CFU-DZ. Eosinophiler Myelozyt. Neutrophile Eosinophile Basophile

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1 Pluripotente Stammzellen IL-1 IL-6 SCF IL-1 IL-6 SCF G-CSF? TPO FLT-3L SCF Thrombozyten Neutrophile Eosinophile Basophile Mastzelle Myeloblast Eosinophiler Myelozyt Basophiler Myelozyt CFU-G CFU-Eo CFU-Baso IL-5 IL-4 IL-4 IL-4 Monozyten Makrophage Monoblast CFU-M CFU-GM CFU-GEMM SCF G-CSF IL-6 IL-11 M-CSF M-CSF M-CSF Erythrozyten Proerythroblast Megakaryozyt CFU-E BFU-E CFU-Mega SCF IL-11 TPO IL-6 SCF IL-11 SCF EPO EPO DZ CFU-DZ IL-4 TNF-α B-Zellen T-Zellen Plasmazelle B- Lymphoblast T- Lymphoblast Prä-B-Zelle Prothymozyt B-Stammzelle T-Stammzelle IL-1 IL-6 IL-7 IL-1 IL-2 IL-6 IL-7 IL-1 IL-2 IL-4 IL-5 IL-6 IL-2 IL-4 Antigen- Stimulation Antigen- Stimulation CFU-DZ DZ? NK-Zelle IL-15 Retikulozyt

2 Erythrozyten Neutrophiler Granulozyt Eosinophiler Granulozyt Basophiler Granulozyt Thrombozyten Monozyt B-Lymphozyt T-Lymphozyt

3 Unterscheidung der Leukozyten aufgrund des Nachweises von Differenzierungsantigenen Einteilung nach dem CD-System (Cluster of differentiation) -membrangebundene Glykoproteine -Bisher CD1 bis CD339 vergeben -Alle Leukozyten CD45 positiv (Tyrosinphosphatase) -Alle Leukozyten CD11 und CD18 positiv (Zelladhäsion) -Alle Lymphozyten CD3 + Anwendung: Durchflusszytometrie (FACS)

4 Normalwerte des Differentialblutbilds Anzahl/µl Blut Granulozyten Neutrophile Eosinophile Basophile Monozyten Lymphozyten Mittelwert (%) Variation (59) (2) (<1) (7) (31) 712 Ð Ð Ð Ð Ð 3341 Leukozyten Ð 11200

5 Aufgaben des Immunsystems - Äußere Abwehr: epitheliale Barrieren (Haut), Atemwegsschleim, Zilienbewegung, saurer ph-wert (Magen). - Innere Abwehr: zelluläre und humorale Komponenten des Immunsystems. - Schutz des Körpers vor körperfremden Strukturen (pathogene Mikroorganismen und Substanzen), die zur Infektion oder Schädigung des Körpers führen können. Infektion: Eindringen von pathogenen Mikroorganismen in den Körper und ihre Vermehrung. - Erkennung von körperfremden Strukturen (=Antigene) und deren anschließende Elimination.

6 Mechanismen der Antigenerkennung - Opsonisierung: Anlagerung von Komplementfaktoren oder Antikörpern an körperfremde Organismen Erleichterung der Phagozytose. - Antigenpräsentation: MHC-I oder MHC-II (Major Histocompatibility Complex, Syn.:HLA) Moleküle auf der Oberfläche von antigenpräsentierenden Zellen (Makrophagen, dendritische Zellen) körperfremdes Material wird als fremd erkennbar gemacht. - Expression von Toll-like Rezeptoren (TLR) auf Monozyten/Makrophagen und Granulozyten, die der Erkennung pathogener Molekülstrukturen dienen Aktivierung der Transkriptionsfaktoren HIF und NFκB Freisetzung chemotaktisch aktiver Substanzen. TLR 4: bakterielle Lipopolysaccharide (LPS) gramnegativer Bakterien TLR 3 und 7: virale RNA

7 - unspezifisch (angeboren): Aufbau des Immunsystems - zellulär: Granulozyten, Monozyten/Makrophagen, Mastzellen, natürliche Killerzellen (NK-Zellen). - humoral: Komplementsystem, Lysozym, Akute-Phase-Proteine, Zytokine. -spezifisch (erworben): - zellulär: T-Lymphozyten, B-Lymphozyten. - humoral: Antikörper, Zytokine.

