28. april 2010

Carsten Geisler

Hvordan "ser" immunsystemets specialtropper?

Institut for International Sundhed, Immunologi og Mikrobiologi ledes af professor i molekylær immunologi Carsten Geisler. Navnet rejste for nylig kloden rundt med historien om D-vitamin som helt afgørende for immunsystemets specialiserede dræbere, T-cellerne. Opdagelsen blev gjort ved et tilfælde, og fandt sted efter mange års fri grundforskning, som stadig fortsætter i Carsten Geislers gruppe og som vedbliver med at rejse nye, videnskabelige spørgsmål.

Af Malene Steen Nielsen Flagga 

Allerede som helt ung stødte Carsten Geisler på lægegerningen: "Min bedste vens far var læge i Helsingør, og det så ud til at være et både spændende og behageligt liv, hjemme og i på klinikken, hvor jeg og min ven besøgte hans far for bl.a. at rense akvariet i venteværelset. Der var ikke så meget at tænke over, og vi startede sammen på medicinstudiet."

Carsten Geisler og kammeraten dannede hurtigt en læsegruppe med tre andre, og de fem holdt sammen i årevis. "Vi syntes alle, at studiet var ret spændende og så havde vi det sjovt sammen. Så vi kørte igennem, og på anden del tog vi fri et halvt år, for at prøve kræfter med forskningen. Et valg, som ingen af os slap igen."

 Et særligt antistof åbner interessen for T-celle-receptoren

Professor og institutleder
Carsten Geisler

De første fem år efter kandidateksamen arbejdede han som hospitalslæge på medicinske afdelinger, et både spændende og engagerende job. "Gymnasiet havde ikke været så udfordrende, for vi fik jo bare at vide, hvad vi skulle lave," husker Carsten Geisler. "Men på universitet og i sær på klinikken mødte jeg sager eller patienter med symptomer, der var som en black-box, jeg kunne dykke dybere og dybere ned i for at stille diagnosen. Og mens jeg arbejdede på Rigshospitalets hæmatologiske afdeling begyndte jeg at forske igen."

Én af de ældre læger, Torben Plesner, kørte et laboratorium, der bl.a. så på blodkræft og var i stand til at lave såkaldt monoklonale (særligt laboratoriefremstillede) antistoffer. Kunne forskerne skabe nogle, der kun reagerede med blodkræftceller, var der et nyt værktøj til diagnostik og behandling og Carsten Geisler gik ind i projektet. "Jeg gik i første omgang ind i forskningen igen, fordi jeg gerne ville blive på hospitalet," fortæller han. "Og den gang, i 1987, var der ikke lægemangel, så man skulle forske for at blive de gode steder. Jeg ville gerne blive i Københavnsområdet og det krævede, at jeg skrev en doktordisputats."

Carsten Geisler begyndte at studere monoklonale antistoffer, og mens han syntes der var spændende, var det ikke så udfordrende. Indtil året efter.
"Vi havde immuniseret mus med kræftceller fra en patient med syge B-celler (hårcelleleukæmi), og det skabte en masse antistoffer i musen, som jeg så skulle beskrive," fortsætter Carsten Geisler. "Et af de første jeg undersøgte, var slet ikke rettet mod den fremmede kræft-B-celle, men derimod mod fremmede T-celler. Helt specifikt rettede antistoffet sig mod noget, der hed T-celle-receptoren-for-antigen (TCR). Den havde jeg ikke hørt om før. TCR'en var lige blevet opdaget i slutningen af 1980'erne beskrevet som T-cellens "øje", det molekyle, som gør det muligt for T-cellen at opfatte fremmedlegemer. Naive T-celler suser normalt rundt i blodet, og ankommer fra tid til anden til de såkaldte sekundære lymfoide organer, fx lymfeknuder og milt. Hvis deres TCR her opsporer noget "fremmed", så går en biokemisk proces i gang som skal vække og træne T-cellen, så den kan komme til fronten."

