Post on 03-Jan-2016
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Immunologie II
Antigen Receptors and Accessory Moleculesof T Lymphocytes
Chapter 7 - Cellular and Molecular Immunology,Abbas-Lichtman-Pillai 6th edition
Leslie SaurerInstitut für Pathologie(Prof. Christoph Müller)
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Bisher besprochende Grundlagen:
naive T ZellenCD4+ Helfer T ZellenCD8+ Zytotoxische T Zellen
Effektor T ZellenCD4+ Helfer T ZellenCD8+ Zytotoxische T Zellen
T Zell Aktivierung
MHC-gebundenes Antigen auf Antigen-präsentierenden Zellen
CD8 T Zellen: MHC class I restringiertCD4 T Zellen: MHC class II restringiert
spezifische Erkennungvon (Selbst-) MHC undAntigen über einen klonalenT Zell Rezeptor (TCR)
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Was es für eine erfolgreiche T Zell-Aktivierung (sonst noch) braucht - eine erste Uebersicht:
-MHC
TCR
CD4 CD8
TCR Komplex
Co-Rezeptoren
CD28 Co-Stimulator
Integrine Adhäsionsmoleküle
MHC II / MHC IRestriktion
“Signal 2”
T Zell Receptor und Hilfsmoleküle
Acc
e ss o
ry (
Hil
fs-)
Mo
l ek ü
le
CD3
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“Immunologische Synapse”
Kontaktstelle zwischen Lymphozyt und APC:
(gilt auch allgemein für eine Kontaktstelle, über welche Leukozytenuntereinander oder mit Gewebezellen physisch in Verbindung treten)
(siehe auch Kapitel 9)
15 nm
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Inhalt und Lernziele Kapitel 7
1. T Zell Rezeptor (TCR)TCR: Struktur und FunktionUnterschiede TCR zu BCRTCR Zellen: Eigenschaften; Unterschiede zu TCRZellenTCR von NK Zellen
2. CD3 und ProteineStruktur und Funktion
3. CD4 und CD8 Co-RezeptorenStruktur und Funktionen
4. Co-Stimulatorische MoleküleBedeutung von CD28 versus CTLA; Funktion von CD2
5. Adhäsions Moleküle Bedeutung für die immunologische Synapse
6. Weitere Hilfs- und Effektormoleküle von T Zellen CD44, CD40L, FasL
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1. T Zell Rezeptor (TCR)
Historische Aspekte (I):
1960-70ties: Identifikation von Ig-Molekülen
1973: R. Zinkernagel / P. Doherty: T Zellen erkennen Antigene, welche an (Selbst-)MHC Moleküle gebunden sind
Suche nach dem T Zell Antigen Rezeptor...
1984: Identifikation der Gene und Proteinstruktur des TCR
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Historische Aspekte (II):
1. T Zell Rezeptor (TCR)
Identifikation des TCR basierte auf folgenden Annahmen:
• Gene für TCR sind nur in T Zellen exprimiert• TCR-Gene verhalten sich wie Ig-Gene und werden somatisch rekombiniert• TCR-Gene sind zu einem gewissen Teil homolog zu Ig-Genen
Methodischer Ansatz:
• T-Zell-Hybridome, Antikörper gegen TCR einer klonalen T Zell Population• Subtraktive Hybridisierung
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Historische Aspekte (III):1. T Zell Rezeptor (TCR)
T cell Hybridome
A B
Suche nach anti-TCR Antikörper, diespezifisch zwischen A und B unterscheidenbzw. die antigenen Determinanten einesklonalen TCR erkennen
Isolation von TCR mit Hilfe dieser Antikörper
Subtraktive Hybridsierung
monoklonale Populationen A bzw. BT cell Linie B cell Linie
mRNA mRNA
reverse Transcription
cDNA
Hybridisierung
nicht hybridisierte single-strand cDNA ?
Klonierung, SequenzierungHomologie zu Ig Genen ?
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1. T Zell Rezeptor (TCR)
Struktur des TCRTCR gehört der Ig-Superfamilie an
V-Regionen enthalten hypervariable bzw. CDR (complementarity-dermining regions)
Zytoplasmatischer Teil ist zukurz für eine Signaltransduktion( Bedeutung von CD3 !)
