Waffe gegen Tumore, Anschub fürs Immunsystem

Röntgenstrahlen aktivieren Signalkaskade in T-Zellen

20.04.2022

Strahlentherapie ist ein bewährter Ansatz, um Tumore zu zerstören. Sie könnte aber künftig noch mehr – nämlich gleichzeitig das Immunsystem stimulieren und so den Krebs noch intensiver bekämpfen. Die Grundlagen dafür legten Forschende unter Leitung der TU Darmstadt. Sie fanden heraus, dass Röntgenstrahlung eine Calcium-Signalkaskade in Zellen des Immunsystems auslöst. Die Ergebnisse wurden jetzt im „Journal of General Physiology“ veröffentlicht.

T-Lymphozyten vor (links) und nach (recht) der Behandlung mit Röntgenstrahlung. Vor der Bestrahlung hält sich der Transkriptionsfaktor NFAT (nuclear factor of activated T-cells) vorwiegend im Cytosol auf (rote Fluoreszenz). Nach Bestrahlung wandert NFAT in den Zellkern (blaue Fluoreszenz), wo er wichtige Gene für die Immunaktivierung in den Lymphozyten aktiviert.

Ionisierende Strahlung wird erfolgreich in der Krebstherapie zum Abtöten von Tumorzellen eingesetzt. In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat sich gezeigt, dass der Therapieerfolg noch gesteigert werden kann, wenn die Strahlenbehandlung mit Maßnahmen verbunden wird, die das Immunsystem stimulieren. In diesem Zusammenhang erregt gerade eine neue Studie unter Beteiligung von Biologinnen und Biologen der TU Darmstadt und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung sowie Forschenden aus den Kliniken der Universitäten Frankfurt und Homburg Aufmerksamkeit.

Die Forscherinnen und Forscher berichten im Journal of General Physiology, dass der angestrebte stimulierende Effekt auf das Immunsystem schon direkt ausgelöst wird, wenn T-Zellen von Röntgenstrahlen mitbestrahlt werden. Dominque Tandl, Forscherin am Fachbereich Biologie der TU Darmstadt, und ihre Mitautoren zeigen in der nun veröffentlichten Studie, dass klinisch relevante Dosen an Röntgenstrahlung in T-Lymphozyten eine immunreaktionstypische Signalkaskade auslösen, die mit einer Ausschüttung des Botenstoffs Calcium (Ca2+) aus internen Speichern beginnt.

„Es könnte gelingen, die abtötende Wirkung von ionisierender Strahlung auf Tumorzellen zu verstärken und gleichzeitig mithilfe dieser Strahlung das Immunsystem anzuregen.“

Professor Gerhard Thiel, Leiter des Arbeitsgebiets Membranbiophysik

Vermittelt durch den sogenannten store operated Ca2+ entry (SOCE) Weg beginnt die Konzentration von Ca2+ in den Zellen mit einer kritischen Frequenz zu oszillieren, was wiederum zur Verlagerung (Translokation) eines Transkriptionsfaktors aus dem Cytoplasma in den Zellkern führt. Dort angekommen, leitet dieser Transkriptionsfaktor eine Genexpression ein, und die Zelle beginnt mit der Herstellung von Molekülen, die für die Immunreaktion wichtig sind, wie etwa Zytokine.

Da bei der Bestrahlung von Tumoren unweigerlich immer auch die Blutzellen im Zielgewebe getroffen werden, könnte sich die Medizin die stimulierende Wirkung von Röntgenstrahlung auf T-Lymphozyten nutzbar machen. Die Forscherinnen und Forscher hoffen, dass ihre Studien dazu beitragen, langfristig die Krebstherapie zu verbessern, wie Professor Gerhard Thiel sagt, der Leiter des Arbeitsgebiets Membranbiophysik am Fachbereich Biologie der TU Darmstadt und Mitautor der Studie. „Es könnte gelingen, die abtötende Wirkung von ionisierender Strahlung auf Tumorzellen zu verstärken und gleichzeitig mithilfe dieser Strahlung das Immunsystem anzuregen.“

Die Veröffentlichung

X-ray irradiation triggers immune response in human T-lymphocytes via store-operated Ca2+ entry and NFAT activation, in: Journal of General Physiology (2022), 154 (5).
doi.org/10.1085/jgp.202112865

Thiel/sip