Immunologie - Grundlagen

Transkript

1 Immunologie - Grundlagen Verena M. Dirsch (Angelika M. Vollmar) Teil 2 1

2 Grundlagen des Immunsystems Aufgaben angeborenes und erworbenes Immunsystem Bestandteile des Immunsystems Die angeborene Immunantwort Hauptakteure Erkennungsprinzipien Effektormechanismen Die adaptive Immunantwort Hauptakteure Erkennungsprinzipien Effektorzellen und -mechanismen 2

3 Die adaptive Immunantwort Hauptakteure 1. Zellen: Antigenpräsentierende Zellen 3

4 Die adaptive Immunantwort Antigenpräsentierende Zellen exprimieren MHC-II Moleküle zur Präsentation von Antigenen exprimieren costimulatorische Moleküle, die zur Aktivierung von T-Lymphozyten notwendig sind 4

5 antigenpräsentierende Zellen Antigen- Aufnahme MHC-II- Expression costimulatorische Aktivität T-Zell- Aktivierung A dendritische Zelle unreif (Gewebe) MHC-II Toll-like- Rezeptor Signalweg reif (lymphatisches Gewebe) B7.2 B7.1 MHC-II Endozytose Pinozytose Phagozytose PRR-vermittelt konstitutiv, aber steigerbar induzierbar unreif: keine reif: naive T-Zelle Effektorzellen ICAM B Makrophage ruhend unspezifischer Rezeptor Toll-like- Rezeptor Signalweg aktiviert B7.2 B7.1 MHC-II Phagozytose induzierbar induzierbar ruhend: keine aktiviert: Effektorzellen Gedächtniszellen C ruhend MHC-II B-Zelle Toll-like- Rezeptor Signalweg aktiviert B7.2 B7.1 MHC-II Rezeptorvermittelte Endozytose konstitutiv, aber steigerbar induzierbar ruhend: Effektorzellen Gedächtniszellen aktiviert: naive T-Zellen Effektorzellen Gedächtniszellen 5

6 Dendritische Zelle 6

7 Dendritische Zellen stammen aus dem Knochenmark und sind bevorzugt in unreifer Form im Epithel aber auch in den meisten anderen Organen zu finden. Sie haben charakteristische dünne membranäre Ausläufer. Durch Antigenaufnahme werden sie aktiviert und wandern in T-Zellareale lymphoider Gewebe. Sie stellen die potentesten Stimulatoren von T-Zellen dar. 7

8 Die adaptive Immunantwort Hauptakteure 1. Zellen: Lymphozyten B-Lymphozyten T-Lymphozyten 8

9 Wo sind die Lymphozyten? 9 Ronald Schulte, mikroskopie-forum.de

10 Die adaptive Immunantwort Hauptakteure 1. Zellen: Lymphozyten CD-Marker zur Differenzierung 10

11 CD Antigene: Cluster of differentiation antigens sind Zellmembranmoleküle, die zur Differenzierung von Leukozytenpopulationen herangezogen werden und durch monoklonale Antikörper erkannt werden. Alle monoklonalen Antikörper, die mit dem selben Membranmolekül reagieren, gehören einem CD d.h. Cluster of Differentiation an. 11

12 Geläufigste CD-Marker zur Differenzierung von Lymphozyten

13 Die adaptive Immunantwort Hauptakteure 1. Zellen: B-Lymphozyten / T-Lymphozyten Spezifische Antigenerkennung Antigenrezeptoren BCR TCR 13

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15 Die adaptive Immunantwort Hauptakteure 1. Zellen: B-Lymphozyten / T-Lymphozyten Reifungsprozess 15

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18 Die adaptive Immunantwort Effektorlymphozyten brauchen keine weitere Differenzierung um ihre Funktion in der Erregerabwehr wahrzunehmen. Dadurch unterscheiden sie sich von den naiven Lymphozyten, die erst differenzieren müssen um Effektoraufgaben zu übernehmen und von den Gedächtniszellen, die ebenfalls erst nach ihrer Differenzierung zu Effektorzellen aktiv sind. 18

19 Die adaptive Immunantwort Lymphozyten - Spezifität Prinzip: klonale Selektion 19

20 klonale Deletion 1.Kontakt klonale Selektion 2.Kontakt klonale Expansion 20

21 Die adaptive Immunantwort Klonale Selektion: Das Fundament des adaptiven Immunsystems, das besagt, dass jedes Individuum unzählige Lymphozytenklone besitzt, wobei jeder Klon die individuelle Eigenschaft hat ein ganz bestimmtes Antigen zu erkennen. Kommt dieses Antigen in den Körper, sucht es seinen ganz spezifischen Lymphozytenklon und aktiviert ihn. 21

22 Die adaptive Immunantwort CD4 positivet-lymphozyten T H 1 Zellen setzen Faktoren wie IFN-g frei, welche Makrophagen aktivieren. Sie vermitteln damit eine zelluläre Immunantwort gegenüber intrazellulärer Krankheitserreger und induzieren Entzündungsreaktionen T H 2 Zellen setzen IL-4 und IL-5 frei und stimulieren damit die B- Zellproliferation und Antikörperproduktion, sowie die Produktion von Eosinophilen. T H 2 Zellen vermitteln eine humorale Antwort und wirken daher primär als Schutz gegen extrazelluläre Mikroorganismen. 22

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24 Untergruppen von CD4+ Zellen TGF-b TGF-b, IL-10 IL-12, IFN-g IL-4 TGF-b, IL-6 T reg FoxP3 TGF-b, IL-10 T H 1 T-bet IFN-g IL-10 T H 2 GATA-3 T H 17 RORgT TGF-b, IL-10 IFN-g IL-10 IL-4, IL-5 IL-6, IL-17A, IL-17F Antigenpräsentierende Zelle Makrophage B-Zelle Epithelzelle Hemmung von APC und autoreaktiven T-Zellen Aktivierung und Mobilisierung von Makrophagen Aktivierung von B-Zellen und Antikörperproduktion Aktivierung von Epithelzellen und Anlocken von Neutrophilen Unterbrechung zellulärer immunologischer Prozesse Abwehr intrazellulärer Erreger => zelluläre Antwort Abwehr löslicher Pathogene => humorale Antwort Abwehr extrazellulärer Erreger => zelluläre Antwort

25 Die adaptive Immunantwort Hauptakteure 2. Lösliche Faktoren: Antikörper 25

26 Die adaptive Immunantwort Hauptakteure 2. Lösliche Faktoren: Struktur eines Antikörpers 26

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28 Die adaptive Immunantwort Immunglobulin Superfamilie ist eine große Familie von Proteinen, die ein globuläres Strukturmotiv aufweisen, welches Immunglobulin-Domäne (Ig) genannt wird und ursprünglich für Antikörper beschrieben wurde. Zahlreiche Proteine, die im Immunsystem wichtig sind gehören zu dieser Familie, z.b. TCR, MHC, CD4, CD8 28

29 V L V H V H V L CH 1 CH 1 C L C L CH 2 CH 2 Pepsin CH 3 CH 3 Papain F(ab) 2 - Fragment Fab- Fragmente Fcdegradiert Fc- Fragment V L V H 29 Fv-Fragmente

