Natürliche Killerzellen. Welche Rolle spielen Sie in der Immunabwehr?

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1 6. Februar 2013 Natürliche Killerzellen Welche Rolle spielen Sie in der Immunabwehr? Dr. med. Volker von Baehr Institut für Medizinische Diagnostik Berlin, Nicolaistraße 22, Berlin ,

2 Zelluläre Elemente des Immunsystems Unspezifisches Immunsystem (angeboren, nicht lernfähig) Monozyten Gewebemakrophagen Granulozyten - Neutrophile (PMN) - Eosinophile - Basophile Spezifisches Immunsystem (erworben, lernfähig) - T-Lymphozyten - B-Lymphozyten Mastzellen Natürliche Killerzellen

3 ?

4 Was sind NK-Zellen? Lymphozytenähnliche Zellen des unspezifischen Immunsystems, die veränderte körpereigene Zellen (Tumorzellen, virusinfizierte Zellen) erkennen und abtöten können Sie benötigen kein priming (Erstkontakt) Sie haben keinen antigenspezifischen Rezeptor (nicht zur Antigen- Selektion befähigt) NK-Zellen haben Rezeptoren für: IL-2, IL-12, IL-15, IL-18, IFN-α, IFN-γ NK-Zellen setzen proentzündliche Zytokine frei: IFN-γ, TNF-α, GM-CSF, IL-2 NK-Zellen haben die gleichen Effektormoleküle wie zytotoxische T-Lymphozyten Perforin, Granzyme, FAS-Ligand, TRAIL

5 10 30 % der Lymphozyten-ähnlichen Zellen im Blut sind Natürliche Killerzellen g 31 15,7 0,

6 Was differenziert NK-Zellen und T-Lymphozyten? CD4-Helferzelle reife NK-Zelle CD3+ T CD4+ NK CD57++ CD16+ CD8-Lymphozyt CD3+ T CD8+ CD56(+) Merkmal der NK-Zellen: Den NK-Zellen fehlt der T-Zellrezeptor CD3. NK-T-Zelle (ca. 5 %) CD3+ T CD8+ CD16+ CD56+

7 Reifeprozess einer NK-Zellen unreife NK-Zelle gereifte NK-Zelle CD57++ NK CD16+ NK CD16+ NK CD16+ CD56++ CD56+ CD56(+) Rückgang der CD56-Expression Zunahme der Granuladichte Zunahme der CD57-Expression

8 Die Anzahl der reifen CD57+ NK-Zellen ist bei Patienten mit chronischen Infektionen erniedrigt.... auch bei der chronischen Borreliose

9 Normalbefund Normale Zahl an NK-Zellen, niedriger Anteil an reifen NK-Zellen Chronische Infektion möglich Erniedrigte NK-Zellen, dadurch bedingt niedrige Zahl an reifen NK-Zellen Chronische Infektion möglich, DD: Immundefizit

10

11 Wie erkennen NK-Zellen die Entartung ihrer Zielzelle?... anders als CD8+ T-Lymphozyten

12 Wie machen es zytotoxischen T-Lymphozyten (CD3+/CD8+/CD28+)? essentielle kostimulierende Moleküle Gesunde Körperzelle CD80/86 MHCI CD28 CD8+ T-zytotoxisch -spezifisch Kein passender T-Zell-Rezeptor für körpereigene Proteiner keine Aktivierung, d.h. Toleranz der körpereigenen Zelle Tumorzelle CD80/86 MHCI CD28 passender T-Zell-Rezeptor für das (neue) Fremdantigen CD8+ T-zytotoxisch -spezifisch Klonale Expansion dieser T-Zellspezifität Zytokinproduktion Zytotoxizität

13 Ein Problem entsteht, wenn sich die Tumorzellen der Kontrolle durch CD8+ zytotox. T-Zellen durch fehlende MHC-I-Expression entziehen! Tumorzelle CD80/86 CD28 kein MHC-I CD8+ T-zytotoxisch -spezifisch keine Präsentation des Tumorantigens keine Aktivierung, d.h. Toleranz gegenüber der körpereigenen Zelle Auch Viren wie CMV und EBV nutzen diesen escape Mechanismus.

14 Dann bleiben nur noch die NK-Zellen, denn: eine fehlende MHC-I-Expression stellt für NK-Zellen einen Angriffsreiz dar Duldung der normalen MHC-I-exprimierenden Wirtszelle, da der KIR- Rezeptor binden kann. Bei fehlender MHC-I-Expression Angriff der (entarteten oder virusinfizierten) Zelle, da der KIR- Rezeptor nicht binden kann.

15 Angriff einer Tumorzelle durch zwei NK-Zellen

16 Wie eliminiert die NK-Zelle die entartete Zielzelle?

17 NK-Zellen lösen über 2 unabhängige Wege die Apoptose der Zielzelle aus 1. Perforin-/Granzyme-Weg NK Granzyme Perforin IFN-γ DNA- Abbau Targetzelle Perforineffekt öffnet Zellmembran Granzyme wird internalisiert und induziert in der Zielzelle die Apoptose NK Antikörper gegen das Zielantigen DNA- Abbau Perforineffekt unter zusätzlicher Vermittlung eines Antikörpers = ADCC (antibody dependent cellular cytotoxicity)

18 2. Fas/ Fas-Ligand-Weg NK FAS- Ligand FAS DNA- Abbau Todeskuss Induktion von Zellapoptose Die Apoptose (altgr. apoptosis abfallen ) ist eine Form des programmierten Zelltods. Es ist ein Selbstmordprogramm über welches jede Körperzelle verfügt. Das bedeutet, dass NK-Zellen ihre Zielzellen nicht lysieren, sondern sie induzieren in der Zielzelle den programmierten Zelltod (Apoptose).

