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75804080 Seite 1 von 21 13.05.16 4. B-Zell Entwicklung Der BCR besteht aus einem membrangebundenen Antikörper (meist IgM) und jeweils 2 membrangebundenen, nicht Ag-spezifischen Proteinen (Ig und Ig). Das IgM besteht aus 2 identischen leichten und 2 identischen schweren Ketten. Diese sind über Disulfid-Brücken aneinander gebunden, wie auch die membrangebundenen Prot., jedoch weiss man nicht über welches. Ig und Ig werden bei einer Aktivierung im Zytoplasma phosphoryliert (ITAM) und lösen über eine Signaltransduktionskaskade eine Genaktivierung aus. BCR=IgM Grundeinheit: aus 110 AS bestehende Proteindomäne. Die N-terminalen Ig-Domänen sind sehr variabel, während die C-terminalen konstant zwischen den verschiedenen AK sind. Wichtig: die schwere Kette des BCR wird vor der leichten rekombiniert. Für die meisten Antigene braucht es noch eine Aktivierung und Bindung an eine spezifische T-Helferzelle, damit die B-Zelle aktiviert wird. Differenzierung: Stadien: a) Zelloberflächenprotein-Expression. b) Rearrangement der schwere, leichten Kette c) Zellzyklus-Stadium Commitment: Pax-5 (bei TCR Notch) Der erste Vorläufer der B-Zelle ist die PreBI-Zelle, diese haben das 1.Rearrangement (D zu J) bereits hinter sich. Alle Maus B-Vorläufer wie auch die reifen B-Zellen besitzen das B220 Oberflächenprotein, das Rezeptorkinase C-Kit ist nur auf den PreBI-Zellen. Die PreBI-Zellen machen 2-3% der KM-Zellen aus (2x10e6). Sie können in vitro in Gegenwart von Stromazellen und IL-7 oder 3 (Wachstumsfaktor) gezüchtet werden. Wenn der Wachstumsfaktor fehlt, differenzieren sie sich in IgM+ und LPS reaktive B-Zellen. Wenn der Transkriptionsfaktor Pax-5 im Pre-BI fehlt, können sich keine reifen B-Zellen entwickeln. Sie können sich jedoch in vitro zu Neutrophilen, Dendritischen Zellen, Makrophagen, Osteoklasten und NK-Zellen differenzieren. Dies ist nicht möglich, wenn das Pax-5 vorhanden ist. In vivo zusätzlich noch zu T-Zellen und Erythrozyten, jedoch nicht zu Neutrophilen. Dh. beinahe die Eigenschaften von HSC (Multidiversität)! Development: Die Maus hat 2x10e6 PreBI-Zellen und produziert täglich 2x10e7 neue. Die Rekombination der DNA entstehen 2 von 3 mit Stop-Codon, können also kein Protein bilden. Das V zu dem D-J-Rearrangement der BCR schweren Kette findet in der grossen Untergruppe, PreBII, statt. In diesem Stadium werden Zellen, in welchen ein produktives VDJ-Rearrangement stattgefunden hat, zB. die Fähigkeit ein BCR der schweren Kette zu bilden, positiv ausgewählt, die anderen werden sterben. Zu den grossen PreBII: -70% stehen im Zellzyklus -Können von den anderen B-Zellen durch das CD25-OberflächenProtein unterschieden werden -Die Mehrheit exprimiert die schwere Kette des BCR im Cytoplasma In PreBI und BII werden 2 Gene (auf Chr.22 im Mensch) exprimiert: VpreB und 5. Zusammen mit der schweren Kette des BCR (H chain) formen sie den PreBCR auf der Oberfläche des PreBII-Zelle. Dieser Rezeptor wird der Zelle sowohl das Signal zum Überleben, wie auch zum Proliferieren geben. Mäuse ohne 5 können weder PreBCR noch PreBII bilden und somit ist die B-Zellproduktion im KM reduziert. Wenn die grosse PreBII die VpreB und 5-Gene verliert, stoppt die Proliferation und die PreBII werden klein. 75804080 Seite 2 von 21 13.05.16 Zu den kleinen PreBII: -Exprimieren die schwere Kette des BCR -Haben die PreBCR-Expression verloren -Proliferieren nicht, ruhen -sind am Rearrangement (V zu J) für die leichten Ketten. Beide PreBII haben das CD25 Oberflächenprotein. Sobald ein produktives Rearrangement der leichten Kette gemacht ist, wird das Protein gebildet. Die leichte Kette wird mit der schweren Kette einen kompletten BCR formen. Diesen nennt man unreife B-Zelle. Komplette BCR auf unreifen B-Zellen können via FACS gemessen werden. Selektion und Aktivierung: Self-reaktive B-Zellen werden im KM umgebracht. Die B-Zellen bekommen ein Signal durch das Ag und das 2. Von der T-Helferzelle.aktive Proliferation, Reifung und Differenzierung zu Plasmazellen. 5. V(D)J-Rekombination-Antigen Rezeptor Diversität Was Immunglobuline (AK) sind, sowie deren Funktion (Löslicher Faktor, der je nach Typ (Isotyp) aus zwei identischen leichten Ketten (mit jeweils 2 Domänen) und zwei identischen schweren Ketten (mit jeweils 4 - 5 Domänen) aufgebaut ist. Antikörper binden mit ihren spezifischen und hochvariablen Regionen an Antigene und inaktivieren sie. Durch die Bindung an membrangebundene Antikörper (BCR) werden B-Zellen zumindest teilweise aktiviert.) Zur Wiederholung: Ig können als membrangebundene Oberflächenrezeptoren auf B-Lyphozyten vorkommen (BCR), oder werden als lösliche AK von Plasmazellen sezerniert. AK können Ag in nativer Konformation binden und auf diese Weise die Wirkung von zB. Pathogenen oder Toxinen neutralisieren. Was T-Zell Rezeptoren sind, sowie deren Funktion TCR kommen nur als membrangebundene Rezeptoren auf T-Lymphozyten vor und erkennen Antigene als Peptidfragmente, die auf MHC Proteinen der Klasse I oder II präsentiert werden. Was V(D)J-Rekombination ist Als V(D)J Rekombination bezeichnet man den Mechanismus, der die Diversität von AntigenRezeptoren, dh. AK (Ig) und T-Zell Rezeptoren in Lymphozyten generiert. Sie findet in differenzierten Vorläufer Lymphozyten (präB KM und PreT Thymus) statt. Ohne Rek. können keine Ig oder TCR-Polypeptidketten generiert werden und dementsprechend erhalten die Vorläufer der Lymphozyten keine Signale um sich in reife B- und T-Lymphozyten zu entwickeln. Patienten mit genetischen Defekten in diesem Mechanismus weisen den einen schweren kombinierten Immundefekt auf (SCID; severe combined immunodeficiency). Ther. KMTransplantation. Im Gegensatz zum leichten Ketten Locus, benötigt man zu Expression einer Ig schweren Kette 2 Umlagerungsreaktionen, da der schwere Ketten Lokus neben einer Vielzahl von V Gensegmenten und einigen J Gensegmenten noch zusätzlich D Gensegmente enthält (Mensch 27). 1.Umlagerung von D zu J findet bei der Reifung eines Vorläufer B Lymphozyten zu einer reifen BZelle statt. Danach muss es noch zur Umlagerung des V zu dem DJ-Segmenten kommen, bevor ein IG schwere Ketten Transkript abgelesen und translatiert werden kann. Die Tatsache, dass einige AgRez. den Gen Loci D Gensegmente enthalten und andere nicht, hat den Begriff V(D)JRekombination geprägt. 95% der T-Zellen einer Maus exprimieren T Zell-Rezeptoren. Die Funktion von-TCR tragenden T-Zellen ist noch umstritten. 