Selbststudium ZELLULÄRE REZEPTOREN, ZYTOKINE und

Selbststudium
ZELLULÄRE REZEPTOREN,
ZYTOKINE und KOMPLEMENT
Zelluläre Rezeptoren
Zytokine
Komplementfaktoren
1
Zelluläre Rezeptorsysteme
Übersicht zu Rezeptorfamilien
Antigenrezeptoren und
Korezeptoren
B,T
Spezifische Antigenerkennung
Kostimulatorische Moleküle
bei Antigenerkennung
B.T,APC
Kontolle und Unterstützung der
Antigenerkenung
hämatopoiet.
Adhäsionsmoleküle
Ig-ähnliche Zellen, APC
Integrine
M,DC
Selektine T,End
Adhäsion, Homing
Stabilisierung von Zelladhäsion
Zellselektion am Endothel
Fc-Rezeptoren (FcR)
hämatopoiet.
Zellen
Bindung Fc-Teile von Ig
Einleitung vieler MPS-Fkt.
Komplement-Rezeptoren
(CR)
verbreitet
Signalübermittlung nach Bindung
von C-Komponenten
C-Typ Lektine
M,DC
Erkennung mikrobieller
Kohlenhydrate
TOLL-ähnliche R (TLR)
M,DC
Erkenung mikrobieller Strukturen
Zytokinrezeptoren
verbreitet
Signalübertragung
2
Zelluläre Rezeptorsysteme
Adhäsionsmoleküle
Strukturen
ICAM
intracellular
adhesion
molecule
PECAM
platelet/endothelial
adhesion
molecule
VCAM
vascular
adhesion
molecule
Zellselektion
am Endothel
Stabilisierung
von Zelladhäsion
Adhäsion, Homing
3
Zelluläre Rezeptorsystem
Fc-Rezeptoren und Komplement-Rezeptoren
4
Zelluläre Rezeptorsysteme
1.
Fc-Rezeptoren (FcR)
Funktionen
Fc-Rezeptoren binden den konstanten Teil (Fc-Teil) der schweren Ketten von Immunglobulinen,
sofern diese als Immunkomplexe oder aggregiertes IgG vorliegen.
Dadurch werden wichtige Zell-Funktionen eingeleitet bzw. unterstützt :
Vernichtung von Pathogenen
- Aktivierung von Phagozyten
- Einleitung der Phagozytose
- Antikörper-vermittelte zelluläre Zytotoxität (ADCC)
Antikörper-bedecktes Bakterium
bindet an Fc-Rezeptoren auf der
Zelloberfläche
Die Makrophagenmembran
umschließt das Bakterium
Die Makrophagenmembranen
verschmelzen, wobei ein
membrangebundenes Vesikel
entsteht, das Phagosom
Lysosomen verschmelzen mit
dem Phagosom, so dass ein
Phagolysom entsteht
2.
Aktivierung von NK-Zellen. Diese exprimieren den FCγRIII (CD 16) und erkennen damit Antikörper
(IgG1, IgG3)-beladene Zielzellen, die sie durch ähnliche Mechnismen wie T-Killerzellen eliminieren.
3.
Mastzellaktivierung durch IgE-Bindung
Mastzellen tragen den FcεRI und binden damit freies monomeres IgE. Wird dieses gebundene IgE
auf der Mastzelloberfläche durch Antigenbindung aggregiert, erfolgt die Freisetzung vasoaktiver
Amine (Leukozytenaktivierung, stärkere Darmbewegung, erhöhte bronchiale Schleimsekretion,
bessere Durchblutung) Gefahr: allergische Reaktionen
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Zelluläre Rezeptorsysteme
Fc-Rezeptoren
Strukturen
Für verschiedene Isotypen existieren unterschiedliche Fc-Rezeptoren, die meist der
Ig-Familie angehören.
Funktion
Funktion
Degranulation
Phagozytose
Phagozytose
NK-Zell
Zytotoxizität
-
Phagozytose
-
6
Zelluläre Rezeptorsysteme
Antikörper binden Antigene
auf Zielzellen
Fc-Rezeptoren (FcR)
Antikörper-abhängige zelluläre Zytotoxizität (ADCC)
Fc – Rezeptoren auf
NK –Zellen erkennen
gebundene Antikörper
Vernetzung von
Fc – Rezeptoren signalisiert,
die Zielzelle zu töten
Die Zielzelle stirbt durch
Membranschaden oder
Apoptose
Natürliche Killerzellen (NK) sind große, granuläre Lymphozyten ohne
charakteristische B - oder T-Zellmarker. Sie können einige Tumorzellen
und virusinfizierte Zellen töten und sind Effektorzellen der antibodydependent cellular cytotoxicity (ADCC).
