Immunologie: Toll-Like-Rezeptoren und Pathogene

Erkennung von Pathogenen

• Pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMP) befinden sich auf der Pathogenoberfläche und besitzen eine spezifische Struktur.
• Phagozyten erkennen PAMP und binden diese mit Hilfe von Pattern Recognition Receptors (PRR), wie z.B. Toll-Like-Rezeptoren (TLR).

Toll-Like-Rezeptoren (TLR)

• TLR befinden sich auf Monozyten, Makrophagen, dendritischen Zellen (sowie teilweise auch auf B-Zellen und aktivierten T-Zellen).
• TLR erkennen verschiedene PAMP:
  • TLR2: Lipoteichonsäure (Bakterien)
  • TLR3: Doppelstrang-RNA (Viren)
  • TLR4: Lipopolysaccharide (Gram-negative Bakterien)
  • TLR5: Flagellin (Bakterien)
  • TLR9: CpG-DNA (Bakterien)

Monozyten und Makrophagen

• Zytokine dienen als Signalstoffe, die Monozyten zur Differenzierung in Makrophagen anregen.
• Aktivierte Makrophagen (bei Abbau von Pathogenen) sezernieren Zytokine:
  • Interleukin 1 Beta: Aktivierung von Lymphozyten
  • Tumor-Nekrose-Faktor-Alpha (TNFa): Aktivierung von Endothel, Zustrom von Immunglobulinen, verstärkter Fluss (Gefäßerweiterung)
  • Interleukin 6: Steigerung der Antikörperproduktion von Plasmazellen
  • CXCL8: Anlockung von Granulozyten
  • Interleukin 12: Aktivierung natürlicher Killerzellen (NK) und Induktion der Differenzierung zu T-Helferzellen
• Makrophagen können über Zytokine verschiedene lokale Effekte auf die Immunantwort haben.
• Proteasen, die von Makrophagen freigesetzt werden, greifen Parasiten an.
• Proteasen von Granulozyten können in die Blutbahn gelangen und das Epithel angreifen und abbauen.
• Mangel an A1-Antitrypsin kann zu einer Hemmung der Leukozytenelastase führen und somit Lungenemphysem begünstigen.

Hämatopoese

• Alle Blutzellen leiten sich aus einer gemeinsamen pluripotenten hämatopoietischen Stammzelle ab.
• Für die Hämatopoese werden zahlreiche Zytokine benötigt, darunter Stammzellfaktoren, Interleukine, Erythropoetin, Thrombopoetin und Colony Stimulating Factors (CSF).

Lymphozyten

• Lymphatische Vorläuferzelle:
  • Kleiner Lymphozyt:
    • T-Lymphozyt (CD3): Immunregulation und Zytolyse
    • B-Lymphozyt (CD19): Antikörperproduktion
      • Plasmazelle
  • NK-Zelle (CD16, CD56): Zytolyse

T-Lymphozyten

• Bildung und Reifung im Knochenmark, Reifung im Thymus
• Thymus = primäres lymphatisches Organ der T-Zellen
• Reifung durch somatische Rekombination (Neuanordnung von Gensegmenten)
• ca. 80% aller Lymphozyten
• Positive Selektion: Reifung von T-Zellen, die an MHC-I oder MHC-II der kortikalen Epithelzellen des Thymus binden.
• Negative Selektion: Abbau von T-Zellen, die autoreaktiv sind (körpereigene Proteine bekämpfen würden). Dieser Abbau erfolgt durch dendritische Zellen und Makrophagen.
• T-Zellen besitzen:
  • T-Zell-Rezeptor (CD3)
  • CD4-Co-Rezeptor (CD4+-T-Zellen): Bindung an MHC-II
  • CD8-Co-Rezeptor (CD8+-T-Zellen): Bindung an MHC-I
• T-Helferzellen (TH):
  • TH1: Binden an MHC-II von Makrophagen (Aktivierung) -> Abtötung des Erregers durch Makrophagen
  • TH2: Binden an MHC-II von B-Zellen (Aktivierung) -> Bildung von Antikörpern

B-Lymphozyten

• Bildung und Reifung im Knochenmark
• Differenzierung in den sekundär lymphatischen Organen (Adenoide, Tonsillen, Milz, Lymphknoten, Peyersche Plaques, Appendix)
• Funktion: Differenzierung zu Plasmazellen für Antikörperproduktion
• Nach Reifung im Knochenmark: IgM-Rezeptor
• Nach Differenzierung in sekundär lymphatischen Organen: IgM und IgD-Rezeptoren
• Aktivierung: Bei Antigenkontakt! Differenzierung zu Plasmazellen für Antikörperproduktion.
• Aktivierung durch:
  • Bindung von TH2-Helferzelle über T-Zell-Rezeptor und CD4
  • Proliferation der B-Zelle -> B-Zell-Klon entsteht
  • Wechsel der Antikörperklasse -> Isotopenswitch

Natürliche Killerzellen (NK)