30 Die adaptive Immunantwort Fab Fragment ist ein proteolytisches Fragment eines IgG Moleküls, welches eine komplette leichte Kette gepaart mit einem Fragment der schweren Kette, das die variable und die erste konstante Region enthält. Fab Fragment kann Antigen binden, aber nicht mit Fc-Rezeptoren interagieren oder Komplement binden. Fab Fragmente werden therapeutisch eingesetzt wenn man Antigenbindung ohne Aktivierung von Effektorfunktionen wünscht. 30

31 Die adaptive Immunantwort Fc-Fragmente entstehen durch Proteolyse eines Antikörpers und bestehen aus den über Disulfidbrücken verbundenen carboxy-terminalen Regionen der beiden schweren Ketten. Fc Regionen mediieren Effektorfunktionen von löslichen Antikörpern wie Komplementaktivierung oder Bindung an Fc Rezeptoren von Makrophagen 31

32 Die adaptive Immunantwort Hauptakteure 2. Lösliche Faktoren: Antikörper Klassen 32

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35 Die adaptive Immunantwort Hauptakteure 2. Lösliche Faktoren: Antikörper Varianten 35

36 Isotypen Allotypen Idiotypen 36

37 Hauptakteure des adaptiven Immunsystems 1. Zellen Checkliste Antigenpräsentierende Zellen vorherrschend dendritische Zellen, aber auch Makrophagen und B-Zellen. Aufgabe: Erregerproteine zu prozessieren und entsprechende Antigene an ihrer Oberfläche mittels MHC-II Proteine zu präsentieren. In Kontakt tretende T-Zellen werden aktiviert. Merkmale: MHC-II Expression, Expression von costimulatorischen Proteinen Lymphozyten B und T-Lymphozyten mit strukturell ähnlichen Antigenrezeptoren (BCR und TCR) Reifung von B/T Lymphozyten über Schritte der Proliferation, Expression von Antigenrezeptor und Selektion nach tauglichen Antigenrezeptoren (positive/negative Selektion) Unterschiedliche reife Lymphozyten: naive Lymphozyten, Effektorlymphozyten, Gedächtniszellen B-Lymphozyten: wichtig für humorale Immunantwort T-Lymphozyten: wichtig für zelluläre Immunantwort CD8 positive T-Zellen = zytotoxische T-Zellen CD4 positive T-Zellen = T-Helferzellen T H 1 Zellen helfen bei zellulären Abwehrreaktionen T H 2 Zellen helfen bei humoralen Abwehrreaktionen Klonale Selektion der Lymphozyten als Grundlage der Spezifität und Diversität 37 der adaptiven Antwort

38 Hauptakteure des adaptiven Immunsystems - Checkliste 2. lösliche Faktoren Lösliche Antikörper sind Glykoproteine der Familie der Immunglobuline (Ig), die von B-Lymphozyten produziert werden und Antigene mit hoher Spezifität und Affinität binden. Sie bestehen aus zwei identischen schweren und zwei identischen leichten Ketten. Die N-terminalen variablen Regionen der schweren und leichten Ketten bilden die Antigenbindungstelle. 38

39 Die adaptive Immunantwort Prinzipien der Antigenerkennung Zwei strukturell ähnliche Rezeptormoleküle BCR: B-Zellen TCR: T-Zellen Unterschiede in der Art der Antigenerkennung BCR: direkt TCR: erst nach Prozessierung durch Wirtszellen über MHC Moleküle 39

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41 Die adaptive Immunantwort Prinzipien der Antigenerkennung 1. Antigenprozessierung und Präsentation: MHC-Moleküle Prinzip der MHC-Restriktion 41

42 MHC-Moleküle CD8 + -T-Zelle CD4 + -T-Zelle Peptid-bindende Furche CD8 a 2 a 1 a 3 b 2 Mikroglobulin MHC-I MHC-II a 1 b 1 a 2 b 2 CD4 Zelle APC Eigenschaften der MHC-Moleküle: binden nur an Peptide breite Spezifität, geringe Bindungsaf finität Expression an der Zelloberfläche nur, wenn mit Peptid beladen MHC-I kommt auf allen kernhaltigen Zellen vor MHC-II kommt vor allem auf antigenpräsentierenden Zellen vor

43 Die adaptive Immunantwort Prinzipien der Antigenerkennung 1. Antigenprozessierung und Präsentation: MHC (major histocompatibility complex) ist ein großer Genlocus auf Chromosom 6, der stark polymorphe Gene der MHC-I und MHC-II Moleküle enthält. Der MHC ist das am stärksten polymorphe Gencluster des menschlichen Genoms und für allogene Gewebsunverträglichkeiten verantwortlich. Die MHC Moleküle werden auch häufig HLA (human leukocyte antigens) genannt, da diese MHC Moleküle durch Antikörper detektierbar sind und ursprünglich auf Leukozyten identifiziert wurden. 43

44 Die adaptive Immunantwort Prinzipien der Antigenerkennung 1. Antigenprozessierung und Präsentation: Corezeptoren sind Membranrezeptoren, die, wenn der BCR bzw. TCR ein Antigen erkennt, an einen Teil des Antigen/MHC-Komplexes binden. Sie sind wichtig für die Signalweiterleitung. CD4 und CD8 sind T-Zell Corezeptoren, die an nichtpolymorphe Regionen der MHC Moleküle binden, sobald der TCR die polymorphen Regionen der MHC/Peptid Komplexes bindet. Der Typ2 Komplement Rezeptor (CR-2, CD21) ist der Corezeptor auf B-Zellen und bindet an von Komplement umhülltes Antigen, während BCR mit dem Epitop des Antigens interagiert. 44

45 Die adaptive Immunantwort Prinzipien der Antigenerkennung 1. Antigenprozessierung und Präsentation: MHC-Pathways 45

46 Antigenprozessierung Der MHC-II Pathway. Protein-Antigene werden von Antigenpräsentierenden Zellen (APC) in Endosomen aufgenommen, die dann mit Lysosomen verschmelzen. Dort werden die Proteine in Peptidfragmente abgebaut. MHC-II werden nach ihrer Synthese im ER in Vesikel transportiert. Neu synthetisierte MHC-II Moleküle tragen ein Peptid, das die Antigenpeptidbindungsstelle besetzt und CLIP (class-ii invariant chain peptid) genannt wird. Der Austausch von CLIP gegen die Antigenpeptide erfolgt durch Chaperonproteine (wie HLA-DM) und wird durch den sauren ph-wert innerhalb der Lysosomen begünstigt. Diese MHC-II/Peptidkomplexe werden dann an die Zellmembran transportiert und können von CD4 positiven Zellen erkannt werden. 46

47 MHC Klasse II Pathway 47

48 Antigenprozessierung Der MHC-I Pathway. Manche Antigene befinden sich im Zytoplasma, weil sie endogen synthetisiert wurden und von Mikroben wie Viren oder zytosolischen Bakterien stammen. Diese Proteine sind ungefaltet und werden damit einer Ubiquitinylierung und folgenden Abbau im Proteasom unterworfen. Die Peptidfragmente, die dabei entstehen, werden durch den Transporter TAP ins endoplasmatische Retikulum transportiert, wo MHC-I Moleküle neu synthetisiert werden. MHC-I kann diese Peptide binden und der Komplex wird dann an die Zelloberfläche transportiert und von CD8 positiven Zellen erkannt. 48

