Ein Selbstlernkurs zum Thema Immunologie für SII. Das Immunsystem

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1 Ein Selbstlernkurs zum Thema Immunologie für SII Das Immunsystem 1) Vorkenntnisse sind dringend erforderlich 2) Auswirkungen des Immunsystems auf Blutübertragungen 3) Überblick über die Organe des Lymphsystems, 4) Die Vielfalt der Zellen des Immunsystems 5) Aufbau und Funktion der Lymphknoten 6) MHC (Gewebeunverträglichkeit und Präsentation von antigenen Determinanten) 7) Die Aufgaben verschiedener Zelltypen bei der (humoralen) Immunreaktion a) Makrophagen (selbst erarbeiten), mit Text b) B-Zellen (selbst erarbeiten), mit Text 8) Ablauf der Humoralen Immunabwehr 9) Die zellvermittelte Immunabwehr 10) Übersicht über die gesamte Immunreaktion 11) Kommunikation im Immunsystem (steht neben weiteren Themen auf dem Ausbauplan) 12) verschiedene Antikörper 2) Auswirkungen des Immunsystems auf Blutübertragungen Bei schwerwiegenden Verletzungen mit sehr großem Blutverlust sahen sich in der Vergangenheit Ärzte immer wieder gedrängt, als letzte mögliche Behandlung zur Rettung des Lebens eines Patienten, eine Blutübertragung vorzunehmen, obwohl damals die Ergebnisse unkalkulierbar waren. Meist überstand der Patient den großen Blutverlust oder die darauf erfolgte Blutübertragung nicht, in seltenen Fällen war die Behandlung jedoch erfolgreich. Erst nachdem der Wiener Arzt Karl Landsteiner ( ) als Ursache für die missglückten Blutübertragungen die Unvereinbarkeit aufgrund unterschiedlicher Blutgruppen herausfand und damit Vorhersagen über erfolgreiche und tödliche Blutübertragungen möglich wurden, konnten Blutübertragungen als Behandlungsmethode beherrscht werden. Diese unterschiedlichen Blutgruppen und der Erfolg bzw. Misserfolg einer Blutübertragung stehen ursächlich mit der Wirkungsweise des Immunsystems im Zusammenhang. Wir betrachten hier (nur) die Blutgruppen nach dem AB0-System. Danach gibt es (siehe 1. Spalte der Tabelle unten) die Blutgruppen A, B, AB und 0. Jede der vier Blutgruppen wird grundsätzlich von den antigenen Strukturen (2. Spalte), die sich auf der Oberfläche der roten und weißen Blutkörperchen befinden, bestimmt. Diese Strukturen werden durch die geerbten Gene festgelegt (4. Spalte). Wie die möglichen Genotypen für die verschiedenen Blutgruppen aussehen, steht in der 5. Spalte. Dabei verhalten sich I A und I B dominant gegenüber i, untereinander jedoch intermediär. I A und I B

2 sind also kodominant. (Für die Vererbung der Blutgruppen steht eine eigene Lernseite zur Verfügung.) Blutgruppe/ Phänotyp Antigen Antikörper Gen Genotyp A A antib I A I A I A und I A i B B antia I B I B I B und I B i AB A + B keine I A und I B I A I B 0 keine antia + antib i i i (Es gibt auch noch weitere Untergruppen der Blutgruppen, auf die wir hier nicht eingehen wollen.) Die Antikörper sind in der Regel den Blutgruppen so zugeordnet wie in Spalte 3 der Tabelle dargestellt. Es kommen jedoch auch Abweichungen vor. Das liegt daran, dass die AB0-Blutgruppen-Antikörper wie alle anderen Antikörper gebildet werden: Das Immunsystem bildet gegen alle körperfremden Stoffe, also Stoffe mit denen es über das Blut in Kontakt kommt und die ihm "unbekannt" sind, Antikörper. Diese Moleküle, die die Antikörperbildung auslösen, nennt man Antigene. Stoffe (Molekülstrukturen), mit denen der Organismus vor oder bis kurz nach der Geburt in Kontakt gekommen ist, betrachtet das Immunsystem als körpereigen und "bekannt" und gegen diese produziert es keine Antikörper. Da die Blutgruppenantigene nicht nur auf den Blutkörperchen vorkommen, sondern in der Natur weit verbreitet sind (sie kommen z.b. auch auf unseren E. Coli- Darmbakterien vor), kommt unser Immunsystem automatisch auch mit den Antigenen in Kontakt, die wir selbst nicht auf der Oberfläche unserer Blutkörperchen besitzen. Gegen diese "körperfremden Antigene" werden dann Antikörper gebildet, gegen die körpereigenen Antigene selbstverständlich nicht. Die Antikörper befinden sich im Serum (= Blutflüssigkeit ohne Blutkörperchen). Die Blutgruppenantikörper sind vom Typ IgM. Daneben gibt weitere Antikörpertypen. Blutgruppenantikörper Die tödlichen Blutübertragungen in früheren Zeiten waren darauf zurückzuführen, dass bei Blutübertragungen Blutgruppen mit einem bestimmten Blutgruppen-Antigen mit einer Blutgruppe zusammentrafen, die gegen dieses Antigen die entsprechenden Blutgruppen- Antikörper besaßen, sich die Blutkörperchen mit den Antigenen und den entsprechenden Antikörpern verklumpten und damit die Blutgefäße verstopften. Als Beispiel wählen wir die Blutgruppe A mit Antigenen A. Kommt diese mit einer Blutgruppe zusammen, die Blutgruppen-Antikörper antia enthält, so findet die Verklumpung statt. Dass die Kombination von Antigenen und Antikörpern nicht immer, wie in der Tabelle oben angegeben, auftreten muss und dass das Immunsystem dabei eine ganz wichtige Rolle spielt, zeigt das folgende Beispiel: Bei einer Routineuntersuchung stellte man bei einem Jungen mit der Blutgruppe A fest, dass er keine Blutgruppen-Antikörper B besaß, was normalerweise der Fall ist. (Der Junge besaß Antigene A, aber keine Antikörper B).

