Antigenrezeptoren

Antigenrezeptoren
Prof. Dr. Albert Duschl
TCR, BCR
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Antigenrezeptoren oder
Immunrezeptoren sind
die kognaten
Antigenerkennungsrezeptoren auf T-Zellen
(T-Zell-Rezeptor, TCR)
und auf B-Zellen
(B-Zell-Rezeptor, BCR).
Sie haben keine fest
definierten Liganden,
sondern erkennen
geeignete Antigene
(BCR) bzw. Antigene im
Kontext eines MHCKomplexes (TCR).
Damit verwandt:
Ig-Rezeptoren.
TCR-Liganden
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Die Liganden für TCR von TH sind
MHC II - Peptid-Komplexe, für TCR
auf CTL sind es MHC I - PeptidKomplexe. Ligand ist also jeweils ein
dimerer Proteinkomplex mit
gebundenem Peptid.
© all figures Abbas/Lichtman/Pober: Cellular and Molecular Immunology
TCR-Komplex
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Der TCR ist nicht nur selber ein
Proteinkomplex (a/b) sondern benötigt
auch noch weitere Hilfsmoleküle um
zu funktionieren.
TCR (a/b - aber verwirrenderweise auf
anderen Zellen g/d): MHC/Antigenbindung, Signalauslösung
CD3 (d/e oder g/e): Signalübertragung
z-Dimer: Signalübertragung
CD4: MHC II-Bindung
CD8: MHC I-Bindung
CD28: Cosignal, erforderlich für T-ZellAktivierung.
Die CD4/CD8-positive Situation, wie
hier gezeigt, liegt auf Thymozyten vor,
aber nicht auf peripheren T-Zellen.
© Paul: Fundamental Immunology
Ligandenbindung
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In der Darstellung des
Rezeptor-LigandKomplexes sieht man
die Verwandtschaft
von beiden Partnern.
Die Membranproteine
gehören jeweils zur
ImmunglobulinSuperfamilie.
Co-Rezeptoren
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Aktivierung von TCR alleine führt zu
Anergie. Zell-Aktivierung benötigt
Signale von Co-Rezeptoren. Wir
haben hier also einen Rezeptor vor
uns der Synergie mit anderen
Rezeptoren und Signalwegen obligat
benötigt.
Als drittes Signal – neben TCR und
CO-Rezeptoren wie CD28/B7-1,B7-2 –
treten noch Cytokine hinzu, die über
Differenzierung zu verschiedenen TZell Subtypen entscheiden.
Rezeptormotive
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TCR und CD3 enthalten
extrazellulär Ig-artige Domänen,
sind also Mitglieder der
Immunglobulin-Superfamilie.
CD3 und der z-Dimer enthalten
intrazellulär konservierte
tyrosinhaltige Motive (ITAM) die
für die Signalübertragung wichtig
sind. Diese Motive tauchen auch
bei anderen Rezeptorproteinen im
Immunsystem auf.
ITAM (Immunreceptor Tyrosinebased Activation Motifs) haben
die Konsensussequenz
YXXLX(6-8)YXXL.
Signalinitiation
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Ligandenbindung führt zu einem
Clustering von TCR und
Corezeptoren.
Die CD4/CD8-assoziierte Kinase Lck
phosphoryliert die ITAMs. Lck gehört
zur Src-Typ Familie.
Die Tyrosinkinase ZAP-70 bindet an
die phosphorylierten ITAMs in den
z-Ketten.
ZAP-70 phosphoryliert und aktiviert
weiter downstream liegende Targets
wie Grb2 und Sos. Dadurch wird
Signalübertragung im ras/RafPathway eingeleitet.
ZAP-70 phosphoryliert auch PLC-g1,
was weitere Signalereignisse bewirkt.
ZAP-70/Syk
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ZAP-70 ist eine
cytoplasmatische Tyrosinkinase
aus der ZAP-70/Syk Familie, die
nur zwei Mitglieder umfasst,
eben ZAP-70 und Syk.
Diese Kinasen haben zwei SH2
Domänen und binden damit an
ITAM Motive.
ZAP-70 steht für 70-kD
z-associated protein.
Syk hat in der BCR
Signalübertragung eine ähnliche
Rolle wie ZAP-70 bei TCR.
© Cell Signaling Technology
Phospholipase C
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Phospolipasen spalten
Phospholipide (genauer:
Glycerinphosphatide).
Das gespaltene Lipid ist hier
Phosphatidylinositol-4,5bisphosphat (PIP2), ein normales
Membranlipid.
Phospholipase C (PLC) spaltet
die Kopfgruppe an der
Phosphodiesterbindung vom
Glycerin ab. Es gibt
verschiedene Isoformen dieses
Enzyms.
Als Produkt entstehen zwei
Verbindungen: Diacylglycerol
(DAG) und Inositol-1,4,5Triphosphat (IP3).
