Hoofdstuk 1 Immunology Properties and Overview of Immune
advertisement
Hoofdstuk 1 Immunology Properties and Overview of Immune Responses E. Sietsema De cellen en molecule die zorgen voor immuniteit horen bij het Immuunsysteem. Te samen zorgen ze voor een immuun respons tegen niet eigen substanties. De fysiologische functie van het immuunsysteem is het verdedigen tegen infectieuze microben. Zelfs non-infectieuze substanties kunnen zorgen voor een immuunrespons. (macromoleculen, allergie(autoimmuun)) Vaccinatie, door Edward Jenner geïntroduceerd, heeft al vele ziektes uitgeroeid. Nog steeds een van de meest effectieve vorm van immuun genezing. Innate and Adaptive immunity Aangeboren immuunsysteem (innate immunesystem) Het aangeboren immuunsysteem zorgt voor de eerste defensie linie. Het bestaat uit cellulaire en biochemische verdedigingsmechanismen die al in het lichaam aanwezig zijn voordat er infectie plaatsvindt zorgen voor de eerste snelle immuunrespons. Componenten: Fysieke en chemische barrières, (epitheel en anti-microbiele chemicaliën) Fagocytische cellen (neutrofielen, macrofagen) dendritische cellen en Natural Killer Cells (NKC’s) Bloed eiwitten, complementfactoren, proinflammatoire mediatoren. Cytokines, reguleren en coördineren vele aangeboren immuunsysteem cellen. Verworven immuunsysteem Naast het aangeboren immuunsysteem hebben we ook nog het verworven immuunsysteem. De karakteristieken van dit type immuunsysteem is dat het de gave heeft om grote moleculen tot kleine eiwitten te onderscheiden. Het heeft veel specificiteit waardoor het bijna alle infectieziekten tegen kan gaan. Ook heeft het verworven immuunsysteem een geheugen functie, waardoor het meteen een sterkere immuunreactie kan laten opkomen wanneer de infectie nog eens optreedt. Componenten van het verworven immuunsysteem: Lymfocieten die antilichamen uitscheiden. Antigenen zorgen voor het verworven immuunrespons. Lymfeknopen, met hun eigen lymfevaatstelsel. De aangeboren immuunrespons tegen microben van buitenaf stimuleert de verworven immuunrespons en heeft invloed op de manier van respons. Daarentegen versterkt het verworven immuunsysteem de protectieve mechanismen van het aangeboren immuunsysteem. Types of adaptive immune responses Er zijn twee typen van het verworven immuunsysteem: - Humorale immuniteit - Cellulaire immuniteit Humorale immuniteit Gereguleerd door moleculen in het bloed en mucosale secreties (antilichamen) die door Blymfocyten uitgescheiden zijn. Alles wat oplosbaar is complementsysteem, antilichamen, antimicrobiële peptiden. Antilichamen herkennen microbiële antigenen en neutraliseren de infectie. Ook zet het aan tot grotere immuunrespons, zoals fagocytose van het antigen/pathogeen. (opsonisatie) Cellulaire immuunsysteem Gereguleerd door T-lymfocyten. Tegen virussen en sommige bacteriën die host-cells moeten hebben om te prolifereren. Promoot de afbraak van microben in fagocyten, en de apoptose van gastheercellen. Actieve immuniteit De vorm van immuniteit dat geïnduceerd is wanneer het lichaam zelf in contact is gekomen met een pathogene microbe heet actieve immuniteit. - Geheugen - Specificiteit Passieve immuniteit De vorm van immuniteit wanneer een serum met antilichamen (niet eigen) in het lichaam van de patiënt is gespoten en hiermee de infectie tegen is gegaan heet passieve immuniteit. - Geen geheugen - Specificiteit Antilichamen: serum eiwitten die binden aan toxines om zo de infectie te neutraliseren. (B-cel humorale respons ) Antigenen: stofje dat zorgt voor meer antilichamen productie en bindt aan deze speciale antilichamen. Bindt aan specifieke lymfocyt receptoren. Immunogenen: Substanties die zorgen voor een immuunrespons. Vaccinatie: Substanties van een dode microbe inspuiten zodat naïeve lymfocyten ( die nog nooit een pathogeen herkend hebben) zien dat dit een pathogeen is en dan wordt er een geheugen gemaakt, zodat er een immuunreactie snel opgang is wanneer je ziek wordt van de infectie. Cardinal features of adaptive immune responses Specificiteit Specificiteit zorgt ervoor dat de immuunrespons tegen een microbe of non-microbe antigen alleen tegen dat antigen reageert. De delen van het antigen waarop gereageerd wordt heten de epitopen. Diversiteit De totale hoeveelheid antigen specifieke lymfocyten heet het lymfocyt repertoire. Dit is een heel groot repertoire. Dit komt doordat er variabiliteit in receptor bindingsplaatsen is door gen herschikking. De eigenschap dat de lymfocyt receptoren een groot aantal van antigenen tegen kan gaan heet diversiteit. Memory Versneld en versterkt de immuunrespons wanneer de infectie door hetzelfde antigen wordt veroorzaakt. Dit heet ook wel een secundaire immuunrespons en het serum antilichamen is bij deze respons aanzienlijk verhoogd. Geheugen bij infectie wordt gevormd door langlevende geheugencellen na een infectie. Klonale expansie Vergrote cel-proliferatie van antigen specifieke lymfocyten. Dit proces zorgt ervoor dat het verworven immuunsysteem snel mee kan gaan met de versneld groeiende antigen microben. Specialisatie Genereert immuun-responses die optimaal zijn voor de verdediging tegen verschillende types microbes. (virussen, bacteriën, parasieten, wormen enz.) Contractie en homeostase Zorgt ervoor dat het immuunsysteem kan herstellen na een immunologische respons. Terug naar de rustconcentratie lymfocyten in het serum. Deze status heet homeostase. De geheugencellen blijven wel in het serum, de andere lymfocyten gaan in apoptose. Non-reactiviteit op lichaamseigen weefsel. Voorkomt schade aan de gastheer tijdens immunologische responsen tegen vreemd antigen. Non reactief tegen zichzelf heet ook wel Tolerantie. Tolerantie wordt behouden doordat lymfocyten met receptoren voor eigen weefsel in apoptose gaan. Abnormaliteit in de inductie of het onderhouden van tolerantie kan resulteren in auto-immuun ziekten. Cellular components of the adaptive immune system De cellen die er toe doen bij het verworven immuunsysteem zijn de lymfocyten ( B en T-lymfocyten ), de antigen presenterende cellen ( APC’s ) en de effector cellen. B-lymfocyten zijn de enige cellen die antilichamen kunnen produceren. Ze hebben hun naam te danken aan de ‘bursa of fabricius’. Ze herkennen extracellulair (ook op het cel oppervlak) antigenen en differentiëren in plasmacellen die antilichamen uitscheidt. B-lymfocyten horen bij de humorale respons. B-cellen activeren ook .het complementsysteem T-lymfocyten horen bij de cellulaire respons. Ze herkennen antigenen van intracellulaire microben helpen fagocyten deze te doden of doden ze zelf direct. T-cellen produceren geen antilichamen. Tlymfocyten hebben grote specificiteit voor antigenen. Ze herkennen antigen peptides die gebonden zijn aan major histocompatibiliteit complexen (MHC). Deze antigenen aan dit MHC moeten worden gepresenteerd door APC’s om een respons te krijgen via T-lymfocyten. T-lymfocyten hebben verschillende vormen: - Helper T-cells: CD4+ op het membraan. Helper T-cellen scheiden pro-inflammatoire cytokines uit wanneer er een APC met pathogeen antigen langskomt. Deze cytokinen activeren de proliferatie van B-cellen, T-cellen en activeren macrofagen om te fagocyteren. - Cytotoxische T-cellen: CD8+ op het membraan. CTL’s doden cellen die vreemde antigenen produceren, zoals cellen met een viraal genoom in apoptose brengen. - T-reg cellen: regulatoire T-cellen die immuun responsen kan inhiberen. Als laatste hebben we nog de Natural Killer Cells (NKC’s). Ook een soort lymfocyt. NKC’s zijn betrokken in het aangeboren immuunsysteem voornamelijk tegen virussen en andere intracellulaire microben. Om het verworven immuunsysteem aan te zetten moeten antigenen aangeboden worden aan specifieke lymfocyten. Deze cellen noemen wij Antigeen Presenterende Cellen (APC’s). De meest gespecialiseerde APC is de dendritische cel. De dendriet vangt microbiale antigenen en transporteert dit naar lymfoïde organen en presenteert ze aan naïeve T-lymfocyten. Hierdoor ontstaat er een immuun respons. Antigen afbraak worden gedaan door effector cellen. Zij mediëren het eind effect van de immuun respons en haalt de microben uit het lichaam. Lymfocyten circuleren door het bloed en de lymfoide organen ( primaire en secundaire organen) om APC’s tegen te komen of microben om zo een respons te krijgen. The Early innate immune response to microbes De huid, slijmvlies in de darmen en longen zijn fysieke barrières. Als microben succesvol door deze epitheliale barrières heen gaan, komen ze de cellen van het aangeboren immuunsysteem tegen. De cellulaire respons van het aangeboren systeem bestaat uit twee typen reacties: Inflammatie respons: Het proces waarbij leukocyten en plasma eiwitten van het bloed worden gerekruteerd en geactiveerd om de microben uit te schakelen. Cytokines die door dendritische cellen uitgescheiden worden spelen een belangrijke rol hier en ook fagocyten. Fagocyten:-Neutrofiele granulocyten Korte levensduur in weefsel doodt de eerste lading microben Hoge bactericide activiteit. Essentieel eerste reactie. (ook in het bloed) -Monocyten Weefselmacrofagen. Lage bactericide activiteit langer levend. Minder schadelijk voor omliggend weefsel. Anti-virale respons Bestaat uit een cytokine gemedieerde reactie waarbij cellen resistentie krijgen voor een virale infectie. Het doden van virus geïnfecteerde cellen wordt gedaan door NKC’s. Als microben zelfs door deze eerste defensie linies door gaan, komen ze in het bloed. In het bloed nemen circulerende eiwitten de microben op. De belangrijkste aangeboren immuun eiwitten in het bloed zijn wel de eiwitten van het complement systeem. En dan met name die van de alternatieve pathway. Ze coaten de microbe met proteolysische cleavage producten die de microbe afbreken. The Adaptive immune response. Het verworven immuun system gebruikt 3 strategie vormen om microben uit te schakelen. - Het uitscheiden van antilichamen door B-lymfocyten die binden aan extracellulaire microben, waarbij hun eigenschap om cellen te infecteren geblokkeerd is. Herkend door fagocyten. - Fagocyten eten microben en doden ze, T-helpercellen versterken de reactie van microben met fagocyten. - CTL’s doden cellen die geïnfecteerd zijn door microben zonder antilichamen maar door middel van apoptose. De verworven immuun respons verloopt stapsgewijs: Stap 1: APC’s brengen het antigen naar lymfocyten in lymfeknopen of de milt. Stap 2: aanvoer van naïeve Tlymfocyten. Stap 3: cellulaire en humorale respons. (Er moet een hoge organisatie zijn, anders kunnen de lymfocyten niet effectief functioneren.) Stap 4: De effector moleculen moeten afgevoerd kunnen worden door apoptose en er worden geheugen cellen gemaakt. Klonale selectie hypothese: er zijn al veel lymfocyten random in het lichaam aanwezig die al specifiek zijn voor een bepaald antigen, maar alleen als er een antigen bindt aan de receptor van de lymfocyt en stimuleert de proliferatie en differentiatie van deze specifieke lymfocyt. T-cellen worden alleen geactiveerd door APC’s en hun MHC complexen met antigen. Ook werkt de Tcel pas als het bepaalde factoren op het membraan van de APC herkend. Dit zijn de co-stimulators. T-lymfocyt helper cel : geactiveerde CD4+ T-lymfocyten prolifereren en differentiëren in effector cellen met de functie om cytokines uit te scheiden. Een van de eerste reactie is het uitscheiden van IL-2. IL-2 is een groeifactor die zorgt voor de proliferatie van antigen-geactiveerde lymfocyten (Klonale expansie) T-helper cellen scheiden ook cytokinen uit die leukocyten proliferatie bevorderen en bevorderen de productie van microbicidale substanties in fagocyten. Ze helpen dus fagocyten om een infectie pathogen te doden. Andere T-helper cellen stimuleren de productie van IgE en activeren leukocyten genaamd de Eosinofielen Vooral tegen het doden van parasieten die te groot zijn voor fagocytose. Verder stimuleert de T-helper cel ook de B-cel respons. Cytotoxische T-cel: Geactiveerde CD8+ lymfocyten prolifereren en differentiëren in CTL’s die cellen in apoptose brengt wanneer het microbes in het cytoplasma schuilhouden (virussen of bacteriën). B-lymfocyten: De respons van B-lymfocyten hebben een activerend signaal nodig (bijv. van T-helper cellen). Antilichamen zijn de producten van B-lymfocyten en deze neutraliseren de infectie van microben. Ook promoten ze de eliminatie van microben door fagocyten en activatie van het complement systeem. IgA: gesecreteerd in de mucosa en neutraliseert in lumens van de darmen en in de longen. IgM en IgG: activeren het complementsysteem, de klassieke manier. Moeder IgG: beschermd het kind tot het immuun systeem gerijpt is. Hoofdstuk 2 Cells and Tissues of the Immune system E. Sietsema De cellen van het immuunsysteem (adaptief en aangeboren) kunnen normaal gesproken aangetroffen worden in het bloed, lymfeklieren en epitheliaal weefsel. De anatomische organisatie van deze cellen en hun eigenschap om te circuleren door het bloed en door barrières te breken zijn van kritiek belang. Het immuunsysteem heeft bepaalde moeilijkheden waar het mee te maken heeft: - Het systeem moet snel kunnen reageren op kleine hoeveelheden van diverse -microben vanaf elk primaire barrière van het lichaam om infecties te voorkomen. (huid, gastro intern system) - In het verworven immuunsysteem zijn er weinig naïeve lymfeklieren die meteen actief zijn dus zal het aangeboren systeem de snelle reactie verzorgen. - Effector mechanismen (antilichamen, effector T-cellen) van het verworven immuunsysteem moeten de microben lokaliseren en opruimen. - Het aangeboren en Verworven immuunsysteem zijn 1 systeem. Ze werken samen en dit is het Immuunsysteem. Het aangeboren immuunsysteem maakt micro-organismen onschadelijk. Lukt dit niet dan scheidt het pro-inflammatoire cytokinen uit om ontsteking en het verworven immuunsysteem op te wekken. IL-1 aciveren onstekings reacties TNFα Nodig om ontsteking te activeren IL-6 hulp voor ontstekingsprocessen activatie + sturing verworven immuunsysteem. De grootste cellen en weefsels van het immuunsysteem met hun belangrijke rol zijn: - Macrofagen : fagocyten die snel op microben kunnen reageren. Fagocytose is de belangrijke effector mechanisme van de aangeboren afweer. - Neutrofielen granulocyten: eerste respons binnen een half uur en altijd in het bloed aanwezig. Fagocyteerd de microbe gelijk. - Perifere Lymfoïd organen: ontmoetings plekken voor APC’s en lymfocyten, voor het aansturen van de verworven immuunrespons. - APC’s : antigeen presenterende cellen, cellen die microben vangen en presenteren aan lymfeklieren, lymfeorganen. - DC’s : Dendritische cellen, ook APC’s die d.m.v. co-stimulatie naïeve T-cellen kan activeren. DC’s hebben lange uitlopers. - Naïeve T-lymfocyten circuleren door perifere lymfeorganen (milt) en lymfeklieren om DC’s en APC’s tegen te komen. Zij zijn nog nooit in contact gekomen met antigenen. - Effector en geheugen lymfocyten circuleren door het bloed zodat immuunreactie systemisch is en er dus overal in het lichaam een protectief immuunrespons kan komen. Cells of the Immunesystem Fagocyten Fagocyten, betreffend macrofagen en neutrofielen, zijn cellen met als primaire functie om microbes te identificeren, op te nemen en te vernietigen. Hierbij worden deze cellen eerst gerekruteerd naar de plaats van infectie en wordt hier de immuunrespons aangezet. Neutrofielen Neutrofielen zijn de witte bloedcellen die in grootste aantallen in het bloed circuleren en de eerste fases van het ontstekingsproces reguleren. Neutrofielen onderscheiden zich met andere granulocyten (basofiele en eosinofiele) doordat ze niet goed kleuren bij bepaalde kleuringen. Neutrofielen worden geproduceerd in het Beenmerg en hebben meerdere lobben als kern. In het cytoplasma zitten lyserende enzymen. Na hun functie gaan ze in apoptose. Mononucleaire Phagocytes Monocyten circuleren als precursor in het beenmerg en in de bloedbaan waar ze uitrijpen en worden vervolgens geactiveerd in verscheidene weefsels. Monocyten hebben de fagocytose als centrale rol in het verworven en aangeboren systeem. Monoblasten worden na activatie in verscheidene weefsels macrofagen maar dan met een andere naam in bepaalde cellen: - Kupffer cellen Lever - Osteoclasten botten - Microglia CNS - Alveolar Macrofaag Longen Dendritische precursor cellen groeien uit tot plasmacytoide DC’s en pre-conventionale DC’s. Macrofagen hebben verschillende functies omtrent aangeboren en verworven Immuunsysteem: - Innemen en vernietigen van microben - Vernietigen van gastheercellen (dode neutrofielen, apoptotische cellen) - Uitscheiden van cytokines die aan receptoren van andere cellen binden, waardoor er een betere defensiestrategie ontstaat en de infectie/ontsteking niet uitbreidt. - Macrofagen zijn APC’s en activeren T-Lymfocyten - Macrofagen promoten het herstel van weefsel door angiogenese en fibrose door cytokines uitscheiding. Endocytose receptoren Opsonine receptoren herkennen een antilichaam waardoor ze met zijn allen gaan opsoniseren. Hierdoor is het makkelijker voor een macrofaag om het microbe deeltje/ antigen te herkennen en op te nemen d.m.v. Fc receptor en een complement receptor. Deze receptor hoort bij de activatie van het verworven immuunsysteem. Patroon herkenning receptoren (PRR) herkennen bepaalde peptides/patronen om een microbe door een mannose receptor en een scavenger receptor en zo kan de microbe opgenomen worden in de macrofaag. Mestcellen, Basofielen en Eusinofielen Deze drie cellen spelen een rol in het aangeboren en verworven immuunsysteem. Ze hebben gemeen dat ze cytoplasmatische granulocyten zijn die ontstekings- en antimicrobiale functies mediëren. Mestcellen Mestcellen zijn uit Beenmerg geproduceerd die aanwezig zijn in huid en mucosaal epitheel. Mestcellen zorgen voor een ontstekingsreactie in de bloedvaatwand. Mestcellen hebben een coating van IgE en IgG receptoren. Functie is het vrijmaken van Histamine en vasoactieve stoffen. IgE worm opruiming Eusinofielen Bloed granulocyten die enzymen hebben welke wanden van bijvoorbeeld wormen of parasieten kunnen penetreren/doorbreken. IL-3 en IL-5 promoten eosinofiel maturatie uit precursors. Komen voor in perifere weefsels, vooral rond mucosonaal weefsel in de darmen, longen en genitaliën. Basofielen Basofielen zijn net als de andere granulocyten. Zij groeien op in het beenmerg en circuleren hierna in het bloed. Net als mestcellen heeft het een coating van IgG en IgE receptoren. Basofielen zijn in mindere maten dan andere granulocyten. NKC’s De ‘Natural Killer’ cells lijken op T-Lymfocyten maar hebben geen Fc-receptor. Hun taak is om viraal besmette cellen in apoptose te jagen en ook tumorcellen op te ruimen. Macrofagen scheiden het cytokine IL-12 uit om NKC’s te laten komen waarnaar door IFN-ϒ de macrofaag wordt vernietigd. Professionele APC’s (Dendritische Cellen) APC’s zorgen voor antigeenpresentatie en cytokinen uitscheiding om T-Lymfocyten te activeren voor een immuunrespons. Macrofagen en B-cellen presenteren antigenen aan de T-lymfocyten in verschillende immuunrespons types. APC’s linken het aangeboren immuunsysteem met het verworven immuunsysteem. Dendritische cellen DC’s zijn de meest belangrijkste APC component om naïeve T-Lymfocyten te activeren en ze spelen een grote rol in de aangeboren immuunrespons op infecties en in het linken van de aangeboren immuunrespons met de verworven immuunrespons. DC’s hebben lange membraanuitlopers met veel expressie van MHC-II receptoren. DC’s bevinden zich op meerdere plekken in het lichaam: - Lymfe weefsels - Mucosaal epitheel, (huid, Cellen van Langerhans) - Orgaan parenchym DC’s hebben net als macrofagen receptoren die foreign patterns op microben herkent en hierdoor cytokinen uitscheidt. Ze migreren naar lymfeknopen om hun stukje antigen te presenteren aan lymfocyten. Conventionele DC’s migreren na het herkennen van antigeen microbe patronen richting lymfeknopen om zo T-Lymfocyten te activeren speciaal voor dat antigen. Dit linkt het aangeboren immuunsysteem met de verworven immuunrespons. Plasmacytoid DC’s zijn vroege immuunrespons cellen die reageren op virale infecties waarbij ze nucleotide zuren van virussen herkennen en type I Interferonen uitscheidden om antivirale responsen te activeren. Toll like receptoren TLR’s zorgen voor alertheid en cytokine productie en horen bij het aangeboren Immuunsysteem. TLR’s zitten aan macrofagen en DC’s en