Adaptieve Immuunreactie en Lymfocyten

Adaptieve Immuunreactie & Betrokkenheid van Lymfocyten

• Nadat een pathogeen het lichaam is binnengedrongen, wordt na enkele dagen een adaptieve immuunreactie geactiveerd waarbij T- en B-lymfocyten betrokken zijn.

T-Lymfocyten Activatie

• Voor T-lymfocyten activatie is herkenning van een antigeen (peptide) door de T-cel-receptor (TCR) noodzakelijk.
• Antigenen/peptiden worden gepresenteerd aan T-cellen door moleculen van het major histocompatibiliteitscomplex (MHC) op antigeen presenterende cellen (APC), zoals dendritische cellen, wat signaal 1 genoemd wordt.
• Klasse-I MHC (MHC-I) of klasse-II MHC (MHC-II) moleculen worden, afhankelijk van het pathogeen, beladen met peptide om CD8+ cytotoxische T-cellen of CD4+ helper T-cellen te activeren.

B-Lymfocyten Activatie

• B-lymfocyten herkennen met hun B-celreceptor (BCR) direct de eiwitstructuren van een pathogeen, zonder voorafgaande afbraak en presentatie.
• Na herkenning worden B-lymfocyten geactiveerd en scheiden hun BCR uit als een antilichaam/immunoglobuline.
• Er zijn 5 verschillende klassen van antilichamen (IgD, IgM, IgG, IgA, IgE).

Functies van Antilichamen

• Antilichamen worden aangemaakt door B-cellen, zijn essentieel voor de adaptieve immuunrespons en worden geproduceerd door plasmacellen
• Antilichamen bestrijden extracellulaire pathogenen en toxines via antigeenbinding.
• De binding van een antilichaam aan een bacterie of virus zorgt ervoor dat deze onschadelijk wordt gemaakt en sneller opgeruimd.
• Antilichamen kunnen pathogenen neutraliseren, opsoniseren, of het complementsysteem activeren.
• Ze circuleren door bloed, lymfe en slijmvliezen
• Elk antilichaam kan slechts één antigeen binden, waardoor ze specifiek en variabel zijn.

Exogene & Endogene Route

• De ZSO leert onderscheid te maken tussen de routes van antigeen processing en presentatie na infectie met een exogeen pathogeen (bacterie) of endogeen pathogeen (virus), en welke T-lymfocyten hierdoor geactiveerd worden.
• De ZSO leert over de bijdrage van B-lymfocyten aan het opruimen van bacteriële infecties, en hun relatie tot de activatie van immuuncellen van het natuurlijke afweersysteem.

Leerdoelen

• Het doel is de verschillen tussen exogene en endogene routes van antigeen processing en presentatie kunnen uitleggen.
• Het doel is de manieren waarop CD4+ en CD8+ T-cellen geactiveerd worden kunnen onderscheiden.
• Het doel is de selectieve effectiviteit van CD4+ en CD8+ T-cellen bij de eliminatie van exogene en endogene klassen van pathogenen kunnen verklaren.
• Het doel is de rol van antilichaam bij het opruimen van bacteriële infecties op hoofdlijnen kunnen beschrijven.
• Het doel is de verschillen in bouw en functie van lymfeknoop en milt op overzichtsniveau kunnen onderscheiden.
• Het doel is de migratieroutes van antigenen en cellen van de specifieke immuniteit op overzichtsniveau kunnen beschrijven.

Soorten T-Cellen

• T-helpercellen (CD4+) herkennen antigenen gepresenteerd door MHC-II en beschermen tegen extracellulaire infectie.
  • CD4+ is een polypeptide met 4 extracellulaire immunoglobuline-achtige domeinen en brengt de T-cel co-receptor CD4+ tot expressie.
  • Ze bieden hulp aan weefselmacrofagen, waardoor deze beter kunnen fagocyteren en cytokinen/chemokinen uitscheiden en bieden hulp aan B-cellen en cytotoxische T-cellen.
• Cytotoxische T-cellen (CD8+) herkennen antigenen gepresenteerd door MHC-I moleculen en beschermen tegen intracellulaire infectie.
  • CD8+ is een hetrodimeer van 2 ketens met ieder een extracellulair immunoglobuline-achtig domein en brengt de T-cel co-receptor CD8+ tot expressie.
  • De belangrijkste functie ervan is het doden van cellen die geïnfecteerd zijn met een intracellulair pathogeen.

