Deutsches Ärzteblatt 1993: A-1730

MEDIZIN
AKTUELL
Gamma/delta-T-Zellen
Dieter Kabelitz
T
-Lymphozyten (kurz T-Zellen)
sind die Träger der zellulären
Immunabwehr. Um dieser
Funktion gerecht zu werden,
müssen T-Lymphozyten Fremdantigen „erkennen" und damit „Selbst"
und „Nicht-Selbst" unterscheiden
können. Die Struktur auf der Oberfläche von T-Zellen, welche die Erkennung von Fremdantigen erlaubt, wird
als T-Zellrezeptor-Molekül, oder kurz
T-Zellrezeptor, bezeichnet. Der TZellrezeptor setzt sich aus zwei Protein-Ketten zusammen, die in der Membran der T-Zellen verankert sind. Beide Proteinketten bestehen (ähnlich
wie die Antikörper) aus konstanten
und variablen Bereichen.
1. Aufbau
des T-Zellrezeptors
Bei der großen Mehrzahl aller
reifen T-Lymphozyten im peripheren
Blut und in den lymphoiden Organen
besteht der T-Zellrezeptor aus einer
Alpha- und einer Beta-Kette. Diese
sogenannten Alpha/beta-T-Zellen
erkennen als Fremdantigen kurze
Proteinfragmente (Peptide), die ihnen von den antigen-präsentierenden
Zellen des Immunsystems zusammen
mit den körpereigenen Transplantations-Antigenen (HLA-Antigene,
Humane Leukozyten Antigene) dargereicht werden. Dabei „sehen" die
CD4-positiven Helfer-T-Zellen die
fremden Peptide zusammen mit eigenen HLA-Klasse-II(HLA-DR)-Antigenen, während die CD8-positiven
zytotoxischen („Killer")-T-Lymphozyten fremde Peptide zusammen mit
HLA-Klasse-I-(HLA-A-, HLA-B-)
Antigenen erkennen (siehe Deutsches Ärzteblatt 88 (1991), A-33-36,
Abteilung Immunologie (Leiter: Prof. Dr.
med. Dieter Kabelitz), Paul-Ehrlich-Institut,
Bundesamt für Sera und Impfstoffe, Langen
A1 1730
-
Eine neue Untergruppe
menschlicher T-Lymphozyten
Die thymusabhängigen T-Lymphozyten sind für die zelluläre Immunabwehr zuständig. Die Antigen-Erkennung erfolgt dabei über ein membranständiges T-Zellrezeptor-Molekül. Eine
kleine Untergruppe von T-Lymphozyten trägt anstelle des vorherrschenden
Alpha/beta-T-Zellrezeptors einen alternativen Gamma/delta-T-Zellrezeptor. Die physiologische Bedeutung der
sogenannten Gamma/delta-T-Zellen
ist weitgehend unbekannt. Gamma/
delta-T-Zellen lassen sich mit spezifischen Antikörpern nachweisen. Die ausgeprägte Reaktivität der Gamma/delta-T-Zellen gegenüber manchen Mikroorganismen läßt vermuten, daß die
Zellen in der Immunpathologie bestimmterInfektioneneine Rolle spielen.
[Heft 1/2]. Das System der alpha/beta-positiven T-Lymphozyten ist in der
Lage, eine schier grenzenlose Vielzahl von unterschiedlichen Antigenen zu erkennen, wobei jedoch die
einzelne Alpha/beta-T-Zelle nur einen T-Zellrezeptor mit individuell
charakteristischer Antigen-Spezifität
trägt. Die molekulare Grundlage für
dieses sehr große T-ZellrezeptorRepertoire von Alpha/beta-T-Zellen
stellt (ähnlich wie bei den Immunglobulinen) der Prozeß der T-Zellrezeptor-Gen-Umlagerung („Rearrangement") dar, der während der intrathymischen Reifung von T-Lymphozyten stattfindet. Hierbei kommt es
in jedem Thymozyten zur Selektion
von einem Element aus einer Vielzahl vorhandener Gen-Elemente, die
für variable Bereiche der Alpha- und
der Beta-Kette kodieren.
