Na een inspanning van tien jaar, Prof. Dr. Michael Reth van het Instituut voor Biologie III van de Universiteit van Freiburg en het Max Planck Instituut voor Immunobiologie en Epigenetica heeft een methode ontwikkeld om de organisatie van het celoppervlak op nanometerschaal te onderzoeken. Hierdoor kan hij volgen hoe de antigeenreceptor, welke B-cellen van het immuunsysteem gebruiken om vreemde stoffen te herkennen, verandert na activering. Deze studie toont aan dat de receptorcomponenten van elkaar dissociëren - in plaats van samen te voegen, zoals eerder werd aangenomen. Reorganisatie van receptoren op het celmembraan vindt plaats binnen een bereik van 10 tot 40 nanometer. Onder een optische microscoop, echter, het is alleen mogelijk om objecten te onderscheiden die minimaal 250 nanometer uit elkaar liggen.

Door gebruik te maken van antilichaamfragmenten, zogenaamde fab's, Reth, spreker van het cluster of excellence BIOSS Center for Biological Signalling Studies aan de Universiteit van Freiburg, en zijn team verbeterden de resolutie van de eerder ontwikkelde proximity ligation assay (PLA) ongeveer 10 keer.

Met deze technologie kunnen moleculen alleen worden gedetecteerd als ze zich dicht bij elkaar bevinden. Met behulp van de preciezere Fab-PLA-methode, de wetenschappers konden voor het eerst op een schaal van tien nanometer onderzoeken hoe receptoren op het membraan worden verdeeld en hoe ze worden gereorganiseerd. De Fab-PLA-methode is een belangrijk nieuw instrument voor het BIOSS Nanoscale Explorer Progamme (BiNEP), een van de onderzoeksfocussen van het Cluster of Excellence BIOSS Center for Biological Signalling Studies van de Universiteit van Freiburg.

Wanneer toegepast op de antigeenreceptoren, de Fab-PLA-methode onthulde rode fluorescerende stippen op het celmembraan van inactieve B-cellen:bewijs dat de antigeenreceptoren voor het eerst in groepen op het membraan verschijnen, zogenaamde receptorclusters. Zodra de B-cellen een antigeen ontdekten en geactiveerd werden, echter, de stippen verdwenen - de receptoren waren van elkaar verwijderd. Deze bevinding ondersteunt het dissociatiemodel van B-celactivering dat in 2010 werd voorgesteld door Michael Reth en Jianying Yang.

De onderzoekers toonden ook aan hoe de dissociatie plaatsvindt:ze verwijderden in B-cellen het gen dat codeert voor het signaalmolecuul Syk, een kinase dat nauw samenwerkt met de antigeenreceptor. Op B-cellen zonder Syk waren de receptorclusters nog aanwezig nadat ze het antigeen hadden gebonden. Syk is dus de moleculaire sleutel die het receptorcluster opent en de immuunrespons initieert. Om de verdere details van de activering van B-cellen op te helderen, de onderzoekers brachten Syk en de antigeenreceptorcomponenten in fruitvliegcellen. Ze wijzigden Syk en stelden vast dat het cluster niet wordt afgebroken totdat het molecuul is gebonden aan het binnenste deel van de antigeenreceptor.

De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het nieuwe open-access tijdschrift eLife . De studie omvatte ook een onderzoek naar de organisatie op nanoschaal van andere receptoren op B-cellen, inclusief het CD19- of CD20-molecuul. "We ontdekten dat veel receptoren op het membraan zijn georganiseerd in specifieke gebieden op nanoschaalniveau, " legt Kathrin Kläsener uit, Promovendus en hoofdauteur van de studie. Het onderzoek werd gedeeltelijk gefinancierd door een Advanced Grant voor nanoschaalanalyse van eiwiteilanden op lymfocyten van de European Research Council (ERC), die Reth in 2012 ontving.