Ernährungsimmunologie

Ernährung und chronische Krankheiten

Leitung: Prof. Dr. rer. nat. Mario Zaiss

Stoffwechselprodukte unserer Nahrung haben zusätzlich zu ihrer Funktion als Energieträger auch eine Rolle als direkte Modulatoren für Immunfunktionen. Immunantworten erfordern Veränderungen in unserem Metabolismus, umgekehrt diktieren Immunantworten auch Veränderungen in unserem Metabolismus. Das Ziel unserer Forschungsgruppe ist es, das Zusammenspiel von Immunologie, Metabolismus und Ernährung zu untersuchen, um zur Prävention und Auflösung von Entzündungen in Autoimmunerkrankungen beizutragen.

https://www.scientia.global/dr-mario-zaiss-dietary-fibre-and-the-prevention-of-rheumatoid-arthritis/

  • Intestinale posttranslational modifizierte Proteine und ihr Potenzial, Rheumatoide Arthritis (RA) zu induzieren

Wir untersuchen, wie modifizierte Darmproteine am frühen Auftreten von modifizierten Proteinantikörpern (AMPA) beteiligt sind, die für synoviale Entzündungen bei der Arthritis verantwortlich sind. Modifizierte Proteine können als neue Antigene wirken und die Grundlage für eine frühe Autoantikörperproduktion bilden, die später mit lokalen Gewebeantigenen in den Gelenken kreuzreagiert und so den Krankheitsbeginn und die Schwere der Erkrankung fördert. Daher wollen wir die Rolle der AMPA für synoviale Entzündungen bei RA klären. Es wird erwartet, dass unsere Erkenntnisse direkt auf neuartige Behandlungsstrategien bei neu auftretender RA angewendet werden können.

  • Einfluss der Dysbiose auf die Darmbarriere

Eine Dysbiose des Darm-Mikrobioms und ein Defekt der Darmbarriere stellen einen Risikofaktor dar, der zur Entstehung von Autoimmunkrankheiten wie der RA führen kann. Mäuse mit Kollagen-induzierter Arthritis zeigen bereits vor Beginn der Krankheitssymptome eine Veränderung des Darm-Mikrobioms und eine erhöhte Durchlässigkeit der Darmbarriere. Daher gehen wir davon aus, dass durch die Veränderung der Zusammensetzung der Darmbakterien und der dadurch entstehenden Stoffwechselprodukte Veränderungen der Darmbarriere hervorgerufen werden. Dieses Projekt befasst sich mit der Fragestellung, welche frühen Veränderungen im Darm an der Entstehung von Arthritis beteiligt sind.

  • Alkohol moduliert Immunantworten

Seit langem ist bekannt, dass ein moderater bis hoher Alkoholkonsum die Schwere von Autoimmunerkrankungen reduziert, aber gleichzeitig die Wirksamkeit der Impfung verringert. Leider sind spezifische zelluläre oder molekulare Mechanismen, durch die Alkohol das Immunsystem moduliert, kaum bekannt. Kürzlich konnten wir zelluläre Mechanismen aufdecken, durch die Azetat, der Metabolit des Alkohols, die Reaktionen von T-Helferzellen reduziert. Derzeit untersuchen wir molekulare Mechanismen in T-Zellen, die direkt für eine verminderte T-Zell-Funktion als Folge einer erhöhten Alkoholexposition verantwortlich sind.

  • Einfluss kurzkettiger Fettsäuren auf Autoimmunität

Kurzkettige Fettsäuren (SCFA) sind Metabolite unserer Darmbakterien, die bei der Umsetzung von Ballaststoffen entstehen. Präventive Behandlung mit SCFA wirkt protektiv auf die Entstehung von entzündlichen Erkrankungen, wie RA, jedoch ist der Einfluss von SCFA auf bereits etablierte Entzündungsprozesse bisher weitgehend unbekannt. Wir untersuchen den Einfluss des SCFA Propionats auf die Resolution von RA. Hierbei analysieren wir den Effekt von Propionat-Supplementierung auf die Darmflora und deren ausgeschüttete Metabolite und wie diese laufende Entzündungsvorgänge abmildern können. Unser Ziel ist es, ein besseres Verständnis für den Zusammenhang von Darmflora und Entzündung zu erlangen sowie neue, ernährungsbezogene Therapiemöglichkeiten für entzündliche Erkrankungen wie rheumatoide Arthritis zu etablieren.