19 Labordiagnostik rund um die NK-Zelle

20 Die Zahl der im Blut zirkulierenden NK-Zellen ist von geringer Bedeutung g 31 15,7 0,

21 Bei der Labordiagnostik von NK-Zellen spielt die Funktion der NK-Zellen die überragende Rolle Indikationen für den NK-Zell-Zytotoxizitätstest: - Kontrolle der NK-Zellfunktion bei Tumorerkrankungen - Ausschluss eines primären oder sekundären NK-Zelldefektes bei Patienten mit chronischen Infektionen - CMV - EBV, - Borrelien? - Chlamydien? - Mykoplasmen? - Mykobakterien?

22 Wie funktioniert der NK-Zell-Funktionstest 10 ml Heparinblut des Patienten K562-Tumorzelle (MHC-Klasse I negativ) Isolation der NK-Zellen des Patienten NK NK NK NK NK NK Färbung der Tumorzellen mit dem lipophilen Membranfarbstoff Calcein Pooling der Tumor- Zellen mit den NK-Zellen des Patienten Start der Tumorzell-Apoptose durch die NK-Zellen des Patienten

23 Abtötung der Tumorzellen in Abhängigkeit von der NK-Zell-Funktion Die zerstörten Tumorzellen setzen den Farbstoff Calcein frei Nach Zentrifugation wird der freie Farbstoff im Überstand durch Fluorometrie gemessen Die Apoptose-Rate wird in % angegeben

24 Welche Aussagen hat der NK-Zell-Zytotoxizitätstest? Wie ist die aktuelle NK-Zellfunktion? Welche NK-Zellfunktion kann bei optimaler Aktivierung der vorhandenen NK-Zellen erreicht werden?

25 Aussagekraft des IL2-Wertes im NK-Zell-Zytotoxizitätstest Patient A NK-Zellfunktion: schlecht Prognose für IS: schlecht Patient B NK-Zellfunktion: schlecht Prognose für IS: gut Patient C NK-Zellfunktion: gut Prognose für weitere IS: gut, wenn gewollt Patient D NK-Zellfunktion: sehr gut IS nicht notwendig

26 Eine fehlende TH1-Unterstützung auf Grund einer TH2-Dominanz macht eine Rekonstitution der NK-Zellfunktion schwieriger A.K , Colon-Ca Ausgangsbefund

27 Folgebefund nach 10 Wochen immunstimulierender Therapie

28 Lässt sich mit einem Labortest seriös vorhersagen, welche Präparate die NK-Zellen eines Patienten aktivieren können?

29 ... zumindest kann eine Aussage getroffen werden, welche Präparate individuelle NK-Zellen aktivieren! Untersucht wird die in vitro-induktion des Aktivierungsmarkers CD69 auf NK-Zellen durch immunstimulierende Präparate CD16 CD h CD56 NK nur NK-Zellen in der Zellkultur (Basalwert) NK-Zellen + Immunpräparate + Mitogenkontrolle Zytofluorometrische Analyse der CD69-Expression

30 Negativkontrolle Positivkontrolle Die Steigerung der Expression von CD69 auf den Patienten-NK-Zellen im Vergleich zum Basalwert ist der Gradmesser für das individuell zu erwartende Ansprechen auf die Therapie. In diesem Fall zeigen Biobran und Curcumin einen deutlichen Effekt

31

32 Veränderung der NK-Zellen im Alter Anzahl im Blut nimmt im Alter zu aber die Funktionalität nimmt ab - Lysekapazität trotz unverändertem Perforingehalt der NK-Zellen - Aktivierbarkeit (CD25 und CD71-Expression) nimmt ab - Freisetzung von IFN-γ und Chemokinen nimmt ab - Proliferationsfähigkeit nimmt ab Widerspruch zur erhöhten Zahl ist durch verminderte Chemotaxis in das Gewebe zu erklären.

33 Zusammenfassung Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) unterscheiden sich von zytotoxischen CD8+/CD28+ T-Lymphozyten dadurch, dass sie veränderte körpereigene Zellen (Tumorzellen, virusinfizierte Zellen) T-Zell-Rezeptor-unabhängig erkennen und abtöten. NK-Zellen töten Zielzellen durch Induktion von Apoptose. Ihre Zahl im Blut ist für die Immundefektdiagnostik wenig relevant. (Ausnahme: Anteil an CD57++ reifen NK-Zellen) Die Funktionsdiagnostik erfolgt mit dem NK-Zell-Funktionstest. Die Testung von Präparaten ist nur an Hand der CD69-Aktivierung möglich. Im Alter nimmt die Funktion der NK-Zellen ab, die NK-Zellzahl im Blut steigt (kompensatorisch) eher an.

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