zijn PRR’s (Pattern Recognition Receptors) dat wil zeggen dat ze de eiwittenmantel van pathogenen herkennen extracellulair. Ook wel de PAMP genoemd. ( Pathogene Associated Molecular Patterns) Als bacterien door de fysieke barrière breken zullen de TLR’s degene zijn die dit als eerst opmerken en cytokines gaan uitscheiden waarnaar er een immuunrespons als gevolg komt. Verworven Immuunsysteem Het verworven immuunsysteem is uiterst specifiek maar het verloop ervan is langzaam. Als het verworven immuunsysteem eenmaal op gang gezet is maakt het memory cellen aan zodat de immuunrespons de volgende keer sneller gaat. B en T-Lymfocyten horen bij het verworven immuunsysteem. Lymfocyten Lymfocyten zijn unieke cellen met elk hun eigen expressie van receptoren tegen specifieke antigenen. Alleen bij lymfocyten is sprake van een grote specificiteit, diversiteit en grote clonale distributie. Cellulaire Respons: Tijdens deze respons staat specificiteit op de voorgrond. T-lymfocyten horen tot de cellulaire IR waarbij duidelijk mag zijn dat de T-lymfocyt zijn naam gekregen heeft doordat hun precursors in de Thymus uitgroeien tot volwassen lymfocyten. T-helper cellen maken het CD4+ (Cluster of Differentiation) eiwit aan en helpen door cytokines uit te scheiden naar om bijv. macrofagen te activeren. Verder maakt CTL (cytotoxische Lymfocyten), die de echte killercellen zijn en geïnfecteerde cellen in apoptose jagen, het oppervlakte eiwit CD8+ aan. Humorale respons: De B-lymfocyten danken hun naam doordat ze ontdekt zijn bij vogels in de ‘Bursa van Fabricius’. Ze ontwikkelen zich in het beenmerg en werken voor de Humorale Immuun Respons. Verder gaan ze prolifereren wanneer een antigeen aan het membraan Immunoglobuline bindt. Ook gaan ze prolifereren wanneer een T-helper lymfocyt door costimulatie en cytokinen de B-lymfocyt verteld om te prolifereren tot plasma cellen waarna antilichamen uitgroeien voor opsonisatie. Stamcellen maken pro B-cellen die groeien op stromale cellen. Ze maken veel cytokinen bij.v IL-7, die als groeifactor dient voor het uitgroeien van B-lymfocyten. Eenmaal uitgerijpt gaan ze de circulatie in. T-cellen beginnen als proThymocyten in het beenmerg waarna ze naar de Thymus verhuizen. In de Thymus krijgt de T-cel zijn receptor. Er is hier wel een grote selectie van toepassing. Ze komen in de cortex, waar ze delen en uitrijpen. Eenmaal uitgerijpt verlaten ze de Thymus vanuit de Medulla. Lymphoid tissue Er zijn verschillende Lymfoïde organen die deel uitmaken van het lymfestelsel. Primaire(centrale lymfe stelsel): De primaire lymfe organen zijn de Thymus en het Beenmerg. Hier vindt continue productie van lymfocyten plaats uit precursor cellen. Secundaire(perifere lymfe stelsel): De secundaire lymfe organen zijn de milt, lymfeknopen en tonsillen. Hier verzamelen de antigenen zich en dit is een ontmoetingsplaats van T en B Lymfocyten wat een immuunrespons vergemakkelijkt. De lymfocyten circuleren door de perifere Lymfeklieren. De perifere lymfeklieren hebben 3 routes van antigeentransport: - Slijmvlies-geassocieerde lymfoïde organen (MALT) (bv platen van Peyer of tonsillen) waarbij antigenen van buiten het lichaam worden getransporteerd. - Lymfeklieren waarbij het lymfe wordt gefiltreerd door de lymfevaten. - Milt waarin het bloed wordt gezuiverd van geopsoniseerde antigenen. Het Beenmerg In het beenmerg worden alle bloed cellen gemaakt: Hematopoiesis. Rode bloedcellen, granulocyten, monocyten, dendritische cellen, platelets, B en T lymfocyten en NK cellen komen allemaal uit een gewone hematopoetische stam cel (HSC) in het beenmerg. HSC’s zijn pluripotent betekent dat 1 HSC in meerdere verschillende bloedcel types kan uitrijpen. c-KIT+ en CD34+ zijn markers voor HSC’s. Voor T-cel uitrijping gaan de pro-T-lymphoid progenitors migreren naar de Thymus. In het beenmerg kunnen gedifferentieerde plasma cellen lang leven en dus heel lang antilichamen produceren en uitscheiden. Thymus De lymfocyten in de Thymus ook wel Thymocyten genoemd zijn T-lymfocyten in verschillende stadia van maturatie. T-cell maturatie begint in de beenmerg. Hierna migratie naar de Thymus cortex waar ze al uitrijpen naar de medulla. Alleen uitgerijpte T-cellen verlaten de Thymus door naar de circulatie te gaan. Lymph Nodes Lymfe klieren draineren en filtreren het Lymfe: antigenen met APC’s en vrije antigenen met lymfe vloeistof. Lymfeklieren zijn secundaire lymfoïde organen. Lymfeklieren hebben een paar eigenschappen: - Bindweefselkapsel voor de stevigheid - Bindweefselschotten trabecula - Aan de subcapsulaire sinus zit de afferente lymfevaten die het lymfe naar de klier brengen. - Van hieruit draineert het lymfe door de lymfeklier waarbij het via de randsinus verspreid over de lymfeklier en door lagen met lymfocyten sijbelt in de cortex. - - - - In de buitenste zijde van de cortex liggen primaire follikels (zonder kiemcel). Dit is de Bzone waar de B-lymfocyten zitten. Deze zorgen ervoor dat los antigeen meteen gepakt wordt en niet aan de zijde van de vaten blijven plakken. De follikels met een kiemcentrum (secundaire follikels) zijn de opslag ruimtes voor memory B-cellen. Onder de follikels loopt de paracortex wat T-cel gebied is. Lymfocyten enteren de lymfeklier via High endothelial venules (HEV). Eenmaal door naar de medulla zitten verzamelplaatsen (medullary cords) voor plasmacellen. Via de efferente lymfevaat wordt het lymfe met lymfocyten de circulatie weer in terug gebracht. Chemokines zorgen ervoor waar dendritische cellen, T-lymfocyten en B-lymfocyten heen gaan. T-cellen : receptor CCR7 Ligand chemokine CCL19/CCL21 Deze chemokines sturen T-lymfocyten om uit het bloed via de HEV’s de lymfeklier in te komen. Dendritische cellen hebben CCR7 ook tot expressie dus gaan ook naar dat gebied. B-cellen: receptor CXCR5 Ligand CXCL13 geproduceerd in de follikels Dus de B-lymfocyten migreren de follikels in. Lymfocyten worden aangevoerd door de bloedvaten maar afgevoerd via de efferente lymfevaten! Spleen De milt filtreert het bloed en komen in grote bloedvaten binnen. Het wordt verdeeld over twee gebieden: Rode Pulpa Witte pulpa De rode pulpa bestaat uit veneuze sinussen en de strengen van Billroth. Waar veel macrofagen en plasma cellen zitten. De Witte pulpa zorgt voor de verworven respons. Het zit gevestigd rond grote arteriolen met uittakkingen die richting de Marginale zone gaat waar de B-cellen zitten uniek voor de Milt liggen op de grens met het rode pulpa. Rond om de grote arterie is de PALS (periarteriole lymfocyten schede) waar de Tcellen zich bevinden. Hier zijn ook weer secundaire en primaire follikels.De opbouw van de milt is dus ongeveer gelijk met de lymfeklieren. Chapter 3 : Leukocyte migration into tissues E. Sietsema Het immuunsysteem heeft een unieke eigenschap: de constant en snelle bewegingsregulatie. Dit heeft 3 functies: - Leukocyten (vooral neutrofielen en monocyten) van de beenmerg transporteren naar infectieus weefsel. Waar de cellen hun functie uitoefenen. (pathogenen verwijderen, dood weefsel weghalen en weefsel herstellen) - Lymfocyten transporteren van hun uitrijpingsplek (Thymus of beenmerg) naar secundaire lymfoïde organen waar ze antigenen tegenkomen verworven respons. - Effector lymfocyten transporteren vanuit secundaire lymfoïde organen naar de plek van infectie. Dit heet ook wel leukocyte migratie Leukocyten die nog nooit op antigeen gereageerd hebben zitten/blijven gewoon in de circulatie en secundaire lymfoïde organen. Pas na activatie zullen ze snel migreren naar de infectie plek. Endotheel cellen zijn ook belangrijk bij de migratie van leukocyten aangezien zij cytokines krijgen die vertellen welke adhesie moleculen zij moeten laten zien om leukocyten door de barrière te krijgen (diapedese). De migratie van leukocyten naar een infectie heet een ontsteking. Adhesion molecules on leukocytes and endothelial cells involved in leukocyte recruitment. De migratie van leukocyten van het bloed naar weefsel, heeft adhesie nodig tussen circulerende leukocyten en het vasculair endotheel. Deze adhesie is gemedieërd door twee types moleculen: Integrines en selectines. Selectines zijn plasma membraan adhesie moleculen die lage affiniteit adhesie mediëren bij circulerende leukocyten aan endotheel cellen. - L-selectine komt tot expressie op leukocyten in de lymfeklier. De ligand PNAd komen tot expressie op de hoog endotheel venules (HEV’s). De expressie van de PNAd wordt gestimuleerd door cytokines. L-selectine zorgt ervoor dat de leukocyt remt en gaat rollen over het endotheel. Integrines mediëren de adhesie van cellen aan andere cellen of het extracellulaire matrix door specifieke bindingen met verschillende liganden. - LFA-1 (leukocyte function associated antigen 1) heeft als ligand ICAM-1 (intercellular adhesion molecule 1) en komt tot expressie op leukocyten. ICAM-1 komt tot expressie op het endotheel van bijv. HEV’s. Door het chemokine CCL21 komt LFA-1 hoog tot actieve expressie op de leukocyt. Integrines kunnen heel snel hun affiniteit veranderen in contact met chemokines. Chemokines zijn een grote familie van homologe cytokines die leukocyten beweging stimuleren met behulp van chemotaxis en reguleren de migratie van leukocyten uit het bloed in weefsel. IL-1 en TNF stimuleren de locale chemokine productie en tijdens de innate respons voor adhesie moleculen op het oppervlak van het endotheel. Belangrijkste chemokines: CCL19/CCL21 CCR7 : T-cel zone migratie chemotaxis. CXCL13 CXCR5 : B-cel zone migratie chemotaxis. Migration and recirculation of T-lymphocytes Wanneer een naïeve T-lymfocyt uit de thymus komt en het bloed in gaat zal het verplaatsen richting de lymfeklieren, milt of mucosaal lymfe weefsel. Hier zal de T-lymfocyt zich verplaatsen richting de Tcel zones. Als de T-cel geen antigeen vindt verplaatst het zich weer richting andere secundaire lymfeklieren en blijft het naïef. Dit hele verkeer van naïeve T-lymfocyten heet : Lymfocyt recirculatie. Als een T-lymfocyt geactiveerd wordt door antigen zal het prolifereren en in zijn T-cell zone blijven tot er genoeg zijn en de infectie opspeuren. Homing is wanneer een T-cel populatie specifiek alleen naar een bepaald weefsel gaat. Recirculation of naieve T-lymphocytes between blood and secondary lymphoid organs - Rollen van de leukocyt: door L-selectine en PNAd. (primaire adhesie: vaart eruit halen en rollen over endotheel.) - Activatie van integrine: LFA-1 op lymfocyt wordt geactiveerd door ICAM-1 en zorgt voor een stabiele arrest van de leukocyt op het endotheel. CCL-21/19 verhoogd de affiniteit van de LFA-1 receptor. - Diapedese/migratie lymfocyt: de lymfocyt glijd door de openingen in het epitheel waardoor het in de lymfeklier naar de T-cel zone komt. Naïeve Lymfocyten migreren met behulp van cytokines en chemokines richting hun eigen plek binnen de lymfeknoop. De naïeve lymfocyten komen binnen via de bloedbaan en diapedese door het HEV. Om nu naar de T-zone plek te gaan worden ze geleid door chemokines. Voor T-lymfocyten door de chemokines CCl19 en CCL21 die binden beide aan de chemokine receptor 7, CCR7 op de Tlymfocyt (chemotaxis). Voor de B-Lymfocyte gebeurd hetzelfde alleen dan via andere chemokines en integrines, namelijk chemokine CXCL13 dat bind aan de chemokine receptor CXCR5 dat aan het membraan van de B-lymfocyt zit. - Wanneer een dendritische cel komt met bijv. het chemokine CCl19/21 gaat het naar dezelfde plek als waar die T-lymfocyten komen en is er eerder proliferatie van Effector T-cellen voor dat specifieke antigen. Deze geactiveerde T-cellen gaan dan prolifereren en via het efferente lymfevat terug de bloedbaan in. Exit of naive T cells from lymph nodes Als naïeve T-cellen geen antigen tegenkomen in de lymfeklier gaan ze er weer uit via de efferente lymfevaat en zo naar het hart weer het bloed in. Alleen voordat de naïeve T-cel door de efferente lymfevat terug de circulatie in mag, is er een mechanisme dat daar voor zorgt. Het verlaten van de lymfeklier is gereguleerd door de chemoattractant sphingosine 1-phosphate (S1P) wat bindt op de signaal receptor op T-cellen S1PR1. S1P is in grote hoeveelheid in het bloed en lymfe vergeleken met in de weefsels. In het plaatje hiernaast is te zien dat Tcellen tijd nodig hebben om S1PR1 tot expressie te laten brengen. Fingolimod blokkeert de S1PR1 waardoor de T-cel niet terug de circulatie in kan. Wanneer er genoeg S1PR1 tot expressie is gekomen kan de naïeve T-cel de lymfeklier verlaten. Recirculation of T cells through other lymphoid tissues. Naïeve T-cellen die in het gastro intestinale gedeelte homen (peyers patches en mesenterische lymfeklieren) gebruiken andere addressines en selectines. - MadCam-1 (mucosal addressin cell adhesion molecule 1) - L-selectine bindt aan MadCam-1 rollen en primaire adhesie - Integrine α4β7 bindt aan MadCam-1 rollen en primaire adhesie In de milt is er geen HEV maar is er een bloedvat dat alles loslaat in de rode pulpa. De receptor CCR7 heeft een grote rol dat de T-cellen leidt naar de witte pulpa T-zone. Migration of effector T-lymphocytes to sites of infection Effector T-cellen die door antigen herkenning gevormd zijn verlaten secundaire lymfoïd weefsel door lymfe drainage en terug door de bloedcirculatie. Om van een naïeve T-cel in een effector cel te komen moet de S1RP1 vorming onderdrukt worden zodat de T-cel niet uittreedt. Deze S1RP1 onderdrukking komt door het interferon type 1 en het antigen stimulatie dat zorgt voor het T-cel membraaneiwit CD69 wat de S1PR1 expressie blokkeert. De T-cel heeft nu de tijd om te prolifereren en te differentiëren in een effector T-cel. Als de proliferatie en differentiatie compleet is zal het S1RP1 weer tot expressie gebracht worden en kan de effector T-cel populatie de lymfeklier uit. CCR7 is ook weinig tot expressie op de effector cellen zodat het niet de nijging heeft om terug naar de lymfeklieren, in de T-cel zone, te migreren. Ook L-selectine komt weinig tot expressie zodat de effector T-cel niet terug kan gaan naar de lymfeklieren. De effector T- cellen komen bij het infectieuze weefsel en treedt via ongeveer het zelfde proces binnen als bij HEV. Alleen i.p.v. L-selectine zijn hier E-selectine en Pselectine wat er door het aangeboren immuunsysteem tot expressie is gebracht. Memory T cell migration Twee soorten: Centrale memory T-cel Effector memory T-cel De centrale memory T-cel heeft hoge expressie van CCR7 en L-selectine waardoor ze homen in secundaire lymfoïd weefsel. De effector memory T-lymfocyt heeft lage expressie van CCR7 en L-selectine maar wel meer expressie van andere chemokine receptoren. Hierdoor homen ze meer in perifeer weefsel. Hieruit blijkt dat centrale memory T-cellen zorgen voor proliferatie en T-helper cellen voor het activeren van B-cellen. De effector memory T-cel reageert meer op antigeen stimulatie en zorgt voor snelle cytokine secretie. Migration of B lymphocytes Naïeve B cellen gebruiken dezelfde mechanismes al naïeve T-cellen. Onvolwassen B cellen gaan uit het beenmerg de bloedcirculatie in naar de milt waar ze verder uitrijpen in de witte pulpa door het chemokine CXCL13 dat ligand is op de receptor CXCR5, op de B-lymfocyt. Verdere homing in andere lymfoide organen gaat ook via de chemoattractant CXCL13. In lymfeklieren gaat het na migratie door de HEV’s naar de follikels. Hoofdstuk 4 Innate Immunity Eric Sietsema Het aangeboren immuunsysteem is de eerste defensie linie tegen infecties. Ze hebben specifieke Toll-like receptoren die pathogene microben herkennen en zorgen voor meerdere antimicrobiële mechanismen. Het aangeboren immuunsysteem heeft 3 grote functies: - Aangeboren systeem is de eerste respons tegen microben die de gastheer proberen te infecteren. Ze voorkomen, controleren en elimineren deze pathogene microben. - Het aangeboren systeem herkent beschadigd weefsel en dode gastheercellen. Het systeem zorgt ervoor dat dit hersteld en dat de dode cellen opgeruimd worden. - Het aangeboren systeem stimuleert het verworven systeem en kan van invloed zijn op de manier hoe het verworven systeem reageert tegen de infectie. De twee grootste reactie types van het aangeboren systeem ter bescherming zijn: Antivirale respons : intracellulair. Ontsteking : extracellulair. Inflammatie (ontsteking): is het proces waarbij leukocyten en circulerende plasmaeiwitten naar de plek van infectie gaan en worden geactiveerd om de indringende microben te elimineren. Dit kan leiden tot beschadiging van weefsel en het doden van eigen cellen. Hierdoor is ook weefsel herstel een deel dat bij ontsteking hoort. Antivirale respons: bestaat uit het veranderen van staat bij cellen dichtbij virus geïnfecteerde cellen. De nabij gelegen cellen komen in een staat dat ervoor zorgt dat een virus moeite heeft deze binnen te dringen. Als toevoeging aan deze reacties heeft het aangeboren immuunsysteem ook fysieke en chemische defensies bij de epitheel barrières. Ook liggen er subepitheliaal fagocyten die microben die toch door de barrière komen meteen herkennen en elimineren. Recognition of microbes and damaged self by the innate immune system Het aangeboren immuunsysteem herkent moleculaire structuren dat de eigenschappen toont van pathogenen maar niet van eigen cellen. Deze patronen heten ook wel PAMPs (pathogen associated molecular patterns). Bij verschillende pathogenen (virussen, gram negatieve en positieve bactieriën, schimmels) komen verschillende PAMPs tot expressie. Zoals dubbelstrengs RNA, bacteriële eiwit wand structuren, LPS enz.. Het aangeboren systeem herkent microbiële producten die essentieel zijn voor het overleven van de microben. Dit is belangrijk omdat sommige pathogene microben herkenning kunnen tegengaan. Zoals dubbelstrengs RNA voor virussen en LPS in bacteriële celwanden. Het aangeboren immuunsysteem herkent meestal lichaamseigen structuren die niet vrij buiten de cel voorkomen ( dubbelstrengs DNA, mitochondriale eiwitten). Deze structuren zijn buiten een cel gekomen door weefselschade en dit wordt herkent door zogenaamde DAMPs (damage associated molecular patterns). Het aangeboren immuunsysteem heft vele types cellulaire receptoren in verschillende locaties in cellen om PAMPs en DAMPs te herkennen. Deze receptoren die de patronen herkennen heten PRRs (pattern recognition receptors). Ze komen tot expressie op het plasmamembraan van verschillende celsoorten maar ook in het cytoplasma en endosomaal van deze cellen. Dit zorgt ervoor dat het aangeboren immuunsysteem kan reageren op verschillende soorten pathogenen. Dit kan leiden tot een antivirale respons of een ontstekingsreactie. Cell associated pattern recognition receptors of innate immunity De meeste cel types laten PRRs tot expressie komen en zijn daarom in staat om een aangeboren immuunreactie te induceren. Fagocyten, neutrofielen en macrofagen, en dendritische cellen laten de grootste variatie en de grootste hoeveelheid PRRs tot expressie. - PRR - Toll-like receptors (TLR) - Suikergroep bindende receptoren - Intracellulaire receptoren (endosomaal) - Oplosbare receptoren in het cytoplasma (NLR en RLR) Toll-like receptors Toll-like receptoren (TLRs ) zijn type 1 integraal membraan glycoproteïnes met verschillende delen. - Leucine rijke delen : herkent het pathogen. - Cysteïne rijke motieven : - Intracellulair TIR domein (Toll/IL-1 receptor) wat zorgt voor de signalering. Er zijn 9 verschillende TLRs (TLR1 tot TLR9) met elk hun eigen specificiteit (zie plaatje hiernaast). De TLRs in endosomen zijn typerend tegen virussen vanwege hun dubbelstrengs RNA. Verder zijn LPS, peptidoglycan en flagellen typerend voor bacteriën extracellulair. TLRs zijn dus betrokken bij vele soorten pathogenen en de immuunrespons hierop. TLRs zijn ook betrokken bij reactie tegen bepaalde moleculen dat celschade aangeeft. Een voorbeeld hiervan zijn de Heatshock proteins(HSP). Dit zijn eiwitten die door schade vanuit intracellulair in de extracellulaire omgeving komen. Dit geeft aan dat er een cel beschadigd is (kan ook door stress komen!). HSP’s activeren TLR2 en TLR4 in dendritische cellen en macrofagen. Herkenning van pathogenen resulteren in activatie van verschillende signaal pathways en uiteindelijk transcriptie factoren die belangrijk zijn voor ontsteking of een antivirale respons. Als een TLR actief wordt gaan de TIR domeinen signaleren waardoor er een homodimeer en een heterodimeer ontstaat van de TLR. Dit is nodig zodat de TIR domeinen