  • BTN in der T-Zell-Aktivierung

T-Zellen bilden zusammen mit den B-Lymphozyten den adaptiven Arm der Immunabwehr. Viele Autoimmunerkrankungen, wie Rheumatoide Arthritis, Multiple Sklerose oder Systemischer Lupus Erythrematosus, zeichnen sich durch ungewollte T-Zell-Antworten gegen körpereigene Merkmale aus. Im gesunden Menschen wird die Aktivierung solcher T-Zellen durch verschiedenste Toleranzmechanismen unterbunden. Wir untersuchen den Einfluss von Butyrophilinen (BTNs), einer Gruppe von co-stimulatorischen Molekülen, auf die T-Zell-Aktivierung, sowohl während der Reifung im Thymus, also auch auf periphere T-Zellen. Mittels genetischen „knockout“ Modellen wollen wir charakterisieren, wie BTNs dazu beitragen, diesen Toleranzbruch zu verhindern, und testen mögliche therapeutische Ansätze mit ko-inhibitorischen BTNs.

  • Zusammenhang von Darmentzündung und Knochenschwund – Welche Rolle spielt das Hormon Erythropoetin?

Starker Knochenschwund in Patienten mit Rheumatoider Arthritis ist oft begleitet von intestinalen Entzündungen. Dem gegenüber haben Patienten mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen ein erhöhtes Risiko an Osteoporose und Osteopenie zu erkranken. Unter dem Hintergrund untersuchen wir, welcher Zusammenhang zwischen intestinaler Entzündung und dem Entstehungsprozess der Arthritis besteht. Dabei wollen wir auch speziell die Effekte von Erythropoetin (EPO) untersuchen, ein Hormon,welches hauptsächlich in der Niere ausgeschüttet wird und die Produktion von roten Blutkörperchen anregt. Darüber hinaus zeigt EPO auch Effekte auf andere Zellen, mitunter auf das Darm-Endothel - also Blutgefäß-auskleidende Zellen – und Osteoklasten (knochenabbauende) und Osteoblasten (knochenaufbauende Vorläuferzellen). Damit könnte EPO ein zentraler Verbindungspunkt zwischen Knochenschwund und Darmentzündung sein. 

  • Rolle der Lymphknoten-Gerüstzellen bei der Regulation der Immunantwort

Früher in erster Linie als Gerüstzellen angesehen, um das Zusammentreffen von B-, T- und dendritischen Zellen (DC) zu erleichtern, haben Lymphknoten-Stromazellen (LNSC) in letzter Zeit aufgrund ihrer nachgewiesenen Fähigkeit, Immunzellfunktionen aktiv zu regulieren, mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Hier sind wir daran interessiert, die Rolle einer bestimmten LNSC-Untergruppe, der fibroblastischen retikulären Zellen (FRC), speziell in den poplitealen Lymphknoten (pLN) während der Initiierung von RA zu untersuchen.

 

Mario ZaissArbeitsgruppenleiter
Vugar AzizovPostdoktorand
Carolin BrandlPostdoktorandin
Yuichi MaedaPostdoktorand
Ippei MiyagawaPostdoktorand
Kerstin SarterPostdoktorandin
Harriet MorfAssistenzärztin
Heike DanzerBiologisch-technische Assistentin
Margarete SchimpfMedizinisch-technische Assistentin
Kerstin Dürholznaturwissenschaftliche Doktorandin
Michael Frechnaturwissenschaftlicher Doktorand
Fabian Schälternaturwissenschaftlicher Doktorand
Eva Schmidnaturwissenschaftliche Doktorandin
Julian Hägermedizinischer Doktorand
Anna Hendelmedizinische Doktorandin
Pascal Trägermedizinischer Doktorand

 

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
FOR 2886 - PANDORA "Mechanismen der intestinalen Immunaktivierung bei RA – Konsequenzen für das Auftreten erster klinischer Symptome" (2022-2025)

SFB 1181 "Microbiota-derived metabolite induced mechanisms during resolution of inflammation." (2019-2023)

Einzelantrag "Einfluss der kurzkettigen Fettsäure Propionat als Stoffwechselprodukt des humanen Darm-Mikrobioms im Kontext arthritischer Erkrankungen" (seit 2020)

GRK 2740 "Immunmikrotop: Mikroumgebungsbedingte, metabolische und mikrobielle Signale zur Regulation der Immunzell-Pathogen-Interaktion" (2022-2027)

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Interdisziplinäre Forschungsverbünde muskuloskelettale Erkrankungen
"MASCARA - Molekulare Charakterisierung der Remission von Arthritis" (2020-2022)