75804080 Seite 3 von 21 13.05.16 Die Kontrolle der V-D-J Umlagerung wird über Regulierung der Kompaktheit des Chromatins beeinflusst (Acetylierung und Deacetylierung von Histonen). Das grundlegende Prinzip, wie das Immunsystem ein enorme Diversität von Antigen Rezeptoren erzeugt. Die V(D)J Rekombination. In drei Stadien aufgeteilt: 1. Die Initiation, 2 frei zugängliche RSS (mit unterschiedlicher Spacer Länge!) von einem Komplex der RAG-1 und 2 Proteine gebunden. In diesem Komplex katalysieren die RSS die Spaltung der DNA an den RSS. Findet ausschliesslich im Vorläufer Lymphocyten. 2. Prozessierung, freie DNA-Enden werden zur Endverknüpfung (mit Ku70/80) vorbereitet. Andere beteiligte Faktoren: DNA-PKcs, Artemis, TdT, Exo,DNA-Pol 3. Endverknüpfung (end-joining), freie Signalenden werden wieder verknüpft und als neue DNA-Verbindung etabliert. Kann über Inversion oder Deletion ablaufen. Beteiligte Faktoren: DNA-Ligase, XRCC4. Welche Faktoren an der V(D)J-Rekombination beteiligt und welche essentiell sind 1. Lymphozyten spezifische Proteine: -RAG-1,2 (rekombination activating gene), für Initiation der Rekomb verantwortlich, bindet spezifisch RSS. Eng gekoppelt, ohne Introns, nur während frühen B-T Zelldifferenzierung exprimiert, ohneSCID -TdT (terminal deoxynecleotidyl transferase), für Generierung von N-Region Diversität verantwortlich 2. Ubiquitär exprimierte Proteine -Ku70, 86 -DNA-PKcs (DNA-abhängige Protein-Kinase, catalytic subunit) -Artemis -DNA Ligase IV -XRCC4 -verschiedene DNA-Polymerasen, DNA Nukleasen Essentiell, nicht essentiell Was die klonale Selektionstheorie besagt (1.Theorie von Ehrlich, 1897) Die klonale Selektionstheorie ist von Niels Jerne und wurde 1955 formuliert:. Sie postuliert, dass Lymphozyten ein diverses Repertoir von Antigen Rezeptoren produzieren, je ein Lymphozyt allerdings nur eine Spezifität. Klone, die eine zum Antigen passende Spezifität exprimieren, werden durch das Antigen spezifisch selektionert und als Klon expandiert um letztendlich in Effektorzellen zu differenzieren. Hier kam die Frage auf, wie es möglich ist, mit einem Genom so viele TCR herzustellen. VDJ-Rekombination (1976) Was Rekombinations Signal Sequenzen (RSS) sind Die Fähigkeit von den V,D und J Gensegmenten umgelagert zu werden, hängt vom Vorhandensein bestimmter in der Evolution hoch konservierter Erkennungssequenzen ab, die als Rekombinations Signal Sequenzen (RSS) bezeichnet werden. Diese hoch konserverten Erkennungssequenzen, RSS flankieren alle funktionelle V,D und J Gensegmente der Ig und TZell Rezeptor Gen Loci. Sie bestehen aus einer äusserst konservierten palindromischen Heptamersequenz und einem A/T reichen nonamer, welche entweder von einem 12bp oder 23bp Spacer voneinander getrennt sind. Rekombination nur möglich, wenn die RSS unterschiedliche Spacer Länge haben (12/23bp-Regel). Kann also so angeordnet werden, dass V nicht mit J verknüpft werden kann, falls noch ein D rein muss... Was N-Region Diversität bedeutet 75804080 Seite 4 von 21 13.05.16 Am Beispiel des AK: Die Antigenbindenden Domänen befinden sich in den N-terminalen Domänen der Polypeptidketten. Die Ig-Domänen (CL und VL) weisen eine charakteristische Struktur auf, bei der 2 Ebenen von ß-Faltblatt Strukturen durch eine kovalente Disulfidbrücke und hydrophobe Interaktionen stabilisiert werden. Die Übergänge zwischen den einzelnen ßFaltblätter werden von Peptidschleifen gebildet. Drei der besonders exponierten Bereich sind die Regionen der variablen Ig-Domäne, die den direkten Kontakt zum Antigen herstellen. Tatsächlich sind diese Bereiche hypervariabel, wenn man verschiedene variable Ig-Domänen auf Sequenzebene analysiert. hypervariable Regionen (HV 1,2,3). Sie sind per definitionem in ihrer Struktur komplementär zum gebundenen Antigen, daher das Synonym: complementary determining region, bzw. CDR 1,2 und 3. Diversität: Die Existenz einer grossen Anzahl an Lymphozyten mit einer unterschiedlichen AgSpezifität in jedem Individuum. Wie P Regionen entstehen und was dies ist Was CDRs (complemetarity determining regions) sind Drei der besonders exponierten Bereich sind die Regionen der variablen Ig-Domäne, die den direkten Kontakt zum Antigen herstellen. Tatsächlich sind diese Bereiche hypervariabel, wenn man verschiedene variable Ig-Domänen auf Sequenzebene analysiert. hypervariable Regionen (HV 1,2,3). Sie sind per definitionem in ihrer Struktur komplementär zum gebundenen Antigen, daher das Synonym: complementary determining region, bzw. CDR 1,2 und 3. hypervariable Komplementaritäts determinierende Regionen (CDR). Dort ist die Variabilität am höchsten (CDR3). Analog findet man die drei hypervariablen Regionen auch in den variablen Ig-Domänen von TCR Ketten. Ein paar Definitionen: Idiotyp: Spezifität von Antikörpern Isotyp: die Subklasse des AK, die durch die Gene der konstanten Region determiniert werden, wird als Isotyp bezeichnet. Bestimmt den Immuneffekt. Allotyp: Im Allotyp unterschiedlich sind solche AK, die sich in der konstanten Region in wenigen AS unterscheiden, hervorgerufen durch kleinere Mutationen in verschiedenen Allelen, die in einer Population auftreten können. Keimbahn-Konfiguration der Ig-Gene: Die Ig Gen Loci all unserer Zellen liegen unmodifiziert vor. Erst der Rekombinationsprozess, der gewisse Gensegmente „auswählt“, macht die Ig so vielfältig. B-Lymphozyten tragen daher nicht mehr die Keimbahnkonfiguration, sie haben sogar bestimmte DANN-Sequenzen verloren. 7. T-Zell Effektor Funktionen Es gibt 3 Klassen von Effektor T-Zellen: CD8-T-Zellen: Zytotoxische (Killer) T-Zellen; zerstören Zellen durch Lyse, die an ihrer Oberfläche an MHC class I gebundene Peptidfragmente eines cytosolischen Pathogens zeigen (Z.B. Virus) CD4 Corezeptor; erkennen Fragmente von Antigenen, die in intrazellulären Vesikeln degradiert wurden und durch MHC class II Moleküle an ihrer Oberfläche präsentiert werden. Davon gibt es zwei unterschiedliche, welche über die Funktion des anderen jeweils übernehmen könnten: -TH1: Aktiviert Makrophagen, damit sie intrazelluläre Mikroorganismen besser zerstören können, oder B-Zellen dazu aktivieren, mehr zu präsentieren. -TH2 Zellen: bewegen B-Zellen, die ein Ag gebunden haben, dazu zu differenzieren und IgM zu produzieren. Die Initiation der Immunantwort: Unreife Dendritische Zellen (DC) können überall in unserem Körper gefunden werden. Diejenigen in der Haut heissen Langerhans-Zellen. Unreife DC haben nur wenig MHC und Costimlierende 75804080 Seite 5 von 21 13.05.16 B71/2 Ligandemoleküle. Die Reifung der DC erfolgt über Aufnahme (Endozytose od. Phagozytose) von Ag. Diese wandern sogleich