© Nelson/Cox: Lehninger Principles of Biochemistry
Diacylglycerol
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DAG ist ein Glycerin mit zwei
veresterten Fettsäuren, also eine
extrem hydrophobe Substanz.
DAG wirkt als signal transducer,
indem es eine cytoplasmatische
Serin/Threonin-Kinase bindet, die
Proteinkinase C (PKC, C-Kinase).
Wenn PKC membranlokalisiert
wird, kann sie das Membranlipid
Phosphatidylserin binden. PKC
wird dadurch aktiviert. Ca++ fördert
die Membranlokalisierung.
Phorbolester können PKC wie
DAG aktivieren, werden aber
nicht wie dieses schnell
metabolisiert. Dieser Effekt macht
sie zu Tumorpromotoren.
© Albert et al.; Molecular Biology of the Cell
Inositoltriphosphat
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IP3 ist ein Zucker mit drei
Phosphatresten, also eine extrem
hydrophile Substanz.
IP3 bindet an Ca++-Kanäle in der
Membran des endoplasmatischen
Retikulums, was diese öffnet, so
dass Ca++ ausströmt. Durch
Plasmamembrankanäle strömt
weiteres Ca++ ein.
Die cytoplasmische Ca++
Konzentration steigt schnell von
100 nM auf 1 µM (bis Ca++Pumpen das Ca++ unter
Energieaufwand wieder
zurückbefördern).
Der Effekt von IP3 wird durch
Calcium-Ionophore imitiert.
Calmodulin
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Ca++ kann alleine schon ein second messenger sein, aber oft wirkt es im Komplex mit
Calmodulin.
Calmodulin hat 4 Ca++-Bindungsstellen. Wenn Ca++ gebunden ist, kann Calmodulin
mit zahlreichen Partnermolekülen wechselwirken, die dadurch aktiviert werden.
Calmodulin macht dabei oft eine starke Konformationsänderung durch.
In den TCR-Signalübertragung ist das wichtigste Target Calcineurin, eine
Serin/Threonin-Phosphatase.
© Nelson/Cox: Lehninger Principles of Biochemistry
Calcineurin
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Calcineurin dephosphoryliert
den Transkriptionsfaktor NFAT
(NF-AT, Nuclear Factor of
Activated T-cells).
Dephosphoryliertes NF-AT
wandert in den Kern und bindet
an Promotorsequenzen.
Das Immunsuppressivum
Cyclosporin A bindet an das
Protein Cyclophilin, und dieser
Komplex bindet dann an
Calcineurin. Dadurch wird
NF-AT Aktivierung und
Kerntransport verhindert.
Wichtigster Effekt davon ist die
Hemmung der IL-2 Expression.
Generelle Immunsuppression
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Cyclosporin A
(oder Ciclosporin A)
oder noch genauer
R-[R*,R*-(E)]}-L-Cyclic(L-alanyl-Dalanyl-N-methyl-L-leucyl-N-methylleucyl-N-methyl-L-valyl-3-hydroxyN,4-dimethyl-L-2-amino-6-octenoylL-a-aminobutyryl-Nmethylglycyl-N-methyl-L-leucyl-Lvalyl-N-methyl-L-leucyl)
ist immer noch das wichtigste
Immunsuppressivum. Andere
Medikamente dafür sind FK506 und
Rapamycin (ein AutophagieAuslöser!). Sie alle unterdrücken die
IL-2 Produktion.
© Novartis AG
TCR vs. BCR
© both figures Tybulewicz and Henderson, Nature Rev. Immunol. 9:630 (2009)
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TCR und BCR Signaltransduktion sind nicht nur für Aktivierung sondern auch für
Überleben von Zellen zuständig: Das dreifach phosphorylierte Membranlipid
Phosphatidylinositol-(3,4,5)-triphosphat, PIP3, aktiviert die S/T-Kinase Akt
(= Proteinkinase B, PKB), die den Transkriptionsfaktor FOXO (forkhead box O) hemmt.
IL-2 Genregulation
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Sehen Sie dass bis zu 4
Signalwege erforderlich sind,
um IL-2 Expression zu
erhalten?
PKC aktiviert NF-kB.
Ca++/Calcineurin aktiviert
NFAT.
Der ras/Raf Weg führt zur
Expression von fos, einem der
Partner des jun/fos Komplexes
AP-1.
Das ras-Homolog rac führt zur
Aktivierung von JNK und damit
zur Aktivierung von jun, dem
zweiten Partner für AP-1.
All diese Transkriptionsfaktoren
sind für die IL-2 Genexpression
erforderlich.
Redundante Signalübertragung
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Bei vielen Signalvorgängen werden gleichzeitig mehrere Stimuli benötigt. Es
handelt sich dabei um eine Sicherheitsmaßnahme: Die Nachricht muss mehrfach
übermittelt werden um sicherzustellen daß kein informationelles "Rauschen"
vorliegt.
Aus diesem Grund war das "papierlose Büro" schon eine der dümmeren
Zukunftserwartungen.