49 MHC Klasse I Pathway T-Zell- Präsentation 49

50 Die adaptive Immunantwort Prinzipien der Antigenerkennung 2. Antigenerkennung: Zwei wesentliche Fragen Wie bewerkstelligen es Lymphozyten-Antigenrezeptoren (TCR, BCR) extrem unterschiedliche Antigene zu erkennen und in der Folge stark konservierte Signale der Zellaktivierung zu induzieren? Wie lässt sich die extreme Diversität der Rezeptorstrukturen erzeugen? 50

51 Die adaptive Immunantwort Prinzipien der Antigenerkennung 2. Antigenerkennung: Antigenrezeptoren zwei Aufgaben: Antigenerkennung Signalweiterleitung 51

52 Die adaptive Immunantwort Antigenerkennung 52

53 Antigenerkennung BCR wie auch TCR bestehen aus zwei Ketten (BCR: leichte und schwere Kette, TCR: a und b-kette). Jede Kette enthält eine konstante und eine variable Domäne. Die nebeneinander liegenden variablen Domänen bilden die Antigenbindungsstelle. Die Sequenzen in den variablen Bereichen, die für den eigentlichen Antigenkontakt verantwortlich sind, werden CDR-Regionen ( complementary determining regions ) oder hypervariable Regionen (HVR) genannt. In jeder variablen Region gibt es drei solcher extrem variabler Regionen (CDR1, CDR2 und CDR3). Eingerahmt werden diese von sg. frame-work regions (FR), die relativ konserviert sind und als strukturelles Gerüst für die CDRs dienen. 53

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55 Die adaptive Immunantwort Prinzipien der Antigenerkennung 2. Antigenerkennung: Signalübertragung Aktivierung 55

56 Signalübertragung, Aktivierung Der konstante Teil der schweren Ketten wird benötigt, um der Zelle zu signalisieren, dass das Antigen gebunden hat. Dafür sind aber noch weitere Signalproteine notwendig, die nach Antigenkontakt eng mit dem konstanten Teil der Ketten assoziiert sind. Für den BCR sind dies die invarianten Ketten Iga und Igb, für den TCR sind dies vier Signalketten (zwei e, eine d und eine g-kette) die man als CD3 zusammenfasst und zusätzlich ein Homodimer aus zwei z-ketten. Diese invarianten akzessorischen Ketten zeigen keine Antigenspezifität. Sie besitzen aber Sequenzen, die man als Tyrosinaktivierungssequenzen von Immunrezeptoren (ITAMs = immunoreceptor tyrosine-based activation motifs) bezeichnet. Nach Antigenbindung kommt es zur Aktivierung einer rezeptor-assoziierten Tyrosin- Kinase (Scr-Kinase). Diese phosphoryliert die ITAMs der akzessorischen Ketten. Phosphorylierte akzessorischen Ketten übertragen Signale in den Kern, indem sie weitere Kinasen aktivieren, die schließlich zur Aktivierung unterschiedlicher Transkriptionsfaktoren und entsprechender Genexpression führen. 56

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58 Die adaptive Immunantwort Prinzipien der Antigenerkennung 2. Antigenerkennung: Zwei wesentliche Fragen Wie bewerkstelligen es Lymphozyten-Antigenrezeptoren (TCR, BCR) extrem unterschiedliche Antigene zu erkennen und in der Folge stark konservierte Signale der Zellaktivierung zu induzieren? Wie lässt sich die extreme Diversität der Rezeptorstrukturen erzeugen? 58

59 Die adaptive Immunantwort Prinzipien der Antigenerkennung 2. Antigenerkennung: Diversität der Antigenrezeptoren Somatische Rekombination 59

60 Somatische Rekombination steht für die Rekombination von DNA-Abschnitten, die für variable Regionen der Antigenrezeptoren kodieren. Diese Rekombination ereignet sich während der Lymphozytenreifung. Ein limitiertes Set an Keimzell-DNA-Sequenzen, die getrennt voneinander organisiert sind (V,J,D Segmente), werden für eine variable Region individuell kombiniert. Dieser Prozess findet nur in heranreifenden Lymphozyten statt. 60

61 Somatische Rekombination V-, J- und D-Segmente sind DNA-Sequenzen, die für die variable Domäne der Ketten von TCR und BCR kodieren. Es gibt zahlreiche unterschiedliche V Gensegmente, die sich mit einer geringeren Anzahl von J und/oder D- Segmenten in somatischen Zellen rekombinieren können. Dies geschieht während der Lymphozytenreifung und gewährleistet die Diversität der Antigenrezeptoren bei einer limitierten Zahl an Genen. 61

62 Somatische Rekombination am Beispiel der -Kette (Ig-Gene) In Keimbahnzellen befinden sich multiple Gensegmente, die für die variablen Regionen einer -Kette kodieren können. Die konstante Region ist durch ein einziges C -Segment codiert. Es gibt zahlreiche V(variable Region)-Gensegmente, die sich mit einigen D (Diversität)- und J (Joining)-Segmenten kombinieren. Dabei werden bei den schweren Ketten zuerst zwei DJ Segmente kombiniert und in einem weiteren Schritt wird eine V-Region der DJ Kombination zugeteilt. Diese V-DJ Gensegmentkombination stellt dann die entsprechende DNA für den variablen Bereich der -Kette eines B-Zellklons dar. Ein anderer B- Zellklon weist eine unterschiedliche Kombination der V-DJ-Segmente auf. Dieser Vorgang der Kombination von Gensegmenten wird als somatische Rekombination bezeichnet. Die rekombinierten Gene werden dann transkribiert und das V-DJ Segment wird durch Splicing Vorgänge mit der Cµ-Region vereint. Die mrna wird in ein schweres Kettenprotein vom -Typ translatiert. 62

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64 Somatische Rekombination Junctional Diversity stellt einen wichtigen Mechanismus dar, der entscheidend zur Maximierung der Diversität beiträgt. Hierbei können nahezu unbegrenzt Nukleotide an V-J oder V- DJ Übergängen hinzugefügt oder entfernt werden. 64

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66 Somatische Rekombination Der Mechanismus der Genumlagerung hat wichtige Konsequenzen: Aus einer begrenzten Anzahl von Genen lässt sich durch Kombination eine enorme Diversität an Proteinen erreichen. Jede Zelle exprimiert damit einen einzigartigen Rezeptor, da eine einzigartige Rekombination gewählt wurde. Durch Irreversibilität der Genumlagerung ist die Spezifität des Genprodukts innerhalb des Zellklons vererbbar 66

67 Die adaptive Immunantwort Prinzipien der Antigenerkennung 2. Antigenerkennung: Antigenerkennung durch BCR 67

68 Antigenerkennung durch BCR Antigene binden an bestimmte Aminosäuren der CDRs innerhalb der variablen Bereiche von schwerer und leichter Kette (V H bzw. V L ). Details der Bindung hängen von der Größe und von der Form des Antigens ab. Kleine Antigene binden in Taschen innerhalb der CDRs Größere Peptide können in Furchen der antigenbindenden Regionen gebunden werden. Große Protein- oder Polysaccharidstrukturen binden in der Regel über eine ausgedehntere Oberfläche der CDRs (D). 68

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70 Die adaptive Immunantwort Prinzipien der Antigenerkennung 2. Antigenerkennung: Antigenerkennung durch TCR 70

