B-Zellentwicklung. Grundlagen der Immunologie 5. Semester - Dienstags Uhr Ruhr-Universität Bochum, HMA 20 HEV.

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1 Grundlagen der Immunologie 5. Semester - Dienstags Uhr Ruhr-Universität Bochum, HMA 20 B-Zellentwicklung Albrecht Bufe T und B Zellen zirkulieren unablässig durch sekundäre lymphatische Organe HEV Blutversorgung 1

2 T und B Zellen zirkulieren unablässig durch sekundäre lymphatische Organe B Zelle Blutversorgung T und B Zellen zirkulieren unablässig durch sekundäre lymphatische Organe T Zelle 2

3 Antigen Immunisierung Haut / Schleimhaut Dendritische Zelle (APZ) T Zellen finden Antigen auf Dendritschen Zellen Immunologische Synapse Aktiviert T Zelle 3

4 Aktivierte B Zellen und T Zellen ziehen sich gegenseitig an Aktivierte B Zellen und T Zellen ziehen sich gegenseitig an 4

5 Aktivierte B Zellen und T Zellen ziehen sich gegenseitig an Immunologische Synapse Aktiviert B Zelle! Aktivierte B Zellen und T Zellen ziehen sich gegenseitig an 5

6 T Zellen verlassen den Lympknoten als Effektorzellen T Zellen verlassen den Lympknoten als Effektorzellen 6

7 Aktivierte B Zellen proliferieren und differenzieren in Plasma Zellen Aktivierte B Zellen proliferieren und differenzieren in Plasma Zellen 7

8 Aktivierte B Zellen proliferieren und differenzieren in Plasma Zellen Aktivierte B Zellen proliferieren und differenzieren in Plasma Zellen 8

9 Aktivierte B Zellen proliferieren und differenzieren in Plasma Zellen B-Zellentwicklung Haut / Schleimhaut Lymphknoten B-Zelle Knochenmark IgM 9

10 Knochenmark B-Zellentwicklung Antigen-unabhängig Stammzelle Frühe Pro-B-Zelle Späte Pro-B-Zelle Große Prä-B-Zelle Kleine Prä-B-Zelle Prä-B-Rezeptor Knochenmark Blutbahn, Lymphknoten, Gewebe Antigen-abhängig Unreife B-Zelle Reife naive B-Zelle Lymphoblast B-Gedächniszelle Plasmazelle IgM IgG IgM IgM IgD IgG Stammzelle Cell adhesion molecules CAMs VLA-4 VCAM-1 Integrine Stromazelle (Knochenmark, Leber) 10

11 Frühe Pro-B-Zelle Kit SCF Stem Cell Factor Stromazelle (Knochenmark, Leber) Späte Pro-B-Zelle IL-7 Stromazelle (Knochenmark, Leber) 11

12 Prä-B-Zelle IL-7 CAMs Stromazelle (Knochenmark, Leber) Unreife-B-Zelle Blut IgM Stromazelle (Knochenmark) Autoantigene 12

13 Klonale Selektion Unreife B-Zellen Autoantigene Beseitigung (Apoptose) unreifer B-Zellen, die mit SELBST-Antigenen reagieren, durch klonale Selektion Membran IgM Reife naive B-Zellen Fremdantigen Fremdantigen Keimbahn L V J C L V J C V-J-Verknüpfung L V J C Primäre RNA AAA L V J C mrna AAA Keimbahn V L C L L = leader V = variable J = joining C = constant 13

14 Keimbahn L V D J C L V D J C D-J-Verknüpfung VDJ-Verknüpfung L V DJ C L V DJ C Primäre RNA AAA L V D J C mrna AAA Keimbahn D = diversity Leichte l-kette Genomische Organisation der Antikörpergene L l 1 V l 1 L l V l -29 J l 1 C l 1 J l C l - 4 Leichte k-kette L k 1 V k 1 L k V k -40 J k 1-5 C k Schwere Kette L H 1 V H 1 L H V H -51 D H 1-27 J H 1-6 C µ 14

15 Spezifische Erkennungssequenzen als Rekombinantionssignale L V J C ACAAAAACC GGTTTTTTGT TGTTTTTTGG CCAAAAACA Rekombination Gleich Orientierung Unterschiedlich Heptamere ERKENNUNGS- SEQUENZEN Nonamere 15