7
Zelluläre Rezeptorsysteme
C-Typ Lektine
C-Typ Lektine besitzen eine oder
mehrere Domänen, die an
Carbohydrate in der mikrobiellen
Hülle binden.
DC-SIGN
dendritic cell specific ICAM-3
grabbing non integrin
KAR
killing activatory receptor
KIR
killing inhibitory receptor
CRD
carbohydrate recognition
domain
8
Zelluläre Rezeptorsysteme
Toll-like Rezeptoren (TLR)
Makrophagen und DC erkennen Mikroben in Blut und Gewebe durch Oberflächenrezeptoren,
die bestimmte Strukturmuster ( „pattern recognition“ ) aufweisen und als Toll – like (TLR)
Rezeptoren bezeichnet werden (TOLL Gen wurde zuerst bei Fruchtfliegen entdeckt).
Z.B. erkennt TLR2 bakterielles Lipoglycan und TLR4 bakterielles Lipopolysaccharid (LPS). LPS wird durch
einen Proteinkomplex, der aus CD14 und TLR4 besteht, an die Zellmembran von Makrophagen gebunden,
so dass Phagozytose eingeleitet werden kann.
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Zytokine
Grundlagen
Funktionen und Begriffe
Zytokine sind lösliche Proteine (MG ~ 10³ - 5x10³), die in geringsten
Konzentrationen bereits hochaktiv wirken. Als „Gewebshormone“ übermitteln sie
vorwiegend lokal begrenzte Signale zwischen Zellen und regulieren auf diese Weise
Immunreaktionen und Entzündungsprozesse.
Einige Zytokine können von verschiedenen Zelltypen produziert werden und
entsprechend der Verteilung ihre Zytokinrezeptoren auch auf unterschiedliche
Zelltypen einwirken. Zytokine können auf die produzierende Zelle zurückwirken
(autokrin) oder auf benachbarte Zellen (parakrin) oder unter Umständen systemisch
auf Zellen in weiter Entfernung (endokrin).
Lymphokine
Interleukine (IL)
von Lymphozyten sezernierte Zytokine
Zytokine, die vorwiegend Signalüberträger zwischen
Leukozyten bewirken
Monokine
von Monozyten/Makrophagen sezernierte Zytokine
Interferone (IFN)
Zytokine, die Resistenz gegen Virusbefall vermitteln
(und weitere Funktionen im Immunsystem haben)
Colony-stimulating factors Zytokine, die Koloniebildungen (Wachstum) und
(CSFs)
Differenzierung von hämatopoietischen Stammzellen
bewirken
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Zytokine
Grundlagen
Einteilung
Einteilung nach der Struktur
• Typ-I-Zytokine
4α-Helices, IL-2,4,6,7,12,15,GM-CSF, G-CSF,SCF,
• Typ-II-Zytokine
6α-Helices, IL-10 Familie, Interferone
• IL-8 Familie
IL-8 und andere
• IL-1 Familie
IL-1α,β
• TNFα Familie
TNFα, LTα,β
• TGF-Familie
TGFβ
• CD4-Targetfamilie IL-14,16,17,25
Funktionelle Einteilung
Pro-inflammatorische Zytokine
IL-1,6,8,17, TNFα
Zytokine mit anti-viraler Aktivität
IFNα,β,γ, IL-28,29
T-Zell-Zytokine
IL-2,4,5, IFNγ,TGFβ
Zytokine für angeborene IL-1,6,8,10,12,15,18,
Immunität
TNFα,IFNα,β,γ,Chemokine
Die Unterscheidung der funktionell wichtigen Zytokine von Helfer-T-Zellen
hat zur Identifizierung von zwei Subtypen geführt :
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Zytokine
Ausgewählte T-Zell-Zytokine
TH1-Zytokine
Interleukin 2 (IL-2)
Funktionen :
T – Zellen
TH2-Zytokine
Interleukin 4 (IL- 4)
Funktionen :
B – Zellen
wichtigster autokriner und
parakriner Wachstumsfaktor
NK – Zellen
Klassenumschaltung zu IgE
TH2 – Zellen
Differenzierung
Aktivierung, Proliferation
B-Zellen
Aktivierung, Proliferation
Interferon γ (IFN γ)
Funktionen :
Mo/Ma
Aktivierung
MHC Klasse I und II- Moleküle
Membranexpression verstärkt
schwach antiviral und antiproliferativ
Interleukin 5 (IL- 5)
Funktionen :
Eosinophile
Aktivierung, Proliferation
IFN γ wird auch als Typ II Interferon bezeichnet. Die Typ I-Interferone IFNα und IFNβ werden
von viral-infizierten Zellen gebildet und wirken in benachbarten Zellen antiviral, sie verstärken
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das zytolytische Potential von NK-Zellen.
