Umwelt-Immunologie

Was macht ein Allergen zu einem Allergen? Welche Signale müssen von harmlosen Fremdeiweißen, z. B. auf Pollen, ausgesendet werden, damit sie vom Immunsystem des Säugetiers fälschlicherweise als schädlich eingestuft werden und eine allergische Sensibilisierung einsetzt? Wie funktioniert die allergische Sensibilisierung?

Unsere Arbeit konzentriert sich auf die Interaktion von luftgetragenen Allergenen, wie z. B. Pollen, mit dem angeborenen Immunsystem der Atemwege und auf die durch dendritische Zellen vermittelte T-Zell-Reaktion. Die Forschung zum Hausstaubmilbenallergen hat die Bedeutung der Aktivierung der angeborenen Immunantwort als Voraussetzung für eine allergische Sensibilisierung hervorgehoben. Wir sind besonders daran interessiert, herauszufinden, ob es ein spezifisches Signalmuster gibt, das durch Rezeptoren des angeborenen Immunsystems vermittelt wird und den Weg zu einer allergischen Sensibilisierung auf Pollen ebnet.

Allergene und das Immunsystem

Ein großer Teil unserer derzeitigen Arbeit konzentriert sich auf Pollen. Das liegt zum einen daran, dass Pollen einer der wichtigsten Allergieauslöser in der Außenluft sind und allergische Rhinitis in den Industrieländern sehr verbreitet ist. Pollen sind aber auch ein interessantes Modell für die Suche nach Signalen des angeborenen Immunsystems, die durch Allergene aktiviert werden - oder wie sich diese zwischen verschiedenen Allergenen unterscheiden. Interessanterweise aktivieren die meisten der derzeit bekannten Hauptpollenallergene selbst nicht das angeborene Immunsystem. Dies steht im Gegensatz zu den wichtigsten Hausstaubmilbenallergenen, von denen einige direkt Mustererkennungsrezeptoren (PRRs) aktivieren, z. B. DC-SIGN, oder als Co-Liganden für solche Rezeptoren wirken, z. B. TLR4. Daher kann ein Vergleich der Immunreaktionen auf isolierte Pollenproteine sowie auf Pollenextrakte und definierte Fraktionen davon helfen, Rezeptoren und nachgeschaltete Signalwege zu identifizieren, die eine allergische Sensibilisierung auslösen oder fördern. In der Vergangenheit haben wir mit Pollen assoziierte Lipidmediatoren entdeckt, die als Chemoattraktoren für eine Vielzahl von Zellen des angeborenen Immunsystems, wie Neutrophile und Eosinophile, fungieren oder die Funktion dendritischer Zellen beeinflussen und somit die von DC vermittelten T-Helferzellen-Reaktionen in Richtung Th2 modulieren.
Später identifizierten wir Adenosin als einen wichtigen Immunmodulator in Pollenextrakten. Im Allergiemodell der Maus hatte Adenosin aus Pollen gegensätzliche Wirkungen während der verschiedenen Phasen der allergischen Immunreaktion: Einerseits eine tolerogene Wirkung während der Sensibilisierungsphase, andererseits, bei bereits sensibilisierten (allergischen) Tieren, eine pro-inflammatorische Wirkung.

Pollen und Viren

Ein weiterer aktueller Schwerpunkt unserer Forschung ist die Wechselwirkung zwischen Pollen und Krankheitserregern, insbesondere Viren, auf der Schleimhaut der Atemwege.
Ein wichtiges Untersuchungsmodell sind nasale Epithelzellen. Wir haben eine Technik zur schnellen Expansion von Nasenepithelzellen aus kleinen Gewebeproben entwickelt, die von definierten Spendern, z. B. Allergikern oder gesunden Personen, stammen. Die Zellen werden dann zu Organoiden (Luft-Flüssigkeits-Grenzflächenkulturen") differenziert. Differenzierte Nasenepithelzellkulturen bilden eine stabile physikalische Barriere, die aus engen Verbindungsstellen besteht und schleimproduzierende Becherzellen und Flimmerzellen enthält. Kürzlich veröffentlichten wir, dass eine Pollenexposition die angeborene Immunantwort auf Atemwegsviren, z. B. B. Rhinoviren (HRV) und Respiratorische Synzytialviren (RSV), beeinträchtigt. Dies geschieht in erster Linie durch die Hemmung der antiviralen Typ-I- und Typ-III-Interferon-Reaktion. Darüber hinaus haben wir in einer groß angelegten, internationalen Datenanalyse Hinweise darauf gefunden, dass der Pollenflug im Frühjahr auch SARS-CoV-2-Infektionen fördern könnte.
Dies wollen wir in Zukunft in Zellkulturexperimenten überprüfen und die Mechanismen im Detail untersuchen.