zum nächsten Lymphknoten. Erst dann, als reife DC können sie T-Zellen aktivieren. Naive T-Zellen brauchen 2 Signale um aktiviert zu werden: 1. TCR erkennt Peptid und MHC, gibt 1.Signale. Wenn nur dieses Signal kommt, werden die T-Zellen völlig inaktivert (anergic) 2. CD8 des B7-Ligand von der profi-dendrit. Zelle bindet an CD28 (Costimulierendes Molekül) des TCR; 2.Signal Nach Erhalten beider Signale (innert 48h): -Vergrösserung (in eine Blast, voll aktive, Zelle) -IL-2 Transkription wird erhöht (kodiert für ein T-Zell-growth-factor-protein) -Aktiviert sich selbstIL-2 Rezeptor-Bildung während den nächsten 4-5 Tagen erfolgt eine Vermehrung von 2-3 Teilungen pro Tag. Je nach Umgebung, in welcher die Aktivierung der CD4 T-Zellen stattgefunden hat, können 2 unterschiedliche Helferzellen generiert werden. Mit Zytokin IL-12 gibt es TH1 und mit IL-4 zu TH2. Die helfen wiederum den Cytotoxischen T-Zellen für ihre Aktivierung. Cytotoxische T-Zellen (CTL=cytotoxic t lymphocyte): Auch diese brauchen Signale um aktiviert zu werden: 1. CD8 bindet an MHC I und Ag1. Signal 2. Costimulatorisches Signal von der Zielzelle 3. TH1 geben IL-2 an den IL-2 Rezeptor der cyt. T-Zelle3.Signal Die ersten beiden Signale kommen aus derselben (Ziel-)zelle. Aktivierte cyt. T-Zellen bilden Granula mit Perforinen (und Granzyme). Erkennt eine mit demselben Ag infizierte epitheliale Zelle und killt sie. Stadium der „Zellkillung“ durch CTL -enger Kontakt (MHC-Ag-Bindung) -Granula der CLT wandern Richtung Konjugation -Granula werden mittels Exocytose (Ca-abhängige Induktion zur Fusion der Vesikel an Membran) abgegeben, Perforine helfen, dass die Granzyme (Serinproteasen) in die Zielzelle gehen können. Diese Serinproteasen initiieren die Apoptose 5 min nach CTL-Kontakt. -Rezyklierung der CTL (kann mind.6x killen) Die Stimulation der Apoptose über CTL kann über 2 Wege ablaufen: Granula-Exocytose-Weg: -Ca-abhängige Polymerisation der Perforine, welche Löcher in die Zielzelle bohren. -Die wiederum erlauben den Eintritt der Granzyme, welche die Kaspase-Kaskade initiieren, was die Apoptose bewirkt. Fas-Weg: -beginnt mit der Bindung von trimeren Fas-Einheiten an den CTL-Fas-Ligand. -dieser assoziert mit der „Tod-Domäne“ des Fas mit FADD. -aktiviert wieder die Kaspase-KaskadeApoptose Rolle der Effektor Zellen in Zellvermittelter und humoraler Immunität: Zellvermittelte Toxizität Typisches Pathogen Vaccinia virus Mycobakt. Tubercul. Influenza virus M. leprae Rabies virus Leishmania donovani Pneumocystis carinii Lokation Cytosol Makrophagenvesikel Effektorzelle Cyt. CD8 T-Zelle TH1 Zelle Antigen-Erkennung Peptid und MHC I an Peptid und MHC II an der infizierten Zelle inf. Makrophagen Humorale Immunität Cl. tetani Staph. Aureus Str. pneumoniae Pneumocystis carinii Extraz. Flüssigkeit TH2 und TH1 Zelle Peptid und MHC II an Ag-spez-B-Zelle 75804080 Effektor-Funktion Seite 6 von 21 Tötet der inf. Zelle Aktivierung des Makrophagen 13.05.16 inf. Aktivierung der spez. B-Zelle, um AK zu machen Negatives Signal des CTLS-4 Moleküls: Da zuviele AK Ödeme bilden würden, wird nach ca. 3 Tagen nach der T-Zell-Aktivierung ein CTLA-4 Molekül gebildet. Dieses bindet wie das CD28 an B7½. Dies gibt ein negatives Signal an die T-Zellen, womit die weitere Proliferation inhibiert wird. Es gibt nur 5% von T-Zellen 8. Impfung / Vakzinierung Definition des Begriffes: 1. Vakzinierung über milde Kuhpocken (Jenner)lat. Kuh: vacca Den Unterschied zwischen aktiver und passiver Immunisierung Vorteil: passiver: Sofortige Wirkung Nachteil: passiver: keine Langzeitwirkung, Risiko der Übertragung von Hepatitis und AIDS, Graft-vs-Host Disease (bei Übertragung von Immunzellen) Vergleiche unten Die Grundlage der passiven Immunisierung Vermittelt durch lösliche AK oder Blutserum in den Blutkreislauf des Empfängers zB: -Als Therapie bei angeborenen oder erworbenen Immundefiziten -als Prophylaxe gegen Infektionserreger -zur Neutralisierung von Toxinen KEINE langanhaltende Immunität (abhängig von der Halbwertszeit des AK), da kein Immungedächtnis gebildet wird. Passive I. finden natürlich während der Schwangerschaft statt, da die IgG1,3 über die BlutPlazenta-Schranke wandern können. Nach der Geburt gelangen IgA über Muttermilch ins Baby, welche gastrointestinale Infektionen verhindern, während sich das IS des Kindes noch entwickelt. Artifizielle passive Immunisiung: Ig, Serum, Immunzellen Beispiele der neutralisierenden / blockierenden AK: -Polyklonale unspez. (hIgG) oder spez. (Ig aus Pferden, Gifte aus Tieren) AK -Blutserum -monoklonale AK (rekombinant, aufgereinigt) -Übertragung von AK von Mutter an Fötus oder Baby Beispiele passiver Impfungen: Rhesus neg. Mutter, Botulinus, Diphterie, Rabies (Tollwut), Tetanus Die Grundlage der aktiven Immunisierung Vermittelt durch die Inokulation mit attenuierten / inaktivierten Krankheitserregern, oder gereinigten / klonierten Antigenen (Proteine, Polysaccharide). -Als Prophylaxe gegen Pathogene LANG ANHALTENDE Immunität, da das spezifische IS, welches idealerweise mit spez. Zellulären (T-Zellvermittelten) und spez. humoralen (B Zell vermittelten) Immunantwort reagiert langlebige T und B-Gedächniszellen entstehen. Natürliche aktive Immunisierung: duch überstandene Infektionen Artifiziell: durch Vakzine: attenuiert (Tuberkulose, Typhus), inaktivierte (Cholera,Keuchhusten) Erreger, gereinigte Makromoleküle, Toxoide (Diphterie, Tetanus) oder Peptide (Hepatitis B?), DNA. Vakzinentwicklung: 1920Diphterie und Tetanus 1934Keuchhusten 1955Polio 75804080 Seite 7 von 21 13.05.16 1960Mumps, Masern 1985Influenza 1990Hepatitis, Windpocken Die Problematik von Rhesus-Faktor Inkompatibiliäten bei der Schwangerschaft Wenn eine Rhesus negative Frau, die von eine Rhesus positiven Mannes schwanger wird, kann der Fötus Rhesus Faktor positiv sein. Keine Konsequenzen bei der ersten Schwangerschaft, da der mütterliche vom fötalen Kreislauf getrennt ist. Bei Geburt kommt es bei der Ablösung der Plazenta von der Gebärmutterwand zum Transfer von Nabelschnurblut-Erys in den mütterlichen Blutkreislauf. Das IS der Mutter bildet darauf spez. AK gegen die Rhesus pos. Erys. und spez. BGedächtniszellen. Diese AK können bei der 2.Schwangerschaft in den Blutkreislauf des Föten gelangen und die Erys zerstören.hämolytische Erkrankung, mit versch. Ausgeprägten Anämien im Fötus. Der starke Abbau von Hämoglobin aus zerstörten Erys kann zusätzlich zu lipid-gebundenen BilirubinAblagerungen im Gehirn des Föten führen, die schwere Hirnschäden verursachen können. Therapie: Mutter bekommt nach 1.Geburt einen neutralisierenden anti-Rhesus Faktor AK (Rhogam) Was attenuierte Lebend-Vakzine sind und wie man sie herstellen kann Attenuierte Vakzine können durch Isolation von pathogenen Viren aus Patienten gewonnen werden. Nach Isolation und Amplifikation (Vervielfältigung der Basenpaare) in humanen Zellen, werden sie an das Wachstum in nicht humanen Zellen (z.B.Affenzellen) adaptiert. Nach vielen Passagen entstehen Varianten des ursprünglichen Virus, der aber weder humane Zellen infiziert, noch sich in diesen replizieren kann aber er kann eine Immunantwort auslösen. Allerdings verbirgt sich so noch die Gefahr der Reversion in virulente Formen. 