Zytokine
Monokine
Interleukin (IL-1)
Funktionen :
Endothel
: Aktivierung, Entzündung
Hypothalamus : Fieber, endogenes Pyrogen
Leber
: Akut-Phase-Proteine
T –Zellen
: Kostimulation,
Interleukin (IL- 6)
Leber
T-Zellen
B-Zellen
Zusatz
: Akut-Phase-Proteine
: Kostimulaton,
: Proliferation, Antikörperbildung
Tumor-Nekrose-Faktor alpha (TNFα)
Endothel
: Aktivierung, Entzündung
Neutrophile : Aktivierung
Hypothalamus : Fieber, endogenes Pyrogen
Leber
: Akut-Phase-Proteine
Muskel,Fett : Katabolismus (Kachexie)
T –Zellen
: Kostimulation,
IL-1, IL-6 und TNFα sind für die Akut-Phase-Reaktionen verantwortlich,
Sie sind auch als Kostimulatoren für die T-Zell Aktivierung wirksam.
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Zytokine
Kolonie-stimulierende Faktoren (CSF)
(M) Makrophage – CSF
(G) Granulocyte – CSF
(GM) Granulozyte/Makrophage – CSF
IL-7
Interleukin 3 (IL-3)
B-Lymphozyten
Interleukin 7 (IL-7)
T-Lymphozyten
EPO
Eythrozyten
Megakaryozyten
Basophile
Eosinophile
Neutrophile
G-CSF
Monozyten
M-CSF
GM-CSF
IL-3
14
Zytokine
Zytokinrezeptoren
Rezeptorfamilien
Zytokinrezeptoren finden sich auf der Zelloberfläche zumeist nur in
sehr geringer Dichte und viele sind mit herkömmlichen diagnostischen
Methoden nicht nachweisbar. Sie werden entsprechend ihrer Struktur
fünf Familien zugeordnet.
Zytokinrezeptorfamilie
Beispiele
Immunglobulin-ähnliche -
IL-1R
Hämatopoietin -
IL-2R,
Interferon -
IFNγR, IFNα,β, IL-10R
NGF (nerve growth factor) -
TNFRI,II,
STS / Chemokin -
IL-8R, CCR, CXCR
nicht zugeordnet
TGFβR
IL-4R, IL-5R, IL-6R, IL-12R
Fas, CD40
Für die Signalverstärkung und – übertragung werden mitunter zusätzliche Moleküle
(z.B. gp130 für IL-6R) verwendet. Die Mitglieder der Hämatopoietin-Rezeptorfamilie
besitzen mehrere Molekülketten.
STS = seven transmembrane spanning, CCR = zwei benachbarte Cysteine im
aminoterminalen Bereich, CXCR = eine variable Position zwischen den Cyteinen.
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Zytokine
Zytokinrezeptoren
Strukturprinzipien
Der IL-2 Rezeptor ist aus drei Ketten aufgebaut, die zwei Rezeptortypen mit
unterschiedlicher Affinität bilden. Die a-Kette ist auf ruhenden T-Zellen gar nicht exprimiert,
kann aber nach Aktivierung auf bis zu 50.000 Kopien hochgefahren werden. Nach
Assoziation der Ketten steigt die Affinität beträchtlich.
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Komplement
Grundlagen und Funktion
Herleitung des Namens: Komplementiert die antibakterielle Wirkung von Antikörpern.