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72 Antigenerkennung durch TCR MHC-Moleküle auf APC haben die Aufgabe ein Peptidfragment eines Antigens dem TCR zu präsentieren. Das Peptid bindet mittels einer Ankersequenz in die Tasche des MHC-Moleküls. Der TCR erkennt Sequenzen des Peptides und polymorphe Sequenzen des MHC-Moleküls. 72

73 MHC-Restriktion der TCR-Antigenerkennung MHC-I Peptidkomplexe auf infizierten Zellen, die von zytosolischen Antigenen stammen, werden vom TCR solcher T- Zelle erkannt, die den Corezeptor CD8 exprimieren. MHC-II Peptidkomplexe auf APC Zellen, die von phagozytierten, vesikulären Antigenen stammen, werden vom TCR von T-Zellen erkannt, die den Corezeptor CD4 exprimieren. 73

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75 Check Liste : 3.2. Antigenpräsentation und erkennung Jeder B- und T-Lymphozyt besitzt einen spezifischen Rezeptor (BCR, TCR), der ein ganz spezifisches Antigen erkennt. TCR und BCR gehören zur Familie der Immunglobuline und unterscheiden sich strukturell wenig. B- und T-Zellen unterscheiden sich jedoch deutlich in der Art der Antigenerkennung: Der BCR erkennt Antigene direkt, der TCR erkennt nur Antigenfragmente die von Zellen über MHC-Moleküle präsentiert werden. Zwei Typen von MHC-Molekülen sind hierbei wichtig: MHC-I Moleküle kommen auf allen kernhaltigen Zellen vor und präsentieren Peptide, die von zytosolischen Proteinen stammen und werden von CD8 positiven T-Zellen erkannt. MHC-II Moleküle kommen im wesentlichen auf APC vor und binden Peptide, die von phagozytierten Proteinen stammen und werden von CD4 positiven Zellen erkannt. Die Antigenerkennung durch T-Zellen ist also MHCrestringiert. 75

76 Die Rezeptoren der adaptiven Immunantwort sind strukturell so organisiert, dass sie Bereiche besitzen, die variabel und für die Antigenerkennung verantwortlich sind, sowie Bereiche, die konstant sind und der Signaltransduktion und damit der Aktivierung der Lymphozyten dienen. Neben den eigentlichen BCR und TCR Molekülen sind für die Signalübertragungsfunktion noch weitere akzessorische Proteine notwendig (TCR: CD3 und z-kette; BCR: Iga und Igb) Die enorme Diversität der antigenerkennenden Sequenzen wird durch somatische Rekombination von Gensegmenten (V,J und D Segmente) der variablen Bereiche der Rezeptoren bedingt. Die Kombination der verschiedenen Ketten (kombinatorische Diversität) und das Hinzufügen bzw. Entfernen von Nukleotiden (junctional diversity) sind weitere Mechanismen, die die große Diversität der Antigenrezeptoren zu ermöglichen. Antigenpräsentation und erkennung finden in sekundären Immunorganen statt. 76

77 Die adaptive Immunantwort Effektorzellen und Effektormechanismen T-Zelluläre Mechanismen = zelluläre Antwort B-Zell vermittelte Mechanismen = humorale Antwort 77

78 Die adaptive Immunantwort Effektorzellen und Effektormechanismen T-Effektorzellen und T-Zell Effektormechanismen 78

79 Die adaptive Immunantwort Effektorzellen und Effektormechanismen Phasen der T-Zellaktivierung Antigenerkennung und Costimulation Proliferation und klonale Expansion 79

80 Phasen der T-Zellaktivierung Antigenerkennung und Costimulation: Rolle der Adhäsionsmoleküle Rolle der Costimulation 80

81 Antigenerkennung und Costimulation: Rolle der Adhäsionsmoleküle Ruhende naive T-Zellen exprimieren auf ihrer Zelloberfläche Integrine (LFA-1), die niedrig affin sind und daher nur schwach an ihre Liganden (ICAM) auf den APC binden. Sobald die APC auf einen Erreger trifft, kommt es zu Sekretion von Chemokinen, die an Chemokinrezeptoren der T-Zelle binden. Dies bedingt, dass die Integrine ihre Liganden auf den APC nun mit hoher Affinität binden. Eine Stärkung der LFA-1/ ICAM Bindung wird auch durch die Bindung von TCR an den MHC-Komplex bedingt. Der enge Kontakt zwischen der T-Zelle und der APC ist eine Voraussetzung für die folgende Aktivierung der T-Zelle. 81

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83 Antigenerkennung und Costimulation: Rolle der Costimulation APC exprimieren erst nach Erregerexposition die costimulatorischen Moleküle B7 (B7.1 und B7.2) in ausreichender Menge. Die Bindung von B7-Molekülen an CD28 auf T-Zellen ist essentiell für die Initiation einer Aktivierungskaskade und stellt das zweite Signal der Aktivierung dar. Die Antigenerkennung über die TCR/MHC- Bindung ist das erste Signal, das für die Aktivierungskaskade notwendig ist. CD40 ist ein indirekter Costimulator von T-Zellen. Es ist konstitutiv auf APC exprimiert und bindet an den CD40-Liganden auf aktivierten T-Helferzellen. Durch diesen Kontakt wird die APC stimuliert, mehr B7 Moleküle zu exprimieren, die für die Aktivierung von T-Zellen unabdingbar sind. Des Weiteren wird die Produktion von IL-12 angeregt, das wichtig für 83 Differenzierungsprozesse von T-Zellen ist.

84 Costimulation direkt indirekt

85 Janeway Immunologie 2013

86 Die adaptive Immunantwort Effektorzellen und Effektormechanismen Phasen der T-Zellaktivierung Antigenerkennung und Costimulation Proliferation und klonale Expansion 86

87 Phasen der T-Zellaktivierung Proliferation und klonale Expansion IL-2 System Differenzierung von naiven T-Zellen zu Effektorzellen Gedächtniszellen 87

88 Das IL-2 System und T-Zellaktivierung Der IL-2 Rezeptor (IL-2R) existiert in zwei verschiedenen Formen. Auf ruhenden naiven T-Zellen ist er aus einer b und g Kette aufgebaut und bindet IL-2 mit niedriger Affinität. Auf aktivierten proliferierenden T-Zellen wird ein hochaffiner IL-2 Rezeptor exprimiert, der eine zusätzlich a-kette besitzt. Nach Antigenbindung und Costimulation sezernieren T-Zellen IL-2 und exprimieren die a-kette des IL-2R, die zur Formation von hochaffinen IL-2Rabg führt. IL-2 bindet an IL-2Rabg und induziert über einen autokrinen Mechanismus die Teilung bzw. Proliferation der T-Zelle. 88

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90 Phasen der T-Zellaktivierung Proliferation und klonale Expansion IL-2 System Differenzierung von naiven T-Zellen zu Effektorzellen Gedächtniszellen 90

91 Entstehung von CD4+ T- Effektorzellen

92 Differenzierung der CD4 T-Zellen Die Entwicklung naiver CD4-T-Zellen wird durch Zytokine gesteuert. Nach Aktivierung der T-Zellen durch Antigenerkennung und Costimulation kommt es unter dem Einfluß von IL-12 zur Ausdifferenzierung von T H 1- Zellen. IL-12 wird von aktivierten APCs (Makrophagen oder dendritischen Zellen) freigesetzt. Wenn kein IL-12 vorhanden ist, produzieren T-Zellen (und wahrscheinlich auch andere Zellen) IL- 4, welche die Ausdifferenzierung der Zellen zu T H 2- Effektorzellen bedingt. Liegt keine Aktivierung der APC durch Pathogene vor, können sich unter Einfluss von IL-10 und TGF-ß Treg Zellen bilden. Das in einer frühen Phase der Infektion von APC freigesetzte IL-6 führt in Kombination mit TGF-ß zur Ausdifferenzierung von T 92 H 17-Zellen.