vlakbij elkaar komen waardoor er adaptereiwitten aan de TIR domeinen kunnen binden. De adaptereiwitten die binden aan het TIR domein zijn: - MyD88 alle TLRs behalve TLR-3 - TRIF TLR4 en TLR3 alleen. Andere endosomale TLRs doen via MyD88 Deze adaptereiwitten zorgen voor verschillende reacties en kinases die uiteindelijk zorgen voor verschillende transcriptie factoren en een celrespons. De Transcriptiefactoren met hun celrespons zijn: NF-kB: - stimuleert acute inflammatie! - stimulatie adaptieve immuniteit! - cytokine uitscheiding: TNF, IL-1 en IL-6 - E-selectine productie zodat leukocyten uit de bloedcirculatie infectieus weefsel in kunnen. IRFs: - expressie van type 1 interferon IFN α/β genen. - secretie type 1 interferonen - verhoogde antivirale respons! Cytosolic receptors for PAMPs and DAMPs In het cytosol zitten ook bepaalde PRRs genaamd: NOD-like receptors en RIG-like receptors. Deze receptoren zijn ook gelinkt aan signaal transductie pathways die of inflammatie promoten of type 1 interferonen productie versterken. meestal goed tegen virale partikels en bepaalde bacteriën die fagocytose proberen te ontwijken. Ook toxines die gaten in cellen maken waardoor er grote hoeveelheid cytoplasma lekt wordt door deze receptoren gedetecteerd. NOD-like Receptors (NLRs) NLRs herkennen cytoplasmische PAMPs en DAMPs waardoor ze eiwitten aanzetten tot signaleringscomplexen (inflammasoom) die inflammatie promoten met het uitscheiden van het ontstekingscytokine IL-1. Het NLRP3 inflammasoom activeert inactief caspase-1 waardoor het actief wordt en het pro-IL1β knipt naar IL-1β. IL-1β wordt via endocytose de cel uitgescheden en zorgt voor acute inflammatie. RIG-like receptors RIG-like receptors herkennen viraal ssRNA en dsRNA reageren door een anti virale respons op te zetten en dus het produceren van type 1 interferonen via IRFs. Cellular components of the innate immune system Epitheel barrières Intact epitheel functioneert als een fysieke barrière voor pathogene microben. Ook produceert het epitheel antimicrobiale chemicaliën die de toetreding van microben nog meer verzwakt. Verder hebben epitheel cellen de gave om peptides te produceren met anti-microbiële eigenschappen: - Defensines - Cathelicidines - Antibiotics Barrière epitheel hebben bepaalde lymfocyten , inclusief intra-epitheel T lymfocyten, die PAMPs en DAMPs herkennen en hier gelijk op reageren. Phagocytes Cellen die gespecialiseerd zijn in het fagocyteren van microben en dode cellen zijn fagocyten. Hieronder vallen voornamelijk macrofagen en neutrofielen in het aangeboren immuunsysteem. Ze kunnen twee dingen: - Het opnemen van microben en ze te fagocyteren (doden). - Reageren op microben door cytokines uit te scheiden die inflammatie promoten en het versterken van een anti-microbiale status bij cellen rondom de infectie. Macrofagen zijn voornamelijk gespecialiseerd in de tweede functie. Ook kunnen macrofagen beschadigd weefsel herkennen en repareren. NKC’s De ‘Natural Killer’ cells lijken op T-Lymfocyten maar hebben geen Fc-receptor en hebben ook geen tijd nodig om te prolifereren en te differentiëren. Hun taak is om viraal besmette cellen en bacteriën op te nemen en te elimineren ook ruimen ze tumorcellen op. Macrofagen scheiden het cytokine IL-12 uit om NKC’s te laten komen waarnaar door het uitscheiden van IFN-ϒ de macrofaag geactiveerd wordt en zijn inhoud fagocyteerd. NKCs kunnen onderscheid maken van geïnfecteerde cellen en gezonde cellen door twee receptoren op de NKC. De activerende receptor en de inhiberende receptor. Eigen cellen hebben allemaal de ligand om een NKC te activeren. Alleen hebben ze ook MHC-1 receptoren, inhibitory NK cell receptoren, die de ligand is voor de remmende receptor op de NKC door ITIM. Hierdoor zal er geen activatie zijn om de cel te doden. Helaas bestaan er virussen die in staat zijn om receptoren tot expressie te laten komen die op MHC-1 lijken en zo de fagocytose door NKCs ontwijken. MICA en MICB heten activating NKcell receptoren en hebben ipv ITIM het ITAM aan de receptor. Cellen die geïnfecteerd zijn met een virus of iets dergelijks leidt tot minder expressie van het MHC-1 membraanreceptor. Hierdoor valt de rem op NKCs weg en zal de NKC de cel spotten en doden. Tumorcellen of cellen met veel stress hebben een vergrote activatie ligand expressie maar ook MHC1 receptoren. Omdat er zoveel ligand tot activatie van een NKC tot expressie komt zal de cel toch gefagocyteerd worden. Mast cells Mestcellen zijn uit Beenmerg geproduceerd die aanwezig zijn in huid en mucosaal epitheel. Mestcellen zorgen voor een ontstekingsreactie in de bloedvaatwand. Mestcellen hebben een coating van IgE en IgG receptoren. Functie is het vrijmaken van Histamine en vasoactieve stoffen. IgE worm opruiming Soluble recognition and effector molecules of innate immunity Er zijn verschillende molecule in oplosbare vorm in extracellulaire vloeistoffen die microbe herkennen. Deze moleculen horen ook bij het aangeboren immuunsysteem en binden aan de microben waarbij ze werken als opsinines. Hierdoor worden ze sneller herkent door macrofagen en andere fagocyten. Ze induceren dus een pro inflammatoire respons. The complement system Het complement systeem bestaat uit verschillende plasma eiwitten die samenwerken om microben te opsoniseren en fagocyten recruitment te promoten naar de lokale infectieplek. In sommige gevallen doodt het complement systeem direct de microben. Er zijn 3 pathways van het complement systeem: - De klassieke pathway: gebruikt een plasmaeiwit C1q om antilichamen te herkennen aan het oppervlak van een microbe. Het antilichaam IgM heeft grote affiniteit voor het C1q receptor. Wanneer C1q bindt aan het antilichaam zullen twee serine proteases, C1r en C1s geactiveerd worden waarbij ze een cascade reactie op gang brengen en het C3-convertase enzym maken. - De lectin pathway: Wordt getriggered door het plasma eiwit mannose binding lectin (MBL) en Ficolin. Het MBL herkent mannose microbiele glycoproteïnes en ficolin structuren in bacterieel celoppervlak. Nadat een microbe aan het MBL of ficolin gebonden is worden MASP-1 en MASP-2 geactiveerd met dezelfde functie als C1r en C1s. Er wordt hier dus ook een C3-convertase enzym gemaakt. - De alternatieve pathway: wordt getriggered door een complement eiwit C3 dat gelijk microbiale structuren herkent, zoals bacterieel LPS. C3 komt ook voor in de bloedbaan in de oplossing maar in hele lage concentraties. Het bindt ook aan eigen cel oppervlakten, alleen eigen cellen hebben regulatoire eiwitten die zorgen dat de reactie geremd word. Microben hebben deze regulatie niet. Dus deze pathway kan eigen van niet eigen cellen onderscheiden. Verder wordt ook hier een C3-convertase enzym geproduceerd na contact met een microbe. Het verdere verloop van de complement reactie is gelijk bij alle drie de pathways. Het C3-convertase zorgt ervoor dat het eiwit C3 gesplitst wordt naar C3a en C3b. - C3a: stimuleert inflammatie door als chemoattractant voor neutrofielen te werken. - C3b: werkt als een opsonine en promoot hiermee fagocytose van de microbe. C3b bindt ook aanandere complement eiwitten waardoor het een C5-convertase wordt. C5-convertase splitst het complement eiwit C5 naar C5a en C5b. - C5a: een chemoattractant voor fagocyten, waarbij het ook vaatpermeabiliteit versterkt waardoor leukocyten snel naar de plaats van infectie kunnen migreren. - C5b: Stimuleert de vorming van het membraan attack complex (MAC). Het MAC zorgt voor gaten in het microbe celoppervlak en induceert lyse van de cel. Pentraxins Verscheidene plasmaeiwitten die microbiele structuren herkennen en meedoen aan het aangeboren immuunsysteem behoren tot de pentraxine familie. Pentraxines zitten in je bloed serum. Je hebt verschillende pentraxines: CRP: C-reactive protein: binden aan verschillende soorten bacteriën en schimmels. SAP: Serum amyloid P: binden aan verschillende soorten bacteriën en schimmels. PTX3: pentraxine 3 : herkent verschillende virussen en gram negatieve en positieve bacteriën. Pentraxines induceren de C1q receptor en induceren het complement systeem via de klassieke pathway. De cytokines IL-6 en IL-1, geproduceert door fagocyten van het aangeboren immuunsysteem, zorgen voor meer CRP, SAP en PTX3 in het serum waardoor er meer complement activatie komt via C1q en betere inflammatie. Deze plasma proteïnes heten daarom ook acute phase reactants. Collectins and Ficolins Collectines werken als opsonines en zorgen ervoor dat fagocyten goed microbe kunnen opnemen. De collectines die er zijn heten MBL, Surfactant protein A (SP-A) en Surfactant protein D (SP-D) De surfactant proteïnes zitten in de alveoli in de longen. MBL worden gezien door PRR in het complement systeem die ook als opsonine kan werken. Ficolins zijn plasma eiwitten die lijken op collectines en deze activeren de lectin complement pathway en opsoniseren bacteriën. The inflammatory respons De meest typische manier van het aangeboren immuunsysteem om met infectie om te gaan is om een acute inflammatie te induceren. Dit gebeurt door het aanmaken van leukocyten en deze naar de plaats van infectie te leiden. Hiervoor moet er een versnelde bloedstroom zijn naar de infectie plek door arteriële dilatatie. Verder moet er een verhoogde adhesiviteit komen door meer adhesie moleculen tot expressie te brengen. Ook moet er een verhoogde permeabiliteit komen in de bloed capillairen zodat de leukocyten door het vaat-endotheel kunnen migreren (diapedese). The major proinflammatory cytokines TNF, IL-1 and IL-6 De eerste reactive is het uitscheiden van cytokines. De drie meest belangrijkste pro inflammatoire cytokines van het aangeboren immuunsysteem zijn TNF, IL-1 en IL-6. Tumor necrosis factor (TNF) TNF is een mediator van acute inflammatie tegen bacteriën en andere infectieuze microben. TNF is gemaakt door macrofagen, dendritische cellen en andere celtypen. Er zijn twee soorten TNF: TNF-α (prime member) en TNF-β (lymfotoxine) TNF is een trimeer met 3 receptoren wat bij activatie leidt tot TRAFs vorming (TNF receptor associated factors). TRAFs activeren transcriptie factoren die zorgen voor de signaal transducties NF-kB en AP-1. TNF hebben als effect dat ze zorgen voor: - verhoogde genexpressie - induceren van apoptose - activatie van het endotheel door verhoogde E-selectine expressie en meer adhesiemoleculen. - koorts in de hypothalamus. - synthese van acute fase eiwitten in de lever. - leukocyten productie in het beenmerg. Een teveel aan TNF kan leiden tot een septische shock waarbij bacteriën de bloedcirculatie in komen door te veel activatie van het endotheel (beschadigen van endotheel). Interleukin-1 Ook IL-1 is een mediator van de acute inflammatie en heeft veel overeenkomende eigenschappen met TNF. IL-1 wordt door vele celtypes gemaakt behalve door macrofagen. Er zijn twee vormen IL-1: IL-α en IL-1β. Ze hebben dezelfde functies ook al verschillen ze een klein beetje. De meest actieve IL-1 is IL-1β. Deze hebben we al gezien bij de NOD-like receptoren waarbij proIL-1β wordt geknipt door het NLRP3 inflammasoom waarbij het NF-kB activeert. TNF en IL-1 versterken elkaar. TNF stimuleert fagocyten en andere cellen om IL-1 te maken. IL-1 zorgt samen met TNF voor activeren van de signaal transductie NF-kB en AP-1. IL-1 zorgt voor: - activatie van het endotheel door verhoogde E-selectine expressie en meer adhesie moleculen. - koorts in de hypothalamus. - synthese van acute fase eiwitten in de lever. - leukocyten productie in het beenmerg. Interleukin-6 IL-6 heeft lokale en systemische effecten samen met IL-1 en TNF. IL-6 zorgt voor : - synthese van acute fase eiwitten in de lever. - proliferatie van antilichaam secreterende B-cellen. - activeert de transcriptie factor STAT-3. Phagocytosis and killing of microbes by activated phagocytes Neutrofielen en macrofagen nemen microbe op in vesicles door fagocytose. Deze vesicles fuseren met lysosomen waardoor de particles worden geëlimineerd. Ze hebben PRRs, scavenger receptoren en C-type lectins receptoren waarmee ze microben herkennen. De ene receptor bind gelijk aan de microbe, en de andere (bijv. Fc-receptor) bindt de microbe via geopsineerde anti-lichamen. De Mac-1 integrine bind microben via geopsoniseerde complement factoren. De microben worden opgenomen in een endosoom in de fagocyt welke met lysosomen wordt vermengt, Fagolysosomen. Voordat dit gebeurt wordt de fagocyt eerst geactiveerd door NKCs en Th1 cellen door IFN-у uitscheiding. Er zijn 3 types mechanismen om te fagocyteren in de fagolysosomen: - Via reactive oxygen species (ROS) wat geïnduceerd is door IFN-у. - Via Nitric oxide (NO) waarbij het iNOS door IFN-у wordt omgezet naar NO. - Door proteolytische enzymen zoals cathepsine en elastine. Als fagocyten sterk actief zijn kunnen ze normaal weefsel beschadiging bij het uitscheiden van ROS, NO en lysosomale enzymen. IL-18 Versterkt de functie van NKCs door na IL-18 stimulatie het cytokine IFN-у uit te scheiden en zo macrofagen activeren tot fagocytose. Dus hetzelfde effect als IL-12. IL-15 IL-15 is een overlevingsfactor voor NKCs en memory CD8+ T cellen. Ook kan het zichzelf laten presenteren door dendritische cellen aan NKCs in de lymfeknoop. Hierdoor activeert het de IFN-у productie. The antiviral response De antivirale respons wordt geïnduceerd door expressie van type 1 interferonen (IFN). Dit IFN komt bij neer bij gelegen cellen op de receptor en zorgt voor de antivirale respons. Dit leidt bij die cellen tot: - enzym productie wat viraal eiwit synthese tegengaat. - enzymen die viraal RNA kunnen degraderen. - GTPases die virale gen expressie inhiberen. Hoofdstuk 5 Antibodies and Antigens Eric Sietsema De belangrijkste mediatoren van de humorale respons zijn antilichamen. Zij worden alleen uitgescheiden door B-lymfocyten en dan voornamelijk B-cel gedifferentieerde plasmacellen. Antilichamen kunnen membraangebonden liggen op B-lymfocyten, maar kunnen ook los uitgescheiden worden door antigen gestimuleerde B-cellen. Deze vrije antilichamen gaan in de circulatie en opsoniseren antigenen/microben. Hierbij worden complementsystemen getriggered en vele andere fagocyterende immuun effector cellen. Ze neutraliseren toxines en voorkomen de uitbreiding van de infectie. Als een antilichaam molecuul (Ig) als receptor dient wordt het geactiveerd door antigen. Hierna differentieert de B-cel naar een antilichaam uitscheidend plasmacel. General features of antibody structure Antilichamen heten ook wel Immunoglobulines (Ig). Alle antilichaam moleculen hebben dezelfde structuur eigenschappen maar hebben hele grote variabiliteit in de bindingsregionen. Het antilichaam molecuul bestaat uit CH’s en CL’s, ook heeft het VH’s en VL’s. De C staat voor constant en deze is in elk immunoglobuline isotype molecuul gelijk (dys IgG1,IgG2 hebben zelfde constante regionen), deze C-regionen medieëren effector functies. De V staan voor de variabele van de heavy chain en de light chain van het molecuul. Deze twee stukjes molecuul kunnen verschillen door binding van andere aminozuren. Het antigen bindt aan de VL en VH, maar doordat deze variëren is er grote specificiteit om antigenen te binden. CH regionen binden aan membraan gebonden Fc receptoren van een B-lymfocyt en induceert een effector functie, terwijl CL regionen geen effector functies kunnen uitoefenen en ook niet vast zitten aan een membraan. Er zijn verschillende soorten Ig’s met hier de belangrijkste en hun funsties IgM is een pentameer 5 IgM moleculen aan elkaar, en bij elkaar gehouden door een joining chain (J-chain). complement activatie. IgA is een dimeer 2 moleculen aan elkaar en ook door een J-chain bij elkaar gehouden. - Er zijn 2 subklasses: IgA1 en IgA2 mucosaal. IgE monomeer tegen parasieten. IgG monomeer 4 subklasses: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 fungeert als vlaggetje voor fagocyten. Synthesis, assembly and expression of Ig molecules De uitrijping van B-cellen uit beenmerg progenitoren gaat samen met specifieke veranderingen in Ig gen expressie. Dit resulteert in de productie van verschillende vormen Ig moleculen. De eerste cel in de B-cel uitrijpingsproces is de pre-B cel. Deze synthetiseert de membraangebonden μ-heavy chain van het Ig. De light chain komt er vervolgens hangen vanwege het μ heavy chain en zo is de pre-B cel receptor gesynthetiseerd in kleine hoeveelheden. Immature en mature B-cellen produceren λ-light chain en κ-light chain. Deze light chains gaan aan μ-heavy chain zitten en vormen zo het IgM molecuul. De mature B-cel heeft ook nog de IgD die tot expressie komt doordat λ -light chain of κ-light chain gaan binden aan de μ-heavy chain of de δheavy chain. Deze gemaakte receptoren hebben de functie om antigen te herkennen. De rest van dit proces gaan we verder op in in hoofdstuk 8 en 11. Hoofdstuk 6 MHC molecules and antigen presentation to T-Lymphocytes Eric Sietsema APCs helpen T-lymfocyten door naar de secundaire lymfeorganen te gaan en hier antigen te presenteren aan naïeve T-lymfocyten om ze te activeren. Dit presenteren van antigen wordt gedaan door major histocompatibiliteit complexen (MHC). Deze MHCs worden tot expressie gebracht op het membraan van de cel met antigen waarbij CD8+ en CD4+ T-lymfocyten ze kunnen herkennen en kunnen reageren. Properties of antigens recognized by T lymphocytes De meeste T cellen herkennen antigenen alleen lineaire peptides, omdat alleen lineaire peptide fragmenten in de clefts van het MHC molecuul kunnen binden. Ook kunnen T-cellen alleen cellulair geassocieerde antigenen herkennen en geen humorale, omdat T-cellen alleen MHC achtige structuren herkennen met een stukje antigenpeptide. MHC is membraan gebonden en niet opgelost in het bloed. CD4+ T-cellen herkennen voornamelijk MHC-II dat antigen peptides presenteert. MHC-II herkennen alleen peptiden uit extracellulair eiwit. (alleen op APCs) + CD8 T-cellen herkennen voornamelijk MHC-I dat antigen peptides presenteert. MHC-I herkennen alleen peptiden uit intracellulair eiwit (virussen). (op alle cellen) Elke CD8+ en CD4+ T cel is specifiek voor antigen peptides dat door MHC moleculen gepresenteerd worden. MHC moleculen zijn polymorf: alleen MHC moleculen van het juiste haplotype kunnen de TCR binden. Dit kan voor afstotingsverschijnselen leiden bijv. bij mensen die bloed met het verkeerde haplotype toegevoegd krijgen. Elk uniek haplotype krijg je van je vader en je moeder (GENETICA!) Antigen capture and the functions of antigen-presenting cells Er zijn verschillende cel types die als APC functioneren en naïeve en net gedifferentieerde effector Tcellen kunnen activeren. Alleen bij APCs komen MHC-II complexen tot expressie op hun membraan waardoor zij een grote rol spelen bij de activatie van een CD4+ T cel . De APCs zijn dendritische cellen, Macrofagen en B-cellen. Dendritische cellen kunnen alleen naïeve T-cellen stimuleren Primaire T respons. Macrofagen en B-cellen kunnen alleen effector of geheugencellen activeren. APCs met een peptide-MHC complex zorgen ook nog voor een ander signaal om de volle respons van T-cellen te activeren. Deze stimuli is belangrijker om naïeve T-cellen te activeren dan gedifferentieerde effector T-cellen, en heten co-stimulatoren . De belangrijskte co-stimulatoren zijn B7 (op DCs) en CD28 op de naïeve T-cel. B7 wordt pas tot expressie gebracht als DCs geactiveerd worden door antigen. Dit heet ook wel het second signal. APCs dat antigen presenteren aan T cellen krijgen ook signalen terug van de T-lymfocyt om hun antigeen presenterende functie te versterken. CD40L worden door CD4+ T cellen tot expressie gebracht en bindt aan de CD40 receptor op DC en macrofagen. De T-cel scheidt ook IFN-у uit. De combinatie CD40-CD40L en deze cytokines zorgen ervoor dat APCs beter en sneller antigeen kunnen verwerken en presenteren. Er komen meer co-stimulatoren tot expressie en de APC scheidt ook meer cytokines uit waardoor de T-cellen beter geactiveerd worden (Positieve feedback systeem) Role of Dendritic cells in antigen capture and display T cellen zitten niet in het weefsel! Alleen bij een ontstekingsreactie kunnen al geactiveerde T cellen het weefsel in. Antigenen worden naar de lymfeklier getransporteerd via de lymfevloeistof of na opname door een APC. Lymfevloeistof wordt in de lymfeklieren gefilterd, bloed in de milt. DC’s zitten in de lymfoïde organen, epitheel van longen, huid en maagdarmstelsel. Er zijn twee belangrijke types DCs: Conventionele Dendritische cellen: Worden gevormd in het beenmerg en gaan in het epitheel in de huid, longen en darmen zitten. In het epitheel pakken ze antigenen en migreren ze naar lymfeknopen waar ze B en T-cellen tegenkomen. Ze zorgen voor een T-cel respons waarbij het antigen wordt herkend en opgeruimd. Plasmacytoide dendritische cellen. Komen uit dezelfde precursor die ook bij conventionele DCs gebruikt wordt, in het beenmerg. Hierna circuleren ze in het bloed en in lymfeknopen waar ze voornamelijk in de T-cel zone zitten. Ze scheiden voornamelijk grote hoeveelheden type 1 interferonen uit tegen virale infecties. Ze spelen ook een rol in antigeen presentatie naar T-cellen. Antigeen komt met de lymfe in de lymfeklier, of APCs nemen het antigeen lokaal op en migreren naar de lymfeklier. Naïeve B en T cellen komen via de high endothelial venules (HEVs) de lymfeklier binnen waar APCs het antigeen presenteren aan naïeve T cellen. Wanneer dendritische cellen een antigen binden komen CCR7 moleculen tot expressiewaardoor ze naar de lymfeklier gaan. De DC is nu mature en heeft het veel MHC-II en co-stimulatie tot expressie (lage PRR). DCs in het weefsel zijn immature (hoge PRR). Twee manieren van antigeen opname: 1. Herkenning van microorganismen of structuren via PRR ( C TLRs, C-type lectins) gevolgd door fagocytose. 