Phagozytose, Pathogen Associated Molecular Pattern (PAMPs), Pathogen Pattern Receptors, Komplement

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1 Grundlagen der Immunologie 5. Semester - Dienstags Uhr Ruhr-Universität Bochum, HMA 20 Phagozytose, Pathogen Associated Molecular Pattern (PAMPs), Pathogen Pattern Receptors, Komplement Albrecht Bufe

2 Antigen Immunisierung Haut / Schleimhaut Dendritische Zelle (APZ) Phagozytose

3 Phagozyten Makrophagen (im Gewebe (einkernig)) (Entwicklung) Monozyten (im Blut) langlebig bei Aktivierung werden Cytokine* und andere Mediatoren freigesetzt, die u.a. neutrophile Granulozyten anlocken Neutrophile Granulozyten = PMN=polymorphkernige neutrophile Leukozyten (nur im Blut, nicht im Gewebe) kurzlebig *wichtig für lokale Entzündungsreaktionen und Vermittlung der induzierten, nichtadaptierten Reaktion

4 Monozyten-/ Makrophagen- Systems Alveolarmakrophagen Milzmakrophagen Blutmonozyten Gehirn Mikroglia- Zellen Leber Kupffer- Stern- Zellen Niere Mesangiale Phagozyten Lymphdrüse residente und umlaufende Makrophagen Vorläufer im Knochenmark Osteoklasten Synoviale A-Zellen Pro Tag 100 g Granulozyten (ca Zellen)

5 Pluripotente hämatopoetische Stammzelle Aktivierter Makrophage KM Blut Gewebe Myeloide Vorläuferzelle Monozyt Makrophage IFN-g (aus T-Zellen: CD4 und CD8; NK-Zellen) Neutrophile Zelle CSF and G-CSF (aus Fibroblasten, Endothel- und Epithelzellen) M-CSF (aus Fibroblasten, Endothel- und Epithelzellen)

6 Phagozytose

7 PAMPs eines bestimmten Bakteriums binden z. B. an den Mannose-Rezeptor. Dies löst eine Phagozytose aus. Mannose-Rezeptor

8 Umhüllung (Engulfment) des Rezeptor- Bakteriumkomplexes

9 Lysosom (enthält Lysozym) Bildung eines Phagosomen

10 Entstehen eines Phagolysosomen Lysosom (enthält Lysozym)

11 Lysozym verdaut Bakterienwand und die übrigen Anteile der Bakterienzelle durch saure Hydrolyse

12 Intrazellulärer Verdau der Pathogene durch: Ansäuerung ph = 3,5-4, bakteriostatisch und bakterizid Toxische O2-Derivate O 2- (Superoxid), H 2 O 2 (Wasserstoffperoxid), 0 2 (Singletsauerstoff), OH - (Hydroxylradikal), OCl - (Hypohalit) Toxische Stickoxide Stickstoffoxid NO Antimikrobielle Peptide Enzyme Kompetitoren Defensine, kationische Proteine Lysozym - löst Zellwand einiger grampositiver Bakterien auf Saure Hydrolasen zerkleinern Bakterien weiter Laktoferrin bindet Fe, Vitamin-B12-bindendes Protein

13 Opsonisierung

14 Antikörper vermittelte Phagozytose

15 Antikörper vermittelte Phagozytose

16 Pathogen Associated Molecular Pattern (PAMPs) Pathogen Pattern Receptors (PPRs) Pathogen Recognition Receptors (PRRs)

17 Zwei Signalmodell Gefahrensignal (z.b. LPS) Antigen APC Naive T-Zelle

18 .. Makromoleküle sind sich wiederholende Muster

19 Die Toll Familie und PAMPs von Gram-negativen Bakterien Proteine Membran Lipide Nicht-modifizierte Nucleinsäuren TLR5 TLR11 TLR2/6/1 TLR4 TLR9 TLR3 TLR7 TLR8 MD-2 Nod1

20 Struktur des Respiratorischen Syncytial Virus (RSV)

21 Die Toll Familie und PAMPs von Viren dsrna ssrna Proteine Membran Lipide Nicht-modifizierte Nucleinsäuren TLR5 TLR11 TLR2/6/1 TLR4 TLR9 TLR3 TLR7 TLR8 MD-2 Nod1

22 PPR (pathogen pattern receptors) auf Makrophagen binden bakterielle und virale (Oberflächen)-Moleküle. (PAMPs = pathogen associated molecular pattern) LPS-Rezeptor (CD14) Mannose-Rezeptor Toll-like-Rezeptoren CD11c/CD18 Glykan-Rezeptor scavenger-rezeptor Sialinsäure-Ligand

23 PAMPs sind: Endotoxin (Lipopolysaccharid = LPS) auf gram-negativen Bakterien Lipoteichonsäure auf gram-positiven Bakterien Peptidoglykan in allen Zellwand tragenden Bakterien Glykopeptan aus Mykobakterien CpG-Nukleotide von bakterieller DNA Doppelsträngige RNA (dsrna) aus Viren

24 LPS LBP CD14 TLR4

25 LPS LBP CD14 TLR4

26 LPS LBP CD14 TLR4

27 LPS LBP CD14 TLR4

28 LPS LBP CD14 TLR4 IL-1 IL-8 TNF-a IL-6 IL-12 Fieber, T-Zell und Makrophagenaktivierung Anlocken von Neutrophilen und T-Zellen Lokale Entzündung, Gefäßerweiterung, Adhäsion von Thrombozyten Akute Phase Proteine, Wachstum B- und T-Zellen Differenzierung T-Zellen; Aktivierung NK-Zellen

