Zwei-Photonen-Laserscanning-Mikroskop

• Subject Area: Basic Research in Biology and Medicine
• Term: Funded in 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 252070695

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Das bewilligte Zwei-Photonen-Laserscanning-Mikroskop (2PM) wird in einer Reihe verschiedener Projekte eingesetzt und hat bereits jetzt wesentliche Erkenntnisse zum besseren Verständnis immunologischer Prozesse geliefert. Ein Teil dieser Ergebnisse ist bereits veröffentlicht, andere werden im Rahmen von Dissertationen, Habilitationen und weiteren Forschungsprojekten gegenwärtig weiterverfolgt. Wesentliche Erkenntnisse aus ausgewählten Publikationen sind nachfolgend zusammengefasst: Plasmazytoide dendritische Zellen (pDCs) gehören zu den antigen-präsentierenden Zellen des Immunsystems, die für die Initiierung der Immunantwort wichtig sind. In diesem Projekt wurde untersucht, wie pDCs während der Antigenpräsentation mit T-Zellen in Kontakt treten. Mit Hilfe der 2- Photonenmikroskopie konnte beobachtet werden, dass pDCs nicht direkt mit T-Zellen interagieren, sondern es zu Antigenpräsentation durch weitere Zellen des Immunsystems kommt. Mit Hilfe des Mikroskops konnte festgestellt werden, dass pDCs Antigene auf andere Zellen übertragen, die dann die Immunantwort initiieren. Diese Ergebnisse sind unter anderem sehr wichtig für die Interpretation von Ergebnissen, die auf dem adoptiven Zelltransfer basieren. Zellen des angeborenen Immunsystems spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung von Immunantworten. In diesem Projekt wurde untersucht, ob gamma-delta T-Zellen der Maus bei der Immunreaktion im Rahmen von Entzündungen mitwirken. Mit Hilfe der 2-PM war es möglich, die gammadelta T Zellen im Bindegewebe der Achillessehne direkt nachzuweisen und zudem zu zeigen, dass sie nicht motil sind. In dieser Studie konnte präzisiert werden, dass Zellen des angeborenen Immunsystems eine wichtige Rolle im Rahmen der Sehnenentzündung im Mausmodell haben. Im Rahmen der Organtransplantation kann es zu Abstoßungsreaktionen kommen. T-Zellen des Immunsystems spielen hierbei eine entscheidende Rolle. In diesem Projekt wurde mit Hilfe der 2-PM untersucht, wie sich Transplantat-spezifische T-Zellen im transplantierten Herz verhalten. Mit Hilfe des bewilligten 2-PM konnten Zellen über einen sehr langen Zeitraum gefilmt werden, da die hoch-sensitiven Detektoren des neuen Mikroskops gewebeschonende Aufnahmen ermöglichen. Immunzellen können virusinfizierte Zellen erkennen und direkt eliminieren. In diesem Projekt konnte die T- Zell vermittelte Immunantwort gegen infizierte Zellen durch Einsatz der 2-PM im Mausmodell genau beobachtet werden. Mit Hilfe des Mikroskops war es möglich, T-Zell vermittelte Calciumsignale in virusinfizierten Zellen zu identifizieren, die prädiktiv für deren anstehenden Zelltod waren. Diese Signale erlaubten ihrerseits Rückschlüsse darauf wie zytotoxische T-Zellen kooperieren, um infizierte Zellen abzutöten. Die hohe Sensitivität der Detektoren des beantragten Geräts zusammen mit der schnellen Bildaufnahme haben erstmals diese direkten Einblicke in die fundamentalen Mechanismen der Immunantwort ermöglicht.

Publications

• Cardiomyocytes display low mitochondrial priming and are highly resistant toward cytotoxic T-cell killing. Eur J Immunol. 2016 Jun;46(6):1415-26
  Zheng X, Halle S, Yu K, Mishra P, Scherr M, Pietzsch S, Willenzon S, Janssen A, Boelter J, Hilfiker-Kleiner D, Eder M, Förster R
  
• CCR7 and IRF4-dependent dendritic cells regulate lymphatic collecting vessel permeability. J Clin Invest. 2016 Apr 1;126(4):1581-91
  Ivanov S, Scallan JP, Kim KW, Werth K, Johnson MW, Saunders BT, Wang PL, Kuan EL, Straub AC, Ouhachi M, Weinstein EG, Williams JW, Briseño C, Colonna M, Isakson BE, Gautier EL, Förster R, Davis MJ, Zinselmeyer BH, Randolph GJ
  
• Chemokines and Chemokine Receptors in Lymphoid Tissue Dynamics. Annu Rev Immunol. 2016 May 20;34:203-42
  Schulz O, Hammerschmidt SI, Moschovakis GL, Förster R
  
• In Vivo Killing Capacity of Cytotoxic T Cells Is Limited and Involves Dynamic Interactions and T Cell Cooperativity. Immunity. 2016 Feb 16;44(2):233-45
  Halle S, Keyser KA, Stahl FR, Busche A, Marquardt A, Zheng X, Galla M, Heissmeyer V, Heller K, Boelter J, Wagner K, Bischoff Y, Martens R, Braun A, Werth K, Uvarovskii A, Kempf H, Meyer-Hermann M, Arens R, Kremer M, Sutter G, Messerle M, Förster R
  
• Interleukin-23-Dependent γ/δ T Cells Produce Interleukin-17 and Accumulate in the Enthesis, Aortic Valve, and Ciliary Body in Mice. Arthritis Rheumatol. 2016 Oct;68(10):2476-86
  Reinhardt A, Yevsa T, Worbs T, Lienenklaus S, Sandrock I, Oberdörfer L, Korn T, Weiss S, Förster R, Prinz I
  
• Plasmacytoid dendritic cells induce tolerance predominantly by cargoing antigen to lymph nodes. Eur J Immunol. 2016 Nov;46(11):2659-2668
  Kohli K, Janssen A, Förster R
  
• Dendritic cell migration in health and disease. Nat Rev Immunol. 2017 Jan;17(1):30-48
  Worbs T, Hammerschmidt SI, Förster R
  
• Mechanisms and Dynamics of T Cell-Mediated Cytotoxicity In Vivo. Trends Immunol. 2017 Jun;38(6):432-443
  Halle S, Halle O, Förster R
  
• Application of light sheet microscopy for qualitative and quantitative analysis of bronchus-associated lymphoid tissue in mice Cell Mol Immunol. 2018 Feb 12
  Mzinza DT, Fleige H, Laarmann K, Willenzon S, Ristenpart J, Spanier J, Sutter G, Kalinke U, Valentin-Weigand P, Förster R