Immunologie. Teil I Prof. Reinhold Förster. Inst. f. Immunologie

Immunologie Teil I Prof. Reinhold Förster Inst. f. Immunologie foerster.reinhold@mh-hannover.de 1

http://www.mhhannover.de/vorlesung_unterlagen.html 2

Immunologie Lehrbücher für Nerds: Immunobiology Janeway Case Studies in Immunology 8th/ 2011 3

Andere:... etc 4

Tafelbild 5

Komponenten und Aufbau des Immunsystems Initiation von Immunantworten lymphatische Organe Erkennungsmechanismen Lymphozytenentwicklung Entstehung und Verlauf adaptiver Immunantworten 6

Grundlagen der Immunologie Impfungen Therapeutika Diagnostik Primäre Immundefekte Autoimmunerkrankungen HIV und andere Infektionskrankheiten, die dass Immunsystem beeinflussen 7

Lernziele Sie sollten in der Lage sein, - die zellulären Komponenten des Immunsystems zu benennen und dem myeloiden oder lymphoiden Teil zuzuordnen. - die beteiligten Zelltypen dem angeborenen und dem erworbenen Immunsystem zuzuordnen. - den Unterschied zwischen dem angeborenen und dem erworbenen Immunsystem kennen. Dabei sollten Sie die Kinetik der beiden Systeme beschreiben können. - das Prinzip der Mustererkennung (pattern recognition) durch spezifische Rezeptoren des angeborenen Immunsystems zu erklären und dazu fünf Beispiele zu geben (erkannte Struktur und passender Rezeptor) Grundlagenimmunologie

The physician of the future will be an immunisator Sir Almroth Wright 9

210 Jahre Vakzinierung 1798 Immunisierung gegen Pocken mit Vaccinia-Virus (Jenner) 1880 Pasteurella multocida (Pasteur) 1881 Anthrax (Pasteur) 1885 Tollwut (Pasteur) 1886 Typhus 1896 Cholera 1897 Pest 1960er Polio (Salk, Sabin), MMR 2006 HPV 11

Die Ausrottung der Pocken durch die Schutzimpfungen Anzahl der Länder mit einem oder mehreren Fällen pro Monat 12

Fehlen von effektiven Impfstoffen Tote/Jahr Malaria 1.2 Mio Schistosomiasis 15,000 Intestinale Wurminfestation 12,000 Diarrhöe 1.8 Mio Atemwegsinfektionen 3.9 Mio HIV/AIDS 2.8 Mio Tuberkulose 1.5 Mio 13

Komponenten und Aufbau des Immunsystems 1) Zelltypen 2) angeborene und erworbene Immunität 3) humorale und zelluläre Immunfunktion 15

Neutrophiler Eosinophiler Neutrophiler Lymphozyt Basophiler Monozyt 16

Hämatopoese T NK B Gr Neu Eos Baso Mono Thrombo Ery 17

Hämatopoese Lymphoid T NK B Gr Neu Eos Baso Mono Myeloid Thrombo Ery 18

Hämatopoese Lymphoid T NK B HSC Hämatopoetische Stammzelle Neu Eos Baso Gr Mono Myeloid Thrombo Ery 19

Hämatopoese Lymphoid Thymus T pro-t NK CLP B HSC pro-b Gr Neu Eos Baso CMP GMP Mono Myeloid MkEP Thrombo Ery 20

Hämatopoese Lymphoid Thymus T pro-t NK CLP B HSC pro-b Gr Neu Eos Baso CMP GMP Mono Myeloid MkEP Thrombo Ery 21

Komponenten und Aufbau des Immunsystems 1) Zelltypen 2) angeborene und erworbene Immunität 3) humorale und zelluläre Immunfunktion 22

Abwehrmechanismen, die die Invasion von Pathogenen unterbinden 23

Abwehrmechanismen, die die Invasion von Pathogenen unterbinden mechanisch: epitheliale Barrieren Luft-/Flüssigkeitsstrom 24

Enzyme ph Enzyme ph Abwehrmechanismen, die die Invasion von Pathogenen unterbinden mechanisch: epitheliale Barrieren Luft-/Flüssigkeitsstrom chemisch: ph Enzyme antimikrobielle Peptide 25

Abwehrmechanismen, die die Invasion von Pathogenen unterbinden mechanisch: epitheliale Barrieren Luft-/Flüssigkeitsstrom Darmflora chemisch: ph Enzyme antimikrobielle Peptide mikrobiologisch: Darmflora 26

angeboren adaptiv Zeit 27 Antigenmenge

angeboren erworben lebensnotwendig gut es zu haben 28

angeboren erworben aus: Martin, F et al. (2001), Curr. Opin. Immunol.,13: 195-201

angeboren erworben lebensnotwendig ready to go gut es zu haben braucht etwas mehr Zeit 30

Eosinophiler Neutrophiler Lymphozyt Monozyt Basophiler 31

Eosinophiler a g n Basophiler Neutrophiler b e r o Lymphozyt n e Monozyt/Macrophage a a d it v p 32

angeboren erworben lebensnotwendig ready to go Zellen besitzen Effektorfunktion (Phagozyten) gut es zu haben braucht etwas mehr Zeit Keine basale Effektor- Funktion (Lymphozyten) 34

Basale Aufgabe eines Immunsystems kontrolliert Selbst Immunsystem zerstört Fremd 35

Basale Aufgabe eines Immunsystems kontrolliert Selbst Immunsystem zerstört Fremd Wie unterscheidet das Immunsystem Freund und Feind? 36

Fremderkennung - angeborenes Immunsystem - angeborenes Immunsystem Fremd Pattern Recognition Receptors PRR Pathogen-Associated Molecular Patterns PAMPs Janeway, 1989 37

Klassen von Muster-Rezeptoren N-Formylmethionin-Rezeptor erkennt als G-Protein gekoppelter Rezeptor bakterielle Polypeptide Dectin-1 erkennt als C-Type-Lectin spezifische Zellwand- Glukose-Polymere in Pilzen (beta-1,3-glucane) RIG-I erkennt als Helikase intrazelluläre virale RNA TLR, NLR, NLRP 38

Bruce Beutler Jules Hoffmann

Fremderkennung - angeborenes Immunsystem - Drosophila Toll 40

TLR: 18-25 Leucine-rich repeats 44

Fremderkennung - angeborenes Immunsystem - 45

NOD-like receptors (NLRs) NOD2 erkennt intrazelluläres Muramyl-Dipeptid. NOD2 loss of function mutationen sind stark mit Crohn s Disease assoziiert. 46

NLRPs erkennen vermutlich Gefahr NLRP3 wird aktiviert durch verringerte intrazelluläre Kaliumkonzentration, Kristalle (Harnsäure), Alum (Adjuvanz) 47

Ignoranz angeborenes Immunsystem PRR - PAMP Muster Selbst PRR: genetisch festgelegt. Selektion im Laufe der Evolution. Fremd 48

angeboren erworben lebensnotwendig ready to go Zellen besitzen Effektorfunktion (Phagozyten) Erkennung über PAMPs gut es zu haben braucht etwas mehr Zeit Keine basale Effektor- Funktion (Lymphozyten) hoch variable Erkennungsrezeptoren 50

