz in das Zellinnere hinein. Der startet das selbstzerstörerische Programm, sobald jemand außen auf den Schalter drückt.
Den genauen Mechanismus hat man erst vor kurzem entschlüsselt: Wenn eine Zelle durch Veränderungen auf ihrer Oberfläche dem Immunsystem signalisiert hat, daß sie krank oder infiziert ist, versammelt sich eine ganze Reihe molekularer Figuren um das APO-1. Am dichtesten drängelt sich ein FADD getauftes Eiweiß heran. Es hat vor allem vermittelnde Funktion. Eines seiner Enden paßt genau an APO-1, das andere Ende übt eine starke Anziehungskraft auf den Todesboten FLICE aus. “Sobald FLICE an FADD gebunden hat, haben die letzten Sekunden im Leben einer Zelle begonnen”, sagt Dr. Carsten Scaffidi, Immunologe in der Arbeitsgruppe um Prof. Krammer.
Durch den Kontakt mit FADD verändert FLICE seine Form und löst eine selbstmörderische Kaskade von Eiweißspaltungen aus. Am Ende ist im Zellinneren alles in kleine Stücke gehackt und kaum noch etwas am alten Platz: Teile ihrer Hülle sind von innen nach außen gekehrt, das molekulare Skelett der Zelle ist zertrümmert, ihre Kraftwerke, die Mitochondrien, sind lahmgelegt, die Erbinformation ist zerfetzt. Für Mac und seine kannibalischen Kollegen ist die verstümmelte Zelle nun ein leichtes Opfer.
Natürlich hat eine gute Organisation immer alternative Methoden in der Hinterhand. Zur Familie gehören deshalb noch zwei weitere Gruppen, die Helfer- und die Killer-T-Zellen. Die Helfer-T-Zellen suchen ständig nach Eindringlingen oder körpereigenen Zellen, die von Viren befallen sind, und alarmieren das Syndikat durch das Ausschütten von Warnstoffen (Zytokinen). Ihre Verwandten, die Killer-T-Zellen, durchlöchern – ähnlich wie das Komplementsystem – die Haut ihrer Opfer. Sie benutzen dazu aber keinen molekularen Bohrer, sondern versenken das Protein Perforin in die Hülle der Zielzelle.
Prof. Jürg Tschopp von der Universität Lausanne hat herausgefunden, wie der Prozeß funktioniert. Die Perforine lassen die äußere Haut der Zellen porös werden, so daß zerstörerische Moleküle eindringen können. Die halten die Killer-T-Zellen gleich selbst bereit. Sie wirken ebenfalls, indem sie die Selbstmordkaskade in Gang setzen.
Damit ist die Killermannschaft beinahe komplett – bis auf eine Spezialeinheit, die “Natürlichen Killerzellen” (NK). Sie sind so gefährlich, daß sie die meiste Zeit “einen Maulkorb tragen”, sagt die Biologin Dr. Christine Falk vom GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit in München. Der Maulkorb besteht aus Molekülstrukturen, den “killer cell inhibitory receptors” oder KIR. Solange die KIR bei anderen Zellen bestimmte Oberflächenmoleküle ertasten, die auf fast allen Körperzellen vorkommen, bleibt der Maulkorb dran.
Virusinfizierte Zellen aber ziehen diese Erkennungsmoleküle meistens ein und veranlassen so die NK-Zellen, den Beißschutz abzuwerfen. Sofort setzen sie – wie die Killer-T-Zellen – Perforine und Zellgifte frei. Erst seit kurzem wissen die Immunologen, daß außerdem zahlreiche “Finger” aus ihrer Oberfläche wachsen, die den Todesschalter APO-1 drücken. So bestückt fällt es den NK-Zellen leicht, alle instabilen und kranken Zellen in ihrer Umgebung in den Selbstmord zu treiben.
Von den alten Komplementmolekülen einmal abgesehen, scheinen also alle Akteure im Immunsystem – die klassischen Freßzellen wie Mac, die Killer-T-Zellen und die einen Maulkorb tragenden NK-Zellen – mit der Apoptose zu arbeiten, dem erzwungenen Selbstmord. “Die Evolution, die sich ja gewöhnlich verschiedene Tricks einfallen läßt, um ein Ziel zu erreichen, war hier auf eine gewisse Weise faul”, kommentiert der Heidelberger Experte Prof. Krammer.
Weil die Evolution aber ein jahrmillionenaltes Spiel von Angriff und Verteidigung ist, hatten die Viren Zeit, diese Faulheit auszunutzen; sie versuchen, den Selbstmord der infizierten Zellen zu unterbinden. Sie produzieren als Gegenmaßnahme verschiedene Eiweißstoffe, darunter die von Prof. Tschopp entdeckten FLIP-Proteine. Die FLIP binden sich an den Schalter aus APO-1 und FADD und blockieren dadurch die Anlagerung des Exekutionsmoleküls FLICE, das sonst die Selbstmordkaskade in Gang setzen würde. Die FLIP sind für die Viren der letzte Schutz, wenn die von ihnen eroberte Zelle vom Immunsystem schon als Bedrohung erkannt ist.
Gerät auch der Einsatz der FLIP zum Flop, stehen die Chancen für den infizierten Organismus gut. Schaffen die schützenden Killer es, die erste befallene Zelle in die Apoptose zu treiben, ist das oft der Beginn einer Kettenreaktion. “Das Immunsystem wird auf andere Zellen aufmerksam, die von dem gleichen Krankheitserreger befallen sind”, sagt der Heidelberger Immunologe Dr. Scaffidi. “Somit bedeutet der Tod von einzelnen Zellen oft das Überleben des Menschen.”
Wer ist wer im Immunsystem? Die Freßzelle Mac, die Killer-T-Zelle ice-T, die alarmierende Helfer-T- Zelle Al und der Waffenschmied not-to-B sind in diesem Beitrag personalisierte weiße Blutkörperchen des Immunsystems mit Fantasienamen, wie sie Biologen und Biochemiker im Laboralltag benutzen.
Wissenschaftliche Kürzel sind die Benennungen der Proteinmoleküle FADD, FLICE, KIR und FLIP: FADD – Fas-associated death domain protein, wobei “Fas” nur ein anderer Name für den molekularen Apoptose-Schalter APO-1 ist FLICE – FADD-like interleukin-1-beta-converting enzyme KIR – Killer cell inhibitory receptor FLIP – FLICE inhibitory protein
Christina Berndt
