Antigenrezeptoren. Prof. Dr. Albert Duschl

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1 Antigenrezeptoren Prof. Dr. Albert Duschl

2 TCR, BCR Antigenrezeptoren oder Immunrezeptoren sind die kognaten Antigenerkennungsrezeptoren auf T-Zellen (T-Zell-Rezeptor, TCR) und auf B-Zellen (B-Zell-Rezeptor, BCR). Sie haben keine fest definierten Liganden, sondern erkennen geeignete Antigene (BCR) bzw. Antigene im Kontext eines MHC- Komplexes (TCR). Janeway/Travers/Walport/Shlomchik: Immunobiology

3 TCR-Liganden Die Liganden für TCR von T H sind MHC II - Peptid-Komplexe, für TCR auf CTL sind es MHC I - Peptid- Komplexe. Ligand ist also jeweils ein dimerer Proteinkomplex mit gebundenem Peptid. all figures Abbas/Lichtman/Pober: Cellular and Molecular Immunology

4 TCR-Komplex Der TCR ist nicht nur selber ein Proteinkomplex ( ) sondern benötigt auch noch weitere Hilfsmoleküle um zu funktionieren. TCR ( - aber verwirrenderweise auf anderen Zellen ): MHC/Antigenbindung, Signalauslösung CD3 ( oder ): Signalübertragung -Dimer: Signalübertragung CD4: MHC II-Bindung CD8: MHC I-Bindung CD28: Cosignal, erforderlich für T-Zell- Aktivierung. TCR-Aktivierung ohne Cosignal ergibt Anergie: Crosstalk ist hier also für die Funktion essentiell. Paul: Fundamental Immunology

5 Rezeptormotive TCR und CD3 enthalten extrazellulär Ig-artige Domänen, sind also Mitglieder der Immunglobulin-Superfamilie. CD3 und der -Dimer enthalten intrazellulär konservierte tyrosinhaltige Motive (ITAM) die für die Signalübertragung wichtig sind. Diese Motive tauchen auch bei anderen Rezeptorproteinen im Immunsystem auf. ITAM (Immunreceptor Tyrosinebased Activation Motifs) haben die Konsensussequenz YXXLX (6-8) YXXL. Abbas/Lichtman/Pober: Cellular and Molecular Immunology

6 Signalinitiation Ligandenbindung führt zu einem Clustering von TCR und Corezeptoren. Die CD4/CD8-assoziierte Kinase Lck phosphoryliert die ITAMs. Lck gehört zur Src-Typ Familie. Die Tyrosinkinase ZAP-70 bindet an die phosphorylierten ITAMs in den -Ketten. ZAP-70 phosphoryliert und aktiviert weiter downstream liegende Targets wie Grb2 und Sos. Dadurch wird Signalübertragung im ras/raf- Pathway eingeleitet. ZAP-70 phosphoryliert auch PLC- 1, was weitere Signalereignisse bewirkt. Abbas/Lichtman/Pober: Cellular and Molecular Immunology

7 ZAP-70/Syk ZAP-70 ist eine cytoplasmatische Tyrosinkinase aus der ZAP-70/Syk Familie, die nur zwei Mitglieder umfasst, eben ZAP-70 und Syk. Diese Kinasen haben zwei SH2 Domänen und binden damit an ITAM Motive. ZAP-70 steht für 70-kD -associated protein. Syk hat in der BCR Signalübertragung eine ähnliche Rolle wie ZAP-70 bei TCR. Cell Signaling Technology

8 Phospholipase C Phospolipasen spalten Phospholipide (genauer: Glycerinphosphatide). Das gespaltene Lipid ist hier Phosphatidylinositol-4,5- bisphosphat (PIP 2 ), ein normales Membranlipid. Phospholipase C (PLC) spaltet die Kopfgruppe an der Phosphodiesterbindung vom Glycerin ab. Es gibt verschiedene Isoformen dieses Enzyms. Als Produkt entstehen zwei Verbindungen: Diacylglycerol (DAG) und Inositol-1,4,5- Triphosphat (IP 3 ). Nelson/Cox: Lehninger Principles of Biochemistry

9 Diacylglycerol DAG ist ein Glycerin mit zwei veresterten Fettsäuren, also eine extrem hydrophobe Substanz. DAG wirkt als signal transducer, indem es eine cytoplasmatische Serin/Threonin-Kinase bindet, die Proteinkinase C (PKC, C-Kinase). Wenn PKC membranlokalisiert wird, kann sie das Membranlipid Phosphatidylserin binden. PKC wird dadurch aktiviert. Ca ++ fördert die Membranlokalisierung. Phorbolester können PKC wie DAG aktivieren, werden aber nicht wie dieses schnell metabolisiert. Dieser Effekt macht sie zu Tumorpromotoren. Albert et al.; Molecular Biology of the Cell