3 Nachforschungen ergaben, dass dieser Junge eine Zwillingsschwester mit der Blutgruppe B hatte, und dass man bei der Geburt der beiden Kinder feststellte, dass die Blutkreisläufe der beiden nicht vollständig getrennt waren. An Kontaktstellen, sogenannten Placentaanastomosen, mischte sich das Blut der beiden Feten im Mutterleib. Auftrag: Versuche dieses Phänomen, Blutgruppe A mit Antigenen-A aber keinen Antikörpern antib zu erklären. Welche Blutübertragungen sind möglich? Gedankenexperiment: Wir wollen nun testen, zwischen welchen Blutgruppen man Blut übertragen kann. Zunächst versuchen wir Blut der einzelnen Gruppen mit dem Blut der anderen Gruppen zu mischen: Dazu gehen wir zu einer Seite mit einer virtuellen Mischtabelle Blut mit Blut. Nachdem also klar ist zwischen welchen Blutgruppen man Blut mischen kann, wollen wir untersuchen, ob sich andere Möglichkeiten ergeben, wenn wir Blutkörperchen und Serum durch Zentrifugieren trennen und die getrennten Fraktionen der verschiedenen Blutgruppen mischen. Dazu springen wir zu einer Seite mit einer virtuellen Mischtabelle zwischen Körperchen und Serum der verschiedenen Blutgruppen. Neue Schwierigkeiten bei Transplantationen trotz der Beherrschung der Probleme bei Blutübertragungen Nachdem seit Landsteiner die Blutgruppen verstanden waren und die Blutübertragungen in der Folgezeit in der Regel ohne Komplikationen abliefen, versuchten sich die Mediziner in Notfällen an Transplantationen von Geweben oder Organen und achteten dabei auf die Übereinstimmung der Blutgruppen. Entgegen den Erwartungen gab es erneut große Schwierigkeiten, da die übertragenen Gewebe oder Organe fast immer abgestoßen wurden. Ausnahmen waren nur die erfolgreichen Eigengewebe-Übertragungen. Als Ursache der negativen Ergebnisse fand man, dass es in den Zellmembranen neben den AB0- Antigenen, die schon von den Erythrocyten bekannt waren, bei weißen Blutkörperchen, Blutplättchen und allen Gewebszellen noch weitere so genannte HL-A-Antigene (human leukocyt, locus A) gab. Die von den damals bekannten zwei Genorten mit je 12 bzw. 37 Allelen codierten HL-A-Antigene ermöglichten so viele verschiedene Variationen, dass es nahezu unmöglich erschien, Gewebsspender mit passender HL-A-Übereinstimmung zu finden. Die weiteren Forschungen ergaben, dass diese HL-A-Antigene diejenigen Proteine in den Zellmembranen sind, mit denen die Zellen körperfremde Antigene, die z.b. durch den Befall von Krankheitserregern in den Körper gelangt