Lernziele Sie sollten in der Lage sein, - die Terminologie zelluläre und humorale Immunantwort, exokrin, endokrin, autokrin, parakrin zu verwenden. - die Funktionen der Phagozytose 1) Eliminierung der Pathogene, 2) Induktion einer Entzündung, 3) Aufnahme von Fremdantigen zur Präsentation für die erworbene / adaptive Immunantwort zu beschreiben. - die Bedeutung von Adjuvanzien zu erklären und aktuell in Deutschland zugelassene Adjuvanzien zu benennen. - die wesentlichen Funktionen der Entzündung zu beschreiben. - zu erklären, warum Dendritische Zellen oft als Brücke zwischen angeborener und erworbener Immunität bezeichnet werden. Grundlagenimmunologie

humorale Funktionen anti-microbials akute Phase Proteine angeborenes Immunsystem Interferone Komplement zelluläre Funktionen Phagozyten innate like Lymphozyten Antikörper adaptives Immunsystem Effektor Lymphozyten 52

Anti-mikrobielle Substanzen werden exokrin sezerniert: z.b. Peptide wie Defensine, Enzyme wie Lysozym, Antikörper der IgA Klasse akute Phase Proteine, Antikörper der IgG Klasse, Zytokine werden endokrin sezerniert. Dies geschieht teilweise autokrin oder parakrin. 53

Makrophagen werden durch Pathogenkontakt aktiviert, nehmen diese auf und leiten eine Entzündungsreaktion ein 60

Makrophagen werden durch Pathogenkontakt aktiviert, nehmen diese auf und leiten eine Entzündungsreaktion ein PRR 61

Adjuvanzien The immunologist s dirty little secret (Janeway) notwendig bei nicht sehr immunogenen Antigenen (z.b. Peptide) oft sterile Bestandteile von Bakterien (Zellwandbestandteile) Aktivierung von Antigen- präsentierenden Zellen über TLR und NRLP

klinisch zugelassene Adjuvantien Alum (amorphes Aluminiumhydroxyphosphat) Konversion des Ag in Partikelform DC-Aktivierung über TLR und NLRP3 MF59 und AS03 (im H1N1-Vakzin) Öl-in-Wasser Emulsion, Emulgatoren Verweildauer des Antigens, Eintritt in die Lymphe Chemokin-, Cytokin-Induktion in DC AS04 Kombiniertes Adjuvans. Komplex aus MPL (Monophosphoryl-Lipid A) und Aluminiumhydroxid bzw. Aluminiumphosphat Aktivierung des Toll-like-Rezeptors TLR4. Bestandteil in Fendrix (Hepatitis B-Impfstoff), Cervarix (HPV-Impfstoff)

Lösliche Mediatoren I: Antibakterielle Substanzen angeboren ph-absenkung H 2 O 2, O 2, OH,OCl - NO erworben aus: Martin, F et al. (2001), Curr. Opin. Immunol.,13: 195-201

Respiratory burst = explosionsartige Zunahme des oxidativen Stoffwechsels in Makrophagen und Neutrophilen 65

X-linked Respiratory burst = explosionsartige Zunahme des oxidativen Stoffwechsels in Makrophagen und Neutrophilen Septische Granulomatose: Wegen einer defekten NADPH-Oxidase können keine Sauerstoffradikale und radikalverbindungen gebildet werden => von Phagozyten aufgenommene Bakterien und Pilze werden nicht abgetötet, uu im ganzen Organismus disseminiert (Sepsis); besonders schwere Infektionsverläufe. 66

Lösliche Mediatoren II: Zytokine/Chemokine angeboren IL-1 IL-6 IL-8 (CXCL8) IL-12 TNFα Rekrutierung von Neutrophilen/Lymphozyten Akute-Phase-Proteine Entzündungsreaktion adaptive Immunantwort erworben aus: Martin, F et al. (2001), Curr. Opin. Immunol.,13: 195-201

Die Zytokine TNFα, IL-1 und IL-6 haben vielfältige Wirkung und helfen so, die Immunantworten auf Infektionen zu koordinieren 68

IL-6 induziert akute Phase Proteine der Leber dazu gehören C-reactive protein CRP und serum amyloid protein SAP MLP (Mannose-bindendes-Lektin) Surfactant Protein A und D Fibrinogen Diese dienen als hochaussagekräftige klinische Entzündungsparameter, z.b. CRP normal bis 10mg/ml 69

angeboren Rekrutierung von Neutrophilen/Lymphozyten Akute-Phase-Proteine Entzündungsreaktion adaptive Immunantwort erworben aus: Martin, F et al. (2001), Curr. Opin. Immunol.,13: 195-201

Phagozyten adhärieren an Gefäßendothel mittels Integrinen LAD (Leukozyten-Adhäsions-Defizienz): Klassische Form betrifft Integrin β2-expression; nicht auf Zelloberfläche, weswegen LFA-1 und CR3 nicht exprimiert sind => mangelhafte Leukozytenadhäsion => Sehr suszeptibel für bakterielle Infektionen und Defekte in der Wundheilung. http://www.orpha.net/data/patho/gb/uk-leucocyteadhesiondeficiency.pdf 72

Neutrophile verlassen den Blutkreislauf und wandern zu Infektionsherden 73

Die wesentlichen Funktionen der Entzündung sind Rekrutierung zusätzlicher Effektorzellen (und damit der von ihnen synthetisierten löslichen Mediatoren) sowie weiterer löslicher Effektormoleküle wie Antikörper und Komplementproteine, mit dem Ziel, Pathogene möglichst vor Ort schon zu vernichten. Aufbau einer physikalischen Barriere (mikrovaskuläre Koagulation) mit dem Ziel, Pathogenverbreitung einzudämmen. Einleitung der Wundheilung mit dem Ziel, zusätzliche pathogene Belastung zu verhindern. => Die Gefahren einer Infektion unterbinden oder wenigstens eindämmen und gleichzeitig eine adaptive Immunantwort initiieren. 74

Eine Infektion und die darauf ausgelöste Immunantwort kann in mehrere Stadien eingeteilt werden 75

Ralph M. Steinman 76

Dendritische Zellen starten eine adaptive Immunantwort unreife dendritische Zellen halten sich in peripheren Geweben auf Makropinsom dendritische Zellen wandern über afferente Lymphgefäße zu regionalen Lymphknoten reife dendritische Zelle im inneren Cortexbereich Antigen-spezifischer Lymphozyt Lymphatischer Follikel Reife dendritische Zelle innerer Cortexbereich regionaler Lymphknoten naiver Lymphozyt Mark 78

Dendritische Zellen (DCs) wandern durch die Lymphe in den Lymphknoten 80

humorale Funktionen Zelluläre Funktionen angeborenes Immunsystem Dendritische Zellen adaptives Immunsystem 81

Der Verlauf einer typischen Antikörperantwort Primärantwort Sekundärantwort Antikörper (μg ml- 1 Serum) Lag- Phase Reaktion auf Antigen A Reaktion auf Antigen B Antigen A Anti gene A+B Tage 83