8 Steuerung und Koordination der Immunreaktion - Zytokine - - Interleukine (IL) - Chemokine - Interferone (IFN) - Tumornekrosefaktor (TNF) - Transforming Growth Factor (TGF) Wirkung wird über Zytokinrezeptoren vermittelt Aktivierung Janus-Kinasen (JAK) STATs (= signal transducers and activators of transcription)

10 Unspezifisches zelluläres Immunsystem - Beteiligte Zellen - - Granulozyten: 50% im interstitiellen Raum, 30% im Knochenmark - neutrophile - eosinophile - basophile - Mastzellen - Monozyten/Makrophagen - Natürliche Killerzellen (NK-Zellen)

11 Normalwerte des Differentialblutbilds Granulozyten Neutrophile Eosinophile Basophile Monozyten Lymphozyten Mittelwert (%) Variation (59) (2) (<1) (7) (31) 712 Ð Ð Ð Ð Ð 3341 Leukozyten Ð 11200

13 Eigenschaften: Unspezifisches zelluläres Immunsystem - neutrophile Granulozyten % der intravasalen neutr. Gr. zirkulieren frei im Blut, (gehen ins Differentialblutbild ein) - 50% haften an den Gefäßendothelzellen (Lunge und Milz) rasche Freisetzung ins Blut bei Bedarf schnelle Zunahme der Zahl der neutr. Gr. zu Beginn einer Entzündung. Linksverschiebung im Differentialblutbild. - bilden mit 50-70% den größten Prozentsatz aller Leukozyten im peripheren Blut. - Lebensdauer: Stunden bis Tage

14 Normalwerte des Differentialblutbilds Granulozyten Neutrophile Eosinophile Basophile Monozyten Lymphozyten Mittelwert (%) Variation (59) (2) (<1) (7) (31) 712 Ð Ð Ð Ð Ð 3341 Leukozyten Ð 11200

16 Unspezifisches zelluläres Immunsystem - neutrophile Granulozyten - Funktion: - Phagozyt ( Fresszelle ) - werden durch Chemotaxine (Zytokine, Leukotriene, aktivierte Komplementfaktoren) zum Entzündungsherd gelockt. Verlassen der Blutbahn Einwanderung ins entzündete Gewebe (Emigration). Phagozytose von (opsoniertem) körperfremden Material. Anschließender Abbau des phagozytierten Materials im Granulozyten. - Freisetzung von Prostaglandinen, die die weitere Entzündungsreaktion beeinflussen.

17 Unspezifisches zelluläres Immunsystem - neutrophile Granulozyten - Abbau des phagozytierten Materials in den neutr. Gr. durch: - Enzyme: Lysozym, Hydrolasen, Elastasen, Kollagenasen, die Bakterien zerstören und und Kollagen abbauen, um die Emigration weitere Leukozyten zu erleichtern. - Sauerstoffradikale: gebildet durch NADPH-Oxidasen, wirken toxisch auf Bakterien. Die beim Abbau des phagozytierten Materials entstehende Mischung aus neutr. Gr. Und eingeschmolzenem Gewebe bezeichnet bildet den Eiter (Pus). Neutr. Gr. können Energie durch anaerobe Glykolyse gewinnen Voraussetzung für Überleben und Funktionsfähigkeit im Eiter.

18 Granula (ab Promyelozytenstadium) Primäre Granula Sekundäre Granula Tertiäre Granula Myeloperoxidase saure Phosphatase saure Hydrolasen Kollagenase Lactoferrin (Fe-Chelator) Lysozym Gelatinase Glykoproteine für Zelladhäsion

20 Unspezifisches zelluläres Immunsystem Eigenschaften: - eosinophile Granulozyten % der Blutleukozyten sind eosinophile Granulozyten. - Zahl der Eosinophilen unterliegt zirkadianen Schwankungen (Glukokortikoidsynthese). - Lebensdauer: ca. 4-5 Tage. Funktion: - Phagozytose. - Granula enthalten Substanzen zur Bekämpfung von Parasiten und Würmern. Erhöhte Werte bei Allergien und Autoimmunerkrankungen Eosinophilie

21 Eosinophile Granulozyten Vorkommen: Schleimhäute des Magen-Darm-Trakts, Atemwege, Haut Zahl bestimmt durch circadiane Rhythmik frühmorgens - niedrig Mitternacht - höchste spiegelbildliches Verhalten des Cortisols + u. a. Glukokortikoide Glukokortikoide nachts morgens

22 Eosinophile im Wesentlichen gewebeständig (Zahl wie im Knochenmark) etwa x höher als im Blut Granula - Major Basic Protein (MBP) eosinophil - eosinophile kationische Protein (ECP) - eosinophile Protein X MBP + ECP zytotoxisch für Parasiten (Würmer) aktiv. Basophile + Mastzellen Histaminausschüttung ECP im Serum als Parameter für Aktivierung des Immunsystems Allergische Erkrankungen Granula enthalten auch Histaminase Abbau Histamin Eosinophiles Protein X neurotoxisch für Parasiten, RNASE aktiv. Bildung Leukotriene (LTC4) - bronchokonstriktorisch, sekretagog Simulation Bildung Eosinophiler durch IL5 (von TH2-Lymphos)

