Einfluss von veränderter Schwerkraft auf den oxidativen Burst in Makrophagen

Abstract

Die Hauptaufgabe von Makrophagen besteht in der Erkennung und Verdauung aufgenommener Pathogene durch die Produktion von reaktiven Sauerstoff Spezies (ROS) innerhalb des oxidativen Burst. Dieser Prozess stellt die erste Immunantwort dar und verhindert den Ausbruch von Erkrankungen durch Bakterien und Viren. Astronauten leiden unter einem beeinträchtigten Immunsystem, welches zu einer erhöhten Anfälligkeit für Erkrankungen im Weltraum führen kann. Einige Studien weisen darauf hin, dass der oxidative Burst von Makrophagen durch Weltraumbedingungen stark beeinträchtigt ist, jedoch der molekulare Mechanismus noch unbekannt ist. In der vorliegenden Studie wurden die Charakteristika des Pathogen-induzierten oxidativen Bursts unter veränderten Schwerkraftbedingungen, Hypergravitation (humane Kurzarmzentrifuge) und Mikrogravitation (Parabelfug und Klinostat) untersucht. Des Weiteren wurde die Phosphorylierung des für die ROS Produktion wichtigen Proteins Syk und die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB untersucht, um den Einfluss veränderter Schwerkraft auf die Signalwege innerhalb von Makrophagen aufzuklären. Hypergravitation führt zu einer Zunahme, Mikrogravitation zur einer signifikanten Abnahme der radikalen Sauerstoff-Produktion, nach Stimulation durch Zymosan. Die damit verbundene Phagozytose-Rate war in Mikrogravitation leicht reduziert, jedoch in Hypergravitation signifikant erhöht. Die Veränderungen in der ROS Produktion verlaufen sehr schnell (innerhalb von Sekunden), wodurch eine Kopplung mit der Phagozytose ausgeschlossen werden kann. Aufgrund dessen wurde ein schneller Prozess, die Syk Phosphorylierung, untersucht, die eine signifikante Verringerung in simulierter Mikrogravitation zeigte. Ein späterer Schritt innerhalb der Signalkaskade, die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB, zeigte keine Veränderung in simulierter Mikrogravitation. Die Ergebnisse zeigen, dass die ROS Produktion in Makrophagen ein gravisensitiver Prozess ist, bei dem die verringerte Syk Phosphorylierung eine Rolle spielt. Jedoch bleibt die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB erhalten, was darauf hindeutet, dass Gravitation lediglich schnelle und frühe Prozesse beeinflusst, aber keinen Einfluss auf spätere Signalschritte ausübt. Hypergravitation hat einen stimulierenden Effekt auf die Zellen, offensichtlich ausgelöst durch die Erhöhung der Kräfte die auf die Zellen wirken und zeigt, dass Immunzellen nur unter gewissen Kräfteverhältnissen vollständige Funktionalität zeigen. Daraus lässt sich schließen, dass Makrophagen bei der Stimulation mit einem Pathogen-Analogon unter reduzierter Schwerkraft Veränderung in den Signalwegen zeigen, was ein Grund für die Beeinträchtigungen des Immunsystems von Astronauten sein kann.