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27.01.2021 10:21

Elvira Mass erhält den Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Nachwuchspreis 2021

Jennifer Hohensteiner Public Relations und Kommunikation
Goethe-Universität Frankfurt am Main

Die Weichen für die Gesundheit der Organe werden offensichtlich schon im frühen Embryo gestellt. Die diesjährige Nachwuchspreisträgerin hat gezeigt, dass spezialisierte Immunzellen aus dem Dottersack die Entwicklung der Organe begleiten und zeitlebens zur Gesunderhaltung beitragen. Damit bestimmen diese Zellen mit über das Funktionieren der Organe. Für Elvira Mass liegt in der eingeschränkten Funktion dieser Zellen eine mögliche Ursache für viele Erkrankungen.

FRANKFURT am MAIN. Der mit 60.000 Euro dotierte Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Nachwuchspreis 2021 geht an die Entwicklungsbiologin Professorin Elvira Mass vom Life and Medical Sciences Institut (LIMES) der Universität Bonn. Die Preisverleihung in der Paulskirche, die traditionell am 14. März, dem Geburtstag von Paul Ehrlich, mit einem Festakt gefeiert wird, fällt in diesem Jahr wegen der Coronavirus-Pandemie aus. Die Ehrung der Nachwuchspreisträgerin wird im kommenden Jahr zusammen mit den Preisträgern 2022 nachgeholt werden.

Damit die Organe gesund und leistungsfähig bleiben, muss das Gewebe ständig nach Auffälligkeiten durchforstet werden. Bis vor wenigen Jahren galt die Auffassung, dass diese Aufgabe von Immunzellen aus dem Knochenmark übernommen wird. Mass hat in einer Reihe eleganter Experimente gezeigt, dass diese Zellen auf Vorläuferzellen im Dottersack zurückgehen, der den Embryo bis zur Ausbildung der Placenta ernährt und dann abgebaut wird. Die Vorläuferzellen wandern aus dem Dottersack in die entstehenden Organe, begleiten deren Entwicklung und bleiben auch nach der Geburt ein Leben lang präsent. Woher sie diese Langlebigkeit nehmen, ist bislang ein Rätsel.

Bei den Immunzellen handelt es sich um sogenannte Gewebe-Makrophagen, also um Fresszellen des angeborenen Immunsystems. Ihre primäre Aufgabe besteht darin, aufzuräumen und alles zu beseitigen, was nicht zu einem gesunden Organ gehört. Allerdings produzieren sie auch Botenstoffe und schaffen Nährstoffe herbei, sodass sie auch dafür sorgen, dass Neues entsteht.

„Die besondere Leistung von Elvira Mass besteht in einem wichtigen Perspektivenwechsel beim Blick auf die Funktion von Organen“, schreibt der Stiftungsrat unter Vorsitz von Professor Thomas Boehm, Direktor am Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik in Freiburg, in seiner Begründung. „Wer sich für die Frage interessiert, wie sich Organe entwickeln und was sie gesund erhält, schaut jetzt nicht mehr nur auf das Knochenmark, sondern ebenso auf den Dottersack und damit auf eine ganz andere Population von Makrophagen. Das hat auch Konsequenzen für die Medizin, denn Organerkrankungen könnten auch auf eine Fehlfunktion der Makrophagen-Vorläuferzellen aus dem Dottersack zurückgehen“, so der Stiftungsrat weiter.

Dass dies tatsächlich der Fall ist, hat Mass für einige Organe der Maus gezeigt, zum Beispiel für das Gehirn, wo die ansässigen Makrophagen Mikroglia heißen. Der Hinweis auf eine relevante Fehlfunktion kam aus der Medizin. Es gibt eine Form von Krebs, bei dem sich die Gewebe-Makrophagen unkontrolliert vermehren und bei der die Kranken mit der Zeit Anzeichen für eine Neurodegeneration oder eine Bewegungsstörung entwickeln. Diesen als Histiozytosen bezeichneten Tumoren liegt meistens eine spezielle Mutation zugrunde. Mass hat diese Mutation bei Mäusen in die Vorläuferzellen im Dottersack geschleust und verfolgt, wie sich die Tiere entwickelten. Dabei zeigte sich, dass die mutierten Mikroglia-Zellen nicht mehr ihren angestammten Aufgaben nachgehen, sondern die Nervenzellen in ihrer Nachbarschaft attackieren und beseitigen. Das führte bei den Mäusen früher oder später zu Lähmungen und passt damit zum klinischen Bild einer Histiozytose.

