Vorlesung 30.04.09 Immunologie für Biologen, Biochemiker und

Vorlesung 30.04.09
Immunologie für Biologen, Biochemiker
und Molekulare Biotechnologen
Sommersemester 2009
Angeborene Immunität
Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene
Direktor: Prof. Dr. Dirk Busch
PD Dr. Carsten Kirschning
<[email protected]>
T.: 4140 4132
Themen I
•Barrieren: Mukosale Oberflächen, Epithelien
•Zellen: Granulozyten, Monozyten, dendritische Zellen, NK Zellen
•Infektion: Adhäsion, Opsonisierung, Phagozytose, antimikrobielle Peptide, reaktive
Sauerstoffverbindungen
•Pathogen assoziierte molekulare Muster (PAMPs), Mustererkennungsrezeptoren
(PRRs),
Themen II
•PRRs: lösliche / zellgebundene /zytoplasmatische Rezeptoren: LPS bindendes
Protein (LBP);
Scavenger-, toll-like-Rezeptoren (TLRs);
Leuzin reiche Wiederholungsmotiv (LRR)- / Helikasedomäne- tragende Rezeptoren
•Botenstoffe: Zytokine, Chemokine, NO
•Zellaktivierung, NF-kappaB, mitogen-aktivierte Proteinkinasen;
•Komplement: klassischer-, MB-Lektin- und alternativer Signalweg, C3,
Mediatoren, Immunkomplexe, Lysis.
Erregererkennung durch Immunzellen
Mikrobielle und virale Verursacher von Infektionen
Bakterien
Pilze
Viren
Protozoa und Würmer
Das Immunsystem
angeboren
(nicht spezifisch)
Komponenten:
Tage:
Zelluläre
0
adaptiv
(spezifisch)
Humorale
2
Zelluläre
4
INFEKTION
Humorale
6
Systeme der Wirtsabwehr
Barriere
Invasion
& Infektion
Innate Immunität
+
+
Haut und Schleimhäute
Schneller Umbau, Peristaltik,
Selbstreinigung durch Sekrete und
mukoziliären Transport, etc
Zelluläre und humorale Abwehr
Makrophagen, Granulozyten,
Lysozym, Komplement, Phagozytose,
oxidativer Burst, NK Zellen etc
Inflammation
Adaptive Immunität
Zelluläre und humorale Abwehr
Antikörper, Zytokine, T Helfer- und
zytotoxische T-Zellen, B-Zellen
Resistenz durch angeborene und
erworbene Immunität
Das spezifische Immunsystem ist
besonders wichtig für:
Kontrolle intrazellulärer Erreger
(Tuberkulose, Leishmanien etc.)
durch Makrophagen (IFN)
Opsonisierung von Bakterien durch
Antikörper
Lyse virus-infizierter Zellen durch
T-Zellen
Zeitliche Staffelung von Immunantworten
Figure 2-1
Bacteria / pathogen associated molecuar patterns
(PAMPs)
Erregererneutralisierung durch Phagozytose
Phagozytose: Rezeptoren und Signalwege
Phagozytose
© New Science Press Ltd. 2004
Phagosomenreifung + bakterielle Evasion
•Injektion bakterieller Proteine
Aufnahme (Salmonella)
oder Blockade (Yersinia)
ph 7
Transferrinrezeptor
Rab5
•Lyse der Phagosomenmembran +
•Flucht ins Zytosol
(Listeria, Shigella, etc.)
