Immunologievorlesung Antikörper, B-Zellen Referenzliteratur für die

Immunologievorlesung Antikörper, B-Zellen
Referenzliteratur für die Vorlesung:
1. Janeway/Travers: Immunologie, Spektrum Verlag Heidelberg
2. Roitt/Brostoff/Male: Kurzes Lehrbuch der Immunologie, Thieme Verlag Stuttgart
1. Antikörper: Funktion
- Antikörper von B-Zellen produziert, membranständig auf B-Zellen (Antigenrezeptor) oder löslich, Teil der humoralen Immunantwort.
- variables Ende, Bindung von Fremdmolekülen, konstantes Ende:
Erkennungsstelle für Zellen oder Moleküle, die Pathogen zerstören: Adapter zwischen Antigenen und Effektormechanismen des Immunsystems.
- 5 Isotypen von Antikörpern mit unterschiedlichen konstanten Bereichen.
- Hauptaufgaben: Neutralisierung v. Toxinen, Immobilisierung v. Mikroorganismen,
Opsonisierung, Komplementaktivierung.
2. Antikörper: Struktur
- Aufbau: 4 Ketten, 2 x schwere/leichte Kette, Disulfidbrücken.
- Domänen von ca. 110 Aminosäuren, aus Urdomäne durch Duplikation entstanden.
- leichte Ketten MW 25000, schwere Ketten MW 50-77000.
- N-terminal V-Region, Rest konstant: C-Region (V L, VH, C L, C H).
- Gelenksregion für Flexibilität, bivalente Bindung, Antigenvernetzung.
-Anordnung durch Pepsin/Papainspaltung festgelegt. Fab (antigen-binding)/Fc
(crystallizable).
- Variable Region für die Antigenerkennung, Variabilität konzentriert auf hypervariable Bereiche (CDR).
- Antikörperbindung über nichtkovalente Wechselwirkungen.
3. Antikörper: Isotypen
- leichte Kette: κ und λ, funktionell gleichwertig, keine Isotyp-Unterscheidung.
- schwere Kette: Isotypen µ, γ, δ, α, ε bestimmen Eigenschaften, binden an verschiedene Fc-Rezeptoren, initiieren Isotyp-spezifische Antworten. Entsprechende Antikörpereinteilung in IgM, G, D, A, E. Unterklassen IgG1-4, IgA1-2.
IgG: Hauptimmunglobulin, ca. 70-75% des gesamten Immunglobulinpools,
wichtigster Antikörper der sekundären Antwort, opsoniert.
IgM: Pentamer, früher Antikörper 10%, J-Kette, Komplementaktivator (5 Antigenbindestellen!), keine Gelenksregion.
IgA: Dimer, 15-20%, J-Kette, durch sekretorische Komponente vor Proteolyse
geschützt, Transzytose. An Körperoberflächen, wo Komplement nicht hinkommt, seromuköses Sekret (Speichel, Tränendrüsen, Muttermilch,
Bronchialsekret, Kolostrum, Milz, urogenitale Sekrete). Schutz fürs Neugeborene.
IgD: <1%, auf Membran zirkulierender B-Lymphozyten, Funktion unbekannt
(Regulation der B-Zellaktivierung?), nie sezerniert, gemeinsam mit IgM
auf der Zelloberfläche möglich (Ausnahme! Normalerweise B-Zellen nur
mit einer einzigen Antikörperspezifität und –isotyp).
IgE: nur in Spuren nachweisbar, keine Gelenksregion, ähnlich IgM, Basophile,
Mastzellen, allergische Reaktionen, Husten, Niesreiz: infektiöse Agentien
werden ausgestoßen.
Fc-Rezeptoren auf Immunzellen: spezifische Fc-Rezeptoren für jeden Isotyp, vermitteln Signale in spezifische Effektorzellen, dadurch Isotyp-spezifische Immunantworten.
4. Antikörper: Entstehung der Vielfalt
- Instruktionshypothese (historisch, aber falsch): Kontakt mit Antigen "formt" Antikörper.
- Selektionshypothese (richtig): Antikörper zufällig gebildet, passende nach Antigenkontakt in Massen produziert.
- Keimbahntheorie (historisch, aber falsch): jeder Antikörper wird von einem eigenen Gen codiert. Mensch nur 3x 109 bp DNA, reicht nicht, Mensch kann 1011
Antikörper bilden.