4 sind, den Abwehrzellen des Immunsystems präsentieren können. Inzwischen bezeichnet man diese für die Antigenpräsentation verantwortlichen Moleküle als MHC-Proteine nach der "Genfamilie" MHC (major histocompatibility complex), die diese Proteinmoleküle codiert. Mit Hilfe von einem Lückentext Lückentext oder einem Quiz kannst du überprüfen, was du gelernt hast. 3)Die Organe des Immunsystems In der Abbildung links siehst du schematisch die einzenen Teile des Lymphsystems eingezeichnet. Klickst du auf die Abbildung, werden Buchstaben-Markierungen eingeblendet, die zu den Erklärungen unten passen. Die primären Lymphorgane sind 1. das rote Knochenmark (g) (stellvertretend im linken Oberschenkelknochen eingezeichnet) 2. die Thymusdrüse (e), vor dem Herz liegend. [Im Kindesalter stark ausgeprägt, später zurückgebildet] Die sekundären Lymphorgane sind 1. die Lymphknoten (a) 2. die Mandeln [Gaumen- (c) und Rachenmandeln (d)] 3. der Wurmfortsatz (h) 4. die Milz (f) 5. verbunden durch Lymphgefäße (b) Hier etwas ausführlichere Erklärungen zu den wichtigeren Teilen des Lymphsystems: Das rote Knochenmark ist der Ausgangspunkt der verschiedenen Zellen des

5 Blutes und des Immunsystems. Von den multipotenten Stammzellen stammen letztlich als Zellen des Blutsystems die Erythrocyten, die Thrombocyten und die Leukocyten ab, als auch die bei den Allergien beteiligten Mastzellen und die bei der erworbenen Immunität beteiligten Makrophagen, die als Fresszellen Krankheitserreger phagozytieren und mithilfe von MHC-Molekülen deren antigenen Determinanten an ihrer Zellmembran präsentieren. Ebenso stammen aus dem roten Knochenmark die natürlichen Killerzellen der angeborenen Immunität, als auch die B- und T- Lymphocyten der erworbenen Immunität. Diejenigen Lymphozyten, die im "roten Knochenmark" ("bone marrow") ihren Reifungsprozess durchlaufen, werden als B-Lymphozyten bezeichnet. Die Thymusdrüse sitzt über dem Herz und dient der Reifung von Lymphozyten. Lymphocyten, die vom roten Knockenmark in die Thymusdrüse wandern und dort reifen, werden als T-Lymphozyten bezeichnet. Die Thymusdrüse ist im Kindesalter, in dem die Reifungsprozesse der Lymphozyten besonders intensiv ablaufen, sehr ausgeprägt und groß und bildet sich mit den Jahren dann wieder sehr stark zurück. Die Lymphknoten sind entlang der Lymphgefäße angeordnet und dienen den verschiedenen Zellen der erworbenen Immunität als Kommununikationzentren. (Dies wird leichter verständlich, wenn du dir den Aufbau eines Lymphknotens genauer anschaust.) Deinen Lernfortschritt kannst du überprüfen anhand eines Lückentextes oder einem Quiz. 4) Die Vielfalt der Zellen des Immunsystems Im Schema unten findest du eine (etwas unvollständige) Übersicht über die Herkunft der Zellen des Immun- und des Blutsystems. Ausgehend von den multipotenten Stammzellen des Knochenmarks kommt man entweder zu einer myeloiden oder einer lymphatischen Vorläuferzelle. Aus den myeloiden Vorläuferzellen entstehen letztlich als Zellen des Blutsystems die Erythrocyten für den Sauerstofftransport, die Thrombocyten für die Blutgerinnung und als weiße Blutkörperchen (Leukocyten) die bei den Allergien beteiligten Mastzellen und die bei der erworbenen Immunität beteiligten Makrophagen. Die Makrophagen phagocytieren als Fresszellen Krankheitserreger und präsentieren deren antigenen Determinanten mithilfe von MHC-Molekülen an ihrer Zellmembran. Aus der lymphatischen Vorläuferzelle entstehen weitere weiße Blutkörperchen und zwar einerseits die natürlichen Killerzellen der angeborenen Immunität, als auch die B- und T- Lymphocyten der erworbenen Immunität. Die Entwicklung läuft für alle diese Zellen zunächst im Knochenmark ab. Diejenigen Lymphocyten, die im "roten Knochenmark" ("bone marrow") reifen, werden anschließend zu B-Zellen, diejenigen Lymphocyten die in die Thymus-Drüse wandern und dort reifen, zu T-Zellen. Erythrocyt (rotes Blutkörperchen) Thrombocyt (Blutplättch verschiedene Granulocyten Mastzelle (bei Allergien)