2. Macro- en micropinocytosis: aspecifieke opname (geen PRR geactiveerd). Als DCs uitgerijpt zijn leven ze langer en zijn er veel meer moleculen op het oppervlak. The major histocompatibility complex (MHC) Als een T-cel een interactie aan gaat met een APC herkent het alleen het MHC-I of MHC-II molecuul. Elke T-cel herkent maar 1 bepaalde MHC molecuul. Complex + peptide. Dit MHC molecuul is bij ieder individu verschillend, waarbij afstoting kan optreden bij weefsel transplantaties (MHC-restrictie). MHC restrictie MHC restrictie: Eigen T cellen herkennen alleen je eigen MHC, en dus ook alleen het antigeen gepresenteerd in jouw eigen MHC molecuul. Bij een ander MHC vindt er geen herkenning plaats en dus ook geen reactie. In dit experiment hiernaast hebben ze een virus in een muis gebracht waarbij een hoeveelheid CTLs geproduceert zijn. Deze zijn op een assay gezet. Strain A zijn APCs met eigen MHC-I klasse moleculen (omdat viruspeptides intracellulair zijn). Strain B zijn APCs met niet eigen MHC-I klasse moleculen. Bij de resultaten is te zien dat het CTL wel eigen MHC + virus peptide herkent en reageert. Ongeïnfecteerde APCs met eigen MHC-I + eigen peptide wordt niet herkent dus geen lysis. Niet eigen MHC-I met viraal peptide wordt ook niet herkend, omdat een CTL eigen specifieke MHC-I moleculen herkent. Bij een ander onderzoek is aangetoond dat voor de CD4+ T-lymfocyten hetzelfde geldt alleen dan met MHC-II moleculen. Dus voor een T-lymfocyt (zowel CD8+ als CD4+) om te reageren moet het eigen MHC molecuul een pathogenisch peptide presenteren. Zo niet dan krijg je geen reactie en is er MHC restrictie. MHC-genes De MHC locus bestaat uit twee typen polymorfe MHC genen, klasse I en klasse II MHC genen. Er is ook een klasse 3 alleen die functioneert niet voor een MHC. De klasse I MHC moleculen gevormd uit dit gen presenteren peptides die door CD8+ T-lymfocyten herkent worden. De klasse II MHC moleculen worden door CD4+ T-lymfocyten herkent. Deze MHC genen worden overgeërfd in pakketjes door je ouders. Één pakketje van je moeder en één pakketje van je vader (co-dominante expressie). Elk MHC gen heeft veel verschillende allelen. Elk allel codeert voor een net iets ander MHC molecuul, ieder met zijn eigen unieke voorkeur voor bepaalde peptides. Omdat MHC-I en MHC-II genen naast elkaar liggen in het genoom erven ze meestal gezamenlijk. Een combinatie van MHC genen die je van je ouders overerft heet een haplotype. Door een vergroot repertoire van MHC kunnen vele antigen peptides herkent worden, dus meer diversiteit in een populatie. Door hoge MHC repertoire in een populatie is er meer bescherming dat bij een gevaarlijke bacterie/virus een deel van de populatie overleeft! Expression of MHC molecules Zoals eerder gezegd zijn MHC-I op alle cellen tot expressie gebracht en MHC-II op alleen de APCs. De reden hiervoor is omdat MHC-I herkent worden door CD8+ T effector cellen die speciaal intracellulaire microben moeten doden. MHC-I presenteert deze intracellulaire antigen peptide waardoor de CD8+ T-cel de geïnfecteerde microben op kan sporen en doden. In tegenstelling tot CD8+ T-cellen gaan de CD4+ helper T-lymfocyten pas actief worden als ze door APCs in de lymfeknoop (vooral DCs ) antigen peptide aangeboden krijgen. Hierna is hun functie om macrofagen te activeren voor fagocytose van extracellulaire antigenen en B-lymfocyten te activeren voor antilichaam uitscheiding tegen extracellulair antigen. Daarom is het zo dat MHC-I intracellulair antigen peptide presenteert op alle cellen en MHC-II extracellulair antigen peptide op alleen de APCs. De expressie van MHC-moleculen wordt vergroot door cytokine uitscheiding tijdens aangeboren en verworven immuunresponsen. In de meeste celtypes zorgt IFN-у voor een verhoogde expressie van MHC-I moleculen. IFN-у wordt voornamelijk gevormd tijdens het aangeboren immuunsysteem tegen virussen. De expressie van MHC-II wordt ook door IFN-у gereguleerd in APCs. NKCs maken IFN-у maar ook antigen geactiveerde Th1-cellen van het adaptieve immuunsysteem maken dit cytokine. IFN-у zorgt voor een versterkte T-cel respons en versterkt antigen presentatie. MHC molecules Het MHC-I molecuul bestaat maar uit 1 polypeptide chain die door het membraan steekt. Vandaar de MHC-I. Het CD8+ T-lymfocyt bindt aan het α3 gedeelte terwijl het peptide tussen het α1 domein en het α2 domein zit in de peptide binding cleft. In deze groeve kunnen maar hele kleine peptiden zitten. Het MHC-II molecuul bestaat ui 2 polypeptide chains die in het membraan zitten. Een α-chain en een β-chain. Tussen het α1 domein en het β1 domein zit de bindings groeve voor het peptide. In deze groeve kunnen al wat langere peptiden zitten. De CD4+ T-lymfocyt bindt aan het β2 gedeelte. Polymorfisme: polymorfe residue zitten vooral open in de α-helixen. Door polymorfisme is het ene individu gevoeliger voor bepaalde ziektes dan andere. Elk MHC molecuul kan maar één peptide tegelijk binden, maar kan veel verschillende peptides binden. Peptides zijn niet zijn niet-covalent gebonden met een lage off-rate (langzame dissociatie). Peptides worden in het MHC complex geladen in de cel. MHC kan geen self/non-self onderscheiden: ook lichaamseigen peptides worden gepresenteerd. The class I MHC pathway for processing and presentation of cytosolic proteins - Virussen in het cytoplasma maken virale eiwitten die opgemerkt worden door ubiquitineerde eiwitten en die gaan eraan plakken om het vervolgens naar een proteasoom te brengen. - Ook opgenomen microbes worden geubiquitineerd en naar het proteasoom gebracht. - Eiwitten uit het cytosol worden in het proteasoom afgebroken tot peptides. - Peptides worden in het endoplasmatisch reticulum (ER) gebracht door TAP. - MHC-I wordt zelf aangemaakt in het ER. - Tapasin brengt TAP en MHC-I bij elkaar voor het beladen met peptides. Waarbij het enzym ERAP voor de binding van peptide in de groeve zorgt. - Peptide-beladen MHC-I complexen zijn stabiel en komen in het Golgi. De onstabiele MHC-I complexen keren via TAP terug in het cytosol en worden door proteasomen weer geknipt en afgebroken. - Exocytotische vesicles brengen de MHC-I peptide complexen naar het cel oppervlak, waar het peptide gepresenteerd kan worden aan CD8+ T-cellen (CTL). The class II MHC pathway for processing and presentation of vesicular proteins - Antigeen is opgenomen van buiten de cel (PRRs kunnen bijdragen). - Eiwitafbraak vindt plaats in late endosomen (cathepsins, proteolytische eiwiiten)MHC-II wordt beladen in het late endosoom. - MHC-II wordt aangemaakt in het ER, en bindt de ‘invariant chain’(Ii) voor stabiliteit. - MHC-II in complex met Ii gaat naar de exocytotische vesicles. - Exocytotische vesicles fuseren met de endosomal vesicles. - Proteolytisch afbraak van Ii door cathepsines genereert CLIP - HLA-DM is een soortgelijk molecuul als MHC-II maar werkt als een peptide vervanger, wat hier dient om heel snel het CLIP te vervangen met peptide antigen, waardoor peptides in de groeve binden van het MHC-II molecuul en het complex stabiel maakt. - Transport naar het celoppervlak en presentatie aan CD4+ T-cellen. Cross-presentation Sommige dendritische cellen kunnen virus geïnfecteerde cellen en tumor cellen in zijn geheel opnemen en de antigenen presenteren aan CD8+ T-cellen. Doordat het wel extracellulair is opgenomen zou je verwachten dat het door MHC-II wordt gepresenteerd aan CD4+ T-cellen, maar doordat het snel opgeruimd moet worden, wordt het door MHC-I gepresenteerd en worden de CTLs actief. Physiology significance of MHC-associated antigen presentation MHC-I intracellulaire antigen presentatie stimuleert CD8+ cytotoxische T-cellen wat zorgt voor het doden van de cellen met dit type antigen. MHC-II extracellulaire vesicle antigen presentatie stimuleert CD4+ helper T-lymfocyten. CD4+ helper T lymfocyten stimuleren B-cellen om antilichamen te produceren, en stimuleert macrofagen om te gaan fagocyteren. Deze twee soorten stimulatie komt doordat CD4+ T-cellen cytokines gaan uitscheiden waardoor antilichamen worden uitgescheiden en ook macrofagen gaan fagocyteren. De epitopen van een eiwit complex (stukjes aminozuren sequentie) dat de sterkste T-cel respons opwekt worden door gevormd proteolysis in APCs en op de MHC moleculen gezet. Deze epitopen noemen we immunodominant. Immunodominantie is MHC haplotype afhankelijk. Elk individu reageert op andere epitopen het sterkst. Hoofdstuk 7 Immune receptors and signal transduction E.Sietsema Receptoren op het celoppervlak hebben twee grote functies: De inductie van een intracellulaire signaaltransductie en de adhesie van een cel aan een andere of aan de extracellulaire matrix. Signaaltransductie is algemeen gezegd de reactie in de cel na een ligand op een receptor. Binnen een signaal transductie begint het met een cytosolische fase (waarin er eiwitten in het cytosol gaan reageren) wat vervolgens leidt tot een nucleaire fase (waarbij transcriptie factoren verandering in genexpressie regelen). Een Tyrosine kinase heeft fosfaat groepen aan zijn eiwit. In de cytosolische fase gaat het tyrosine kinase de receptor fosforyleren waarbij een enzym actief wordt. Het vervolg is de nucleaire fase, waarbij het actief gemaakte enzym zorgt voor bepaalde transcriptie van een bepaald gen. Tyrosine kinases kunnen non-receptor tyrosine kinases zijn waarbij ze niet gebonden zijn aan een receptor maar wel worden geactiveerd wanneer een ligand aan een bepaald receptor bindt (denk aan immunologische receptoren). Verder heb je ook receptor tyrosine kinases, waarbij het wel gebonden is aan een receptor. Modular signaling proteins and adaptors Signaalmoleculen bestaan vaak uit bepaalde domeinen met elk zijn specifieke binding en katalytische functie. Je hebt SRC familie kinases die bij de non receptor tyrosine kinases horen. Hiernaast zie je nog meer van zulke families. SH2: bindt aan fosfotyrosine. SH3: bindt aan proline-rijke peptides. PH: bindt inositol fosfolipides. Er bestaan dus allemaal verschillende signaal families opgebouwd uit meerdere van deze ‘LEGO-blokjes’. Adaptor eiwitten zoals het LAT eiwit functioneren als tussenstap en bijeenkomst moleculen voor het linken van verschillende enzymen. Het LAT eiwit is dun en lang en kan gefosforyleerd worden waardoor andere eiwitten kunnen binden. Dit versterkt de signaaltransductie. The T-cell receptor complex and T cell signaling De CD4+ T-cel receptor herkent MHC-II in combinatie met co-stimulatoren B7/CD28. Ook adhesiemoleculen zorgen voor een betere binding tussen APC en T-cel bijv. LFA-1 en ICAM-1. Bij de T-cel receptor (TCR) zorgen de costimulatoren CD28 en B7 samen met CD3 voor de signaaltransductie omdat het geen signaal motief op de receptor heeft zitten. Aan het CD3 (co-receptor) zitten bepaalde motieven wat ITAM stimuleren en er een respons komt. De CTLA-4 receptor inhibeert een T-respons door B7 weg te halen van een APC. Het gaat samen met het ITIM signalering. Signal initiation by the T cell receptor De route hoe een signaal via een TCR loopt, gaat leggen we nu uit in meerdere stappen. Stap 1 Lck is gebonden aan een CD4 of CD8 coreceptor vlak naast de signaal receptoren van de TCR. Wanneer er een MHC molecuul met antigen komt en alle co-stimulatoire en benodigde bindingen gemaakt zijn gaat Lck naar de CD3 en ζ-tyrosine receptoren om de ITAMs te fosforyleren. Stap 2 CD3 en ζ-tyrosine receptoren zijn nu gefosforyleert en actief waardoor het kinase molecuul ZAP-70 (Syk-familie tyrosine kinase) aan de gefosforyleerde ζ-tyrosine receptor gaat zitten en vervolgens het adaptor eiwit LAT fosforyleert. Stap 3 Wanneer het adaptor eiwit LAT gefosforyleert is trekt het enzymen aan zoals PLCу1 en Grb2 en SOS activeren het RAS en de MAP kinase pathway. MAP-kinase signaling pathway Stappen 1 t/m 3 worden standaard gedaan. Vervolgens zal RasGDP omgezet worden in RasGTP en wordt de MAPkinase geïnduceerd. Raf MEK-1 Erk1 en Erk2 Synthese en activatie van transcriptiefactoren waardoor AP-1 geactiveerd wordt. PLCу1 pathway De PLCy1 pathway wordt ook geïnduceerd door de eerste 3 stappen. Hierna zal PLCy1 de hydrolyse van fosfolipiden induceren waardoor PIP2 komt wat afgebroken wordt in IP3 en DAG. IP3 zorgt voor het vrijmaken van calciumkanalen in het ER. Ook het STIM-1 molecuul merkt de verhoging op en laat nog meer Ca2+ het cytosol binnenkomen. Het verhoogde [Ca2+] in het cytosol reageert met calmoduline waardoor er een Cacalmoduline complex ontstaat. Dit complex activeert calcineurine en dit te samen activeert het NFAT. DAG zorgt ervoor dat het protein kinase C (PKC) actief wordt. PKC activeert NF-kB. Dus de geactiveerde vormen zijn AP-1, NF-kB en NFAT. Al deze pathways leiden tot meer aanmaak van IL-2 wat zorgt voor de proliferatie van leukocyten. Alle 3 de signalen moeten eerst bereikt zijn om tot IL-2 uitscheiding te komen!! Dus samenvattend: NF-kB via PKC NFAT via Ca2+-calmodulin-calcineurin AP-1 Via RAS en FOS MAPkinase. Immunologische synaps Tijdens APC-T-cel interactie zijn verschillende signaal moleculen op bepaalde plekken aangewezen. PKCѲ, wat voor signalering zorgt, zit altijd midden in de synaps. Eromheen zitten adhesie moleculen, zoals LFA-1, om de twee cellen bij elkaar te houden tot de interactie voorbij is. The B-lymphocyte antigen receptor complex De signaaltransductie pathways zijn vergelijkbaar als die van de T-cel. Ook kan de BCR zelf geen signaal induceren, dit gaat door middel van een co-receptor: Ig-β en Ig-α Deze co-receptoren hebben allebei een ITAM motief aan hun receptor. De signaal transductie bij B-cellen wat door een antigen geïnduceerd wordt gaat op dezelfde manier als T-cellen. Er is echter 1 verschil. - - Het B-receptor complex wordt aan de ITAM motieven gefosforyleerd, door waarschijnlijk een Src-family kinase, waardoor het aantrekkelijk wordt voor SH2 domeinen van de Syk familie kinase. In de T-cel is dit het LAT dat wordt aangetrokken maar bij de B-cel receptor respons is dit dus het SYK. Het gefosforyleerde Syk gaat door met het fosforyleren van PLC-y DAG en [Ca2+]. Het gefosforyleerde PLC-y trekt SLP-65B met btk aan wat Grb2 en SOS activeert en hiermee het RAS en FOS MAPkinase. Uiteindelijk wordt ook hiermee het NFAT, NF-kB en AP-1 geactiveerd en het uitscheiden van IL-2. Aan de BCR zitten ook complement gevoelige co-receptoren die bij binding aan complement de ITAM motieven fosforyleert en zo een B-cel respons kunnen induceren. Complement activatie versterkt dus de B-cel activatie! The attenuation of immune signaling De activatie van lymfocyten moeten goed gereguleerd worden om eigen weefsel beschadiging te voorkomen. Remmende signalen in lymfocyten worden door inhibitie receptoren CTLA-4 met ITIM motieven gemedieerd, maar ook dor E3 ubiquitinerende ligases gemedieerd die bepaalde signaal moleculen ‘marken’ om afgebroken te worden. Inhibitory receptors in NK cells, B cells and T cells Receptoren met ITIM motieven zorgen voor kinase activiteit waarbij fosfatases een belangrijke rol spelen. Wanneer het ITIM motief wordt geactiveerd trekt het Srcfamily kinases aan waardoor een SH2 domein met een tyrosine fosfatase aangetrokken wordt. Het tyrosine fosfatase haalt de fosfaat groepen van ale adaptoreiwitten eraf waardoor de hele signaal pathway stil valt. Een ander voorbeeld is het CTLA-4. Deze receptor heeft een grotere affiniteit voor B7 receptoren. Hierdoor is er geen co-stimulatie meer van CD28 en valt de reactie weg. E3 ubiquitin ligases and the degradation of signaling proteins Het E3 ubiquitine bij TCRs is de Cbl-b. Dit molecuul wordt naar de cel gebracht en gaat aan de CD3, ZAP-70 en andere eiwitten zitten. Het vastplakken van Cbl-b wordt opgemerkt door lysosomen en andere afbrekende stoffen. De eiwitten worden afgebroken en er is geen mogelijkheid meer voor TCR om een signaaltransductie uit te voeren. Cytokine receptors and signaling Cytokine receptor families zijn vaak heterodimeren die ervoor zorgen dat cytokinen hun signalen kunnen doorgeven. De IL-1 familie receptoren lijken erg op PRRs. Cytokine type 1 receptoren Zoals hiernaast te zien zijn er verschillende soorten en maten voor cytokine type 1 receptoren. - De α-receptor unit zorgt voor meer affiniteit. - De IL-4 receptor zit alleen bij Th2 cellen. - Vaak zitten de IL-6 receptoren los van het membraan in de circulatie. Alle Cytokine type 1 receptoren signalering via de JAK/STAT pathway. JAK/STAT signaling De signaal pathway van het JAK/STAT gaat als volgt: - Inactief JAK enzymen worden non-covalent aan een cytoplasmatisch domein gekoppeld. - Als er twee receptor JAK moleculen bij elkaar gebracht worden door binding aan een cytokine, worden de JAKs geactiveerd en fosforyleren de tyrosine kinase aan het domein. - De gefosforyleerde JAKs tyrosine kinasen worden opgemerkt door SH2 domeinen van het STAT, waardoor STAT gefosforyleerd word en er een dimeer gevormd wordt. - De gefosforyleerde STAT gaat richting de kern op promotors zitten om gentranscriptie te Veroorzaken signaalrespons. Hoofdstuk 8 Lymphocyte development and antigen receptor gene rearrangement E.Sietsema Lymfocyten hebben hoge expressie van diverse antigen receptoren die een grote variatie aan nonzelve substanties herkennen. Deze diversiteit is ontstaan tijdens de Lymfocyte maturatie. Overview of lymphocyte development De maturatie van B en T-lymfocyten gebeurd in een paar stappen: - De commitment van progenitor cellen: of het Als B-cel of T-cel uitgroeit. - Proliferatie van progenitoren en immature commited cellen in specifieke vroege stappen van het uitgroei proces. - Sequenties en geordende rearrangement van antigen receptor genen, en de expressie van de antigen receptoren. - Selectie dat de cellen behoud die de juiste receptor maken en elimineert welke een receptor maakt die ook eigen cellen herkent. - Differentiatie van B en T-cellen in functionele subpopulaties. B-cellen: marginale zone, folliculair, B1 B-cellen. T-cellen: CD4+ en CD8+ T-cellen • • • Elke individuele lymfocyt (B of T cel) heeft een unieke antigeen-receptor (Ig of TCR) Om alle antigenen te kunnen herkennen worden er miljoenen verschillende lymfocyten elke dag opnieuw aangemaakt. Het repertoire van verschillende antigeen-receptoren = het repertoire van verschillende lymfocyten. Selection processes that shape the B and T lymphocyte repertoires Pre-antigen receptoren en antigen receptoren geven signalen om rijpende lymfocyten te laten overleven en verder te laten gaan met uitrijpen. De 1e checkpoint: Antigen receptor genherschikking gebeurd tijdens het openen van bepaalde receptor gen locussen (TCR in T-cel en Ig in B-cel) en het toevoegen van DNA segmenten in de locus om een goed functionerende antigen receptor te produceren. Tijdens dit proces worden DNA-basen willekeurig toegevoegd of verwijderd om een nog grotere variatie van receptoren te krijgen. - In B-cellen is dit eerst de Heavy-chain van het Ig. - In αβT-cellen is dit eerst de β chain die als eerst wordt herschikt. Als dit proces goed verloopt zal de pre-B/T cel met antigen receptor expressie door uitrijpen. Als dit