Hvordan er TCR'ens organiske "kode"?
"Nu blev det jo rigtigt spændende, da TCR'en stort set var ukendt herhjemme dengang," fortæller Carsten Geisler. "I min doktordisputats karakteriserede jeg dele af TCR'en, hvordan den sad sammen og hvilke aminosyrer, der opbyggede den. Derefter kastede jeg min forskningsinteresse på mennesker, hvor fejl i deres T-celler gav dem immundefekter, og fandt nogle, hvor fejlen var i TCR'en. Det gik rigtigt fint."
På det tidspunkt havde Carsten Geisler modtaget et kandidatstipendium fra Statens Sundhedsvidenskabelige Forskningsråd (nu FSS) og et par år senere fik han et ph.d.-stipendie fra Forskerakademiet. "Allerede i 1990 blev jeg tilbudt en stilling som seniorforsker ved Kræftens Bekæmpelse," fortsætter Carsten Geisler. "Den tog jeg imod, for jeg kunne fortsætte med at forske i TCR'en og lønnen var god. Og det kørte bare strålende."

Hans mål var fortsat at finde ud af, hvordan TCR'en virkede: Hvordan "så" T-cellen, hvordan var den opbygget, hvilke komponenter indgik, og hvad skete der molekylært, når T-cellen reagerede på noget "fremmed"? Hvordan blev et signal sendt ind i cellen, så den blev aktiveret. "Vi kan tit lære noget om det 'normale' ved at undersøge det 'unormale' så jeg lavede forskellige T-celle-mutanter, som alle havde problemer med TCR," fortæller han.

Efter et par år forlod Carsten Geisler stillingen ved Kræftens Bekæmpelse. "Den var tidsbegrænset til fem år og jeg havde en stor familie at tage vare på, så jeg tog et lektorat, en fast stilling, her på SUND i 1992 og her har jeg været lige siden," siger han med et smil. "I 2002 blev jeg så valgt til institutleder, og i 2005 modtog jeg mit nuværende professorat." Og i al den tid er TCR'en blev udsat for stadig mere grundige og minutiøse analyser, forsøg og eksperimenter.

Hvorfor regulerer T-cellen antallet af receptorer?
"Ved at studere de mutationer i TCR'en, som jeg lavede i begyndelsen af '90erne, fandt jeg ud af, hvordan T-cellen regulerer, hvor mange 'øjne' eller TCR'er den har ude på sin overfladen," fortæller Carsten Geisler. "Jeg har præcist karakteriseret, hvad det er for nogle aminosyrer og molekyler der styrer antallet af TCR på T-cellens overflade. Det antal kan T-cellen så nedregulere, helt ned til 20 % af, hvad den normalt har - så den "ser" dårligere. Så var næste spørgsmål naturligvis 'hvorfor?'."
Svaret var: Når T-cellen "ser" noget fremmed. Og så gjorde forskerne en bemærkelsesværdig opdagelse.

"Vi undersøgte TCR'en hos andre dyr, og aminosyrerne er bevarede," forklarer Carsten Geisler. "Her er altså en biokemisk mekanisme, som er bevaret gennem millioner af års evolution, og derfor må være yderst vigtig for overlevelsen. Men hvad gør denne nedregulering af TCR'erne?"

For at finde svaret lavede Carsten Geisler og kollegerne en mutant-mus, hvis T-celler ikke kunne trække receptorerne ind. "I første omgang så musene helt normale ud. De fik unger, og vi stod der og tænkte "damn, der burde jo ske et eller andet". Og efter års intens forskning har vi da også opdaget en hel del ting. Det er stadig uvist hvorfor, men når T-cellen ikke kan nedregulere antallet af TCR'er, laver den under en infektion kun halvt så mange CD8- eller dræber-T-celler. Og de virker dårligere end hos normale mus."

