Bilder aus der Wissenschaft

Mastzellen sind ein wichtiger Teil der körpereigenen Immunabwehr, die wichtige Botenstoffe gespeichert haben. Sie residieren im Gewebe (hier Hautzellen der Maus), wobei sich die einzelnen Mastzellen (cyan) fast schon homogen in der gesamten Dermis verteilen und im Zwischenraum zwischen Nervenbündeln, Haarfollikeln, Fettzellen und verschiedenen Blutgefäßtypen (blau, rot) zu finden sind.  So sind sie in der Lage das Gewebe gut zu überwachen. Entdecken Sie nun ein feindliches Bakterium oder einen Parasiten, dann schüttet sie ihre Botenstoffe innerhalb weniger Minuten aus und teilen auf diese Weise den Zellen der Umgebung mit, dass etwas nicht in Ordnung ist. Schnell reagiert das Blutgefäßsystem. Der Blutfluss erhöht sich und die Wände der Gefäße werden durchlässig für heraneilende andere Immunzellen, die bei der Bekämpfung des Eindringling helfen.

Blick auf 3 ½ Tage alte Blastocyste der Maus. In der frühen Embryonalentwicklung teilt sich die befruchtete Eizelle und bildet ein Zellpaket von 16 bis 32 locker miteinander verbundener Zellen, die sogenannte Morula. Damit sich daraus ein komplexer Organismus entwickeln kann, müssen sich diese Zellen zunächst fest miteinander verbinden. Forscher:innen des MPI entdeckten dabei entdeckten dabei ein Molekül mit dem Namen E-Cadherin, dass wie Klebstoff für die enge Adhäsion zwischen den Zellen von Embryonen im Morula-Stadium verantwortlich ist. Heute weiß man, dass die E-Cadherinmoleküle nicht nur während der Embryonalentwicklung und in zahlreichen Geweben wie dem der Leber oder des Darms für den Zell-Zell-Kontakt und somit für den festen Zusammenhalt des Gewebes zuständig ist, sondern es wurden zudem dutzende Varianten von Cadherinmolekülen gefunden, die für die Entwicklung komplexer Körperstrukturen erforderlich sind.

Fruchtfliegenmännchen besitzen nur ein X-Chromosom anstatt zwei wie ihre weiblichen Artgenossinnen. Deshalb muss ihr X-Chromosom doppelt so aktiv sein, um dieselbe „Gendosis“ zu erzielen. Wenn das nicht gelingt, sterben die Tiere. Ein epigenetischer Faktor, der als MSL-Komplex bezeichnet wird, bindet an das einzelne männliche X-Chromosom und hyperaktiviert das X-Chromosom. Die Abbildung zeigt die ausgebreiteten Chromosmen eines Fruchtfliegenmännchen. Das männliche X-Chromosom ist hier vom in gelb dargestellten MSL Komplex umgeben. Es „dekoriert“ wie die Wissenschaftler:innen sagen, das Geschlechtschromosom. Die anderen Chromosomen sind blau dargestellt.

Während einer Immunantwort verändern T-Zellen ihren Stoffwechsel radikal. Aktivierte T-Zellen setzen dabei auf Zucker, während die langlebigen T-Gedächtniszellen verstärkt Fettsäuren verbrennen. Dadurch können sie Krankheitserreger effektiv bekämpfen und langfristig vor erneuten Infektionen schützen. Interessant ist dabei, dass sich je nach Stoffwechselprogramm sogar die Form ihrer Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle, verändert. Naive (magenta) und aktivierte (violett) Effektor-T-Zellen besitzen einzelne, abgerundete Mitochondrien. Während der Differenzierung von Effektor-T-Zellen zu langlebigen Gedächtnis-T-Zellen (blau-gelb) kommt es zur Mitochondrienfusion, sodass die länglichen röhrenartige Mitochondrien enstehen, die zu Netzwerken verschmelzen. 

Wissenschaftler:innen am MPI wollen verstehen, wie die Mitochondrienfusion und andere Kommunikationsmodi die Stoffwechselprogramme in und zwischen verschiedenen Immunzellpopulationen steuern.

