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LMU-Forschende liefern mit einem CRISPR-Screening erstmals eine umfassende molekulare Erklärung für die Infiltration von T-Zellen ins zentrale Nervensystem bei MS.
Multiple Sklerose (MS) ist die häufigste Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS) bei jungen Erwachsenen, die zu schweren Behinderungen führen kann. Die Erkrankung entsteht, wenn aktivierte autoreaktive T-Zellen des Immunsystems in das zentrale Nervensystem einwandern und dort eine Kaskade von Gewebsschädigungen auslösen. Sowohl beim Menschen als auch im Nagetiermodell konnte in der Vergangenheit die Bedeutung dieser sogenannten T-Zell-Infiltration gut belegt werden.
„Es gab aber noch kein umfassendes Verständnis dieser Vorgänge“, sagt Professor Dr. Martin Kerschensteiner, Direktor des Instituts für Klinische Neuroimmunologie der LMU. Nicht bekannt war vor allem, welche Faktoren die vermehrte Einwanderung der autoreaktiven T-Zellen in das ZNS begünstigen oder regulieren. Hier setzte ein Team um Kerschensteiner und Privatdozent Dr. Naoto Kawakami am Biomedizinischen Centrum der LMU an: Wie die Forschenden in Nature Neuroscience berichten, konnten sie anhand einer aufwändigen genomweiten Analyse fünf essenzielle Inhibitoren und 18 essenzielle Mediatoren der T-Zell-Migration in das ZNS identifizieren.
Genomweites in vivo CRISPR-Screening im Ratten-Modell
Die Münchner Forscher nutzten ein Analysetool, das in Zusammenhang mit Modellen der Multiplen Sklerose noch nicht zum Einsatz gekommen ist. „Die CRISPR-Technologie eröffnet uns die Möglichkeit, umfassende und unvoreingenommene Loss-of-Function-Screenings in Krankheitsmodellen in vivo durchzuführen”, erklärt Kawakami. Bislang wurden genomweite CRISPR-Screens vor allem bei Fragen rund um die Entstehung von Krebs eingesetzt, aber noch nicht in Zusammenhang mit MS.
„Wir haben ein genomweites CRISPR-Screening in einem Nagetier-MS-Modell durchgeführt, ergänzt mit funktionellen in vivo-Validierungsstudien, Multiphotonenmikroskopie und In-vitro-Experimenten. Damit konnten wir den zentralen Schritt der MS-Pathogenese, die T-Zell-Infiltration, erstmals umfassend molekular charakterisieren und so den Mechanismus aufklären“, sagt Kawakami.
Insgesamt identifizierten die Münchner Forschenden fünf essenzielle Inhibitoren und 18 essentielle Mediatoren dieses Mechanismus. Diese Regulatoren lassen sich im Wesentlichen drei funktionelle Kategorien zuweisen, die notwendig sind, damit eine T-Zelle aus dem Blut ins Gehirn übertritt. Die Adhäsion von T-Zellen an der Gefäßinnenwand mit dem zentralen Molekül Alpha4-Integrin ist ein wesentlicher Vorgang zu Beginn der Transmigration. Im nächsten Schritt verlassen die T-Zellen das Blutgefäß. Ihre Bewegung wird von Botenstoffen gesteuert, welche von einem bestimmten Protein, dem Chemokinrezeptor CXCR3, erfasst werden. Die dritte funktionelle Kategorie betrifft Moleküle, die regulieren, wie T-Zellen Signale anziehende Signale aus dem Blut registrieren.
Aus der Arbeit ergeben sich laut Kerschensteiner zwei Perspektiven. „Unsere Untersuchung hat für die von uns untersuchten autoreaktiven T-Zellen bestätigt, dass zentrale Moleküle des Mechanismus bereits das Ziel von MS-Therapien sind und sich in der klinischen Anwendung befinden.“ Der so auch in seiner Übertragbarkeit auf den Menschen validierte Ansatz lasse sich jetzt entsprechend auch auf weitere Fragestellungen übertragen, etwa auf das Einwandern anderer schädigender Immunzellpopulationen aus dem Blut ins Nervensystem.
Prof. Dr. med. Martin Kerschensteiner
Institut für Klinische Neuroimmunologie
Klinikum der Universität München & Biomedizinisches Centrum (BMC)
Martin.Kerschensteiner@med.uni-muenchen.de
https://www.neuroimmunology-munich.de
Naoto Kawakami, PD PhD
Institut für Klinische Neuroimmunologie
Klinikum der Universität München & Biomedizinisches Centrum (BMC)
Naoto.Kawakami@med.uni-muenchen.de
https://www.neuroimmunology-munich.de
Arek Kendirli, Clara de laRosa, Katrin F. Lämmle, Klara Eglseer, Isabel J. Bauer, Vladyslav Kavaka, Stephan Winklmeier, La Zhuo, Christian Wichmann, Lisa Ann Gerdes, Tania Kümpfel, Klaus Dornmair, Eduardo Beltrán, Martin Kerschensteiner & Naoto Kawakami; A genome-wide in vivo CRISPR screen identifies essential regulators of T cell migration to the CNS in a multiple sclerosis model. Nat Neurosci (2023). https://doi.org/10.1038/s41593-023-01432-2
Criteria of this press release:
Journalists
Biology, Medicine
transregional, national
Research results
German
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