23 Erythrozyten Neutrophiler Granulozyt Eosinophiler Granulozyt Basophiler Granulozyt/ Mastzelle Thrombozyten Monozyt B-Lymphozyt T-Lymphozyt

24 Unspezifisches zelluläres Immunsystem - basophile Granulozyten/Mastzellen - Eigenschaften: - mit 0-1% seltenste Granulozytenart. - Lebensdauer: ca. 4-5 Tage. - Zirkulieren im Blut und infiltrieren Gewebe im Entzündungsfall. Mastzellen sind mit basophilen Gr. eng verwandt, zirkulieren jedoch nicht, kommen also nur ortsständig vor und sind größer und reicher an Granula. - Lebensdauer: Wochen bis Monate.

25 Unspezifisches zelluläres Immunsystem Funktion: - basophile Granulozyten/Mastzellen - -Beide Zellarten können durch IgE-Antikörper aktiviert werden Degranulation: Heparin: -aktiviert Lipoproteinlipasen, erleichtert den Abbau von durch Zerstörung von Pathogenen freigesetzten Fetten. - hemmt Blutgerinnung. Histamin: -Vasodilation, erleichtert Anhaftung von Leukozyten an das Endothel, führt aber auch zu Hautrötung und Quaddelbildung. -IgE-vermittelte Soforttypreaktion (allergisches Asthma)

26 Erythrozyten Neutrophiler Granulozyt Eosinophiler Granulozyt Basophiler Granulozyt/ Mastzelle Thrombozyten Monozyt/ B-Lymphozyt T-Lymphozyt Makrophage

27 Eigenschaften: Unspezifisches zelluläres Immunsystem - Monozyten/Makrophagen - - Monozyten sind mit µm Durchmesser die größten Leukozyten und machen 4-10% der Blutleukozyten aus. - größte Phagozytoseaktivität aller Leukozyten. - zirkulieren 2-3 Tage im Blut und wandern dann in Gewebe ein. - Im Gewebe: unter dem Einfluss von Zytokinen oder Bestandteilen von Mikroorganismen (LPS) kommt es zur Differenzierung zu gewebsständigen Makrophagen (Makrophagenaktivierung). - Dabei kommt es zu einer Vergrößerung der Zellen um den Faktor 5-10 und zu einer Zunahme der Phagozytosekapazität.

28 Unspezifisches zelluläres Immunsystem - Monozyten/Makrophagen - Gewebsständige Makrophagen: - Mikrogliazellen im ZNS - Kupfferzellen in der Leber - Alveolarmakrophagen der Lunge - Osteoklasten im Knochen - Histiozyten im Bindegewebe - Mesangiumzellen in der Niere

29 Unspezifisches zelluläres Immunsystem - Monozyten/Makrophagen - Funktion: - Erkennung von pathogenen Mikroorganismen über TLRs. - Phagozytose und Abtötung von Mikroorganismen (Lysozym, Peroxidasen, Sauerstoffradikale, Sticktoffmonoxid (NO). - Unterstützung und Steuerung der Entzündungsreaktion durch Freisetzung von Zytokinen: IL-1 (T-Zellproliferation), TNFα (Aktivierung des Endothels Leukozytenadhäsion), IL-12 und TGF-β (T-Zellaktivierung). - Antigenpräsentation durch MHC-II-Rezeptoren zur Aktivierung von T-Zellen. Schlüsselverbindung zwischen unspezifischem und spezifischem zellulären Immunsystem.

30 NK-Zellen Neutrophiler Granulozyt Eosinophiler Granulozyt Basophiler Granulozyt/ Mastzelle Thrombozyten Monozyt B-Lymphozyt T-Lymphozyt

32 - Ausschüttung von Perforinen Bildung Löchern in der Zellwand befallener Zellen Zelltod. Unspezifisches zelluläres Immunsystem Eigenschaften: - natürliche Killerzellen - - werden als CD3 negative Lymphozyten bezeichnet, da ihr Rezeptor nicht mit dem CD3 assoziiert ist. Besitzen keine Antigen-spezifischen Rezeptor. Erkennung infizierter Zellen über unveränderlich kodierten Rezeptor. Funktion: -bekämpfen infizierte Zellen, die kaum MHC-Moleküle exprimieren (Erythrozyten, Nervenzellen, Tumorzellen) oder die von Viren befallen sind, die die Expression von MHC-Molekülen unterdrücken (CMV) Erkennung dieser Zellen durch T-Lymphozyten ist erschwert. NK- Zellen können jedoch das Fehlen von MHC-Molekülen auf infizierten Zellen erkennen (Missing-self-Prinzip).

