Phagozytose, Rezeptoren der angeborenen Immunität, Komplement

Grundlagen der Immunologie
5. Semester - Dienstags 11.15 Uhr
Ruhr-Universität Bochum, HMA 20
Phagozytose, Rezeptoren der
angeborenen Immunität,
Komplement
Albrecht Bufe
www.ruhr-uni-bochum.de/homeexpneu
Antigen
Immunisierung
Haut / Schleimhaut
Dendritische Zelle
(APZ)
Phagozytose
1
Motto der heutigen Vorlesung
Gefahr erkannt,
durch Fressen
gebannt.
Phagozyten
Makrophagen (im Gewebe (einkernig))
(Entwicklung)
Monozyten (im Blut)
• langlebig
• bei Aktivierung werden
Neutrophile Granulozyten
=
PMN=polymorphkernige
neutrophile Leukozyten (nur
im Blut, nicht im Gewebe)
• kurzlebig
Cytokine* und andere Mediatoren
freigesetzt, die u.a. neutrophile
Granulozyten anlocken
*wichtig für lokale Entzündungsreaktionen und Vermittlung der induzierten,
nichtadaptierten Reaktion
2
Monozyten-/
MakrophagenSystems
Gehirn
MikrogliaZellen
Alveolarmakrophagen
Leber
KupfferStern- Zellen
Milzmakrophagen
Niere
Mesangiale
Phagozyten
Blutmonozyten
Lymphdrüse
residente und
umlaufende
Makrophagen
Synoviale
A-Zellen
Vorläufer im Knochenmark
Osteoklasten
Pro Tag 100 g Granulozyten
(ca. 1011 Zellen)
Pluripotente hämatopoetische
Stammzelle
KM
Aktivierter Makrophage
Blut
Gewebe
Myeloide Vorläuferzelle
Monozyt
Makrophage
IFN-g
(aus T-Zellen:
CD4 und CD8;
NK-Zellen)
Neutrophile
Zelle
CSF and G-CSF
M-CSF
(aus Fibroblasten,
Endothel- und
Epithelzellen)
(aus Fibroblasten,
Endothel- und
Epithelzellen)
3
PAMPs eines bestimmten Bakteriums binden z. B. an den
Mannose-Rezeptor. Dies löst eine Phagozytose aus.
Mannose-Rezeptor
Umhüllung (Engulfment) des RezeptorBakteriumkomplexes
4
Bildung eines Phagosomen
Lysosom
(enthält Lysozym)
Entstehen eines Phagolysosomen
Lysosom
(enthält Lysozym)
5
Lysozym verdaut Bakterienwand und die übrigen Anteile
der Bakterienzelle durch saure Hydrolyse
Intrazellulärer Verdau der Pathogene durch:
Ansäuerung
Toxische O2-Derivate
Toxische Stickoxide
Antimikrobielle Peptide
Enzyme
pH = 3,5-4, bakteriostatisch und bakterizid
O2-(Superoxid), H2O2(Wasserstoffperoxid), 02(Singletsauerstoff), OH(Hydroxylradikal), OCl- (Hypohalit)
Stickstoffoxid NO
Defensine, kationische Proteine
Lysozym - löst Zellwand einiger grampositiver Bakterien auf
Saure Hydrolasen – zerkleinern Bakterien weiter
Kompetitoren
Laktoferrin – bindet Fe, Vitamin-B12-bindendes Protein
6
Opsonisierung
Antikörper vermittelte Phagozytose
7
Antikörper vermittelte Phagozytose
Zwei Signalmodell
Gefahrensignal (z.B. LPS)
Antigen
APC
Naive T-Zelle
8
PPR (pathogen pattern receptors) auf Makrophagen binden
bakterielle und virale (Oberflächen)-Moleküle.