proces niet goed verloopt en er komt een verkeerde herschikking in de receptoren dan krijgt de B/T-cel geen overlevingssignalen meer (positieve selectie) en gaat het in geprogrammeerde celdood (apoptose). De 2e checkpoint: De lymfocyten die de eerste checkpoint overleeft hebben groeien door maar zijn nog steeds niet rijp (mature). Deze lymfocyten laten nu het gehele antigen receptor tot expressie komen en worden getest op herkenning van eigen structuren. Als de lymfocyten eigen structuren herkennen en er sterk op reageren, worden deze lymfocyten in apoptose gejaagd of krijgen nog de kans om hun receptor te herschikken (isotype switchen). Als ze geen reactie op eigen structuren geven gaan ze door vanwege negatieve selectie. Positieve selectie bij T-cellen: De T-cel krijgt overlevingsstoffen zodat het verder uit kan groeien. De Tcel moet het juiste eigen MHC moleculen herkennen met de juiste CD4+ of CD8+ co-receptor op de T-cel. Als ze hierdoor zijn kunnen de T-cellen, juiste antigen presentatie herkennen en reageren. Positieve selectie bij B-cellen: Alleen B cellen met een functioneel Ig molecuul overleven het rijpings proces (onduidelijk of de specificiteit hierbij is betrokken) Negatieve selectie(kan pas na positieve selectie): het proces waarbij B en T-cellen sterk reageren op eigen antigenen. - T-cellen die sterk reageren op eigen antigenen gaan in apoptose en dit heet clonale deletie. - B-cellen die sterk reageren op eigen antigenen krijgen nog de kans om hun receptor te bewerken, dit heet receptor editing. Als dit niet lukt gaan ze alsnog in apoptose wat ook clonale deletie heet. Rearrangement of antigen receptor genes in B and T lymphocytes De genen die coderen voor diverse antigen receptoren van B en T lymfocyten worden verkregen door het DNA herschikken van verschillende variabele (V) regionen in het gen segment met diversiteit (D) en joining (J) gen segmenten. Het fuseren van V gen segmenten met verderop gelegen gen segmenten in het chromosoom heet V(D)J recombinatie. Germline organization of Ig and TCR genes De kiemlijn organisatie van een Ig en TCR gen locus zijn fundamenteel gelijk en is gekarakteriseerd door ruimtelijke segregatie van meerdere segmenten die coderen voor variabele en constante domeinen van receptor eiwitten. Variabele regio sequenties zijn verbonden aan constante regio sequenties in verschillende lymfocyten. Organization of Ig gene loci 3 verschillende loci coderen voor de Ig heavy chains, Ig κ-light chain en de Ig λ-light chain. Elke locus zit op een verschillend chromosoom. - Heavy chain locus zit op chromosoom 14. - κ-Light chain locus zit op chromosoom 2. - λ-Light chain locus zit op chromosoom 22. In de humane locus zitten meerdere V-segmenten: - H-chain: ongeveer 100 V-genen. - κ-L-chain : ongeveer 35 V-genen. - λ-L-chain : ongeveer 30 V-genen. Aan de 5’ kant van de V-segmenten is een leider exon (L) wat codeert voor een hydrofobe signaal sequentie dat zorgt dat de polypeptiden getransleerd worden door ribosomen in het ER. Hier worden signaal sequenties er snel afgehaald. Naast elke leider exon zit een V-gen promoter wat vertelt dat daar transcriptie plaats kan vinden. Dit gebeurt het efficiënts na gen recombinatie. Aan de 3’ kant van de V-segmenten zitten verschillende J-segmenten die vlak naast constante exonen gelegen zijn. Tussen de V en J-segmenten op de Heavy chain Ig zitten de D-segmenten. In de light-chain codeert maar 1 exon voor het constante domein terwijl de heavy-chain 3 tot 4 exonen heeft dat voor het constante domein codeert. Twee kleinere exonen coderen voor C-terminale eindes dat in het membraan zit van elk Ig receptor. In de L-chain is het V-domein gecodeerd door V en J gen segmenten. In de H-chain is het V-domein gecodeerd door V, D en J gen segmenten. Organization of TCR gene loci De genen die coderen voor de TCR-α chain, TCR-β chain en de TCR-у chain zitten op 3 verschillende loci en op 3 verschillende chromosomen. De TCR-δ chain locus zit binnen de TCR-α chain locus (zie plaatje). - TCR-α chain: zit op chromosoom 14 - TCR-β chain: zit op chromosoom 7 - TCR-у chain: zit op chromosoom 7 - TCR-δ chain: zit op chromosoom 14 Net als bij de Ig gen locussen zitten bij de TCR locussen ook aan de 5’ kant V-segmenten met een leider (signaal peptide) ervoor voor gen translatie in het ER. Ook naast de leider zit een promoter dat zorgt voor de transcriptie van het V-segment. Ook net als in Ig loci zit aan de 3’zijde van J segmenten regionale C-genen. Hiervan zijn er twee in elk mens bij TCR-β (Cβ) en TCR-y (Cy). Bij TCR-α en TCR-δ is maar één C-gen, Cα en Cδ. Elk C-regio bestaat uit 4 exonen die coderen voor: - extracellulaire regio Ig-achtige domeinen. - een kort scharnierachtige structuur. - het transmembrane gedeelte voor de receptor. - de cytosolische staart intracellulair. De TCR-β en de TCR-δ chain werken als de heavy chain bij T-cellen en bevatten D-segmenten tussen de V en Jsegmenten. Het V domein is gecodeerd door V,D en J exonen. De TCR-α en TCR-у werken als de light chain, waarbij het V domein gecodeerd is door V en J exonen. V(D)J recombinatie Functionele antigen receptor genen kunnen alleen gemaakt worden ( gen herschikking) in ontwikkelende B/T lymfocyten. In het DNA van een non-lymfocyte cel in de lever is er heel veel ruimte tussen bepaalde V en J-segmenten. In het DNA profiel van een B-lymfocyt is te zien dat V-segmenten met J segmenten aan elkaar zijn gefuseerd, gejoined. Bij B-cellen zitten ze beide op de 3 Kb plek en in de lever verschilt het. Het proces van V(D)J recombinatie bij of een Ig of een TCR selecteert een V-segment, J-segment en D-segment (bij de Hchain en TCR-β en TCR-δ) in lymfocyten. Samen vormen deze segmenten via herschikking een VDJ-exon wat codeert voor het variabele deel op de receptor. Eerst gaan de D-segmenten en de J-segmenten met elkaar joinen, vervolgens joint het V-segment met het gefuseerde DJ-segment. In de light chain ( bij TCR-α en y) vormen willekeurig de V-segmenten samen met willekeurige Jsegmenten het VJ-exon, omdat hier geen D-segmenten aanwezig zijn. Elke herschikking heeft bepaalde stappen voordat het gebeurt: - Eerst moet het chromatine open gemaakt worden op specifieke regionen zodat gen segmenten open staan voor enzymen die recombinatie mediëren. - 2 geselecteerde gen segmenten met een bepaalde afstand van elkaar moeten vervolgens naast elkaar gebracht worden. - Dubbelstrengse breuken worden gemaakt en op de plekken die ze willen weer aan elkaar gemaakt zodat er een uniek antigenreceptor gemakt kan worden. RNA-splicing zorgt er voor dat de leider exon samen met het VDJ exon en de C regio exonen samen een mRNA vormt dat getransleerd kan worden tot een chain van de antigen receptor. Recognition signals that drive V(D)J recombination Factoren die V(D)J recombinatie mediëren herkennen bepaalde DNA sequenties aan de 5’ kant van Vsegmenten, de 3’ kant van J-segmenten en flankeren beide kanten van D-segmenten. Deze DNA sequenties heten recombinatie signaal sequenties (RSS). RSSs bestaan uit een heptameer (met 7 nucleotiden) en een nonameer wat AT rijk is! (met 9 nucleotiden). Tussen deze RSSs zitten 12 baseparen of 23 baseparen (spacers). Deze spacers coderen voor een één of twee DNA helixen. Tijdens V(D)J recombinatie breekt het dubbelstrengs DNA tussen het heptameer en het aanliggende V,D of J-segment. Deze breuken worden gemaakt bij V-segmenten aan de 3’ zijde en bij J-segmenten aan de 5’ zijde (zie plaatje B). De RSS met hun heptameren worden verwijderd in een vorm van een cirkel. Dit heet deletie. De V en J-segment einden zijn aan elkaar gejoined en liggen nu naast elkaar. Wanneer de RSS van V en J-segmenten niet naar elkaar toe staan is er een ander proces nodig voor V(D)J recombinatie. Dit gebeurt voornamelijk in de Ig-k locus. De V en J exonen worden naar elkaar toe gevouwen waarbij de RSS niet worden geëlimineerd maar erin worden gevoegd. Dit proces heet inversie. Recombinatie tussen twee segmenten kan alleen gebeuren als 1 van de segmenten geflankeerd wordt door een RSS met 12bp, en als het andere segment geflankeerd wordt door een RSS met 23bp. Dit heet de 12/23 regel. In de heavy chain liggen tussen de RSS voor V en J-segmenten voor allebei 23bp. Tussen D segmenten is aan beide kanten geflankeerd foor 12bp, vandaar de VDJ-recombinatie in heavy chains. The mechanism of V(D)J recombination VDJ-recombinatie gebeurd in verschillende stappen: 1.Synapsis Twee geselecteerde segmenten met hun RSS worden samen gebracht door een ‘looping’ formatie en worden in positie gehouden zodat er cleavage, processing en joining plaats kan vinden. 2. Cleavage Dubbelstrengs breuken worden via enzymen gemaakt aan de RSS gecodeerde sequentie junctions door een lymfoïd specifiek mechanisme. Recombinatie-activerend gen 1 en 2 (Rag-1/2) vormen een complex dat de RSS en de segmenten afknipt. Hierdoor zal er een cirkel met twee heptameer en 2 nonameren afkleven. Dit heet cleavage. - Rag-1 en Rag-2 houden de gen segmenten bij elkaar tijden synapsis. - Rag-1 maakt vervolgens een knik tussen het heptameer en het V/J-segment. - Het losse 3’ OH van het coderende streng reageert met een fosfodiester aan de andere streng. Zo ontstaat een hairpin. 3. Hairpin opening en einde processing Na de formatie van dubbelstrengse breuken aan de coderende eindes gaan de hairpins open en worden er extra basen toegevoegd wat meespeelt in de receptor antigen diversiteit. Artemis is een endonuclease dat de hairpins openbreekt . Vervolgens zal een lymfoïd specifiek enzym TdT (terminal deoxynucleotidyl transferase) ervoor zorgen dat er basen aan de streng wordt toegevoegd. 4. Joining De gebroken coderende eindes worden weer aan elkaar gerepareerd door DNA-afhankelijke eiwit kinases (DNAPK). DNA-PK is een DNA reparerend enzym en wordt gerekruteerd door Ku70 en Ku80 die de eindes ubiquiteneren. Generation of diversity in B and T cells De enorme diversiteit van B en T-cel repertoires wordt gemaakt door willekeurige combinaties van germline gen segmenten die bij elkaar komen, maar ook door willekeurige additie en deletie van sequenties bij de junctions tussen segmenten die fuseren. Combinatie diversiteit: Willekeurige combinatie tussen V(D)J recombinanten zorgt voor meerdere germline gene segmenten zijn die weer willekeurig combineren. Verschillende combinaties in gen segmenten zorgt voor verschillende antigen receptoren. Junctionale diversiteit: De grootste contributie aan diversiteit wordt gedaan door de willekeurige additie en deletie van nucleotiden bij de juncties. Artemis breekt de hairpin open waardoor de ene DNA streng langer is als de andere. De verkorte streng moet nucleotiden toevoegen voordat de strengen weer aan elkaar komen. Deze nucleotiden heten de P-nucleotiden. Vervolgens worden nog eens random baseparen aangebracht zodat er nog meer diversiteit kan komen. Deze nucleotiden heten N-nucleotiden en worden aangebracht door het TdT. N-regio diversiteit is meer gebruikelijk bij de heavy chains ( IgH en TCR-β en TCR-y) B lymphocyte development Tijdens de maturatie van B-lymfocyten komen er verschillende fases waarbij er bij elke fase eigen karakteristieke oppervlakte markers zijn met specifieke patronen van Ig gen expressie. De eerste beenmerg cel is de pro-B cel. - Hebben nog geen Ig op het oppervlak maar beginnen al met productie IgH. - Oppervlakte moleculen CD19 en CD10. - Rag enzymen zorgen hier voor de eerste recombinatie voor de Ig heavy chain. (D-J joining). - Ook wordt hierna de V-DJ joining in het IgH gedaan tijdens de pro-B cel fase. - Het TdT verzorgt ook al in deze fase voor de extra N-nucleotiden. - Het constante gedeelte wordt pas in het RNA gevormd doordat in het DNA er nog intronen tussen zitten. - Eenmaal na transcriptie gaat ook het Cμ aan het VDJ exon zitten en wordt er aan het einde een Poly A staart aan de 3’ zijde aanvast gemaakt. - Het RNA ondergaat splicing en de intronen worden eruit gehaald waarna er transcriptie van de antigen receptor kan volgen. - Als de baseparen niet goed overeen komen voor aantal exonen (3 bp per exon) dan klopt de receptor niet en gaat de cel pro-B cel dood. De Pre-B cel - Heeft de IgH chain op zijn oppervlakte tot expressie, maar nog geen IgL chain. - Maar de IgL chain wordt eerst vervangen door een λ5 eiwit en een variabel pre-B eiwit (pre-BCR). - De combinatie van μ heavy chain en de vervangende light chain eiwitten zorgt voor verhoogde proliferatie van de B-cellen. - Allelische exclusie: Lymfocyten gebruiken maar 1 allel van de antigeen-receptor door onderdrukking van het andere allel zodra er een eiwit van het productieve allel is gevormd. Hierdoor laat elke B-cel maar 1 specifieke receptor tot expressie. Dit gebeurt ook bij de T-cel. - De pre-B cel stimuleert k-light chain recombinatie. - Uiteindelijk aan het einde van de pre-B cel fase zorgt het ervoor dat de vervangende light chains eraf worden gehaald. - Wanneer de recombinatie niet goed verloopt van de light chain zal de cel in apoptose gaan. Immature B cel Na de pre-B cel komt er aan elk ontwikkelde B-cel een herschikte k-light chain gen. Als dit gen klopt komt er een k-lightchain eiwit met de μheavychain wat samen IgM vormt. als de herschikking van k-lightchain niet goed herschikt is en bijv. de recptor wordt zelfreactief, dan gaat de cel de λ-light chain herschikken en wordt zo een IgM gemaakt. Een immature B cel heeft IgM tot expressie op het oppervlak. Verder is er remming op andere vormen van light chain gen herschikking (light chain isotype exclusion). DUS de uitrijping van B-lymfocyen gebeurt volledig in het beenmerg (tijdens de ontogenie in de foetale lever) – stamcel = nog geen teken van B cel commitment – pro B cel = herschikkingen starten – pre B cel = zware keten is klaar (samen met pre B receptor) – Onrijpe B cel = IgM klaar – Rijpe B cel = IgM en IgD klaar • Positieve en negatieve selectie van B cellen vindt plaats in het beenmerg. • IgM (Cμ-heavy chain) en IgD (Cδ-heavy chain) worden samen tot expressie gebracht op dezelfde cel door alternatieve splicing van een mRNA molecuul. • Andere isotypen (IgG subklassen, IgA, IgE) gebeurt door middel van isotype switching na B cel activatie en negatieve selectie. • • • Positieve selectie = alleen B cellen met een functioneel Ig molecuul overleven rijpings proces (onduidelijk of de specificiteit hierbij is betrokken) Negatieve selectie = Onrijpe B cellen die zelf-antigenen herkennen met een hoge affiniteit krijgen een apoptose signaal Receptor editing = ontsnappingsroute voor zelf-reactieve onrijpe B cellen door opnieuw maken nieuwe lichte keten. Maturation of T lymphocytes Pro-T cellen ontwikkelen in het beenmerg en migreren dan naar de thymus. In de cortex van de thymus start de genherschikkingen van TCR genen. Start van expressie van zowel CD4+ als CD8+ (dubbel positieve thymocyten). Positieve en negatieve selectie resulteert in ofwel CD4+ (helper T cel) of CD8+ (cytotoxische T cellen) positieve cellen. De cellen die dubbel negatief blijven, dus de CD4-CD8- cellen, zijn de yδ T cellen. Genherschikking tijdens de maturatie gaat via dezelfde mechanismen als bij B cellen. Twee sets van TCR genen: - α en β TCR (95% T cellen) - y en δ TCR (5% T cellen) δ locus ligt binnen het α locus en die sluiten elkaar uit. De y,δ herschikking gebeurt eerder dan die van de α en β TCR. De functie van y,δ TCR cellen is nog steeds onduidelijk. Double-negative thymocytes Pro-T cellen laten geen CD4 en ook geen CD8 tot expressie komen op hun celoppervlak. Ze zijn dus CD4-CD8- dubbel negatief. Maar meer dan 90 % van deze dubbel negatieve thymocytenzullen door de thymische selectie komen als CD8+ of CD4+ T-lymfocyt. Rag-1 en Rag-2 zijn voor het eerst tot expressie gekomen in de Pro-T fase. Zij zijn nodig om de TCR genen te herschikken. Eerst worden de Dβ met de Jβ met elkaar gefuseerd. Bij de overgang van pro-T cel naar Pre-T cel word Vβ met de DβJβ gefuseerd. Zoals hiernaast te zien, liggen de C-constante segmenten naast elk J-segment. Als bijv. met een Jβ2 segment gejoined wordt met een Dβ2 segment, dan zullen de Jβ1 en Cβ1 segmenten gedelete worden. Tijdens het RNA-processing proces zal er een poly-AAA staart aanvast gemaakt worden en kan de TCR-β chain getranslateerd worden als eiwit antigen receptor. Dit is dus alleen nog maar de heavy chain. Pre-T cel receptor In de Pre-T cel fase is de heavy chain van de TCR, de TCR-β-chain, gevormd en wordt er in de Pre-T cel fase, net als in de pre-B cel fase een vervangende ‘light chain (Pre-TCRα) aan toegevoegd met de volgende effecten: - Inhibitie van de β-chain genen (allelische exclusie). - Stimuleren tot proliferatie van pre-T cellen. - De dubbel-negatieve expressie omzetten in dubbel positieve expressie (dus CD8+CD4+). - De α-chain recombinatie wordt in gang gezet door een tweede golf Rag enzymen. - Uiteindelijk wordt de Pre-TCRα erafgekoppeld en is de PreT-cel een Double-positive T cel. - Niet goed gebonden Heavy chain apoptosis - Geen goede combi heavy, light chain geen herkenning zelfpeptide celdood (death by neglect). Double-positive thymocytes De dubbel-positieve thymocyten hebben zowel CD4 als CD8 tot expressie op het celoppervlak. Dit is noodzakelijk voor bepaalde selectie, (hebben we het straks over). De TCR-αβ-heterodimeer wordt gevormd in de dubbel-positieve populatie, meteen na de checkpoint in de pre-T cellen. Dubbel positieve cellen die succesvol door de selectie komen gaan verder rijpen in CD4+ T cellen of CD8+ T cellen. Deze enkelpositieve T cellen gaan naar de medulla van de thymus en verlaten het om naar perifere lymfoïde organen te gaan. Selection processes in the maturation of MHC-restricted αβ T cells De selectie van ontwikkelende T cellen is afhankelijk van herkenning van antigen aan MHCcomplexen. Hierbij worden de cellen die je kan gebruiken geselecteerd tegen de potentieël gevaarlijke cellen. Meteen als het gehele TCR αβ op het oppervlak tot expressie komt, komt de dubbel-positieve T-cel MHC moleculen tegen met zelf antigen (positieve selectie). Sterke herkenning zelf antigen goede T-cel mag doorrijpen. Slechte herkenning zelf antigen gevaarlijke T-cel death by neglect, celdood. Positieve selectie Tegelijkertijd worden de cellen CD4+ of CD8+, doordat ze of MHC-I(CD8+) of MHC-II(CD4+) herkennen met zelfpeptide. Na dubbel positieve selectie is er een CD4highCD8low status. Dit wil zeggen dat als er een MHC-I restricted antigen gepresenteerd wordt dat er een zwakke herkenning is van CD8 waardoor CD4 onderdrukt moet worden. Dit gebeurd door de transcriptie factor Runx3. Zo ontstaat toch een CD8+ T cel. Er zijn heel veel dubbel positieve T cellen die niets herkennen en daardoor gaan de meeste gewoon in apoptose. Negatieve selectie in de thymus: centrale tolerantie Thymocyten wiens receptor toch met grote affiniteit MHC complexen met zelf antigenen herkennen worden in apoptose gebracht, of ze worden gedifferentieerd naar regulatoire T-cellen. Experimenteel bewijs voor selectie in de thymus Transgene muizen zijn gemaakt waardoor het maar 1 T-cel receptor heeft. Deze kan alleen hechten aan H-2Db. Aan dit H-2Db kan alleen maar binden aan een Y-chromosomaal zelfpeptide (dus alleen in mannelijke muizen). Als positieve selectie plaatsvindt, moet het H-2Db aanwezig zijn. Voor negatieve selectie moet het het H-Y zelfpeptide gebonden zijn. Alleen bij vrouwelijke H-2Db komt er positieve selectie, maar geen negatieve selectie. Dus worden er effector T-cellen gerijpt. Een vrouwtje of mannetje met geen H-2Db heeft geen positieve selectie, dus gaat deze al in apoptose. Hoofstuk 9 Activation of T lymphocytes E. Sietsema Overview of T-lymphocyte activation De activatie van naïeve T-lymfocyten gebeurt voornamelijk in de secundaire lymfe organen. Waar deze cellen normaal doorheen circuleren (H2). In de Thymus worden T-cellen gerijpt en gaan ze als naïeve T-cel door de ciculatie. In de secundaire lymfoïde organen komen naïeve T-lymfocyten in bepaalde zones APCs tegen met presenterend antigen. Ze komen naar elkaar toe doordat ze dezelfde chemokine receptoren hebben, waardoor APCs naar de T-zones rekruteren. Herkenning van antigen en andere activatie stimuli zorgt voor verschillende reacties: - cytokine secretie van T-cellen. - proliferatie antigen specifieke lymfocyten (clonal expansion). - differentiatie van naïeve T-cellen naar effector en geheugen T-lymfocyten. In de lymfoïde organen worden naïeve T-cellen geactiveerd