33 5 klassische Entzündungszeichen nach Celsus Entzündung: Antwort eines Gewebes auf einen schädlichen Reiz (äußerer/innerer Reiz). - Rubor (Rötung) und Calor (Überwärmung): lokale Vasodilatation führt zur Steigerung der Durchblutung. - Tumor (Schwellung): Flüssigkeitsaustritt ins Gewebe durch erhöhte Gefäßpermeabilität. - Dolor (Schmerz): Erhöhung des Gewebedrucks, Prostaglandine. - Functio laesa: Beeinträchtigte Funktion des entzündeten Gewebes. Labordiagnostische Hinweise: Erhöhung der Leukozytenzahl (Diff- Bild) Linksverschiebung, Erhöhte Konzentration von Zytokinen (IL-6) und Akute-Phase-Proteinen, beschleunigte BSG.

34 Emigration (Extravasation) von Leukozyten Einwanderung von Phagozyten aus dem Blutkreislauf ins Gewebe im Rahmen einer Entzündungsreaktion. - Chemotaxis: Anlocken von weiteren Leukozyten durch Freisetzung von Zytokinen aus gewebsständigen Leukozyten. - Margination: Vasodilatation (Histamin, Prostaglandine) Verlangsamung des Blutflusses Zellen werden zur Gefäßwand gedrängt. - Adhäsion: Freisetzung von IL-1 und TNF-α durch Makrophagen Expression von Adhäsionsmolekülen auf Endothelzellen. - Diapedese: Verformung der Leukozyten (IL-8, TNF-α) und amöboider Durchtritt durch die Gefäßwand (IL-8 und Komplementfaktor C5a). - Migration: Wanderung zum Entzündungsort im Gewebe.

35 Phagozytose durch Leukozyten - Erkennung eines opsonierten Fremdkörpers durch Phagozyten (Granulozyten, Makrophagen). - Bildung von Pseudopodien (Membranausstülpungen) und Umschließung des Fremkörpers. - Phagosom: vollständig endozytierter und von der abgeschnürten Plasmamembran umgebener Fremdkörper. - Phagolysosom: enzymhaltige Lysosomen lagern sich an das Phagosom an und verschmelzen mit diesem. - Abbau des körperfremden Materials. - Exozytose von Resten des Abbaus. - Anschließend steht der Phagozyt zur erneuten Phagozytose zur Verfügung.

37 Unspezifisches humorales Immunsystem - Lysozym - - Enstehung: wird beim Zerfall von Phagoyzten aus deren Granula freigesetzt. Außerdem kommt es in der Tränenflüssigkeit vor. - Funktion: Spaltung von Mukopolysacchariden, die sich auf der Zellwand grampositiver Bakterien befinden Bakterienzellwand wird porös Absterben der Bakterien.

38 Unspezifisches humorales Immunsystem - Akute Phase Proteine - - Entstehung: Freisetzung von Zytokinen (z.b. IL-6) durch aktivierte Makrophagen führt zur Bildung von Akute-Phase-Proteine in der Leber - Funktion: Beispiel C-reaktives Protein (CRP). Opsoniert Oberflächenstrukturen von Bakterien und kennzeichnet diese für das Komplementsystem, dessen Aktivierung dann zur Lyse der Bakterien führt. Diagnostik: Konzentrationsbestimmung von CRP im Blut zur Diagnose oder Verlaufskontrolle (Antibiotika) einer Entzündung. Steigt mit einer Verzögerung von ca 6-10 Stunden an und hat eine HWZ von ca. 24 Stunden ( hinterherhinken ).! Beschleunigte BSG!

39 Unspezifisches humorales Immunsystem - Komplementsystem - - Familie aus ca. 20 Proteasen (C1-C9 plus Spaltprodukte), die komplementär (ergänzend) zu spezifischen Antikörpern wirken und mit diesen zusammen Fremdzellen durch Lyse (Zellauflösung) abtöten können. - Die Proteasen bilden miteinander verbundene Enzymkaskaden. - Die Aktivierung der Komplementkaskade beginnt mit der Spaltung einer Komponente, wodurch aktive Proteasen entstehen, welche die nachfolgenden C-Komponenten spalten. - Die Komplementkaskade kann über drei verschiedene Wege aktiviert werden.

40 Unspezifisches humorales Immunsystem - Komplementsystem - Funktion: - Lyse von Krankheitserregern (Porenbildung) durch den sogenannten Membranangriffskomplex. - Anlockung und Aktivierung verschiedener Leukozyten (C3a eosinophile Gr. und C5a neutrophile Gr.). - Steigerung der Gefäßpermeabilität (C3a Histaminfreisetzung aus Mastzellen) - Opsonisierung von Krankheitserregern (Anlagerung von C3b and Antigen-Antikörper-Komplexe.

