Das Komplementsystem spielt eine zentrale Rolle bei der Erkennung und Abwehr von Infektionen, der Homöostase und der anti-inflammatorischen Immunabwehr. Die Abteilung Infektionsbiologie untersucht wie sich der pathogene Pilz Candida albicans gegen den Angriff des Komplementsystems schützt und dadurch Infektionen verursacht. Die Arbeitsgruppe Immunregulation analysiert hierbei den Angriff und die Schädigung des Erregers Candida albicans durch die Zusammenarbeit von Komplement und Immunzellen. Außerdem erforschen wir wie die freigesetzten Mediatoren die weitere Immunreaktion der Makrophagen steuern und die Entzündungsreaktion modulieren.

Das Komplementsystem reguliert Immunhomöostase. Genetische Veränderungen in Form von Mutationen, Sequenzvariationen oder veränderter Genkopienzahl können hier zu Erkrankungen führen, die sich in verschiedenen Organen wie Niere und Auge manifestieren. Die Identifizierung neuer Autoantikörper und die Charakterisierung neuer genetischer Veränderungen konnten das Verständnis der Pathologie von komplementvermittelten Nieren-Erkrankungen verbessern. Basierend auf diesen Erkenntnissen entwickeln wir bereits neue diagnostische Verfahren und immunbasierte Therapien für die Nierenerkrankungen DEAP-HUS und C3 Glomerulopathie/‘Dense Deposit Disease‘.

Der humanpathogene Hefe Candida albicans schützt sich vor dem Immunangriff des Menschen als deren Wirt, in dem sich die Hefe tarnt, wie der sprichwörtliche Wolf im Schafspelz. Candida exprimiert spezifische Oberflächenproteine und ahmt so Muster und Strukturen nach, die auf der Oberfläche von menschlichen Zellen dem Wirt, vorkommen. So kann die pathogene Hefe lösliche humane Schutzproteine und Immunregulatoren aus dem Plasma binden und so ist die Hefe für das Immunsystem des Wirtes unsichtbar, und die pathogene Hefe hat sich so einen wichtigen Vorteil zum Überleben geschaffen. Die Abteilung Infektionsbiologie identifiziert und charakterisiert diese schützenden Oberflächenproteine der Hefe Candida albicans. Mit diesem Ansatz können wir zeigen, dass die Hefe mehrere Proteine für diesen Immunschutz verwendet, und dass jedes Immunevasionsprotein der Hefe gleichzeitig mehrere lösliche Immunregulatoren der Menschen, dem Wirt bindet. Jedes einzelne Schutzprotein der Hefe kann so die Immunreaktion des Wirtes auf mehreren Ebenen blockieren und inhibieren und das Überleben der Hefe im immunkompetenten Wirt gewährleisten.

Candida albicans löst bei einer Infektion des Menschen eine spontane Immunreaktion aus, worauf der Pilz versucht die Immunreaktion zu seinem Vorteil zu modulieren. In diesem Projekt werden die Mechanismen der Immunantwort von humanen Monozyten, Makrophagen und B Zellen auf eine Infektion mit Candida untersucht. Dabei wird die Reaktion der humanen Immunzellen auf Candida Zellen oder isolierter Candida Proteine alleine, sowie in Kombination mit definierten Plasma Proteinen des Komplementsystems untersucht.

C. albicans aktiviert im Plasma alle drei Komplement Aktivierungswege, den alternativen, klassischen und den Lektinweg. Das aktivierte Komplementprodukt C3b wird dabei auf der Candida Oberfläche abgelagert und bewirkt damit eine Markierung des Infektionserregers zur verstärkten Aufnahme durch Phagozyten. Abgelagertes C3b und die Spaltprodukte iC3b und C3d werden von verschiedenen Rezeptoren auf Immunzellen erkannt. So sind C3b und iC3b die natürlichen Liganden von Komplement Rezeptor CR3 und CR4 auf Monozyten und Makrophagen. In Kombination mit Co-Rezeptoren werden die Monozyten aktiviert und differenzieren in einen pro-inflammatorischen bzw. regulatorischen Typ, der die weitere Immunantwort entscheidend prägt. C3d bindet an CR2 auf B Zellen und die Zusammenlagerung mit dem B Zell Rezeptor erhöht deutlich die Sensibilisierung der B Zellen für das Antigen. Candida synthetisiert spezielle Proteine um die Komplementaktivierung auf der Oberfläche zu inhibieren und damit auch die Interaktion mit den Immunzellen. Die Charakterisierung der dynamischen Interaktion zwischen Candida und den Immunzellen des Wirtes auf molekularer und zellulärer Ebene wird im Detail untersucht und hilft, den Infektionsprozess besser zu verstehen und Möglichkeiten der Intervention aufzuzeigen.