Zunächst als hitzeresistente Aktivität im normalen Plasma entdeckt. System aus ca. 20
Proteinen, die in Kaskaden aktiviert werden.
Das Komplementsystem ist ein wichtiger Bestandteil der angeborenen Immunität. Defekte
des Systems schwächen die immunologische Abwehr.
Klassischer Weg
Alternativer Weg
Pathogenoberflächen
(Bakterien, Hefen, Parasiten,
Pilze)
Antigen-Antikörper-Komplexe,
die IgM oder IgG enthalten
(Immunkomplexe)
Komplementaktivierung
Opsonierung
von Pathogenen
„schmackhafter“
für Makrophagen
Zerstörung von
Pathogenen
Porenbildung in
der Zellmembran
Anlocken von
Zellen
(Chemotaxis)
Lösliche Spaltprodukte von
Komplementproteinen
Aktivieren von
Zellen
Sekrektion von
Entzündungsmediatoren
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Komplement
Klassische Aktivierung
18
Klassische Aktivierung
membrane attack complex
Komplement
Antigen-Antikomplexe (Immunkomplexe) oder aggregiertes Immunglobulin binden C1q und leiten
die Aktivierung ein.
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Komplement
Aktiviertes C1s schneidet
C4 in C4a und C4b, das
an die mikrobielle
Oberfläche bindet
nativ
C4
C2
C3
Klassische Aktivierung
C4b bindet dann an C2, das
von C1s geschnitten wird
C4b,2b ist eine aktive C3Konvertase, die C3 in C3b
schneidet, das an die
mikrobielle Oberfläche
bindet
Ein Molekül von C4b, 2b
kann bis zu 1000 Moleküle von C3 in C3b umwandeln; viele C3b
binen an die mikrobielle
Oberfläche
aktiv
Funktion
C4a
Entzündungsmediator (schwach)
C4b
Opsonin (membranfixiert), bindet C2 für Spaltung durch C1s
C2a
unbekannt
C2b
aktives Enzym (membranfixiert) der C3/5-Konvertasen des
klassischen Weges, schneidet C3 und C5
C3a
Entzündungsmediator (mittelstark)
C3b
Opsonin (membranfixiert), bindet C5 für Spaltung durch C2b
erforderlich für alternativen Weg
20
Alternative Aktivierung
Membrane attack complex
Komplement
21
Komplement
C3b von der C3- Konvertase
des klassischen Weges
abgelagert
Alternative Aktivierung
C3b bindet Faktor B
Der gebundene Faktor B wird
von der Plasmaprotease Faktor D
in Ba und Bb geschnitten
C3b,Bb ist eine C3/C5-Konvertase,
die C3 Moleküle in C3 und C3b
schneidet
nativ
aktiv
Funktion
B
Ba
unbekannt
Bb
aktives Enzym (membranfixiert) der C3/C5-Konvertase des
alternativen Weges
D
Plasmaserinprotease bindet an membranfixiertes C3b und
schneidet B
D
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Komplement
Terminale Porenbildung
Als Endphase der Komplementaktivierung fügt sich in der Zellmembran der Zielzelle der
sogenannte „membrane attack complex“ (membran-angreifender Komplex) zusammen, der
Eine Pore bildet und damit das Eindringen aggressiver Enzyme (z. B. Lysozym) und den
Verlust des Protonengradienten bewirkt.
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Komplement
Spaltprodukte
Freigesetzte Komplement-Spaltprodukte wie C3a, C4a und C5a
werden als Anaphylatoxine („Entzündungsgifte“) bezeichnet. Sie
•
bewirken die Freisetzung hochaktiver Mediatoren (z.B. biogener Amine
wie Histamin und Serotonin) aus Körperzellen (z.B. Mastzellen) und
die Mobilisierung membranständiger Arachidonsäure z.B. in
Neutrophilen ( Prostaglandine, Leukotriene) sowie die Freisetzung von
Zytokinen (z.B. IL-1 aus Monozyten).
•
erhöhen die Gefäßpermeabilität und die Kontraktion glatter Muskulator
•
wirken chemotaktisch
•
aktivieren Phagozyten (z.B. stimuliert C5a die Expression von
Komplementrezeptoren, bessere Anheftung von Phagozyten) und sind
damit für die proinflammatorischen Effekte des Komplementsystems
verantwortlich. C5a ist am wirksamstem und stabilsten.