en worden ze effector T-cellen. Maar al gedifferentieërde effector T-cellen herkennen de antigenen ook in de lymfoïde organen en zijn geactiveerd om hun functie uit te oefenen (eliminatie microben, ontsteking en aanbrengen van weefselschade. Naïeve T-cellen worden voornamelijk in de lymfoïde organen geactiveerd, maar effector T-cellen kunnen in elk weefseltype geactiveerd worden. CD4+ T-lymfocyten hebben membraan moleculen die cytokine uitscheiden waardoor een macrofaag activeert om opgenomen microben te fagocyteren (license to kill). Geheugen T-cellen worden gemaakt bij T-cel activatie en zijn langlevende cellen met een versterkte en snellere respons op secundair geïnfecteerd antigen. Wanneer het antigen is opgeruimd, krijgt de effector T-cel niet meer de benodigde cytokines, die het kreeg van het antigen en de co-stimulatoire receptoren van APCs. Het gevolg is dat de antigen geactiveerde effector T-cellen in apoptose gaat. Signals for T lymphocyte activation De proliferatie en differentiatie van T-lymfocyten hebben 3 signalen nodig voor de juiste uitrijping van T-lymfocyten. Maar eerst gaan we het hebben over hoe naïeve T-lymfocyten worden geactiveerd. De proliferatie en differentiatie van naïeve T-cellen hebben twee signalen nodig. - signaal 1: MHC + antigen (antigeen specifiek) - signaal 2: co-stimulatoren. (B7/CD28) Wanneer er geen co-stimulatoren aanwezig zijn, gaat de naïeve T-cel in apoptose OF gaat in een toestand dat anergy heet. Tcellen in een anergische toestand kunnen nooit meer reageren op antigenen en de functie hiervan is nog onduidelijk. Als er wel costimulatie komt door B7 op de dendritische cel, dat bindt met CD28 op de T-cel, worden er cytokines uitgescheden (IL12, IL-2) waardoor de T-cel kan overleven en gaat prolifereren en differentiëren. The B7:CD28 family of costimulators B7 moleculen komen voornamelijk tot expressie op APCs, macrofagen en B-lymfocyten. Ze worden geïnduceerd door verschillende stimuli: - microbiale producten herkent door Toll-like receptoren. - IFN-y (gemaakt tijdens aangeboren immuunsysteem). Dus een goed voorbeeld hoe het aangeboren immuunsysteem ook het adaptief immuunsysteem kan versterken. Geactiveerde T-cellen laten CD40L tot expressie komen die binden aan CD40 receptor op de APC wat signalen geeft zodat er meer B7 tot expressie komt en meer IL-12 cytokines uit worden gescheden wat samen zorgt voor een versterkte respons. Costimulatie versterkt: - overleving - proliferatie (celdeling) - differentiatie van naieve Th cells Differentiatie: het verkrijgen van een specifiek (functioneel) fenotype (Th1/Th2/Th17 of geheugencel). In totaal krijgt de T cel maximaal 3 verschillende signalen van de DC: Signaal 1 – TCR/MHC+peptide interactie Signaal 2 – Costimulatie (CD28/B7) Signaal 3 – cytokines Signaal 3 bepaalt het fenotype van de effector T cel na differentiatie. Therapeutic costimulory blockade Het CTLA-4-Ig is een CTLA-4 receptor met een Fc gedeelte van een IgG, die samen de B7 moleculen van een APC blokkeert voor interactie met CD28. CTLA-4 heeft meer affiniteit voor de B7 receptor dan CD28. CTLA-4 speelt ook een belangrijke rol bij tolerantie van geactiveerde T-cellen (H14). Changes in surface molecules during T cell activation Na activatie zijn er veranderingen in expressie van oppervlakte molecule. Dit verloop gaat over CD4+ helper T lymfocyten: - IL-2 komt eerst veel tot expressie totdat de receptor er is want dan gaat de cel prolifereren. - CD69 zorgt ervoor dat S1PR1 minder tot expressie komt en daardoor kan de cel de lymfoide organen niet meer uit. - De IL-2 receptor (IL-2R) komt tot expressie waardoor de lymfocyt met het IL-2 dat er al is gaat prolifereren. - CD40L is de laatste die zorgt voor meer expressie van B7 en zorgt er voor dat er meer cytokines door de APC wordt uitgescheden. Hierdoor kan de T-helper lymfocyt zijn echte helper functie krijgen (Th1, Th2, Th17) meer proliferatie en differentiatie. IL-2 secretion and IL-2 expression IL-2 is een groei, overlevings- en differentiatie factor voor T-lymfocyten en spelt een enorme rol in de regulatie van T-cel response. CD4+ T-cellen scheiden IL2 voornamelijk uit, maar IL-2 werkt wel autocrien. De T-cellen maken IL-2 dat ze zelf weer gebruiken. Bij naïeve T-cellen zit de receptor voor IL-2 nog niet in de juiste vorm. Het IL-2Rβyc heeft lage affiniteit voor het IL-2. Bij de activatie van naïeve CD4+ en CD8+ Tcellen komt de α-keten van de IL2 receptor tot expressie en is de IL-2Rβycα compleet en is de affiniteit gelijk verbeterd voor IL-2. Door binding aan het IL-2R door IL-2 komt er een geïnduceerde T-cel proliferatie. Functions of IL-2 IL-2 is interessant omdat het een kritieke rol speelt in zowel het promoten van een T-respons als het reguleren hiervan. - IL-2 stimuleert overleving, proliferatie en differentiatie van antigen geactiveerde T-cellen. - IL-2 is nodig voor de overleving van regulatoire T-cellen welke immuunresponsen onderdrukt. Regulatoire T-cellen maken zelf geen IL-2 aan. Clonal expansion of T cells Door IL-2 zal er clonale expansie zijn waarbij geheugen lymfocyten en effector lymfocyten gemaakt worden. Na een infectie gaan de effector lymfocyten in apoptose, maar de geheugen T-cellen blijven leven. Deze geheugencellen zorgen ervoor dat je een lange tijd snel kunt reageren op een volgende infectie van het zelfde antigen. Hierdoor ben je sneller weer beter, meestal voel je niet eens dat je weer ziek bent. Differentiation of CD4+ T cells into Th1, Th2 and Th17 effector cells Effector CD4+ T-cellen zijn gekarakteriseerd door het uitscheiden van cytokines om andere cellen (B-lymfocyten,macrofagen) te activeren. Naïeve CD4+ T-cellen scheiden voornamelijk IL-2 uit voor proliferatie en overleving. Er zijn 3 soorten TH cellen met elk hun eigen respons. Want bij elke soort afweer is een eigen Th. De verschillen in de Th cel sub-units zijn de cytokines die ze uitscheiden. Hierboven is te zien welke type T helper cel welke cytokines uitscheidt. En tegen welke soorten van infecties. - Th1: scheidt IFN-y uit macrofaag activatie en IgG productie tegen intracellulaire microbes (in de vesicles van macrofagen). - Th2: scheidt IL-4, IL-5 en IL-13 uit Mest cel en eosinofiele cel tegen wormen en parasieten. activatie en Productie IgE - Th17: scheidt IL-17 en IL-22 uit Neutrofiel en monocyte ontsteking tegen extracellulaire bacteriën en schimmels. Signaal 3: de cytokines verkregen van de APC bepaalt het fenotype van de effector T cel na differentiatie: - IL-12 Th1. - IL-4 Th2. - IL-6+TGFβ Th17. - TGFβ adaptieve regulatoire T cell. Cytokine receptoren worden tijdens T cel differentiatie tot expressie gebracht om gevoelig te zijn voor de cytokines. Transcriptiefactoren induceren een blijvende epigenetische verandering in de genen van bepalende cytokines. Gedurende differentiatie scheiden Th cellen bepaalde cytokines uit die de differentiatie van naieve Th cellen tot andere Th cel subsets tegengaan en die de activiteit van effector T cellen van 22 andere Th subsets (fenotypes) onderdrukken. Th1 differentiation Th1 wordt gevormd door de cytokine IL-12 verkregen van de dendritische cel of IFN-y verkregen van de NKC. Het IL-12 gaat aan de STAT-4 zitten waardoor IFN-y wordt uitgescheden. Het IFN-y bindt aan STAT-1 wat een signaal door geeft aan T-bet. T-bet zorgt voor de epigenetische verandering zodat de cel altijd een Th1 cel blijft. Uiteindelijk zorgt de uitscheiding van IFN-y ervoor dat macrofagen geactiveerd worden en dat er antilichamen worden geproduceert. Th2 differentiation Th2 wordt gevormd door het cytokine IL-4 dat verkregen wordt van mestcellen of eosinofielen. Doordat Th2 zelf IL-4 maakt stimuleert hij zichzelf ook extra (autocrien). Het IL-4 bindt aan STAT-6 wat zorgt voor meer uitscheiding van IL-4, IL-5 en IL-13. Het GATA-3 zorgt ervoor, net als T-bet, dat de cel alleen nog maar een Th2 cel kan blijven zijn. De uitgescheden cytokines zorgen voor de volgende functies: - IL-4 IgE productie. - IL-5 Eosinofiele activatie - IL-13 secretie op mucosaal niveau. Th17 differentiation De ontwikkeling van Th17 cellen is gestimuleerd door IL-6 en TGF-β als respons tegen bacteriën en schimmels extracellulair. Het IL-6 stimuleert STAT-3 waardoor IL-21 uit wordt gescheden. Het RORyt wordt door TGF-β gestimuleerd en hierdoor worden alle Th1 en Th2 genen onderdrukt. De cel blijft een Th17 lymfocyt en scheidt de volgende cytokinen uit met hun functie: - IL-17 pro-inflammatoire. - IL-22 barrière functie. Differentiation of CD8+ T cells into cytotoxic T lymphocytes De volledige activatie van naïeve CD8+T cellen en de differentiatie naar CTLs en geheugen cellen heeft soms de hulp nodig van CD4+ helper cellen. Dit is niet nodig als de APCs direct geïnfecteerd zijn of als er cross-presentatie plaats gevonden heeft. Gebeurd wel als er een virale infectie is of bij orgaan transplantaties. De CD4+ helper T cel zorgt voor cytokines die zorgen voor differentiatie van CD8+ naar CTL. Ook kan de CD4+ helper T cel, via CD40L/CD40 binding, ervoor zorgen dat de APC meer costimulatoren tot expressie laat komen waardoor het de differentiatie versterkt naar CTL. Memory T cells Geheugen T cellen hebben ook een eigen fenotype op basis van oppervlakte-eiwitten en functionele eigenschappen (geen costimulatie nodig). Geheugen T cellen houden het fenotype van de oorspronkelijke Th cel respons. Geheugen T cellen kunnen direct uit naïeve T cellen of uit 27 effector T cellen ontstaan. Hoofdstuk 10 Effector mechanisms of cell-mediated immunity E. Sietsema Types of cell-mediated immune reactions Effector CD4+ T-cellen linken specifieke herkenning van microbe aan de activatie van bepaalde leukocyten. - Th1 cellen activeren macrofagen extracellulair. - Th2 cellen rekruteren eosinofielen en activeren deze intracellulair. - Th17 reactie komen voornamelijk door neutrofielen als extracellulaire bacterie niet goed is verwerkt. Geeft veel weefselschade (GEVAARLIJK). Deze samenwerking tussen T-lymfocyten en leukocyten vormt een goed beeld van de samenwerking tussen adaptief en aangeboren systeem. De reactie tegen microben die intracellulair in het cytoplasma delen, wordt gemedieerd door CD8+ cytotoxische T-cellen. Deze cellen doden de geïnfecteerde cel en elimineren de infectie plaatsen. Pas wanneer alle signaal transductie pathways (NFAT, AP-1, NF-kB) zijn geactiveerd wordt er IL-2 uitgescheden en kan de T-lymfocyt prolifereren. Hierna krijgt het de cytokines (signaal 3, H9) om geactiveerd te worden tot een effector cel. Deze cytokines worden afgegeven door de APC die in het weefsel gezeten heeft. Dit gebeurt in de lymfeklier. Migration of effector T lymphocytes to sites of infection Wanneer een naïeve T-lymfocyt geactiveerd wordt, zullen de chemokine receptoren CCR7 minder tot expressie komen. De S1PR1 receptoren zullen langzaam meer tot expressie komen, waardoor de effector T-cel tijd heeft om te differentiëren en vervolgens uit de lymfeklier kan migreren en in de circulatie kan gaan. Th1 cellen laten andere chemokine receptoren tot expressie komen dan Th2 en Th17 waardoor ze naar de weefsels gaan waar infectie plaatsvindt. Th2 herkent chemokines die hoog tot expressie komen bij een worm infectie. Th17 cellen gaan alleen naar weefsels als de desbetreffende bacterie of schimmel geen chemokines voor Th1 uitscheiden. Als de effector Tcel naar de plek van infectie komt moet het nogmaals geactiveerd worden door antigen+MHC (geen costimulatie), waardoor er meer cytokine uitscheiden en het aantrekkelijker wordt voor meerdere leukocyten. Dit heet Immune inflammatie. T cell recruitment Effector en geheugen T cellen kunnen de circulatie verlaten via postcappilaire endotheliale venules in ontstoken weefsels. Doordat hier veel adhesie moleculen zitten die aan de effector of geheugen T cellen binden. Na extravasatie in postcapillary venules kunnen effector en memory T cellen door het ontstoken weefsel migreren en blijven alleen in het weefsel achter als ze hun specifieke antigeen (in de context van MHC) herkennen. Anders gaan de T cellen weer met de lymfevloeistof uit het weefsel weg. Effector functions of CD4+ helper T cells CD4+ helper T cellen hebben als effector functie dat ze andere cellen activeren om bepaalde microben te elimineren. Dit doen ze door het uitscheiden van cytokinen en door moleculen op hun celoppervlak. De functies van een CD4+ effector cel in cellulaire immuniteit gaat in verschillende stappen: - Rekruteren van andere leukocyten naar de plek van infectie. Dit wordt gedaan door het uitscheiden van chemokines door T-cellen zelf, of door andere cellen in reactie op T-cel cytokines. - Activatie van de gerekruteerde leukocyten. Door de CD40L-CD40 interactie. - Amplificatie voor de respons: macrofagen en CD4+ Th1-cellen activeren elkaar door cytokine uitscheiding. - Downregulatie van de respons Als de ontsteking klaar is komt IL-10 om de activatie van macrofagen stop te zetten. De cellen gaan in apoptose of worden memory T-cellen. Functions of Th1 cells De algemene functie van Th1 cellen is om macrofagen te activeren om microbes op te eten en te doden. Dit komt doordat Th1 het cytokine IFN-y uitscheidt. Andere cytokines zijn TNF en chemokines voor de rekrutatie van andere leukocyten. De productie van IFN-y komt doordat antigen herkent wordt. De productie van IL-12 en IL-18 zorgt ook voor een verhoogde productie van IFN-y door Th1 cellen. De grootste functies van IFN-y zijn: - Zet macrofagen aan tot het doden van gefagocyteerde bacteriën - Versterkt MHC-gemedieerde antigeen presentatie. - Zet B-cellen aan tot productie van complement activerende IgG antilichamen (opsonisatie). CD4+ Th1 cellen activeren macrofagen door contact via CD40L-CD40 binding. Zoals bekend zorgt deze binding voor een verhoging van cytokine uitscheiding waardoor er een betere IFN-y respons komt. De effecten van IFN-y op macrofagen zijn: - Het aanmaken van ROS en NO voor het lyseren van de microbe. - Meer B7 komt tot expressie op de macrofagen waardoor er een betere T-cel activatie is. - Meer TNF en IL-1 zorgt voor leukocyten instroom op de plek van infectie. - Meer IL-12 Zorgt voor Th1 differentiatie en meer IFN-y productie. Klassieke macrofaag activatie route IFN-y stimuleert de macrofaag om ROS en NO te maken + cytokines waardoor de macrofaag gaat fagocyteren en er een ontsteking kan plaatsvinden door het rekruteren van meerdere leukocyten naar de plek van infectie. Het IFN-y inhibeert de alternatieve macrofaag activatie route. Alternatieve macrofaag activatie route IL-4, uitgescheiden door Th2, stimuleert samen met IL-13 de alternatieve route van macrofaag activatie. Hierbij remt het de klassieke route en stimuleren deze cytokines de macrofaag tot het uitscheiden van IL-10 en TGF-β. IL-10 samen met TGF-β zorgen voor antiontstekings process waarbij ontsteking wegvalt.TGF-β zorgt samen met proline polyamines voor weefsel herstel na een ontsteking. Functions of Th2 De functies van Th2 worden gemedieërd door de cytokines IL-4, IL-5 en IL-13. IL-4 heeft belangrijke reacties op verschillende cellen. - IL-4 stimuleert B-cellen voor iso-type switching naar IgE. IgE antilichamen spelen een grote rol bij eosinofiel gemedieerde verdedigingsmechanismen tegen wormen. - IL-4 stimuleert de differentiatie van Th2 cellen en functie door autocriene stimulatie (H9). - IL-4 samen met IL-13 zorgen voor de peristaltiek van het maag-darmstelsel en de secretie van mucus in de longen en het maag-darm stelsel. - IL-4 en IL-13 stimuleren de rekrutatie van leukocyten (voornamelijk eosinofielen) door meer adhesie moleculen en chemokinen tot expressie te laten komen op het endotheel bij infectie plekken. IL-5 is een activator van eosinofielen. IL-5 wordt ook door mestcellen gesecreteerd. IL-5 zorgt ook voor de groei en differentiatie van eosinofiele granulocyten. Functions of Th17 cells Th17 cellen scheiden cytokinen uit die zorgen voor het rekruteren van neutrofiele granulocyten naar de plek van infectie. Th17 produceert verschillende cytokinen waaronder IL-17 en IL-22. - IL-17 zorgt voor de inflammatoire respons. IL-17 zorgt ervoor dat er chemokinen , TNF, IL-1 en IL-6 worden geproduceert. Dit zorgt voor rekrutering van leukocyten naar de infectie plek en de proliferatie hiervan. IL-22 versterkt de weefsel cellen waarbij de barrière functie versterkt wordt. Beide cytokines zorgen voor meer anti-microbiale peptides zodat er meer herkent kan worden op het epitheel oppervlak. Th17 veroorzaakt veel meer weefselschade dan andere Th cellen en is daarom de gevaarlijkste Th cel!! Effector functions of CD8+ cytotoxic T lymphocytes CD8+ CTLs doden intracellulaire microben door geïnfecteerde cellen te doden. CTL-gemedieërde dood gaat in verschillende stappen. Herkenning van antigen en activatie van CTLs De CTL reageert alleen als de CTL MHC-I met antigen gepresenteerd krijgt. Vervolgens moet er samen met de target cel een immunologische synaps gevormd worden met behulp van de adhesie moleculen ICAM-1 dat bindt aan het adhesie molecuul van de CTL, LFA-1. Hierna worden door de synaps granules losgelaten. De CTLs shuttlen secretoire granules met perforin en granzymes naar de synaps,waarmee caspases apoptose in de target cel wordt geïnduceerd. Het is voor de CTL dus een soort komen en gaan waardoor dit proces ook wel de kiss of death genoemd wordt. Er is ook een granule onafhankelijke vorm van apoptose door gebruik van de Fas receptor te activeren met het FasL, wat op het membraan van de CTL zit. Dit proces resulteert ook in de activatie van caspases waardoor de cel van binnen uit wordt afgebroken. Het Fas wordt geactiveerd en caspase-8 initïeert een apoptose reactie waardoor alles wordt afgebroken. De kern gaat als kleine pakketjes door het celmembraan. Apoptose resulteert in verlies van cellulaire integriteit en de vorming van apoptotic bodies die worden gefagocyteerd E. Er wordt geen inflammatie geïnduceerd: er komen geen DAMPs vrij, en dus wordt het aangeboren immuunsysteem niet geactiveerd. Hoofdstuk 11 B cell activation and antibody production E. Sietsema Humorale immuniteit wordt gereguleerd door anti-lichamen geproduceerd door B-cellen in het adaptieve immuunsysteem. B-cellen kunnen geactiveerd worden door antigen of door antigen presentatie via Th- cellen. In beide gevallen worden er antilichamen uitgescheden door de B-cel en binden aan antigenen van extracellulaire bacteriën, virussen en andere microben. Antilichamen neutraliseren en doden deze pathogenen door opsonisatie. General features of humoral immune respons De activatie van B-cellen resulteert in hun proliferatie, clonale expansie, differentiatie wat zorgt voor de generatie van geheugen B-cellen en antilichaam secreterende cellen. Hier wat algemene eigenschappen van de humorale immuun respons - Het type en de hoeveelheid van antilichamen verschilt met name door het soort antigen dat gedood moet worden, of er T-cel afhankelijk is, of het een secundaire infectie is en op welke plek de infectie is. - Reacties tegen antigen eiwitten moeten eerst door de B-cel worden opgenomen en gepresenteerd worden aan Th lymfocyten die dan vervolgens de B-lymfocyt activeert. - Multivalente antigenen, antigenen met steeds herhalende epitopen, hebben geen hulp nodig van T-helper cellen (T-onafhankelijke antigenen). - Er zijn twee soorten geactiveerde B-cellen: Antilichaam producerende Plasma cellen en geheugen B- cellen. - Heavy-chain isotype switching en affiniteit maturatie wordt voornamelijk gezien in de Tafhankelijke humorale immuunrespons. - Primaire en secundaire responsen tegen eiwit antigenen verschillen kwalitatief en Kwantitatief van elkaar. Secundair is veel sterker en duurt langer waarbij uiteindelijk er ook meer geheugen B cellen zullen blijven rondcirculeren. Verschillende subsets van B-cellen reageren anders tegen verschillende antigenen! Folliculaire B-cellen reageren meestal via een T-dependent reactie. Marginale B-cellen in de milt en andere lymfoïde organen herkennen multivalente antigenen, zoals polysacchariden, en reageren via een T-independent reactie. Antigen recognition and antigen-induced B cell activation Om een antilichaam respons te krijgen moeten antigenen herkent worden en getransporteerd worden naar B-cel zones in de lymfoïde organen. B-cellen circuleren door de secundaire lymfoïde organen om antigen tegen te komen. Zij hebben CXCR5 op hun membraan wat een receptor is voor het chemokine CXCL13. Dit