Der Verlauf einer typischen Antikörperantwort Primärantwort Sekundärantwort Antikörper (μg ml- 1 Serum) Lag- Phase Immunologisches Gedächtnis Reaktion auf Antigen A Reaktion auf Antigen B Antigen A Anti gene A+B Tage 84

Die Verteilung der lymphatischen Gewebe im Körper Rachenmandel (Polyopen) Gaumenmandeln rechte subklavikuläre Vene Lymphknoten Linke klavikuläre Vene Thymus Herz Ductus thoracicus Niere Blinddarm Milz Peyersche Platten im Dünndarm Dickdarm Lymphgefäße Knochenmark 88

Lymphknoten Lymphgefäße 89

Ca. 10 12 αβt-zellen im Menschen viel! Nur ca. 6000 spezifisch für ein best. Epitop, z.b. Influenza Virus HA wenig Influenza-infizierte Person mehrere Millionen Viruspartikel praktisch nichts! 90

Lymphozyt - Durchmesser: ~ 10 µm = 10x10-6 m Lymphozyt - Volumen: 5x10-13 m 3 Körpervolumen (100 kg): 0.1 m 3 Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Lymphozyten: 1:500 Mrd. bei 6000 identischen Lymphozyten: 1:314 Mio. 91

4 Hauptphasen der Lymphozytenadhäsion Rollen Aktivierung Adhäsion Diapedese 93

Retention von T-Zellen im Lymphknoten im Zuge Figure der Aktivierung 10-8 T-Zellen in efferenter Lymphe Zeit nach Infektion (Tage) 94

angeboren vs. adaptiv 95

Lernziele Sie sollten in der Lage sein, - zu beschreiben, wie und aus extrazellulären und intrazellulären Peptiden Antigene auf MHC-I oder MHC-II beladen werden. - zu benennen, in welchem MHC-Kontext CD4 + oder CD8 + T-Zellen Peptide erkennen. - die Interaktion von T- und B-Zellen im Keimzentrum zu beschreiben. - zu erklären, auf welche Arten Antikörper an der Immunabwehr beteiligt sein können. Grundlagenimmunologie

Die Struktur des T-Zell-Rezeptors Kohlenhydrat α-kette β-kette variable Region (V) konstante Region (V) Gelenk (H) Transmembranregion Disulfidbrücke Cytoplasmatischer Schwanz 103

Zwei Hauptgruppen von T-Zellen erkennen Peptid, das an Proteinen von zwei unterschiedlichen Klassen von MHC Molekülen gebunden ist 104

MHC-Moleküle präsentieren die Peptidfragmente von Antigenen auf der Zelloberfläche MHC-Klasse I MHC-Klasse II Peptid Zellmembran 105

kurze Peptide im MHC-I

längere Peptide im MHC-II

MHC-I-Moleküle präsentieren Antigene, die aus Proteinen im Zytosol stammen Virus infiziert eine Zelle Im Zytosol werden virale Proteine synthetisiert endoplasmatisches Reticulum MHC-I bindet Peptidfragmente viraler Proteine im ER MHC-I transportiert gebundene Peptide and die Zelloberfläche Zellkern 109

Bakterium infiziert Makrophagen und dringt in Vesikel ein; Peptidfragmente entstehen MHC-II bindet bakterielle Fragmente in den Vesikel MHC-II transportiert gebundene Fragmente an die Zelloberfläche MHC Klasse II Moleküle präsentieren Antigen aus intrazellulären Vesikeln an B-Zell-Rezeptor gebundenes Antigen Antigen wird aufgenommen und zu Peptidfragmente abgebaut Fragmente binden an MHC-II und werden an die Oberfläche transportiert Antikörper B-Zelle 110

Grundzüge der Strukturen der CD4- und CD8-Corezeptormoleküle 111

Der T-Zell-Rezeptor-Komplex besteht aus Proteinen, die das Antigen erkennen, und unveränderlichen Proteinen, die Signale aussenden Erkennung Signalgebung 112

Die Aggregation des T-Zell-Rezeptors und eines Corezeptors setzt die Verbreitung von Signalen in der Zelle in Gang in ruhenden T-Zellen sind die ITAMs nicht phosphoryliert Bindung des Liganden an den Rezeptor führt zur Phosphorylierung der ITAMs durch rezeptorassoziiete Kinasen antigenpräsentierende Zelle ZAP-70 bindet an die phosphorzlierten ITAMs der ζ- Kette; es wird durch Lck phosphoryliert und aktiviert, sobald der Corezeptor an den MHC-Liganden gebunden hat T- Zelle 113

Die Expression von MHC-Molekülen unterscheidet sich in verschiedenen Geweben Gewebe MHC-Klasse I MHC-Klasse II Lymphatisches Gewebe T-Zellen B-Zellen Makrophagen andere antigenpräsentierende Zellen (z.b. Langerhans-Zellen) epitheliale Zellen des Thymus andere kernhaltige Zellen Neutrophile Zellen Hepatocyten Niere Gehirn kernlose Zellen rote Blutkörperchen 114

Die Expression von MHC-Molekülen unterscheidet sich in verschiedenen Geweben Gewebe MHC-Klasse I MHC-Klasse II Lymphatisches Gewebe T-Zellen B-Zellen Makrophagen andere antigenpräsentierende Zellen (z.b. Langerhans-Zellen) epitheliale Zellen des Thymus andere kernhaltige Zellen Neutrophile Zellen Hepatocyten Niere Gehirn kernlose Zellen rote Blutkörperchen 115

Retention von T-Zellen im Lymphknoten im Zuge Figure der Aktivierung 10-8 T-Zellen in efferenter Lymphe Zeit nach Infektion (Tage) 116

Cytotoxische T-Zellen erkennen Antigene, die von MHC-I-Molekülen präsentiert werden, und töten die Zelle ab Cytotoxische T-Zelle erkennt Komplex aus viralem Fragment und MHC-I und tötet infizierte Zelle tötet MHC- Klasse-I 117

Cytotoxische T-Zellen erkennen Antigene, die von MHC-I-Molekülen präsentiert werden, und töten die Zelle ab Cytotoxische T-Zelle erkennt Komplex aus viralem Fragment und MHC-I und tötet infizierte Zelle tötet CD8 MHC- Klasse-I 118

T H 1- und T H 2-Zellen erkennen Antigene, die von MHC-II-Molekülen präsentiert werden T H 1-Zelle erkennt Komplex aus bakteriellem Fragment und MHC-II und aktiviert Makrophagen T H 2-Helferzelle erkennt Komplex aus antigenem Fragment und MHC-II und aktiviert die B-Zelle aktiviert T-Helferzelle aktiviert MHC- Klasse-II MHC- Klasse-II 119

T H 1- und T H 2-Zellen erkennen Antigene, die von MHC-II-Molekülen präsentiert werden T H 1-Zelle erkennt Komplex aus bakteriellem Fragment und MHC-II und aktiviert Makrophagen T H 2-Helferzelle erkennt Komplex aus antigenem Fragment und MHC-II und aktiviert die B-Zelle aktiviert CD4 T-Helferzelle CD4 aktiviert MHC- Klasse-II MHC- Klasse-II 120