41 Klassischer Weg: Unspezifisches humorales Immunsystem - Komplementsystem - - Aktivierung durch: Antikörper, die bereits an ein Antigen gebunden sind: Antigen-Antikörper-Komplexe (IgG, IgM). - Erster Schritt: Aktivierung der C1q-Unterheinheit des Faktors C1 C1q, C1r, C1s. - weiterer Verlauf: C4 C2 C3 C3b, C3a Verbindung von unspezifischer und spezifischer Abwehr (Antikörper)

42 Alternativer Weg: Unspezifisches humorales Immunsystem - Komplementsystem - - Aktivierung durch: bakterielle Oberflächenpolysaccharide (LPS) und durch CRP opsonierte Membranoberflächen. - Erster Schritt: Spaltung von C3. - weiterer Verlauf: C3b B D P C3 C3b, C3a C3b is zentraler Faktor, da hier die verschiedenen Kaskaden konvergieren. Außerdem opsoniert C3b selbst pathogene Mikroorganismen Phagozytose

43 Unspezifisches humorales Immunsystem - Komplementsystem - Lektin-Weg: - Aktivierung durch: Mannose-haltige Kohlenhydrate in der Membran von Bakterien, die durch das im Blut natürlich vorkommende Lektin Mannose-bindendes Protein (MBP) erkannt werden. MBP weist strukturelle Eigenschaften wie C1q (klassischer Weg) auf. - Erster Schritt: Aktivierung von MBP. - weiterer Verlauf: C1v, C1s, C4, C2 C3 C3b, C3a Mündet über C4 und C2 in den klassischen Weg der Komplementaktivierung.

44 Gemeinsame Endstrecke: Unspezifisches humorales Immunsystem - Komplementsystem - - C3 C3b, C3a C5 C5b, C5a - C5b initiiert die Polymerisation des Membranangriffskomplex bestehend aus: C5b, C6, C7, C8 und C9 (10-16x) Bildung von Poren in der Bakterienmembran Lyse mit anschließendem Erregertod durch Einstrom von Ca 2+, Na + und H 2 O.

45 Unspezifisches humorales Immunsystem Genetisch bedingter C3-Mangel: - Komplementsystem - - rezidivierende Infektionen mit verschiedenen pyogenen Bakterien wie Pneumokokken und Meningokokken. - hartnäckige Lungen- bzw. Hirnhautentzündungen bereits in jungem Alter. - mangelnde Opsonisierung von Bakterien mit Komplement C3b, deshalb keine Phagozytose der Bakterien durch Makrophagen.

48 - unspezifisch (angeboren): Aufbau des Immunsystems - zellulär: Granulozyten, Monozyten/Makrophagen, Mastzellen, natürliche Killerzellen (NK-Zellen). - humoral: Komplementsystem, Lysozym, Akute-Phase-Proteine, Zytokine. -spezifisch (erworben): - zellulär: T-Lymphozyten, B-Lymphozyten. - humoral: Antikörper (aus B-Lymphozyten/Plasmazellen), Zytokine.

49 Spezifisches (erworbenes) Immunsystem - Antigenerkennung und Elimination mit hoher Präzision. - wird getragen durch Lymphozyten. - Charakteristika der erworbenen Immunität: - verzögerte Aktivierung, aber hohe Spezifität der Antigenerkennung (im Vergleich zum angeborenen Immunsystem). - es wird ein zelluläres immunologisches Gedächtnis gebildet (schnellere und stärkere Immunantwort bei erneuter Antigenexposition = Immunität). - hohes Unterscheidungsvermögen zwischen vielen verschiendenen Fremdantigenen aber auch zwischen körperfremden und körpereigenen Strukturen (Autoimmunerkrankungen).

50 Lymphatische Organe - primäre: Thymus (Reifung von naiven T-Lymphozyten), Knochenmark (Bursa-Äquivalent: Reifung von naiven B-Lymphozyten) Erlangung der Immunkompetenz. - sekundäre: Milz, LKs, bronchus- und darm-assoziierte Lymphgewebe. Zusammenbringung von Antigenen und reifen T- und B- Lymphozyten. -Antigenpräsentation durch Dendritische Zellen und Makrophagen, die aus dem entzündeten Gewebe in die sek. lymphat. Organe einwandern. Vermehrung (Proliferation) der reifen Lymphozyten in diesen Organen. Schwellung der Milz und der Lymphknoten

51 Spezifisches (erworbenes) Immunsystem - Antigene - - Antigen: Stoffe und Strukturen, die in der Lage sind eine Immunantwort auszulösen und als immunogen bezeichnet werden. - Epitop/antigene Determinante: Bereich an der Oberfläche des Antigens gegen den Antikörper gebildet werden. - Molekülgröße entscheidet über die Immunogenität eines Stoffes (große Proteine, > Dalton). - Haptene: Stoffe, die erst nach Anlagerung an große Proteine eine Immunreaktion hervorrufen (Nickel).