zorgt ervoor dat B-cellen naar de bepaalde zones gaan in de lymfoïde organen (folliculaire Bcellen en marginale B-cellen). Antigen kan op verschillende manieren aan naïeve B-cellen gepresenteerd worden. - In de lymfeknoop doordat het antigen in het lymfe zit dat de lymfeknoop draineert en in de follikels komt. - Subcapsulaire sinus macrofagen die antilichaam-antigen complexen herkent en geeft dit complex in de follikels aan de folliculaire B-cellen. - Te grote antigen microben die door DCs worden opgenomen en gegeven in de Follikels aan de folliculaire B-cellen. - Antigenen in immune complexen kunnen binden aan complement receptoren aan de marginale zone B cellen en deze brengen dit naar de folliculaire B-cellen. - Bloed geboren pathogenen worden door plasma dendritische cellen gevangen en in de milt, in de marginale zone gebracht. - Polysaccharide antigenen kunnen gevangen worden genomen door macrofagen in de marginale zone in de milt en aan de B-cellen gegeven worden. Het verschil tussen B en T-lymfocyten antigen herkenning is dat er geen APC aan te pas komt. Activation of B cells by antigens and other signals De activatie van antigen-specifieke B- lymfocyten wordt geïnitieerd door het binden van antigen aan Ig-αβ BCR receptoren. De complement receptor CR2/CD21 bindt aan complement dat een antigen geopsoniseerd heeft. Dit geeft een versterkt signaal aan de BCR dus een grotere activatie. Ook TLR (Toll-like receptoren) werken als co-receptor bij de BCR en bij herkenning van het antigen geven ook zij een versterkt signaal door waardoor er een sterkere activatie komt. Functional responses of B cells to antigens Wanneer een naïeve B-lymfocyt geactiveerd wordt door het krijgen van meerdere BCR signalen door cross-linken (meerdere BCRs actief gemaakt door antigen) van antigen komen er opeens allemaal reacties op het celoppervlak. - Vergrote overleving. - Proliferatie B-cellen. - Vergrote expressie B7 co-stimulatoren. - Vergrote expressie van cytokine receptoren. - Omzetting CXCR5 receptor naar CCR7 receptor. Door de omzetting van CXCR5 naar CCR7 kan de B-cel uit de follikel migreren richting de T-zone. Helper T cell-dependent antibody respons Antilichaam reacties tegen eiwit antigenen hebben herkenning en opname nodig van B-cellen. Vervolgens zal de B-cel een peptide van het antigen presenteren op een MHC-II aan T-helper cellen. Dit leidt tot de samenwerking van de B en T-lymfocyten en het antigen wordt gedood. The sequence of events during T cell-dependent antibody responses Eiwit antigenen worden herkent door specifieke folliculaire/marginale B-cellen en T-lymfocyten in de perifere lymfoïde organen. De antigenen activeren de populaties en ze gaan prolifereren om uiteindelijk een humorale respons te induceren. Het begint met de B-cel die antigen eiwitten herkent, inneemt en presenteert aan de T-helper lymfocyten. Vervolgens gebeuren er een paar dingen wat leidt tot proliferatie en differentiatie van de B-cellen. - Antigen is opgenomen door dendritische cellen, die ook door een microbe zijn geactiveerd, en presenteert antigen + MHC-II aan naïeve T-helper cellen in de T-cel zone van lymfoïde organen. - T-helper cellen worden geactiveerd door signaal 1(MHC-II + antigen) en signaal 2 (B7/CD28). - CD40L wordt door T-helper cellen op het membraan gebracht en chemokine receptoren om migratie te stimuleren. - B-cellen in de follikels worden geactiveerd door vrije antigeen eiwitten (oplosbare vorm). - B-cellen verwerken dit en presenteren een antigen peptide via MHC-II. Ook veranderd hun chemokine receptor CXCR5 naar CCR7 waardoor ze richting de T-cel gebied migreren. - De geactiveerde T-helper cellen en B-cellen hebben interactie, waar de B-cellen activatie krijgen via CD40L en door cytokines en daardoor gaan ze prolifereren en differentiëren. - In de extrafolliculaire zone worden B-cellen foci gevormd in de medulla van de lymfeklier of in de rode pulpa van de milt. Hier prolifereren ze en differentiëren ze. Vervolgens gaan zeIn de follikels met kiemcentrum zitten, waar lang levende plasma cellen heen gaan en nog meer B-cellen prolifereren. Hier gaan de B-cellen iso-type switchen van antilichaam en somatische mutatie. Affiniteits maturatie gebeurt hier ook waardoor er vervolgens antilichaam uitscheidende plasmacellen gevormd worden. Extrafollicular B cell activation Na de interactie van B en T cellen kan de B-cel naar twee locatie gaan. naar de Extra follikel, net buiten een follikel. naar de kiemcentra in de follikels. In de extrafollikel ondergaat de B-cell na CD40L stimulatie isotype switching, somatische hypermutaties van Ig genen, affiniteitsmaturatie. Er wordt minder somatische hypermutatie activiteit gezien in de extrafollikel, en meer in het kiemcentrum. In extrafollikels worden kort levende plasmacellen gemaakt, waarschijnlijk voor het vormen van immuuncomplexen. The germinal center B cell reaction and the function of follicular helper T cells B-cellen stimuleren sommige T-helper cellen om te veranderen in TFH cellen. Deze folliculaire Thelper cellen hebben veel CXCR5 tot expressie waardoor ze in de kiemcentra komen. Geactiveerde B-cellen migreren terug naar de follikels en gaan prolifereren in de kiemcentra. Op een microscopisch plaatje is een ‘dark zone’ en een ‘light zone’ te zien van een kiemcentrum. In de dark zone is de kant waar proliferatie plaatsvindt. Hier zitten de cellen dus erg dicht op elkaar waardoor het donkerder is op het microscopisch plaatje. In de light zone gebeurt de somatische mutatie en affiniteits maturatie waardoor er isotype switching optreedt. Het antilichaam dat de hoogste affiniteit heeft gaat uit de follikel. De rest gaat in apoptose. Dit proces wordt geholpen door TFH-cellen die antigen presenteren en geven de signalen door aan de isotypes Ig B-celreceptoren. Memort B-cellen en lang levende anti-lichaam uitscheidende plasma cellen worden gedifferentiëerd en migreren uit de follikel. Iso-type switching, het vervangen van immuunglobulines van de BCR gebeurt het eerst in de extrafolliculaire foci door binding aan de CD40L van de extrafolliculaire T-helper cel. Ook gebeurt het in de kiemcentra van follikels door de T-follikel helper cellen (TFH). Door dit isotype switching is de Bcel goed om vele antigenen te kunnen doden en herkennen. Isotype switching wordt geïnduceerd door cytokines die het krijgt via de CD40L van de T-helper cel. IFN-y IgG subklassen voor Fc receptor voor fagocytose. IL-4 IgE worm immuniteit, mestcel degranulatie. IgM is altijd aanwezig bij B-cellen. TGF-β IgA mucosaal weefsel. Isotype switching geburd door alternatieve splicing van immunoglobuline genen. DUS: CD40 signalering werkt samen met cytokines om isotype switching te veroorzaken. CD40 induceert de activatie van het enzym AID. Dit enzym is cruciaal voor zowel isotype switching als somatische hypermutatie. Het moleculaire mechanisme van isotype switching heet ook wel switch recombination. Dit komt doordat het VDJ exon met zijn Cμ regio (IgM) switch met een ander C-regio. Hierdoor komt er een andere heavy-chain en dus een ander isotype Ig. De DNA recombinatie gebruikt bepaalde switch regio’s die gevonden kunnen worden tussen de J en C segmenten, aan de 5’ kant van elk C-heavy chain locus. (zelfde proces als VDJ recombinatie, H8) Het AID is het belangrijkste enzym voor isotype switching. Het AID wordt voornamelijk door de CD40L geactiveerd. Het enzym zorgt ervoor dat alle C-residuen veranderen in een U-residu in de Cμregio. Vervolgens zal het UNG ervoor zorgen dat de U-nucleotiden uit de DNA streng verwijderd worden, aangezien U alleen in RNA kan zitten. Door deze breuken in het DNA wordt het gedeelte verwijderd en zal het plakken aan de volgende C-regionen. Affinity maturation: somatic mutation of Ig genes and selection of high-affinity B cells Ook tijdens affiniteitsmaturatie is het AID gen betrokken. Voor affiniteits maturatie is ten eerste een Th-cel nodig en CD40:CD40L interactie. Affiniteitsmaturatie is de selectie op receptoren op B-cellen die de hoogste affiniteit hebben op antigen. In de kiemcentra waar B-cellen prolifereren (dark zone) krijgen de V-genen van de BCR punt mutaties op hoge basis. Dit heet ook wel somatische hypermutatie. De aanwezigheid van deze mutaties duidt op grotere affiniteit van receptoren. Het AID zorgt voor de omzetting van C naar U, maar hier gaat de U terug naar een T. Het AID zorgt dus voor gereguleerde puntmutaties in het V-gen. Hoe meer mutaties, des te hoger de affiniteit voor antigen. De B-cellen met de hoogste affiniteit voor antigenen gaan de follikel uit en de rest gaat in apoptose. B cell differentiation into antibody-secreting plasma cells Wanneer een antilichaam uitgescheden wordt door plasma cellen komt dit door het wegvallen van molecule die op het membraan binden. Deze vallen weg en het desbetreffende Ig molecuul wordt uitgescheden. Mechanisms of T-independent antibody responses Zonder T-activiteit is er minder actieve B-cel reactiviteit. Zowel het complement system als TL receptoren helpen de activiteit van B-cellen omhoog te brengen. Antibody feedback: regulation of humoral immune responses by Fc-receptors Uitgescheden antilichamen remmen de B-cel activatie door het vormen van een antilichaam-antigen complex. Dit complex bindt aan antigen receptoren en remmende Fcy-receptoren op antigen specifieke B-cellen. Antilichamelijke feedback: de downregulatie van antilichaam secretie door de productie van IgG antilichamen. IgG vormen een complex met antigen wat bindt aan de FcyRIIB receptor. Deze receptor heeft een ITIM motief wat gefosforyleerd wordt. Het SHIP zorgt voor de activatie van PIP3 naar PIP2. Dit blokkeert de B cel receptor signalering. Ook de receptor CD22 werkt als inhibitoire receptor. Hoofdstuk 12 Effector mechanisms of humoral immunity E. Sietsema Overview of humoral immunity De voornaamste functie van antilichamen is het neutraliseren en elimineren van infectieuze microben en microbiële toxines. Antilichamen worden gemaakt door plasmacellen in de lymfoïde organen en het beenmerg. De antilichamen die protectieve immuniteit mediëren kunnen verkregen worden uit langlevende en kortlevende plasmacellen. De eerste respons komt door kortlevende plasmacellen en de tweede respons door geheugencellen, langlevende plasmacellen voornamelijk door IgG. Antilichamen kunnen het complement systeem activeren wat zorgt voor betere fagocytose en ontsteking. De microben worden zo efficiënt gelyseerd. Opsonisatie door antilichamen is een belangrijk proces om leukocyten te laten weten dat iets opgeruimd moet worden. Antilichamen zijn bifunctionele eiwitten omdat ze zowel Fc receptoren op de leukocyt kunnen activeren, maar ook het complement. Neutralization of microbes and microbial toxins Bacteriën scheiden verschillende toxines uit die effect hebben op fysiologische processen. Voor antilichamen om effect te hebben op deze toxines, moet het antilichaam de toxine tegenkomen en opsoniseren. Door deze opsonisatie wordt het molecuul van het toxine groter en past het niet meer op de receptoren die het wil signaleren. Dit gebeurt ook bij infectie van een microbe die door de barrière komt, of in het lumen van de darmen. Het antilichaam gaat opsoniseren en de microbe kan niet meer binden aan de desbetreffende receptor. Dit wordt gedaan door elk fenotype van Ig omdat het alleen het antigen bindende gedeelte nodig heeft. De heavy-chain (Fc gedeelte) zorgt voor het fenotype, maar doordat het een vrij antilichaam is (Fab) maakt het niet uit welk fenotype Ig je hebt. Antibody-mediated opsonization and phagocytosis Leukocyten scheiden een Fc receptor uit die specifiek bindt aan IgG antilichamen. Als microben geopsoniseerd worden door de antilichamen IgG, dan herkennen de leukocyten dit en nemen het op. Hierdoor promoten IgG antilichamen fagocytose door leukocyten binding. Het complement en dan voornamelijk C3b kan ook microben opsoniseren en kan ook binden aan receptoren op leukocyten. Ook dit versterkt fagocytose. Leukocyte Fc receptor Leukocyten hebben Fc-receptoren op hun membraanoppervlak. Deze binden aan de constante regionen van antilichamen en promoten hierbij fagocytose. Er zijn verschillende soorten Fc receptoren. - FcyRI, de grootste receptor die aan macrofagen en neutrofielen zitten. Het heeft de grootste affiniteit voor IgG. Het heeft geen signaalreceptor op zijn eigen staart dus heeft nog een co-receptor nodig om ITAM te activeren en zo een signaal transductie. - FCyRII, heeft een lage affiniteit voor IgG1 en IgG3, het heet 3 isovormen: FcyRIIA: komt tot expressie op neutrofielen en mononucleaire fagocyten en zorgt voor herkenning geopsoniseerde microben en eliminatie. FcyRIIC: komt tot expressie op neutrofielen, mononucleaire fagocyten EN NKCs. Deze twee iso vormen hebben ITAM als motief en activeert dus. FcyRIIB: in een inhibitie receptor door expressie van ITIM en komt op alle immuuncellen tot expressie, zie H11. - FcyRIII, heeft ook een lage affiniteit voor IgG1 en IgG3, met verder ongeveer zelfde functies als FCyRII receptoren met ITAM. Door de lage affiniteit kunnen de FcyRII en FcyRIII alleen IgG antilichamen binden als het een microbe heeft geopsoniseerd. Het herkent geen losse IgG moleculen. Antibody-dependent clearance of helminthes Wormen zijn te groot om te fagocyteren. Ze kunnen gedood worden door eosinofielen. Eosinofielen worden gerekruteerd door IgE, IgA en IgG. Alleen IgE en mestcellen kunnen zorgen voor het signaal wat degranulatie heet. Hierbij spuugt de eosinofyl zijn granules en perforines uit die gaten maken in het oppervlak van de worm. The Complement System Het complement systeem bestaat uit verschillende plasma eiwitten die samenwerken om microben te opsoniseren en fagocyten recruitment te promoten naar de lokale infectieplek. In sommige gevallen doodt het complement systeem direct de microben. Er zijn 3 pathways van het complement systeem: Het complement zorgt voor attractie van fagocyten op de plek van infectie. Ook werkt het pro-inflammatoir, omdat het ontsteking veroorzaakt. Het opsoniseert microben waardoor het gefagocyteerd kan worden door fagocyten maar zorgt ook voor een directe eliminatie via een MAC complex. De complement eiwitten C1 t/m C9 worden gemaakt in de lever en reageren in een oplopende volgorde: C1 C2 C3 enz… De complement moleculen kunnen gesplitst worden in een Cxa en Cxb vorm. Hierbij is de a vorm het kleinst behalve bij C2a. Er zijn 3 pathways die we uitgaan leggen in de vroege complement respons: - Klassieke pathway. - alternatieve pathway. - lectin pathway. Al deze pathways komen uiteindelijk samen om C3 te splitsen door een C3-convertase te maken.C3convertase splitst C3 in C3a chemoattractant macrofagen en neutrofielen. C3b opsonisatie van microben. - De klassieke pathway: gebruikt een plasmaeiwit C1q om antilichamen te herkennen aan het oppervlak van een microbe. Het antilichaamcomplex IgM + microbe en IgG + microbe hebben grote affiniteit voor het C1q receptor. Wanneer C1q bindt aan het antilichaam zullen twee serine proteases, C1r en C1s geactiveerd worden. Deze twee complementen zorgen ervoor dat C4a en C2b samen komen en het C4aC2b (C3-convertase) enzym vormen. - De lectin pathway: Wordt getriggered door het plasma eiwit mannose binding lectin (MBL) en Ficolin. Het MBL herkent mannose microbiele glycoproteïnes (polysaccharides) en ficolin structuren in bacterieel celoppervlak. Nadat een microbe aan het MBL of ficolin gebonden is worden MASP-1 en MASP-2 geactiveerd met dezelfde functie als C1r en C1s. C4a en C2b vormen samen het C4aC2b complex. Er wordt hier dus ook een C3-convertase enzym gemaakt. - De alternatieve pathway: wordt getriggered door een complement eiwit C3 dat gelijk microbiële structuren herkent, zoals bacterieel LPS. C3 komt voor in de bloedbaan in de oplossing maar in hele lage concentraties. Het bindt ook aan eigen cel oppervlakten, alleen eigen cellen hebben regulatoire eiwitten die zorgen dat de reactie geremd word. Microben hebben deze regulatie niet. Dus deze pathway kan eigen van niet eigen cellen onderscheiden. Wanneer C3b neerslaat op pathogenen komen factor B en factor D in actie. Factor D zorgt Factor B gesplitst word in Ba en Bb. Bb gaat samen met C3b en vormt samen C3bBb, gestabiliseerd door Properdine. C3bBb is ook een C3-convertase. De C3b’s die door de C3-convertase worden uitgescheden binden aan het convertase wat zorgt voor 4aC2bC3b in de klassieke en lectine pathway en C3bBbC3b in de alternatieve pathway. Deze nieuwe complexen zijn C5-convertases. Late steps of complement activation C5-convertase splitst het complement eiwit C5 naar C5a en C5b. C5a: een chemoattractant voor fagocyten, waarbij het ook vaatpermeabiliteit versterkt waardoor leukocyten snel naar de plaats van infectie kunnen migreren. C5b: Stimuleert de vorming van het membraan attack complex (MAC). C5b bindt aan C6 t/m C8. Hierbij ontstaat een C5b,6,7,8 complex (C5b-8). Aan het C5b-8 complex binden meerdere C9 complementen (poly-C9) die samen het MAC maken. Het MAC zorgt voor gaten in het microbe celoppervlak en induceert het perforeren van de cel wat weer leidt tot celdood van de microbe. Regulation of complement activation De activatie van complement cascades en de stabiliteit van actieve complementen worden geod gereguleerd om te voorkomen dat complement normale cellen activeert. Veschillende regulatoire mechanismen remmen de formatie van C3-convertase in de vroege stappen van complement activatie. Ook de C5 convertases worden geinhibeert. Waardoor ook de het MAC niet gevormd kan worden. De klassieke route wordt geremd door C1 INH. Door C1 INH wordt de proteolytische activiteit van C1r en C1s geremd. Het C1 INH bindt covalent aan C1r2 en C1s2 en haalt ze weg. Hierdoor is de enzymatische activiteit weg en kunnen ze C4 en C2 niet meer splitsen om het C3-convertase te vormen. Er is ook inhibitie nodig om eigen cellen niet te activeren door complement. De Regulatoire eiwitten - MCP- Membrane co-factor - DAF- decay accelerating factor - CR1- complement receptor 1 Binden C3b of C4b en voorkomen zo de formative van C3convertases. Deze eiwitten zitten alleen op eigen cellen waardoor ze het complement systeem ervan weerhouden om eigen cellen te elimineren. Het Factor-I is ook een voorbeeld van complement inhibitie. Factor-I zit op het membraan van eigen cellen en werkt als cofactor voor de voorgaande regulatoire eiwitten. Factor-I breekt het C3b af. De laatste is de inhibitie van het MAC door CD59 en S-protein. Het CD59 gaat op de bindingsplaats van de C9 zitten waardoor het C9 niet meer kan binden en dus ook geen formatie van het MAC. Het S-protein bindt aan de C7 die zorgt dat het C5b-8 complex aan het membraan komt. Er kan dus ook hier geen MAC gevormd worden. College Mucosal immunity E. Sietsema Omdat het college een eigen volgorde heeft en veel van het hoofdstuk 13 uitsluit volg ik de college chronologie. De darmen zijn meer dan alleen een verteringssysteem. De darmen zijn onze centrale energy leverancier en het grootste endocriene orgaan met speciale cellen die de humane fysiologie en gezondheid reguleren. Het heeft zijn eigen regionale immuunsysteem. Zo worden 90% van alle Ig’s gemaakt in de darmen. Adipocytokines Adipocytokines spelen een belangrijke rol bij het reguleren van glucose en energy homeostase. Een andere functie is dat ze ook immuunresponsen reguleren. Adipocytokines worden gemaakt door vetweefsels. Een voorbeeld van een adipocytokine is leptin. Dit veroorzaakt een verzadigings gevoel waardoor je stopt met eten. Een ander voorbeeld is Adiponectine. Adiponectine Adiponectine reguleert de insuline sensitiviteit. Wanneer je veel vet hebt en veel productie van adiponectine zullen er extra veel calorieën opgeslagen worden in vetweefsel (obese rat). Wanneer je weinig vet hebt en dus een lage productie van adiponectine, zullen de extra calorieën niet door insuline naar de vetweefsels gebracht worden maar worden ze opgeslagen rondom viscerale organen. Obese ratten met veel adiponectine zullen daarom ook nooit Diabetes kunnen krijgen. Adiponectine heeft dus een immuun regulatoir effect doordat diabetes een auto-immuun ziekte is. MALT De meeste infectieziektes komen binnen door de neus of de mond (80%). Deze moeten allemaal worden gestopt door het immuunsysteem. Gelukkig daarvoor zijn er rondom het maag-darm stelsel vele secundaire lymfoïde weefsels net onder de