Rab7
LAMP1
ph 4.5
•Autophagosom (Legionella, Brucella)
•Blockade der Azidifizierung
(Mycobacteria)
•Blockade lysosomaler Enzyme
(Salmonella)
Phagozyten NADPH-Oxidase
Lekstrom-Himes and Gallin, N Engl J Med, 343:1703, 2000
Sauerstoff-unabhängiges Killing im
Phagolysosom
Effektor Molekül
Funktion
Kationische Proteine (Kathepsin)
Zerstörung mikrobieller Membranen
Lysozym
Hydrolyse von Mukopeptiden in
der Zellwand
Lactoferrin
Eisendeprivation des Pathogens
Hydrolytische Enzyme (Proteasen)
Verdau von killed Organismen
Zellanlockung entlang des Gradienten eines
chemotaktischen Faktors
Leukozytenrekrutierung zum Entzündungsort
© New Science Press Ltd. 2004
Lipopolysaccharid
(LPS /
Endotoxin)
Saccharide /
Struktur
O-spezifische
Kette
n
HO
P
Äußerer Kern
Innerer Kern
Always
2-Keto-3-desoxyoctonic-acid (KDO), as well
as phosphorylated Heptoses
in the L-Glycero-D-mannoconfiguration.
Highly constant
Lipid A
O
O
O
O
O
O
O
O
NH
O
O
O
O
NH O
O
O
O
O
n1
n2
O
R2
n1
n2
n3
E. Coli
T
H
14
14
12
H. influenzae
T
H
14
14
14
N. meningitides
H
D
12
14
12
C. violaceum
H
D
10
12
12
R2
n2
P
DiglucosamineDisaccharide with esterand amide-bound betahydroxylipidic acids.
Constant
R1
O
R1
n1
Up to 50 repetitive units of
oligosaccharides, mostly not
homo-polymeres.
Heterogenous,
may
be
lacking
Hexoses such as D-Glucose
(Glc), D-Galactose (Gal), 2Amino-des-oxy-D-Glucose
(GlcN), N-Acetyl-glucosamine
(GlcNAc)
and
N-Acetylgalactosamine (GalNAc).
Variable
O
O
Domänen
OH
n3
©Schumann
LPS Erkennung durch Immunzellen
LBP
LPS
LPS
TNF
CD14
IL-1
IL-6
Schumann, Wright Science 1990
Embryonale Polarisation und Musterbildung der
Fruchtfliege (Drosophila melanogaster)
Embryonalentwicklung von Drosophila
Moussian and Roth Current Biology 2005
Modell der Aktivierung von Toll
Moussian and Roth Current Biology 2005
Vergleich CD14 - Toll - IL-1 Rezeptor I
Spätzle
LPS
Leuzin-reich.
Wdh.-motiv
LxxLxLxxN/CxL
Immunglobulinfamilie
Zellmembran
TIR
(Toll-IL1Rezeptor
domäne)
TLR vermittelte Signaltransduktion
Pattern recognition in Drosophila and vertebrates
Hoffmann 2003, Nature
Vergleich der Eigenschaften vererbter und erworbener
Rezeptoren
Systemische Ausweitung einer lokalen Immunrekation
Infektion induziert Freisetzung von Mediatoren aus MOs
Einwanderung von Leukozyten und Gerinnung
Zytokine aktivierter Makrophagen
Epitheliale Barrieren des Organismus für Infektionen
Hautinfektion
Mustererkennung: Bindung und Signaltransduktion
cytokine
Myd88 vermittelt nicht alle LPS Signale
Myd88-/- Maus
ist LPS resistent
Kawai et al.1998,
Immunity
Akira and Takeda 2004,
Nature Reviews Immunol.
Myd88 und TIR enthaltende Adaptorproteine
DD
TIR
Myd88
Weitere TIR enthaltende Proteine:
TIRAP (TIR cont. adapter prot.) / MAL (Myd88 adapter like)
TRIF (TIR containing adapter inducing IFN beta) /
TICAM (TIR containing molecule) 1
TRAM (TRIF related adapter molecule) / TICAM2
Aktiv. TLR spezifische zytoplasmatische Moleküle
Kawai and Akira 2005, Curr. Op. in Imm.
