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Wie sich Zellen durch den Körper vorwärtshanteln © APA (Fohringer)
Wie sich Zellen durch den Körper vorwärtshanteln © APA (Fohringer)

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Weiße Blutkörperchen nutzen Unebenheiten zum Vorankommen

13.05.2020

Einen bisher unbekannten Fortbewegungsmechanismus, mit dem weiße Blutkörperchen (Leukozyten) durch den Körper manövrieren können, haben Forscher am Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg (NÖ) entdeckt. Damit diese Art der Bewegung funktioniert, brauchen die Zellen jedoch unebenes Terrain, berichtet das Forschungsteam im Fachjournal "Nature".

Während das Bild von Zellen vielfach davon geprägt ist, dass diese an fixen Plätzen im großen Verbund Gewebe aufbauen, zeichnen sich einige Vertreter durch hohe Mobilität aus. Das ist im Fall der Leukozyten ein Segen, da diese wichtigen Akteure der körpereigenen Abwehr dorthin gelangen müssen, wo sie gebraucht werden. Andererseits hält es aber auch Krebszellen nicht unbedingt am Ort ihrer Entstehung, wenn Tumore dazu neigen, Ableger in Form von Metastasen an anderen Stellen des Körpers zu bilden.

Mit der Frage, wie es Zellen schaffen, sich durch das Gewebe zu bewegen und an anderen Stellen zu überleben, beschäftigte sich ein Team um Michael Sixt und die Erstautorin der Studie, Anne Reversat, gemeinsam mit französischen Kollegen im Rahmen einer Untersuchung. Sie konzentrierten sich dabei auf die Strategien, die die mobile Einsatztruppe des Immunsystems dabei anwendet.

"Integrine" kein Muss zur Fortbewegung

Im Normalfall nützen Zellen "Integrine" genannte Adhäsionsrezeptoren an der Außenhülle, um sich etwa zwischenzeitlich am umliegenden Gewebe festzuhalten, wenn sie sich durch den Körper bewegen. Wie es die insgesamt sehr wanderfreudigen Leukozyten schaffen, auch große Strecken im Körper zurücklegen, wenn die Gewebeumgebung ihnen nicht die Möglichkeit bietet, sich durch Anhaften weiterzubewegen, dem gingen die Wissenschafter mit Experimenten und physikalischen Berechnungen nach.

Schon in früheren Studien hatte Sixt und seine Forschungsgruppe nämlich gezeigt, dass Weißen Blutkörperchen die "Integrine" nicht unbedingt zum Fortkommen brauchen - eine Fähigkeit, die sie auch mit bestimmten Krebszellen teilen, heißt es in einer Aussendung des IST Austria. Für ihre neuen Beobachtungen schalteten die Forscher die Bildung von "Integrinen" kurzerhand genetisch aus. Dann beobachteten sie, wie sich die Leukozyten durch unterschiedlich strukturierte winzige Kanäle bewegten.

"Durchdrehende Reifen" bei glatten Wänden

In Mikrokanälen mit glatten Wänden kamen sie jedoch nicht voran. "Die Zellen liefen sozusagen auf der Stelle wie die Reifen eines Autos, die auf eisigem Untergrund durchdrehen", so Reversat, die nach ihrer Tätigkeit am IST Austria an die University of Liverpool (Großbritannien) wechselte. Umso besser gelang ihnen das Fortkommen allerdings, wenn die Innenseiten der Röhrchen uneben waren. Je weiter die Unebenheiten voneinander entfernt waren umso schwerer taten sich die weißen Blutkörperchen und wurden langsamer. "Zellen, die ihre 'Integrine' nach wie vor einsetzen konnten, bewegten sich mühelos sowohl durch die strukturierten als auch durch die glatten Kanäle", sagte Reversat.

Als Verantwortlichen dafür, dass sich die genveränderten Leukozyten überhaupt bewegen konnten, identifizierten die Wissenschafter Aktin, einen Protein-Baustein des Zellskeletts (Zytoskelett). Diese Substanz fließt vom vorderen zum hinteren Bereich der Zellen. Dieser sogenannte "retrograde Aktinfluss" erzeugt innerhalb der Zelle Kräfte, die auch ohne die Übertragung der Bewegung durch die Adhäsionsrezeptoren wirken können. Der Mechanismus sorgt dafür, dass bei jeder Unebenheit Druck auf die Kanalwände ausgeübt wird, die die Zelle eng umgeben. "Man könnte auch sagen, die Zelle hantelt sich vorwärts, indem sie ihre Form verändert", erklärte Reversat.

Service: https://dx.doi.org/10.1038/s41586-020-2283-z

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