Multiple Sklerose: Zwillingsstudie entschlüsselt Einfluss von Umwelt und Genetik

Forschende der Universität Zürich und des Klinikums der Universität München haben das Immunsystem von eineiigen Zwillingspaaren untersucht, um den Einfluss von Umwelt und Genetik auf das Immunsystem bei der Multiplen Sklerose aufzuschlüsseln. Dabei haben sie möglicherweise Vorläuferzellen der krankheitsverursachenden T-Zellen entdeckt.

Studien der letzten Jahre haben deutlich gezeigt, dass genetische Risikovarianten unabdingbar mit der Multiplen Sklerose (MS) verknüpft sind. “Durch unsere Studie konnten wir zeigen, dass ungefähr die Hälfte der Komposition unseres Immunsystems durch die Genetik bestimmt wird”, sagt Florian Ingelfinger, Doktorand am Institut für Experimentelle Immunologie der UZH.

Dass diese genetischen Einflüsse zwar zwingend nötig, aber nicht ausreichend sind, um eine MS auszulösen, zeigt die Studie des Teams um den Immunologen Burkhard Becher, Professor am Institut für Experimentelle Immunologie der UZH und den Arbeitsgruppen von Lisa Ann Gerdes und Eduardo Beltrán vom Institut für Klinische Neuroimmunologie des LMU Klinikums. In dieser Studie wurden 61 eineiige Zwillingspaare untersucht, von denen jeweils ein Zwilling an MS leidet und der andere gesund ist. “Obwohl auch die gesunden Zwillinge ein maximales familiäres Risiko für MS haben, gab es bei ihnen keine klinischen Anzeichen für eine MS”, sagt Gerdes.

Dank dieser weltweit einzigartigen Kohorte von eineiigen Zwillingspaaren konnten beim Vergleich von Zwillingen mit und ohne MS die genetischen Einflüsse ausgeschlossen werden. “Wir wagen uns an die zentrale Frage heran, wie das Immunsystem von zwei genetisch identischen Individuen in einem Fall zu einer deutlichen Entzündung und massiven Nervenschäden führt, während es beim anderen Zwilling zu keinerlei Schäden kommt”, erläutert Becher. Dadurch kann das internationale Wissenschaftsteam ganz gezielt und frei von genetischen Einflüssen die Änderungen im Immunsystem verfolgen, die letztlich bei einem Zwilling MS auslösen und den anderen verschonen.

Modernste Einzelzell-Technologien und künstliche Intelligenz

Die Forschenden bedienen sich modernsten Technologien, um die Immunprofile der Zwillingspaare in ihrem Detailreichtum zu beschreiben. “Wir verwenden eine Kombination aus Massenzytometrie und neusten Methoden der Genetik gepaart mit maschinellem Lernen, um nicht nur charakteristische Proteine der Immunzellen von kranken Zwillingen zu identifizieren, sondern auch die Gesamtheit aller Gene, die in diesen Zellen angeschaltet sind, zu entschlüsseln”, erläutert Ingelfinger. Beltrán, Experte für Einzelzell-Genomik, ergänzt: “Damit stellen wir sicher, dass wir so viele Informationen wie derzeit nur technisch möglich aus diesen wertvollen Proben gewinnen”. Das Team verwendet eine Vielzahl von maßgeschneiderten Algorithmen basierend auf künstlicher Intelligenz, um relevante Einsichten aus diesem immensen Datensatz zu gewinnen.

Ein Irrtum in der Kommunikation von Immunzellen

“Erstaunlicherweise fanden wir die größten Unterschiede in den Immunprofilen von kranken Zwillingen in sogenannten Zytokinrezeptoren, also in der Art und Weise, wie Immunzellen untereinander kommunizieren. Das Zytokinnetzwerk ist quasi die Sprache des Immunsystems”, erklärt Ingelfinger. Die Forschenden fanden heraus, dass eine erhöhte Empfindlichkeit für bestimmte Zytokine zu einer stärkeren Aktivierung von T-Zellen im Blut von Patientinnen und Patienten mit MS führt. Diese sind besonders fähig, in das zentrale Nervensystem der Patienten
einzuwandern und dort Schäden zu verursachen.

Die identifizierten Zellen wiesen Merkmale von erst kürzlich aktivierten Zellen auf, die sich in einer Entwicklung zu voll funktionsfähigen T-Zellen befanden. “Möglicherweise haben wir hier den zellulären Urknall der MS entdeckt – Vorläuferzellen, aus denen krankheitsverursachende T-Zellen entstehen”, erklärt Becher.

Wichtige Grundlagen um Einfluss von Genetik und Umwelt auf MS zu verstehen

“Die Erkenntnisse dieser Studie sind besonders im Vergleich mit bisherigen Studien zur MS wertvoll,
welche nicht für die genetische Veranlagung kontrollieren”, sagt Becher. “So entschlüsseln wir, welcher Teil der Immunstörung in der MS von genetischen Komponenten und welcher von Umweltfaktoren beeinflusst wird. Dies ist von fundamentaler Wichtigkeit, um die Entstehung der Erkrankung zu verstehen.”

Die Zwillingspaare wurden am Klinikum der Universität Münchens für die Studie rekrutiert. “Die einzigartige Gelegenheit, Genetik und Umwelt in der Multiplen Sklerose zu entschlüsseln, verdanken wir allein unseren Patientinnen und Patienten, die sich zu dieser Studie bereiterklärt haben”, sagt Gerdes.