6 en) myeloide Vorläuferzell e Granulocyten-/ Makrophagenvorläuferzelle Monocyt Makrophage (frisst Erreger und präsentiert die Antigene) Multipotente Stamm zelle lymphatische Vorläuferzell e natürliche Killerzelle Plasmazellen (produzieren die Antikörper) B- Lymphocyt B-Gedächtniszellen (produzieren Antikörper nach erneutem Kontakt sehr schnell) T- Lymphocyt T-Helferzellen (aktivieren B- Lymphocyten) T-Killerzellen (bringen von Erregern befallene Zellen zur Selbstauflösung) T-Unterdrückerzellen (beenden die Antikörperproduktion) T-Helfer- Gedächtniszellen Übersicht über die wichtigsten Zellen von Blut- und Immunsystem (Link zu einer Seite mit ergänzenden Graphiken) Fragen: Welche Zellen kennst du bereits (Bezug zu Kurs SI) von der angeborenen Immunität? Welche Zellen kennst du bereits (Bezug zu Kurs SI) von der erworbenen Immunität?

7 Welche Zellen der angeborenen Immunität werden hier neu genannt? Welche Zellen der erworbenen Immunität sind hier neu genannt? Welche Lymphocyten gibt es? Welche Killerzellen gibt es? Welche Zellen sind alle weiße Blutkörperchen? Wodurch wird entschieden, ob ein Lymphocyt ein B- oder ein T-Lymphocyt wird? Welche B-Lymphocyten gibt es? Welche T-Lymphocyten gibt es? Du kannst mithilfe eines Lückentextes oder eines Quiz überprüfen, ob du das Thema verstanden hast. 5) Bau und Funktion eines Lymphknotens Die Schemazeichnung zeigt einen Lymphknoten mit zuführendem und ableitendem Blutgefäß, ein ableitendes und vier zuführende Lymphgefäße und den inneren Aufbau. Informiere dich beim Mauszeigerabtastbild des Lymphknoten, über seinen Bau und wo sich die verschiedenen Lymphozyten-Typen befinden. In den Lymphknoten treffen die Bahnen mehrerer Lymphgefäße zusammen und werden danach in einer einzigen Bahn weitergeleitet. Den mit der Lymphe wandernden Leukocyten bietet sich in den Knoten die Möglichkeit der Kontaktaufnahme und Kommunikation untereinander. Dabei befinden sich im Inneren der Lymphfollikel hauptsächlich B-Zellen. In der Follikel- Umgebung sind meist T-Zellen und in der inneren Region der Lymphknoten sind viele Makrophagen anzutreffen. Die Lymphknoten stellen so eine Art Kontaktbörse dar, bei der sich ganz bestimmte Zellen finden lassen. Finden sich die "richtigen" Zellen und treten sie in Kommunikation miteinander, können Zellteilungen und damit die Zellvermehrung dieser weißen Blutkörperchen erfolgen. Wie könnte man den Bau eines Lymphknoten beschreiben? Wo befinden sich die hauptsächlich die B-Zellen? Wo befinden sich mehrheitlich die T-Zellen?

8 Wo sind besonders viele Makrophagen zu finden? Welche Funktion könnten die Lymphknoten haben? Mit einem Lückentext kannst du deinen Lernfortschritt überprüfen. 6) Die MHC-Proteine Links siehst du ein (Blumendraht-) Modell von einem MHC II-Protein, unbeladen. Klickst du auf das Bild, siehst du das gleiche Molekül eine kurze Peptidkette präsentierend. Beschreibe das Aussehen dieses MHC II-Proteins. MHC-Proteine werden von einer "Genfamilie" MHC (major histocompatibility complex) aus mindestens 20 MHC- Genen mit je mindestens 100 Allelen codiert und sind dadurch spezifisch für jeden Menschen und von einem Individuum zum nächsten zumindest minimal verschieden. Gleichheit gibt es nur bei eineiigen Mehrlingen. Die MHC-Moleküle rufen bei Gewebetransplantationen Abstoßungsreaktionen hervor, wenn die MHC-Moleküle zwischen Spender und Empfänger verschieden sind. Aber eines haben alle diese von Mensch zu Mensch verschiedenen Moleküle gemeinsam: die Rinne zum präsentieren von antigenen Determinanten. Bei jedem Menschen kommen jedoch zwei verschiedene MHC-Protein-Typen vor: Ganz links ist der Typ MHC I, links der schon bekannte MHC II. Vielleicht ist das MHC I-Molekül so nicht ganz verständlich. Wenn du auf die Abbildungen klickst, kommst du jedoch zu einem Bild, in dem auch die stabilisierenden (Disulfid-)Bindungen eingezeichnet sind. Wodurch unterscheiden sich die beiden Molekülmodelle? Als Symbole für die MHC-Proteine werden bei dieser Lerneinheit für MHC I z.t. oder und für MHC II oder verwendet.