Der T-Zell-Rezeptor ähnelt einem membrangebundenem Fab- Fragment Antigenbindungsstelle Antikörper Antigenbindungsstelle T-Zell- Rezeptor T-Zelle 121

Immunglobulinmolekühle bestehen aus zwei verschiedenen Arten von Polypeptidketten, den schweren Ketten und den leichten Ketten leichte Ketten schwere Ketten Disulfidbrücken 122

Unterschiede in der Antigenerkennung zwischen Immunglobulinen und T Zell Rezeptoren 123

Unterschiede in der Antigenerkennung zwischen Immunglobulinen und T Zell Rezeptoren Oberflächen Immunglobuline innere Strukturen TCR 124

Antigene können in Taschen, Gruben oder an ausgedehnten Oberflächen innerhalb der Bindungsstellen von Antikörpern binden 125

germinal center = Keimzentrum

Aktivierte T-Zellen im Keimzentrum vermitteln B-Zell-Hilfe Dies führt zur Affinitätsreifung und zum Klassenwechsel

Gedächtniszelle Tod Plasmazelle

bakterielle Toxine spezifische Antikörper Bakterien im extrazellulären Raum Bakterien im Plasma Antikörper können auf drei Arten an der Immunabwehr beteiligt sein Zelle mit Toxinrezeptoren Makrophage Neutralisierung Opsonisierung Aktivierung des Komlementssystems Komplement 133

Überblick: Komplementkaskade 135

Klassischer Weg: Initiiert durch C1 136

Klassischer Weg: Generierung von C3/C5- Konvertase (=C4bC2b) Protease-Kaskade: Signal-Amplifikation (vgl. Blutgerinnung) Regulation: Aktiv nur an Oberflächen körpereigene Zellen tragen Regulatoren 137

Spaltung des C5 Leitet die späte Kaskade ein. In C5-Spaltung konvergieren die 3 Wege der Komplementkaskade. 138

Spaltung des C5 Leitet die späte Kaskade ein. In C5-Spaltung konvergieren die 3 Wege der Komplementkaskade. Anaphylatoxine: Chemotaxis Aktivierung des membrane attack complex 139

Der fertige membrane-attack -Komplex erzeugt ein Loch in der Zellmembran 140

Lernziele Sie sollten die somatische V(D)J-Rekombination verstehen und erklären können, wie es zur hohen Vielfalt der variablen Teile der Antigenrezeptoren kommt. Weiterhin sollten Sie in der Lage sein, - zu benennen, welche Veränderungen in den Immunglobulin- und T-Zell-Rezeptor-Genen, die während der B-Zell- und T-Zell-Entwicklung und Differenzierung erfolgen. - den Begriff und die Bedeutung von MHC-Restriktion zu erklären. - zu beschreiben welche positiven und negativen Selektionsmechanismen die theoretische Antigenrezeptordiversität einschränken (VS 4 und VS 5). Grundlagenimmunologie

angeboren erworben lebensnotwendig ready to go Zellen besitzen Effektorfunktion (Phagozyten) Erkennung über PAMPs gut es zu haben braucht etwas mehr Zeit Keine basale Effektor- Funktion (Lymphozyten) hoch variable Erkennungsrezeptoren 150

Gene der variablen Regionen werden durch somatische Rekombination jeweils neu aus Gensegmenten aufgebaut leichte Ketten schwere Ketten Keimbahn-DNA Somatische Rekombination DJ-verknüpfte umgeordnete DNA Somatische Rekombination VJ- oder VDJ-verküpfte umgeordnete DNA Primäres RNA-Transkript Spleißen mrna Polypeptidkette 152

Die Anzahl funktioneller Gensegmente für die variablen Regionen der schweren und leichten Ketten in menschlicher DNA Zahl der funktionsfähigen Gensegmente in menschlichen Immunglobulinloci Segment leichte Ketten schwere Kette V-Segmente D-Segmente J-Segmente 153

Die Anzahl funktioneller Gensegmente für die variablen Regionen der schweren und leichten Ketten in menschlicher DNA Zahl der funktionsfähigen Gensegmente in menschlichen Immunglobulinloci Segment leichte Ketten schwere Kette 200 V-Segmente D-Segmente J-Segmente 154

Die Anzahl funktioneller Gensegmente für die variablen Regionen der schweren und leichten Ketten in menschlicher DNA Zahl der funktionsfähigen Gensegmente in menschlichen Immunglobulinloci Segment leichte Ketten schwere Kette V-Segmente 10530 x 320 = 3.4 x 10 6 D-Segmente J-Segmente 158

Die genomische Organisation der Loci für die schweren und leichten Immungloblinketten in der Keimbahn des Menschen Locus der leichten λ-kette Locus der leichten κ-kette Locus der schwerenkette 159

Rekombinations-Signal-Sequenzen - Die 12/23-Regel 160

Gensegmente für variable Regionen werden durch Rekombination verknüpft 161

Die Einführung von P- und N-Nucleotiden an den Verknüpfungen zwischen Gensegmenten während der Immunglobulingenumlagerung RAG-Komplexe binden und spalten Rekombinationssignalsequenzen, sodass eine DNA-Haarnadelstruktur ensteht Anfügen von N-Nucleotiden durch TdT Paarung der Stränge die RAG-vermittelte Spaltung der Haarnadelstruktur erzeugt palindromartige P-Nucleotide Durch Exonucleasespaltung, DNA-Synthese und DNA-Ligation ensteht die codierende Verknüpfungssequenz 165

Umordnung und Expression der Gene für die α- und β-kette des T-Zell-Rezeptors Keimbahn-DNA Rekombination umgeordnete DNA Transkription Spleißen Translation Protein (T-Zell-Rezeptor) Transkription Spleißen Translation umgeordnete DNA Rekombination Keimbahn-DNA 166

Die Anzahl der menschlichen T-Zell-Rezeptor-Gen-Segmente und die Ursachen der T-Zell-Rezeptor-Vielfalt im Vergleich zu den Immunglobulinen Element Immunglobulin α:β - Rezeptoren V-Segmente D-Segmente D-Segmente, in drei Rastern gelesen selten oft J-Segmente Verknüpfung mit N- und P- Nucleotiden Anzahl der V-Genpaare 50% der Verknüpfungen junktionale Diversität Gesamtvielfalt 167

Veränderungen in den Immunglobulin- und T-Zell-Rezeptor-Genen, die während der B-Zell- und T-Zell-Entwicklung und Differenzierung erfolgen Vorgang erfolgt in Ereignis Vorgang Art der Änderungen B-Zellen T-Zellen Zusammensetzung der V- Regionen somatische Rekombination von DNA irreversibel ja ja junktionale Diversität unpräzise Verknüpfungen, Insertion von N-Sequenzen in die DNA irreversibel ja ja transkriptionelle Aktivierung Aktivierung des Promotors durch Nähe zum Enhancer irreversibel, aber reguliert ja ja Isotypwechsel- Rekombination somatische Rekombination von DNA irreversibel ja nein Somatische Hypermutation DNA-Punktmutation irreversibel ja nein IgM-, IgD-Expressionen auf der Oberfläche Differenzielles Spleißen von RNA reversibel, reguliert ja nein Membrangebundene oder sezernierte Form Differenzielles Spleißen von RNA reversibel, reguliert ja nein 168

