Immunologie Summary PDF

Immunologie H1: Basic concepts in Immunology ================================ Priciples of innate immunity ---------------------------- Innate immuntiy = aangeboren immuniteit Alle bloedcellen zijn afkomstig van de **pluripotente hematopoëtische stamcellen** in het beenmerg:\ \ - Pluripotente st...

Immunologie H1: Basic concepts in Immunology ================================ Priciples of innate immunity ---------------------------- Innate immuntiy = aangeboren immuniteit Alle bloedcellen zijn afkomstig van de **pluripotente hematopoëtische stamcellen** in het beenmerg:\ \ - Pluripotente stamcellen - Progenitor cellen - Lymfoïde cellen, leukocyten\ en myeloïde cellen ILC = innate lymfoïd cell **Pathogenen** verschillen in grootte en levensstijl:\ - Virussen\ - Intracellulaire bacteriën\ - Extracellulaire bacteriën\ - Fungi\ - Parasieten **Vier niveaus van bescherming** tegen pathogenen:\ - Anatomische barrière (huid en mucosale oppervlakten)\ - Complement/antimicrobiële proteïnen\ - Innate immuunsysteem\ - Adaptief immuunsysteem **Myeloïde cellen** in immuniteit:\ Fagocytose en antigen presentatie Secretie effectormoleculen (antimicrobiële) Principles of adaptive immunity -------------------------------- **Lymfoïd weefsel** in het lichaam:\ - Primaire/centrale lymfoïde organen (thymus & beenmerg) differentiatie hematopoëtische stamcellen\ - Secundaire/perifere lymfoïde organen (tonsillen, milt, peyerse platen, appendix & lymfeknopen)\ initiatie adaptief immuunantwoord\ - Lymfe en lymfevaten vervoeren antigenen naar drainerende lymfeknopen + circulatie lymfocyten **Circulatie lymfocyten** na aanraking met antigen:\ - Naïeve lymfocyten naar lymfeknopen uit bloed (HEV)\ - Perifeer invaderende pathogenen opgenomen door dendritische cellen (DCn)\ - DCn infectieplaats drainerende lymfeknoop antigenpresentatie aan recirculerende T-lymfocyten\ (=naïeve T-lymfocyten, nog nooit geactiveerd)\ - T-cellen stimuleren B-cellen stimulatie & differentiatie\ - B- en T-cellen verlaten lymfeknopen als effectorcellen via efferente lymfevaten\ - Lymfocyten en lymfe keren terug naar bloed via thoracic duct **Organisatie lymfeknoop**:\ - Collecteert antigenen uit lymfe aangevoerd door afferente lymfevaten\ - Naïeve lymfocyten komen lymfeknoop binnen via High Endothelial Venules (HEV)\ - Geactiveerde lymfocyten verlaten lymfeknopen via efferente lymfevaten\  **Organisatie Peyerse platen** in darmmucosa:\ - Antigenen opgenomen door gespecialiseerde epitheelcellen M-cellen\ - M-cellen antigenen aan DCn presentatie aan T-cellen (+activatie B-cellen)\ BALT = bronchial-associated lymphoid tissue GALT = gut-associated lymphoid tissue MALT = mucosal-associated lymphoid tissue\ = GALT+BALT **Organisatie milt**: Milt collecteert antigenen vanuit bloed Rode pulpa verwijderen oude RBC\ Witte pulpa bevat lymfocyten H2: Innate immunity: The first lines of defense =============================================== 2.1 Anatomic barriers and initial chemical defenses ---------------------------------------------------- **Antwoord op een initiële infectie** in drie fases:\ - Tegenhouden door anatomische barrière preventie infectie\ FAIL\ - Herkenning door non-specifieke of breed specifieke factoren verwijderen infectie\ FAIL\ - Innate response: rekrutering effectorcellen verwijderen infectie\ FAIL\ - Adaptieve response: antigen naar lymfoïde organen & B- en T-cellen verwijderen infectie Vb. **Gespecialiseerde epithelia** als barrière:\ - Epidermis:\ \*verschillende epitheellagen water-ondoordringbare laag\ \*gedifferentieerde cellen in stratum granulosum secretie antimicrobiële defensines\ - Long/luchtwegen:\ \*Goblet cellen productie slijm (+beweging door cilia)\ \*Pneumocyten secretie antimicrobiële defensines\ - Darm:\ \*Goblet cellen productie slijm\ \* Paneth cellen secretie antimicrobiële defensines 2.2 The complement system and innate immunity ---------------------------------------------- Complement system = verschillende plasmaproteïnen die interageren met elkaar (domino effect)\ Sommige complement moleculen proteasen die zelf geactiveerd worden door proteolytische klieving\ basisvorm = inactief wijd verspreid in lichaam zonder negatief effect **Nomenclatuur:**\ - Negatieve (niet-actieve) complementen hoofdletter + nummer\ - Na klieving:\ \*groot fragment = b bindt op pathogeen\ \*klein fragment = a **Fases van complement actie**:\ - Herkenning niet eigen oppervlakte patroon\ - Activering protease cascade amplificering/ C3 convertase\ - Inflammatie & fagocytose & lyse microbial membraan attack **Complement systeem pathways**:\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ - Bij deficiëntie van C3 of vroegere hoger aantal bacteriële infecties\ - Bij deficiëntie van C5 of latere minder drastisch effect **Inflammatie:\ \ \ \ \ ****\ **C5a is actiever dan C3a\ - lokaal effect op endotheel & immuuncellen **Fagocytose**:\ \ C3b gecoate bacterie bindt complement receptor op fagocyt\ + Binding C5a op C5a receptor activatie fagocytose **Membraan attack**:\ \ C5b bindt C6 en C7 en bindt membraan C8 bindt complex C9 rekrutering en polymerisatie\ porie H3: The induced responses of innate immunity ============================================ 3.1 Pattern recognition by cells of the innate immune system ------------------------------------------------------------- Pattern recognition receptors (PPRs) = innate immuunreceptoren die pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) herkennen\ onderscheiden 'self' en 'nonself' **Fagocytose door macrofagen**:\ Magrofagen herkennen oppervlaktemoleculen op pathogenen en induceren fagocytose in fagolysosomen **Toll-like receptoren:\ **Herkennen PAMPs van bacteriën en virussen\ - In de celmembraan van DCn en macrofagen detecteren extracellulaire pathogenen\ - In de membraan van endosomen (intracellulair) detectie intracellulaire pathogenen of na afbraak **Gram-negatieve en -positieve bacteriën**:\ - Gram-positieve bacteriën celwand = matrix van peptidoglycanen\ - Gram negatieve bacteriën celwand = binnenste dunne peptidoglycaan-matrix en buitenste\ lipoploysacharide-membraan (LPS)\ peptidoglycaan kleurt met kristalviolet en dus bij gram-positieve  **Bacterieel LPS activeert NFκβ**:\ - LPS wordt gebonden aan LPS-binding protein (LBP)\ - LPS wordt opgeladen op CD14 receptor\ - LPS-CD14 associeert met TLR-4 activaitie TLR-4\ - Activatie transcriptiefactor NFκβ inductie gentranscriptie & activering cel **Bacterieel LPS + TLR-4/CD14 induceert macrofagen en Langerhanscellen**:\ - Macrofagen productie cytokines en chemokines\ - Langerhanscellen in huid migratie naar lymfeknoop en maturatie\ \*immatuur = fagocyteren en macropinocyteren\ \*matuur = antigenpresentatie **TLR-3 en TLR-7 functies**:\ - Herkennen viraal RNA\ - TLR-3 bindt dsRNA expressie type I interferon genen (IFN-β)\ - TLR-7 bindt ssRNA expressie type I interferon genen (IFN-α en IFN-β) **NOD proteïnen**:\ - Herkennen bacteriën door peptidoclycanen\ - Dimerisatie NOD proteïnes (muramyl peptide)\ - Activatie NFκβ\ - Expressie inflammatoire cytokines (versterken immuunreactie) **Celschade activeert NLRP3 inflammasoom**:\ - Celschade K+ efflux\ - Chapperones dissociëren van NLRP3\ - Aggregatie verschillende NLRP3 moleculen\ - Activatie caspase\ - Activatie pro-inflammatoire cytokines door klieving 3.2 Induced innate responses to infection ------------------------------------------ **Infectie stimuleert inflammatory response**:\ - Infectie stimuleert macrofagen tot vrijzetting van cytokines en chemokines inflammatie\ - Cytokines = kleine eiwitten die respons induceren door binding aan specifieke receptoren\ - Chemokines = chemoattracantische cytokines\ - Interleukines = cytokines gesecreteerd door en inwerkend op leukocyten\  **Cytokines** geproduceerd door DCn en macrofagen:\ - IL-1β, TNF-α, IL-6 koorts, acute-fase respons & dilatatie BV\ - IL-8/CXCL8 chemotactisch\ - IL-12 NK-activatie en T~H~1 differentiatie **Adhesie moleculen** bij leukocyt interacties:\ - Selectines: P- en E-selectines\ \*geïnduceerd op endotheel door TNF-α en C5a\ \*binden specifieke suikers op oppervalkte van immuuncellen\ - Integrines: LFA-1\ \*conformationele verandering geïnduceerd door chemokines\ -Immunoglobin (Ig) superfamilie: ICAM-1 en ICAM-2\ \*geïnduceerd door TNF-α **Extravasatie** en diapedese:\ - Extravasatie = het proces van migratie van leukocyten uit de bloedbaan\ - Diapedese = 'kruipen' van leukocyten tussen endotheelcellen (onderdeel van extravasatie)\ \- Rolling adhesion = inductie (TNF-α of C5A) expressie P- en E-selectines op endotheelcellen\ kortstondige binding leukocyten rolling effect\ - Tight binding = inductie (TNF-α) ICAMs op endotheel + conformatieverandering van LFA-1 op leukocyten\ sterke binding leukocyten aan endotheel\ - Diapedese\ - Migration = migratie oiv chemokine gradiënt (IL-8) **Opm**: Systemische vrijstelling van TNF-α kan dodelijk zijn (systemische oedeem en bloedklonters) **Acute fase respons**:\ - Productie van acute-fase proteïnen in lever geïnduceerd door IL-1β, TNF-α en IL-6\ - Acute-fase proteïnen:\ \*C-reactive protein:\ ° bindt PC van LPS van bacteriën en schimmel opsonisatie en activering complement\ \* Mannose-bindend lectine:\ ° opsoniastie en activering complement **Interferonen (IFn)**:\ - Interferonen interfereren met virale replicatie\ - IFN-α en IFN-β:\ \* geproduceerd door viraal-geïnfecteerde cellen (activatie door TLR-3 en -7)\ \* induceren resistentie tegen virale replicatie in niet geïnfecteerde cellen\ ° activering genen mRNA afbraak\ ° inhibitie translatie virale (en gastheer) eiwitten\ \* induceren MHC klasse I expressie\ ° in geïnfecteerde cellen betere herkenning door CD8 T-cellen\ ° in niet-geïnfecteerde cellen resistentie tegen Natural Killer (NK) cellen\ \* activering NK-cellen, macrofagen en DCn\ - IFN-γ:\ \* geproduceerd door lymfocyten (niet gevolg van virale infectie)\ \* belangrijke rol in geïnduceerde immuunreactie tegen intracellulaire pathogenen **Natural Killer cellen** (NK-cellen) :\ - Bij virus infectie: eerste immuunantwoord productie IFN-α, IFN-β, TNF-α en IL12\ - Ook activatie van NK-cellen\ - Voor volledige eliminatie: CD8 cytotoxische T-lymfocyten NK-cellen:\ - Constitutief cytotoxisch (sterk verhoogd door IFN-α, IFN-β en IL12)\ - IL-12 geactiveerde NK-cellen belangrijke bron van IFN-γ\ - Ook belangrijk bij immuunafweer tegen tumorcellen\ - Expresseren zowel activerende als inhiberende receptoren balans bepaald activiteit Inhibitorische receptoren:\ - Als deze MHC klasse I moleculen op een andere cel herkennen\ inhibitie NK-cellen geen cytotoxische activiteit\ -Tumorcellen of viraal-geïnfecteerde cellen soms lagere MHC expressie\ geen of minder inhibitie van NK-cellen tumorcel gedood\ - Hebben lang cytoplasmatisch gedeelte met ITIM motief\ - ITIM = immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif\ - Na ligand binding fosforylatie ITIM binding met fosfaten Activerende receptoren:\ - Hebben kort cytoplasmatisch gedeelte\ - Associëren met EW met lang cytoplasmatisch gedeelte signalisatie\ - Hebben ITAM motief\ - ITAM = immunoreceptor tyrosine-based activation motif\ - Na ligand binding fosforylatie ITAM intracellulaire signaalcascade H4: Antigen recognition by B- and T-cell receptors ================================================== 4.1 The structure of a typical antibody molecule and the interaction with a specific antigen --------------------------------------------------------------------------------------------- **Immunoglobuline (Ig):\ **- Membraangebonden (naïeve B-cellen) = B-cel receptor (BCR)\ \* elke B-cel een Ig met 1 welbepaalde specificiteit\ \* 1 individu repertoire aan Igs\ - Gesecreteerd (plasmacellen) = antilichaam (Ab)\ \* plasmacel secreteert Ab met zelfde antigen-specificiteit als BCR \- Ig domein = ±110 AZ\ \* Variabel domein (V) veel variatie\ \* Constant domein (C) weinig variatie\ \* Y-vormige structuur met 3 delen van vergelijkbare grootte\ ° 2 armen V-domeinen\ ° lichaam C-domein \- Ig antilichaam = 150 kDa\ \* 2 identieke zware ketens\ ° 5 types bepalen isotype (IgM, IgD, IgG, IgA, IgE)\ ° IgG meest voorkomend bij mens (4 subklassen 1-4)\ \* 2 identieke lichte ketens\ ° 2 types Kappa (κ) en Lambda (λ) geen functioneel verschil **\ \ ** **Igs knippen adhv proteasen:\ -** Protease papaïne:\ \* 2 Fab fragmenten (fragment antigen binding)\ \* 1 Fc fragment (fragment crystalizable)\ - Protease pepsine:\ \* 1 F(ab')2 fragment\ \* Fc fragment in verschillende stukken **Flexible hinge regio**:\ - Een antilichaam molecule is flexibel\ \* in het scharnier gebied\ \* tussen V en C domeinen\ 1 Antilichaam kan 2 epitopen binden (die evt ook gebonden zijn door andere antilichamen) **Structuur van het Ig domein**:\ - β-strands (3,4 of 5) een β-sheet\ - 2 β-sheets van 1 Ig domein verbonden via disulfide-brug\ - C domein 4 + 3 β-sheets\ - V domein 4 + 5 β-sheets\ 'immunoglobulin-like' domein\ immunoglobuline superfamilie **Hypervariabele regio's in V domeinen**:\ - Hypervariabele regio's = HV regio (HV1, 2 en 3)\ \* gelegen in 3 loops\ \* vormen de antigeen specificiteit door vormen opp complementair met Ab\ complementary-determining regions (CDR)\ \* CDRs van zowel light en heavy chains bepalen specificiteit\ \* combinaties van L en H combinationele diversiteit\ - Framework regio's = FR regio (FR1, 2, 3 en 4) minder variabel\ \* vormen het structureel framework van een Ig domein **Antigenen binden in pockets, groeves of op uitstekende oppervlakten**: **Non-covalente krachten antigen-antilichaam complex**:\ - Oppervlakte complementariteit bepaald specificiteit\ - Niet-covalente bindingen bepaald affiniteit\ \* elektrostatische krachten (tegengestelde lading)\ \* waterstofbruggen\ \* van de Waals krachten\ \* hydrofobe krachten\ hoge zoutconcentraties, extreme pH-waarden of hoge epitoop concentraties verbreken interacties 4.2 Antigen recognition by T-cells ----------------------------------- **T-cell receptor (TCR)**:\ - structuur sterk vergelijkbaar met Fab fragment\ - TCR altijd membraangebonden\ - slechts 1 antigen bindingsplaats\ - 2 types TCRn:\ \* αβ T-cel receptoren\ \* γδ T-cel receptoren\ - V-regio, C-regio, scharnier regio, transmembranaire regio, kort cytoplasmatisch deel en disulfide binding **Epitopen in Igs en T-cel receptoren**:\ - Epitoop = deel van antigen waaraan antigenreceptoren binden\ \* conformationeel/discontinu herkende segmenten zijn discontinu in AZ-sequentie (wel in 3D)\ \* lineair/continu segment van polypeptide keten wordt herkend\ - Epitopen van antilichamen aan oppervlak van eiwitten\ \* continu of discontinu\ - Epitopen van TCR kunnen overal liggen\ \* ontvouwen