Jürgen Neumann. Immunbiologie. Eine Einführung. Mit 124 Abbildungen

Transkript

1 Springer-Lehrbuch

2 Jürgen Neumann Immunbiologie Eine Einführung Mit 124 Abbildungen 123

3 Dr. Jürgen Neumann Universität Bonn Abteilung Immunbiologie Römerstraße Bonn Umschlagabbildungen links: Querschnitt durch einen Lymphknoten (= Abb. 1.5), rechts: Immunfluoreszenzfärbung von epidermalen Langerhans-Zellen ISBN e-isbn DOI / Springer Lehrbuch ISSN Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar Springer-Verlag Berlin Heidelberg Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Produkthaftung: Für Angaben über Dosierungsanweisungen und Applikationsformen kann vom Verlag keine Gewähr übernommen werden. Derartige Angaben müssen vom jeweiligen Anwender im Einzelfall anhand anderer Literaturstellen auf ihre Richtigkeit überprüft werden. Einbandgestaltung: WMX Design GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier springer.com

4 Vorwort Dieses Lehrbuch ist aus dem Kurs Immunbiologie hervorgegangen, den der Verfasser im Rahmen des Diplom-Studienganges Biologie an der Universität Bonn etwa sechs Jahre lang durchgeführt hat. Der Kurs soll einen Einblick in die Vielfalt dieses Faches geben und das grundsätzliche Verständnis für immunbiologische Vorgänge ermöglichen. Die Immunbiologie ist eine interdisziplinäre Wissenschaft. In ihr vereinigen sich viele Gebiete aus der Biochemie, der molekularen Genetik und der Physiologie. Unser Wissen auf allen diesen Gebieten hat sich in den letzten Jahrzehnten explosionsartig vergrößert und zu immer tieferen Erkenntnissen von immunbiologischen Vorgängen geführt. Es ist daher sicher nicht problemlos, in einem kurzen Lehrbuch die wichtigsten Zusammenhänge darstellen zu wollen. Darum richtet sich dieses Buch auch in erster Linie an Studentinnen und Studenten der Fächer Medizin, Biologie, Physiologie, Pharmakologie und Biochemie, die sich chemische und molekularbiologische Grundkenntnisse in den ersten Semestern angeeignet haben sollten. Selbst wenn diese Kenntnisse lückenhaft sind, kann dieses Lehrbuch durchgearbeitet werden, wenn daneben einführende Lehrbücher der Biochemie und Genetik benutzt werden. Um den Leser an aktuellen Themen teilhaben zu lassen, wurden in diesem Lehrbuch bewusst aktuelle Fragen zur Steuerung der Immunität aufgegriffen. Die Antworten auf viele dieser Fragen sind letztlich noch nicht gesichert und befinden sich im Fluss von wissenschaftlichen Erkenntnissen. Bedanken möchte ich mich bei denjenigen Studierenden, die mich dazu motiviert haben, auf der Basis von Tafelbildern ein einführendes Lehrbuch in die Immunbiologie zu schreiben. Mein besonderer Dank gilt Frau B. Hoffzimmer für zahlreiche Tipps und Verbesserungsvorschläge im Manuskript, sowie Frau S. Wolf vom Springer-Verlag und Frau Dr. C. Schön für ihre kritische und fachkundige Mitwirkung bei der Korrektur und der Gestaltung dieses Buches. Über dies danke ich meiner Familie, für ihre Unterstützung und ihr Verständnis in den vielen Stunden meiner Abwesenheit. Bornheim, November 2007 J. Neumann

5 Inhalt 1 Das Immunsystem 1.1 Bedeutung des Immunsystems Das Immunsystem unterscheidet zwischen körpereigen und körperfremd Der Hämatopoetische Stammbaum Lymphatische Organe Lymphknoten Milz Immunabwehr in der Haut Immunabwehr in der Mukosa Thymus Die Wanderung von Lymphozyten zwischen Blut und Lymphe Angeborene und erworbene Immunität Aufgaben Spezielle Literatur Rezeptoren des Immunsystems 2.1 Rezeptoren der angeborenen Immunität Rezeptoren der erworbenen Immunität Aufbau von Antikörpern Antikörperklassen Antikörpervielfalt Der T-Zell Rezeptor Aufbau des T-Zell Rezeptors Die T-Zell Rezeptor Vielfalt Der MHC Die genomische Organisation des MHC Die Struktur von MHC-I und -II Molekülen Die Nomenklatur von MHC-I und -II Molekülen Die Bindungseigenschaften von MHC-I und -II Molekülen Der MHC-I und -II Prozessierungsweg Die MHC-Restriktion MHC Klasse-I ähnliche Rezeptoren CD1: Lipidpräsentierende Rezeptoren