Der Aufbau der wichtigsten menschlichen Immunglobulinisotypen 170

Der Aufbau der wichtigsten menschlichen Immunglobulinisotypen Opsonisierung 171

Der Aufbau der wichtigsten menschlichen Immunglobulinisotypen Opsonisierung mucosale Immunität 172

Der Aufbau der wichtigsten menschlichen Immunglobulinisotypen Opsonisierung Komplement mucosale Immunität 173

Der Aufbau der wichtigsten menschlichen Immunglobulinisotypen Opsonisierung Komplement mucosale Immunität Mastzell-Aktivierung 174

IgM- und IgA-Moleküle können Multimere bilden IgM-Pentamer J-Kette IgA-Dimer J-Kette 175

Keimzentren als Orte der somatischen Hypermutation

schwere Kette leichte Kette Immunisierung Affinität primäre sekundäre tertiäre

Basale Aufgabe eines Immunsystems kontrolliert Selbst Immunsystem zerstört Fremd Wie unterscheidet das Immunsystem Freund und Feind? 181

Ignoranz angeborenes Immunsystem PRR - PAMP Muster Selbst PRR: genetisch festgelegt. Selektion im Laufe der Evolution. Fremd 182

Ignoranz angeborenes Immunsystem PRR - PAMP Muster Selbst Fremd Selektion adaptives Immunsystem potenziell alles 183

Ignoranz angeborenes Immunsystem PRR - PAMP Muster Selbst Antigenrezeptoren: ZUFÄLLIGE somatische Rekombination. Fremd Selektion adaptives Immunsystem potenziell alles 184

Ignoranz angeborenes Immunsystem PRR - PAMP Muster Selbst Antigenrezeptoren: ZUFÄLLIGE somatische Rekombination. Erkennung jeglicher Form von Antigen. Fremd Genetisch festgelegte Ignoranz ist keine Option. Selektion adaptives Immunsystem potenziell alles 185

- Autoimmunität - der Preis des adaptiven Immunsystems 186

- Autoimmunität - der Preis des adaptiven Immunsystems 187

B- und T-Zell-Entwicklung 1. Positive Selektion: Selektion funktioneller Antigen- Rezeptoren (erfolgreiche Rekombination in frame ) 2. Negative Selektion: Eliminierung von Klonen mit autoreaktivem Antigen-Rezeptor 188

B-Zell-Entwicklung 189

Avidität: hoch Zentrale Toleranz - B-Zellen Avidität: gering Avidität: gering 190

T-Zell-Entwicklung 191

Der zelluläre Aufbau des menschlichen Thymus Kapsel corticale Epithelzelle Cortex Medulla Trabekel subkapsuläres Epithel Corticomedulläre Grenze Hassall- Körperchen Thymocyt (aus dem Knochenmark) medulläre Epithelzelle dendritische Zelle (aus dem Knochenmark) Makrophage (aus dem Knochenmark) 193

Die epithelialen Zellen des Thymus bilden ein Netzwerk, das die sich entwickelnden Thymocyten umgibt 194

Die Korrelation von Entwicklungsstadien der α:β T-Zellen mit der Umordnung der T-Zell-Rezeptor-Gene und der Expression von Zelloberflächenproteinen doppelt negativ doppelt positiv einfach positiv Umordnung 195

Die Korrelation von Entwicklungsstadien der α:β T-Zellen mit der Umordnung der T-Zell-Rezeptor-Gene und der Expression von Zelloberflächenproteinen doppelt negativ doppelt positiv einfach positiv Umordnung + Selektion: β-kette ( β-kette-selektion ) 196

Figure MHC-Restriktion 7-28 part 1 of 2 bestrahlter Empfänger des MHC-Typs a bestrahlter Empfänger des MHC-Typs b 197

MHC-Restriktion Messung der Reaktion immunisierter F 1 -T-Zellen auf das Antigen, das von APCs des MHC- Typs a und b präsentiert wird T-Zellen reagieren auf ein Antigen, das von APCs des MHC-Types a präsentiert wird T-Zellen reagieren auf ein Antigen, das von APCs des MHC-Types b präsentiert wird 198

Figure 5-17 199

Lernziele Sie sollten in der Lage sein, -zu beschreiben welche positiven und negativen Selektionsmechanismen die theoretische Antigen- Rezeptordiversität einschränken (VS 4 und VS 5). -die Differenzierungsmöglichkeiten von naiven zu Effektor-T-Zellen und die für eine Aktivierung von notwendigen Signale aufzuzählen (naive CD8+ zu Killer T-Zellen, 5 Möglichkeiten für naive CD4+ T- Zellen). -zu benennen, welche Mechanismen in der Regel eine immunologische Toleranz gegenüber Selbst ermöglichen. Grundlagenimmunologie

Figure 5-17 202

Positive Selektion im Thymuscortex normale Expression von MHC-Klasse-II-Molekülen Mutante ohne MHC-Klasse-II- Molekülen Mutante, deren MHC-Klasse- II-Transgen nur im Thymusepithel exprimiert wird Mutante, in der ein MHC- Klasse-II-Transgen exprimiert wird, das nicht mit CD4 interagieren kann CD8- und CD4-Zellen reifen heran nur CD8-Zellen reifen heran CD8- und CD4-Zellen reifen heran nur CD8-Zellen reifen heran Bare lymphocyte syndrome II/Klasse II Defizienz: Rezessive Erkrankung, in der die Expression von MHCII aufgrund von Transkriptionsfaktor-Defekten unterbleibt. Sehr wenige CD4 T Zellen in den Patienten, wenig IgG (mangels Interleukin-4 von Helfer T-Zellen) 203

Figure 5-17 204

Die anderen Zellen im Thymus 207

Die anderen Zellen im Thymus mtec 208

Wie findet der Thymozyt das Selbst? Promiskuitive Genexpression in mtec durch AIRE Monogene Autoimmunerkrankung: APECED 209

Autoimmunes-Polyendokrinopathie- Candidiasis-Ektodermales-Dystrophie-Syndrom (APECED) Hohe Prävalenz in Finnen (1:25k), iranischen Juden (1:9k) und Sardiniern (1:14k) Erste Identifikation und Klonierung des menschlichen AIRE-Gens durch das finnisch-deutsche APECED Konsortium 1997 210

Dendritische Zellen starten eine adaptive Immunantwort unreife dendritische Zellen halten sich in peripheren Geweben auf Makropinsom dendritische Zellen wandern über afferente Lymphgefäße zu regionalen Lymphknoten reife dendritische Zelle im inneren Cortexbereich Antigen-spezifischer Lymphozyt Lymphatischer Follikel Reife dendritische Zelle innerer Cortexbereich regionaler Lymphknoten naiver Lymphozyt Mark 215