TCR wird nicht sezerniert!
Mehrere Gen-Segmente, die somatischrekombiniert werden, kodieren je für-Kette und -Kette (Kapitel 8)
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1. T Zell Rezeptor (TCR)
Erkennung von MHC-assoziertem Antigen durch den TCR
-chain: 3 CDR-chain 3 CDR
Erkennung vonPeptide-MHC
6 CDR
Bindung von Superantigenen ?+ 1 CDR
• TCR erkennt MHC und gebundenes Peptide zusammen als Antigen
• Nur 1-2 Aminosäuren des gebundenen Peptides werden durch den TCR kontaktiert
• CDR3 Region weist die höchste Variabilität auf
• TCR weist eine gewisse Promiskuität auf und erkennt z.T. auch sehr ähnliche Peptide-MHC Strukturen (von Bedeutung für thymischen Selektionsprozess ?)
• Affinität des TCR für Peptide-MHC Komplex ist schwach erfordert Stabilisierung des T Zell - APC Kontakts durch Adhäsionsmoleküle
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1. T Zell Rezeptor (TCR)
Hauptsächliche Unterschiede TCR und Ig:
Komponenten: und Ketten schwere und leichte Ketten
Signaltransduktion:
Affinität für Antigen:
Sezernierte Form:
Isotyp switching:
Affinitätsreifung:
CD3 und Ig and Ig
10-5 - 10-7 M 10-7 - 10-11 M (sezerniert)
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1. T Zell Rezeptor (TCR)
TCR / TCR T Zellen (I):
Häufigkeit
Somatische Rekomination
Diversität TCR repertoire
MHC Restriktion
Antigen
Co-Rezeptoren
Zytokine, Zytoxische Funktionen
Assoziation TCR mit CD3 und
TCR T Zellen TCR T Zellen
< 5% > 95%
√ √
√
grossklein
√ √
√ √
(CD8) CD4 / CD8
Peptide-MHCLipide, HSP,...
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1. T Zell Rezeptor (TCR)
TCR / TCR T Zellen (II):
• T Zellen und T Zellen haben einen gemeinsamen Vorläufer, stellen aber sonst zwei völlig unterschiedliche T Zell Linien dar!
• T Zellen kommen vermehrt in Epithelien der Haut und der Darm-Mukosa vor
• strategische Lokalisation in Epithelien und limitierte Diversität des TCR Repertoires dienen ev. der raschen Erkennung von relativ konservierten und häufig vorkommenden Liganden
• haben Eigenschaften von Zellen sowohl des adaptiven wie auch des angeborenen Immunsystems
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1. T Zell Rezeptor (TCR)
TCR von NK T Zellen
• TCR
• limitierte Diversität; häufiger Gebrauch von V24-J18 durch humane NK T Zellen = invariant NK T Zellen
• erkennen Lipide, die mit CD1d Molekülen assoziert sind (CD1d: ähnlich zu MHC Molekülen, aber nicht polymorph!)
• Aktivierung führt zur Produktion von Zytokinen
• “Brücken-Funktion” zwischen adaptiver und angeborener Immunität
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2. CD3 und Proteine
TCR Komplex
ITAM: enthält Phosphorylierungsstellen für Tyrosine-Kinasen
Struktur
(Ko-PräzipitationsExperimente)
CD3 und Proteine: identisch in allen T Zellen, unabhängig von der TCR-Spezifität!