Mit der ihr kürzlich zugesprochenen, begehrten Förderung des Europäischen Forschungsrates wird die Nachwuchspreisträgerin in Zukunft untersuchen, welche Umweltfaktoren die epigenetische Prägung in den Vorläuferzellen des Dottersacks derart verändern, dass sich daraus Konsequenzen für die Gesundheit der Organe ergeben. Dafür wird sie unter anderem den Einfluss von Nanoplastik-Partikeln auf die Makrophagen untersuchen. Teilchen, die kleiner als 500 Nanometer sind, gelangen über die Plazenta ins Blut des Embryos und könnten damit auch der Fürsorge-Funktion der Gewebe-Makrophagen schaden.

Kurzbiographie Professorin Dr. Elvira Mass
Elvira Mass (34) studierte Biologie an der Universität Bonn und promovierte am dortigen Life and Medical Sciences Institut (LIMES). 2014 wechselte sie in das Labor von Frederic Geissmann ans King’s College in London und folgte ihm wenige Monate später an das Memorial Sloan-Kettering Cancer Center in New York. Von dort kehrte sie 2017 als Gruppenleiterin an das LIMES-Institut der Universität Bonn zurück. 2019 wurde sie W2 Professorin für „Integrated Immunology“ an der Universität Erlangen-Nürnberg. 2020 wechselte sie auf eine W2/W3-Professur ans LIMES-Institut. Mass ist mehrfach ausgezeichnet worden. 2020 erhielt sie den Heinz Maier Leibnitz-Preis. Dies ist der bedeutendste Preis zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses in Deutschland.

Der Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Nachwuchspreis
Der 2006 erstmals vergebene Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Nachwuchspreis wird von der Paul Ehrlich-Stiftung einmal jährlich an einen in Deutschland tätigen Nachwuchswissenschaftler oder eine in Deutschland tätige Nachwuchswissenschaftlerin verliehen, und zwar für herausragende Leistungen in der biomedizinischen Forschung. Das Preisgeld von 60.000 Euro muss forschungsbezogen verwendet werden. Vorschlagsberechtigt sind Hochschullehrer und Hochschullehrerinnen sowie leitende Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen an deutschen Forschungseinrichtungen. Die Auswahl der Preisträger erfolgt durch den Stiftungsrat auf Vorschlag einer achtköpfigen Auswahlkommission.

Die Paul Ehrlich-Stiftung
Die Paul Ehrlich-Stiftung ist eine rechtlich unselbstständige Stiftung, die treuhänderisch von der Vereinigung von Freunden und Förderern der Goethe-Universität verwaltet wird. Ehrenpräsidentin der 1929 von Hedwig Ehrlich eingerichteten Stiftung ist Professorin Dr. Katja Becker, Präsidentin der Deutschen Forschungsgemeinschaft, die auch die gewählten Mitglieder des Stiftungsrates und des Kuratoriums beruft. Vorsitzender des Stiftungsrates der Paul Ehrlich-Stiftung ist Professor Dr. Thomas Boehm, Direktor am Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik in Freiburg, Vorsitzender des Kuratoriums ist Professor Dr. Jochen Maas, Geschäftsführer Forschung & Entwicklung, Sanofi-Aventis Deutschland GmbH. Prof. Dr. Wilhelm Bender ist in seiner Funktion als Vorsitzender der Vereinigung von Freunden und Förderern der Goethe-Universität zugleich Mitglied des Stiftungsrates der Paul Ehrlich-Stiftung. Der Präsident der Goethe-Universität ist in dieser Funktion zugleich Mitglied des Kuratoriums.

Weitere Informationen
Alle Unterlagen der Pressemappe sowie ein Foto von Professorin Elvira Mass sind unter www.paul-ehrlich-stiftung.de zur Verwendung hinterlegt. Den ausführlichen Lebenslauf, ausgewählte Veröffentlichungen und die Publikationsliste erhalten Sie von Dr. Hildegard Kaulen, Telefon: +49 (0) 6122/52718, E-Mail: h.k@kaulen-wissenschaft.de

Hintergrundinformation zur Verleihung des Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Nachwuchspreises 2021 an Professorin Dr. Elvira Mass

Dirigenten aus dem Dottersack

Immunzellen aus dem Dottersack helfen dem frühen Embryo bei der korrekten Entwicklung seiner Organe.

Nach der Befruchtung einer Eizelle muss bei der weiteren Entwicklung des Embryos jeder Schritt sitzen. Wohin kommt der Kopf, wohin die Beine? Herz, Lunge, Leber und die anderen Organe müssen richtig angelegt werden, die Zellen dürfen nicht aus der Reihe tanzen und Fehler müssen sofort korrigiert werden. Die diesjährige Nachwuchspreisträgerin Professorin Elvira Mass hat gezeigt, dass diese Mission von spezialisierten Immunzellen aus dem Dottersack des frühen Embryos begleitet wird, den sogenannten Makrophagen. Wie Ordnungshüter treten sie in Aktion, wenn in den Organanlagen nicht alles nach Plan verläuft und tragen auch später zur Organgesundheit bei. Schwächeln die Gewebe-Makrophagen, drohen fatale Konsequenzen.