2.Herstellungsmöglichkeit: mittels gentechnologischen Mechanismen versucht man die Virulenzgene von pathogenen Erregern zu deletieren. Diese können noch replizeren. Vorteil: praktisch keine Reversion mehr möglich. Unterschiede zwischen attenuierten und inaktivierten Vakzinen -Chemische Inaktivierung durch Formaldehyd oder alkylierende Chemikalienimmunogene Determinanten müssen erhalten bleiben -Hitzeinaktivierung, ohne Proteine zu stark zu denaturieren Daher Vorteil der inakt. V.: keine Reversion in pathogene Erreger Jedoch Nachteil: -ungenügende Inaktivierung kann zu Pathogenität führen -wiederholte Impfungen notwendig -hauptsächlich humorale AK Antwort kurzfristig Das Prinzip der DNA-Vakzinierung (sind in klinischen Phasen) Klonierung der Gene von immundeterminierten Proteinen, Injektion von reinen DNA Plasmiden in Muskelzellen (Vorteile: keine Pathogenität, zelluläre und humorale Immunität / Nachteile: nur mit Protein-Immunogene möglich, Insertionsmutagenese bei DNA Vakzinen). Was Toxoide sind Einige bakterielle Pathogene, einschliesslich der Diphterie und Tetanus auslösenden Erreger, produzieren Toxine. Diese können aufgereinigt und chemisch inaktiviert werden und so als Toxoid-Vakzine eingesetzt werden. Das Prinzip der Tumorvakzinierung Ist die spezifische Aktivierung des adaptiven IS gegen Tumorzellen. Vakzinierungsmöglichkeiten: -kann über Ag-beladene DCs -über Plasmid-haltige cDNA, die TumorAg kodieren -oder über „transfected“ Tumorzellen, die die B7-Costimulierende Gene oder den IL-2 Wachstumsfaktor der T-Zelle kodieren. 75804080 Seite 8 von 21 13.05.16 9. Angeborene Immunität Angeborene Immunität Frühphase der Infektion Schnelle Wirkung ohne klonale Zellexpansion Unveränderte Spezifität Kein Immungedächtnis Humoral: -Komplementsystem -Antibakterielle Proteine (Lysozym, Pepsin) -Oxidative Chemikalien (NO) -Proteasen, Hydrolasen Zellulär: -Makrophagen (Fresszellen) -Granulozyten -NKZ Mechanisch /chemisch: -epitheliale Barrieren -Flimmerepithel / Bronchien -vermehrte Flüsskigkeitssekretion -niedriger pH (Magen) Adaptive Immunität Spätphase Latenzphase, wegen klonaaler Expansion von Effektorzellen Verbesserte Spezifität Immungedächtnis Humoral: -AK Zellulär: -TH-TC Zellen Was Komplement ist und Rolle in Immunabwehr Ein System von mehr als 30 löslichen, hitzesensitiven (55°C) Serumproteinen (5% der Blutserumproteine), hauptsächlich in Hepatozyten gebildet, aber auch von Blutmonozyten, Gewebemakrophagen und epithelialen Zellen. Die meisten Komplementfaktoren sind Proenzyme, die erst durch proteolytische Spaltung aktiviert werden, bei der ein inhibitorisches Fragment abgespalten wird. Sie wirken in einer regulierten Kaskade von Protein-Protein Interaktionen, die erneut eine proteolytische Aktivität aufweisen und weitere Targets der Komplementkaskade durch Proteolyse aktivieren. Funktionen: -Lyse von Zellen, Bakterien und Viren (Membran attack complex) -Opsonisierung -Entfernung von Immunkomplexen -Beteiligung von inflammatorischen Reaktionen Was Komplementaktivierungswege sind Es gibt 3 Wege, um die Komplementkaskade auszulösen. -klassischer Weg: Aktivierung des Komplement durch Ag bindende AK (IgM, IgG1,2,3) -Alternativer Weg: (ohne AK) Zellwandkomponenten Gram-negativer Bakterien Pilz und Hefezellwandkomponenten Einige Parasiten (Trypanosomen) -Lektin Weg Mannose bindendes Lektin, welches an Mannose Reste bakterieller Glykoproteine oder Kohlenhydratketten bindet. Trotz der verschiedenen Ausgangspunkte enden alle der Kaskaden in der Bildung eines Membran Angriffs Komplexes (membran attack complex, MAC), die Poren in die ZM von Pathogenen einfügen kann (vgl. Perforin bei cytot. T-Zellen)Inaktivierung. Funktion des Makrophagen Sie entwickeln sich aus dem Blutmonozyten (ca. 1-6% der Blutleukozyten), die nach ihrer Bildung nur 8h im Blutkreislauf zirkulieren und danach ins Gewebe migrieren, wo sie spezifische Gewebsmakrophagen ausdifferenzieren. Ihr Volumen wird 5-10x grösser, und die Anzahl und Komplexität der zytoplasmatischen Organellen vergrössert sich grosse Mengen hydrolytischer Enzyme. Je nach Lage des Gewebes heisst der Makrophage anders: 75804080 Lunge Leber Niere Gehirn KM Seite 9 von 21 13.05.16 Alveolar Makrophagen Kupffer Zellen Mesangine Zelle Mikrogliazellen Osteoklasten Phagozygotische Aktivität und andere Aktivitäten, die zur Beschleunigung der Entfernung und Degradierung von Pathogenen beiträgt: -können ganze Mikroorganismen oder unlösliche Ag aufnehmen (auch abgestorbene Zellen oder Zellfragmente) -durch Kontakt zu Pathogenen werden Makrophagen zusätzlich aktiviert und erhöhen ihre phagozytische, antimikrobielle und cytotoxische AktivitätAbtötung / Inaktivierung (reaktive Sauerstoff/Stickstoff Intermediate). -Präsentation von Peptidfragmenten auf MHC Proteinen der Klasse II -Exprimierung costimulatorischer Oberflächenproteine die zur effektiven Aktivierung naiver TZellen notwendig sind (z.B B7) -sezernieren von löslichen Faktoren, die weitere Immunzellen chemotaktisch aktivieren können (IL-2, IL-8, IL-12, TNF) -sezernieren von hemapoetischen Zytokine von aktivierten Makrophagen führt zur Erhöhung der Myelo-Granulopoiese im KM. Funktion der NK-Zellen =Null-Lymphozyten (nonB, nonT), ca 5-10% der PBLs -konstitutiv zytotoxische Aktivitätkönnen schnell aktiviert werden ( Perforin, Granzyme) -anti-Tumor Aktivität -aktiviert durch IFN& ß, IL12,15 und TNFZytokine aus Makrophagen) -vermitteln Antikörper abhängige zelluläre Zytotoxizität (ADCC) -charakterisiert durch CD16 Oberflächenmarkerhaben alle NKZ! -Differenzierung unabhängiger RAG-Expression -tragen Rezeptoren, die virusinfizierte Zellen oder Tumorzellen erkennen, bzw. binden und zusammen mit Freisetzung von Zytokinen der virusinf. Zelle zur Aktivierung der zytotoxischen Wirkung der NK führen können (muss nicht). -tragen auch inhibitorische Rezeptoren (KIR, killer inhib. Rez.), Ly49 Multigen Familie