Toll like
rezeptor
(TLR) Signal
Akira Nature Rev 2004
Picard Science 2003
TNF Freisetzung aus Blutzellen nach
Konfrontation mit TLR-Liganden oder Bakterien
C
gesunde Person (Kontrolle)
P1, P2 IRAK4-negative Patienten
Picard Science 2003
Vergleich der Eigenschaften vererbter und erworbener
Rezeptoren
Adaptive Immunität unterstützt angeborene Immunität
Figure 1-26
Komponenten des Immunsystems: Zelluläre Faktoren
Entwicklung des hämatopoetischen Systems
T-Lymphozyt
B-Lymphozyt
Natural Killer Cell
Lymphoide Reihe
Omnipotente
Stammzelle
Pluripotente
Stammzelle
Myeloide Reihe
Erythrozyt
Monozyt
Granulozyt
Thrombozyt
Makrophage
Figure 1-4 part 1 of 3
Neutrophiler Granulozyt (Neutrophile Zelle)
Figure 1-4 part 2 of 3
Natürliche Killerzelle
Figure 1-6
Natürliche Killer (NK) Zellen
große granuläre
Lymphozyten (LGL)
kill virus-infizierte oder
maligne Zellen
Exprimieren spezifisch
CD56 & CD16 doch kein
CD3
Aktivierbar mit IL2
Integration aktivierender und inhibitorischer Signale
von verschiedenen Rezeptoren (missing self hypothesis)
Bolitho et al., Curr Opin Immunol 2007
Aktivierung und
Wanderung von
DC in der Haut
in afferente LymphOrgane
Aufregulation kostimulatorischer
Moleküle und
Antigenpräsentation
im regionalen
Lymphknoten
Mustererkennung im Zytoplasma
Meylan Nature 2006
Das Komplementsystem
Jules Bordet 1890: Vibrio cholerae wird getötet durch Serum,
Alexin,
Paul Ehrlich:
Substanz, die Funktionen von Antikörpern
komplettiert.
Das Komplementsystem wird von mehr als 30 löslichen und
zellgebundenen Proteinen konstituiert, die über regulative Kaskaden zur
-Lysis von Zellen, Bakterien und Viruspartikeln,
-Opsonisierung zur Erhöhung der Phagozytoserate bestimmter
Antigene,
-Aktivierung von Immunantworten, z. B. Entzündungsreaktionen
und
Freisetzung immunregulatorischer Mediatoren, durch Bindung an
spezifische Rezeptoren auf Immunzellen, Anlockung von
Fresszellen
-sowie zur Beseitigung von Immunkomplexen aus dem Kreislauf
system und weiteren Aktivierung in der Milz und Metabolisierung
in der Leber
beitragen.
Initiatoren der alternativen Aktivierung
des Komplementsystems
Mikrobielle Evasion
Komponenten und Wirkungen des Kompl.-Systems
C1 Adhäsion an Fc von Antikörper auf opsonisierten
Oberflächen
Schritte des klassischen Signalwegs
Aufbau des Menbranangriff-Komplex
Aufgaben des Komplementsystems
•Zerstörung von Pathogenen
•Opsonisierung von Pathogenen
•Anlocken von Fresszellen
Mechanismus:
Enzymkaskade, in deren Verlauf inaktive Komponenten
(Zymogene) nacheinander gespalten werden und aktivierte
Serinproteasen entstehen
Natürliche Immunität
Zeitverlauf:
Erworbene Immunität
sofort-96h
ab 4 Tage
Zelltypen: Natürliche Killerzellen,
Makrophagen, Neutrophile
T-, B-Zellen
Spezifität: konservierte Strukturen
(molekulare Pattern)
Gedächtnis:
NEIN
Rezeptoren: keine somatische
Rekombination
~100 Rezeptoren
1014-1018
Antigene
JA
somatische
Rekombination
hohe Vielfalt
Komponenten der Natürlichen Immunität
Barrieren: Epithelien, Schleimhäute, Defensine,
Lymphozyten
Zellen: Granulozyten, Makrophagen, Natürliche
Killerzellen (NK)
Proteine:
Komplement, Mannose-bindendes Lektin,
C-reaktives Protein PRRs
Zytokine:
Tumor Nekrose Factor , Interleukin-1,
Chemokine, Interferon-, -
intraepitheliale
3 Klassen von Mustererkennungsrezeptoren /
pattern recognition receptors (PRR):
A) Sezernierte Proteine
B) endozytierende Rezeptoren
C) signalgebende Rezeptoren