Adaptieve immuunreactie: T- en B-lymfocyten

Achtergrond van de adaptieve immuunreactie

• Een adaptieve immuunreactie met T- en B-lymfocyten treedt op na een paar dagen nadat een pathogeen het lichaam is binnengedrongen.

Activering van T-lymfocyten

• Voor de activatie van T-lymfocyten is herkenning van een antigeen in de vorm van een peptide door de T-cel-receptor (TCR) noodzakelijk.
• Antigenen/peptiden worden aan T-cellen gepresenteerd door moleculen van het major histocompatibiliteitscomplex (MHC), die tot expressie komen op antigeen presenterende cellen (APC) zoals dendritische cellen.
• De presentatie van antigenen wordt ook wel signaal 1 genoemd.
• Afhankelijk van het type binnengedrongen pathogeen worden klasse-I MHC (MHC-I) of klasse-II MHC (MHC-II) moleculen beladen met peptide.
• MHC-I en MHC-II activeren respectievelijk CD8+ cytotoxische T-cellen of CD4+ helper T-cellen.

Activering van B-lymfocyten

• B-lymfocyten herkennen met hun B-celreceptor (BCR) direct de eiwitstructuren van een pathogeen, zonder dat deze eerst afgebroken hoeven te worden.
• Na deze herkenning worden B-lymfocyten geactiveerd en scheiden hun BCR uit in oplosbare vorm als een antilichaam/immunoglobuline.
• Er zijn 5 verschillende klassen van antilichamen: IgD, IgM, IgG, IgA en IgE
• Het richt zich op het algemene principe van antilichamen en antigeenherkenning.

Leerdoelen

• Uitleggen van de verschillen tussen de exogene en endogene route van antigeen processing en presentatie.
• De verschillende wijzen waarop CD4+ en CD8+ T-cellen geactiveerd worden, kunnen onderscheiden.
• De selectieve effectiviteit van CD4+ en CD8+ T-cellen bij de eliminatie van exogene en endogene klassen van pathogenen kan worden toegelicht.
• De rol van antilichamen bij het opruimen van bacteriële infecties op hoofdlijnen kan worden beschreven.
• De verschillen in bouw en functie van lymfknoop en milt op overzichtsniveau kan worden onderscheiden.
• De migratieroutes van antigenen en van cellen die de specifieke immuniteit verzorgen, kunnen op overzichtsniveau worden beschreven.

Soorten T-cellen

• T-helpercel (CD4+):
  • Herkent antigenen die gepresenteerd worden door MHC-2 en beschermt zo tegen extracellulaire infectie.
  • Brengt de T-cel co-receptor CD4+ tot expressie.
  • CD4+ is een polypeptide met 4 extracellulaire immunoglobine-achtige domeinen.
  • Biedt hulp aan weefselmacrofagen en verbetert zo vermogen om te fagocyteren en cytokines/chemokines uit te scheiden.
  • Biedt hulp aan B-cellen (o.a. bij de activatie) en cytotoxische T-cellen.
• Cytotoxische T-cel (CD8+):
  • Herkent antigenen die gepresenteerd worden door MHC-1 moleculen en beschermt zo tegen intracellulaire infectie.
  • Brengt de T-cel co-receptor CD8+ tot expressie.
  • CD8+ is een heterodimeer van 2 ketens met ieder een extracellulair immunoglobine-achtig domein.
  • Belangrijkste functie is het doden van cellen die met een intracellulair pathogeen zijn geïnfecteerd.

T-cellen en MHC-moleculen

• T-celreceptoren herkennen uitsluitend peptiden die worden gepresenteerd door MHC-moleculen.
• Antigenen worden binnen cellen afgebroken tot korte peptiden van 8-25 aminozuren.
• MHC-moleculen transporteren deze peptiden naar de celoppervlakte voor herkenning door T-cellen.

Interacties tussen MHC-moleculen en T-cellen

• MHC-klasse I: presenteert antigenen van virussen en intracellulaire bacteriën.
  • Komt tot expressie op bijna alle lichaamseigen cellen (die geïnfecteerd zijn).
  • Bindt peptiden in het endoplasmatisch reticulum en transporteert deze naar het celoppervlak.
  • Wordt herkend door CD8 cytotoxische T-cellen, die geïnfecteerde cellen doden.
• MHC-klasse II: presenteert antigenen van extracellulaire pathogenen.
  • Wordt uitsluitend tot expressie gebracht door antigeen-presenterende cellen (APC’s), zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen.
  • Peptiden worden gebonden in endosomale compartimenten en naar het celoppervlak gebracht.
  • Wordt 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.

Functie van Antilichamen

• Antilichamen worden aangemaakt door B-cellen en zijn de oplosbare vorm van de B-cel receptor.
• Essentieel voor de adaptieve immuunrespons en geproduceerd door plasmacellen.
• Ze bestrijden extracellulaire pathogenen en toxines door binding aan antigenen.
  • De binding van een antilichaam aan een bacterie- of virusdeeltje zorgt ervoor dat die onschadelijk wordt gemaakt en sneller wordt opgeruimd.
• Ze kunnen pathogenen neutraliseren, opsoniseren of het complementsysteem activeren.
• Ze circuleren door bloed en lymfe (ook aanwezig in slijmvliezen).
• Elke antilichaam kan slechts een antigeen binden.
• Celoppervlakte B-cel antigeenreceptoren worden ook wel immunoglobulinen genoemd.
• Tijdens de ontwikkeling wordt iedere B-cel geprogrammeerd om een specifieke antistof te produceren.