- Vielfalt über somatische Rearrangements, Einbau zufälliger Nukleotide, unpräzise Verknüpfung
- jede reife Kette (L oder H) besteht aus einem Gen, bei leichter Kette aus VSegment, J-Segment, C-Region zusammengesetzt; bei schwerer Kette VDJC.
- Molekulare Analysen: unexprimierte Gene in Keimbahnananordnung: multiple VJ/V-D-J Segmente im Gen hintereinander, exprimierte Gene: somatisch umarrangiert.
- Kombination zufällig gewählter V-J/V-D-J Elemente: jeweils ein Element auf
DNA-Ebene zusammengefügt, irreversibel.
- C-Region auf RNA-Ebene zugespleisst.
-Antikörpervielfalt am Beispiel der Maus: Zahl leichte Kette: κ 250V x 4J=1000, HKetten Zahl V-Segmente unbekannt, geschätzt 400-60000 Kombinationen VDJ,
Mittelwert 24000.
- Kombination leichte/schwere Kette: hypervariable Regionen durch VL-JL + VHDH-JH 1000x24000=2x107 Kombinationen.
- Einbau zusätzlicher Nukleotide durch terminale Desoxynucleotidyltransferase
(TdT) an Bruchpunkten: weitere Diversität, nur bei schweren Ketten, L-Ketten
durch unpräzise Verknüpfung von V-J in Vielfalt gesteigert.
- Insgesamt nochmals mindestens 104 neue Kombinationen: Repertoire von 1011
Antikörperspezifitäten erreicht.
5. Wichtige Fachbegriffe
- B-Zellen nur 1 Antikörperspezifität: Allelic Exclusion: nur 1 produktives Allel
setzt sich durch, das andere unterdrückt oder unproduktiv (durch Leserasterfehler, 45% der Fälle, dann wird 2. Allel rekombiniert).
- Class-switching/Isotypwechsel: selbe fertige VDJ-Region der H-Kette wird
an neue C-Domäne rekombiniert (Deletion der dazwischenliegenden Sequenzen, irreversibel). Ausnahme: IgM zu IgD durch alternatives splicing auf RNAEbene.
- Membranständige/sezernierte Form von Antikörpern durch alternatives splicing.
- Somatische Hypermutation: nach Antigenkontakt spezifisch Erzeugung von
Punktmutationen in variabler Region, einige der mutierten Antikörper passen
dadurch präziser ans Antigen. Nachgeschaltet Affinitätsreifung: Selektion der
fürs Antigen affinsten B-Zellen im Lymphknoten durch Kompetition ums präsentierte Antigen.
- Immunisierung gegen Nicht-Protein-Antigene, Beispiel Tetanustoxoid: H. influenzae B-Polysaccharid an Tetanustoxoid-Protein gekoppelt. HIB Polysaccharid-spezifische B-Zellen von Tetanustoxoid-Protein-spezifischen TZellen aktiviert. Prinzip der T-Zellhilfe.
6. B-Zell Reifung
- Reifung bei Vögeln in der Bursa Fabricius, daher „B-Zellen.“
- Mensch: B-Zellreifung: im Knochenmark, zunächst ohne Antigenkontakt: Pro(D H-JH), Prä- (intakte H-Ketten), unreife B-Zelle (IgM). Vorselektion auf Autoreaktivität im Knochenmark: Oberflächenautoantigen: Deletion der B-Zelle, lösliches Autoantigen: Anergie. Restliche, nicht-autoreaktive B-Zellen wandern aus
dem Knochenmark aus. B-Zellen mit Autoreaktivität gegen Antigen, das nicht im
Knochenmark vorhanden ist: in der Peripherie inaktiviert (fehlende Kostimulation führt zur Anergie).
- Kein Kontakt mit Antigen in der Peripherie: Absterben innerhalb von ca. 2-3 Wochen.
- Zur Aktivierung Prozessierung des Antigens/T-Helferzellen nötig. Proliferation der
aktivierten B-Zellen in Follikeln des Lymphknotens.
- Kontakt mit Antigen: Reifung zur Plasmazelle, Sezernierung von Antikörpern bzw.
Umwandlung in Gedächtniszellen.