Immunologie II

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):


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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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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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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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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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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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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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


Ig-Superfamilie

CD8 Homodimere kommen ebenfalls auf bestimmten T Zell Populationen vor

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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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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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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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Bedeutung von CTLA-4 für die Regulierung von Immunantworten

Milz von einer wt (+/+) undeiner CTLA-4 ko (-/-) Maus...

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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

...,...,...,....,....

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