B-cel activatie en immunoglobulinen

• Een volwassen B-cel brengt, voordat deze in aanraking komt met een antigeen, alleen immunoglobinen op het membraan tot expressie om als antigeenreceptor te fungeren.
• Na binding van deze receptor wordt de B-cel gestimuleerd om te prolifereren en te differentiëren tot plasmacellen = klonale selectie.
• De plasmacellen secreteren grote hoeveelheden van het membraangebonden immunglobuline, maar in de vorm van vrije antilichamen.

Opbouw van antilichamen

• Antilichamen zijn glycoproteïnen die bestaan uit vier polypeptideketens:
  • Twee zware ketens (H-ketens)
  • Twee lichte ketens (L-ketens)
• Samen maken ze de letter Y: iedere arm van de Y is opgebouwd uit een volledig lichte keten, gepaard met het amino-terminale deel van de zware keten.
• Deze zijn met elkaar verbonden door een disulfidebinding.
• De stam van de Y bestaat uit de carboxyterminale delen van de zware ketens (ook gebonden via disulfidebinding).
• Het antilichaam is ook te verdelen in een variabele en een constante regio:
  • De variabele (V) regio bepaalt de bindingsspecificiteit voor antigenen.
    • Grote variatie in aminozuurfrequentie.
    • Het variabele deel van de lichte en zware keten vormen de bindingsplaats voor het antigeen.
  • De constante (C) regio bepaalt de interactie met andere immuuncellen en het complement-systeem.
    • Beperkte variatie in aminozuurfrequentie.
• Antilichamen kunnen in het midden van de zware ketens in delen gesplitst worden door proteasen (de armen van de Y splisen af van de stam)
  • Fab-regio (Fragment Antigen Binding): verantwoordelijk voor binding aan antigenen.
    • Deze kunnen zich op heel veel manieren t.o.v. elkaar oriënteren, waardoor antigenen die op verschillende afstanden van elkaar op het pathogeen liggen toch stevig gebonden kunnen worden.
  • Fc-regio (Fragment crystallizable) -> binding aan serumeiwitten en oppervlakte receptoren.
• De lichte keten kent 2 isotypes: kappa (k) en lambda (λ).
• Ze verschillen functioneel niet van elkaar, maar een antilichaam heeft OF k OF λ. Beide is niet mogelijk.
• Ongeveer 2/3 van de antilichaammoleculen bij de mens zijn kappa-ketens.

Isotypes van zware ketens

• IgG: Komen voor op pas gevormde B-cellen.
  • Ze zijn erg klein waardoor ze makkelijk door het weefsel migreren.
  • Ze zijn het meest voorkomende antilichaam in het bloed en verantwoordelijk voor langetermijnimmuniteit.
• IgA: Komen voor als dimeren en bestaan uit twee identieke moleculen verbonden door J-ketens.
  • Dit is het belangrijkste antilichaam in slijmvliezen (mucosa).
  • De voornaamste productie vindt hier ook plaats en vormen een vroege barrière.
• IgM: Heel groot molecuul bestaand uit 5 identieke moleculen (pentameer).
  • Komen voornamelijk voor in het bloed.
  • Eerste antilichaam dat wordt geproduceerd bij een infectie en heeft een 4e C-regio.
• IgE: Komen voor als monomeren en zijn betrokken bij allergische reacties en bescherming tegen parasieten.
  • Target locaties: mestcellen en basofielen.
  • Heeft een 4e C-regio.
• IgD: Komt voor op BCR naïeve B-cellen, functie grotendeels onbekend.
• Antilichamen bevatten immunoglobuline-domeinen, die zorgen voor stabiliteit en flexibiliteit.
• De immunoglobuline-domeinen helpen antilichamen functioneren in wisselende omgevingen, zoals de bloedbaan en slijmvliezen.
• De hinge-regio maakt beweging mogelijk, zodat antilichamen zich kunnen aanpassen aan verschillende antigeenstructuren.

Antigeenbinding

• 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).
  • Somatische hypermutatie (mutaties in de variabele regio na antigeencontact).
• De combinatie van deze mechanismen zorgt voor een enorme diversiteit, waardoor het immuunsysteem vrijwel elk mogelijk antigeen kan herkennen.