(PAMPs = pathogen associated molecular pattern)
Mannose-Rezeptor
LPS-Rezeptor (CD14)
CD11c/CD18
Toll-like-Rezeptoren
Glykan-Rezeptor
scavenger-Rezeptor
Sialinsäure-Ligand
PAMPs sind:
• Endotoxin (Lipopolysaccharid = LPS) auf
gram-negativen Bakterien
• Lipoteichonsäure auf gram-positiven
Bakterien
• Peptidoglykan in allen Zellwand tragenden
Bakterien
• Glykopeptan aus Mykobakterien
• CpG-Nukleotide von bakterieller DNA
• Doppelsträngige RNA (dsRNA) aus Viren
9
Architektur der Gram-negativen Zellhülle
Lipopolysaccharid
OmpA
[LPS; ´Endotoxin´]
OmpF/C
FhuA
Kapselpolysaccharide
[
Enterobacterial
Common Antigen
Polysaccharide
Surface Layer
´Lipoglycane´
Äußere
Membran
Phospholipid
Periplasma
Peptidoglycan
Lipoprotein
Innere
Membran
Phospholipid
Proteine
Cytoplasma
Holst, O. et al. FZ-Borstel (2003)
Struktur des Respiratorischen Syncytial Virus (RSV)
10
The Nobel Prize in Medicine
Für ihre grundlegenden
1995
Erkenntnisse über die
genetische Kontrolle der
frühen Embryonalentwicklung.
Christiane Nüsslein-Volhard
Zusammen mit
Edward B. Lewis und
Eric F. Wieschaus
Ursprünglich entdeckt wurden TLRs von
der deutschen Forscherin Christiane
Nüsslein-Volhard in der Fruchtfliege
Drosophila in den 90er Jahren. Unter
anderem für diese Erkenntnisse erhielt
Nüsslein-Volhard 1995 den Nobelpreis für
Medizin – zusammen mit ihrem Kollegen
Eric Wieschaus und und dem bereits
verstorbenen Amerikaner Edward Lewis.
Seitdem sind jedes Jahr neue TLRVarianten in Menschen und Tieren entdeckt
worden, sie finden sich sowohl bei Fischen
und Reptilien, als auch bei einfacheren
Organismen. Aus diesem Grund sind
Forscher der Ansicht, dass es sich hierbei
um ein evolutionär altes System handelt.
Receptor
Agonist(s)
(Pattern Recognition
Receptors)
(Pathogen-Associated
Molecular Patterns)
TLR1
Heterodimerizes with TLR2
TLR2
PGN, some LPS, some LTA,
lipoproteins, AraLAM
TLR3
dsRNA
TLR4
Gram(-) LPS, Taxol, some LTA
TLR5
Flagellin
TLR6
Heterodimerizes with TLR2
TLR7
Imidazoquinoline
TLR9
Bacterial DNA (CpG)
TLR 8,10
Unknown
Akira J.Biol.Chem. 2003 278:38105–38108
11
SPEZIFITÄT der TLRs
TLR 1
BAKTERIELLE PRODUKTE MIT LPS (Mit TLR2 und 4)
TLR 2
GRAM-POSITIVE BAKTERIEN; PEPTIDOGLYKAN;
LIPOTEICHONSÄURE; MYKOBACTERIELLES
LIPOARABINOMANNAN
TLR 3
POLY I:C DOPPELSTRÄNGIGE VIRALE RNA
TLR 4
LIPOPOLYSACCHARIDE (LPS) aus GRAM NEGATIVEN
BAKTERIEN
TLR 5
FLAGELLIN VON FLAGELLATEN
TLR 6
LIPOPROTEIN (Mit TLR2); PEPTIDOGLYKAN aus GRAM
POSITIVEN BACTERIEN; LIPOPEPTIDE
TLR 9
CpG aus BACTERIELLER DNA
LPS
LBP
CD14
TLR4
12
LPS
LBP
CD14
TLR4
LPS
LBP
CD14
TLR4
13
LPS
LBP
CD14
TLR4
LPS CD14 MD-2
TRIF
ZYTOPLASMA
Mal
MyD88
TRAM
TRAF6
IRAK
TRAF6
TBK-1
IKKe
TAB1
ECSIT
TAK1
MEKK1
IKK2
STRESS-aktivierte
Protein-Kinase
(JNK, p38)
P
P
MKK3/6
MKK4/7
p38
JNK
P
IkB
IRF-3
p50 p65
P
IRF-3
P
p50 p65
P
P
P
P
P
P
CREB ATF-1
c-Jun ATF-2
