Bislang war die feine Organisation dieser Strukturen schwer zu beobachten. Eine Studie der UniversitÀt Genf (UNIGE) und des WaadtlÀnder UniversitÀtsspitals (CHUV) ermöglichte es, diese Mechanismen in drei Dimensionen in einem quasi-nativen Zustand sichtbar zu machen. Veröffentlicht in Cell Reports, zeigt die Studie, wie die molekulare Organisation der zytotoxischen T-Zellen ihrer Funktion zugrunde liegt, und eröffnet neue Perspektiven in der Immunonkologie.
Ein zytotoxischer T-Lymphozyt, beobachtet mittels Kryo-Expansionsmikroskopie (cryo-ExM). Die farbigen Punkte im Zentrum sind zytotoxische Granula, die zur Zerstörung infizierter oder krebsartiger Zellen verwendet werden.
© F. Lemaitre @ UNIGE
Bei einer Infektion oder Krebs heften sich zytotoxische T-Zellen an ihr Ziel und richten eine Austauschzone ein, die als "immunologische Synapse" bezeichnet wird, und setzen dann toxische MolekĂŒle frei, die den Tod der Zielzelle auslösen. Dieser Mechanismus ermöglicht eine prĂ€zise und kontrollierte Zerstörung, die fĂŒr den Schutz des Organismus unerlĂ€sslich ist, wĂ€hrend benachbarte gesunde Zellen nicht geschĂ€digt werden.
Indem sie eine dreidimensionale und quasi-native Sicht auf diese Prozesse liefern, schaffen diese Arbeiten einen Referenzrahmen fĂŒr die Analyse der Funktionsweise von Immunzellen.
Obwohl dieser Prozess umfassend untersucht wird, blieb seine Organisation im Nanometerbereich in intakten menschlichen Zellen schwer zugÀnglich. Eines der Haupthindernisse sind die Methoden zur Probenvorbereitung, die empfindliche Zellstrukturen verÀndern können. Bestehende Bildgebungsverfahren erfordern oft Kompromisse zwischen Auflösung, beobachtbarem Volumen und Strukturerhaltung.
Eine Technik, um das Unsichtbare zu sehen
Um diese Grenzen zu ĂŒberwinden, stĂŒtzte sich eine Studie der UNIGE und des CHUV-UNIL, unterstĂŒtzt durch das TANDEM-Programm der ISREC-Stiftung, auf die Kryo-Expansionsmikroskopie (cryo-ExM).
"Diese Technik besteht darin, die Zellen durch extrem schnelles Einfrieren schlagartig zu fixieren, wodurch sie in einen sogenannten glasartigen Zustand versetzt werden, in dem das Wasser erstarrt, ohne Kristalle zu bilden, und so die biologischen Strukturen getreu bewahrt. Die Proben werden dann mit Hilfe eines absorbierenden Hydrogels physikalisch vergröĂert, was es ermöglicht, ihre innere Organisation mit hoher PrĂ€zision zu beobachten, wĂ€hrend ihre quasi-native Architektur erhalten bleibt", erklĂ€rt Virginie Hamel, Dozentin und Forschungsleiterin am Departement fĂŒr Molekular- und Zellbiologie der FakultĂ€t fĂŒr Naturwissenschaften der UNIGE.
3D-Rekonstruktion eines aktivierten, kryofixierten und expandierten CD8-T-Lymphozyten. Das Bild zeigt die Plasmamembran in transparentem Grau sowie die lytischen Granula, die Granzym B in GrĂŒn und Perforin in Magenta enthalten.
© F. Lemaitre @ UNIGE
"Unsere Arbeiten zeigen, dass am Kontaktpunkt zwischen Immunzelle und Zielzelle die Membran eine Art Kuppel bildet, deren Struktur mit den AdhĂ€sionsinteraktionen und der inneren Organisation der Zelle in Verbindung zu stehen scheint", betont Florent LemaĂźtre, Postdoktorand am Departement fĂŒr Molekularbiologie der FakultĂ€t fĂŒr Naturwissenschaften der UNIGE und Erstautor der Studie.
Das Forschungsteam hat auĂerdem die zytotoxischen Granula, die fĂŒr die Zerstörung der Zielzellen verantwortlich sind, mit einem beispiellosen Detailgrad sichtbar gemacht. Es zeigt, dass diese Strukturen in ihrer Organisation variieren können, mit einem oder mehreren "Kernen", die die aktiven MolekĂŒle konzentrieren, um die Zielzelle zu zerstören.
Von Zellen zu Patientinnen und Patienten
"Wir haben diesen Ansatz auf menschliches Tumorgewebe ausgeweitet, was es ermöglicht, direkt Tumor-infiltrierende T-Lymphozyten und ihre zytotoxische Maschinerie im Nanometerbereich zu beobachten. Dies erlaubt es, Immunantworten direkt in ihrem klinischen Kontext zu untersuchen und die Mechanismen besser zu verstehen, die ihre Wirksamkeit bestimmen", erklĂ€rt Benita Wolf, OberĂ€rztin und assoziierte Forscherin an der Klinik fĂŒr Onkologie des CHUV, die die Studie mitgeleitet hat.
Indem sie eine dreidimensionale und quasi-native Sicht auf diese Prozesse liefern, schaffen diese Arbeiten einen Referenzrahmen fĂŒr die Analyse der Funktionsweise von Immunzellen. Sie könnten dazu beitragen, therapeutische Strategien zu verbessern, insbesondere in der Immunonkologie, indem sie ein besseres VerstĂ€ndnis der Mechanismen ermöglichen, die die Wirksamkeit â oder die Grenzen â der Immunantwort bestimmen.