Dendritische Zellen

Dendritischen Zellen – Aufgaben und Funktion

Dendritische Zellen nehmen auf zweierlei Weise eine zentrale Position im Immunsystem ein: Einerseits können sie eine Immunantwort einleiten, andererseits schützen sie den Körper durch Toleranzvermittlung vor Autoimmunreaktionen.

Einleitung einer Immunantwort

Dendritische Zellen kommen im Grunde überall dort vor, wo Kontakt zur Außenwelt besteht, also in Schleimhäuten (Nase, Mund, Rachen, Speiseröhre, Vagina, Darm, Atemorgane) und der Haut. Dort sind sie die erste Instanz an Immunzellen, die den Körper beschützt und werden daher auch als "Wächter" des Immunsystems bezeichnet.

Erkennung von Fremdkörpern

Falls es Pathogene wie Bakterien oder Viren durch die Hautbarriere oder Schleimhäute schaffen, sind dendritische Zellen zur Stelle, um sie abzufangen. Dabei sind ihnen ihre beweglichen Arme behilflich, mit denen sie nach Pathogenen Ausschau halten und Phagozytose einleiten, sobald sie in Kontakt mit ihnen kommen.

Sobald ein Erreger oder Bestandteile des Erregers erkannt und aufgenommen wurden, können sie zerschnitten werden. Diese resultierenden Erreger-Stücke – auch als Antigene bezeichnet – werden dann genutzt, um andere Bestandteile des Immunsystems zu alarmieren und darüber in Kenntnis zu setzen, dass ein Eindringling gesichtet wurde.

Alarmierung des Immunsystems

Um andere Immunzellen zu informieren, nach welchem Eindringling sie Ausschau halten sollen, werden die Antigene in spezielle Moleküle gelegt, die sich auf der Oberfläche der dendritischen Zellen befinden. Diese werden auch als MHC-I- oder MHC-II-Moleküle bezeichnet.

Außerdem müssen sich die dendritischen Zellen dorthin bewegen, wo sich andere Immunzellen befinden, um ihnen die Beweise der Infektion vorlegen zu können. Dafür wandern sie in sekundär lymphatische Organe aus, etwa die Lymphknoten. Dort treffen sie auf naive T-Zellen (CD4+ oder CD8+ Zellen) und können diese aktivieren. Dafür muss der Rezeptor einer T-Zelle mit dem Antigen im MHC-Molekül interagieren.

Die Besonderheit, naive T-Zellen aktivieren zu können, ermöglicht den dendritischen Zellen die Auslösung einer primären Immunantwort (= die Immunreaktion des Körpers nach Erstkontakt mit einem Pathogen). Die Immunantwort selbst wird hauptsächlich von anderen Bestandteilen des Immunsystems durchgeführt. Trotzdem sind auch dendritische Zellen, z. B. durch Ausschüttung von Zytokinen, daran beteiligt.

Toleranzvermittlung

Ebenso wichtig wie die effiziente Einleitung einer Abwehrreaktion ist der Schutz vor Autoimmunkrankheiten. In den MHC-Molekülen werden wahllos Fragmente von inner- und außerhalb der Zelle präsentiert, weshalb dazu auch Stücke von körpereigenen Zellen gehören können. Da bei der Präsentation von Antigenen daher nicht zwischen Bestandteilen von Pathogenen und Körperzellen unterschieden wird, muss dieser Schritt von Immunzellen übernommen werden, die Antigene in MHC-Molekülen erkennen können.

Um zu verhindern, dass das Immunsystem auf körpereigene Antigene – die sogenannten Selbstantigene – reagiert, werden dendritische Zellen eingesetzt.

Selbstantigene können von dendritischen Zellen eingesammelt und den T-Zellen in den sekundär lymphatischen Organen präsentiert werden. Allerdings sollen die T-Zellen dort zu einer Immunreaktion stimuliert werden. Stattdessen tragen die dendritischen Zellen dazu bei, dass alle selbstreaktiven T-Zellen erkannt und beseitigt werden. Die entsprechenden T-Zellen gehen z. B. Apoptose ein oder differenzieren zu regulatorischen T-Zellen, einer weiteren Untergruppe von T-Zellen.