10 Inositoltriphosphat IP 3 ist ein Zucker mit drei Phosphatresten, also eine extrem hydrophile Substanz. IP 3 bindet an Ca ++ -Kanäle in der Membran des endoplasmatischen Retikulums, was diese öffnet, so dass Ca ++ ausströmt. Durch Plasmamembrankanäle strömt weiteres Ca ++ ein. Die cytoplasmische Ca ++ Konzentration steigt schnell von 100 nm auf 1 µm (bis Ca ++ - Pumpen das Ca ++ unter Energieaufwand wieder zurückbefördern). Der Effekt von IP 3 wird durch Calcium-Ionophore imitiert. Abbas/Lichtman/Pober: Cellular and Molecular Immunology

11 Calmodulin Ca ++ kann alleine schon ein second messenger sein, aber oft wirkt es im Komplex mit Calmodulin. Calmodulin hat 4 Ca ++ -Bindungsstellen. Wenn Ca ++ gebunden ist, kann Calmodulin mit zahlreichen Partnermolekülen wechselwirken, die dadurch aktiviert werden. Calmodulin macht dabei oft eine starke Konformationsänderung durch. In den TCR-Signalübertragung ist das wichtigste Target Calcineurin, eine Serin/Threonin-Phosphatase. Nelson/Cox: Lehninger Principles of Biochemistry

12 Calcineurin Calcineurin dephosphoryliert den Transkriptionsfaktor NFAT (NF-AT, Nuclear Factor of Activated T-cells). Dephosphoryliertes NF-AT wandert in den Kern und bindet an Promotorsequenzen. Das Immunsuppressivum Cyclosporin A bindet an das Protein Cyclophilin, und dieser Komplex bindet dann an Calcineurin. Dadurch wird NF-AT Aktivierung und Kerntransport verhindert. Wichtigster Effekt davon ist die Hemmung der IL-2 Expression. Abbas/Lichtman/Pober: Cellular and Molecular Immunology

13 Generelle Immunsuppression Cyclosporin A (oder Ciclosporin A) oder noch genauer R-[R*,R*-(E)]}-L-Cyclic(L-alanyl- D-alanyl-N-methyl-L-leucyl-N- methyl-leucyl-n-methyl-l-valyl-3- hydroxy-n,4-dimethyl-l-2-amino- 6-octenoyl-L-a-aminobutyryl-N- methylglycyl-n-methyl-l-leucyl- L-valyl-N-methyl-L-leucyl) Novartis AG ist immer noch das wichtigste Immunsuppressivum. Andere Medikamente dafür sind FK506 und Rapamycin. Sie alle unterdrücken IL-2 Produktion.

14 TCR vs. BCR both figures Tybulewicz and Henderson, Nature Rev. Immunol. 9:630 (2009) TCR und BCR Signaltransduktion sind nicht nur für Aktivierung sondern auch für Überleben von Zellen zuständig: Das dreifach phosphorylierte Membranlipid Phosphatidylinositol-(3,4,5)-triphosphat, PIP3, aktiviert die S/T-Kinase Akt (= Proteinkinase B, PKB), die den Transkriptionsfaktor FOXO (forkhead box O) hemmt.

15 IL-2 Genregulation Sehen Sie dass bis zu 4 Signalwege erforderlich sind, um IL-2 Expression zu erhalten? PKC aktiviert auf einem nicht völlig verstandenen Weg NF- B. Ca ++ /Calcineurin aktiviert NFAT. Der ras/raf Weg führt zur Expression von fos, einem der Partner des jun/fos Komplexes AP-1. Ein Weg über das ras-homolog rac führt zur Aktivierung von JNK und damit zur Aktivierung von jun, dem zweiten Partner für AP-1. All diese Transkriptionsfaktoren sind für die IL-2 Genexpression erforderlich. Abbas/Lichtman/Pober: Cellular and Molecular Immunology

16 Redundante Signalübertragung Bei vielen Signalvorgängen werden gleichzeitig mehrere Stimuli benötigt. Es handelt sich dabei um eine Sicherheitsmaßnahme: Die Nachricht muss mehrfach übermittelt werden um sicherzustellen daß kein informationelles "Rauschen" vorliegt. Aus diesem Grund war das "papierlose Büro" schon eine der dümmeren Zukunftserwartungen.

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