bei der Maus, die hauptsächlich MHC I Proteine binden und einer Aktivierung entgegen wirken. Da eine virale Infektion oftmals mit einer Veränderung (meist Reduktion) der MHC I Expression einhergeht, können solche Zellen von NK Zellen über aktivierende Rezeptoren erkannt und eliminiert werden. Bedeutung von ADCC Neben der direkten Aktivierung von NK Zellen über zellspezifische Liganden können NK-Zellen zytotoxisch gegen Zellen reagieren, an die IgG AK gebunden sind. Daraufhin binden die NKZ an den aktivierenden FcRII (CD16). Dies führt zur Auslösung der zytot. NKZ Aktivität, ADCC. (Antikörper abhängige zelluläre Zytotoxizität durch NK Zellen vermittelt) Wie die zytotoxische Aktivierung von NKZ reguliert wird Die Balance zwischen Signalen von aktivierenden Rezeptoren und Signalen von inhib. Signalen determiniert die zytotoxische Aktivität von NK Zellen („opposing singals model“). Typen von Granulozyten : Neutrophile -phagozygotisch, enthalten viele lytische Vesikel im Zytoplasma, sehr mobildie ersten Zellen an Entzündungsherd -Infektionen führen zu schnellen Erhöhung (Leukozytose) -Expression antimikrob. Substanzen (Peroxidasen, Lysozym, NO) Eosinophile -attackieren opsonisierte Parasiten, phagozytisch 75804080 Basophile Seite 10 von 21 13.05.16 -Externalisierung lytischer Vesikel -nicht phagozytisch, sezernieren pharmakologisch wirksame und antimikrobielle Substanzen -komplementär zu Eosinophilen und Mastzellen Mastzell-Degranulation -Mastzellen sind spezialisierte Zellen, die mit Histamin und anderen Mediatoren geladene zytoplasmatische Vesikel enthalten. -Diese Vesikel können degranulieren, wenn kreuzvernetzte IgE AK an den FcRI Rezeptoren auf ZM der Mastzellen binden. -Histaminfreisetzung (u.a.Serotonin) durch Degranulation erhöht die Permeabilisierung der Gefässe, was zur Akkumulierung von Gewebsflüssigkeit und Serumkomponenten (inkl. AK) führt, die Infiltration von Granulozyten und Lymphozyten erleichtert und zu einer lokalen Entzündung führt. Diese sofortige Degranulation (auch eosinophil chemotaktischer Faktoren und neutrophil chemot. F.) tragen eigentlich zur Immunität gegen Parasiten bei. Da in industriellen, westlichen Kulturen Parasiteninfektionen immer seltener werden, scheinen nun normalerweise harmlose Substanzen (z.B Gräserpollen) solche Mastzellen zu aktivieren, was zur Ausbildung von Allergien führt. -In späten Phase nach Degranulation werden von Mastzellen sekundäre Mediatoren freigesetzt (Prostaglandine und Leukotriene), die auch die vaskuläre Permeabilität erhöhen und eine Vasodilation hervorrufen können. -Mastzellen befinden sich in erhöhter Konzentration in vaskularisiertem Bindegewebe unterhalb epithelialer Gewebe (z.B. Dermis, GIT und Respirationstrakt) Degranulation bewirkt in: GIT: erhöhte Flüssikeitssekretion Erhöhte Peristaltik Respir. Trakt; erhöhte Schleimsekretion Verengung der Atemwege Vask. System; erhöhter Blutfluss Erhöhte Vasopermeabilität (Entzündungsreaktionen: -Lokale E. werden in der Regel durch bakterielle Infektionen ausgelöst. -Das Eindringen von Bakterien in epitheliales Gewebe aktiviert zunächst Makrophagen, die über spezielle Rez. für bakterielle Oberflächenmoleküle verfügen. -Aktivierung von Makrophagen stimuliert die Sekretion verschiedener Cytokine und erhöht die phagozytische Aktivität der Makrophagen.) Wichtigste Reaktionen während der frühen Phase von inflammatorischen Prozessen Dilatation der Blutgefässe, Erhöhung der Blutzufuhr Gleichzeitig: Verminderung der Geschwindigkeit des Blutflusses, was die Interaktion von Leukocyten mit den Endothelzellen erleichtert. Erhöhte Vasopermeabilität, die zu einer lokalen Akkumulation von Serumkomponenten (Ig, Komplement,..) führt. Aktivierung von Zelladhäsionsproteinen auf Endothelzellen, die die Anheftung von Leukozyten ermöglicht (Neutrophile, Monozyten) Adhäsion und Diapedese von Neutrophilen und Monozyten durch die Endothelzellen der Gefässe. (Späte Phase der Entzündung: -Phagozytose bakterieller Erreger durch aktivierte Makrophagen und Neutrophile -Aggregation von Thrombozyten und Coagulation des Blutes in Kapillaren am Entzündungsherd -Drainage von Gewebeflüssigkeit und Phagozyten in regionalen Lymphknoten -Aktivierung des adaptiven Arms des IS -bei chronischer Entzündung Rekrutierung von T und Plasmazellen.) 75804080 Seite 11 von 21 13.05.16 10. Immundefizienzen (ID) Def.: Immundefizienzen werden durch Defekte im IS ausgelöst (kann humorale oder zelluläre Komponenten beeinträchtigen) und könnnen zu schweren, persistierenden Infektionen führen, ausgelöst durch sonst opportunistische Erreger. Was man unter einer Primären und sekundären Immunantwort versteht Primär:vererbt, kongenital (zum Zeitpunkt der Geburt vorhanden, durch Fehlerhaftigkeit des genetischen Materials) -normalerweise rezessive, autosomal oder X-chromosomal gekoppelt -ca. 70 verschiedene kongenitale Immundefizienzen beschrieben; Gen. Grundlage meist unbekannt -Die Mehrheit resultiert aus Defekten oder Fehlfunktionen in lymphoider oder myeloider Zelldifferenzierung oder deren Effektorfunktionen-z.T. Defekte in Funktion oder Bildung lymphoider Organe führen zum Fehlen bestimmter Lymphozytenpopulationen -mildere Formen der primären ID: Vorkommen in 1/700 Geburten Sekundär: erworben (Virale Infektionen, Immunsuppression, Krebstherapie) -Werden durch externe Faktoren oder Pathogene verursacht -Immunsuppressiva, z.B. Corticosteroide oder Cyclosporin A, die für die Behandlung bestimmter Autoimmunerkrankung eingesetzt werde, oder um eine GvHD nach Knochenmarktransplantation (KMT) zu kontrollieren. -HIV (human immunodeficiency virus) AIDS Was SCID bedeutet Severe combined immunodeficiency Vorkommen sehr selten: 1/500´000 Geburten In welche Typen man SCID Patienten einteilt -primäre ID der lymphoiden Zelle können entweder vom B+SCID oder B-SCID Typ sein Die drei häuftigsten genetischen Grundlagen für SCID B+: -X-chromosomal gekoppelte SCID (40-45%): ausgelöst durch eine Mutation in der c (commom gamma chain) (kürzere transmembranäre Kette) der Interleukin Rezeptoren. -ADA Defizienz (15-20%): Mutation im Adenosin Desaminase Gen, welches für den Purin-Nukleotid-Stoffwechsel essentiell ist, katalysiert die Umsetzung von Adenosin zu Inosin. B-: -RAG-1,2-Gen Mutationen (12.5-15%) Wie man SCID Patienten normalerweise therapiert Während der ersten Lebensmonaten sind die SCID-Kinder noch von mütterlichen AK geschützt. Therapie: 1. Ziel: Behandlung akuter Infektionen mit Antibiotika, AK-Infusionen, Zytokinen 2. bei ADA Defizienz: Enzym Ersatz Therapie (ADA-PEG) 3. Falls genetische Defekt nicht identifizert KMT mit Stammzellen ohne Mutation. 