AG Thomas Winkler

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Selektionsprozesse in B-Lymphozyten

Forschungsprojekte

Der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten liegt auf den Selektionsprozessen während der verschiedenen Stadien der Entwicklung der B-Lymphozyten. Während der frühen B-Zelldifferenzierung untersuchen wir die genetischen Mechanismen, die die Entwicklung der Lymphozyten steuern. Die Entstehung von Autoantikörpern in der Autoimmunerkrankung systemischer Lupus erythematosus ist ein weiterer Fokus unsere Forschungen. Außerdem untersuchen wir in einer engen Kooperation mit der Arbeitsgruppe Michael Mach im Virologischen Institut in Erlangen Antikörper-vermittelte Immunantworten gegen Cytomegalieviren und versuchen neuartige Therapiestrategien zu entwickeln. Für unsere Forschung verwenden wir in den meisten Fällen Mausmodelle, die in unserem Labor auch selbst hergestellt werden (knock-out Mäuse, knock-in Mäuse, transgene Mäuse).

Regulation der VDJ - Rekombination

Während der Differenzierung der B-Lymphozyten werden die Gene für die Antikörpermoleküle (Immunglobuline) in einem genetischen Umlagerungsprozess zusammengebaut. Dieser Rekombinationsprozess ist für die extrem hohe Vielfalt der Antikörpermoleküle verantwortlich. Wir interessieren uns für die Regulation dieses Prozesses, der VDJ-Rekombination genannt wird. Aus einzelnen Genelementen (V-, D- und J-Elemente) entsteht in einem in der Natur einzigartigen Prozess eine immense Vielfalt von verschiedenen Antikörpergenen. Während der molekulare Mechanismus der VDJ-Rekombination recht gut verstanden ist, ist es noch unklar, wie die VDJ-Rekombination reguliert wird. Obwohl alle 7 Antigenrezeptor-Gene (3 Immunglobulin-Gencluster und 4 T-Zell-Rezeptor-Gencluster) von der gleichen VDJ-Rekombinations-Maschinerie umgelagert werden, ist die Expression strikt reguliert. Antikörpergene werden nur in B-Lymphozyten, T-Zell-Rezeptorengene nur in T-Lymphozyten umgelagert. Ausserdem sind die Genumlagerungen der schweren und leichten Ketten der Antikörpergene in der Entwicklung der B-Lymphozyten zeitlich reguliert. Schließlich exprimiert jeder B-Lymphozyt nur jeweils eine schwere und eine leichte Kette, ein Phänomen, dass Allelausschluss genannt wird.
Der Schwerpunkt unserer Forschungsarbeiten liegt auf der Zugänglichkeit der Immunglobulin schweren Kettengene (IgH-Lokus) für die VDJ-Rekombinase. Wir untersuchen die epigenetischen Mechanismen der Regulation mit den Methoden der Chromatin-Analyse (ChIP-on-ChiP, ChIP-Seq) und versuchen essentielle regulatorische Sequenzen im IgH-Genlokus mittels gene-targeting zu identifizieren.

Abbildung 1: Regulation der VDJ-Rekombination während der B-Lymphozyten-Entwicklung (G.Galler).

Mechanismen der Entstehung und Pathogenese von Autoantikörpern

Autoantikörper gegen DNA sind charakteristisch für die Autoimmunerkrankung systemischer Lupus erythematodes (SLE). In unserer Arbeitsgruppe untersuchen sowohl wir die Mechanismen der immunologischen Fehlregulation, die für die Entstehung dieser Autoantikörper verantwortlich sind, als auch die Bedeutung dieser Autoantikörper in der Pathogenese, insbesondere für die Glomerulonephritis.
In unseren Forschungsprojekten arbeiten wir an Mausmodellen für den SLE. Hierfür verwenden wir spontane Mausmodelle für die Erkrankung und genetisch modifizierte Modelle, die wir mittels gene-targeting im Labor hergestellt haben. Aktuell verfolgen wir das Konzept, dass diese Autoantikörper auf Grund von Fehlregulationen während der sogenannten Keimzentrumsreaktion entstehen. In einem von uns erzeugten Mausmodell, in dem ein von einem SLE-Patienten abgeleiteter Autoantikörper in der Maus exprimiert wird, wird dieses Konzept überprüft.

Abbildung 2: Indirekte Immunfluoreszenz eines monoklonalen Autoantikörpers auf Zellkernen von Hep2 Zellen (links) und direkte Immunfluoreszenz von IgG Autoantikörper-Ablagerungen in der Niere (rechts).

Antikörper-vermittelte Abwehrmechanismen gegen Cytomegalieviren

Infektionen mit dem Zytomegalievirus verlaufen in der Regel ohne Krankheitssymptome und das Virus ist weltweit in etwa 50 – 90 % der Bevölkerung verbreitet. Schwerwiegende Erkrankungen treten dann auf, wenn das Immunsystem wie z.B. nach einer Transplantation stark geschwächt ist. Ausserdem ist das humane Zytomegalievirus eine wichtige kongenitale Infektion mit zum Teil schwerwiegenden pränatalen Manifestationen. 
Unsere Forschungsarbeiten, die wir in einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Michael Mach am Virologischen Institut durchführen, haben das Ziel, die Antikörper-Antwort gegen dieses Virus besser zu verstehen und darauf basierende neue therapeutische Konzepte zu entwickeln.

Wir untersuchen sowohl das humane Zytomegalievirus (HCMV) als auch das Maus-Zytomegalievirus (mCMV). Mit den Forschungen an der mCMV-Infektion versuchen wir, klinisch relevante Situationen der Immunsuppression nach Knochenmarkstransplantation nachzustellen. Neue Therapiekonzepte unter der Verwendung von Gedächtnis-B-Lymphozyten und von neuen monoklonalen Antikörpern werden in diesen Mausmodellen untersucht. In einer Kooperation mit der Medizinischen Klinik V der Universität Erlangen soll eine klinische Prüfung dieser Konzepte am Patienten erfolgen.

Abbildung 3: In vivo Biolumineszenz-Imaging einer Maus-Zytomegalievirus-Infektion

Publikationen