29 IRAK-M ist ein negativer Regulator für TLR-signaling und so vermittelt er LPS Toleranz (Kobayashi, K. et al Cell; 110: ) MyD88 IRAK MyD88 unabhängiger Weg über TIRAP und PKR bei TLR4 TIRAP PKR MyD88 TOLLIP MyD88 IRAK IRAK-m IRAK IRAK-m IKKa IKK IKKg NF B I B MEKK1 ECSIT MEKK1 NF B TRAF6 NIK MKK4 JNK1 AP-1 ELK-1 TAK1 TAB2 TAB1 JNK1 AP-1 MEK3 MEK6 p38 ELK-1 I B

30 Komplementsystem

31 Antigen Antigenaufnahme Haut / Schleimhaut Dendritische Zelle (APZ) Komplementkaskade

32 klassischer Weg Lektin Weg alternativer Weg Antigen-Antikörper Komplex Lektin bindet Mannose auf der Pathogenoberfläche Pathogenoberfläche C1, C4, C2 MBL-MASP, C4, C2 C3, B, D C3-Konvertase C4a, C3a, C5a C3b Terminale Komplementfaktoren: C5b, C6, C7, C8, C9 Entzündungsvermittelnde Peptide, Anlocken von Phagozyten Bindet an Komplementrezeptoren auf Phagozyten Opsonierung von Pathogenen Entfernung von Immunkomplexen Membranangreifender Komplex (MAK) Lyse bestimmter Phagozyten und Zellen

33 klassischer Weg Lektin Weg alternativer Weg Antigen-Antikörper Komplex Lektin bindet Mannose auf der Pathogenoberfläche Pathogenoberfläche C1, C4, C2 MBL-MASP, C4, C2 C3, B, D C3-Konvertase C4a, C3a, C5a C3b Terminale Komplementfaktoren: C5b, C6, C7, C8, C9 Entzündungsvermittelnde Peptide, Anlocken von Phagozyten Bindet an Komplementrezeptoren auf Phagozyten Opsonierung von Pathogenen Entfernung von Immunkomplexen Membranangreifender Komplex (MAK) Lyse bestimmter Phagozyten und Zellen

34 Der Klassische Weg des Komplementsystems C1q C1s Pathogenmembran

35 Klassischer Aktivierungsweg C1s spaltet C1s C4a C4b C2 spaltet C4b C2 C2a C3- Konvertase C4 C4b C2b Pathogenmembran

36 Alternativer Aktivierungsweg (C3-Konvertase in der flüssigen Phase) C3 spontan C3 (H 2 O) Faktor B Faktor D spaltet C3 (H 2 O) Faktor B Ba C3 (H 2 O) Bb C3- Konvertase

37 Alternativer Aktivierungsweg (C3-Konvertase an der Membran) C3 (H 2 O) Bb C3- Konvertase spaltet Faktor D C3a C3 C3b Faktor B spaltet C3b Faktor B Ba C3b C3- Konvertase Bb Pathogenmembran

38 Proteine des alternativen Weges der Komplementaktivierung native Komponenten C3 Faktor B (B) Faktor D (D) Faktor P (Properdin) aktive Fragmente C3b Ba Bb D P Funktion bindet an Pathogenoberfläche, bindet B für die Spaltung durch D, C3b,Bb ist eine C3- und C3b 2 Bb eine C5-Konvertase kleines B-Fragment, Funktion unbekannt Bb ist das aktive Enzym der C3-Konvertase C3b,Bb und der C5-Konvertase C3b 2 Bb Plasmaserinprotease, spaltet B, wenn es an C3b gebunden ist, in Ba und Bb Plasmaprotein mit Affinität zur C3b,Bb- Konvertase auf Bakterienzellen

39 C5-Konvertase Klassischer und MB-Lektin Weg Alternativer Weg C3 C3b Bb C4b C2b C3b Opsonisierung C3a C3b C4b C2b C3b C5 C3b C3b Bb C5-Konvertase C5a C5b C5-Konvertase

40 C8 C9 Terminale Komplementproteine C5b, C6, C7, C8, C9 C5b C6 C6 C5b C7 C8 C5b C6 C x MAK (Membran angreifender Komplex) C6 C7 C5b C5b C6 C7 C9

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42 Anaphylatoxine C3a Erhöhung der Gefäßpermeabilität Kontraktion glatter Muskeln C4a Erhöhung der Gefäßpermeabilität Kontraktion glatter Muskeln, Aktivierung von Mastzellen C5a Erhöhung der Gefäßpermeabilität Kontraktion glatter Muskeln, Aktivierung von Mastzellen, Erhöhung der Adhärenz von Monozyten/Makrophagen an Gefäßwände und deren Migration ins Gewebe

43 Rezeptoren des Komplementsystems Rezeptor Spezifität Funktionen Zelltypen CR1 C3b Zerfall von C3b und C4b, stimuliert Phagozytose Erytrocytentransport von Immunkomplexen CR2 (CD21) C3b, EBV Teil des B-Zell-Korezeptors CR3 (CD11b/CD18) CR4 (CD11b/CD18) ic3bi ic3bi Rezeptor für EBV Stimuliert Phagozytose Stimuliert Phagozytose Cq1 C1q Bindung von Immunkomplexen an Phagozyten Erytrocyten, Makrophagen Monocyten Leukozyten B-Zellen FDC B-Zellen FDC Monocyten Makrophagen Leukozyten Monocyten Makrophagen Leukozyten B-Zellen Monocyten Makrophagen Blutplättchen Endothelzellen