T-Zellen gelangen über Venolen mit hohem Endothel in den Cortex der Lymphknoten T-Zellen, die nicht auf ihr spezifisches Antigen treffen, verlassen den Lymphknoten über die Lymphbahnen Naive T-Zellen treffen während ihrer Wanderung durch die peripheren Lymphorgane auf Antigene T-Zellen überprüfen, welche Antigene die Makrophagen und dendritische Zellen präsentieren T-Zellen, die auf ihr spezifisches Antigen treffen, proliferieren und entwickeln sich zu Effektorzellen 216

Vorübergehende Verbindungen zwischen T-Zellen und antigenpräsentierenden Zellen werden durch eine spezifische Antikenerkennung stabilisiert T-Zellen binden zuerst über LFA- 1:ICAM die anschließende Bindung der T- Zell-Rezeptoren bewirkt ein Signal an LFA-1 durch eine Konformationsänderung von LFA-1 erhöht sich die Affinität und verlängert sich der Kontakt zwischen den Zellen 217

Vorübergehende Verbindungen zwischen T-Zellen und antigenpräsentierenden Zellen werden durch eine spezifische Antikenerkennung stabilisiert Immunologische Synapse 218

Figure 8-22 part 1 of 2 Wieviel Antigen braucht die T-Zelle? 1-10 MHC Klasse II - Peptid- Komplexe in Anwesenheit von CD4 219

Figure 8-22 part 1 of 2 Signal 1 Stimulation über T-Zell-Rezeptor / MHC Signal 2 Co-Stimulation über z.b. B7 (CD80 + CD86) / CD28 220

Die Aktivierung naiver T-Zellen erfordert zwei voneinander unabhängige Signale Spezifisches Signal und Costimulator 221

Auf antigenpräsentierenden Zellen werden als costimulierende Signale vor allem B7-Moleküle exprimiert, die an das T-Zell-Protein CD28 binden 222

durch Quervernetzung von CD28 wird bei der Aktivierung naiver T-Zellen ein costimulierendes Signal ausgesandt und die Expression von CTLA-4 (CD152) ausgelöst Die T-Zell-Aktivierung über den T-Zell-Rezeptor und CD28 führt zu einer erhöhten Expression von CTLA-4, einem inhibitorischen Rezeptor für B7-Moleküle CTLA-4 bindet stärker als CD28 an B7 (CD80 oder CD86) und übermittelt aktivierten T- Zellen inhibitorische Signale 223

naive T-Zelle wird durch virusinfizierte dendritische Zelle stimuliert T-Zelle erkennt dasselbe Antigen auf einer infizierten Epithelzelle aktivierte T-Zelle tötet infizierte Epithelzelle Die Bedingung, dass dieselbe Zelle sowohl das antigenspezifische als auch das costimulierende Signal aussenden muss, spielt eine wesentliche Rolle bei der Vermeidung von Immunreaktionen gegen körpereigene Antigene naive T-Zelle erkennt körpereigenes Antigen auf einer Epithelzelle antigenspezifisches Signal allein löst eine Anergie aus T-Zelle reagiert nicht auf körpereigenes Antigen auf APC 224

Mikrobielle Substanzen können bei Makrophagen eine costimulierende Aktivität auslösen Proteinantigen, das nicht zu einem Bakterium gehört Bakterien Bakterielle und nichtbakterielle Proteine nicht stimulierte Makrophagen senden kein costimulierendes Signal an T- Zellen, die nichtbakterielle Antigene erkennen Bakterien stimulieren Makrophagen, ein costimulierendes Signal an T-Zellen zu senden, die bakterielle Antigene erkennen Bakterien regen Makrophagen an, ein costimulierenden Signal an T-Zellen auszusenden, die nichtbakterielle Antigene erkennen anergische T-Zellen Proliferation und Differenzierung von T-Zellen, die für ein bakterielles Protein spezifisch sind Proliferation und Differenzierung von T- Zellen, die für ein nichtbakterielles Protein spezifisch sind 225

Aktivierte T Zellen produzieren und reagieren auf IL-2 226

Expansion Figure Ag-spezifischer 8-22 part 1 of T-Zellen 2 227

Expansion Ag-spezifischer T-Zellen Figure 8-22 part 1 of 2 Ausgangspopulation: 6000 pro Mensch CD4 + : mehrere 100-fach CD8 + : 50,000 100,000-fach 228

AktivierteT-Effektorzellen können auf ihre Zielzellen ohne Kostimulation reagieren Stimulation einer naiven T-Zelle proliferierende T-Zelle aktive T-Effektorzelle töten virusinfizierte Zielzellen 229

Effektor-T-Zell-Populationen 1. Cytotoxische T-Zellen (CTL, CD8 + ) 2. Helfer T-Zellen (CD4 + ) a. T h 1 b. T h 2 c. T h 17 230

Figure 8-31 Zytotoxische T-Zellen können Zielzellen, die das spezifische Peptid präsentieren über die Zytotoxine Perforin, Granzyme, Granulysin sowie über FasL-Fas in die Apoptose treiben. 231

Figure 8-22 part 1 of 2 Signal 1 Stimulation über T-Zell-Rezeptor / MHC Signal 2 Co-Stimulation über z.b. B7 (CD80 + CD86) / CD28 Signal 3 Zytokine beeinflussen die Differenzierung von Th-Zellen 233

Pathogen Übersicht T h Effekte T h 1 T h 2 T h 17 intrazelluläre Bakterien, Viren Helminthen extrazelluläre Bakterien, Pilze Effektor-Zytokin IFNγ, LTα IL-4, 5, 13, 25 IL-17A, IL-17F, 22, TNF Ziel-Zelle Makrophage, CTL B-Zelle Epithelien, Endothelien, Fibroblasten Effekt Pathologie Phagozytose, zytolytisch systemische Autoimmunität Ig- Klassenwechsel, Mastzellaktivierung Allergie, Asthma Akute Entzündung, Integrität der Epithelien 235 organspezifische Autoimmunität

Leishmania major: Modell für T h 1 vs. T h 2 Polarisierung T h 2 BALB/c lesions (size) Resistenz T h 1 time (d) C57BL/6 236

Naive CD4 + T-Zellen können durch Variationen des durch die antigenpräsentierende Zelle vermittelten Signals 3 verschiedene Effektorfunktionen wahrnehmen. 237

Immunologische Toleranz negative Selektion AIRE Thymus negative Selektion Rezeptor-Editing Knochenmark Zentrale Toleranz Periphere Toleranz 239

Immunologische Toleranz negative Selektion Co-Stimlulation Thymus negative Selektion Rezeptor-Editing Knochenmark Zentrale Toleranz Anergie Periphere Toleranz 240

Immunologische Toleranz negative Selektion Thymus negative Selektion Rezeptor-Editing Knochenmark +++++ Aktivierungsinduzierter Zelltod Zentrale Toleranz Anergie Periphere Toleranz 241

Immunologische Toleranz negative Selektion Thymus schwach negative Selektion Rezeptor-Editing Knochenmark Ignoranz Zentrale Toleranz Anergie +++++ AICD Periphere Toleranz 242