6 VIII Inhalt HLA-G und HLA-E: Bedeutsam für die Schwangerschaft M10 Proteine: Teil eines intrinsischen Partnervermittlungsapparates? Aufgaben Spezielle Literatur Entwicklung und Aktivierung von T-Zellen 3.1 Entwicklung von T-Zellen Thymopoese im Überblick Bedeutung von γδ-t-zellen NKT-Zellen und regulatorische T-Zellen Der T-Zell Rezeptorkomplex Aktivierung von CD4 + T-Zellen Aktivierung von CD8 + T-Zellen Die B7/CD28 Familie Gedächtnis T-Zellen Die immunologische Synapse Adhäsionsmoleküle Signaltransduktionskaskade Bedeutung von T-Helfer Zellen und zytotoxischen T-Zellen Aufgaben Spezielle Literatur Entwicklung und Aktivierung von B-Zellen 4.1 Entwicklung von B-Zellen Der B-Zell Rezeptor Komplex B-Zell Aktivierung Thymus abhängige und Thymus unabhängige Antigene Signaltransduktion durch Thymus abhängige Antigene Komplementrezeptor vermittelte Signaltransduktion in B-Zellen B1 B-Lymphozyten Toll-like Rezeptoren und B-Zell Aktivierung Aufgaben Spezielle Literatur Effektorreaktionen von angeborener und erworbener Immunität 5.1 Allgemeines Das Komplementsystem Aktivierung des Komplementsystems Anaphylatoxine Komplementrezeptoren

7 Inhalt IX Komplementproteine werden auf körpereigenen Zellen inaktiviert Cytokine Cytokinrezeptoren Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) Aktivierung von Makrophagen durch LPS Aktivierung von Makrophagen durch T H1 -Zellen (Effektorreaktion von T H1 -Zellen) Effektorreaktion von zytotoxischen CD8 + T-Zellen Infektion und Bekämpfung: CD4 + T-Zellen im Überblick Infektion und Bekämpfung: CD8 + T-Zellen im Überblick Aufgaben Spezielle Literatur Toleranz, Transplantatabstoßung, Allergie, Autoimmunität, HIV und AIDS 6.1 Zentrale und periphere T-Zell Toleranz Zentrale und periphere B-Zell Toleranz Transplantatabstoßung Die hyperakute Transplantatabstoßung Die T-Zell vermittelte, akute Transplantatabstoßung Die T-Zell vermittelte, langsame Transplantatabstoßung Reaktionen des Transplantates gegen den Empfänger: graft versus host disease Allergie und Autoimmunität Typ-I Hypersensitivität Entstehung von Autoimmunerkrankungen Beispiele für Autoimmunerkrankungen HIV und AIDS Epidemiologie Aufbau des HI-Virus Genomische Organisation Der virale Lebenszyklus Klinischer Verlauf einer unbehandelten HIV-Infektion HIV Pathogenese Therapie Aufgaben Spezielle Literatur Das Immunsystem der Invertebraten 7.1 Zelluläre Bestandteile des Immunsystems der Invertebraten Immunozyten: Zelluläre Effektorreaktionen Phagozytose Kapselbildung durch Immunozyten

8 X Inhalt Bildung von Granulomen Humorale Effektormoleküle des Immunsystems der Invertebraten Antimikrobielle Polypeptide Agglutinine Das Prophenoloxidase aktivierende System Cytokine, Neuopeptide und Opioide Komplement ähnliche Faktoren Toll und die Evolution des angeborenen Immunsystems Toll und der Interleukin-1 Rezeptor Signaltransduktion durch Toll und dem Interleukin-1 Rezeptor Toll Rezeptoren: Regulatoren von angeborener und erworbener Immunität Invertebraten und der Ursprung der adaptiven Immunität Aufgaben Spezielle Literatur Literaturverzeichnis Anhang A Lösungen Anhang B Nobelpreise für immunologische Forschung Index