9 Die Frage ist nun, wo genau jeweils die MHC I- und die MHC II-Proteine vorkommen und welche unterschiedlichen Aufgaben sie haben? MHC I MHC I-Proteine kommen auf fast allen Körperzellen vor zumindest auf allen kernhaltigen. Demnach nicht auf den kernlosen roten Blutkörperchen. Welchen Vorteil hat dies für Bluttransfusionen? Zellen, die von Bakterien oder Viren befallen sind, präsentieren die antigenen Determinanten die diese Erreger charakterisieren mithilfe der MHC I- Moleküle in ihrer Zellmembran und machen so kompetente Zellen des Immunsystems auf die Gefahr aufmerksam, die sich in ihrem Inneren befindet. Als "Sicherheits-Code" zur Identifizierung als befallene Zelle wird durch die Abwehrzellen des Immunsystems das MHC I-Protein von T-Zell-Rezeptoren der Killerzellen mithilfe des CD8-Moleküls überprüft. (MHC I und CD8) Welche Zellen präsentieren antigene Determinanten mithilfe der MHC I- Proteine? Wie wird bestätigt, dass die präsentierten Antigene als Folge eines Erregerbefalls präsentiert werden? MHC II MHC II-Moleküle sind auf einige wenige Zelltypen der Immunabwehr beschränkt: z.b. auf Makrophagen, B-Lymphocyten Diese Abwehrzellen des Imunsystems präsentieren mit MHC II-Molekülen antigene Determinanten, die aus antigenen Proteinen stammen, die durch Phagocytose bei Makrophagen oder über die Antikörper-Rezeptoren bei B-Zellen aufgenommen wurden und dienen der Kommunikation mit den anderen Zellen des Immunsystems. Dass sich die präsentierten antigenen Determinanten von einer Immunzelle zur Kommunikation mit den anderen Immunzellen bestimmt sind, wird mithilfe der CD4-Molekül abgesichert und überprüft. (MHC II und CD4)

10 Auf welche Zelltypen sind die MHC II-Moleküle beschränkt?. Wozu dient die Präsentation dieser Antigene? Wie wird abgesichert, dass die präsentierten Antigene der Kommunikation der Abwehrzellen dienen? Erstelle eine Tabelle über die MHC I- und MHC II-Proteine bezüglich Vorkommen auf den Zelltypen, Ursache für die Präsentation der Antigene und Absicherung der 'Immuninformation'. Die folgenden Fragen solltest du jetzt auch beantworten können: Was ist MHC-Molekülen gemeinsam? Wodurch unterscheiden sich die MHC Moleküle verschiedener Menschen? Wodurch unterscheiden sich MHC I und MHC II? Wo findet man MHC I? Wo findet man MHC II? Wann werden MHC I verwendet? Wann werden MHC II-Moleküle verwendet? Ein Lückentext und ein Quiz helfen beim Überprüfen der Lernfortschritte. 7) Die Aufgaben verschiedener Zelltypen bei der (humoralen) Immunreaktion a) Die Makrophagen (Sie müssen durch die Präsentation antigener Determinanten eines Erregers, passende T-Zellen aktivieren) In der Abbildung links sehen wir einen Makrophagen, der sich Krankheitserregern genähert hat. Im Inneren des Makrophagen sind in einem Vesikel MHC II-Moleküle zu erkennen. In der Abbildung rechts wird einer der Erreger phagocytiert.

11 Links befindet sich der Erreger in einem "Verdauungsvesikel" und wird in seine Bestandteile abgebaut. Insbesondere kommt es auf die antigen wirkenden, also die "körperfremden" Strukturen des Erregers an. (Antigene Determinanten) Die Vesikel mit den MHC II- Proteinen und den antigenen Determinanten des Erregers verschmelzen. Die MHC II-Moleküle werden mit den antigenen Determinanten des Erregers "beladen" mit den antigenen Determinanten des Erregers "beladen" und auf einzelne Vesikel verteilt. Die einzelnen Vesikel begeben sich Richtung Zellmembran und verschmelzen mit ihr. Auf diese Weise werden die mit den antigenen Determinanten beladenen MHC II- Moleküle in die Zellmembran eingebaut.

