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Wiederholte Interferonstimulation schafft natürliches Immungedächtnis

Hokkaido University

Dies ist ein Schema des interferonstimulierten Memory-Effekts. Unbehandelte Zellen (naive Zellen) lesen bei Exposition gegenüber Interferonen Gedächtnis-Interferon-stimulierte Gene (ISGs), die um Standardhistone (gelbe Zylinder) gewickelt sind. Dies führt dazu, dass sie zu "vorbehandelten Zellen" werden und die Standardhistone gegen Varianten (grüne Zylinder) sowie die Modifikation der Histone (rosa und blaue Pins) ausgetauscht werden. Bei nachfolgenden Interferonexpositionen ist das Lesen von ISGs stärker und beginnt schneller.

29.10.2018: Das angeborene Immunsystem kann trainiert werden, um auf Virusinfektionen effizienter zu reagieren, indem es wiederholt antiviralen Signalmolekülen ausgesetzt wird.

Säugetierzellen scheinen in der Lage zu sein, sich die antivirale Stimulation auf der Ebene der DNA-packenden Moleküle zu merken, was eine schnellere und stärkere Aktivierung der antiviralen Gene in späteren Stimulationen ermöglicht, so eine Studie, die von Hokkaido University Assistant Professor Rui Kamada und Dr. Keiko Ozato von den National Institutes of Health durchgeführt wurde. erklärt Kamada: "Es ist das erste Mal, dass das adaptive Immunsystem ein Gedächtnis in der Genregulation aufweist, und das beinhaltet die DNA-Bindung an verschiedene Packungsproteine."

Wirbeltiere haben zwei Systeme, die ihnen helfen, Infektionen abzuwehren. Das adaptive Immunsystem ist dafür bekannt, die Form von Infektionserregern zu "erlernen" und zu "erinnern". Dies ist das System, mit dem Impfstoffe Immunität verleihen, indem sie den Körper in die Struktur eines Krankheitserregers einführen. Der ältere Teil des Immunsystems, das angeborene Immunsystem, hat mehrere Funktionen. Zum Beispiel verursacht es die Entzündungssymptome, die es dem Körper ermöglichen, eindringende oder geschädigte Zellen zu reinigen. Eine weitere wichtige Funktion dieses Systems wird durch Interferone vermittelt, die Moleküle signalisieren, die Zellen freisetzen, wenn sie von Viren infiziert sind, um ihre Nachbarn dazu zu bringen, antivirale Abwehrkräfte zu produzieren. Allerdings wird dem angeborenen Immunsystem in der Regel nicht zugeschrieben, dass es eine Erinnerung an frühere Infektionen hat.

In der Studie exponierten Kamada und ihre Gruppe Fibroblasten aus Mausembryonen, ein typisches Zellmodell für diese Art von Studie, wiederholt mit Interferonen. "Zu unserer Überraschung fanden wir heraus, dass bei etwa 1.000 Genen die Reaktion auf die zweite Exposition deutlich schneller und größer war als bei der ersten. Weitere 1.000 Gene zeigten keine andere Reaktion auf die zweite Interferonstimulation oder wurden nicht mehr aktiviert", sagt Professor Kamada. Basierend auf diesen Daten schlossen die Forscher, dass es ein spezifisches Gedächtnis im angeborenen Immunsystem gibt.

Durch den schrittweisen Ausschluss anderer Möglichkeiten konnten die Forscher nachweisen, dass die Ursache für dieses Gedächtnis eine Änderung in der Verwendung von DNA-Packungsmolekülen ist. Die DNA ist um Proteine, sogenannte Histone, gewickelt, und die Vielfalt der Histone und ihre Modifikation bestimmen, ob ein bestimmter Abschnitt der DNA schnell zugänglich ist oder nicht. Nach dem ersten Auftreten von Interferonen tauschten die Fibroblasten die Art der Histone aus, um die die rund 1.000 hochregulierten Gene gewickelt sind, so dass diese Gene schneller aktiviert werden können. Die Gruppe zeigte, dass diese Modifikation auch durch mehrere Zellteilungen erhalten blieb.

Es gab einige frühere Hinweise darauf, dass das angeborene Immunsystem schließlich zu einem gewissen Immungedächtnis beitragen könnte. Diese Studie ist jedoch die erste, die eine klare mechanistische Erklärung für eine trainierte angeborene Immunantwort liefert, nämlich eine Veränderung der DNA-Packung durch Histone.

Originalveröffentlichung:
Rui Kamada, Wenjing Yang, Yubo Zhang, Mira C. Patel, Yanqin Yang, Ryota Ouda, Anup Dey, Yoshiyuki Wakabayashi, Kazuyasu Sakaguchi, Takashi Fujita, Tomohiko Tamura, Jun Zhu, and Keiko Ozato; "Interferon stimulation creates chromatin marks and establishes transcriptional memory"; PNAS; 2018

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