T-Zellrezeptor, MHC und T
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Grundlagen der Immunologie 5. Semester - Dienstags 11.15 Uhr Ruhr-Universität Bochum, HMA 20 T-Zellrezeptor, MHC und T-Zellen Albrecht Bufe www.ruhr-uni-bochum.de/homeexpneu 4 Signale zur Aktivierung der B-Zelle B IL-4 CD40 CD40L T Aktivierte T Zelle 1 B Zell Differenzierung Keimzentrum B B Memory B Zelle Langlebig Entdifferenzierte Plasma Zelle Hochaffine Plasma Zelle Knochenmark Langlebige PZ Struktur eines Lymphknoten Keimzentrum T Zone Follikel Medulla 2 Antigen-spezifische Interaktionen im Lymphknoten Dendritische Zelle naïve T Zelle FOLLIKEL B Zelle T T T ZONE Dendritische Zelle MEDULLA Keimzentrum Hypermutation Affinitätsreifung Plasmablasten Aktivierte T Zelle Plasma Zellen PZ Ig V-GenHypermutation and Selektion in Keimzentren FOLLIKEL MANTEL T T T ZZ Nicht Selektion – Apoptose Zentrozyten Helle Zone T Selektion – Differenzierung ZZ T ZZ FDC + ZZ ZZ Antigen ZB Zentroblasten mB Ig-V-GenHypermutation ZB ZB Dunkle Zone 3 Immunologievorlesung (WS 2007/2008) • Einführung, Zellen und Organe • Antigenerkennung: - Antikörper und B-Zellen T-Zell Rezeptor und T-Zellen MHC • Unspezifische Antigenverarbeitung: - Phagozytose und Antigen präsentierende Zellen (APZ) • Immunregulation: - Mediatoren und Homing Die immunologische Synapse T-Zellprogrammierung • Allgemeine Infektionsimmunologie • Spezielle Infektionsimmunologie • Angewandte Immunologie - Immundiagnostik, Impfung Immundefizienzen Überemfindlichkeitsreaktionen Autoimmunerkrankungen Transplantation Tumorimmunologie • Komplement Motto der heutigen Vorlesung Ohne uns geht nichts 4 T-Zelle Aktivierte T-Zelle Funktion Regulation der Immunantwort durch: - Freisetzung regulierender Zytokine und Chemokine - Hilfe bei der Antikörperproduktion - Suppression Virus infizierter Zellen - Hilfe bei der Zerstörung von Bakterien T-Zellrezeptor Ähnelt einem membranassoziierten Immunglobulin-Fab-Fragment α-Kette β-Kette Variable Region Kohlenhydrat Konstante Region Zellmembran Disulfidbrücke Zytoplasmatischer Schwanz 5 Genomische Organisation des T-Zellrezeptors Lβ1 Vβ1 Lβ Vβ-52 Dβ1 Jβ16 Cβ1 Jβ27 Dβ2 Cβ2 β-Kette α-Kette Lα1 Vα1 Lα Vα70-80 Jα1-61 Cα Immunglobulin- und T-Zellrezeptorvielfalt Element Immunglobuline H κ+λ α/β-Rezeptoren β α V-Segmente 51 69 52 ~ 70 D-Segmente ~ 30 0 2 0 selten - oft - J-Segmente 5 5 13 61 Verknüftungen mit N- und PNukleotiden 2 (1) 2 1 D-Segmente, in drei Rastern gelesen Anzahl der V-Genpaare 3519 3640 Verknüpfungsvielfalt ~ 1013 ~ 1013 Gesamtvielfalt ~ 1016 ~ 1016 6 T-Zellrezeptorkomplex TCR α-Kette β-Kette CD3 ε CD3 δ γ ε Zellmembran Signalübertragung T-Zellrezeptorkomplex und T-Zell-Marker: Helfer-Zellen CD4 D1 TCR α-Kette β-Kette D2 D3 CD3 ε CD3 δ γ ε D4 Zellmembran Signalübertragung 7 T-Zellrezeptorkomplex und T-Zell-Marker: Zytotoxische-Zellen CD8 TCR α-Kette β-Kette CD3 ε α β CD3 δ γ ε Zellmembran Signalübertragung CD4 T-Zellrezeptorkomplex und T-Zell-Marker: Gedächnis-Zellen CD45 D1 (RA) oder (RO) TCR α-Kette β-Kette D2 D3 CD3 ε CD3 δ γ ε D4 Zellmembran Signalübertragung 8 Signaltransduktion D1 D2 D3 ε δ γ ε D4 Zellmembran Lck (Tyrosinkinase) Fyn Cluster Aktivierung Calcineurin ZAP-70 Transkriptionsfaktor NF-κB Aktivierung RAS Ca2+ Zellkern Aktivierung IP3 (Inositoltriphosphat) Immunologie I MHC (Major Histocompatibility Complex) oder HLA (Human Leucocyte Antigen) 9 MHC I - T-Zellrezeptorkomplex Zellmembran α3 β2-Mikroglobulin MHC I α1 α2 Peptid TCR CD3 CD3 ε γ δ ε Zellmembran APZ Intrazelluläres Antigen (Virus) T-Zell-Peptide MHC 1 T-Zelle 10 Teilweise gefaltetes MHC I α Kette bindet an Calnexin bis ß2-Mikroglobulin bindet MHC I α:ß2 Komplex löst sich von Kalnexin, bindet einen Komplex aus ChaperonProteinen (Calreticulin, Erp57) und bindet an TAP via Tapsin. Figure 5-6 part 1 of 2 Zytosolische Proteine werden von Proteasomen (große