12 Der Makrophage präsentiert mit seinen MHC II-Molekülen die als Antigen wirkenden Molekülstrukturen des phagocytierten Erregers. Welche T-Zelle hat den passenden Rezeptor? In Blut- und Lymphsystem macht sich der Makrophage auf die Suche nach einer T-Helferzelle, deren Rezeptor zum präsentierten Antigen passt und aktiviert diese dadurch. Meist vollzieht sich dies in den Lymphknoten. Links ist die Phagocytose eines Erregers und die Präsentation der antigenen Determinanten mithilfe der MHC II-Moleküle in einer Animation zu sehen. Kurz zusammengefasst: Makrophagen phagocytieren Krankheitserreger oder andere Antigene, zerlegen diese in ihre Bestandteile und präsentieren deren antigenen Determinanten mithilfe von MHC II-Proteinen in ihrer Membran und suchen dann diejenige der vielen T-Zellen, deren Rezeptor zum präsentierten Antigen passt (Schloss-Schlüssel-Prinzip). Die gefundene T-Zelle wird dadurch aktiviert und teilt sich vielfach in einen T-Zell- Klon. Es entstehen T-Helferzellen zur Aktivierung von B-Zellen, T-Unterdrückerzellen zur Beendigung der Antikörperproduktion, T-Killerzellen für die zellvermittelte Immunreaktion zur Zerstörung von Zellen, die von Krankheitserregern befallen sind, und T- Gedächtniszellen für eine spätere Immunabwehr nach einer erneuten Infektion mit demselben Erreger. Hier geht es um die T-Helferzellen, die dringend benötigt werden, um eine entsprechende B- Zelle letztlich zur Produktion von gegen den Erreger passenden Antikörpern anzuregen.

13 b) Die B-Zellen (Sie müssen durch Kontakt mit aktivierten T-Zellen zur Klonierung und zur Bildung von antikörperproduzierenden Plasmazellen angeregt werden.) Rechts ist die Abbildung einer B-Zelle zu sehen. Erkennbar sind in die Membran eingebaute unbeladene MHC II- Moleküle und Antikörper. Zusätzlich zur B-Zelle sind zwei Erreger zu sehen. B-Zellen entstehen und reifen im roten Knochenmark (bone marrow). B-Zellen können sich zu Plasmazellen teilen, die Antikörper produzieren können. Die Bindungsstellen der dann produzierten Antikörper stimmen mit den in der Zellmembran eingebauten Antikörpern überein. Die abgebildete B-Zelle verfügt in ihrer Membran über solche Antikörper, die den dargestellten Erreger gezielt binden können. Sobald einer der 'Membran-Antikörper' sein Antigen (Schloss-Schlüssel-Prinzip) gebunden hat, wird er mit einem Membran-Vesikel in das Zellinnere befördert. Rechts wird der Erreger in seine antigenen Determinanten zerlegt.. Links: Vesikel mit antigenen Determinanten und MHC II- Proteinen verschmelzen und die MHC II-Proteine werden mit den Antigenen beladen.

14 Rechts bewegen sich Vesikel mit den zelltypischen Antikörpern und den beladenen MHC II- Molekülen Richtung Zellmemebran. Durch das Verschmelzen der Vesikel mit der Zellmembran werden die 'beladenen' MHC II-Proteine (und die Antikörper) in der Membran verankert. Rechts präsentiert die B-Zelle mit MHC II-Proteinen die antigenen Determinanten, gegen die sie den Bauplan der Antikörper besitzt. Die B-Zelle sucht nun Kontakt zu einer T-Helferzelle, die zu dem von ihr präsentierten Antigen passt. Der Kontakt zwischen B-Zelle und "passender" T-Helferzelle vollzieht sich in der Regel in den Lymphknoten. Die B-Zelle wird dadurch zur Klonierung angeregt. Links sieht man die beginnende Vermehrung der angeregten B-Zelle zu einem Klon aus Plasmazellen und Gedächtniszellen. Hier sieht man eine Plasmazelle bei der Produktion von Antikörpern.