16 Heptamer Nonamer Spaltung des Einzelstranges durch RAG-1,RAG-2 Komplex (Rekombination aktivierende Gene) Nonamer Heptamer Spaltung des komplementären Stranges Haarnadel bildung Haarnadel bildung Bildung der Signalverknüpfungssequenz P-Nucleotide durch Endonukleasespaltung der Haarnadeln Anfügen der N-Nukleotide durch terminale DNA-Transferase Paarung der Stränge Exonuklease, DNA-Synthese und Ligation (Verknüpfungssequenz) 16

17 Regulation in der frühen B-Zellentwicklung Die Expression der Enzyme, die an der Rekombination der IG-Gene beteiligt sind, ist entwicklungsabhängig programmiert Die Rekombination der IG-Gene ist eng mit deren Transkription koordiniert Die Rekombination der IG-Gene verändert die Aktivität ihrer Promotoren Entstehung der Antikörpervielfalt 1) Kombinatorische Vielfalt: Die einzelnen Gensegmente für die Domänen liegen in mehreren Kopien vor, die alle miteinander kombiniert werden können. Schwere Kette: 51 V H -Segmente 27 D H -Segmente 51 x 27 x 6 = J H -Segmente Leichte Kette k: 40 V L -Segmente 5 x 40 = J L -Segmente Leichte Kette l: 29 V L -Segmente 4 x 29 = J L -Segmente 316 leichte Ketten x 8262 schwere Ketten = 2,5 x ) Junktionale Vielfalt: Beim Aneinanderfügen der verschiedenen Segmente werden weitere Nukleotide eingefügt. 2/3 dieser eingefügten Nukleotide machen das Antikörpermolekül funktionslos (Leserasterverschiebung). 3) Somatische Hypermutation: Während der Reifung der B-Zellen in den sekundären lymphatischen Organen werden bereits funktionsfähige Antikörper verändert. In den hypervariablen Schleifen treten Mutationen auf. Antikörper, die besser an ihr Antigen binden, werden selektiert (Affinitätsreifung) 17

18 Immunglobulinvielfalt Element Immunglobuline -Rezeptoren H k l V-Segmente ~ 70 D-Segmente ~ D-Segmente, in drei Rastern gelesen selten - oft - J-Segmente Verknüftungen mit N- und P- Nukleotiden 2 (1) 2 1 Anzahl der V-Genpaare Verknüpfungsvielfalt ~ ~ Gesamtvielfalt ~ ~ B-Zellentwicklung abhängig von der Genrekombination Stammzelle Frühe Pro-B-Zelle Späte Pro-B-Zelle Große Prä-B-Zelle Kleine Prä-B-Zelle Prä-B-Rezeptor Keimbahn D-J Umordnung VDJ-Umordnung Leichte Kette - VJ Umordnung Auf beiden Chromosomen - + Auf dem 1. Chromosom Auf dem 2. Chromosom - + Rec. K-Gen 1. Chromosom Rec. K-Gen 2. Chromosom + Unreife-B-Zelle Rec. l-gen 1. Chromosom Rec. l-gen 2. Chromosom - + IgM 18

19 B-Zellentwicklung abhängig von der Genrekombination Stammzelle Frühe Pro-B-Zelle Späte Pro-B-Zelle Große Prä-B-Zelle Kleine Prä-B-Zelle Prä-B-Rezeptor Keimbahn D-J Umordnung VDJ-Umordnung Leichte Kette - VJ Umordnung Auf beiden Chromosomen - + Auf dem 1. Chromosom Auf dem 2. Chromosom - + Rec. K-Gen 1. Chromosom Rec. K-Gen 2. Chromosom + Unreife-B-Zelle Das Erscheinen der Immunglobulinrezeptoren auf der Zelloberfläche entscheidet über Weiterentwicklung der B-Zelle Rec. l-gen 1. Chromosom Rec. l-gen 2. Chromosom - + IgM B-Zellentwicklung Haut / Schleimhaut Lymphknoten Reife naive B-Zelle Knochenmark IgM 19

20 Aktivierte B Zellen und T Zellen ziehen sich gegenseitig an Aktivierte B Zellen und T Zellen ziehen sich gegenseitig an Immunologische Synapse Aktiviert B Zelle! 20

21 B Zellen benötigen VIER SIGNALE um aktiviert zu werden CD40 IL-4 CD40L Aktivierte T Zelle Aktivierte B Zellen entwickeln sich zu Plasmazellen und Gedächtniszellen Immunologische Synapse Aktiviert B Zelle! B-Gedächniszelle Lymphoblast IgG IgM Plasmazelle IgG 21