Meistens erweitern neue Forschungsergebnisse das bestehende Wissen, manchmal stellen sie es aber auch auf den Kopf. Die Entwicklungsbiologin Elvira Mass vom Life and Medical Sciences-Institut (LIMES) in Bonn gehört zu denjenigen, die bestehendes Wissen auf den Kopf gestellt haben. Die Nachwuchspreisträgerin hat die Regeln der Organentwicklung im frühen Maus-Embryo neu vermessen und den Makrophagen aus dem Dottersack eine tragende Rolle zugewiesen. Bis dahin waren die Wissenschaftler fest davon überzeugt, dass die Gewebe-Makrophagen ausschließlich aus dem Knochenmark stammen, aus dem auch das Blut erneuert wird. Mass hat gezeigt, dass auch der Dottersack ein wichtiger Ursprungsort ist und dass die Gewebe-Makrophagen aus dem Dottersack lebenslang zur Gesunderhaltung der Organe beitragen – oder ihnen schaden, wenn sie versagen. Der Dottersack ernährt den Embryo bis zur Ausbildung der Plazenta und wird dann abgebaut.

Mehr als eine Putztruppe
Makrophagen gehören zum angeborenen Immunsystem der Säugetiere. Sie sind Teil eines permanent aktiven Überwachungssystems, das den Körper wie ein Radar ständig nach Bedrohungen durchforstet. Wird das angeborene Immunsystem fündig, schlägt es Alarm und ruft das spezialisierte Immunsystem mit seinen maßgeschneiderten Antikörpern und Killerzellen auf den Plan. Makrophagen arbeiten als Putztruppe des angeborenen Immunsystems, die alles beseitigt, was nicht an Ort und Stelle gehört. Allerdings sind sie mehr als reine Fresszellen. Makrophagen produzieren auch Botenstoffe und schaffen Nährstoffe herbei. Damit sorgen sie dafür, dass nicht nur aufgeräumt wird, sondern auch Neues entsteht. Jedes Organ hat sein eigenes Set an Gewebe-Makrophagen. Im Gehirn heißen diese Zellen Mikroglia, in der Leber Kupffer-Zellen und in der Haut Langerhans-Zellen, um nur drei Beispiele zu nennen.

Mass hat für Maus-Embryonen einen regelrechten Atlas mit den Wanderungsbewegungen der Vorläuferzellen aus dem Dottersack erstellt. Dabei wurde deutlich, dass diese Vorläuferzellen auf dem Weg zu den Organanlagen noch keine ausgereiften Gewebe-Makrophagen sind, sondern erst vor Ort ihre endgültige Bestimmung erlangen. In den Organanlagen bilden sie dann ein dreidimensionales Netzwerk, in das die organspezifischen Zellen nach und nach einsortiert werden, bis dass das Organ ausgereift ist. Allerdings begleiten sie diesen Prozess auch durch ihre anderen Funktionen.

Wenn die Gewebe-Makrophagen derart wichtig für die Entwicklung und Gesunderhaltung eines Organs sind, drängt sich die Frage auf, was passiert, wenn die Vorläuferzellen im Dottersack mutiert oder in besonderer Weise geprägt worden sind. Bei der Beantwortung dieser Frage kam Mass ein Befund aus der Medizin zur Hilfe. Es gibt Tumore, bei denen sich die Gewebe-Makrophagen unkontrolliert vermehren. Diese sogenannten Histiozytome weisen oft eine spezifische Mutation auf. Mass hat diese Mutation bei Mäusen in die Vorläuferzellen des Dottersacks geschleust und verfolgt, wie sich die Tiere entwickelten. Konsequenzen zeigten sich vor allem bei den Mikroglia-Zellen. Sie wurden funktionell nachlässiger und begannen, benachbarte Neurone zu beseitigen. Früher oder später zeigten alle Tiere Schäden im Gehirn, die schließlich zu einer Lähmung führten. Auch Patienten mit einer Histiozytose entwickeln im Laufe ihrer Erkrankungen Anzeichen einer Neurodegeneration oder Bewegungsstörungen.