(40) Deutsches Ärzteblatt 90, Heft 23, 11. Juni 1993
2. Ein zweiter
T-Zellrezeptor
Vor etwa sieben Jahren zeigte
sich, daß neben den Alpha/beta-TZellen eine kleine Gruppe von TLymphozyten existiert, welche ein
anderes T-Zellrezeptor-Molekül tragen (2). Hierbei handelt es sich um
einen sogenannten Gamma/delta-TZellrezeptor, der ebenfalls aus zwei
membranverankerten Proteinketten
(Gamma und Delta) besteht (Abbildung 1). Strukturell ähneln sich
Gamma/delta- und Alpha/beta-TZellrezeptor sehr, jedoch werden
zum Aufbau des Gamma/delta-TZellrezeptors andere Gen-Elemente
(nämlich Gamma- und Delta-Gene)
benutzt (9). Genau wie der Alpha/
beta-T-Zellrezeptor ist auch der
Gamma/delta-T-Zellrezeptor auf der
Oberfläche einer T-Zelle sehr eng
mit dem sogenannten CD3-MolekülKomplex verbunden. Während die
eigentliche Antigen-Erkennung über
das T-Zellrezeptor-Molekül erfolgt,
dient das CD3-Antigen der Signalübertragung in das Zell-Innere.
Gamma/delta-T-Lymphozyten machen etwa ein bis fünf Prozent der
T-Zellen im peripheren Blut des Erwachsenen aus; dagegen tragen 90 bis
98 Prozent der T-Zellen den konventionellen Alpha/beta-T-Zellrezeptor.
Ähnlich ist das Verhältnis von Gamma/della- zu Alpha/beta-T-Zellen
auch in den lymphoiden Organen.
3. Durchflußzytometrische Analyse von
Gamma/delta-T-Zellen
Zur Identifizierung von Gamma/
delta-T-Zellen sind in den vergangenen Jahren eine Reihe von monoklonalen Antikörpern (MAK) entwikkelt worden, die zum Teil kommer-
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ziell erhältlich sind. Unter Verwendung eines Durchflußzytometers läßt
sich mit Immunfluoreszenz-Methoden die Verteilung von Gamma/delta- (und Alpha/beta-) T-Zellen an
isolierten Lymphozytenpopulationen
oder im Vollblut analysieren (6).
Während einige MAK gegen ein Epitop im konstanten Bereich des Garnma/delta-T-Zellrezeptors gerichtet
sind (und somit als „pan-Gamma/delta"-Antikörper alle Gamma/delta-TZellen unabhängig von deren Antigen-Spezifität erkennen), definieren
andere MAK mit Spezifität für variable Bereiche der Gamma- oder Delta-Kette Subpopulationen von Garnma/delta-T-Zellen (Tabelle 1). Da
diese Antikörper in der Regel gekoppelt an unterschiedliche fluoreszierende Farbstoffe erhältlich sind (zum
Beispiel Fluorisothiozyanat oder
Phycoerythrin), läßt sich nach Doppelmarkierung in der ZweifarbenImmunfluoreszenz die Verteilung
unterschiedlicher Subpopulationen
am FACScan untersuchen. Ein Beispiel hierfür ist in Abbildung 2 dargestellt. Unter Verwendung eines „panAlpha/beta"- und eines „pan-Garnma/delta"-Antikörpers sind beim Gesunden im peripheren Blut ganz
überwiegend (91 Prozent) Alpha/beta- und nur wenige (2 Prozent) Garnma/delta-T-Zellen zu finden (Abbildung 2 a), von denen wiederum die
Mehrzahl die variable Region Vy9,
nicht aber V61 exprimiert (Abbildung
2 b). Bei einer Patientin mit Gamma/
delta-Leukozytose setzen sich die
Blutlymphozyten zu 92 Prozent aus
Gamma/delta- und nur zu sechs Prozent aus Alpha/beta-T-Zellen zusammen (Abbildung 2 c); in diesem Fall
exprimieren die pathologisch vermehrten Gamma/delta-T-Zellen das
V61-, nicht aber das Vy9-Epitop
(Abbildung 2 d).