15 Die Animation links versucht die Vorstellung von der Aufnahme des Antigens und seiner Präsentation mithilfe der MHC II-Moleküle zu erleichtern. Kurz zusammengefasst: B-Zellen binden mit den für sie spezifischen Antikörpern in ihrer Zellmembran die entsprechenden Antigene, die dann über eingezogene Vesikel in das Zellinnere befördert und dort "zerlegt" werden. Die antigenen Determinanten werden mit MHC II- Molekülen kombiniert und diese mithilfe der Vesikel mit der Zellmembran verschmolzen und dadurch außen präsentiert. Diese "präsentierende" B-Zelle sucht nun (meist in den Lymphknoten) eine "passende" T-Helferzelle, die die B-Zelle zur Klonierung aktivieren kann, damit Plasmazellen entstehen, die dann die gewünschten Antikörper produzieren. Daneben entstehen auch Gedächtniszellen für eine schnellere Immunreaktion bei einer späteren erneuten Infektion. 8) Der Ablauf der humoralen Immunabwehr Damit von Plasmazellen Antikörper gegen einen von der angeborenen Immunität nicht erfolgreich bekämpften Erreger produziert werden können, müssen einerseits Makrophagen diesen Erreger phagocytieren, dessen antigenen Determinanten präsentieren und eine ganz bestimmte T-Zelle durch Kontakt aktivieren und andererseits muss eine B-Zelle diesen Erreger aufgenommen haben und dessen antigene Determinanten in der Zellmemebran präsentieren, um nach Kontakt mit der (siehe oben) aktivierten T-Zelle sich auch zu antikörperproduzierenden Plasmazellen zu teilen. Etwa 7 bis 10 Tage nach einer Infektion stehen dann die spezifischen Antikörper zur Bekämpfung dieses Krankheitserregers zur Verfügung. Das folgende Schema soll den Vorgang anschaulich machen.

16 Makrophagen B-Zellen Ein Makrophage "frisst" den Erreger, zerlegt ihn in seine Antigene und... päsentiert die antigenen Determinanten mit MHC II- Molekülen in der Zellmembran. Dieser Makrophage sucht eine T-Zelle mit passendem Rezeptor. Die T-Zelle wird dadurch aktiviert und teilt sich in einen T- ZellKlon aus T-Helferzellen, T- Killerzellen, T-Suppressorzellen und T- Gedächtniszellen. Die T-Helferzellen suchen jetzt B-Zellen, die das gleiche Antigen präsentieren.... Eine B-Zelle bindet mit ihren Antikörpern in der Zellmembran das passende Antigen, zerlegt es in seine antigenen Determinanten und präsentiert diese mithilfe der MHC II- Moleküle in ihrer Membran. Sie macht sich auf die Suche nach einer T-Helferzelle mit dem passenden Rezeptor. Die T-Helferzelle mit passendem Rezeptor dockt an das Antigen der B-Zelle an und veranlasst diese durch Cytokine (Botenstoffe), sich zu einem B- Zellklon zu teilen.

17 Es entstehen B- Gedächtniszellen für spätere Infektionen und die Plasmazellen, die Antikörper produzieren und abgeben. Die Antikörper verklumpen die Antigene zu einem Antigen- Antikörper- Koplex,......der von Fresszellen phagocytiert und verdaut wird. Den Ablauf der humoralen Immunreaktion kann man sich auch in einer Präsentation anschauen. (Die Anordnung ist dabei kompakter, um alle Schritte zumindest bei einem Hochauflösenden Bildschirm formatfüllend auf einer Seite zu sehen.) Zum ausdrucken (Querformat einrichten, gegebenenfalls verkleinern) gibt es dazu eine Übersichtsseite mit Text und eine Übersichtsseite nur mit den Abbildungen, die man selbst beschriften kann. 9) Zellvermittelte Immunität Konnte ein Erreger die Barrieren der angeborenen Immunität überwinden und im Körper Zellen befallen um sich darin zu vermehren, müssen einerseits diese Zellen erkannt werden können als auch andererseits Zellen spezialisiert werden, die genau die befallenen Zellen mit den Erregern unschädlich machen. Um gefunden zu werden, präsentieren befallene Zellen mithilfe von MHC I- Molekülen antigene Determinante des Erregers in der Zellmembran. Damit diese befallenen Zellen unschädlich gemacht werden können, müssen Makrophagen freie Erreger phagocytieren, deren antigenen Determinanten präsentieren und eine ganz bestimmte T-Zelle durch Kontakt aktivieren. Diese T-Zelle teilt sich in einen T-Zell-Klon aus T-Helferzellen, T-Unterdrückerzellen, T-Gedächzellen und T-Killerzellen, die hier gebraucht werden. Die T-Killerzellen suchen dann nach befallenen Zellen und leiten bei ihnen den im Zellkern vorprogrammierten Zelltod aus. Killerzellen stehen etwa 5 bis 6 Tage nach einer Infektion zur Verfügung. Das folgende Schema soll den Vorgang anschaulich machen.

