Einführung in die Immunbiologie

Zellbiologische und genetische Grundlagen
der Medizin
Einführung in die Immunbiologie
Robert Lindner
Abteilung Zellbiologie
Überblick Immunantwort
angeborene Immunabwehr
erworbene = adaptive
Immunabwehr
Beispiel: Verletzung der Haut
neutrophiler Granulozyt
Langerhanszellen der Haut
Lymphozyt
Zellwanderung im lymphatischen System
Mandeln
Vena subclavia dextra
Herz
Lymphknoten
Niere
Blinddarm
Lymphknoten
Lymphgefäße
Vena subclavia s.
Thymus
Herz
Ductus thoracicus
Milz
Peyer'sche Platte
Dickdarm
Knochenmark
infiziertes
peripheres
Gewebe
primäre Lymphorgane- sekundäre Lymphorgane
Grundbegriffe Immunologie
A. Was versteht man unter Immunreaktion?
Aktive Abwehr von belebten oder unbelebten Material, das
von einem Organismus als fremd und "gefährlich" erkannt
worden ist.
B. Was gehört nicht zum Immunsystem?
•
anatomische Barrieren: z. B. alle Oberflächenepithelien:
passiver Schutz, Ausschluß
•
physiologische Barrieren, z.B. niedriger pH im
Magen,Schleimsekretion (Verhindert Anhaftung von
Bakterien an Zelloberflächen!)
•
Reinigungs- und Transportsysteme: z.B. Zilien
Charakteristika einer Immunreaktion
•
Spezifität: nur gegen einen Erreger, im Falle eines
bakteriellen Erregers keine Reaktion gegen harmlose
Darmbakterien oder Bakterien auf der Haut
•
Vielfalt/Variabilität: praktisch jede chemische
Verbindung wird erkannt: etwa 1011 verschiedene
Spezifitäten
•
immunologisches Gedächtnis: oft mehrjährige bis zu
lebenslanger Immunität (siehe „Kinderkrankheiten“,
Impfungen!)
•
Unterscheidung zwischen Eigen- und Fremd„Antigenen“ (Antigene: alle Strukturen, die vom
Immunsystem erkannt werden können).
Einteilung von Immunreaktionen
Angeborene/natürliche Immunität (gleich bei versch. Individuen!)
•
•
•
•
Phagozytose (Neutrophile, Makrophagen, dendrit. Zellen)
Zytokine und Chemokine: Signalmoleküle zur
Aktivierung/Proliferation/Differenzierung oder zur
Anlockung („Chemotaxis“). Beispiel: Interferone
PAMP-Rezeptoren ("pathogen-associated molecular patterns")
NK-Zellen ("natural killer cells")
Adaptive oder erworbene Immunität
erster Kontakt bewirkt eine Abwehrreaktion, die bei
nachfolgenden Kontakten schneller, spezifischer und stärker
ablaufen kann ("immunologisches Gedächtnis")
zwei Grundtypen von adaptiven Immunreaktionen:
a) humoral: Antikörper (B-Lymphozyten!)
b) zellvermittelt: verschiedene Effektorzellen, z.B.
zytotoxische T-Lymphozyten
Zell-vermittelte Immunantworten I
M!: Makrophage
Zell-vermittelte Immunantworten II
Antikörper-vermittelte Immunreaktionen
(=humorale IR)
Struktur von Antikörpern I
Polypeptidketten:
Variabilität:
Struktur von Antikörpern II
Antigen-Antikörper Wechselwirkung
Wieviele verschiedene Antikörper
produziert ein Mensch?
Das menschlich Genom umfaßt etwa 30000-40000 Gene.
Wenn man differentielles Spleißen der mRNS und
Proteinmodifikationen berücksichtigt, könnten weniger
als 1 x 106 verschieden Proteine hergestellt werden.
aber :
Das Immunsystem kann gegen praktisch jedes Antigen
einen Antikörper bilden, geschätzter Umfang des "Antikörperrepertoirs"
eines Menschen beträgt mindestens 10 11 verschiedene Spezifitäten.
wie geht das?
Genorganisation der Immunglobuline
Kombinationsmöglichkeiten
30 x 4 = 120
40 x 5 = 200
Leichte Ketten insgesamt: 320
65 x 27 x 6 =
10530
Immunglobuline insgesamt: 320 x 10530 ! 3 x 106
Von der somatischen Rekombination
zum Antikörper
leichte Kette
schwere Kette
Immunglobulinklassen
B-Zellentwicklung
("Gedächtniszellen")
Antigen
IgM
IgM
IgD
VDJRekombination
Stammzelle
aktivierte
TH-Zelle
Selektion
unreife B-Zelle
reife B-Zelle
Plasmazelle
Knochenmark
periphere lymphatische Organe
Vergleich von B-Zell
und T-Zell Rezeptor
Antigenbindungsstelle
Antigenbindungsstelle
Antigenbindungsstelle
Membran
B-Zell
Rezeptor
T-Zell Rezeptor
Was erkennen
B-Zellen?
Was erkennen
T-Zellen?
mit membranständigen
Antikörper (= BCR)
intaktes Antigen
mit TCR
prozessiertes Antigen
(Peptid, Lipid, Kohlenhydrat)
plus (!!!):
Präsentationsmolekül:
MHC Klasse I
MHC Klasse II
CD1
MHC: Major histocompatibility complex =
Haupthistokompatibilitätskomplex
(Gewebsabstoßung bei Transplantationen!)
MHC Klasse I
MHC Klasse II
Peptid-bindende
Grube
Antigenprozessierung
exogenes
Antigen
Endozytose
Exozytose
Proteolyse
TGN
Lysosomen-artiges
Kompartiment
Golgi
ER
MHC
MHC
Klasse II
Klasse I
Antigen
Proteasom
Professionelle antigenpräsentierende Zellen
Schema
Histologie
TEM
REM
Expression von MHC Molekülen
Gewebe
Lymphgewebe
T-Zellen
B-Zellen
Makrophagen
Dendritische Zellen
Thymusepithelzellen
Andere Zellen mit Zellkern
Neutrophile
Leberzellen
Niere
Gehirn
Zellen ohne Zellkern
Erythrozyten
Überblick Immunantwort
angeborenes
Immunsystem
adaptives
Immunsystem
zytotoxischer
T-Lymphozyt
"Signal: Gefahr"
Infektion
Präsentation
“cross-priming"
(APC)
Antigen
Chemotaxis
Aktivierung
aktivierte AntigenAufnahme
präsentierende
Prozessierung
Zelle (APC)
Präsentation
Präsentation
plus
"Aktivierung"
Helfer T-Lymphozyt
Aktivierung
("priming")
Präsentation
"Hilfe"
B-Lymphozyt
(APC + Antikörperproduzent!!!)
Kopplung zwischen B- und T-Zellspezifität I
intaktes Antigen
spezifisches
Immunglobulin
MHC Klasse II
TCR
Prozessierung
TH-Zelle
B-Zelle
prozessiertes
Antigen
"Hilfe" für B-Zelle
z.B. Interleukin 4
Kopplung zwischen B- und T-Zellspezifität II
intaktes Antigen,
bindet nicht, wird
nicht internalisiert
Immunglobulin,
nicht spezifisch
für Antigen
spezifische T-Zelle
wird nicht aktiviert
MHC Klasse II
TCR
Prozessierung
TH-Zelle
B-Zelle
kein
prozessiertes
Antigen
"Hilfe" für B-Zelle
z.B. Interleukin 4
Ausblick: 3 Klassen von Effektor-T-Zellen
TCR
CD8 TCR
CD4
TCR
CD4