52 Spezifisches (erworbenes) Immunsystem - T-Zellen - - patrouillieren nach der Reifung im Thymus als Träger der spezifischen zellulären Abwehr zwischen Blutbahn und sekundären lymphatischen Organen. - T-Zell-Rezeptor (TZR) assoziiert mit CD3: dient der Erkennung von Antigenen, die mittels MHC-Molekülen präsentiert werden. Aktivierung von T-Zellen Proliferation (klonale Expansion) von T-Lymphozyten Differenzierung: - CD4 T-Helferzellen, nach Ag-Präsentation durch MHC-II (APCs sowie B-Zellen). - CD8 Zytotoxische T-Zelle, nach Ag-Präsentation durch MHC-I.

53 MHC-Moleküle - Multi-Protein-Komplexe, die permanent im rauhen ER synthetisiert werden. - Binden im loading compartment Teilstrukturen von Antigenen, die zuvor intrazellulär zerlegt wurden. MHC-Antigen-Komplexe, die in Vesikeln an die Oberfläche gelangen und dort präsentiert werden. - Nur mittels Präsentation in MHC-Molekül-Tasche kann eine T-Zelle Antigene erkennen und über den TZR aktiviert werden (T-Zell- Restriktion). - dienen der korrekten Identifizierung körpereigener Zellen, die ein fremdes Antigen au der Oberfläche tragen. - MHC-Moleküle unterliegen einem starken genetischen Polymorphismus, kommen also in zahlreichen Variationen vor (Histokompatibilität).

54 Arten von MHC-Molekülen MHC-I Moleküle: - kommen auf fast allen Körperzellen vor. - präsentieren intrazelluläre (endogene) Antigene (virale Antigene). - Zielzelle: CD8 T-Zelle zytotoxische T-Zelle MHC-II Moleküle: - kommen auf DZ, Makrophagen (APCs) und B-Lymphozyten vor. - präsentieren Teilstrukturen von Antigenen, die zuvor phagozytiert und im Phagolysosom zerlegt wurden. - Zielzelle: CD4 T-Zelle T-Helferzelle (Th1 vs. Th2)

55 T-Zell-Rezeptor - antigenspezifischer Rezeptor, der die Bindung an Antigen-MHC- Komplexe ermöglicht. -Wird während der Reifung der T-Vorläuferzellen im Thymus gebildet. - ist mit CD3 assoziiert und bildet einen TZR/CD3-Rezeptorkomplex - ist ein Heterodimer aus den α- und β-untereinheiten, die den variablen zentralen Teil der Antigenbindungstelle ausmachen. Die peripheren Anteile interagieren mit dem MHC-Komplex. - Ähnlichkeiten mit dem molekularen Aufbau der Immunglobuline, jedoch weisen die Ag-erkennenden Abschnitte des TZRs eine größere Vielfalt auf (10 15 verschiedene TZR). - genetische Rekombination der sog. V-, D- und J-Gensegmente, die für die α- und β-untereinheiten kodieren. - CD4 und CD 8 haben als Korezeptoren verstärkende Wirkung.

56 Reifung der T-Lymphozyten (Thymus) - aus den T-Vorläuferzellen ohne TZR, CD4 und CD8 (doppelt negative Thymozyten) entstehen zunächst doppelt positive Thymozyten, die neben dem TZR/CD3-Komplex sowohl CD4 als auch CD8 exprimieren. - diese doppelt positiven Thymoyzten werden nun in der Rindenregion des Thymus einem Selektionsprozess unterzogen: - positive Selektion - negative Selektion - diese Prozesse stellt das Unterscheidungsvermögen zwischen körpereigen und körperfremd sicher und dient der Vermeidung von Autoimmunität (Induktion von Selbsttoleranz )

57 Positive Selektion (Thymus) - Prüfung, ob durch die genetischen Rekombination TZR entstanden sind, die körpereigene MHC-Moleküle (Polymorphismus) ohne Antigenpeptid korrekt und eindeutig als eigen erkennen. (MHC- Restriktion) - Nur diese Thymozyten dürfen überleben (positive Selektion), da nur diese Zellen körpereigene Zellen, die ein Antigen-MHC-Komplex präsentieren, als fremd erkennen können. - Alle restlichen Thymozyten, die dieses Kriterium nicht erfüllen sterben durch Apoptose. - Im Laufe der positive Selektion verlieren die doppelt positiven Thymozyten auch einen ihrer Korezeptoren (CD4 oder CD8) und werden dann als einfach positive Thymozyten bezeichnet.