Auf diese Weise wird sichergegangen, dass keine T-Zellen gegen Strukturen von körpereigenen Zellen reagieren und dadurch Krankheiten auslösen, wie es z. B. bei Multipler Sklerose (MS) der Fall ist.

Dendritischen Zellen – Aufbau und Reifung

Der Name "dendritische Zellen" leitet sich von dem griechischen Wort "dendrítēs" ab, das so viel heißt wie "baumartig" oder "verzweigt". Dementsprechend kannst Du Dir auch ihren charakteristischen Aufbau vorstellen.

Unreife dendritische Zellen haben einen Zellkörper mit langen, sternförmig in alle Richtungen ausstrahlenden Fortsätzen (Dendriten). Diese sind beweglich und können dadurch ihre Umgebung abtasten.

Dendritische Zellen entstehen aus Stammzellen im Knochenmark. Allerdings können sich aus diesen Stammzellen auch viele andere Immunzellen entwickeln und es wird noch daran geforscht, welche Faktoren genau dafür verantwortlich sind, dass dendritische Zellen entstehen.

Reifung der dendritischen Zellen

Auf ihrer Oberfläche besitzen unreife dendritische Zellen MHC-Moleküle, deren Funktion Du bereits kennenlernen durftest. Nach dem Kontakt mit Antigenen wandern dendritische Zellen in sekundäre lymphatische Organe. Das sind zum Beispiel die Lymphknoten oder auch die Milz. Auf dem Weg reifen die dendritischen Zellen und verändern dabei sowohl ihre Form, als auch die Menge der Rezeptoren auf ihrer Oberfläche.

Anstelle der vielen Dendriten verändert sich die Membran zu Ausstülpungen, die schleierhafte Strukturen bilden. Auf ihrer Oberfläche vermehren sich die MHC-Moleküle und es bilden sich B7-Moleküle, die bisher noch nicht anwesend waren. Außerdem verlieren die dendritischen Zellen die Fähigkeit, Phagozytose zu betreiben. Alle diese Veränderungen unterstützen die Funktionen, die dendritische Zellen nun im Rahmen der Immunantwort erfüllen müssen.

Dendritischer Zellen – Typen und Unterklassen

Dendritische Zellen sind keine einheitliche Masse an Zellen, sondern verschiedene Arten an Immunzellen, die ähnliche Strukturen und Funktionen aufweisen. Sie können anhand unterschiedlicher Merkmale klassifiziert und in Unterklassen eingeteilt werden.

Einteilung nach Oberflächenmerkmalen

Auf ihren Oberflächen besitzen Immunzellen unterschiedliche CD-Moleküle (CD = Cluster of differentiation). Sie ermöglichen den Immunzellen verschiedene Funktionen. CD-Moleküle können aber auch genutzt werden, um Immunzellen zu charakterisieren, da jede Immunzell-Art eine bestimmte Kombination an CD-Molekülen aufweist.

Bei der Einteilung von dendritischen Zellen anhand der CD-Moleküle auf ihrer Oberfläche unterscheidet man zwei Typen.

Myeloide dendritische Zellen

Bei den myeloiden dendritischen Zellen handelt es sich um eine verbreitete, recht heterogene Zellgruppe, zuständig für Aufnahme, Verarbeitung und Präsentation von Antigenen. Da sie die größte Gruppe an dendritischen Zellen darstellen, werden sie auch als konventionelle dendritische Zellen bezeichnet. Sie ähneln den Monozyten und besitzen die Oberflächenmarker CD11c und CD33.

Plasmazytoide dendritische Zellen

Plasmazytoide dendritische Zellen sind selten im Vergleich zu myeloiden und ähneln nach ihrer Aktivierung einer Plasmazelle.

Plasmazytoide dendritische Zellen haben die Oberflächenmarker CD123, CD303 und CD304, jedoch nicht den für myeloide dendritische Zellen charakteristischen CD11c. Außerdem sind sie hauptsächlich für die Abwehr von Viren relevant. Sie können große Mengen antiviraler Stoffe (Zytokine) synthetisieren, wie z.B. Typ I Interferone. Bei Infektionen wie HIV ist die Anzahl plasmazytoider dendritischer Zellen vermindert.