epitheel laag waar B/T-cellen, DCs en macrofagen liggen. De collectie van deze immuun cellen heet ook wel, mucosa-associated lymphoid tissue (MALT). Wanneer we het maagdarmstelsel gaan bekijken, beginnen we met de Tonsillen (amandelen). De tonsillen De tonsillen, amandelen, checken al het voedsel via DCs, steekproefsgewijs op pathogene microben. Samen met andere vormen van tonsillen vormen zij de ring van Waldeyer. Vroeger werden de amandelen weggeknipt wanneer men last had van de stem. Nu weten we dat de amandelen een lymfeklier is waar met name IgA zich ophoopt om gevonden microben te verwijderen. Als ze weg worden gehaald is er een verminderde respons op vaccinaties. Immunity in the gastrointestinal system Het maagdarm stelsel bestaat uit een lange tube-achtige structuur met daarom heen verschillende lagen epitheel cellen. Deze epitheel cellen fungeren als barrière tegen de extracellulaire omgeving. In de epitheel cellaag ziten intra-epitheliale lymfocyten (voornamelijk CD8+ T-cellen). Onder het epitheel zit een laag met wat lossere verbonden weefsels wat de lamina propria heet. In de Lamina Propria bevinden zich de volgende cellen: - Peyer’s patch. - Bloedvaten. - Lymfevaten. - Veel B-cellen voor de productie van IgA (5g per dag!). - M-cel werkt als transporter. - Dendritische cellen steekproefsgewijs opnemen van microben. - MALT. - Goblet cells secreteren Mucus. The functional anatomy of the adaptive immune system in the gastrointestinal tract. Adaptieve immuun responsen in de darmen worden geïnitieerd door georganiseerde collecties lymfocyten en APCs die goed samenwerken met het mucosale epitheel en de mesenterische lymfeklier. M-cellen M-cellen nemen microben op en geven ze af aan onderliggende APCs. Ze werken als een soort macrofaag maar hebben niet de mogelijkheid om de microben te verwerken. Het antigen wordt via exocytose doorgegeven aan de DCs. Lamina propria dendritische cellen Microbiële antigenen kunnen in de darmlumen door middel van steekproeven opgenomen worden door dendritische cellen in de lamina propria. De dendritische cellen gaan tussen de epitheel cellen zoeken naar antigen. Ze vinden alleen IgG geopsoniseerde antigen doordat ze dit herkennen met hun Fc-receptor. Dit antigen presenteren ze via MHC-II aan Th17 cellen die neutrofielen en macrofagen laat komen voor een immuunrespons. Ze kunnen ook een regulatoire functie hebben door Treg te induceren door cytokine uitscheiding TGF-β. Hierdoor worden er FOXP3+ T-cellen gemaakt die de balans reguleren. T-cellen komen binnen in de Peyer’s patches, via de bloedvaten. Dit komt doordat T-cellen altijd Lselectine en CCR7 tot expressie brengen. CCR7 wordt aangetrokken door chemokines die samen met L-selectine zorgen voor de migratie van T-cellen door het bloedvat endotheel. In de peyer’s patches komen T-cellen antigen tegen die via de M-cel aan DC’s gegeven is. De DC’s presenteren het antigen aan de T-cel waardoor ze actief worden. De T-cel gaat via de mesenterische lymfeklier terug de circulatie in om uit te rijpen. Vevolgens komt het geactiveerde T-cel terug waarbij de T-lymfocyt het integrine α4:β7 en CCR9 tot expressie brengt. Door deze membraanmoleculen migreren de T-lymfocyten naar de lamina propria doordat het bindt aan Mad-CAM-1. Dit zorgt ervoor dat de geactiveerde T-cel door de endotheel cellen van de postcapilaire venule kan homen in de lamina propria of tussen de intestinale endotheel cellen. Mad-CAM-1 zorgt dus voor migratie van effector T-cellen. Dit kan naar de dunne darm of naar de dikke darm. Om te migreren naar de dunne darm heeft de T-cel de chemokine receptor CCR9 nodig. Om te migreren naar de dikke darm (colon) heeft de T-cel de chemokine receptor CCR10 nodig. Niet alleen in de lamina propria homen de T-cellen, ook tussen de intestinale endotheel cellen kunnen T-lymfocyten homen Intra Epithelial Lymfocytes (IEL). Hiervan is 90% CD8+ T-cel en hier bevinden zich de grootste populaties CD8+ T-cellen. Intra epithelial lymfocytes (IEL) Intra epithele lymfocyten zijn altijd actief en klaar om te doden. Hun functie is uitermate belangrijk. Virus infectie wordt herkent door IELs. Hun reactie is: -perforine in cellen. - FAS-ligand gemedieërde apoptose Ook kunnen IELs epitheel cellen herkennen met veel stress vanwege toxines, infectie of schade. De epitheel cellen scheiden dan MIC-A en MIC-B uit op hun celmembraan. Dit wordt herkend door de CD8+ IELs en zo wordt de cel gedood (Listeria bacterie). IgA IgA is het antilichaam van de mucosale immuniteit. Er wordt wel 5 gram IgA gemaakt op een dag. Het meeste wordt uitgepoept. Toxines en microben worden door IgA herkent en geopsoniseerd waardoor het geneutraliseerd wordt. IgA kan ook toxines of antigen neutraliseren door het via endocytose op te nemen in een endosoom. Als laatste kan IgA toxines of antigenen uit de lamina propria afvoeren naar de feces. IgA kan via het poort ader systeem en de lever in het gal komen. Dit wordt door de alvleesklier gestimuleerd om in het chyme terecht te komen. Het chyme is alles wat uit de maag, de darmen binnenkomt. Hierdoor is het IgA overal aanwezig in de darmen en is het belangrijk in de humorale respons van het maagdarm immuunsysteem. Netosis Wanneer het mis gaat met de immuniteit en een bacterie kan toch infiltreren, is er nog één laatste red middel. Dit redmiddel heet NETosis, en wordt uitgevoerd door neutrofielen. NETosis is het laatste redmiddel waarbij neutrofielen naar de plaats van infectie komen en zorgen voor een soort kamikaze actie waarbij de neutrofiel explodeert en met als zijn granules en andere eiwitten de bacterie vangt. Dit wordt vervolgens opgeruimd door macrofagen en andere immuuncellen. Promicroben In ons maag-darm stelsel leven vele microben die met ons in symbiose leven. Zij helpen ons anaeroob en aeroob voor een verhoogde weerstand en voor verbeterde vertering. We kunnen niet leven zonder deze bacteriën. - Mucus productie (barrière) komt door pro-microbiota. - IL-10 en TGF-β worden ook gemaakt door pro-microbiota. stimuleert IgA productie. - Ze kunnen de pH laten dalen, waardoor pathogene bacteriën dood gaan. - ze maken essentiële aminozuren aan die we als mens zelf niet maken maar wel nodig hebben. Immunoendocrinology of the gastrointestinal tract Er is een complete network van eiwitten wat voor de epitheel hechting zorgt. Dit moet dichtgebonden worden zodat er geen pathogenen binnen kunnen komen. Dit is voornamelijk bij de tight-junctions. In de tight junctions zorgen claudines als eerste ervoor dat het endotheel gesloten blijft. Claudines zitten vast aan ZO-1. Claudines kunnen open gaan om stoffen kleiner dan 3,5 kDa binnen te laten. Er is vervolgens nog een tweede barrière: Occludines. Grote moleculen kunnen slecht onderscheiden worden waardoor per ongeluk epitopen worden herkend en dan ontstaat er een auto-immuun ziekte. PRR Achter de epitheel laag zit het GALT, Gut-associated lymphoid tissue. Het GALT heeft een hele goede organisatie: B-cellen overheersen. T-cellen in de lamina propria en als IEL. Pathogene microben worden herkend door PRRs. Zij herkennen pathogenen en zijn voor essentieël belang om tolerantie te induceren. Bijv. C-lectin receptor herkennen mannose. - Dit kan aan goede antigenen zitten en aan slechte. Bij een slechte antigen komt er een immuunreactie. Bij een goed antigen wordt er tolerantie geïnduceerd door de cytokinen IL-10 dat de APC uitscheidt. Alle PRRs werken via de signaal transductie NF-kB. - DC uitrijping. - pro-inflammatoire cytokines. - chemokine uitscheiding. - Anti microbiële peptiden. TLRs herkennen ook antigenen en kunnen pro-microben onderscheiden van pathogene microben. Zonuline Zonuline wordt vrijgelaten als bacteriën kolonies gaan vormen in de darmen. Zonuline knipt claudines en haalt het ZO-1 tijdelijk weg. Hierdoor gaat alles openstaan en verhoogd de permeabiliteit. Water gaat richting het lumen waardoor er diarree ontstaat en de bacterie kolonies efficiënt weg worden gespoeld. Een nadeel is dat wanneer het endotheel openstaat, macromoleculen makkelijker door de ruimtes heen kunnen. Dit proces moet dus niet te lang open staan en niet te vaak om uitdroging te voorkomen. Pathophysiology of zonuline De ‘lekke darm’ komt steeds vaker voor in ziektebeelden. Vooral in de ziekte van Crohn, type 1 diabetes en celiac disease (glutenallergie). Celiac disease Bij de celiakie hebben de patiënten geen tolerantie voor gluten. Gliadine speelt een belangrijke rol, deeltje dat in gluten zitten. Gliadine bindt bij sommige mensen aan de apicale zijde waardoor zonuline vrijkomt en de permeabiliteit omhoog gaat. Gliadine gaat door het endotheel en activeert MHC. Hierdoor komen er veel cytokines vrij waardoor er een ontstekingsreactie komt tegen gliadine. Dit is onnodig want gliadine is geen antigen. Het resultaat is dat de epitheel laag kapot gaat en dat de normaal mooie lobben nu opgezwollen zijn en aangetast. Type-1 diabetes Bij type 1 diabetes spelen genetische factoren een grote rol. Ook vius infecties in de darmen of eilandjes van Langerhans kunnen diabetes induceren. Het is zelfs bewezen dat hoe noordelijker je bent, hoe hoger de kans om diabetes type 1 te krijgen. Er is een onderzoek gedaan naar ratten die spontaan diabeet worden na 25 dagen (BBDP) en ratten die diabeet resistent zijn (BBDR). Na 25 dagen gaat het glucose gehalte in het bloed omhoog en ook de zonuline gehaltes! Bij de controle gebeurt dit niet. De darm is bij diabeten met type 1 dus meer permeabel. Dit onderzoek toont aan dat er ook omgevingsfactoren meespelen bij T1D en niet alleen de erfelijke genetische factoren. Moleculair mimicry: als een antigen lijkt op een eigen biologisch eiwit, waardoor er na abnormale immuniteitsrespons, de eigen cellen ook mee worden genomen. Hoofdstuk 14 Immunologic tolerance and autoimmunity E. sietsema Immunologische tolerantie word beschreven als het niet reageren tegen antigenen wat al eerder in aanraking gekomen is met het immuunsysteem. Een antigen kan zorgen voor een immuunrespons of voor het niet reageren waarbij de immuuncel ook dood kan gaan. Dit proces heet tolerantie. Tolerantie tegen zelf-antigenen heet zelf-tolerantie. Als het misgaat bij zelf-tolerantie dan krijg je auto-immuniteit en ziektes die hierdoor komen heten auto immuun ziektes. General features of immunologic tolerance Normale mensen zijn tolerant tegen zichzelf, omdat lymfocyten die eigen antigenen herkennen worden doodgemaakt of ge-inactiveert raken. Het kan ook zo zijn bij B-lymfocyten dat de specificiteit wordt veranderd (Isotype-switching). Al met al wordt tolerantie door specifieke lymfocyten geïnduceert ( Treg). Er zijn twee vormen van tolerantie: Centrale tolerantie. Perifere tolerantie. Centrale tolerantie zorgt ervoor dat het repertoire van mature lymfocyten niet tegen eigen antigenen reageren (negatieve selectie). Dit gebeurt voornamelijk in de primaire lymfoïde organen (Thymus en beenmerg). Wanneer de lymfocyten wel eigen antigenen herkennen dan gaat de lymfocyt of in apoptose, of er komt (bij B-cellen) een iso-type switch van receptor, of (bij T-lymfocyten) de lymfocyt ontwikkelt zich tot Treg(CD4+ T-lymfocyten alleen). Centrale tolerantie is alleen niet helemaal perfect, omdat het niet voor inactivatie van lymfocyten in de perifere weefsels kan zorgen. Daarom is er ook nog perifere tolerantie. Perifere tolerantie wordt gedaan in de perifere weefsels. Als mature lymfocyten zelf antigenen herkennen, zal de cel of in apoptose gejaagd worden, of Treg cellen onderdrukken de immuunrespons, of de lymfocyt gaat in anergy waardoor ze niet meer op antigenen kunnen reageren. De perifere tolerantie werkt als back-up op de centrale tolerantie om nog eens te goed te selecteren. Iedere individuele onrijpe lymfocyt maakt een unieke antigen receptor aan in de centrale lymfoïde organen: Thymus (T cellen) en het Beenmerg (B cellen). B cellen herkennen antigenen in oplossing, terwijl T cellen antigenen alleen herkennen wanneer deze worden gepresenteerd in de context van het MHC (major histocompatibility complex). Ontwikkeling van T-cellen Onrijpe T-cellen herschikken V-, D- en J-gensegmenten van de TCR gedurende de uitrijping in de thymus (somatische recombinatie, H8). Hierbij moet een functionele TCR gevormd worden. De nieuw gevormde T cel receptoren worden vervolgens onderworpen aan: - positieve selectie (MHC-restrictie, herkennen van eigen MHC) - negative selectie (restrictie tot het herkennen van niet-eigen antigenen) (‘non-self’) Er moet eerst positieve selectie zijn om vervolgens negatieve selectie te ontvangen. De TCR bestaat uit 2 ketens. De genen die de TCRα en TCRβ ketens coderen liggen op twee verschillende genomisce loci en worden onafhankelijk van elkaar op twee verschillende momenten, tijdens de T cel uitrijping, herschikt. Als eerste gebeurt dit voor de TCRβ keten voor positieve selectie. Een functionele TCR vereist een productieve VDJ-recombinatie van beide TCR ketens. Deze twee processen vinden na elkaar plaats in de T-cel ontwikkeling in de thymus. De CD4 en CD8 receptoren binden aan het MHC. - CD4 bind aan MHC-II - CD8 bindt aan MHC-I De nieuw gevormde TCRαβ heterodimeer gaat een interactie aan met MHC-I of MHC-II, afhankelijk van zijn specificiteit. Zowel CD4 als CD8 zijn aanwezig. Dit is om te kijken naar welke kant de TCR op gaat. Wordt het een CD4+ of een CD8+? (commitment) Positieve selectie Het proces waarmee ontwikkelende T-cellen worden geselecteerd op herkenning van MHC: Alléén als de onrijpe T-cel met zijn nieuw gevormde TCRαβ keten en CD4/CD8 co-receptoren het MHC op het thymus stroma herkent zal deze cel een signaal krijgen om de TCRα keten gen herschikkingen te beeindigen, de expressie van de TCR te verhogen en te differentiëren tot het volgende ontwikkelingsstadium: de CD4 (MHC-II restrictie) of CD8 (MHC-I restrictie) enkel-positieve T cel. Vanaf dit moment zijn de ontwikkelende T cellen gevoelig voor negatieve selectie: selectie tegen te sterke binding van TCR en MHC. Negatieve selectie: Het proces waarmee onrijpe T-cellen worden geselecteerd om niet-‘eigen’ antigenen (in de context van het MHC) te herkennen. De onrijpe T-cellen die een TCR tot expressie brengen die te sterk bindt aan het MHC op het thymus stroma ondergaan apoptose (geprogrammeerde celdood). Hiermee worden de T cellen die reageren tegen auto-antigenen verwijderd uit het T cel repertoire: centrale tolerantie. Bij een subset van de cellen die een te sterke binding van TCR aan MHC hebben vindt geen apoptose inductie plaats, maar worden de cellen aangezet tot differentiatie in regulatoire T cellen (Tregs). Deze ‘natural’ Tregs zijn dus gericht tegen auto-antigenen en dragen na het verlaten van de thymus bij aan het handhaven van de perifere tolerantie. Centrale T cel tolerantie In de cortex van de thymus ondergaan de ontwikkelende T-cellen een zeer strenge selectieprocedure. In nauw contact met het thymusstroma worden ze aan positieve en negatieve selectie onderworpen. Maar 1-5% van alle cellen overleven dit selectie proces. De meeste cellen gaan dood tijdens T-cel differentiatie in de thymus, doordat er geen functionele TCR wordt gevormd (geen positieve selectie), of doordat er een zelf-reactieve TCR wordt gevormd (negatieve selectie). DUS Centrale tolerantie wordt inde T cel ontwikkeling in de thymus geïnduceerd door twee processen: negatieve selectie en differentiatie van regulatoire T cellen (Treg). B-cell ontwikkeling Een zeer divers BCR repertoire wordt gegenereerd tijdens B-cel ontwikkeling door het proces van VDJ recombinatie. Antigeen herkenning via de BCR is niet gerestricteerd: zware en lichte ketens moeten een functionele heterodimeer receptor kunnen vormen. Centrale tolerantie in B-cellen Zelf-reactieve B-cellen ondergaan receptor editing (het aanpassen van de specificiteit), of worden uit het B-cel repertoire verwijderd door deletie (negatieve selectie). T-cellen vertellen B-cellen om somatische hypermutatie te krijgen waardoor een receptor meer affiniteit voor antigenen krijgt (H11). Bij zwakke binding van de BCR aan zelf-antigenen wordt de Bcelreceptor expressie verminderd, wat tot anergie leidt. Perifere tolerantie in B-cellen In de perifere weefsels werken Treg cellen mee aan de tolerantie voor B-cellen. Dat er apoptose en anergy optreedt weten we. Apoptose wordt alleen in mindere maten geïnduceerd dan anergy. Tolerantie bij B-cellen wordt voornamelijk door Treg cellen geïnduceerd die de zelf reagerende B-cellen onderdrukken. Rijpe, naïeve B-cellen in de periferie hebben ‘T-cell hulp’ nodig voor volledige activatie. In afwezigheid van CD4+ T-helper cellen (met dezelfde antigene specificiteit) vindt er inductie van anergie of celdood (apoptose) plaats. Meestal vindt er anergy plaats omdat er geen T-helper cel aanwezig is. Anergische B-cellen: Gaat veel CD22 tot expressie brengen wat zorgt voor sterke onderdrukking van een respons tegen antigen. De cel blijft wel leven, maar heeft totaal geen functie meer (anergy). Perifere tolerantie in T-cellen Een T-cel is pas goed actief als het: - MHC + antigen herkent (signaal 1). - Co-stimulatie ontvangt (signaal 2). - Cytokines krijgt voor differentiatie (signaal 3). Wanneer signaal 2 ontbreekt, dus geen goede co-stimulatie, wordt de T-cel anergisch. Als een T-cel heel vaak door signaal 1 wordt geactiveerd, wat niet goed door de centrale tolerantie mechanismen is opgevallen, komt er een teveel aan signalering en gaat de Tcel in activatie-geïnduceerde celdood (apoptose). Als laatste kan de Treg zorgen voor onderdrukking van de Tcel en een blokkade in activatie. Onderdrukking van immuun respons door Treg-cellen kan op twee manieren: - Contact afhankelijke inhibitie van T-cel responsen. Dit gaat door CTLA-4 die co-stimulatie via B7 blokkeert voor de T-cel waardoor er geen activatie komt. - Cytokine gemedieerde inhibitie van T-cel responsen door het uitscheiden van TGF-β en IL-10. TGF-β remt de proliferatie en effector functies van T-cellen en de activatie van macrofagen. Anergie kan ook door CTLA-4 komen die betere affiniteit voor B7 heeft waardoor er geen co-stimulatie met de T-cel kan komen. Dit kan door de T-cel zelf tot expressie komen, maar ook door Treg cellen die aan de B7 receptoren van een APC gaan zitten. In beide gevallen is er dan sprake van anergie inductie voor de T-cel. Naturally ocurring regulatory T-cellen (nTregs) herkennen zelf antigenen tijdens de T-cel ontwikkeling, ondergaan geen negatieve selectie maar differentiëren tot regulatoire T-cel. In de periferie kunnen naieve T-cellen zich onder invloed van signaal 3 van de APC ook ontwikkelen tot regulatoire T-cel. Dit zijn adaptieve (aTregs) of induced (iTregs) regulatoire T-cellen. Treg cellen worden geïnduceerd door IL-10 of TGF-β bij de differentiatie. De aTregs en iTregs kunnen ook tegen zelf antigenen optreden! Zowel nTregs als aTregs worden gekenmerkt door de expressie van de transcriptie factor FoxP3, die kritiek is voor het aannemen van het regulatoire cel fenotype. Auto-immuunziekten Verlies van tolerantie leidt tot autoimmuunziektes. In gevoelige personen kunnen deze aandoeningen ontstaan na weefselschade door bijvoorbeeld infecties. De streepjes die je op het plaatje ziet staat voor bepaalde genen die gevoeligheid hebben voor auto-immuniteit. De HLA bepaald de gevoeligheid. Na activatie van APC door infectie komt er een zelf reactief lymfocyt die weefselschade induceert. Blijkbaar werkt hier de negatieve selectie niet goed waardoor er ook minder Treg cellen aanwezig zijn. Naast een verstoorde centrale tolerantie inductie (autoreactieve T cellen in de periferie!) kunnen ook een verstoorde perifere tolerantie-inductie (costimulatie!) een rol spelen. Microbes kunnen ervoor zorgen dat APCs costimulatoren tot expressie brengen op het membraan. Wanneer de APC zelf antigenen presenteert met ook co-stimulatie, denkt de lymfocyt dat het gevaarlijk is en ontstaat er auto-immuniteit. Soms lijken non-zelf antigenen erg op zelf-antigenen, en kan er door een non-zelf gerichte immuunrespons ook een auto-immuun respons worden gestimuleerd. Dit proces heet molecular mimicry. Auto-immuun ziekten zijn vaak chronisch doordat T-cel aantallen langzaam toenemen en er epitopespreading optreedt: steeds meer epitopen en de specifieke T-cel klonen. Er is steeds weefselschade, wat weer lymfocyten aantrekken(DAMPS), wat weer weefselschade aanbrengt, wat weer lymfocyten aantrekken enz…