of afbreken voor herkenning\ \* continu/lineair (herkent peptiden, geen eiwitten)\ \* TCR herkent enkel peptiden in 'major histocompatibility complex' (MHC)\ \* ligand = peptide + MHC molecule **MCH klasse I moleculen**:\ - 3D structuur:\ \* 'Onderste' domeinen \~ C domeinen Ig\ \* 'Bovenste' domeinen peptide-bindingsgroef\ \* α-keten van klasse I polymorf (bestaan varianten)\ \* β2-microglobuline klasse I niet polymorf\ - Peptide gebonden in uitgestrekte toestand, uiteinden sterk gebonden in groef\ \* binding leidt tot stabilisatie van expressie MHC moleculen op membraan\ - Peptide wordt gebonden via waterstofbruggen en ionische interacties:\ \* met carboxy- en amino-terminale uiteinden (identiek voor alle MHC I)\ \* met ankerresidu's (niet identiek voor 1 MHC I, wel verwant)\ ° verschillend voor andere MHC I allelen\ ° bepalen peptide-bindingsspecificiteit\ - MHC klasse I peptiden 8-10 AZ lang\ - Interactie αβ TCR met MHC klasse I:peptide complex:\ \* vooral CDRs maken contact\ \* CDR1 en CDR2 binden vooral met MHC\ \* CDR3 binden vooral peptide (CDR3 hoogste variabiliteit\ αβ TCR heeft dubbele specificiteit (zowel MHC als peptide) **MHC klasse II moleculen**:\ - 3D structuur vergelijkbaar:\ \* α&β-keten van klasse II polymorf (bestaan varianten)\ - Peptide gebonden in uitgestrekte toestand, uiteinden niet sterk gebonden (kunnen naar buiten steken)\ \* binding leidt tot stabilisatie van expressie MHC moleculen op membraan\ - Peptide wordt gebonden via waterstofbruggen:\ \* met ankerresidu's op posities 1, 4, 6 en 9 (verwante AZ)\ - MHC klasse II peptiden minstens 13 AZ lang\ - Interactie αβ TCR met MHC klasse I:peptide complex:\ \* CDR1 en CDR2 binden vooral met MHC\ \* CDR3 binden vooral peptide (CDR3 hoogste variabiliteit) **Structuur CD4 en CD8 co-receptoren**:\ - Geëxpresseerd op T-lymfocyten\ - CD4 coreceptor:\ \* 1 keten\ \* 4 immuunglobuline-like domeinen & scharnier\ \* D1 \~ V-regio en D3-4 \~ C-regio\ - CD8 coreceptor:\ \* 2 ketens: α+α of α+β\ \* 1 immuunglobuline-like domein & disulfide brug\ \* Domein \~ V-regio\ - Binding CD4/8:MHC I of II noodzakelijk voor efficiënt T-cel antwoord **MHC molecule expressie**:\ - MHC klasse I moleculen:\ \* geëxpresseerd door alle lichaamscellen (behalve RBC)\ \* hoogste expressie in hematopoëtische cellen\ \* interferonen (IFNn) verhogen expressie\ - MHC klasse II moleculen:\ \* enkel aanwezig op antigeen-presenterende cellen en thymus epitheelcellen\ \* IFN-γ verhoogt expressie (induceert op negatieve cellen)\ - Verschillend expressiepatroon van MHC klasse I en II reflecteert verschillende functies CD4 en CD8\ T -lymfocyten\ \* CD4 en 8 T-cellen gestimuleerd door APCn APCn expresseren MHC klasse I en II\ \* CD8 cellen zijn cytotoxisch alle lichaamscellen expresseren MHC klasse I **De γδ TCR**:\ - γδ TCR herkent geen peptide\ - Herkent heat-shock proteïnen, gefosforyleerde liganden en mycobacteriële lipiden\ - Meestal geen MHC presentatie vereist\ \* bindt antilichaam rechtstreeks\ \* gepresenteerd door niet-klassieke MHC-moleculen H5: The generation of lymphocyte antigen receptors ================================================== 5.1 Primary immunoglobulin gene rearrangement ---------------------------------------------- **V-regio genen zijn geconstrueerd uit gen segmenten**:\ - Lichte keten:\ \* Variabel (V) gensegment (eerste 95-101 AZ)\ \* Joining (J) gensegement (tot 13 AZ)\ - Zware keten:\ \* V~H~\ \* J~H~\ \* Diversity (D) gensegment\ - Leader peptide (L)\ \* dirigeert eiwit\ \* wordt na translatie gekliefd\ - Disulfide bruggen gevormd na translatie\ - V ↔ (D) ↔ J herschikking\ - V(D)J ↔ C RNA splicing **Immuunglobuline gensegmenten**:\ - Gelokaliseerd in 3 clusters/genetische loci:\ \* λ locus (chr 22)\ \* κ locus (chr 2)\ \* zware keten locus (chr 14)\ - Zware keten locus bevat verschillenden C~H~ genen corresponderen met verschillende isotypes **Recombiantion signal sequence (RSS):\ -** V gensegment mag aleen herschikken met D of J segment, nooit met ander V segment\ - RSS zijn geconserveerde sequenties die V, D en J regionen flankeren\ \* Heptameer = geconserveerde sequentie van 7 nucleotiden\ \* Spacer = niet geconserveerd, 12 of 23 nucleotiden\ \* Nonameer = geconserveerde sequentie van 9 nucleotiden\ - 12/23 regel : gensegment geflankeerd met RSS met 12 bp spacer kan\ alleen recombineren met gensegment met RSS met 23 bp spacer\ - Recombinatie kan alleen optreden tussen gensegmenten van\ hetzelfde chromosoom**\ \ V-regio gen segmenten samengebracht door recombinatie:\ \ -** Een 12-bp-spaced RSS en een 23-bp-spaced RSS bij\ elkaar gebracht voor recombinatie\ - Voorwaarts georiënteerd V gen segment recombineert\ door het uit-loopen van het tussenliggend DNA\ - Omgekeerd georiënteerd V gen segment recombineert\ door het vormen van een coil - Recombination-activationg gene 1 (RAG-1) en RAG-2:\ \* enkel in B en T lymfocyten