Functie van milt en lymfeknoop

• Lymfocyten bevinden zich vooral in secundaire lymfoïde organen, zoals: lymfeklieren, milt, Peyer’s patches en 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.
• In de lymfeknoop interageren dendritische cellen, macrofagen en naïeve lymfocyten om een immuunrespons op gang te brengen.
• B-cellen differentiëren in plasmacellen en produceren antilichamen.
• De lymfeknoop zwelt op door de proliferatie van geactiveerde lymfocyten.
• De milt filtert bloed en vangt antigenen op.
• De milt bestaat uit:
  • Witte pulpa: activeert lymfocyten.
  • Rode pulpa: verwijdert oude rode bloedcellen.
• Mensen zonder milt (asplenie) zijn extra vatbaar voor bacteriële infecties en hebben vaccinaties nodig tegen o.a. pneumokokken en meningokokken.

MHC restrictie

• CD8+ cytotoxische T-cellen kunnen door nagenoeg elke cel in het lichaam worden geactiveerd.
• Activatie van CD4+ T-cellen kan alleen door een selectie van gespecialiseerde cellen plaatsvinden.
  • CD8+ T-cellen worden geactiveerd door herkenning van antigeen specifieke peptiden in de context van klasse 1 MHC moleculen.
  • Klasse 1 MHC komt op elke kernhoudende kern tot expressie.
  • CD4+ T-cellen worden geactiveerd na herkenning van antigeen specifieke peptiden in de context van klasse 2 MHC moleculen.
  • Klasse 2 MHC-moleculen komen alleen tot expressie op antigeen presenterende cellen (APC’s) -> macrofagen, dendritische cellen en B-cellen.
  • Dus alleen APC kunnen CD4+ T-cellen activeren.
• Zowel klasse 1 als klasse 2 MHC moleculen worden beladen met antigenen/peptiden die vrijkomen na eiwitafbraak.
• De route van eiwitafbraak en belading van MHC moleculen is verschillend voor klasse 1 en klasse 2.
• Eiwitten uit het cytoplasma kunnen niet in klasse 2 terecht komen en vice versa.
  • MHC1:
    • Eiwitten die zich in het cytoplasma bevinden (o.a. van virussen, intracellulaire bacteriën) worden afgebroken tot peptiden door het proteasoom en worden daarna via de TAP transporter naar het RER geleid, waar de lege klasse 1 MHC moleculen worden beladen met peptiden.
    • Deze peptiden kunnnen niet op de klasse 2 moleculen geladen worden omdat binding van CLIP (Class-2 associated invariant chain peptide) dit voorkomt.
    • MHC2:
      • Klasse 2 MHC moleculen worden via de normale syntheseroute door het golgi-apparaat getransporteerd naar het endosomaal compartiment.
      • Daar worden ze beladen met peptiden die vrijkomen na afbraak van eiwitten in het (fago)lysosoom.
      • Deze eiwitten worden door fagocytose binnengehaald en zijn afkomstig van bijv. extrecellulaire bacteriën.
      • De peptiden die hiervan gegenereerd worden, komen niet in het RER terecht en zullen dus nooit in klasse 1 MHC geladen kunnen worden.

Distributie van lymfevaten en secundaire lymfoïde organen

• In de secundaire lymfoïde organen wordt het specifieke, adaptieve immuunsysteem geactiveerd om de infecties te bestrijden en via lymfeknopen
• Enkele organen (immune-priveleged sites), waaronder het centraal zenuwstelsel (CZ), testes en delen van het oog, draineren niet op lymfoïde organen omdat immuun reactiviteit in deze weefsels onherstelbare schade zouden aanrichten.
• Ze worden tegen infecties beschermd door een barrière van ondoordringbaar endotheel in de lokale bloedcapillairen.

Positie van milt

• Ook in de milt vindt drainage plaats, er zijn geen lymfe en de milt is opgenomen in de bloedsomloop
• Infectie gedetecteerd in de milt en het systeem word gecoördineerd om infecties te bestrijden

Bouw en Functie Van een Lymfeknoop

• Lymfeknopen zijn kazernes waar T en B cellen komen nadat ze zijn aangemaakt
• nieuwe aangemaakte cellen verspreiden zich via bloedsomloop, zo bereiken ze lymfeknopen
• Binnendrentende arterie vertakt zich sterk en voegt zich daarna samen tot enkele afvoerende vene

Hoog Endotheel Venulen. (HEV)

• Vertakte bloedvaten van de paracortex waar lymfocyten worden aangevoerd (cubisch dekkweefsel)
• Kunnen hier electief uittreden, geregeld door expressieve adherentie moleculen
• Lymfocyten kunnen extravaseren, exclusief voor lymfoïde organen

Migratie Van DC’s

• In de meeste weefsels scannen DC’s op binnendringende pathogenen
• DC's migreren dan via lymfevaatjes naar een lokale drainerende lymfeknoop. De afferente lymfevaten monden uit in de marginale sinus

Bouw en functie van de milt

• Voornaamste verschil immunologische processen is de positie in de circulatie
• milt heeft de functies:
• Het is een orgaan dat betrokken bij de infecties in het bloed
• Wegvangen en opslag van rode bloedcellen

Witte Pulpa

• Georganiseerd bij arterie met b en T cel Gebieden, met lymphocyte schede PALS(Periarteriolar Lymphoid Sheath)

Rode pulpa

• Vrije toegang, strengen v rode pulpa en vene met sinus, bloed verzameld tot afvoerende vene