93 Phasen der T-Zellaktivierung Proliferation und klonale Expansion IL-2 System Differenzierung von naiven T-Zellen zu Effektorzellen Gedächtniszellen 93

94 Die adaptive Immunantwort Effektorzellen und Effektormechanismen Signaltransduktion der T-Zellaktivierung 94

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96 Signaltransduktion der T-Zellaktivierung Nach Antigenerkennung kommt es zu Clustern der Rezeptoren (nicht gezeigt) und zu Aktivierung der Tyrosinkinase Lck, die mit den Corezeptoren assoziiert ist. Lck phosphoryliert die ITAMs von CD3 und der z-ketten ebenso wie die Kinase ZAP-70. Phosphorylierte ZAP-70 wird an ITAMs rekrutiert und phosphoryliert in der Folge verschiedene Adapterproteine. Über unterschiedliche Mediatorsysteme kommt es zur Aktivierung verschiedener Enzymsysteme (Calcineurin, PKC, ERK und JNK), die dann Transkriptionsfaktoren (NFAT, NF-kB, AP-1) aktivieren. In Folge kommt es zur Expression von Zytokinen bzw. Zytokinrezeptoren, Zellzyklus-regulierenden Proteinen und anderen Proteinen, die für die Proliferation und Differenzierung von T-Lymphozyten notwendig sind. 96

97 Die adaptive Immunantwort Effektormechanismen Zwei Fragen: 1. Wie kommen T-Effektorzellen vom Lymphknoten an den Ort der Infektion? 2. Wie beseitigen die T-Effektorzellen die intrazelluläre Infektion? 2

98 Janeway Immunologie

99 Wie kommen Effektor-T-Zellen vom Lymphknoten an den Ort der Infektion? Migration von T-Effektorzellen 3

100 Wanderung und Verbleib von T-Effektorzellen am Ort der Infektion 1. Einwanderung naiver T-Zellen in den Lymphknoten. L-Selektin auf der T-Zelle bindet an den L-Selektin Liganden auf einer hochendothelialen Venole (HEV) und Leukodiapedese in den Lymphknoten findet statt. 2. Antigenpräsentation aktiviert T-Zellen, die jetzt zum Ort der Infektion müssen. 3. Effektor-T-Zellen exprimieren jetzt weniger L-Selektin und mehr E- & P-Selektinliganden, sowie die Integrine LFA-1 und VLA-1. 4

101 Naive T-Zelle Effektor T-Zelle 5

102 4. Am Ort der Infektion ist das Endothel aktiviert. E- & P-Selektine auf dem Endothel binden an E- und P-Selektinliganden auf Effektor-T-Zellen Rolling 5. Die Bindung von LFA-1 und VLA-1 an ICAM bzw. VCAM führt dann zum festen Kontakt und anschließender Migration der T-Effektorzelle. 6. Der T-Lymphozyt findet den Ort der Infektion über einen Chemokin- Gradienten. Ist sein Antigen dort über den MHC-Komplex auf einer Zelle präsentiert, wird der T-Lymphozyt durch gesteigerte Bindung an Integrinliganden auf der extrazellulären Matrix festgehalten und kann seinen Effektormechanismus auslösen. 7. Diejenigen aktivierten T-Zellen, die keinen für das Antigen spezifischen TCR tragen kehren über Lymphgefäße in die Zirkulation zurück. 6

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104 Wanderung und Verbleib von T-Effektorzellen zusammengefasst: Aktiviertes Endothel bedingt das Abstoppen von aktivierten T-Zellen ( Rollen ) über die Bindung seiner E- und P-Selektine an die entsprechenden Liganden auf den T-Zellen. Die Bindung von LFA-1 und VLA-1 an ICAM bzw. VCAM führt dann zum festen Kontakt und anschließender Migration der T-Effektorzelle. Über Chemokingradienten findet der aktivierte T-Lymphozyt den Ort der Infektion. Die aktivierten T-Zellen, die ihr Antigen über MHC-Komplexe auf Wirtszellen präsentiert im Gewebe finden, werden durch eine erhöhte Bindung an Integrinliganden auf extrazellulärer Matrix festgehalten und können Effektormechanismen auslösen. Diejenigen aktivierten T-Zellen, die keinen für das Antigen spezifischen TCR tragen kehren über Lymphgefäße in die Zirkulation zurück. 8

105 Wie beseitigen die Effektor-T-Zellen eine intrazelluläre Infektion? 1. Effektorfunktionen von CD-4+ T-Zellen 9

106 Verschiedene CD-4 Effektorzelltypen T H 1- produzieren IFN. Sie vermitteln eine zelluläre Immunantwort gegenüber intrazellulären Krankheitserregern durch Aktivierung von Makrophagen und induzieren Entzündungsreaktionen. T H 2- sezernieren IL-4, IL-5 und IL-10. Sie sind an der Immunabwehr extrazellulärer Parasiten beteiligt, aktivieren B-Zellen und bewirken einen Isotypwechsel zu IgE. T H 17- bilden die Interleukine IL-6, IL-17A, IL-17F, IL-21 und IL-22. Sie stimulieren Epithel- und Stromazellen zur Zytokinproduktion, wodurch neutrophile Granulozyten zur Abwehr extrazellulärer Erreger angelockt werden. So bekämpfen sie Pilz- Pathogene sowie extrazelluläre Bakterien. Treg Zellen sind CD4, CD25 positive Zellen. Treg Zellen können immunsuppressive Zytokine (TGF-ß, IL-10) sezernieren und IL-2 antagonisieren und sind so in der Lage Immunantworten zu inhibieren. Sie haben eine wichtige Rolle in der Immuntoleranz. 10

107 CD-4 positive T-Zellen - Subtypen IL-12, IFN-g IL-4 TGF-b, IL-6 TGF-b IFN-g T H 1 T-bet IL-10 T H 2 GATA-3 T H 17 RORgT T reg FoxP3 IFN-g IL-10 IL-4, IL-5 IL-6, IL-17A, IL-17F TGF-b, IL-10 Makrophage B-Zelle Antigenpräsentierende Zelle Epithelzelle Aktivierung und Mobilisierung von Makrophagen Aktivierung von B-Zellen und Antikörperproduktion Aktivierung von Epithelzellen und Anlocken von Neutrophilen Hemmung von APC und autoreaktiven T-Zellen Abwehr intrazellulärer Erreger => zelluläre Antwort Abwehr löslicher Pathogene => humorale Antwort Abwehr extrazellulärer Erreger => zelluläre Antwort Unterbrechung zellulärer immunologischer Prozesse 11