58 Negative Selektion (Thymus) - Prüfung, ob Thymozyten körpereigene Antigene erkennen, die ihnen durch MHC-I und-ii Moleküle (von DZ) präsentiert werden (in Abwesenheit von kostimulatorischen Signalen). - Alle Thymozyten, die Komplexe aus körpereigenem Antigen (Selbstpeptid) und MHC-Molekülen erkennen Apoptose (negative Selektion). - Es wird also sichergestellt, dass das Immunsystem keine körpereigenen Strukturen angreift Vermeidung von Autoimmunität, Induktion von Selbsttoleranz. Anschließend wandern die reifen, Thymozyten in die sek. Lymphorgane, wo sie als naïve (ruhende) T-Lymphozyten auf ihre Aktivierung warten.

59 1. Antigenkontakt (Aktivierung der T-Zellen) - Naive T-Zellen können nicht in entzündetes Gewebe auswandern. - Ein Teil der T-Helfer- bzw. T-Killerzellen wird zu CD44-positiven T- Gedächtniszellen (immunologisches Gedächtnis). - APCs mit Antigen-MHC-Komplex auf ihrer Oberfläche wandern in sek. lymphat. Gewebe ein und treffen auf naive T-Zellen, die mit ihrem TZR/CD3-Rezeptorkomplex den Antigen-MHC-Komplex erkennen. klonale Expansion und Differenzierung - Gleichzeitig binden auch die Korezeptoren CD4 und CD8 and die MHC-Moleküle: - CD4 bindet and MHC-II CD4-positive Lymphozyten differenzieren zu T-Helferzellen. - CD8 bindet MHC-1 CD8-positive Lymphozyten differenzieren zytotoxischen T-Zellen (T-Killerzellen). - Voraussetzung ist ein gleichzeitiges kostimulatorisches Signal.

60 Bedeutung der Kostimulation - T-Zellen benötigen zu ihrer Aktivierung einen kostimulatorisches Signal. Fehlt dieses Signal, bleiben die T-Zellen inaktiv (anerg). - Beispiel CD28/B7 Komplex: CD 28 befindet sich auf den T-Zellen und B7 auf den APCs. - Die Abhängigkeit der T-Zell-Aktivierung von kostimulatorischen Signalen stell einen weiteren Sicherheitsmechanismus dar, der eine zu einfache Aktivierung und überschießende Immunreaktion verhindert. - Dies ermöglicht eine Immuntoleranz bie Lymphozyten, die den Thymus bereits verlassen haben (periphere Toleranz).

61 - TH 2 -Zellen: sezernieren IL-4 und IL-10. IL-4 induziert die Bildung weiterer TH 2 -Zellen. IL-10 hemmt Makrophagen (antiinflammatorisch). TH 2 -Zellen sind wichtig für die B-Zell-Aktivierung und damit für die Bildung von Immunglobulinen. Exprimieren den CD 40-Liganden (Interaktion mit B-Zellen) Klassen von T-Helferzellen Welche Klasse von T-Helferzellen bevorzugt gebildet wird hängt wahrscheinlich vom Zytokinmilieu ab (IL-12 TH 1 -Zellen, IL-4 TH 2 - Zellen). - TH 1 -Zellen: sezernieren neben IL-2 auch Interferon γ, dass Makrophagen aktiviert und ihnen hilft, intrazelluläre Erreger abzutöten (proinflammatorisch). Interferon γ hemmt außerdem die Vermehrung von TH 2 -Zellen.

62 Aktivierung von T H -Zellen (CD4 positiv) Infektion mit Viren, einigen Bakterien Phagozytose extrazell. Mikroorgansimen APC NK- Zellen - produzieren IL-12 produzieren IFNγ Makrophagen produzieren IL-4 und IL-6 T H1 Lymphozyten Sekretion IL-2 und IFNγ Produktion IgM und IgG durch B-Lymphozyten Ak-Abhängige Aktivierung von NK-Zellen T H2 Lymphozyten Sekretion IL-4 Ak-Switch humorale Antwort anti-inflammatorisch zelluläre Antwort inflammatorisch

63 2. Antigenkontakt T-Effektorzellen (T-Helfer- und T-Killerzellen) können im Gegensatz zu den naiven Thymozyten ins Gewebe auswandern. Treffen die T-Killerzellen auf infizierte Zellen, die ihnen ihr spezifisches Antigen auf einem MHC-1-Molekül präsentieren binden sie an diese Zelle Freisetzung von Perforinen und Serinproteasen (Granzyme) Absterben der infizierten Zelle. TH 1 -Zellen sezernieren nach dem 2. Ag-Kontakt neben IL-2 auch Interferon γ, dass Makrophagen aktiviert und ihnen hilft, intrazelluläre Erreger abzutöten (proinflammatorisch). Interferon γ hemmt außerdem die Vermehrung von TH 2 -Zellen.

