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Immunologie und Metabolismus (= Stoffwechsel) waren bis vor kurzem zwei getrennte Forschungsgebiete. In den vergangenen Jahren haben sie sich stark aufeinander zubewegt, und so ist der Metabolismus des Immunsystems ein höchst aktives Forschungsfeld geworden.

Wie der Stoffwechsel das Immunsystem beeinflusst

Die BRICS-Arbeitsgruppe von Karsten Hiller (rechts) © Julia Helmecke

Ein typisches Beispiel dafür sind die Untersuchungen des Teams um Karsten Hiller zum Stoffwechsel von Makrophagen, den Fresszellen des Immunsystems.

Bei der sogenannten Metabolom-Analyse werden alle kleinen Moleküle einer Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasst. Karsten Hiller ist Metabolom-Spezialist und untersuchte bereits während seiner Tätigkeit am Luxembourg Centre for Systems Biomedicine den Stoffwechsel von Makrophagen. Dabei hat seine dortige Gruppe entdeckt, dass das bisher wenig untersuchte Molekül Itaconsäure in diesen Immunzellen in ungewöhnlich hoher Konzentration vorkommt.

Makrophagen mit Mitochondrien (grün) und Zellkernen (rot). Schematisch ist der Teil des Zitratzyklus dargestellt, in dem das Enzym IRG1 aus Aconitat Itaconsäure herstellt (Pyr=Pyruvat, AcCoA=Acetyl-Coenzym A, OAA=Oxalacetat, Cit=Citrat, Aco=(cis-)Aconitat, IRG1=Immunoresponsive Gene 1 Protein, Ita=Itaconsäure) © Yannic Nonnenmacher

In Zusammenarbeit mit Eva Medina vom HZI und weiteren Partnern haben die Forscher herausgefunden, welches Enzym für die Produktion von Itaconsäure verantwortlich ist. Weitere Untersuchungen zeigten, dass Itaconsäure als endogenes Antibiotikum wirkt, also zur Abtötung der Bakterien führt, die die Makrophagen in sich aufnehmen. Im Juli 2016 wurde Karsten Hiller an die Technische Universität Braunschweig berufen. Dort ist er im Systembiologie-Zentrum BRICS auch als Arbeitsgruppenleiter für das HZI tätig. Mittlerweile hat sein Doktorand Yannic Nonnenmacher entdeckt, dass die Itaconsäure in den Mitochondrien – den Kraftwerken – der Makrophagen gebildet wird. Mithilfe eines besonderen Verfahrens, das von ihm selbst entwickelt wurde, hat er beobachtet, dass die Itaconsäure dort ein Enzym des Zitratzyklus hemmt. Diese Inhibierung führt zu erhöhten Mengen des Metabolits Succinat, das wiederum entscheidend an der Umprogrammierung des Makrophagen-Stoffwechsels beteiligt ist. Itaconsäure ist damit offensichtlich ein Bindeglied zwischen Stoffwechsel und Immunsystem.

Text: Yannic Nonnenmacher, Karsten Hiller und Ida Retter

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Titelseite des HZI-Mitarbeitermagazins "InFact", Ausgabe 03/2017 © HZI
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