Komplement ist ein zentrales immun-homöotisches System, das die erste Abwehrreihe der angeborenen ‚Innate’ Immunität darstellt. Das aktivierte Komplementsystem erkennt, attackiert, schädigt und entfernt letztendlich den infektiösen Erreger. Während infektiöse Erreger vom Komplementsystem attackiert und eliminiert werden, haben pathogene Erreger im Gegensatz dazu Mechanismen entwickelt mit denen sie den Immunangriff modulieren und diesen inaktivieren. Sowohl Gram negative, wie auch Gram positive Erreger, pathogene Pilze und Protozoen sind alle dem angeborenen Immunangriff des Wirtes ausgesetzt und alle Erreger blockieren diese Immunantwort, um das Überleben im immunkompetenten Wirt zu gewährleisten. Die Abteilung Infektionsbiologie ist interessiert, die Mechanismen dieser Immunevasion bei unterschiedlichen Erregern zu verstehen und die gemeinsamen Prinzipien der Immunabwehr zu definieren.

Die Effektorfunktion des aktivierten Komplementsystem ist auf der Oberflächen von intakten körpereigenen Zellen  streng reguliert. Die Abteilung Infektionsbiologie untersucht eine Gruppe von Immunregulatoren, der sieben Mitglieder der Faktor H Protein Familie angehören bei der homöotischen Regulation des Immungeschehen. Faktor H ist der zentrale Immun- und Komplementregulator. Die für das FHL1 Protein kodierende RNA wird vom Faktor H Gene durch alternatives Spleißen prozessiert. Die fünf ‚Complement Factor H Related’ Proteine (CFHR); CFHR1- CFHR5 werden jeweils von spezifischen Genen kodiert. Die genaue Funktion der einzelnen CFHR Proteine im Komplement und Immunsystem und ihre Beteiligung bei den verschiedenen Erkrankungen wird aktuell intensiv verfolgt. Darüber hinaus werden Änderungen und Variationen in den jeweiligen Genen, Genpolymorphismen und veränderte Kopienzahlen im menschlichen Faktor H- CFHR Genkluster bei humanen Erkrankungen untersucht.

Erkrankungen der Niere, wie Hämolytisch Urämisches Syndrom (HUS), Membranoproliferative Glomerulonephritis (MPGN), C3 Glomerulopathie und der Altersäbhängigen Makulardegeneration im Auges, als einer häufigen Form der Blindheit untersucht.

Hämolytisch Urämisches Syndrom (HUS) ist eine seltene Erkrankung, bei der die kleinen Gefäße des Körpers sowohl durch Thromben als auch durch Schädigung des Endothels verändert werden. Dadurch wird die Blutzirkulation unterbrochen und das Gewebe wird nicht mehr mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt. Bei HUS sind vor allem die Gefäße in der Nieren betroffen, es können aber auch andere Organe beteiligt sein. Für HUS gibt es verschiedene Auslöser und Ursachen: die häufigste Ursache sind Infektionen mit Enterohämorrhagischen Escherichia coli (EHEC) oder es treten Mutationen auf in Genen, die vor allem Regulatoren und Komponenten des Komplementsystem, einem zentralen Immunhomöostatischen System des menschlichen Organismus betreffen. Eine dritte Variante ist die Bildung von Autoantikörpern, die gegen den löslichen Regulator Faktor H gerichtet sind. Bei der Mehrzahl der meist jugendlichen Patienten mit der autoimmunen Form entwickeln sich diese Autoantikörper auf Basis einer genetischen Deletion im CFHR-Gencluster, die mit dem Fehlen der beiden Gene CFHR1 und CFHR3 einhergeht. Basierend auf diesen unterschiedlichen Ursachen ergeben sich für die jeweiligen Krankheitsformen von HUS Variationen, die sich im Schweregrad, der Rekurrenz der Erkrankung, sowie in einer unterschiedlichen Prognosen für die Behandlung auswirken, und die ebenfalls wichtige Informationen liefern, für das Überleben und für die Funktion eines Nierentransplantates.