4. Unterschiede zwischen
Alpha/betaund Gamma/deltaT-Lymphozyten
Außer durch die Expression eines anderen T-Zellrezeptors unterscheiden sich Alpha/beta- und Garnma/delta-T-Lymphozyten noch in anA1 -1732
Abbildung 1: Schematische Darstellung des yö-T-Zellrezeptors: Der yö-T-Zellrezeptor besteht aus zwei
Proteinketten (y und 6), die sich aus konstanten (C) und variablen (V) Bereichen zusammensetzen. Dazwischen befinden sich noch D („diversity" ; 6-Kette) und J („joining" ; y- und 6-Kette) Elemente. Beide
Ketten können über eine Disulfidbrücke miteinander verbunden sein. Der Gamma/delta-T-Zellrezeptor
ist räumlich eng mit dem CD3-Molekülkomplex verbunden. CD3 besteht aus mehreren Untereinheiten
(y, ö, r, 1). Über das CD3-Molekül erfolgt die Signal-Weiterleitung in das Zellinnere.
Tabelle 1: Kommerziell verfügbare monoklonale Antikörper (MAK) gegen den menschlichen
Gamma/delta-T-Zellrezeptor
MAK
Hersteller/Vertrieb
TCRöl_
TCRy/al
Biermann, Bad Nauheim
Becton Dickinson, Heidelberg
TCR-Vy9
yV2(a)
yV1.4
23D12
Dianova, Hamburg
Biermann
Biermann
Labor des Autors
6TCS1
SV 1(a)
ÖV2(a)
Biermann
Biermann
Biermann
deren Merkmalen (8). Im peripheren
Blut tragen etwa zwei Drittel der Alpha/beta-T-Lymphozyten den „Helferzell"-Marker CD4, und etwa ein
Drittel den „Killerzell/Suppressorzell"-Marker CD8. Die Mehrzahl der
Gamma/delta-T-Zellen trägt weder
CD4 noch CD8 („doppelt negativ"),
nur etwa ein Viertel der Gamma/delta-T-Zellen exprimiert schwach den
CD8-Marker (siehe Tabelle 2). Die
(42) Deutsches Ärzteblatt 90, Heft 23, 11. Juni 1993
Spezifität
pan-yö (Ca)
pan-yö (Ca)
Vy9
Vy9
Vy4
Vy2, 3, 4
Völ
Völ
Va2
Zahl der im Keimbahn-Genom verfügbaren Elemente, die für variable
Bereiche der Alpha- und der BetaKette kodieren können, ist groß;
demgegenüber gibt es nur einige wenige solcher Elemente für die Gamma- und die Beta-Kette. Die strukturelle Vielfalt des Gamma/delta-TZellrezeptors ist deshalb kleiner als
die des Alpha/beta-T-Zellrezeptors.
Andererseits ist bekannt, daß insbe-
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Tobelle 2: Eigenschaften von Alpha/bete- und Gamma/delta-T-Lymphozyten
Alpha/beta
Verteilung im
peripheren Blut:
Gamma/delta
95%
5%
CD4+CD8 -
60%
< 1%
CD4 CD8+
30%
25% (schwach)
CD4 CD8 -
<1%
70%
Oberflächenmarker:
CD4+8
< 1%
< 1%
Genetische Vielfalt
(Zahl der verfügbaren variablen
Elemente):
groß
klein
Mechanismus der
Antigen-Erkennung:
(a) Peptid plus HLAKlasse-I-Molekül
(CD8+ -T-Zelle)
unbekannt
(HLA-Klasse-IIoder
HLA-ähnliche
Moleküle [CD1]
erforderlich)
(b) Peptid plus HLAKlasse-Il-Molekül
(CD4 + -T-Zelle)
EffektorEigenschaften:
Interleukin-Produktion, Zytotoxizität
sondere beim Aufbau des Gamma/
delta-T-Zellrezeptors genetisch nicht
festgelegte Mechanismen zum TZell-Repertoire beitragen können
(„N-Regionen-Diversifikation"). Die
Funktion des Alpha/beta-T-Zellrezeptors ist die Erkennung fremder
Antigen-Peptide zusammen mit
HLA-Klasse-I- oder Klasse-Il-Molekülen; dagegen ist bisher nur unzureichend bekannt, wie die AntigenErkennung über den Gamma/deltaT-Zellrezeptor abläuft. Insbesondere
ist nicht eindeutig geklärt, ob zur
„Präsentation" von Antigenen für
Gamma/delta-T-Zellen grundsätzlich
HLA-Klasse-I- oder Klasse-Il-Moleküle auf der antigenpräsentierenden
Zelle erforderlich sind, oder ob hier
vielleicht andere Moleküle eine Rolle spielen. Wie Alpha/beta-T-Zellen,
so können auch Gamma/delta-TLymphozyten nach Aktivierung lösliche Mediatoren (Interleukine) sezernieren, wobei sich allerdings das
Spektrum der produzierten Mediatoren unterscheidet. Darüber hinaus
besitzen Gamma/delta-T-Lymphozy-
Interleukin-Produktion, Zytotoxizität
ten zumindest nach Aktivierung in
der Gewebekultur starke zytotoxische Aktivität, ähnlich wie CD8 -zytotoxische Alpha/beta-T-Zellen oder
„natürliche Killer"(NK)-Zellen.