Else Kröner-Fresenius-Stiftung (EKFS)
"The impact of intestinal metabolites on bone homeostasis." (2016)

IZKF, Universitätsklinikum Erlangen
A92 - "FRCs und Immuntoleranz Induktion" (2020-2023)

ELAN-Programm, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
P061 - "Modifizierte Proteine im Darm brechen die Toleranz und induzieren eine autoimmune Arthritis" (2020-2021) - Prof. Dr. Mario Zaiss

 

  1. Martinsson K, Dürholz K, Schett G, Zaiss MM, Kastbom A. (2022) Higher serum levels of short-chain fatty acids are associated with non-progression to arthritis in individuals at increased risk of RA. Ann Rheum Dis. 81(3):445-447.
  2. Frech M, Schuster G, Andes FT, Schett G, Zaiss MM, Sarter K. (2021) RANKL-Induced Btn2a2 - A T Cell Immunomodulatory Molecule - During Osteoclast Differentiation Fine-Tunes Bone Resorption. Front Endocrinol (Lausanne). 12:685060.
  3. Zaiss MM, Joyce Wu HJ, Mauro D, Schett G, Ciccia F. (2021) The gut-joint axis in rheumatoid arthritis. Nat Rev Rheumatol. 17(4):224-237.
  4. Omata Y, Frech M, Lucas S, Primbs T, Knipfer L, Wirtz S, Kadono Y, Saito T, Tanaka S, Sarter K, Schett G, Zaiss MM. (2020) Type 2 innate lymphoid cells inhibit the differentiation of osteoclasts and protect from ovariectomy-induced bone loss. Bone. 136:115335.
  5. Tajik N, Frech M, Schulz O, Schälter F, Lucas S, Azizov V, Dürholz K, Steffen F, Omata Y, Rings A, Bertog M, Rizzo A, Iljazovic A, Basic M, Kleyer A, Culemann S, Krönke G, Luo Y, Überla K, Gaipl US, Frey B, Strowig T, Sarter K, Bischoff SC, Wirtz S, Cañete JD, Ciccia F, Schett G, Zaiss MM. (2020) Targeting zonulin and intestinal epithelial barrier function to prevent onset of arthritis.Nat Commun. 11(1):1995.
  6. Azizov V, Dietel K, Steffen F, Dürholz K, Meidenbauer J, Lucas S, Frech M, Omata Y, Tajik N, Knipfer L, Kolenbrander A, Seubert S, Lapuente D, Sokolova MV, Hofmann J, Tenbusch M, Ramming A, Steffen U, Nimmerjahn F, Linker R, Wirtz S, Herrmann M, Temchura V, Sarter K, Schett G, Zaiss MM. (2020) Ethanol consumption inhibits TFH cell responses and the development of autoimmune arthritis. Nat Commun. 11(1):1998.
  7. Häger J, Bang H, Hagen M, Frech M, Träger P, Sokolova MV, Steffen U, Tascilar K, Sarter K, Schett G, Rech J, Zaiss MM. (2019) The Role of Dietary Fiber in Rheumatoid Arthritis Patients: A Feasibility Study. Nutrients. 11(10):2392.
  8. Omata Y, Frech M, Primbs T, Lucas S, Andreev D, Scholtysek C, Sarter K, Kindermann M, Yeremenko N, Baeten DL, Andreas N, Kamradt T, Bozec A, Ramming A, Krönke G, Wirtz S, Schett G, Zaiss MM. (2018) Group 2 Innate Lymphoid Cells Attenuate Inflammatory Arthritis and Protect from Bone Destruction in Mice. Cell Rep. 24(1):169-180.
  9. Lucas S, Omata Y, Hofmann J, Böttcher M, Iljazovic A, Sarter K, Albrecht O, Schulz O, Krishnacoumar B, Krönke G, Herrmann M, Mougiakakos D, Strowig T, Schett G, Zaiss MM. (2018) Short-chain fatty acids regulate systemic bone mass and protect from pathological bone loss. Nat Commun. 9(1):55.
  10. Zaiss MM, Rapin A, Lebon L, Dubey LK, Mosconi I, Sarter K, Piersigilli A, Menin L, Walker AW, Rougemont J, Paerewijck O, Geldhof P, McCoy KD, Macpherson AJ, Croese J, Giacomin PR, Loukas A, Junt T, Marsland BJ, Harris NL. (2015) The Intestinal Microbiota Contributes to the Ability of Helminths to Modulate Allergic Inflammation. Immunity. 43(5):998-1010.

 

PubMed Publikationsliste von Prof. Dr. Mario Zaiss

 

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