tijdens differentiatie\ \* knipt DNA streng met vorming haarspeld loop\ \* essentieel voor ontwikkeling lymfocyten\ **\ -** De haarspeld wordt op willekeurige plaats gekliefd 'palindromic' of P-nucleotiden\ - N -nucleotiden willekeurig toegevoegd door terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT)\ \* TdT deficiëntie weinig junctionele variatie (geen block ontwikkeling lymfocyten)\ - Aantal P- en N- nucleotiden willekeurig niet altijd leesraam behouden of stopcodon\ niet-productieve herschikking niet-functioneel eiwit (bij 2/3 herschikkingen) \- CDR1 en CDR2 gecodeerd door V gensegment\ - CDR3 gelegen op junctie tussen V en J variabiliteit door willekeurig toevoegen P- en N-nucleotiden 5.2 T-cell receptor gene rearrangement --------------------------------------- **TCR αβ gensegmenten**:\ - gelokaliseerd in 2 clusters/genetische loci:\ \* α locus (chr 14) verschillende V en J segmenten & 1 C gensegment\ \* β locus (chr 7) verschillende V en J segmenten & 2 D en 2 C gensegmenten **Herschikking TCR**:\ - Hepta- en nonameer RSS + 12/23 regel\ - RAG-1 en RAG-2\ - P- en N-nucleotiden\ - Slechts 1 C domein voor α keten en 2 homologe C domeinen voor β keten **TCR γδ gensegmenten**:\ - gelokaliseerd in 2 clusters/genetische loci:\ \* δ locus is gelegen in α locus (voor α keten wordt δ locus gedeleteerd)\ \* γ locus op ander chromosoom 5.3 Structural variation in immunoglobulin constant regions ------------------------------------------------------------ **5 antilichaam isotypen**:\ - Wordt bepaald door keuze van C segment van zware keten\ - Verschillen in N-linked suikergroepen en aantal & locatie van disulfidebruggen\ - IgG 4 subklassen\ - IgA 2 subklassen\ - IgM en IgE extra C domein ipv scharnierregio \- V domein grote diversiteit, antigeenbinding\ - C domein isotype **Effectorfuncties C domein**:\ - Interactie Fc en complement activering complement cascade\ - Interactie Fc en Fc receptor activering fagocyten, mastcellen, basofielen en NK cellen\ - Zorgt voor specifieke lokalisatie van Ab IgA (mucus, traanvocht, moedermelk) en IgG (transplacentair) **IgM en IgD**:\ - Differentiële splicing van RNA (C regio) bepaald of IgM of IgD wordt afgeschreven (geen class switch!)\ - Immature B cellen klieving en polyadenylatie op polyadenylatieplaats pA1 vooral IgM\ - Mature B cellen ook klieving op pA2 zowel IgM als IgD\ - IgD slechts in kleine hoeveelheden op plasmacellen, functie IgD ongekend **Transmembranaire en gesescreteerde vormen** afgeleid van zelfde zware keten sequentie:\ - Zware keten:\ \* 2 exonen coderen voor respectievelijk membranair en cytoplasmatisch deel van membraan-\ gebonden Ig membraan coderende exonen (M1 en M2)\ \* 1 exon codeert voor het carboximaal uiteinde van gesecreteerd Ig secretie-coderend exon (SC)\ - Alternatieve splicing: 2 polyadenylatie signalen pAm en pAs\ - Immature en naïef mature B -cellen alleen membraan gebonden Ig (BCR) **Multimeren** van IgM en IgA:\ - Additioneel afzonderlijk polypeptide bevordert polymerisatie J keten (≠ J gensegment!)\ - Polymerisatie verhoogt de aviditeit (totale bindingssterkte alle antigeen-bindingsplaatsen)\ - IgA dimerisatie noodzakelijk voor transport doorheen epithelia, IgM pentameer H6: Antigen presentation to T lymphocytes ========================================= 6.1 The generation of α:β T-cell receptor ligands -------------------------------------------------- **T-cell herkenning**:\ - T-cellen herkennen geen natieve of solubele eiwitten\ - T-cellen herkennen cellen met intacellulaire pathogenen of componenten van pathogenen\ - T-cellen herkennen peptide fragmenten door APCn gepresenteerd op MHC moleculen\ - Antigeen processing APCn knippen natieve proteïnen in peptide fragmenten\ - Antigeen presentatie peptiden beschikbaar stellen op celoppervlak in groef van MHC moleculen **Celcompartimenten**:\ - 2 celcompartimenten in een cel:\ \* het cytosol in contact met de kern\ \* het vesiculair systeem in contact met extracellulair milieu\ ° ER, golgi, secretorische vesikels (naar buiten)\ ° endosomen (naar binnen)\ - Compartiment waarin peptide zich bevindt bepaald presentatie op MHC klasse I of II\ \* antigenen van cytosolische pathogenen MHC klasse I CD8 T lymfocyten\ \* intracellulaire bacteriën en parasieten endosomen MHC klasse II CD4 T lymfocyten\ \* extracellulaire pathogenen en toxinen endocytose MHC klasse II CD4 T lymfocyten **Het proteasoom**:\ - Een katalytisch protease complex (proteolytische activiteit in binnenste ringen)\ - 19S + 20S + 19S\ - Breekt proteïnen af tot peptiden\ - Ubiquitine-afhankelijk **TAP1 en TAP2 peptide transporter**:\ - MHC klasse I-bindende peptiden in cytosol\ - MHC klasse I moleculen gesynthetiseerd in ER\ peptiden moeten naar ER getransporteerd worden\ - Transport door 2 ATP-afhankelijke transportmoleculen van de ER membraan TAP1 en TAP2\ \* heterodimeer TAP complex specificiteit