18 Befallene Zellen Makrophagen Ein Krankheitserrerger z.b. ein Virus befällt eine Zelle. Das Virus beginnt sich in der Körperzelle zu vermehren. Gleichzeitig werden antigene Determinanten des Erregers festgestellt , isoliert und mit MHC I- Vesikeln in Verbindung gebracht Die mit antigenen Determinanten beladenen MHC I-Moleküle werden mit Vesikeln zur Zellmembran... Ein Makrophage "frisst" den Erreger, zerlegt ihn in seine Antigene und... päsentiert die antigenen Determinanten mit MHC II- Molekülen in der Zellmembran. Dieser Makrophage sucht eine T-Zelle mit passendem Rezeptor. Die T-Zelle wird dadurch aktiviert und teilt sich in einen T- ZellKlon aus T-Helferzellen, T- Killerzellen, T-Suppressorzellen und T- Gedächtniszellen. Die T-Helferzellen suchen jetzt B-Zellen, die das gleiche Antigen präsentieren. Auch die T-Killerzellen machen sich auf die Suche nach präsentierenden Zellen.

19 ... gebracht und dort präsentiert. Jetzt wird eine T-Killer-Zelle mit den entsprechenden Rezeptoren gesucht. Die T-Killerzelle gibt ein Cytokin ab, das Die befallene Zelle verfällt daraufhin in Apoptose (sie löst ihren eigenen Zelltod aus). Links ist in einer Animation der Zusammenhang zwischen Befall einer Körperzelle und ihrer Zerstörung durch Apoptose zu sehen. Mithilfe eines Quiz kannst du deinen Lernerfolg testen. 12) Verschiedene Antikörper Aufbau des Immunglobulins G: IgG Antikörper sind Immunproteine oder Immunglobuline, die aus mehreren Teilproteinen zusammengesetzt sind. Wir betrachten zunächst den Antikörper Immunglobulin G: IgG, wie er rechts dargestellt ist. variabler Teil identischer Teil

20 Wie viele Eiweißketten (Stränge) kannst du erkennen und wie viele sind ähnlich lang? Die beiden langen Stränge werden als heavy-stränge, die beiden kurzen als light-stränge benannt. Sie sind untereinander durch Disulfid-Brücken verbunden. Bei allen Antikörpern vom Typ IgG gibt es einen unteren größeren und identischen Teil, in grünlichen und gelblichen Farben dargestellt. Die verschiedenen Antikörper gegen verschiedene Antigene unterscheiden sich jedoch in den variablen Teilen oben, die rötlich dargestellt sind. Die variablen Teile (links und rechts) passen nach dem Schloss-Schlüssel- Prinzip genau zu dem Antigen, gegen das sie produziert wurden. Insgesamt hat das IgG die Form eines Ypsilons, bei dem die beiden Arme jeweils zur Bindung eines Antigens befähigt sind. Präzipitations-Tests mit Antikörpern IgG gegen kleinste Antigene (sogenannte Haptene) und diesen Haptenen führten zu Verbindungen zwischen den Antikörpern und den Haptenen, wie sie nach einem elektronenmikroskopischen Bild rechts gezeichnet sind. Zwischen zwei Armen von zwei Antikörpern sitzt jeweils das nicht zu erkennende Hapten. Welche geometrischen Formen bilden die verknüpften Antikörper jeweils, welche Winkel bilden daher die beiden Arme eines Antikörpers und welche Schlussfolgerung lässt sich daraus bezüglich der Arme ziehen?

21 Übersicht über die verschiedenen Antikörperklassen IgG Im Serum zu 80% Dieser Antikörpertyp wurde schon oben beschrieben. Er bildet die wichtigste Antikörperklasse. IgM IgA IgD IgE Im Serum zu 6% Im Serum zu 13% Im Serum zu 0,002% IgM sehen aus wie 5 an der Basis zusammengefasste IgG. IgM sind die frühen Antikörper der Erstreaktion meist gegen Mikroorganismen. Auch die ABO- Blutgruppenantikörper gehören zur Klasse IgM. Sie sind zu groß für Plazentaschranke und können damit normalerweise nicht vom mütterlichen Blutkreislauf in den fetalen Blutkreislauf gelangen. IgA sehen aus wie zwei an den Fußenden verbundene IgG. Sie befinden sich überwiegend in Körpersekreten wie Speichel, Tränen, Milch, Ausscheidungen des Darmtraktes. IgD sind etwas kürzer als die IgG. Sie bilden den Großteil der membrangebundenen Rezeptoren der B-Zellen und haben eine große Bedeutung bei der Lymphozyten-Differenzierung, IgE sind etwas länger als IgG. Sie sitzen in den Membranen der Mastzellen, die mit Allergien von Bedeutung sind. Sie dienten ursprünglich bei der Immunabwehr von Parasiten. Deinen Lernerfolg kannst du mit einem Lückentext und einem Quiz überprüfen.