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Blick ins Immunsystem

Wissenschaftlern der PTB ist es gelungen, durch kernmagnetische Resonanz an 129Xe-Atomen die Bindung eines Krankheitserregers an ein für die Immunabwehr wichtiges Protein spektroskopisch nachzuweisen. Diese Bindung ist von zentraler Bedeutung für die Immunreaktionen des Körpers. Durch die Arbeiten eröffnen sich neue Forschungsfelder zur Entwicklung spektroskopischer und bildgebender Verfahren der Kernspintomographie für die Immunologie.

Xenonatome wechseln ständig zwischen der Lösung und dem Molekülkäfig (Cage), der mit dem HA-Peptid über einen Linker (Polyethylenglykol und Viererpeptid GEEG) gekoppelt ist. Dieses Konstrukt kann sich an MHC binden, so dass sich drei Formen NMR-spektroskopisch unterscheiden lassen: freies Xenon, Xenon im Käfig ohne Bindung an MHC sowie Xenon im Käfig mit Bindung an MHC.

Das Immunsystem prüft ständig die Güte von Körperzellen und organisiert im gesamten Organismus den Schutz gegen den permanenten Angriff körperfremder und toxischer Stoffe. Die eingedrungenen körperfremden Antigene (Bakterien, Viren oder Parasiten bzw. deren Fragmente) müssen in einem ersten Schritt von einem bestimmten Proteinkomplex mit der Bezeichnung MHC (Haupthistokompatibilitätskomplex Klasse II) gebunden werden. Das ist die Voraussetzung dafür, dass die schädlichen Eindringlinge von T-Zellen erkannt und in einer anschließenden Immunreaktion zerstört werden können.

Die Formation des Komplexes aus Antigen-MHC wurde in der PTB bei kernmagnetischen Resonanzmessungen mit Hilfe von 129Xe-Atomen untersucht. Da Xenon als Edelgas kaum chemische Bindungen eingehen kann, wird es mittels eines Molekülkäfigs und eines sogenannten Linkers an das Antigen, hier ein Fragment des Influenzavirus (Hemagglutinin; in der Abbildung: HA-peptide), gekoppelt. Ungestört von seinem neuen Anhang bindet das Virusfragment in wässriger Lösung anschließend an das MHC-Protein. Dieses Ereignis kann mithilfe kernmagnetischer Resonanzmessung nachgewiesen werden. Dabei gelingt der Nachweis der Komplexbildung bei einer Konzentration von nur 5 µmol/l. Die Nachweisgrenze kann unter Ausnutzung des Austauschprozesses von Xenonatomen zwischen Molekulkafig und Lösung sogar bis in den Bereich von nmol/l herabgesetzt werden. Das ist eine wichtige Voraussetzung für die Beobachtung der Antigenbindung durch MHC in Zellkulturen oder natürlichen Geweben.

Die Arbeit gelang in Kooperation mit dem Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) und dem Max Delbrück Zentrum (MDC) in Berlin. Die Methodik soll weiter verbessert werden und Medizinern beispielsweise dabei helfen, die Ursachen für Autoimmunerkrankungen zu finden.

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