108 Wiederholung: Differenzierung der CD4 + Zellen 12

109 Effektorfunktionen von CD-4 + T-Zellen Aktivierung von Makrophagen durch T H 1- Zellen 1. Antigenerkennung auf Makrophagen durch T H 1-Zellen Stimulation der Expression von CD40-L sowie Ausschüttung von IFN-. 2. T H 1- Proteine binden an ihre Rezeptoren auf dem Makrophagen und aktivieren ihn. 3. Aktivierter Makrophage beseitigt Erreger, z.b. über NO und ROS, und amplifiziert Immunantwort über erhöhte Expression von MHC und B7 verbesserte Antigenpräsentation 4. Zusätzliche Ausschüttung von proinflammatorischen Zytokinen Rekroutierung weiterer Entzündungszellen, sowie IL-12 Bereitstellung von mehr T H 1- Zellen 13

110 Anlockung von Leukozyten Sekretion von Zytokinen Aktivierung von Makrophagen IFN-g- Freisetzung NO/ROS Produktion Abtötung der Erreger erhöhte Expression von MHC und B7 bessere Antigenpräsentation 14

111 Effektorfunktionen von CD-4 + T-Zellen Aktivierung von B-Zellen durch T H 2 -Zellen 1. T H 2-Zellen erkennen Antigene die von B-Zellen als MHC-II Peptidkomplexe präsentiert werden. 2. T-Zellen exprimieren CD40-L und sezernieren die B- Zellwachstumsfaktoren IL-4 und IL-5 Proliferation und Differenzierung von B-Zellen. 3. T H 2-aktivierte B-Zellen produzieren neutralisierende Antikörper vom IgG4 Subtyp und IgE. 4. Die Effektormechanismen sind Neutralisierung von Erregern und Toxinen, eine IgE vermittelte Mastzellaktivierung und Opsonisierung von Helminthen. 15

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113 Effektorfunktionen von CD-4 + T-Zellen T H 2 Zell induzierte Helminthenabwehr 1. Freisetzung von IL-4 und IL-5 durch aktivierte T H 2-Zellen. 2. Produktion von IgE durch B-Zellen nach Stimulation mit IL-4. IgE ist für Mastzellaktivierung wichtig. 3. Opsonisierung von Helminthen mit IgE. 4. Erkennung des IgE-Fc durch Fc -Rezeptor auf eosinophilen Granulozyten. 5. Freisetzung des toxischen Granulainhalts. 17

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115 Abwehr von Helminthen When-white-blood-cells-ATTACK-Amazing-video-captures-moment-immune-takes-parasitic-worm.html 19

116 Effektorfunktionen von CD-4 + T-Zellen T H 17-Zell induzierte Aktivierung von Epithelzellen und Anlockung von Neutrophilen Entwicklung zu T H 17-Zellen nach Stimulation naiver T-Helferzellen mit TGF- und IL-6 T H 17-Effektorzellen setzten proinflammatorische Zytokine IL- 6, IL-17A und IL-17F frei Aktivierung des Epithels Anlockung neutrophiler Granulozyten T H 17-Zellen sind vor allem an der Abwehr extrazellulärer Erreger beteiligt 19

117 IL-12, IFN-g IL-4 TGF-b, IL-6 TGF-b T H 1 T H 2 T-bet IL-10 GATA-3 CD-4 positive T-Zellen - Subtypen IFN-g IFN-g IL-10 IL-4, IL-5 T H 17 RORgT IL-6, IL-17A, IL-17F T reg FoxP3 TGF-b, IL-10 TH17-Zellen Makrophage B-Zelle Epithelzelle Antigenpräsentierende Zelle Aktivierung und Mobilisierung von Makrophagen Aktivierung von B-Zellen und Antikörperproduktion Aktivierung von Epithelzellen und Anlocken von Neutrophilen Hemmung von APC und autoreaktiven T-Zellen Abwehr intrazellulärer Erreger => zelluläre Antwort Abwehr löslicher Pathogene => humorale Antwort Abwehr extrazellulärer Erreger => zelluläre Antwort Unterbrechung zellulärer immunologischer Prozesse 20

118 Effektorfunktionen von CD-4 + T-Zellen T reg -Zell vermittelte Suppression von T-Zellen Treg Zellen sind CD4, CD25 positive Zellen, die sich durch die Expression des Transkriptionsfaktors FOXP3 auszeichnen. Sie werden im Thymus selektiert (natürlich vorkommende Treg) können aber in der Peripherie induziert werden (induzierte Treg). Durch Freisetzung von antiinflammatorischen Zytokinen wie IL-10 oder TGF- können sie APC und autoreaktive T-Zellen hemmen. Sie sind wichtig bei Prozessen der Immunotoleranz. 21

119 IL-12, IFN-g IL-4 TGF-b, IL-6 TGF-b IFN-g CD-4 positive T-Zellen - Subtypen T H 1 T H 2 T H 17 T-bet IL-10 GATA-3 RORgT T reg FoxP3 IFN-g IL-10 IL-4, IL-5 IL-6, IL-17A, IL-17F TGF-b, IL-10 Makrophage Treg-Zellen B-Zelle Antigenpräsentierende Zelle Epithelzelle Aktivierung und Mobilisierung von Makrophagen Aktivierung von B-Zellen und Antikörperproduktion Aktivierung von Epithelzellen und Anlocken von Neutrophilen Hemmung von APC und autoreaktiven T-Zellen Abwehr intrazellulärer Erreger => zelluläre Antwort Abwehr löslicher Pathogene => humorale Antwort Abwehr extrazellulärer Erreger => zelluläre Antwort Unterbrechung zellulärer immunologischer Prozesse 22

120 Wie beseitigen die Effektor-T-Zellen die intrazelluläre Infektion? 2. Effektorfunktionen von CD8+T-Zellen 23

121 Effektorfunktionen von CD-8 + T-Zellen cytotoxische T-Killerzellen (CTL) erkennen MHC-I assoziierte Peptide von cytoplasmatischen Erregern aktivierte CTL sezernieren Perforin und Granzym Perforin bildet Poren in der Membran der infizierten Zelle, durch die die Protease Granzym in die Zelle gelangt und als klassischen Effektormechanismus Apoptose auslöst weiteres Effektormolekül auf CTL ist Fas-L Fas-L bindet an Fas auf der infizierten Zelle, induziert die Aktivierung unterschiedlicher Caspasen und in Folge Apoptose 24

122 CD8+ T- Effektorzellen und Funktion Aktivierung von zytotoxischen Effektor-T-Zellen Produktion apoptotischer Faktoren CD8 + - Effektor- T-Zelle T c Fas-L Perforin Granzyme Fas Effektormachanismus Poren Virus-infizierte Zelle Fas-L Fas Caspase-8 Apoptose 25

123 Kooperation von CD4 + - und CD8 + Effektorzellmechanismen Wird ein Makrophage von einem Erreger infiziert, gelangen die meisten Erreger in Vesikel (Phagolysosomen) und werden durch CD4+ T-Zell getriebene Aktivierung der Makrophagen in den Vesikeln abgetötet. Es gibt aber auch Erreger, die den Vesikeln entkommen und sich im Cytoplasma befinden. CD8+ T-Zellen erkennen Antigene von cytoplasmatischen Erregern und werden benötigt, um die infizierte Zelle abzutöten und das Reservoir an Erregern zu eliminieren. 26