64 T-Zell-abhängige B-Zell-Aktivierung Proliferation von B-Zellen, Differenzierung von B-Zellen zu Plasmazellen (AK-Bildung), Reifung der Antikörper (Affinitätssteigerung), Klassensprung (statt IgM werden vermehrt IgG und IgE freigesetzt. Das gleiche Epitop, das zuvor über einen Antigen-MHC-II-Komplex zur klonalen Expansion von CD4 T-Helferzellen geführt hat, kann auch von B-Zellen durch das passende Paratop ihres Rezeptors erkannt werden. Die B-Zellen nehmen das Antigen über den B-Zellrezeptor (BZR= membranständiges IgM oder IgD) auf, zerlegen es in kleinere Bestandteile und präsentieren die Antigenstrukturen auf MHC-II- Molekülen auf ihrer Oberfläche (Koexpression von CD40) Wird der Antigen-MHC-II-Komplex nun von den (durch klonale Expansion) zahlreich vorhandenen passenden T-Helferzellen erkannt und es kommt zur Interaktion. Durch Produktion von Zytokinen aus T-Helferzellen kommt es zur:

65 B-Zell-Reifung im Knochenmark Antigenunabhängige Reifung: Prä-B-Zellen, die den prä-bzr besitzen, entwickeln sich zu unreifen B-Zellen, die IgM und IgD auf ihrer Oberfläche besitzen. Antigenabhängige Reifung: B-Zellen, die IgM und IgD auf ihrer Oberfläche besitzen, werden verschiedenen körpereigenen Antigenen ausgesetzt. B-Zellen, die diese Antigene erkennen, werden durch Apoptose eliminiert (negative Selektion) = Ausbildung von Selbsttoleranz. Die verbleibenden B-Zellen wandern als reife, naive B-Zellen in die sekundären lymphatischen Organe und warten auf ihre Aktivierung. Jede B-Zelle ist also nach der Reifung mit für sie charakteristischen IgD und und IgM bestückt, die ein spezifisches Antigen binden können.

66 B-Zell-Aktivierung T-Zell-unabhängige B-Zell-Aktivierung: Durch Bindung des Antigens and den BZR wird direkt die Proliferation und Differenzierung der B-Zelle zu Plasmazellen ausgelöst. Diese Art der Immunantwort is doch nur schwach ausgeprägt. T-Zell-abhängige B-Zell-Aktivierung: Aktivierung einer B-Zelle durch eine passende T-Helferzelle, die durch das gleiche Epitop aktiviert wurde.

67 Aufbau: Antikörper - zwei leichte (light) Ketten -zwei schwere (heavy) Ketten: die schweren Ketten α,δ,ε,γ und µ bestimmen die Immunglobulinklasse, die nach diesen Ketten als IgA, IgD, IgE, IgG und IgM bezeichnet werden. - konstante Teile (Constant) - variable Teile (Variable) - Fc-Fragment: konstante Teile der der schweren Kette (C H2 und C H3 ) - Fab (Antigen-bindendes Fragment): VH- und VL-Domänen sowie C H1 - und C L -Domänen

68 Antikörper - Antikörpervielfalt - VDJ-Rekombination: - Die variablen Bereiche der H-Ketten (V H ) werden von den Gensegmenten V (variable segment), D (diversity segment) und J (joining segment) kodiert. - Die variablen Bereiche der L-Ketten (V L ) werden nur von den Segmenten V und J kodiert. - während der B-Zellreifung im Knochenmark werden die Gensegment V,D und J in vielen verschiedenen Kombinationen in V H und V L arrangiert (antigenunabhängig).

69 Antikörper Durch die Rezeptorvielfalt und die Fähigkeit zur klonalen Expansion, können Antigene mit hoher Spezifität und Effizienz bekämpft werden. - Antikörpervielfalt - Kombination von H- und L-Ketten: Unterschiedliche Kombination der verschiedenen V H und V L. Klassensprung: Statt initial gebildeten IgM, werden von den Plasmazellen die in ihrer Affinität modifizierbaren IgG und IgE gebildet. (T-Zell-abhängiger Prozess). Somatische Hypermutation: B-Zellen können Antikörper durch Punktmutationen in den variablen Bereichen so modifizieren, dass sie das entsprechende Antigen mit gesteigerter Affinität erkennen (Affinitätsreifung).

70 Antikörper Funktion: - Opsonisierung - Aktivierung des Komplementsystems (Fc-Fragment) - Neutralisation von Antigenen durch Bindung.