T-Celherkenning van Peptiden & MHC-Moleculen

• T-celreceptoren herkennen uitsluitend peptiden gepresenteerd door MHC-moleculen.
• Antigenen worden binnen cellen afgebroken tot korte peptiden van 8-25 aminozuren en MHC-moleculen transporteren deze naar het celoppervlak voor T-celherkenning.

MHC-Moleculen & T-Cel Interactie

• MHC-klasse I presenteert antigenen van virussen en intracellulaire bacteriën en komt tot expressie op bijna alle lichaamseigen cellen (die geïnfecteerd zijn).
  • Het bindt peptiden in het endoplasmatisch reticulum, transporteert deze naar het celoppervlak en wordt herkend door CD8 cytotoxische T-cellen, die geïnfecteerde cellen doden.
• MHC-klasse II presenteert antigenen van extracellulaire pathogenen.
  • Het komt uitsluitend tot expressie op antigeen-presenterende cellen (APC's), zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen en peptiden worden gebonden in endosomale compartimenten en naar het celoppervlak gebracht.
  • Ze worden herkend door CD4 helper T-cellen, die cytokinen produceren en andere immuuncellen activeren
• CD4 en CD8 co-receptoren zorgen ervoor dat T-cellen alleen de juiste MHC-klasse herkennen:
  • CD8 bindt aan MHC-klasse I.
  • CD4 bindt aan MHC-klasse II.
• HIV gebruikt CD4 als receptor om T-helpercellen te infecteren, wat leidt tot immunodeficiëntie.

Immunoglobulinen

• Celoppervlak B-cel antigeenreceptoren staan ook bekend als immunoglobulinen
• Elke B-cel wordt geprogrammeerd om een specifieke antistof te produceren tijdens de ontwikkeling.
• Voordat een volwassen B-cel in aanraking komt met een antigeen, brengt het alleen immunoglobinen op het membraan tot expressie om als antigeenreceptor te fungeren.
• Na binding van de receptor wordt de B-cel gestimuleerd om te prolifereren en te differentiëren tot plasmacellen (klonale selectie).
• De plasmacellen geven grote hoeveelheden membraangebonden immunoglobuline af, maar in een vrije vorm als antilichamen.

Opbouw van Antilichamen

• Antilichamen zijn glycoproteïnen bestaande uit vier polypeptideketens: twee zware (H) en twee lichte (L) ketens.
• Het antilichaam heeft de vorm van de letter Y; elke arm is opgebouwd uit een volledig lichte keten en amino-terminale deel van de zware keten, verbonden door een disulfidebinding.
• De stam van de Y bestaat uit carboxyterminale delen van de zware ketens, ook verbonden door een disulfidebinding.
• Het antilichaam bestaat uit een variabele (V) en een constante (C) regio:
  • De variabele regio (V) bepaalt bindingsspecificiteit voor antigenen door grote variatie in aminozuurfrequentie. De bindingsplaats voor het antigeen wordt gevormd door het variabele deel van de lichte en zware keten.
  • De constante regio (C) bepaalt de interactie met andere immuuncellen en het complementsysteem door beperkte variatie in aminozuurfrequentie.
• Antilichamen kunnen door proteasen in twee regio's worden gesplitst:
  • Fab-regio (Fragment Antigen Binding): verantwoordelijk voor binding aan antigenen die op verschillende afstanden van elkaar op het patogeen liggen.
  • Fc-regio (Fragment crystallizable): bindt aan serumeiwitten en oppervlaktereceptoren.
• De lichte keten kent 2 isotopen: kappa (κ) en lambda (λ). Er zit geen functioneel verschil tussen beide.
• Een antilichaam heeft enkel kappa of lambda ketens.
• Ongeveer 2/3 van de antilichaam-moleculen van mensen hebben kappa-ketens.
• De zware keten kent 5 isotypes, die verschillen op basis van structurele verschillen in het molecuul, wat bepalend is voor de targetlocatie (Ig).
• IgG komt voor op pas gevormde B-cellen en is klein genoeg om makkelijk door het weefsel te migreren. Het is het meest voorkomende antilichaam in het bloed en verantwoordelijk voor lange termijn immuniteit.
• IgA komt voor als dimeer, bestaat uit 2 identieke moleculen verbonden door J-ketens. Het is het belangrijkste antilichaam in slijmvliezen (mucosa), waar het ook voornamelijk geproduceerd wordt.
• IgM heeft heeft een groot molecuul bestaand uit 5 indentieke moleculen (pentameer) en komt voornamelijk voor in het bloed. Het is het eerste antilichaam dat wordt geproduceerd bij een infectie en heeft een 4e C-regio.
• IgE komt voor als monomeer, is betrokken bij allergische reacties en bescherming tegen parasieten en heeft als target locaties mestcellen en basofielen. IgD komt voor op BCR naïeve B-cellen, functie grotendeels onbekend.