Scurfy (sf) syndrome Courtesy of Edgar Schmitt

Effektor-T-Zell-Populationen 244

IPEX Syndrom Immunodysregulation polyendocrinopathy enteropathy X-linked syndrome selten! Der Fall von John Doe: Bei Geburt unauffällig atopische Dermatitis in den ersten Tagen wässrige Diarrhöe mit 4 Monaten IDDM mit 6 Monaten Leukozyten normal, Hämoglobin normal, Eosinophile+, IgE+, Autoantikörper Foxp3 Gen disfunktional (IPEX) CyclosporinA, Tacrolimus, kurzfristige Besserung Knochenmarkstransplantation, nach einem Jahr symptomfrei 245

Lehrbücher Martin/Resch Kapitel 1-5 Janeway (7. Auflage) Kapitel 1, 2 Kapitel 3-5, 7 teilweise Kapitel 8, 10 Komponenten und Aufbau des Immunsystems Initiation von Immunantworten lymphatische Organe Erkennungsmechanismen Lymphozytenentwicklung Entstehung und Verlauf adaptiver Immunantworten 248

Eine Patientin Luisa: 4 Wochen alt; Geb.-Gewicht 3.7 kg Omphalitis; WBCC: 71.000/µl Antibiose 12d; WBCC: 20.000/µl Bruder: verstarb im Alter von 4 Wochen: multiple Infektionen der Haut; Omphalitis nekrotisierende Enterocolitis Staphylokokken-Pneumonie WBCC: 75.000/µl

Eine Patientin Luisa: Kinderklinik: X-Ray: Abdomen, Thorax: obb WBCC: 68.000/µl 73% Neutrophile 22% Lymphos 3% Eosinophile IgG: 613mg/dl IgM: 89mg/dl IgA: 7 mg/dl C3: 185 mg/dl C4: 28 mg/gl

Eine Patientin Luisa: Rebuck Hautfenster: Deckgläser auf Hautabrasion für 8h, alle 2h wird gewechselt: MIkroskopische Untersuchung: keine Leukozyten ausgewandert! Verdacht: LAD; Leukozyten-Adhäsions-Defizienz

Dynamik der Migration und Interaktion von Immunzellen und deren Beeinflussung zu therapeuthischen Zwecken

Grundlagen der Immunzell-Migration

Migration und Interaktion von Immunzellen als Basis der Funktion des Immunsystems Makrophage Neutrophiler Granulozyt Dendritische Zelle Helfer-T-Zelle B-Zelle Antikörper

Adhäsion und Einwanderung von Leukozyten in peripheren Kapillargefäßen

Adhäsions- und Signalmolekülen orchestrieren die gewebespezifische Einwanderung von Leukozyten from: v. Andrian and Mackay 2000, NEJM 343: 1025-35 Potentielle therapeutische Targets zur Modulation der Leukozyten-Migration Selectine Integrine Chemokinrezeptoren S1P-Rezeptoren

Rekrutierung von Effektor-Lymphozyten Chemotaktische Bewegung im Gewebe

Chemokines a family of chemotactic cytokines Chemokine receptors 7-transmembrane spanning G-protein coupled receptors (GPCRs) Gαi-dependent Pertussis toxin (PTX)-sensitive extracellular lumen cytoplasm chemokine (chemotactic cytokine)

Chemokine orchestrieren die funktionelle Gliederung von Lymphknoten und Milz in T- und B-Zell-Bereiche B T B T Lymphknoten B220 CD31 CD3 Milz CD3 IgD B220

Das Mehrstufen-Modell der Adhäsion und Einwanderung von Lymphozyten in Lymphknoten Rolling Aktivierung Adhäsion L- Selektin CD34 Chemokin Chemokin Rezeptor α β γ LFA-1 (inaktiv) ICAM-1,2,3 LFA-1 (aktiv) B T Transendotheliale Migration B220 CD31 CD3 B-Zell-Follikel CXCL13 T-Zell-Zone CCL21

-Teil 2.1 - Lymphknoten-Homing (in vivo Fluoreszenz-Mikroskopie)

Präparation des inguinalen Lymphknotens vorher Übersicht nachher Detail

Rolling und Adhäsion von Lymphozyten im Venenbaum des inguinalen Lymphknotens Zeitbeschleunigung: 2,5x intravitale Video- Epifluoreszenzmikroskopie Kortex des inguinalen Lymphknotens grün - CFSE-gefärbte Lymphozyten

Rolling und Adhäsion von Lymphozyten im Venenbaum des inguinalen Lymphknotens

T-Zellen im Lymphknoten (in vivo 2-Photonen-Laser-Scanning- Mikroskopie)

Intravitale 2-Photonen Mikroskopie des poplitealen Lymphknotens Adapted from Mempel et al. Curr Opin Immunol 2004 Adapted from Mempel et al. Curr Opin Immunol 2004

Structural and functional aspects of lymph node organization Macroscopic organization of LN regions

Cell motility and interactions in the absence of antigen B cells T cells T cells DC T cells lymphatic endothelium

Cellular choreography with antigen B cell chemotaxis T cell/ B cell motility pairs T cell/ DC clusters T cell egress block T cell proliferation

Interaktionsdynamik von Lymphozyten und Dendritischen Zellen Immunologische Synapse (IS) Zeitbeschleunigung: 200x time lapse 2-Photonen Laser-Scanning Mikroskopie äußerer Parakortex (-120 to -160 µm) des poplitealen Lymphknotens grün rot - CFSE-gefärbte Lymphozyten - TAMRA-gefärbte reife (in vitro maturierte) Dendritische Zellen Mempel et al. Nature (2004)

Migrationsinhibition als therapeutische Strategie: selektivere Immunsuppression?!

Die Magic Bullets sind da?! Monoklonale Antikörper chimär, humanisiert, human

Typen von therapeutisch eingesetzten monoklonalen Antikörpern Disease or Target Class: Viral -vir- Bacterial -bac- Immune -lim- Infectious Lesions -les- Cardiovascular -cir- Antifungal -fung- Neurologic -ner- Interleukins -kin- Musculoskeletal -mul- Bone -os- Toxin as target -toxa- Tumors colon -colmelanoma -melmammary -martestis -gotovary -govprostate -pr(o)- miscellaneous -tum- -omab (Maus) -ximab (chimär) -zumab (humanisiert) -umab (human) -cept (Fusinonsprotein) Inf li(m) ximab (chimärer anti-tnfα-mab) Nata li(m) zumab (humanisierter anti-α 4 integrin-mab) adapted from: Carter, Nature Reviews Cancer 1, 118-129 (2001)

Gewinnung monoklonaler Antikörper Maus-Hybridoma-Technik Immunisierung zur Stimulierung der Antikörperproduktion Ziel-Antigen immortale Tumor- Zell-Linie Isolierung von Plasmazellen aus der Milz Plasmazellen werden mit den kultivierten Tumorzellen zu sogenannten Hybridom-Zellen fusioniert Hybridom-Zellen werden subkloniert Antikörper-produzierende Klone der Hybridom-Zellen werden auf Spezifität getestet Hybridom-Zellen produzieren monoklonale Antikörper gegen Ziel-Antigen