5. Antigen-Spezifität
von Gamma/delta-TLymphozyten
Für Immunologen von besonderem Interesse ist die Frage, welche
Antigene Gamma/delta-T-Lymphozyten über ihren T-Zellrezeptor „sehen" können. Es zeigte sich, daß
Gamma/delta-T-Zellen besonders
gut durch bestimmte Bakterien stimuliert werden, so zum Beispiel
durch Mykobakterien (sowohl pathogene als auch apathogene) und bestimmte Serogruppen von Streptokokken (1, 5). Darüber hinaus können auch andere mikrobielle Liganden, wie zum Beispiel Plasmodiumfalciparum-Merozoiten von Gamma/
delta-T-Zellen erkannt werden (3).
Schließlich gibt es einige Tumorzell-
Linien, welche Gamma/delta-T-Zellen aktivieren (siehe Tabelle 3).
Zumindest in Tiermodellen ist
darüber hinaus gut belegt, daß sogenannte Hitzeschock- oder „Streß"Proteine von Gamma/delta-T-Lymphozyten als Antigen erkannt werden. Hierbei handelt es sich um Proteine, die unter Streß-Einwirkung
(wie zum Beispiel Temperatur-Erhöhung) von Zellen gebildet werden.
Da zwischen den prokaryonten (bakteriellen) und eukaryonten (menschlichen) Hitzeschockproteinen große
Homologie besteht, wäre denkbar,
daß Gamma/delta-T-Lymphozyten
im Rahmen einer Infektion durch
bakterielle Hitzeschockproteine aktiviert werden und dann später gegen
körpereigene Zellen (kreuz)reagieren, die Streßproteine exprimieren.
Ein solches Szenario würde Gamma/
Tabelle 3: Antigene für Gammaidelta-TLymphozyten
■ Bakterien (Mykobacterium tuberculosis, Streptokokken der Serogruppen
A, B, C; andere)
■ Plasmodium-falciparumMerozoiten
■ Tumorzell-Linien
(Daudi, Molt-4)
■ Hitzeschock(Streß)Proteine
delta-T-Lymphozyten eine Rolle bei
der Entstehung zellulärer Autoimmun-Reaktionen zuweisen. Die auffallend starke In-vitro- und In-vivoReaktivität von Gamma/delta-T-Zellen gegen Mykobakterien und Plasmodien läßt vermuten, daß Gamma/
delta-T-Lymphozyten in der Immunabwehr bestimmter Infektions-Erreger eine Rolle spielen.
6. Gamma/delta-TLymphozyten und
Krankheit
Gamma/delta-T-Lymphozyten
können - wie andere Lymphozyten
auch - Ausgangspunkt einer mali-
Deutsches Ärzteblatt 90, Heft 23, 11. Juni 1993 (43)
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Abbildung 2: Durchflußzytometrische Analyse der T-Zellrezeptor Expression: Lymphozyten aus dem peripheren Blut eines gesunden Probanden (A) und einer Patientin mit Gamma/delta-Leukozytose (B) wurden in der Zweifarben-Immunfluoreszenz mit monoklonalen Antikörpern gegen den Alpha/beta- und
Gamma/delta-T-Zellrezeptor (TZR ; Abb. 2 a, 2 c) und gegen die variablen Regionen Vy9 und Völ (Abb.