voor peptiden met lengte van 8 of meer AZ **MHC klasse I van ER naar celmembraan**:\ - Nieuwgevormde MHC klasse I moleculen binden calnexine\ - Interactie met β2-microglobuline loskomen calnexine\ - Gedeeltelijk opgevouwen MHC molecule bindt TAP1/TAP2\ - ERAAP knipt peptide tot ideale lengte (\>8AZ)\ - Peptide bindt in groef MHC molecule en MHC compleet opvouwing\ - MHC verlaat ER en gaat via Golgi naar celmembraan **Sommige virussen interfereren met MHC klasse I presentatie**:\ - Inhibitie TAP werking\ - Weerhouden MHC klasse I moleculen in ER\ - Afbraak MHC klasse I moleculen **MHC klasse II**:\ - Presenteren extracellulaire pathogenen opgenomen door oa macrofagen en intracellulaire pathogenen\ in vesikels\ - Worden geproduceerd in ER, maar mogen geen cytosolische peptiden binden\ \* in ER wordt peptide-bindingsgroef bezet door de invariant chain\ \* invariant chain = trimeer & bindt 3 MHC klasse II moleculen\ \* blokkeert groeve voor ER peptiden en induceert transport naar lage-pH endosomaal comartiment\ \* zure proteasen knippen invariant chain enkel 'class II-associated invariant-chain peptide' CLIP\ - CLIP verhindert nog steeds binding van peptiden\ \* HLA-DM bindt MHC klasse II:CLIP complex\ \* stabilisatie MHC molecule en loslating CLIP\ - Peptiden kunnen binden en gepresenteerd worden op celmembraan\ - Kunnen net zoals klasse I ook lichaamseigen eiwitten binden **Cross-presentatie**:\ - Extracellulaire antigenen door MHC klasse I moleculen (=uitzondering)\ - Mechanisme onduidelijk **Autofagie**:\ - Cytosolische antigenen door MHC klasse II moleculen (=uitzondering)\ - Deel cytoplasma autofagosomen versmelten met lysosomen\ afbraak & presentatie 6.2 The major histocompatibility complex and its function --------------------------------------------------------- **MHC complex in mens** (HLA = Human Leukocyte Antigen) **genetisch**:\ - MHC complex meer dan 200 genen (chr 6) per gen tientallen allelen\ - Combinatie MHC allelen op 1 chromosoon = MHC haplotype\ - MHC klasse I genen: HLA-A, HLA-B en HLA-C\ \* β2-microglobuline gen (chr 15)\ \* TAP1 en TAP2 genen\ \* LMP genen (proteasoom)\ - MHC klasse II genen: α&β ketens van HLA-DP, HLA-DQ en HLA-DR (2 verschillende voor β keten)\ \* α&β ketens van HLA-DM\ \* gen invariant chain (chr 5)\ -MHC klasse III genen: coderen voor verschillende proteïnen met immunologische functie **MHC polymorfisme en polygenie**:\ - MHC polymorfisme:\ \* grote diversiteit aan MHC moleculen in populatie\ \* elk individu maximaal 2 verschillende allelen van elke MHC gen (homozygoot of heterozygoot) \- MHC polygenie:\ \* 1 individu kan verschillende verwante MHC genen met dezelfde funtie expresseren\ - Combinatie polymorfisme en polygenie grote diversiteit in individu en in populatie\ - In 1 individu:\ \* MHC klasse I max 3x2 = 6 moleculen\ \* MHC klasse II max 4x2x2 (α&β ketens) = 16 moleculen **Genconversie**:\ - Door evolutie gaf voorouder gen door duplicatie aanleiding tot meerder MHC genen\ - Creëren van nieuwe allelen door uitwisseling tussen MHC genen (misalignering tijdens meiose) **Allelische variatie in MHC moleculen**:\ - Vooral in bindingsgoref\ - Bepaald sequentie van de ankerresidu's van de peptiden die kunnen binden\ - Set van ankerresidu's sequentiemotief (belangrijk voor vaccinontwikkeling) **T-cell herkenning van antigenen met MHC moleculen**:\ - TCR herkent antigeen:MHC complex\ - CD8 T-lymfocyten zijn:\ \* virusspecifiek doden alleen cellen geïnfecteerd met bepaald virus\ \* MHC specifiek doden alleen geïnfecteerde cellen met zelfde MHC expressie als MHC molecule\ gebruikt voor positieve selectie in thymus MHC restrictie\ - Uizondering: superantigenen (bacterieel of viraal)\ \* stimuleert 1-20% van de T-cellen (ipv 1/10\^5)\ \* geen eiwitprocessing nodig\ \* bindt rechtsreeks op TCR (Vβketen) of MHC klasse II molecule H7: Lymphocyte receptor signaling ================================= 7.1 General principles of signal transduction and propagation -------------------------------------------------------------- **Proteïne kinasen als signaal**:\ - Fosforylatie door kinasen regulatie activiteit signalerend eiwit snel en omkeerbaar\ - Verschillende kinasen:\ \* tyrosine kinasen meestal eerste stap\ ° cytoplasmatisch deel: intrisieke tyrosine kinase activiteit\ (groeifactor receptoren)\ ° cytoplasmatisch deel: bindt aan tyrosine kinase\ = receptor geassocieerde tyrosine kinasen (TCR en BCR)\ \* serine of threonine kinasen volgende stappen\ \* histidine kinasen (niet in immuunsysteem)\ - Transactivering van proteïne tyrosine kinasen door transfosforylatie is\ belangrijke stap in signalering van celmembraan receptoren **Signalisatie stopzetten**:\ - Defosforylatie\ - Degradatie gefosforyleerd eiwit (ubiquitinatie)\ - Internalisatie en afbraak celmembraan receptoren (lysosomen) **Amplificatie signaal**:\ - Kinase cascade (elk kinase kan meerdere