Infliximab anti-inflammatorische Therapie durch spezifische TNFα-Blockade Therapie inflammatorischer Autoimmunerkrankungen, rheumatoide Arthritis, Morbus Crohn, Psoriasis Monoklonale (chimäre) Antikörper gegen TNFα Infliximab (Remicade ) [bis zu 61% HACA-Inzidenz]

XenoMouse eine humanisierte Maus zur Erzeugung vollständig humaner monoklonaler Antikörper from: Scott, Nature Biotechnology 25, 1075-1077 (2007)

Generierung der transgenen humanisierten XenoMouse und Produktion humaner monoklonaler Antikörper alternative Methode: Phage-Display-Technik adapted from: Brekke and Sandlie Nature Reviews Drug Discovery 2, 52-62 (2003), Jakobovits et al. Nature Biotechnology 25, 1134-1143 (2007) vollständig humaner monoklonaler Antikörper der gewünschten Spezifität

Mit Hilfe der XenoMouse produzierte monoklonale Antikörper in der klinischen Erprobung adapted from: Jakobovits et al. Nature Biotechnology 25, 1134-1143 (2007) mab Panitumumab (Vectibix) Denosumab (AMG162) AMG 102 AMG 655 CP-675,206 CP-870, 893 CP-751,871 HCD122 CROO2 CRO11-vcMMAE HGS004 AGS-PSCA/ MK-4721 Target EGFR RANK ligand HGF Trail receptor 2 CTLA-4 CD40 agonist IGF-IR CD40 antagonist PDGFR GPNMB CC chemokine receptor 5 (CCR5) PSCA Indication Cancer, solid tumors Osteoporosis, treatment-induced bone loss, bone metastases, multiple myeloma Cancer, solid tumors Cancer, solid tumors Cancer, solid tumors Cancer, solid tumors Cancer, solid tumors Cancer, hematologic tumors Kidney inflammation Cancer, melanoma HIV Cancer, solid tumors Company (developer) Amgen Amgen Amgen Amgen Pfizer Pfizer Pfizer Novartis/ Xoma CuraGen CuraGen Human Genome Sciences Agensys/Merck Clinical trial stage approved; 2, 3 2, 3 1 1, 2 3 1 2 1 1b 1 2 1

Monoklonale Antikörper als Migrationsinhibitoren bei Psoriasis: anti-α L integrin-mab (Efalizumab)

Efalizumab ein blockierender anti-α L Integrin Antikörper in der Therapie gegen Psoriasis Efalizumab - blockierender, nicht-depletierender humanisierter mab gegen die α L Integrin-Kette (Bestandteil des Adhesionsmoleküls LFA-1) - LFA-1 ist u.a. auf CD45RO + Gedächtnis-Effektor-T-Zellen exprimiert adapted from: Brekke and Sandlie Nature Reviews Drug Discovery 2, 52-62 (2003) Marecki and Kirkpatrick, Nature Reviews Drug Discovery 3, 473-474 (2004)

Wirkmechanismus von Efalizumab Blockade der LFA-1/ICAM-1 Interaktion from: v. Andrian and Mackay 2000, NEJM 343: 1025-35 Efalizumab (humanisierter mab) Inhibition von Adhesion und Aktivierung

Efalizumab in der Therapie gegen Psoriasis Inhibition der Migration und Aktivierung von T-Zellen Repräsentative Antworten auf Efalizumab-Therapie adapted from: Lebwohl et al. N Engl J Med 2003;349:2004-13. Tag 0 Tag 84

Neue Therapeutika gegen MS (1): Antikörper blockieren die Leukozyten-Inflitration ins ZNS anti-α 4 integrin-mab (Natalizumab)

Natalizumab ein blockierender anti-α 4 Integrin Antikörper in der Therapie gegen MS und CED Stamper-Woodruff Gefrierschnitt-Adhäsionsassay adapted from: Noseworthy and Kirkpatrick Nature Reviews Drug Discovery 4, 101-102 (2005), Steinman Nature Reviews Drug Discovery 4, 510-518 (2005)

Wirkmechanismus von Natalizumab Blockade der α 4 Integrin-Kette from: v. Andrian and Mackay 2000, NEJM 343: 1025-35 ZNS (Multiple Sklerose) Adhesion inflammatorischer Zellen durch Interaktion von α 4 β 1 Integrin-VCAM-1 Darm (CED) Adhesion inflammatorischer Zellen durch Interaktion von α 4 β 7 Integrin-MAdCAM-1 (in darm-assoziierten lymphatischen Organen und im Darm konstitutiv exprimiert)

Natalizumab in der Therapie der Multiplen Sklerose Blockade von anti-α 4 Integrin ist doppelt wichtig VCAM-1 ist auf Endothelien im Gehirn konstitutiv exprimiert Expression ist bei MS deutlich erhöht α 4 β 1 -Integrin erlaubt Rolling und Adhesion auf VCAM-1 zudem: im ZNS möglicherweise kein Rolling notwendig

Die Blockade der Migration von inflammatorischen Zellen durch die Blut-Hirn-Schranke ist hoch-wirksam MS-Studienprogramm der Universität von Toronto - Natalizumab (Tysabri) Radiologisches Monitoring

...doch die Modulation der Immunzell-Migration ist nicht ohne Risiko! Immunhistochemischer Nachweis von JC-Virus-Protein (braun) in infizierten Gliazellen bei PML Mögliche (seltene) Komplikation: Opportunistische JC Virus-Infektion aufgrund der verminderten Immunüberwachung des ZNS nach Natalizumab-Therapie

Neue Therapeutika gegen MS (2): ein small molecule als Migrationsinhibitor Fingolimod (FTY720)

FTY720 ein vielversprechendes neues Immunsuppressivum OH Immigration Sphingosin NH 2 OH OH NH 2 Blut sekundäres lymphatisches Organ OH FTY720 (2-amino-2-(2-[4-octylphenyl]ethyl)-1,3-propanediol) Emigration synthetische Nachbildung des natürlichen Wirkstoffs Myriocin aus dem Pilz Isaria sinclairii gewonnen bereits in der traditionellen chinesischen Medizin verwendet derzeit in mehreren Phase III-Studie als MS-Therapeutikum (Fingolimod, Novartis)

FTY720 ein vielversprechendes neues Immunsuppressivum OH Immigration Sphingosin NH 2 OH OH NH 2 Blut sekundäres lymphatisches Organ OH FTY720 (2-amino-2-(2-[4-octylphenyl]ethyl)-1,3-propanediol) Emigration FTY720

FTY720 (Fingolimod) als MS-Therapeutikum

Das MS-Studienprogramm der Universität von Toronto FTY720 (Fingolimod) Immigration Blut sekundäres lymphatisches Organ Emigration FTY720 FTY720 (Fingolimod) Phase II-Studie bindet Sphingosin-1-Phosphat-Rezeptor-1 mit agonistischer Wirkung führt zur Internalisierung der Rezeptoren ( funktioneller Antagonist ) blockiert die Auswanderung von Lymphozyten aus lymphatischen Organen (Lymphozytenzahl im Blut ) wahrscheinlich zusätzlich immunmodulatorischer Effekt im ZNS