2 b, 2 d) gefärbt. Die Intensität der Fluorisothiocyanat (X-Achse)- und der Phycoerythrin (Y-Achse)-Fluoreszenz wurde an einem Durchflußzytometer (FACScan, Becton Dickinson) gemessen.
gnen Transformation sein. Gamma/
delta-T-Zellrezeptorexprimierende
Leukämien oder Lymphome sind jedoch selten. Neben der durchflußzytometrischen Analyse der malignen
Zellen mit Hilfe der in Tabelle 1 genannten Antikörper (siehe Beispiel
in Abbildung 2) ist die molekulargenetische Analyse des T-ZellrezeptorGen-Rearrangements sinnvoll, um
die klonale Herkunft der entarteten
Zellen zu dokumentieren. Dies ist
insbesondere deshalb wichtig, weil
die malignen Zellen in einem Reifungsstadium arretiert sein können,
wo zwar das Rearrangement der
Gamma- und Delta-T-ZellrezeptorGene stattgefunden hat, aber keine
Membran-Expression der T-Zellrezeptor-Proteine nachweisbar ist.
Darüber hinaus sind quantitative
oder qualitative Veränderungen der
Gamma/delta-T-Zell-Population bei
A1-1734
Krankheitsbildern
verschiedenen
nachweisbar. In Übereinstimmung
mit der starken In-vitro-Reaktivität
von Gamma/delta-T-Zellen gegen
Mykobakterien ist auch bei mykobakteriellen Infektionen in vivo eine Beteiligung von Gamma/delta-T-Zellen
wahrscheinlich. So finden sich Garnma/delta-T-Lymphozyten in den
Granulomen bei Lepra- und Sarkoidose-Patienten (10, 11); molekulargenetische Untersuchungen deuten
darauf hin, daß es sich bei der Ansammlung von Gamma/delta-T-Zellen in Sarkoidose-Granulomen um
eine klonale Expansion von Gamma/
delta-T-Lymphozyten handelt (11).
Ein Anstieg von Gamma/delta-TLymphozyten im peripheren Blut
wurde bei Patienten mit akuter Malaria-Infektion (Plasmodium falciparum) festgestellt (4). Während die
bei Mykobakterien- oder Plas-
(44) Deutsches Ärzteblatt 90, Heft 23, 11. Juni 1993
modien-Infektionen nachweisbaren
Gamma/delta-T-Zellen einen Vy9/
V82-T-Zellrezeptor tragen, treten
bei Erkrankungen wie der rheumatoiden Arthritis oder während der
HIV-Infektion andere Gamma/deltaSubpopulationen (V81-positive Zellen) in den Vordergrund. So lassen
sich Vh1 -T-Zellen durchflußzytometrisch in der Synovialflüssigkeit
von Patienten mit rheumatoider
Arthritis sowie im peripheren Blut
von HIV-positiven Probanden vermehrt nachweisen (7). In beiden Fällen ist jedoch der Zusammenhang
zur Immunpathologie des jeweiligen
Krankheitsbildes unklar.
Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß gegenwärtig noch unklar
ist, warum sich das Immunsystem
zwei unterschiedliche T-Zellrezeptoren leistet. Mit der Verfügbarkeit
entsprechender monoklonaler Antikörper gegen variable Regionen des
Gamma/delta-T-Zellrezeptors haben
wir jedoch Werkzeuge in der Hand,
um quantitative und/oder qualitative
Veränderungen der Gamma/delta-TZellen bei Erkrankungen festzustellen und somit hoffentlich weitere Informationen über die physiologische
Bedeutung dieser kleinen Untergruppe von T-Lymphozyten zu erhalten.
Deutsches
Arzteblatt
90 (1993) A 1-1730-1734 [Heft 23]
Die Zahlen in Klammern beziehen sich auf
das Literaturverzeichnis im Sonderdruck,
anzufordern beim Verfasser.
Anschrift des Verfassers:
Prof. Dr. med. Dieter Kabelitz
Abteilung Immunologie
Paul-Ehrlich-Institut
Paul-Ehrlich-Straße 51-59
W-6070 Langen 1