substraten activeren)\ - Second messengers (vb Ca^2+^ vrijstelling) 7.2 Antigen receptor signaling and lymphocyte activation --------------------------------------------------------- **T-cel receptor (TCR) complex** :\ - TCR : 2 klonaal variabele ketens (kunnen niet signaleren)\ \* antigeen-bindend\ - CD3 complex: 1 CD3γ, 1 CD3δ en 2 CD3ε\ extracellulair 1 Ig-like domein, membranair negatief geladen AZ, intracellulair 1 ITAM\ \* celmembraanexpressie van TCR\ \* signalisatie\ - 2 Ϛ ketens:\ kort extracellulair stuk, intracellulair 3 ITAMs\ (=immunoreceptor tyrosine-based activation motif)\ \* signalisatie **Coreceptoren met TCR**:\ - TCR + CD4/CD8 door binding met MHC:peptide kinase Lck (aan CD4/8) fosforyleert ITAMs\ - ZAP70 bindt op gefosforyleerde ITAMs activatie ZAP70 door Lck\ - Signalisatie cascade met kinasen, fosfatasen en second messengers\ - Activatie transcriptiefactoren NFκβ, NFAT en AP-1\ - Inductie gentranscriptie celdeling en differentiatie T-cel **B-cel receptor (BCR) complex**:\ - BCR: 2 zware en 2 lichte ketens (klonaal variabel\ \* antigeen-bindend\ - Igβ en Igα ketens (niet variabel)\ extracellulair 1 Ig-like domein, intracellulair 1 ITAM\ \* signalisering **Signalisatieweg TCR en BCR grote lijnen**:\ **Andere cellen kunnen ook associeren met ketens die ITAMs bevatten**:\ - NK cellen, macrofagen en neutrofielen\ - Mastcellen en basofielen 7.3 Co-stimulatory and inhibitory receptors modulate antigen receptor signaling in T en B lymphocytes ------------------------------------------------------------------------------------------------------ **Coreceptor CD28**:\ - Co-stimulatorische receptor van T-cellen\ - Liganden: B7.1 en B7.2 alleen geëxpresseerd op antigen-presenterende cellen\ - Stimulatie van TCR en CD28 expressie verschillende genen oa cytokine IL-2\ - Naïeve T cellen alleen CD28\ - Geactiveerde T cellen ook CTLA4 (inhiberend!) bindt ook B7 moleculen maar met hogere affiniteit **Inhiberende receptoren**:\ - Bevatten in cytoplasmatisch deel ITIMs (=immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif)\ - ITIMs recruteren en activeren fosfatasen (inhiberen signalen van activerende receptoren)\ - CTLA4, sommige Fc receptoren, inhiberende NK receptoren **Coreceptor CD40**:\ - Co-stimulatorische receptor van B-cellen\ - Ligand: CD40L geëxpresseerd op helper T-cellen\ - Activatie BCR en CD40 activatie transcriptiefactor NFκβ induceert genexpressie **JAK-STAT pathway**:\ - Binding cytokine op specifieke receptor\ - Dimerisatie receptorketens\ - Activatie receptor-geassocieerde tyrosine kinasen van de\ Janus kinase (JAK) familie\ - JAKs fosforyleren & activeren elkaar en fosforyleren tyrosines\ - Signal transducers en activators of transcription (STATs) worden gebonden en gefosforyleerd\ - STATs dimeriseren, transloceren naar nucleus en induceren gentranscritptie **Signalering door TNF receptor TNFR-I**:\ - TNF bindt\ - TNFR trimeriseert en bindt adaptor TRADD\ \* celdood: TRADD recruteert FADD caspase 8 activatie\ \* inductie gentranscriptie: TRADD recruteert RIP en TRAF2 **Signalering door Fas**:\ - Fas behoort tot TNF receptor familie\ - Fas heeft cytoplasmatisch 'death' domein dat FADD bindt na trimerisatie caspase 8 apoptose\ - Gebruikt voor opruimen geactiveerde lymfocyten na klaren pathogeen en het doden van andere cellen\ door cytotoxische CD8 cellen en NK-cellen\ - Mutaties kunnen leiden tot abnormale accumulatie van geactiveerde T-lymfocyten H8: The development of B and T lymphocytes ========================================== 8.1 Development of B lymphocytes --------------------------------- **Ontwikkeling uit de hematopoëtische stamcel**:\ \ - Kan alle bloedceltypes genereren en kan zichzelf vernieuwen\ \ \ - Kan alle bloedceltypes genereren maar kan zichzelf niet vernieuwen\ \ \ \ \ - Genereert alle lymfocyt-cellen\ \ \ - Vanaf hier 'committed' tot bepaald celtype (NK/B/T)\ \ \ \ \ \ \ **B-cel ontwikkeling**:\ - Ontwikkeling progenitorcellen in beenmerg (afhankelijk van interacties met beenmerg stroma)\ - Progenitorcellen herschikken Ig genen\ - Immature B-cellen expresseren IgM op celmembraan\ - Negatieve selectie: herkenning zelf-antigenen apoptose\ - Immature B-cellen migreren naar periferie en matureren\ - Mature naïeve B-cellen expresseren IgM en IgD op celmembraan\ - Mature B-cel bindt vreemd antigen en activeert\ - Geactiveerde B-cellen sectreteren Ab plasmacellen\ - Class-switch vorming IgG/A/E\ - Plasmacellen keren terug naar beenmerg\ - Vorming geheugencellen in beenmerg en lymfoïd weefsel **Interacties stromacellen voor B-cel differentiatie**:\ - Multipotente progenitorcellen expresseren FLT3 receptor bindt FLT3 ligand op stromacellen\ - Common lymfoïde progenitorcellen expresseren IL-7 receptor bindt IL-7 op stromacellen\ - Vroege & late pro-B-Cellen idem + expresseren Kit receptor bindt stem cell factor (SCF)\ - Pre-B-cel expresseert