• Gehören zum angeborenen Immunsystem
• Wirken früh in der Immunreaktion nach viraler Infektion
• Sind weder B- noch T-Lymphozyten
• Wirken analog zu den zytotoxischen T-Zellen: Schnelle Reaktion auf infizierte Zellen, Auslösen der Apoptose
• Besitzen zahlreiche Rezeptoren mit verschiedenen Wirkungen:
  • Bindung an Organismus mit MHC-I (oft körpereigen): Inhibitorisches Signal, keine Abtötung
  • Bindung an Organismus ohne MHC-I: Aktivierung Apoptose

Pathogenerkennung

• Pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMP): spezifische Strukturen auf der Pathogenoberfläche, die von Phagozyten erkannt werden.
• Pattern Recognition Receptors (PRR) auf Phagozyten binden an PAMPs.
• Toll-Like-Rezeptoren (TLRs) sind eine wichtige Untergruppe von PRRs.

Toll-Like-Rezeptoren (TLRs)

• TLR befinden sich auf Monozyten, Makrophagen, dendritischen Zellen und teilweise auch auf B-Zellen und aktivierten T-Zellen.
• TLRs erkennen verschiedene PAMPs, z.B. Lipopolysaccharide (LPS) von Bakterien, Flagellin von Bakterien, CpG-DNA von Viren und Pilzen.

Monozyten und Makrophagen

• Monozyten entwickeln sich unter dem Einfluss von Zytokinen zu Makrophagen.
• Aktivierte Makrophagen sezernieren Zytokine, die verschiedene Effekte auf das Immunsystem haben.

Wichtige Zytokine und ihre Wirkungen

• Interleukin 1 Beta (IL-1β): aktiviert Lymphozyten.
• Tumor-Nekrose-Faktor-Alpha (TNFα): aktiviert Endothel, fördert den Zustrom von Immunglobulinen und verstärkt den Blutfluss.
• Interleukin 6 (IL-6): steigert die Antikörperproduktion von Plasmazellen.
• CXCL8: lockt Granulozyten an.
• Interleukin 12 (IL-12): aktiviert natürliche Killerzellen (NK) und induziert die Differenzierung von T-Helferzellen.

Hämatopoese

• Alle Blutzellen leiten sich aus einer gemeinsamen pluripotenten hämatopoietischen Stammzelle ab.
• Für die Hämatopoese werden verschiedene Zytokine benötigt, wie z.B. Stammzellfaktoren, Interleukine, Erythropoietin (EPO), Thrombopoietin und Colony Stimulating Factors (CSF).

Lymphatische Vorläuferzelle

• Kleine Lymphozyten: T-Lymphozyten (CD3), B-Lymphozyten (CD19), natürliche Killerzellen (NK) (CD16, CD56).
• Plasmazellen: aus B-Lymphozyten differenziert, produzieren Antikörper.

T-Lymphozyten

• Entstehen im Knochenmark und reifen im Thymus.
• Reifung durch somatische Rekombination von Gensegmenten.
• Ca. 80% aller Lymphozyten.
• Positive Selektion: Nur T-Zellen reifen heran, die an MHC-I oder MHC-II von kortikalen Epithelzellen des Thymus binden.
• Negative Selektion: T-Zellen, die körpereigene Proteine bekämpfen würden (autoreaktiv), werden durch dendritische Zellen und Makrophagen abgebaut.
• T-Zellen tragen den T-Zell-Rezeptor (CD3), den CD4-Co-Rezeptor (CD4+-T-Zellen) oder den CD8-Co-Rezeptor (CD8+-T-Zellen).
• CD4+-T-Zellen binden an MHC-II, CD8+-T-Zellen binden an MHC-I.
• T-Helferzellen (TH): TH1-Zellen aktiviert Makrophagen, TH2-Zellen aktivieren B-Zellen.

B-Lymphozyten

• Entstehen und reifen im Knochenmark.
• Differenzierung in sekundären lymphatischen Organen (z.B. Lymphknoten, Milz).
• Funktion: Differenzierung zu Plasmazellen, die Antikörper produzieren.
• Reife B-Zellen tragen IgM und IgD-Rezeptoren.
• Aktivierung durch Antigen-Kontakt.
• Differenzierung zu Plasmazellen zur Antikörperproduktion.

Natürliche Killerzellen (NK)

• Gehören zum angeborenen Immunsystem.
• Wirken früh nach viraler Infektion.
• Sind weder B- noch T-Lymphozyten.
• Wirken analog zu zytotoxischen T-Zellen: schnelle Reaktion auf infizierte Zellen, Auslösen der Apoptose.
• Verschiedene Rezeptoren, die verschiedene Wirkungen haben.
• Bindung an MHC-I (oft körpereigen): Inhibitorisches Signal. Keine Abtötung.
• Bindung an Organismus ohne MHC-I: Aktivierung, Apoptose.

Dieses Quiz behandelt die Erkennung von Pathogenen durch Toll-Like-Rezeptoren (TLR) und deren Rolle im Immunsystem. Es beleuchtet die Funktionsweise von TLR und die Aktivierung von Monozyten zu Makrophagen durch Zytokine. Teste dein Wissen über die spezifischen PAMP und PRR.