Immunoglobuline-domeinen en Antigeenbinding

• Antilichamen zorgen door de immunoglobuline-domeinen voor stabiliteit en flexibiliteit en helpen antilichamen in wisselende omgevingen (bloedbaan en slijmvliezen) functioneren.
• Dankzij de hinge-regio kunnen antilichamen zich aanpassen aan verschillende antigeenstructuren.
• De antigeenbindingsplaats bestaat uit hypervariabele regio's (CDR1, CDR2, CDR3). Elke B-cel produceert antilichamen met een unieke antigeenbindingsplaats.
• De diversiteit van antilichamen wordt gegenereerd door V(D)J-recombinatie (herordening van gensegmenten), junctionele diversiteit (extra variatie bij de verbindingen tussen segmenten) en somatische hypermutatie (mutaties in de variabele regio na antigeencontact).
• Combineren van deze mechanismen zorgt voor een enorme diversiteit, waardoor het immuunsysteem vrijwel elk mogelijk antigeen kan herkennen.

Secundaire & Primaire Lymfocyten

• Lymfocyten bevinden zich vooral in secundaire lymfoïde organen, zoals lymfeklieren, milt, Peyer’s patches, tonsillen en adenoïden
• Primaire lymfoïde organen zijn beenmerg (productie en rijping van B-cellen) en thymus (rijping van T-cellen).
• Lymfocyten circuleren tussen bloed en lymfe via het lymfatische systeem.
• Lymfeknopen filteren antigenen en zorgen voor activatie van naïeve T- en B-cellen.
  • Antigenen worden naar de dichtstbijzijnde drainerende lymfeknoop vervoerd.
  • Dendritische cellen, macrofagen en naïeve lymfocyten werken in de lymfeknoop samen om een immuunrespons op gang te brengen.
  • B-cellen differentiëren tot plasmacellen en produceren antilichamen.
  • De lymfeknoop zwelt op door de proliferatie van geactiveerde lymfocyten.
• De milt filtert bloed en vangt antigenen op.
• Mensen zonder milt (asplenie) zijn extra vatbaar voor bacteriële infecties en hebben vaccinaties nodig tegen pneumokokken en meningokokken.

Milt & Lymfe

• De witte pulpa activeert de lymfocyten.
• De rode pulpa verwijdert de oude rode bloedcellen.
• De MHC-expressie verschilt of de cel geïnfecteerd is of niet:
  • CD8+ cytotoxische T-cellen kunnen door nagenoeg elke cel in het lichaam worden geactiveerd. Klasse 1 MHC komt tot expressie op elke kernhoudende cel en CD8+ T-cellen worden geactiveerd door herkenning van antigeen-specifieke peptiden in de context van klasse 1 MHC-moleculen
  • CD4+ T-cellen kunnen alleen door een selectie van gespecialiseerde cellen geactiveerd worden. Klasse 2 MHC moleculen komen tot expressie op antigeen presenterende cellen (APC): macrofagen, dendritische cellen en B-cellen.
• Zowel klasse 1 als klasse 2 MHC moleculen worden beladen met antigenen/peptiden na eiwitafbraak.