Das Genom ist nicht starr. Weder beim Informationsgehalt, noch in seiner Struktur. Im Zellkern befinden sich die Chromosomen. Diese bestehen aus Chromatin, einem Komplex aus DNA und speziellen Proteinen. Bereiche im Chromatin (TADs) verbinden sich miteinander und teilen die DNA in verschiedene Regionen ein. Um den Zusammenhalt zwischen diesen weit entfernten Regionen darzustellen, haben Max-Planck-Wissenschaftler diesen Kaleidozyklus entworfen. Ein solcher Ring besteht aus einer geraden Anzahl gleichseitiger Pyramiden, die an gegenüber liegenden Kanten verbunden sind. Es ist möglich ihn zu verdrehen, sodass alle Seiten der Pyramiden sichtbar werden. Bedruckt ist das Gebilde mit den Messdaten aus einer Milliarde DNA-Sequenzen. Die rote Farbe verdeutlicht die hohe Anzahl der gemessenen Verbindungen zwischen zwei verschiedenen Regionen des Genoms.

Blick in das Bindegewebe der Dermis der Mäusehaut. Die Dermis enthält reißfeste Kollagenfasern und elastische Fasern. Darüber hinaus sind zahlreiche Blut- und Lymphgefäße in das Gewebe eingeflochten. In dieser räumlich komplexen Umgebung erfolgt die Bewegung von Immunzellen (blau, grün) durch Basalmembranen (rot) und auch an Kollagenfasern (hier nicht gefärbt). Die verschiedenen Untergruppen von Immunzellen verwenden verschiedene Strategien, um sich im Zellzwischenraum von Geweben zu bewegen, zu navigieren und zu positionieren. Dabei zeigt das Bild wie sich die Immunzellen strategisch positionieren, um im Falle einer Infektion oder Entzündung schnell vor Ort sein zu können.

Eizellen werden in der weiblichen Keimbahn, dem Eierstock, gebildet. Während dieses Differenzierungsprozesses erfährt das Chromatin der werdenden Eizelle eine starke Kompaktierung, die mit der Stilllegung der Transkription einhergeht. Die Kompaktierung des Chromatins und die Stilllegung der Transkription in der Eizelle werden in erster Linie durch epigenetische Mechanismen bestimmt. Der Blick in die Eikammer eines Drosophila-Weibchens zeigt mit Immunfluoresenz gefärbt wichtige Komponenten, die Wissenschaftler:innen am MPI erforschen, um diese Prozesse besser zu verstehen: DNA (blau), das RNA bindende Vasa-Protein (rot), das essentiell für die Keimzellenentwicklung ist, sowie die epigenetische Modifikation H3K27me (grün), die spannenderweise durch die mütterliche Keimbahn vererbt wird und die Genexpression während der frühen Embryonalentwicklung der Nachkommen beeinflusst.

Immunzellen eilen an den Ort der Infektion – und dies koordiniert. Immunzellen patrouillieren in den Blutgefäßen. Erst im Falle einer Infektion des Gewebes erhalten sie grünes Licht, die Gefäße schlagartig zu verlassen. Hier geht es dann für die Zellen querfeldein – angezogen von Signalen, die vom beschädigten Gewebe ausgesandt werden. Wissenschaftler:innen am Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik in Freiburg untersuchen diese Wanderung. Die Forscher:innen fanden heraus, dass die Immunzellen miteinander kommunizieren und ein Schwarmverhalten zeigen, das dem von Insekten ähnelt.

Farbenspiel in der Flügel-Imaginalscheibe einer männlichen Fruchtfliegenlarve. Die Immunfluoreszenz zeigt das Vorhandensein und die Aktivität des MSL-Komplexes an. Gut sichtbar sind die Zellkerne des zukünftigen Flügels (dunkelblau) sowie die Bereiche, in denen die Wissenschaftler Bestandteile des Komplexes entfernt haben (hellbau) oder diese noch vorhanden sind (orange). Die weißen Punkte stellen Acetylierungsmarkierungen (H4K16ac) dar und zeigen den Forschern die umfassende Aktivität des Komplexes.

Zentromere sind spezialisierte Regionen des Genoms, die unter dem Mikroskop besonders deutlich in X-förmigen Chromosomen als Einschnürung zu erkennen sind. An diesem Ort spaltet sich das Chromosom in zwei Chromatiden, die jeweils die vollständige Erbinformation enthalten. Diese werden dann auf die beiden neu gebildeten Zellen verteilt. Das Zentromer allein reicht dafür allerdings nicht aus: Es stellt lediglich die Andockstelle des so genannten Kinetochors dar – eines riesigen Proteinkomplexes. An ihn heftet sich das Zellskelett beidseitig des Chromosoms an und zieht die zwei Chromatiden auseinander. Forschung am MPI konnte zeigen, dass Position, Funktion und Vererbung des Zentromers durch ein DNA-Verpackungsprotein, das Histon CenH3 bestimmt.