Neuer Ansatz gegen Neurodegeneration
„Diese Experimente beweisen, dass Makrophagen mit bestimmten Veränderungen zur Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen beitragen“, sagt Mass über ihre Ergebnisse. „Obwohl es nur Tierexperimente sind, müssen wir uns jetzt natürlich fragen, was diese Befunde für die Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer Demenz oder Morbus Parkinson bedeuten“, so die Nachwuchspreisträgerin weiter. „Vielleicht tragen nicht nur die bekannten Ablagerungen zur Entstehung beider Krankheiten bei, sondern auch das Fehlverhalten der Mikroglia, dass durch eine Mutation in den Vorläuferzellen des Dottersacks entstanden ist oder durch eine spezielle, funktionell gleichartige unphysiologische epigenetische Prägung. Ich bin der festen Überzeugung, dass wir bei der Betrachtung der Krankheitsentstehung viel stärker auf ein mögliches Fehlverhalten der Gewebe-Makrophagen achten müssen als bisher.“

Mass hat sich auch für die Rolle der Makrophagen in anderen Geweben interessiert – etwa für die der Osteoklasten im Knochen. In einem gesunden Knochen halten sich Knochenaufbau und Knochenabbau die Waage. Für den Knochenaufbau sind die sogenannten Osteoblasten zuständig, für den Knochenabbau die Osteoklasten. Mass konnte zeigen, dass ein Defekt im Wachstums- und Differenzierungsprogramm der Vorläuferzellen des Dottersacks dazu führt, dass keine funktionstüchtigen Osteoklasten entstehen. Dadurch gerät die Balance zwischen Knochenaufbau und Knochenabbau durcheinander. Die Osteoblasten gewinnen die Oberhand und verhärten den Knochen.

Mäuse mit einem entsprechenden Defekt behelfen sich, indem sie nach der Geburt Unterstützung aus dem Knochenmark holen und von dort neue Makrophagen rekrutieren. Patienten mit einer Knochenverhärtung, einer sogenannten Osteopetrose, können das nicht, denn anders als bei den Mäusen, bei denen Mass den Defekt nur in die Vorläuferzellen des Dottersacks geschleust hat, ist bei den Patienten jede Zelle mutiert, auch die Zellen des Knochenmarks. Sie können daher keine Hilfe von dort erwarten. Allerdings könnte ihnen möglicherweise eine Bluttransfusion von gesunden Spendern helfen. Das wird vielleicht bald in einer klinischen Studie geprüft werden.

Was könnte den Makrophagen schaden
Mass wird in Zukunft auch untersuchen, welche Umweltfaktoren die epigenetische Prägung in den Vorläuferzellen des Dottersacks verändern und wie diese Veränderungen die Funktion der späteren Gewebe-Makrophagen beeinflussen. „Ich bin der festen Überzeugung, dass viele Erkrankungen ihre Ursache in solchen Prägungen und Veränderungen haben“, sagt Mass über ihr Forschungsvorhaben. Sie will zum Beispiel den Einfluss mütterlicher Fettleibigkeit bei Mäusen untersuchen. Mass hegt die Vermutung, dass die Nachkommenschaft übergewichtiger Mäuse eine Fettleber entwickeln, weil die Kupffer-Zellen in Mitleidenschaft gezogen worden sind. Mit finanzieller Förderung der Europäischen Union wird sie in den kommenden Jahren auch den Einfluss von Nanoplastik-Partikel aus der Umwelt auf Makrophagen untersuchen. Teilchen, die kleiner als 500 Nanometer sind, können die menschliche Plazenta passieren und wären damit auch in der Lage, der Fürsorge-Funktion dieser Immunzellen während der Entwicklung zu schaden.

Weitere Informationen
Alle Unterlagen der Pressemappe sowie Fotos von Frau Professorin Dr. Elvira Mass sind unter www.paul-ehrlich-stiftung.de zur Verwendung hinterlegt. Der Abdruck ist kostenfrei. Den ausführlichen Lebenslauf, ausgewählte Veröffentlichungen und die Publikationsliste erhalten Sie bei Dr. Hildegard Kaulen, Telefon: +49 (0) 6122/52718, E-Mail: h.k@kaulen-wissenschaft.de

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Alle Unterlagen der Pressemappe sowie ein Foto von Professorin Elvira Mass sind unter www.paul-ehrlich-stiftung.de zur Verwendung hinterlegt. Den ausführlichen Lebenslauf, ausgewählte Veröffentlichungen und die Publikationsliste erhalten Sie von Dr. Hildegard Kaulen, Telefon: +49 (0) 6122/52718, E-Mail: h.k@kaulen-wissenschaft.de

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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler, jedermann
Biologie, Chemie, Medizin
überregional
Wettbewerbe / Auszeichnungen
Deutsch

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