c-Jun c-Fos
CRE
AP-1
AP-1
NUCLEUS
IRSE
NFkB
14
LPS
LBP
CD14
TLR4
IL-1
IL-8
TNF-a
IL-6
IL-12
Fieber,
T-Zell und
Makrophagenaktivierung
Anlocken von
Neutrophilen
und T-Zellen
Lokale
Entzündung,
Gefäßerweiterung,
Adhäsion von
Thrombozyten
Akute Phase
Proteine,
Wachstum
B- und T-Zellen
Differenzierung
T-Zellen;
Aktivierung
NK-Zellen
Antigen
Antigenaufnahme
Haut / Schleimhaut
Dendritische Zelle
(APZ)
Komplementkaskade
15
klassischer Weg
Lektin Weg
alternativer Weg
Antigen-Antikörper
Komplex
Lektin bindet Mannose
auf der
Pathogenoberfläche
Pathogenoberfläche
C1, C4, C2
MBL-MASP, C4, C2
C3, B, D
C3-Konvertase
C4a, C3a, C5a
C3b
Entzündungsvermittelnde
Peptide, Anlocken von
Phagozyten
Bindet an
Komplementrezeptoren
auf Phagozyten
Opsonierung von
Pathogenen
Terminale
Komplementfaktoren:
C5b, C6, C7, C8, C9
Membranangreifender
Komplex (MAK)
Lyse bestimmter
Phagozyten und Zellen
Entfernung von
Immunkomplexen
klassischer Weg
Lektin Weg
alternativer Weg
Antigen-Antikörper
Komplex
Lektin bindet Mannose
auf der
Pathogenoberfläche
Pathogenoberfläche
C1, C4, C2
MBL-MASP, C4, C2
C3, B, D
C3-Konvertase
C4a, C3a, C5a
C3b
Entzündungsvermittelnde
Peptide, Anlocken von
Phagozyten
Bindet an
Komplementrezeptoren
auf Phagozyten
Opsonierung von
Pathogenen
Terminale
Komplementfaktoren:
C5b, C6, C7, C8, C9
Membranangreifender
Komplex (MAK)
Lyse bestimmter
Phagozyten und Zellen
Entfernung von
Immunkomplexen
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Der Klassische Weg des Komplementsystems
C1q
C1s
Der klassische Weg des Komplementsystems
C2a
C2
C1q
C3a
C2b
C4
C4a
C4b
C3
C1s
C4b
C2b
C3- Konvertase
C3b
17
Der klassische Weg des Komplementsystems
C2a
C2
C1q
C3a
C2b
C4
C4a
C4b
C3
C1s
C4b
C2b
C3b
C3- Konvertase
Der alternative Weg des Komplementsystems
C3a
Faktor D
Faktor B
C3
C3b
Bb, C3b
C3- Konvertase
C3b
18
19
Anaphylatoxine
• C3a
• C4a
• C5a
Rezeptoren
des
Komplementsystems
Erhöhung der Gefäßpermeabilität
Kontraktion glatter Muskeln
Erhöhung der Gefäßpermeabilität
Kontraktion glatter Muskeln,
Aktivierung von Mastzellen
Erhöhung der Gefäßpermeabilität
Kontraktion glatter Muskeln,
Aktivierung von Mastzellen,
Erhöhung der Adhärenz von
Monozyten/Makrophagen an
Gefäßwände und deren Migration ins
Gewebe
Rezeptor
CR1
CR2 (CD21)
Spezifität
Funktionen
Zelltypen
C3b
Zerfall von C3b und
C4b,
stimuliert
Phagozytose
Erytrocytentransport
von
Immunkomplexen
Teil des
B-Zell-Korezeptors
Rezeptor für EBV
Stimuliert
Phagozytose
Erytrocyten,
Makrophagen
Monocyten
Leukozyten
B-Zellen
FDC
C3b, EBV
CR3
(CD11b/CD18)
iC3bi
CR4
(CD11b/CD18)
iC3bi
Stimuliert
Phagozytose
Cq1
C1q
Bindung von
Immunkomplexen an
Phagozyten
B-Zellen
FDC
Monocyten
Makrophagen
Leukozyten
Monocyten
Makrophagen
Leukozyten
B-Zellen
Monocyten
Makrophagen
Blutplättchen
Endothelzellen
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