adhesiemoleculen en IL-7 receptor bindt IL-7 en CAMs (cel adhesion molecules)\ - Transcriptiefactoren: Pax-5 essentieel voor B-lymfocyten, Ikaros essentieel voor T/B/NK-lymfocyten **Genherschikkingen tijdens B-cel differentiatie**:\ \ \ \ \ \ \ - Herschikking zware keten eerst D/J daarna V/DJ\ \* Indien herschikking productief celmembraanexpressie van zware keten met surrogate lichte keten\ ° surrogate lichte keten gevormd door λ5 en VpreB (deficiëntie blokkering differentiatie)\ \* Signalisatie van pre-B receptor stopzetten herschikking en start celdeling\ ° stopzetten herschikking zodra productieve herschikking gebeurd slechts 1 van 2 allelen van\ zowel zware als lichte keten wordt geëxpresseerd = allelische exclusie\ - Herschikking lichte keten\ \* Indien productief expressie IgM BCR\ ° lichte keten is κ of λ, κ wordt eerst herschikt verhouding in mens 2:1 = isotypische exclusie\ \* Indien niet productief rescue door verdere genherschikking (verwijdert vorige niet-productieve)\ ° 5Jκ gensegmenten, kan dus tot vijfmaal gebeuren evt gevolgd door λ herschikking\ - Mature B-cellen expresseren ook IgD door alternatieve splicing\ - Essentiele eiwitten:\ \* RAG-1 en RAG-2 essentieel voor genherschikking (B&T)\ \* TdT junctionele diversiteit (N-nucleotiden) (B&T) niet essentieel voor genherschikking\ \* λ5 en VpreB essentieel voor preBCR expressie\ \* Igα en Igβ essentieel voor expressie en signalisatie van preBCR en BCR\ \* CD19 specifiek celmembraan molecule voor B-cellen **Antigeen afhankelijke screening van immature B-cellen** (beenmerg):\ - Geen antigeen tijdens differentiatie\ \* normale ontwikkeling IgM en IgD\ - Multivalent antigeen (self molecule)\ \* apoptose = klonale deletie\ \* receptor editing\ ° stopzetten differentiatie (RAG genen blijven actief)\ ° verdere herschikking lichte keten + expressie met oude zware keten\ ° nog steeds zelf-antigeen herkenning opnieuw lichte keten herschikking of apoptose\ ° geen zelf-antigeen herkenning meer stopzetten RAG expressie en verdere differentiatie\ - Solubel divalent antigeen (self molecule)\ \* anergie (weinig IgM, veel IgD) cel kan niet reageren op antigen\ - Lage affiniteits of solubele monovaltente antigenen (self molecule)\ \* geen signaal, klonaal ignorant cel kan niet reageren op antigen **B-cellen completeren maturatie in de milt**:\ - Transitionele B-cellen follikel maturatie+overlevingssignalen folliculaire/marginale zone B-cellen\ - Transitionele B-cellen die niet in de follikel geraken sterven af na 2-3 dagen ('vechten' om signalen) 8.2 Development of T lymphocytes --------------------------------- **T-cel ontwikkeling**:\ - Ontwikkeling progenitorcellen in beenmerg en thymus (afhankelijk van interacties met thymus stroma)\ - Progenitorcellen herschikken TCR genen\ - Immature T-cellen expresseren TCR op celmembraan\ - Positieve selectie: herkenning zelf-MHC moleculen\ - Negatieve selectie: herkenning zelf-antigenen apoptose\ - Mature naïeve T-cellen migreren naar periferie en matureren\ - Mature T-cel bindt vreemd antigen en activeert\ - Geactiveerde CD4 T cellen migreren naar plaats van infectie\ activeren macrofagen\ - Geactiveerde CD4 T cellen migreren naar B-cel rijke zones\ activeren B-cellen\ - Geactiveerde CD8 T cellen doden geïnfecteerde cellen\ - Vorming geheugencellen in lymfoïd weefsel **Organisatie thymus** (mens):\ - Cortex: immature thymocyten, macrofagen, corticale epitheelcellen\ - Medulla: mature thymocyten, macrofagen, dendritische cellen,\ medullaire epitheelcellen\ - Geen functionele thymus aantal T lymfocyten sterk gereduceerd\ - Thymus epitheelcellen en thyomocyten geven nodige stimuli voor\ differentiatie aan elkaar **Twee soorten T-cellen worden geproduceerd**:\ - Meeste immature thymocyten expresseren geen TCR:\ \* dubbel negatieve (DN) geen CD4 of CD8\ \* triple negatieve (TN) geen CD4, CD8 of CD3\ - Deze cellen differentiëren in:\ \* TCR γδ cellen blijven meestal negatief voor CD4 en CD8, wel co-expressie van CD3\ \* TCR αβ cellen mature CD4 of CD8 enkel-positieve (SP) cellen **Genherschikkingen tijdens αβ T-cel differentiatie**:\ - Herschikking β segmenten\ \* indien productief celmembraanexpressie met surrogate α keten (preTCRαβ) en CD3\ ° deficiëntie voor pTα (surrogaat) keten geen mature T-cellen\ \* stopzetting β herschikking, expressie CD4 en CD8 (DP) en activering celdeling (± 80% DP)\ ° allelische exclusie\ - Herschikking α segmenten\ \* indien productief celmembraanexpressie met β segment en CD3\ \* Indien niet productief rescue door verdere genherschikking (verwijdert vorige niet-productieve)\ ° 60Jα gensegmenten, kan dus tot zestigmaal gebeuren\ \* genherschikking nog niet stopgezet veel T-cellen expresseren 2 verschillende α ketens\ \ - Positieve selectie verlies van CD4 of CD8 en stopzetting genherschikking\ - Negatieve selectie apoptose\ - Mature CD4 of CD8 enkel-positieve (SP) cellen (\