4. für genetisch charakterisierte SCID-Fälle: somatische Gen Therapie Das Prinzip der somatischen Gentherapie -T-Zellen der ADA Patienten mittels Apharese aus Blut isolieren und mit Retroviralen ADA Expressionsvektor transduziert. -CD34+Nabelschnurblut (beic-Defizienten ohne HLA-Donor aus KM-Zellen) Stammzellen von ADA Patienten wurden stabil mit einem retroviralen ADA Expressionsvektor transduziert, nach 8 Jahren konnten die retroviralen ADA noch nachgewiesen werden, ADA-PEG konnte in beiden Studien trotzdem nicht abgesetzt werden, (2002 neue Möglichkeit, ohne ADA-PEG)) Grundlagen der wichtisten sekundären Immundefizienz (AIDS) =Acquired Immunodeficiency syndrome 75804080 Seite 12 von 21 13.05.16 -erste Fälle 1981 in USA beschrieben -Erkrankungen durch opportunistische Erreger: P.carinii, C.albicans -Kaposi´s Sarkom (Hautkrebs) -Progressiver Verlust der CD4+ TH-Lymphozyten Die Bedeutung von HIV Tropismus T-Troper HIV Tropismus für CXCR4 auf T-Zelle M-Troper HIV Tropismus für CCR5 auf Monozyt (anti-HIV Therapie: Angriffsmöglichkeiten durch Inhibition der Integrase, der Protease oder der Reversen Transkriptase) 11. Allergien und Asthma Inflammation / Hypersensitivität Lokale Reaktion eines geschädigten Gewebes: -Komplementaktivierung -alternativer oder klassischer Weg: C3, C5 und Chemokine des aktivierten Makrophagen locken Neutrophile durch Chemotaxis an. Siehe Fig 1. Zu starke inflammatorische Reaktion Gewebe wird noch mehr geschädigt Hypersensitive / Allergische Reaktion. Anaphylaxie (gegenteil von Prophylaxe): 1900 beschrieben von Portier und Richet. =zu starke Reaktion nach 2.Begegnung Einteilung der Hypersensitiven Reaktionen: AK vermittelt Typ I Typ II IgE vermittelt IgG vermittelt Ag induziert die Kreuverbindung der IgE zu den Mast- und Basophilen-Zellen. Bewirkten Auslösung der vasoaktiven Mediatoren Systemische und lokale Anaphylaxie, wie Heuschnupfen, Ekzem, Lebensmittelallergien AK mit dem Ag gegen die Zelle führt zu Zerstörung der Zelle über Komplementakt. Oder ADCC Typ. Manifestation: Bluttransfusion, Rhesus Typ III Immunkomplex vermittelt AK-Ag Komplexe in Gewebe induzieren durch Komplementaktiv. und Inflammation eine massive Infiltration von Neutrophilen Arthusreaktion, generalisierte Rkt. wie Serumkrankheiten, Glomerulonephritis Zell vermittelt Typ IV Zell vermittelt Sensitivierte TDTH geben Cytokine ab, welche Makrophagen aktivieren und Tc, wleche direkte Zellschädigung bewirken. Kontakt-Dermatitis, Stiche, die nach einigen Tagen wieder jucken Normal im Serum sind nur 0.0003 mg/ml IgE (9 IgG1, 3 IgG2, 1 IgG3, 3 IgA, 1,5 IgM) TH2 bindet die B Zelle am MHC Rezeptor (1.Signal) und setzt IL-4 frei, welches am IL-4 Rezeptor der B-Zelle bindet (2.Signal). Diese beiden Signale braucht es, um ein Isotyp-switch der B-Zelle in eine IgE produzierende Plamazelle zu initiieren. IgE: IgE bindet an den hochaffinen Fc-Rezeptor (FcRI). Er wird exprimiert von: Mastzellen Aktivierten Eosinophilen Basophilen 75804080 Seite 13 von 21 13.05.16 Eine ruhende Mastzelle besitzt monomere IgE an seinem FcRI. Wenn ein Ag eine Kreuzverbindung der AK bewirkt, löst dies sogleich eine Degranulation von inflammatorischen Mediatoren aus (inflammatoriy response) (aktive Mastzelle). Diese bewirken eine lokale Inflammation, welche für eine Infektabwehr notwendigen Zellen und Proteine anzieht. Mechanismus einer Typ I Reaktion: Allergen bindet an B-Zelle, welche durch Bindung mit einer TH-Zelle, welche die Aktiverungssignale zur Differenzierung in eine Plasma und eine Gedächniszelle gibt. Die von der Plasmazelle sezernierten spezifischen IgE binden an die nun sensitivierte Mastzelle. Wenn dasselbe Allergen nun ein zweites Mal kommt, bindet es auch an Mastzell-IgE, welche eine Degranulation der pharmakologisch aktiven Mediatoren (z.B vasoaktive Amine) auslösen. Dasselbe bei den Basophilen. Wirkungen dieser Mediatoren: Kontraktion glatter Muskelzellen (Leukotriene, Prostaglandine) Schleimproduktion in mukösen Drüsen (Lunge)Asthma (durch Proteasen) Vasodilatation (Prostaglandine) Permeabilitätserhöhung in Gefässen (Histamine, Serotonin) Auf Eosinophile (eosinophil chemotakischer Faktor, ECF) und sensorische Nervendigungen Plättchenaggregation (Prostaglandine) Neben den lokalen... Ausgelöst durch: Heuschnupfen: Pollen Asthma: viele Nahrungsmittelallergien ...gibt es auch noch systemische Anaphylaxien Typ I: Ausgelöst durch: Gift: Biene, Wespe, Hornusse, Ameise Drogen: Penicillin, Insulin Essen: Meerestiere, Nüsse Über Hauttests kann man Allergien testen. Medikamente: Antihistaminika Cortison Blockieren Histamin-Rezeptoren Reduzieren Histamin, indem sie die Konversion von Histidin in Histamin blockieren und Mastzellen zur cAMP Produktion stimulieren. Hyposensitivisationsbehandlung: Spritzen mit „Krautteilchen“-Ag periodisch über 2 Jahre in ein für dieses „Kraut“ sensitives Individuum. Dies sollte eine Abnahme der IgE bewirken und ein IgG Aufstieg. Typ II: Bluttransfusionsreaktion: Ag=Zuckerreste auf Blut, hämolytische Reaktion gegen „fremdes“ Blut. Vgl. Rhesus- Mutter. Nicht Prüfungsrelevant: Typ III, IV 12. Autoimmunität (AI) Es gibt organ-spezifische und systemische Autoimmunerkrankungen. T-Zell vermittelte AI: -Hashimoto´s Thyroiditis: 75804080 Seite 14 von 21 13.05.16 massive Infiltration der Schilddrüse mit T-Zellen und anderen kleinen Zellen. -Insulin-abhängige Diabetes (Typ I) Infiltration von T-Zellen in den Langerhans Zellen des Pankreas. Die ß-Zellen, die Insulin produzieren würden, werden zerstört, was eine Erhöhung der Blutglukose bewirkt. -Multiple Sklerosis (1 in 7000) häufigste neurologische Erkrankung, mehrheitlich Frauen: Myelin Basic Protein (MBP) zerstört das Protein Myelin, welches zur Abschirmung der Nervenfasern dient. Wird von autoreaktiven T-Zellen verstört. Ursache unbekannt. AK vermittelte (AI) -Graves´disease: Normalerweise wird die Thyroidhormon-Produktion der Schilddrüse über die Hypophyse gesteuert, welche TSH macht, dies bindet am Thyroid Zellrezeptor und produziert so die Hormone, welche eine negative Rückkopplung auf die Hypophyse bewirken. Bei dieser AI gibt es einen Auto-AK, der den Thyroid Zellrezeptor bindet. An diesen erfolgt keine neg. Feedback-Kopplung, daher ist eine stark vermehrte Hormonausschüttung die Folge. sehr starker Stoffwechsel, Mager, Exophthalmus (Augen stehen raus). -Myasthenia gravis: AutoAK, die den Ach-Rezeptor im Gehirn blockieren. Muskelaktivierung ist inhibiert. -Hemolytische Anämie: Rote Blut Zellen (RBC) und AK-RBC im Blut. (Der Körper produziert nicht zu wenig, die RBC werden zerstört). Als Immunkomplex (RBC gebunden mit AK) werden sie von Makrophagen und Neutrophilen gefressen und zerstört, oder sie aktivieren da Komplement und werden intravasal lysiert. Tiermodelle: -Dadurch fand man heraus, dass das MBProtein bei Multipler Sklerose am wichtigsten ist. Diabetes: -eine transgene Maus, die ein Virusprotein exprimiert in Kontrolle eines Insulinförderers (B-Zelle), entwickelt Diabetes nicht spontan. Aus wenn ein spezifischer, transgener TCR für dieses viralen Proteins eingeführt wird, wird keine Zerstörung der Insulin-produzierenden B-Zellen geschehen. Gründe: Naive T-Zellen infiltrieren nicht in den Pankreas B-Zellen exprimieren keine Costimulierenden Moleküle (B7½), welche für die Aktivierung der naiven T-Zellen notwendig wären. Wenn man die Maus jedoch von aussen mit demselben Virusprotein immunisiert, wird Diabetes eintreffen, Gründe: Dendritische Zellen nehmen das virale Protein auf und aktivieren T-Zellen (sie können der T-Zelle beide Signale geben). Aktivierte T-Zellen können in den Pankreas und werden die virusprotein Bildenden B-Zellen zerstören, da diese nur das 1 Signal vom Ag-TCR brauchen. Mechanismen zur Einführung der AI: - Freisetzung von abgeschiedenen(?) Ag - Genetische Prädisposition - Molekulare Mimikry (Hep.-B Virus Polymerase besitzt 60% Homologie zum MBP, von welchem man weiss, dass es eine MS-ähnliche Erkrankung produziert. Durch Einspritzen dieses Hep.-BPolymerase Oligopeptid ergibt MBP-AK und lässt T-Zellen ins Gehirn gehen.) Medikamente gegen Autoimmunerkrankungen: -Immunsuppressive Medikamente (Problem: generelle Reduktion der Immun-Antworten) -Monoklonale AK -Hämapoetische Stammzellen 75804080 Seite 15 von 21 13.05.16 (NZBxNZW)F1-Mäuse, die spontan eine Systemische AI Erkrankung entwickeln, gleicht der menschlichen „lupus erythematosus“ Erkrankung. Sie ist charakterisiert durch eine enorm hohe Konzentration an verschiedenen AutoAK. Werden diese Mäuse mit Anti-CD4-AK behandelt, werden T-Helferzellen reduziert, was aber auch eine Reduktion der Auto-AK bewirkt. Diese Therapie verlängert die Überlebenszeit der Mäuse. Viele Autoimmunerkrankungen werden durch Lymphozyteninfiltration erzeugt. Der Tumornekrose Faktor , ausgeschieden von aktivierten Makrophagen, spielt eine zentrale Rolle in inflammatorischen Prozessen, bei der Produktion von Anti-inflammatorischen Molekülen blockiert, und auch die Produktion der Pro-Inflammatorischen erhöht. Therapie: Anti-TNF 13. Zytokine Was man generell unter Zytoktinen versteht und in welche Subtypen sie eingeteilt werden (Interleukine/ Chemokine) -Lösliche Proteine , für Zell-Zell-Kontakt wichtig -Meist glykosiliert, geringes MG (<30kD) -wirken in der Regel lokal -stimulieren / inhibieren Proliferation, Differenzierung, Aktivierung, Migration von Zellen -binden spezifische Zytokinrezeptoren, meist mit sehr hoher Affinität (Dissoziationskonstante KD 10e-10 bis 10e-12) -wirken pleiotrop, redundant, synergisch, antagonistisch oder induzeren Zytokin-Kaskaden -von Leukozyten sezernierte Zytokine oder auf diese wirkenden, werden als Interleukine bezeichnet. (Manchmal unterteilt in Lymphokine und in Monokine) -Produktion ist streng kontrolliert und kurzlebig Unterschied zwischen auto-, para- und endokriner Wirkweise Autokrin: auf Zelle selbst Para: unmittelbar umgebene Zelle Endokrin: über Blutbahn wird von Hormonen gemacht Zytokine können auto- und parakrin wirken. Die hauptsächliche Funktion von Chemokinen -sind lösliche Faktoren, die die Migration und Adhäsion von Leukozyten beeinflussen (allerdings ist IL-8 ein Chemokin, die Nomenklatur ist nicht immer eindeutig). Welche Klassen von Zytokinrezeptoren (ZKR) es gibt Die Expression von ZKR ist limitiert auf bestimmte Zellgruppen, diejenige hochaffiner ZKR werden oft erst induziert. Typen: Ig-Superfamilie Klasse I ZKR (Hämatopoietin Rez-Familie) Klasse II ZKR (Interferon Rez-Familie)Interferon TNF Rez-Familie Chemokin Rez-Familie (7 Transmembran-Rez. mit G-Protein) IL-2 Subfamilie haben eine gemeinsame g-Untereinheit (ohneschwere Immundefizienz). Verschiedene Strukturen werden von verschiedenen Zytokinen angesprochen. Wie niedrig, mittel und hochaffine IL-2 Rezeptoren aufgebaut sind. -Untereinheit auf Aktivierten CD4 und CD8 T-Zellen, und Akt. B-Zellen Mittlere: ß,g-Untereinheit auf NK, und ruhenden T-Zellen auf Aktivierten CD4 und CD8 T-Zellen, und Akt. B-Zellen Was JAK´s und STATs sind sowie deren generelle Rolle bei der Zytokin Signaltransduktion JAK ist die Janus-Tyrosin-Kinase, durch sie kann die STAT durch Tyrosin phosphoriliert werden. 75804080 Seite 16 von 21 13.05.16 STAT:Signal-transduser and activator of transcription. Geschieht nach Bindung von Zytokinen an Klasse I oder II Rezeptoren. Nach Phosphorilierung über die JAK dimerisiert das STAT-Protein und bewegt sich zum Kern, wo sich das Dimer an eine Sequenz in der Promotor Region verschiedener Gene bindet und deren transkription stimuliert. Verschiedene STATs werden von verschiedenen Zytokinen stimuliert Welche Subtypen von Chemokinen und deren Rezeptoren klassifiziert -Chemokine sind kleine Polypeptide mit 90-130 AS -regulieren Chemotaxis und Adhäsion von Leukozyten -weisen 4 konservierte Cystein-Reste auf und fallen in folgende Subgruppen: CC-Chemokine CXC-Chemokine -Die chemokin Rezeptoren weisen 7 Membrandomänen auf -Die Signaltransduktion verläuft über grosse, heterotrimere G-Proteine (GTP bindende-Proteine) 75804080 Seite 17 von 21 Mariana Gruber 13.05.16 Vorlesung Immunologie, 4. Juni 2003 Angeborene Immunität (innate immunity) Humoral: • Komplementsystem • Antibakterielle Proteine (z.B. Lysozym, Pepsin) • Oxidative Chemikalien (z.B. NO) • Proteasen, Hydrolasen Zellulär: • Makrophagen • Granulozyten • NK-Zellen (Natürliche Killer) Mechanisch/chemisch: • Epitheliale Barrieren • Flimmerepithel/Bronchien • Vermehrte Flüssigkeitssekretion • Niedriger pH-Wert (z.B. im Magen) Was ist das Komplementsystem und welche Rolle spielt es bei der Immunabwehr? Es besteht aus mehr als 30 löslichen Serumproteinen. (Etwa 5% der Blutserumproteine sind Komplementproteine.) Bildung: hauptsächlich von Hepatozyten, aber auch von Monozyten, Gewebemakrophagen und Epithelzellen des gastrointestinalen und genitourinalen Traktes. Die meisten Komplementfaktoren sind Proenzyme, die durch proteolytische Spaltung aktiviert werden. Abgespalten wird ein inhibitorisches Fragment. Sie wirken in einer regulierten Kaskade von Protein-Protein Interaktionen. Die aktivierten Proteine bilden oft Proteinkomplexe, die weitere Targets der Komplementkaskade proteolytisch aktivieren können. Komplementfaktoren sind hitzesensitiv (55°C). Sie verstärken bzw. ergänzen die Antikörperwirkung. Funktionen: Lyse von Zellen, Bakterien und Viren: direkte Lyse von Target-Zellen; jede Komplementkaskade führt zur Bildung eines Membran Angriff Komplexes (membrane attack complex, MAC). Dieser kann Poren (Löcher) in die Zellmembran von Pathogenen einfügen. (Ihr Membranpotential geht verloren und sie werden so vernichtet.) Opsonisierung: Markierung von Antigenen, damit sie schneller beseitigt werden können. Entfernung von Immunkomplexen Beteiligung an inflammatorischen Reaktionen: sie können auf andere Immunzellen chemotaktisch wirken und die Extravasion (Austreten von Gefäss ins umliegende Gewebe) von Leukozyten an Entzündungsherden erleichtern. 