124 Abtötung der Erreger im Vesikel Abtötung der infizierten Zelle 27

125 Check Liste Zelluläre Effektormechanismen Zelluläre Immunantwort: gerichtet gegen intrazelluäre Krankheitserreger CD4- und CD8-positive T-Zellen proliferieren und differenzieren nach Antigenerkennung und Costimulation unter Mithilfe von Adhäsionsmolekülen zu T-Effektorzellen. Die Signaltransduktion der T-Zellaktivierung läuft über Phosphorylierungsreaktionen am konstanten Teil des TCR und seinen akzessorischen Proteinen (CD3, z-kette). Klonale Expansion der T-Zellen wird durch Bindung von IL-2 am hochaffinen IL-2 Rezeptor induziert. Differenzierung der CD4 positiven T-Zellen ist abhängig von umgebenden Zytokinen. IL-12 führt zu T H 1, IL-4 zu T H 2 Effektorzellen. Änderungen im Expressionsmuster von Adhäsionsmolekülen und Chemokinen bedingen eine Wanderung von T-Effektorzellen Zellen aus den sekundären lymphatischen Organen zum Ort der Infektion. T H 1-Zellen aktivieren antigenspezifisch Makrophagen, die die in Vesikel aufgenommenen Erreger über Synthese toxischer Substanzen abtöten. T H 2-Zellen aktivieren B-Zellen insbesondere IgE Antikörper zu produzieren. CD8+-Effektorzellen spüren infizierte Zellen über Erkennung von MHC-I Peptidkomplexen auf und töten diese durch Apoptose-induzierende Proteine (Fas-L, Perforin, Granzym). 28

126 Die adaptive Immunantwort Effektorzellen und Effektormechanismen T-Zelluläre Mechanismen = zelluläre Antwort B-Zell vermittelte Mechanismen = humorale Antwort 29

127 B-Effektorzellen B-Zellaktivierung und Differenzierung B-Zell Effektormechanismen 30

128 B-Zellaktivierung und Differenzierung Signaltransduktion 32

129 Tyrosinphosphorylierung Aktive Enzyme Transkriptionsfaktoren 33

130 B-Zellaktivierung und Differenzierung Antigenbindung bedingt ein Crosslinking der Ig Rezeptoren, was Rezeptor-assoziierte Tyrosinkinasen der Src-Familie aktiviert. Die Src-Kinasen phosphorylieren die ITAMs von Iga und Ig. Dies führt zur Rekrutierung einer weiteren Kinase, der Syk. Aktivierte Syk phosphoryliert verschiedene Adapterproteine, die eine Aktivierung unterschiedlicher Enzyme/Kinasen (PKC, MAPK) vermitteln. Am Ende der Kaskade werden Transkriptionsfaktoren, die für die Proliferation und Differenzierung von B-Zellen von Bedeutung sind, aktiviert. 34

131 B-Zellaktivierung und Differenzierung Aktivierung 35

132 Proliferation Differenzierung zu Plasmazelle Antigenspezifischer Antikörper 36

133 B-Zellaktivierung und Differenzierung B-Zellaktivierung durch T-Helferzellen B-Zellen präsentieren an BCR-gebundene Antigene nach Aufnahme und Prozessierung als MHC-II/Peptidkomplex. Antigenspezifische CD4-Zellen (insbesondere T H 2-Zellen) binden über ihren TCR an den MHC-II Komplex. Das zweite Signal ist die Interaktion von CD40-L auf der T-Zelle und CD40 auf der B-Zelle, das anschießend zur Expression und Freisetzung von IL-4, IL-5 und IL-6 führt. Diese Zytokine sind B-Zellwachstumsfaktoren. Nach Bindung an ihre Rezeptoren auf den B-Zellen, kommt es zur klonalen Expansion und Differenzierung der B-Zellen in antikörperproduzierende Plasmazellen. Der Plasmazellklon produziert einen monoklonalen Antikörper der die gleiche Antigenspezifität besitzt wie das membrangebundene Immunglobulin der B-Zelle (BCR). 37

134 B-Zellaktivierung und Differenzierung Differenzierung 38

135 B-Zelle T-Helferzellen: CD40-L, Zytokine T H 1: IFN-g T H 2: IL-4 Schleimhäute: Zytokine, TGF-b IgM IgG- IgE IgA Unterklassen (IgG1, IgG3) Effektorfunktionen Komplement- Aktivierung Fc-Rezeptorabhängige Phagozytoseantwort Komplement- Aktivierung Neonatale Immunität (Plazentagängig) Immunität gegen Würmer Mastzelldegranulation (sofortige Hypersensitivität) Schleimhautimmunität (Transport des IGA durch das Epithel) 39

136 B-Zellaktivierung und Differenzierung Isotyp Switching Antigen-stimulierte B-Zellen ohne Kontakt mit T-Helferzellen bzw. CD40-L differenzieren zu IgM produzierenden B-Zellen. Die Interaktion einer T-Helferzelle mit einer B-Zelle führt je nach T-Zellsubtyp zur Sekretion unterschiedlicher Zytokine: -T H 1 : IFN IgG-Antikörper -T H 2 : IL-4 IgE-Antikörper In Schleimhäuten werden B-Zellen von TGF- und anderen Zytokinen stimuliert und differenzieren zu IgA produzierenden B-Zellen. 40

137 42

138 B-Zellaktivierung und Differenzierung Selektion hochaffiner B-Zellen B-Zellen, die durch T-Helferzellkontakt aktiviert wurden, wandern in die Keimzentren der lymphatischen Organe. Während der Proliferationsprozesse kommt es zu somatischen Mutationen in den variablen Bereichen der Ig-Gene und zu einer gesteigerten Affinität der Immunglobuline. Hoch affine B-Zellklone werden selektioniert. Sogenannte follikuläre dendritische Zellen tragen Antigene in Form von Immunkomplexen oder Komplementkomplexen auf ihrer Oberfläche. Nur diejenigen B-Zellen, deren Ig-Rezeptoren Antigene auf follikulären Zellen mit hoher Affinität erkennen überleben. 41

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140 B-Zellaktivierung und Differenzierung Rolle von Komplement in der B-Zellaktivierung Aktivierung von Komplement als angeborene Immunantwort gegen Krankheitserreger führt zur Bindung von Komplementfaktoren, u.a. C3d (Abbauprodukt von C3b) an den Erreger. B-Zellen erkennen C3d über ihren CR-2-Rezeptor (Komplementrezeptor 2). CR-2 wiederum ist mit einem Proteinkomplex (CD19, CD81) assoziiert, der in der Aktivierungssignalkaskade von Bedeutung ist. Eine B-Zelle kann also simultan ein Antigen mit ihrem Ig-Rezeptor binden und über gebundenes C3d mit ihrem CR2 Rezeptor. Die Komplementproteine können so das notwendige zweite Signal für eine Aktivierung der B-Zelle darstellen. 43

141 45

142 B-Zellaktivierung und Differenzierung Primäre und sekundäre Antikörper Antwort In der primären Antwort reagiert eine naive B-Zelle in peripheren lymphatischen Organen auf Antigenerkennung mit Proliferation und Differenzierung in antikörperproduzierende B-Zellen und Gedächtniszellen. Nach erneutem Antigenkontakt kommt es zur Sekundärantwort, die sich durch Aktivierung von Gedächtniszellen auszeichnet. Dies führt zu größeren Mengen an Antikörpern, die häufig einen anderen Isotyp und erhöhte Affinität im Vergleich zu den Antikörpern der Primärantwort aufweisen. Die Merkmale der Sekundärantwort treten vor allem bei Protein-Antigenen (TD) auf. 46

