Geschrieben von Yella Hewings-Martin, Ph.D. am 19. August 2020Unser Immunsystem ist darauf vorbereitet, Viren abzuwehren. Mit dem Auftauchen von Beweisen darüber, wie unser Körper auf SARS-CoV-2 reagiert, schauen wir uns an, wie verschiedene Immunzellen zusammenarbeiten, um das neue Coronavirus abzuwehren, und warum T-Zellen eine größere Rolle spielen könnten, als Wissenschaftler zunächst dachten.
Viele Menschen werden mit dem Konzept der Antikörper vertraut sein, die unser Körper zur Abwehr von Infektionen bildet.
Im Kampf gegen das neue Coronavirus SARS-CoV-2 haben Wissenschaftler das Vorhandensein von neutralisierenden Antikörpern weithin als den heiligen Gral der Immunität gegen zukünftige Infektionen gepriesen.
Antikörper existieren jedoch nicht isoliert. Vielmehr müssen mehrere Zellen in unserem Körper zusammenarbeiten, bevor Antikörper, insbesondere neutralisierende Antikörper, die Bühne betreten.
Eine Untergruppe von T-Zellen sind entscheidende Akteure in dem komplizierten Zusammenspiel, das zur Antikörperproduktion führt. Ein anderer Typ von T-Zellen tötet Zellen ab, die von Viren infiziert wurden.
Nun tauchen T-Zellen als ein zusätzlicher Weg zur Immunität im Zusammenhang mit COVID-19 auf.
Aber was sind T-Zellen, und warum sind sie Schlüsselspieler im Kampf gegen das neue Coronavirus?
Um zu verstehen, was T-Zellen tun und in welcher Beziehung sie zu Antikörpern und kurz- und langfristiger Immunität stehen, müssen wir uns in die Wissenschaft der Immunologie vertiefen.
Welche Rolle spielen die T-Zellen?
T-Zellen sind eine Art von Lymphozyten, also weißen Blutkörperchen. Das Knochenmark produziert sie in Form von Vorläuferzellen, und sie wandern in den Thymus, daher der Name T-Zellen.
Es gibt mehrere Arten von T-Zellen.
In einem kürzlich erschienenen Podcast von This Week in Virology (TWiV) gab Dr. Jon Yewdell, Leiter der Abteilung für Zellularbiologie im Labor für Viruskrankheiten am National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) in Bethesda, MD, einen Überblick über T-Zellen im Zusammenhang mit COVID-19.
Helfer-T-Zellen, die von manchen als CD4-T-Zellen bezeichnet werden, weil sie ein Protein namens Cluster of Differentiation 4 (CD4) auf ihrer Zelloberfläche tragen, überwachen unseren Körper nach Krankheitserregern.
Dr. Yewdell erklärte, dass es, wenn ein Virus eine Zelle infiziert, zwei Möglichkeiten gibt, das Immunsystem auf den fremden Eindringling aufmerksam zu machen.
Sobald ein Virus in eine Zelle eingedrungen ist, reist es durch eine Reihe von Kompartimenten, wo Enzyme es auspacken und in kleine Peptide zerhacken. Einige dieser Peptide werden von Molekülen der Klasse II des Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC) aufgegriffen.
Diese Moleküle sind Teil des Überwachungsinstrumentariums unseres Körpers.
Die MHC-Klasse-II-Moleküle kreisen dann zurück zur Zelloberfläche und präsentieren das virale Peptid den vorbeikommenden Zellen. Diese Peptide können CD4-Helfer-T-Zellen aktivieren, die ihrerseits eine entscheidende Rolle spielen. Sie ermöglichen den B-Zellen, einer anderen Art von weißen Blutkörperchen und professionellen Antikörperproduzenten, spezifische Immunglobulin (Ig) G-Antikörper gegen das virale Peptid zu bilden.
Als Reaktion auf diese Interaktion mit CD4-T-Helferzellen reifen die B-Zellen dann entweder zu Plasmazellen oder zu Gedächtnis-B-Zellen. Die Plasmazellen produzieren noch einige Wochen lang Antikörper, danach wandern sie ins Knochenmark. Dort verbleiben sie, um einen langfristigen Schutz zu bieten.
Gedächtnis-B-Zellen bleiben im Blutkreislauf oder siedeln sich an strategischen Stellen an, als Teil des Überwachungssystems des Körpers. Wenn sich unser Körper erneut mit demselben Virus infiziert, erkennen unsere Gedächtnis-B-Zellen das virale Antigen, verarbeiten es und präsentieren das virale Antigen erneut einer CD4-Helfer-T-Zelle.
Was machen die Killer-T-Zellen?
Während die CD4-Helfer-T-Zellen Antigene erkennen, die von MHC-Klasse-II-Molekülen präsentiert werden, reagieren zytotoxische T-Zellen oder CD8-T-Zellen oder CD8-Killer-T-Zellen auf Peptide, die von MHC-Klasse-I-Molekülen präsentiert werden.
Wenn ein Virus eine Zelle infiziert, entführt es die Maschinerie der Zelle, um virale Proteine herzustellen. Aber einige der Peptide, die während dieses Prozesses hergestellt werden, werden zu MHC-Klasse-I-Molekülen umgeleitet, die sie an die Zelloberfläche tragen und anderen Zellen präsentieren.
So kann eine Zelle signalisieren, dass sie von einem Virus infiziert wurde. CD8 T-Zellen finden und töten infizierte Zellen, ein Schlüsselmechanismus, um eine virale Infektion loszuwerden.