Membranoproliferative Glomerulonephritis (MPGN), ist eine seltene Nierenerkrankung, bei vor allem jugendlichen Patienten. Diese Erkrankung, die aktuell auch als C3 Glomerulopathie bezeichnet wird, repräsentiert ein Spektrum von unterschiedlichen, teilweise verwandten Ursachen. Aktuell basiert die Diagnose vor allem auf histologischen, immunhistologischen und elektronenmikroskopischen Untersuchungen einer Nierenbiopsie. Die Beteiligung von Komplement wird oft beschrieben, und es werden bei einigen Patienten sowohl verschiedenen Autoantikörper in Form von C3 nephritischem Faktor, Faktor H- und Faktor B Antikörper, sowie genetische Veränderungen in den Komplementgenen Faktor H, C3 und im CFHR Genkluster beschrieben. Die Abteilung Infektionsbiologie des HKIs ist interessiert die genaue Rolle von Komplement bei dem Pathomechanismus der MPGN/C3G zu verstehen. Ziel ist es zum einen, die genauen Ursachen zu verstehen, die zur Bildung der autoimmunen Formen führen. Im Weiteren werden die genetischen Veränderungen, die zur Pathogenese beitragen untersucht, um so die Heterogenität der Erkrankung zu definieren. Für das bessere Verständnis der Pathophysiologie und des Krankheitsmechanismus wurde ein Register, mit aktuell über 250 MPGN/C3G Patienten erstellt, in dem systematisch die autoimmunen und genetischen Formen identifiziert werden. So lassen sich Unterformen definieren, welche dieses heterogene Krankheitsbild prägen, und die Frequenz der jeweiligen Unterformen kann bestimmt werden. Die jeweiligen Autoantikörper und Mutanten Proteine sollen funktionell untersucht werden. So können neue Verfahren für die Diagnostik entwickelt werden und in intensiver Zusammenarbeit mit Ärzten und Klinikern neue Therapieverfahren für diese schwerwiegende Nierenerkrankung entwickelt werden.

Das Komplementsystem ist Teil der Innate Immunity und spielt eine essentielle Rolle in der Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase, Gewebeerneuerung und der Abwehr gegen Infektionserreger und der Entwicklung von Entzündungen. Eine Deregulation des Komplementsystems durch fehlende oder defekte Komplementregulatoren, sind an verschiedenen Erkrankungen beteiligt, wie Altersabhängige Makuladegeneration (AMD) oder C3 Glomerulopathien. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Identifizierung von neuen humanen Komplementregulatoren und deren Charakterisierung im Krankheitsbild AMD. AMD ist der häufigste Grund für Erblindungen in den Industrienationen. Sie ist durch eine Akkumulation von Zell- und Stoffwechselprodukten in Form von Drusen an der Basalmembran in der Retina charakterisiert. Diese Ablagerungen führen dann zur Unterversorgung und dem Absterben der Photorezeptoren im Bereich der Makula, dem Bereich des schärfsten Sehens. Polymorphismen im ARMS2 (age related maculopathy susceptibility 2) Gen auf Chromosom 10 sind am stärksten mit einer AMD assoziiert. Allerdings ist die Funktion von ARMS2 noch unbekannt. Ebenso ist die Defizienz von CFHR1 und CFHR3, zwei Proteine der Faktor H verwandten Proteine, mit AMD assoziiert. In diesem Fall ist die Abwesenheit protektiv. Der Mechanismus der Protektion ist ebenfalls weitestgehend unbekannt. Deshalb werden die Funktionen der Proteine von ARMS2, CFHR1 und CFHR3 im Detail bestimmt.

Komplement ist ein zentrales Element der Immunhomöostase des menschlichen Organismus. Dieses zentrale Kaskadensystem dient zum einen der Erkennung und effizienten Abwehr von Infektionserregern und zum anderen der nicht inflammatorischen Entfernung von veränderten Zellen und Debris des menschlichen Organismus. Eine gerichtet effiziente Aktivierung der Komplementkaskade ist auf der Oberfläche von Infektionserregern gewünscht, da so diese fremden Erreger geschädigt und eliminiert werden. Gleichzeitig müssen körpereigene Zellen und Gewebe vor diesen schädigenden Effekten geschützt werden. Die angeborene, ‚innate‘ Immunität, wie das Komplementsystem ist vor allem in der frühen Phase des Lebens, wenn das adaptive Immunsystem noch ausgebildet wird, für den Immunschutz verantwortlich. Bereits Veränderungen von einzelnen Komponenten in Form von Mutationen, Genpolymorphismen, Veränderungen in der Genkopienzahl und chromosomale Umordnungen verändern die Balance dieses zentralen evolutionär hoch konservierten und seit über 1 Billion Jahre existierenden Kaskadensystems. Die in der Jugend somit schützenden Effekte können sich im Alter zu einem Risiko entwickeln und eine genetische Disposition zur Ausbildung von verschiedenen Autoimmunerkrankungen führen. Ziel der Arbeiten ist es die Rolle von einzelnen krankheits- und infektionsassoziierten Genpolymorphismen im Rahmen der Infektion, bei der Immunevasion von pathogenen Erregern und bei der Entstehung von Autoimmunerkrankungen zu untersuchen und zu verstehen.