Weitere Einteilungen dendritischer Zellen

Neben Oberflächenmerkmalen kann man dendritische Zellen auch anhand anderer Merkmale klassifizieren. Dazu können etwa spezifische Funktionen und Lokalisationen berücksichtigt werden.

Langerhans-Zellen

Langerhans-Zellen sind spezialisierte dendritische Zellen der Haut und Schleimhäute. Dringen z. B. bei Verletzungen der Haut Pathogene in den Körper ein, werden sie von Langerhans-Zellen phagozytiert. Auch sie wandern anschließend in Lymphknoten und können T-Lymphozyten aktivieren.

Interdigitierende dendritische Zellen

Interdigitierende dendritische Zellen sind überall im Körper zu finden, vor allem aber in lymphatischen Organen wie Lymphknoten und Milz. Dort sind sie immer in der Nähe von T-Zellen und können dort ihrer Aufgabe als "mächtigste" antigenpräsentierende Zellen zur T-Zell-Aktivierung nachgehen.

Inflammatorische dendritische Zellen

Inflammatorische dendritische Zellen findet man nicht zu jedem Zeitpunkt, sondern primär während einer akuten Entzündung. Dann entwickeln sie sich aus Monozyten und begeben sich in das entzündete Gewebe.

Dendritischer Zellen – Klinische Bedeutung

Auch in der klinischen Forschung ist die enorme Bedeutung der dendritischen Zellen in der Regulation der Immunantwort bekannt. Sie können in schwere Krankheiten verwickelt sein, stellen aber auch Ansätze zur Therapie von Allergien und Krebs dar.

Die Rolle dendritischer Zeller bei HIV-Infektionen

AIDS ist eine Krankheit, bei der die Fähigkeit des Körpers verringert wird, Infektionen zu bekämpfen. Sie wird durch das HI-Virus ausgelöst. Bei der Verbreitung von HIV im Körper spielen dendritische Zellen eine zentrale Rolle:

Gelangt das HI-Virus über verletzte oder angreifbare Schleimhäute in den Körper, wird es von dendritischen Zellen – primär Langerhans-Zellen – als Eindringling identifiziert und durch Phagozytose aufgenommen. Dann kann das Virus die dendritische wie ein trojanisches Pferd nutzen, um zu den Lymphknoten zu gelangen. Dort will die dendritische Zellen CD4+ Zellen aktivieren, das HI-Virus nutzt jedoch die Chance und springt zur T-Zelle über, um sie zu infizieren.

Einmal in den T-Zellen angekommen, richtet das HI-Virus großen Schaden an. Indem es die T-Helfer-Zellen dezimiert, ist das Immunsystem auf lange Sicht geschwächt und kann anfallende Erkrankungen nicht mehr effektiv bekämpfen.

Die Rolle dendritischer Zellen bei Krebs-Erkrankungen

Da dendritische Zellen mit für die Aktivierung von T-Zellen verantwortlich sind, wird vermutet, dass sie die Immunantwort gegen Tumore erheblich verstärken und verbessern können. Diese These wird davon unterstützt, dass Patienten mit hohen Mengen an dendritischen Zellen nach Tumorerkrankungen bisher bessere klinische Ergebnisse gezeigt haben.

Diese Erkenntnis diente der Entwicklung einer neuartigen Krebstherapie. Dabei werden dendritische Zellen außerhalb des Körpers mit Antigenen beladen, die dem Tumor im Patienten entsprechen. Diese dendritischen Zellen werden dem Patienten durch eine Impfung verabreicht und sorgen dafür, dass mehr T-Zellen gegen die Tumorzellen aktiviert werden. Auf diese Weise wurde in Patienten schon die Stabilisierung oder auch die Rückbildung von Tumoren beobachtet.

Die Rolle dendritischer Zellen bei allergischen Reaktionen

Da sich dendritische Zellen – primär Langerhans-Zellen – zu großen Zahlen in der Haut aufhalten, sind sie auch für viele allergische Reaktionen zuständig, die bei dem Kontakt mit manchen Stoffen auftreten.