Exogene vs. Endogene Loading

• MHC1 moleculen binden aan eiwitten van virussen, intracellulaire bacteriën, etc. in het cytoplasma die afgebroken worden. Deze petiden kunnen niet op de klasse 2 moleculen geladen worden omdat binding van CLIP (Class-2 associated invariant chain peptide) dit voorkomt.
• MHC2 moleculen worden via de normale syntheseroute vervoerd. Deze eiwitten worden door fagocytose binnengehaald en zijn afkomstig van extracellulaire bacteriën en kunnen dus niet binden aan MHC1.

Secundaire Lymfoide Organen

• In de secundaire lymfoïde organen wordt het specifieke adaptieve immuunsysteem geactiveerd om infecties te bestrijden.
• Lymfevaten voeren interstitieel weefselvocht af naar lokale lymfeknopen/Peyerse platen/tonsillen,
• Enkele organen lozen NIET op lymfoïde organen die de CZ, testes en delen van het oog draineren. De immuunreactiviteit in deze weefsels zou onherstelbare schade aanrichten.
• In de bloedcapillairen vindt enkel uitwisseling van gassen en laagmoleculair materiaal plaats.
• De milt is het immuunorgaan voor infecties in het bloed:
  • In de milt vindt drainage plaats, maar NIET van interstitieel weefselvocht via lymfe.
  • Infectie in het bloed wordt dus gedetecteerd in de milt en daar wordt het specifieke immuunsysteem geactiveerd.
• Lymfeknopen vormen het verzamelpunt voor T- en B-cellen.
• Aangemaakte maar nog steeds naïeve lymfocyten verspreiden zich via de bloedcirculatie en bereiken zo alle lymfeknopen in het lichaam.
• De binnentredende arterie vertakt zich in de paracortex om samen te voegen tot een enkele afvoerende vene.
• Hoog endotheel venulen (HEV) zijn de vertakte bloedvaatjes van de paracortex waar lymfocyten worden aangevoerd.
• Lymfocyten kunnen hier heel selectief uittreden uit de bloedcirculatie dankzij de expressie van adhesiemoleculen op het endotheel en de aantrekkingskracht van chemokinen in de lymfeknoop
• B-cellen groeperen zich in de cortex door chemokinen, T-cellen verzamelen zich in de inter-folliculaire paracortex.
• Tijdens immuunreacties vormen zich in de cortex B-celfollikels vanwege sterke B-cel proliferatie.
• Infecterende pathogenen komen via de afferente lymfe de lymfeknoop binnen als interstitieel vocht, Of als peptiden op MHC van de dendritische cellen of vrij antigeen

DC Migratie & Antilichaam Transport

• DC’s scannen continu hun omgeving voor pathogenen.
• Indien DC’s pathogenen hebben gefagocyteerd en er PRR’s geactiveerd zijn, worden de DC’s geactiveerd en verlaten het weefsel.
• DC’s migreren via lymfevaatjes naar een lokale drainerende lymfeknoop en monden uit in de marginale sinus (holte onder het kapsel van de lymfeknoop).
• De binnenkomende lymfe wordt verdeeld via corticale sinussen langs B-cel follikels en T-cel gebieden naar de centrale medullaire sinus lopen:
  • Tijdens deze passage wordt de lymfe gefilterd en komen de DC in contact met de T-cellen in de paracortex en B-cellen in contact met vrij meegevoerd antigeen
• Antilichamen, effector T-cellen bereiken de infectiehaard via het efferente lymfevat:
  • Geactiveerde B-cellen migreren naar de mergstrengen en scheiden antilichamen uit in de medullaire sinus