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2. CD3 und Proteine
Expression des TCR Komplexes erfordert alle seine Komponenten
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2. CD3 und Proteine
Funktion
• Verbinden die Erkennung von Antigen durch den TCR mit einer Signaltransduktion, die letztendlich zur Aktivierung der T Zelle führt
• Antikörper gegen CD3 identifizieren eine T Zelle (d.h. CD3 ist ein T Zell Marker), aber unterscheiden nicht zwischen TCR und TCR T Zellen
• Gewisse Antikörper gegen CD3 können eine T Zelle direkt aktivieren, unabhängig von der Anwesenheit eines spezifischen Antigens polyklonale Stimulation von T Zellen
anti-CD3 Antikörper
T Zelle
Phosphorylierungvon ITAMs durch Lck or FynT Zell Aktivierung
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3. CD4 und CD8 Co-Rezeptoren
Co-Rezeptoren:Binden das gleiche MHC-Molekül, welches auch der TCR alsPeptide-MHC Komplex erkennt
CD8 - MHC class ICD4 - MHC class II
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Struktur
Monomer
Heterodimer
3. CD4 und CD8 Co-Rezeptoren
Ig-Superfamilie
CD8 Homodimere kommen ebenfalls auf bestimmten T Zell Populationen vor
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3. CD4 und CD8 Co-Rezeptoren
Funktionen (I)
• MHC I bzw. MHC II Restriktion von CD8 bzw. CD4 T Zellen (physiologische Relevanz - siehe Kapitel 6)
• Intrathymischer Selektionsprozess (Mäuse knock-out für CD4 oder CD8 haben keine reifen MHC II bzw. MHC I restringierten T Zellen - siehe Kapitel 8)
• Verstärkte “Bindung” der T Zelle an APC oder andere Zelle (verminderte off-rate ?)
• Signaltransduktion, Aktivierung der T Zelle
• CD4 ist auch ein hauptsächlicher Rezeptor für HIV...
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3. CD4 und CD8 Co-Rezeptoren
Funktionen (II)
Signaltransduktion
Bindung des TCR an Peptide-MHC Komplex und gleichzeitige Bindung von CD4 oder CD8 an MHC bringt die mit CD4 oder CD8 assozierte Lck zu den ITAMs des TCR Komplexes
Mäuse ko für Lck haben keine reifen T Zellen
(siehe auch Kapitel 9)
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4. Co-Stimulatorische Moleküle
Produktive Aktivierung von naiven T Zellen erfordert zwei Signale:
Bindung TCR an Peptide-MHC Komplex: Bindung von co-stimulatorischen Molekülen an ihre Liganden:
physiologische Relevanz ?
periphere Selbst-Toleranz !
Signal 1Signal 2
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4. Co-Stimulatorische Moleküle
Rolle von CD28 versus CTLA-4 (CD152) in der Immunregulation:
T Zelle (naive)
CD28
professionelle APC
B7-1 (CD80) / B7-2 (CD86)
T Zelle (mehrmals aktiviert)
CTLA-4
T Zell Aktivierung(IL-2, Proliferation,Effektor Funktionen)
T Zell Inhibition“Anergy”
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4. Co-Stimulatorische Moleküle
Bedeutung von CTLA-4 für die Regulierung von Immunantworten
Milz von einer wt (+/+) undeiner CTLA-4 ko (-/-) Maus...
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4. Co-Stimulatorische Moleküle
Weitere Co-Stimulatorische und Inhibitorische Moleküle
ICOSCD2
PD-1z.B.
CD2 kann (über Bindung anLFA-3 auf APC) auch als Adhäsionsmolekül funktionieren
PD-1 ist auf mehrfachaktivierten, “erschöpften”T Zellen exprimiert
Blockierung der PD-1 - PD-1LInteraktion von therapeutischerRelevanz für:• chronische Virusinfektionen (HIV) ??• anti-Tumor Immunität ??
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5. Adhäsionsmoleküle
(siehe Kapitel 2 für die Bedeutung von Adhäsionsmolekülen bezüglich der T Zell Migration !)
LFA-1: Integrin
Integrine befinden sich an der Peripherie der immunologischen Synapseund stabilisieren die Bindung der T Zelle an die APC
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Relevanz der Adhäsionsmoleküle bezüglich der T Zell Aktivierung:
Interaktion von TCR mit Peptide-MHC Kompex ist von schwacher Affinität...
Aktivierung von naiven T Zellen erfordert eine langanhaltende undwiederholte Bindung von Peptide-MHC Komplexen durch den TCR
mehr als nur ein TCR muss aktiviert werden - ca. 8000 TCR (von ca. 30’000 TCR)auf einer T Zelle müssen durch ca. 50-100 Peptide-MHC Komplexe aktiviert werden...
5. Adhäsionsmoleküle
...aber:
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6. Weitere Hilfs- und Effektormoleküle von T Zellen
...gibt es (vermutlich) noch wie Sand am Meer...
CD44
CD40L
FasL
perforin, granzymesCD45
Zytokin-Rezeptoren, Zytokine
Chemokine, Chemokin-Rezeptoren
...,...,...,....,....