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Komplement
Rezeptor
Rezeptoren
Funktionen
Zelltypen
Zellaktivierung,
Phagocytose
Transport von
Immunkomplexen,
Mitwirkung bei ADCC
Erytohocyten,
Makrophagen,
Monocyten,
Granulocyten,
B-Zellen
C3d, C3dg,
iC3b
Epstein-BarrVirus
Teil des B-Zell-Corezeptors,
Epstein-Barr-Virus-Rezeptor
B-Zellen
CR3
(CD11b/CD18)
iC3b
Phagozytose
Makrophagen,
Monocyten,
Granulocyten
CR4
(CD11c/CD18)
iC3b
Phagocytose
Makrophagen,
Monocyten,
Granulocyten
CR1
Cr2
(CD21)
Ligand
C3b, C4b
Zusätzlich wurde ein C1y-Rezeptor auf verschiedene Zellen beschrieben.
25
Komplement
Inhibitoren
Name (Symbol)
Rolle bei der Regulation des klassischen Weges
C1-Inhibitor (C1INH)
bindet an aktiviertes C1r, C1s und trennt es von C1q
*
C4-bindendes Protein
(C4bP)
bindet an C4b und trennt C2b ab;
Cofaktor für C4b-Spaltung durch I
*
Komplementrezeptor 1
(CR1)
an C3b Membranprotein bindet an C4b und trennt
C2b ab, oder und trennt Bb ab; Cofaktor für I
*
Faktor H (H)
bindet C3b und trennt Bb ab; Cofaktor für I
*
Faktor I (I)
Serinprotease, die C3b schneidet, unterstützt von H,
MCP oder CR1
decay-accelerating factor
(DAF)
Membranprotein, das Bb von C3b entfernt und
C2b von C4b
Membran-Cofaktor-Protein
(MCP)
Membranprotein, das die C3b- und C4bInaktivierung durch I unterstützt
CD59
Membranprotein, verhindert die Bildung von
membrane attack complex
C1 INH-Mangel = erbliches angioneurotisches Ödem
DAF- und CD59-Mangel = paroxymale nächtliche Hämoglobinurie
_________________________________
* bitte merken
*
*
26
Komplement
Funktionen
Opsonierung
Durch die Anlagerung von C3b ( CR1) und Antikörpern ( FcR) werden
Pathogene „schmackhafter“ für Phagozyten. Bei der Komplementaktivierung entstehen weitere aktive Fragmente mit gleicher Wirkung.
Zellzerstörung
Pathogene (Bakterien, Hefen) aber auch körpereigene (bei bestimmten Krankheiten)
und fremde Erythozyten sowie mit bestimmten Einschränkungen kernhaltiger Zellen
werden durch Porenbildung zerstört.
Chemotaxis
Im Zuge der Komplementaktivierung entstehen hochaktive Peptiden
(C5a > C3a > C4a), die Granulozyten und Makrophagen anlocken
( Entzündung).
Zellaktivierung
Die löslichen Peptide C5a>C3a>C4a (Anaphylatoxine) aber auch membranfixierte
Komplementkomponente (C3b, C4b) stimulieren auf verschiedene Weise Entzündungsmechanismen.
- Entzündungsmediatoren werden abgegeben
- Gefäßpermeabilität wird erhöht
- Kontraktion glatter Muskulatur
-------------------------------------------------------- Zellaktivierung („respiratory burst“)
- Phagozytose wird stimuliert
- ADCC wird gefördert
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ZELLULÄRE REZEPTOREN,
ZYTOKINE und KOMPLEMENTFAKTOREN
Zelluläre Rezeptoren
1. Übersicht zu Rezeptorfamilien
2. Adhäsionsmoleküle
3. Fc- und Komplement-R
4. C-Typ Lektine
5. Toll-like Rezeptoren
Zytokine
Komplement
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Grundlagen
Klassische Aktivierung
Alternative Aktivierung
Terminale Porenbildung
Spaltprodukte
Rezeptoren
Inhibitoren
Funktionen
1. Grundlagen
2. Wichtige Th-Zell-Zytokine
3. Monokine
4. Kolonie-stimulierende Faktoren (CSFs)
5. Zytokinrezeptoren
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