Wenn Zellen des Immunsystems einen Eindringling – Bakterium, Pilz, Virus oder auch nur ein Molekül – entdecken, schalten sie  Signalkaskaden an, die das Ziel haben, diesen Feind unschädlich zu machen und zu eliminieren. Dabei spielen molekulare Mechanismen eine Rolle, die zu funktionellen und strukturellen Veränderungen in den Zellen führen – etwa nach der Aktivierung von Lymphozyten. Die Zellen beginnen ihren Stoffechsel umzustellen, sie synthetisieren neue Proteine, Wachstumsfaktoren und Botenstoffe, über die sie untereinander und mit anderen Zellsystemen des Organismus kommunizieren. Sie bauen ihr Skelett um, stellen neue Moleküle auf ihrer Zelloberfläche her und die Immunzellen beginnen zu wandern.

Wichtig für das Verständnis der Immunantwort ist die Aufklärung der einzelnen Signalwege, die von den verschiedenen Rezeptoren auf der Oberfläche der Immunzellen gesteuert werden: Wie werden die Signalwege innerhalb der Zellen miteinander verschaltet und wie steuern sie die Immunantworten? Ein Beispiel: Wie beeinflussen Signalwege, die durch Virus-Infektionen über die Rezeptoren für Interferone eingeleitet werden wieder andere Signalwege – etwa solche, die über den T-Zellrezeptor vermittelt werden. Welche Konsequenzen ergeben sich aus diesem „Crosstalk“ für die Viren-Abwehr?

Die Werkzeuge, die zur Bearbeitung der unterschiedlichen Fragestellungen eingesetzt werden sind vielfältig. Neben klassischen biochemischen, molekularbiologischen und zellbiologischen Methoden kommen zunehmend auch Methoden der Systembiologie und mathematische Modelle zum Einsatz. Letztere beschreiben die komplexen Aktivierungsprozesse in Immunzellen qualitativ und quantitaiv. Auch werden Rückkopplungsmechanismen innerhalb der Zellen in mathematischen Modellen dargestellt. Solche Mechanismen steuern die initiale Aktivierung von Immunzellen oder sie regulieren am Ende der Immunantwort den programmierten Zelltod. Über diese so genannte Apoptose eliminiert das Immunsystem veränderte, infizierte oder überalterte Zellen.

Die Bearbeitung solcher Fragen zwischen Medizin und Grundlagen führt zu konkreten Anwendungen: Unsere Wissenschaftler haben empfindliche Methoden entwickelt, um in Zellkulturen detaillierte Informationen über die Funktion von T-Lymphozyten zu erhalten. Das Ziel: Nebenwirkungen von potentiellen Immuntherapeutika frühzeitig vorhersagen zu können – bevor sie in klinischen Studien getestet werden.