143 47

144 B-Zellaktivierung und Differenzierung Regulation der Antiköper Produktion Sezerniertes IgG bildet Immunkomplexe mit Antigenen. Diese Immunkomplexe können über Fc-Rezeptoren an eine B-Zelle binden. Gleichzeitig binden Ig-Rezeptoren auf der B- Zelloberfläche das Antigen des Immunkomplexes. Die Aktivierung der Fc-Rezeptoren führt zur einer Inhibierung der B-Zell- Aktivierung, die durch Antigenbindung ausgelöst wird. 48

145 B-Effektorzellen B-Zellaktivierung und Differenzierung B-Zell Effektormechanismen 49

146 B-Zell Effektormechanismen Eigenschaften von Antikörpern 50

147 B-Zell Effektormechanismen Effektorfunktionen von Antikörpern B-Zellen, die durch Antigene aktiviert werden produzieren Antikörper. Antikörper unterschiedlicher Isotypen haben unterschiedliche Effektorfunktionen. 51

148 IgG, IgM IgE IgG IgG IgG, IgA Komplementaktivierung Mastzell- Aktivierung Antikörper- Vermittelte Zelltoxizität (ADCC) Opsonisierung Neutralisation 52

149 53

150 B-Zell Effektormechanismen Antikörper-vermittelte Opsonierung und Phagozytose Antikörper, bevorzugt der Subklassen IgG1 und IgG3 haften an Erreger und werden dann von Fc-Rezeptoren hoher Affinität (Fc RI, CD64), die sich auf Phagozyten befinden, erkannt. Durch IgG Bindung aktivierte Fc RI Rezeptoren vermitteln eine verbesserte Phagozytose der opsonierten Erreger und die Produktion toxischer Faktoren. 54

151 55

152 B-Zell Effektormechanismen Antikörper-vermittelte Abtötung von Zellen Antikörper bestimmter Isotypen (IgG) erkennen infizierte Zellen und binden an deren Oberfläche. NK- Zellen tragen Fc Rezeptoren vom Fc RIIIA (CD16) Typ und binden an die mit IgG umhüllten infizierten Zellen. Der Fc Rezeptor vermittelt die Aktivierung der NK-Zelle was zur Abtötung der infizierten Zelle führt. 56

153 58

154 B-Zell Effektormechanismen Transport von IgA durch die Schleimhautepithelien In den Schleimhäuten der Atemwege und des Gastrointestinaltraktes werden IgA Antikörper von Plasmazellen in der Lamina propria produziert. Sie binden an einen spezifischen Fc- Rezeptor, der Poly-Ig-Rezeptor genannt wird und an der basolateralen Seite der Schleimhautepithelzellen exprimiert wird. Es kommt zur Transzytose und IgA wird an der luminalen Seite des Epithels freigesetzt. Dazu ist eine proteolytische Spaltung des Poly- Ig-Rezeptors notwendig. IgA Antikörper fangen Erreger im Lumen ab und verhindern eine Infektion über die Schleimhäute. 57

155 Check Liste : Humorale Effektormechanismen Die humorale Antwort ist durch Antikörper vermittelt und richtet sich gegen extrazelluläre Erreger und deren Toxine. Die humorale Antwort wird durch eine Antigenerkennung spezifischer Immunglobulin Rezeptoren auf B-Zellen initiiert. Die Signaltransduktion, die von durch Antigen quervernetzte Ig- Rezeptoren ausgelöst wird, ist durch Aktivierung von Tyrosinkinasen gekennzeichnet und mündet in die Aktivierung bestimmter Transkriptionsfaktoren, die für Proliferation und Differenzierung von B-Zellen in Antikörper produzierende Zellen von Bedeutung sind. Es gibt T-zellabhängige Antigene (Proteinantigene) und T-zellunabhängige Antigene (Polysaccharide, Lipide, Nukleinsäuren). Proteinantigene aktivieren CD4 Helferzellen, die als zweites Signal für die B-Zellaktivierung notwendig sind. CD40L Interaktion und die Freisetzung bestimmter T-Zell-Zytokine bewirken einen Isotypenwechsel der Antikörper die von der aktivierten B-Zelle produziert werden. Aktivierte B-Zellen bilden Keimzentren in den lymphatischen Organen aus. Dort kommt es zu ausgeprägten somatischen Mutationen (Affinitätsreifung). Die Antikörper mit der höchsten Affinität werden durch Kontakt mit follikulären dendritischen Zellen selektioniert Antikörper vermitteln unterschiedliche Effektormechanismen. Sie verhindern eine Infektion, indem sie den Erreger binden. Sie neutralisieren die schädliche Wirkung von Toxinen. Sie opsonisieren Erreger und verbessern deren Phagozytose und Abtötung. Antikörper können auch eine NK-Aktivität induzieren und damit infizierte Zellen abtöten (ADCC). Außerdem induzieren sie die Aktivierung des Komplementsystems. 59

156 . Zusammenfassung: adaptives Immunsystem Lymphozyten sind die Hauptakteure der adaptiven Immunantwort. Sie verfügen über zwei unterschiedliche spezifische Systeme um extrazelluläre und intrazelluläre Krankheitserreger zu erkennen und zu bekämpfen. B-Zellen tragen an ihrer Zelloberfläche Immunglobuline als Antigenrezeptoren und sezernieren nach ihrer Aktivierung und Differenzierung diese als lösliche Antikörper. Antikörper ermöglichen als lösliche Waffen die Bekämpfung von Krankheitserregern, die sich im Extrazellularraum aufhalten (humorale Antwort). T-Zellen besitzen Rezeptoren (TCR) die Peptidfragmente intrazellulärer Krankheitserreger erkennen können. Je nachdem in welchen Zellkompartimenten sich die Pathogene aufhalten, werden die abgebauten Antigene mit Hilfe der MHC-Moleküle an die Zelloberfläche der infizierten Wirtszelle gebracht. Der Typ von MHC-Peptid- Komplex bestimmt die Wechselwirkung der Wirtszelle mit den verschiedenen T-Effektorzellen. Zytotoxische T-Zellen erkennen MHC-I Komplexe und töten die infizierte Zelle ab. T H 1 und T H 2 Zellen sind auf MHC-II Komplexe spezialisiert und aktivieren den gebundenen Makrophagen bzw. die B-Zelle. T-Zellen sind also sowohl für die zelluläre als auch humorale adaptive Immunantwort von entscheidender Bedeutung. Die adaptive Immunantwort ist als eine Weiterentwicklung der angeborenen Immunität zu sehen, wobei die spezifische Antigenerkennung durch stark diversifizierte Rezeptoren ein zentrales Merkmal ist. Die Diversität der Rezeptorstrukturen ist durch somatische Rekombination von Genfragmenten, die für die variablen antigenbindenden Regionen der Rezeptoren kodieren ermöglicht. Die adaptive Immunantwort kann aber nicht nur Krankheitserreger beseitigen. Sie erzeugt gleichzeitig durch klonale Selektion eine Population von ausdifferenzierten Gedächtniszellen. Dies ermöglicht bei einer erneuten Infektion eine schnellere und wirksamere Effektorreaktion. 60