"Vores mutantmus' T-celler kan godt klare en simpel infektion," fortsætter Carsten Geisler. "Men vi sendte en phd-studerende med mus til Australien, hvor de blev udsat for en skrap infektion med koppevirus. Og her døde de hurtigere end normale mus. Så de dyr, der i evolutionens løb har lavet variationer i TCR'en, som påvirker nedreguleringen, er røget i svinget. Der er virkelig blevet selekteret for denne proces! Den har været afgørende for overlevelsen, og har været det lige siden vi var frøer. "

D-vitamin er afgørende for T-cellernes aktivering
Mens Carsten Geisler og kollegerne studerede TCR'en stødte de på endnu en gåde. "Vi tog naive, raske T-celler fra en blodprøve, og udsatte dem for noget "fremmed", og tog tid. Og så opdagede vi, at det tog flere dage, før T-cellerne blev gode til at nedregulere antallet af TCR'er og fik uddannet sig. Nu skal T-cellerne heller ikke storme ud til fronten med det samme, det innate eller medfødte immunforsvar kan tage sig af langt de fleste infektioner. Det er altså hensigtsmæssigt, at de specialtrænede og særdeles effektive T-celler venter. Men man kendte ikke den præcise mekanisme bag "ventetiden" - og det var her, at vi opdagede D-vitamins vigtige rolle. Vi var i gang med at studere de helt præcise molekylære mekanismer - altså hvilke stoffer og molekyler, der er involveret i at hive TCR'en ind i cellen.

Enzymet PKC står for at trække "øjet" ind, men før dette enzym kan blive aktiveret, skal der være kalcium inde i cellen. Og før det kan ske, skal cellen "tænde" for proteinet PLC-gamma. Vi opdagede, at naive T-celler næsten ikke indeholdt noget PLC-gamma. Så hvordan får cellen gang i det?
Så kom jeg i tanker om, at jeg engang havde læst, at hvis man tilsatte D-vitamin til brystkræftceller, kom der mere PLC-gamma. Måske var det løsningen? Men da vi så kiggede efter, havde de naive T-celler slet ingen vitamin-D-receptorer, altså mekanismer til at opfange og binde D-vitamin. Nu kløede vi os virkelig i håret. Vores celler havde ingen mekanismer til at opsnappe D-vitamin og heller intet PLC-gamma, som jo er helt central i den klassiske T-celle-receptors signalvej.
Hvordan får vi startet T-cellen, når den slet ikke kan få gang i det vigtige PLC-gamma-protein? Vi kiggede på sagerne igen. Og så opdagede vi, at når TCR'en modtager et signal, når den har set noget "fremmed", så aktiverer den stoffet p38, som går ned og tænder for vitamin-D-receptor genet! Så begynder T-cellen at udtrykke D-vitamin-receptorerne, som binder D-vitamin og hjælper T-cellen med at tænde for PLC-gamma-genet. Og endelig bliver T-cellen aktiveret. "Ventetiden", som har vist sig at være ret smart, skyldes altså, at cellen først skal aktivere to gener. Og måske er denne signalvej endda blevet selekteret, da det har vist sig at være godt, at T-cellerne ikke bliver lyn-aktiveret og skyder løs."

"De muterede T-celler, der ikke kan nedregulere TCR, får på en måde et længerevarende eller kraftigere signal, når de ser noget fremmed. Og så går nogle cellulære dødsmekanismer altså i gang for tidligt. Normalt skal T-cellerne drage til fronten, bekæmpe infektionen og så skal de pensioneres - de begår en slags selvmord. I de muterede mus sker pensioneringen tidligere.

Det virker ulogisk," slutter Carsten Geisler. "Egentlig skulle man tro, at et kraftigt signal ville få en T-celle til at mene, at der virkelig måtte være virus "derude". Vi kender ikke de præcise molekylære mekanismer bag dette tilsyneladende paradoks - endnu."