75804080 Seite 18 von 21 13.05.16 Die verschiedenen Wege der Komplementaktivierung Klassischer Weg: Aktivierung durch antigenbindende Antikörper (IgM, IgG1, IgG2, IgG3) Alternativer Weg: Zellwandkomponenten gramnegativer Bakterien Pilz- und Hefezellwandkomponenten Einige Parasiten (z.B. Trypanosomen) Lektin-Weg: Lektin bindet Mannose und an der Mannose können Reste bakterieller Glykoproteine oder Kohlenhydratketten gebunden werden. Die wichtigsten Funktionen von Makrophagen und NK-Zellen Makrophagen Monozyten, die ins Gewebe einwandern und dort zu spezifischen Gewebemakrophagen werden. • Phagozytose • Abtötung/Inaktivierung von Pathogenen durch antimikrobielle und cytotoxische Aktivität (z.B. durch Bildung von Radikalen durch Oxidasen = ¨respiratory burst¨ ) • Präsentation von Antigenpeptiden auf MHC II Aktivierte Makrophagen können lösliche Faktoren wie IL1, IL6, etc (Zytokine) sezernieren und damit weitere Immunzellen anlocken oder aktivieren. Die Zytokine wirken somit inflammatorisch. Die Sezernierung von hämatopoietischen Zytokinen erhöht die Myelo-Granulopoiese im Knochenmark. NK-Zellen Natürliche Killerzellen (non-B non-T Lymphozyten, Nullzellen) • Konstitutiv zytotoxische Aktivität (Perforin, Granzyme) • Anti-Tumor Aktivität • Zytotoxisch gegen virusinfizierte Zellen • Vermitteln Antikörper abhängige zelluläre Zytotoxizität (ADCC) NK-Zellen tragen Rezeptoren, die virusinfizierte Zellen und Tumorzellen erkennen können. Sie können zytotoxisch wirken, wenn Zytokin-Signale von infizierten und veränderten Zellen vorliegen. Inhibitorische Rezeptoren verhindern, dass NK-Zellen bei normalen MHC I präsentierenden Zellen aktiviert werden. Die Bedeutung des Begriffs ADCC Antibody dependent cellular cytotoxicity; Antikörper abhängige zelluläre Zytotoxizität NK-Zellen reagieren zytotoxisch gegen Zellen, an die schon IgG-Antikörper gebunden haben. IgG bindet darauf hin an den aktivierenden FCRIII (CD 16) 75804080 Seite 19 von 21 13.05.16 Rezeptor auf den NK-Zellen. Die Bindung von IgG-Antikörpern an FCRIII (CD 16) löst in den NK-Zellen die zytotoxische Aktivität aus. Dieser Mechanismus wird ADCC genannt. (Aktivierung der NK-Zellen durch Antikörper.) Wie wird die zytotoxische Aktivität von NK-Zellen reguliert? Balance zwischen aktivierenden Signalen und inhibitorischen Signalen auf den Rezeptor!! NK-Zellen tragen aktivierende Rezeptoren, die an spezifische Liganden binden. Diese Liganden stehen oft mit virusinfizierten Zellen oder Tumorzellen in Verbindung. Zusammen mit den entsprechenden Zytokinsignalen kann eine Aktivierung der zytotoxischen Aktivität der NK-Zellen ausgelöst werden. (Siehe auch: die wichtigsten Funktionen von NK-Zellen) NK-Zellen tragen aber auch inhibitorische Rezeptoren, die vor allem Proteine der MHC I Klasse binden. Ein Signal über KIRs (Killer inhibitorische Rezeptoren) verhindert die Aktivierung von NK-Zellen über aktivierende Rezeptoren. Die verschiedenen Typen der Granulozyten (polymorphkernige Leukozyten) und ihre Funktion Neutrophile Granulozyten 50-70% der Leukozyten • Phagozytose (sehr mobil; oft die ersten Zellen, die am Infektionsherd sind) • Expression antimikrobieller Substanzen wie Peroxidasen, Lysozym, NO, Phospholipasen etc. • Infektionen führen zu schneller Erhöhung der zirkulierenden Neutrophilen (Leukozytose) Eosinophile Granulozyten 1-3% der Leukozyten • Phagozytose • Attackieren opsonisierende Parasiten • Respiratory burst • Exernalisierung lytischer Vesikel Basophile Granulozyten <1% der Leukozyten • keine Phagozytose • Sezernieren antimikrobielle und pharmakologisch wirksame Substanzen Was ist die Mastzell-Degranulation und wie geht sie vor sich? Mastzell-Degranulation: Die Mastzellen enthalten in ihrem Zytoplasma GranulaVesikel, die bei der Antigen-Antikörper-Reaktion ausgestossen werden und Histamin, Serotonin und andere Mediatoren freisetzen. 75804080 Seite 20 von 21 13.05.16 Die Vesikel degranulieren, wenn kreuzvernetzte IgE-Antikörper an spezielle Rezeptoren (FcRI) auf der Mastzellen-Zellmembran binden. Die Degranulation führt zu lokalen Entzündungen, da die Histaminfreisetzung zu Permeabilisierungserhöhung der Gefässe führt. Das heisst, dass es zur Akkumulation von Gewebsflüssigkeit und Serumkomponenten kommt. Mastzellen kommen in hoher Konzentration in vaskularisierten, subepithelialen Schichten der Dermis, des Gastrointestinal- und des Respirationstraktes vor. Auswirkungen der Degranulation: Im GIT: erhöhte Flüssigkeitssekretion, erhöhte Peristaltik Im Respirationstrakt: erhöhte Schleimsekretion, Verengung der Atemwege Im vaskulären System: erhöhter Blutfluss, erhöhte Vasopermeabilität Die wichtigsten Reaktionen während der frühen Phase von inflammatorischen Prozessen Dilatation der Blutgefässe, Erhöhung der Blutzufuhr. Verminderung der Geschwindigkeit des Blutflusses, dadurch wird die Interaktion von Leukozyten mit den Endothelzellen erleichtert. Erhöhte Vasopermeabilität, dadurch lokale Akkumulation von Serumkomponenten (z.B. Ig, Komplement). Aktivierung von Zelladhäsionsproteinen auf Endothelzellen, dadurch wird Anheftung von Leukozyten möglich. Adhäsion und Diapedese von Neutrophilen und Monozyten durch die Endothelzellen der Gefässe. Die wichtigsten Reaktionen während der späten Phase von inflammatorischen Prozessen Phagozytose bakterieller Erreger durch Makrophagen und Neutrophile. Aggregation von Thrombozyten und Koagulation des Blutes in den Kapillaren des Entzündungherds. Drainage von Gewebsflüssigkeit und Phagozyten in den regionalen Lymphknoten. Aktivierung der adaptiven (erworbenen) Immunantwort. (Bei chronischer Entzündung: Rekrutierung von T- und Plasmazellen.) 75804080 Seite 21 von 21 13.05.16