Da sich viele Viren sehr schnell vermehren können, muss dieser Prozess schnell ablaufen, um eine Ausbreitung des Virus zu verhindern. Mit Hilfe von MHC-Klasse-I-Molekülen, die virale Peptide auf der Zelloberfläche präsentieren, können CD8-T-Zellen grippeinfizierte Zellen innerhalb von etwa 1,5 Stunden erkennen.
CD8-T-Zellen können sich in Gedächtnis-CD8-T-Zellen verwandeln, die eine schnelle und lang anhaltende Antwort liefern, sollte derselbe Erreger erneut sein hässliches Haupt erheben.
Im Zusammenhang mit COVID-19 haben sowohl CD4-Helfer-T-Zellen als auch CD8-T-Zellen eine wichtige Rolle zu spielen.
In einem kürzlich erschienenen Artikel in Nature Reviews Immunologiehaben Forscher des Instituts für Immunologie an der Perelman School of Medicine der University of Pennsylvania in Philadelphia, PA, zusammengefasst, was Wissenschaftler bisher über T-Zellen und COVID-19 wissen.
Sie weisen darauf hin, dass die CD8-T-Zell-Antworten bei Menschen mit schwerer COVID-19-Erkrankung möglicherweise nicht so effektiv sind wie bei Menschen mit einer milden Form der Krankheit. Insbesondere gibt es möglicherweise weniger CD8-T-Zellen, und die vorhandenen sind möglicherweise nicht in der Lage, sich in Gedächtnis-CD8-T-Zellen zu verwandeln.
Sie weisen jedoch darauf hin, dass nicht alle Studienergebnisse in diese Darstellung passen. In einigen Fällen sahen die Forscher übermäßige CD8-T-Zell-Antworten bei COVID-19-Patienten.
Bei den CD4-T-Helferzellen deuten die Daten auf ein ähnliches Muster einer möglichen Dysregulation oder Dysfunktion der normalen Antworten hin.
„Die meisten, wenn auch nicht alle, Patienten, die ins Krankenhaus eingeliefert werden, scheinen sowohl CD8+ als auch CD4+ T-Zell-Antworten zu bilden, und es gibt Hinweise auf mögliche suboptimale, exzessive oder anderweitig unangemessene T-Zell-Antworten, die mit einer schweren Erkrankung einhergehen.“
– Zeyu Chen und E. John Wherry
„Tatsächlich können mehrere unterschiedliche Muster der T-Zell-Antwort bei verschiedenen Patienten existieren, was die Möglichkeit unterschiedlicher klinischer Ansätze nahelegt, die auf den jeweiligen Immuntyp eines bestimmten Patienten zugeschnitten sind“, so die Autoren weiter.
Testen auf Antikörper- und T-Zell-Antworten
In vielen Fällen führen Wissenschaftler Antikörpertests durch, um festzustellen, ob eine Person eine Immunantwort auf eine virale Infektion entwickelt hat.
Dies unterscheidet sich von einem diagnostischen Test, der nach genetischem Material von Viren sucht, um festzustellen, ob eine Person derzeit eine Infektion hat.
Antikörper-Tests sind relativ einfach. In einer kürzlich durchgeführten, groß angelegten Studie in Spanien wurde eine Kombination aus Fingerstichproben und Labortests verwendet, um festzustellen, wie viele Menschen im Land Antikörper gegen SARS-CoV-2 hatten.
Es ist jedoch nicht so einfach, die T-Zellen-Antwort einer Person zu testen.
In einer kürzlich durchgeführten Studie, in der die T-Zell-Antworten zwischen Personen, die sich von COVID-19 erholt hatten, und Proben von Personen, die vor der Pandemie entnommen wurden, verglichen wurden, setzten die Wissenschaftler T-Zell-Vorläufer aus dem Blut viralen Peptiden aus, um zu sehen, ob dies CD4-Helfer-T-Zellen oder CD8-T-Zellen-Antworten auslöste.
Anschließend nutzten sie Spezialgeräte, um zwischen den verschiedenen Zelltypen, zu denen sich die Vorläuferzellen entwickelten, zu differenzieren.
Da der Ruf nach einfacheren und schnelleren Möglichkeiten, zu testen, ob Menschen aktuell eine SARS-CoV-2-Infektion haben, immer lauter wird, entwickeln die Wissenschaftler auch neue Wege, um zu testen, wie unsere T-Zellen auf das neue Coronavirus reagieren.
sprach kürzlich mit James Hindley, Ph.D., von Indoor Biotechnologies, der an einem einfacheren T-Zell-Test arbeitet, den Wissenschaftler im Routinelabor einsetzen können.
„Wir glauben, dass dieser Test zunächst vor allem für die Impfstoffentwicklung genutzt werden wird, um festzustellen, ob eine T-Zell-Antwort auf den Impfstoff erzeugt wurde und ob diese ausreichend ist, um vor einer Infektion zu schützen“, erklärt Dr. Hindley.
Er sieht auch voraus, dass öffentliche Gesundheitseinrichtungen den Test nutzen können, um T-Zell-Antworten auf SARS-CoV-2 zu testen. Zusammen mit Antikörpertests könnten sie so den Grad der Immunität in der Bevölkerung ermitteln.
Die Wissenschaftler werden mehr Daten benötigen, um zu klären, wie T-Zell- und B-Zell-Reaktionen sowohl in die Pathologie als auch in die Immunität gegen eine SARS-CoV-2-Infektion längerfristig eingebunden sind.
Während die wissenschaftliche Gemeinschaft auf die Bedürfnisse reagiert, die durch die Pandemie offengelegt wurden, werden neue und innovative Testmethoden und groß angelegte Gemeinschaftsstudien hoffentlich einige dieser Antworten liefern.
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