multikatalytische Proteasen) zu Peptidfragmenten degradiert TAP leitet ein Peptid weiter, dass an MHC I bindet und dessen Faltung vervollständigt. Dieses MHC I löst sich von TAP und wird exportiert. Figure 5-6 part 2 of 2 11 MHC II - T-Zellrezeptorkomplex Zellmembran α2 β2 α1 β1 MHC II Peptid TCR CD3 CD3 ε γ δ ε Zellmembran APZ Extrazelluläres Antigen T-Zell-Peptide MHC 2 T-Zelle 12 Antigen wird in ein intrazelluläres Vesikel aufgenommen In frühen Endosomen mit neutralem Figure 5-7 part 1 ofpH2sind die Proteasen inaktiv. Ansäuerung der Vesikeln aktiviert die Proteasen zur Degradierung der Antigene in Peptidfragmente Vesikel mit Peptiden fusionieren mit MHC II enthaltenden Vesikeln. Figure 5-7 part 2 of 2 13 „Invariant chain“ (Ii) formt einen Komplex mit MHC II, blockiert die Bindung von Peptiden und miss-gefalteten Proteinen. Ii wird in einem sauren Endosom gespalten, lässt kurze Peptid-Fragmente zurück, CLIP, die immer noch an MHC II gebunden sind. Figure 5-10 part 1 of 2 Das endozytierte Antigen wird im Endosom ebenfalls zu Peptiden fragmentiert, CLIP-Peptide blockieren die Bindung der AntigenPeptide. HLA-DM bindet an MHC II, dadurch Freisetzung von CLIP. Jetzt können andere Peptide, sprich AntigenPeptide binden. Transport des MHC II zur Zellmembran. Figure 5-10 part 2 of 2 14 Peptide des MHC MHC I MHC II MHC I - Peptide Peptide werden über unveränderliche und variable Kontaktstellen stabil an die MHC-Moleküle gebunden Gene des Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) auf dem Chromosom 6 15 Wie viele MHC-Moleküle besitzt ein Mensch? Antigen α-Kette α-Kette β2-Mikroglobulin β-Kette MHC I MHC II Wie viele MHC-Moleküle besitzt ein Mensch? Polymorphismus Polygenie Beides 16 Wie viele MHC-Moleküle besitzt ein Mensch? Durch Genkonversion werden Informationen von einem Gen auf ein anderes übertragen Æ es entstehen neue allele Varianten Durch den MHCPolymorphismus kann das Immunsystem auf ein erweiterstes Spektrum von Antigenen reagieren. Verteilung der MHC-Expression Gewebe MHC I MHC II T-Zellen +++ +++ B-Zellen +++ +++ Makrophagen +++ ++ Andere APZ +++ +++ Thymusepithelzellen +++ +++ Neutrophile +++ - ++ - - - Alle kernhaltigen Zellen Erytrozyten 17 Die Aktivierung der T-Zelle ist von der Affinität der Bindung an MHC –Komplex abhängig ! α2 β2 α2 MHC II D1 α1 β2 CD4 MHC II β1 α1 β1 D2 D3 TCR TCR CD3 CD3 ε γ δ ε D4 CD3 CD3 ε γ δ ε T-Zell Entwicklung Bochum 30.10.2007 www.ruhr-uni-bochum.de/homeexpneu 18 T-Zellentwicklung Knochenmark Thymus Antigen-unabhängig Dendritische Zellen im Thymus Keimbahn Gen-Umordnung Stammzelle Pro-T-Zelle Thymus TCR & CD3 negativer Thymocyt TCR & CD3 positiver Thymocyt Blutbahn, Lymphknoten, Gewebe Auto-Antigen-abhängig MHC-abhängig Zytokin und DC-abhängig CD3,CD4,CD8-Thymozyt SELEKTION CD3 + CD4 oder CD8 T-Lymphozyt - SELEKTION Th1 oder Th2 / Tc1 oder Tc2 Aktivierung Selbstantigene MHC I oder II DC und Zytokine T-Zellentwicklung, Genarrangement und Signaling Doppelt positiv Doppelt negativ CD44+ CD25- CD44+ Pre TCR CD25+ CD3 CD8 CD4 Einfach positiv TCR CD8+ CD4+ D- Jß V- DJß V- Jα CD2 C-kit CD44 signaling adhesion CD25 IL-2 rec. CD3 signaling CD4 CD8 CD24 co-rec. unknown 19 Thymus Corticoepitheliale Zellen Thymozyten Niedrige Affinität, Überleben, Positive Selektion Cortex Keine oder hohe Affinität, Apoptose, Negative Selektion MHC I & II Niedrige Affinität, Überleben, Positive Selektion Medulla MHC I & II + Hohe Affinität, Apoptose, Negative Selektion Autoantigene Reifer Lymphozyt Dendritische Zellen γ/δ T-Zellen TCR γ-Kette δ-Kette CD3 CD3 ε γ δ ε Zellmembran Diese Zellen gehören zur natürlichen Immunität, weil sie sich in Epithelien aufhalten und dort auch verbleiben. Ihr T-Zellrezeptor ist für jedes Epithel spezifisch. Wie sie die angeborene Immunität unterstützen ist noch unklar, vermutlich werden infizierte Zellen über den TCR selektiv erkannt. 20
