Bcr Und Tcr

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BCR-Komplex – Struktur BCR = mIg BCR und TCR BCR-Komplex = mIg + 2x [IgαIgβ] Hintergrund der AG-Rezeptorund AK-Diversität AG-Erkennungseinheit: mIg: bivalent! Signalübertragungseinheit: 2 GP-Dimere (2x [IgαIgβ]) Struktur von BCR/TCR Immungenetik Reifung der B- und T-Lymphozyten Aktivierung: AG-Bindung Signalübertragung: → Veränderung des Transkriptionsmusters TCR-Komplex – Struktur TCR-Komplex = AG-erkennende Einheit: αβ- (γδ-) Heterodimer: monovalent! – V- und C-Domänen (Fab-Analogie) Signalübertragungseinheit: CD3-Komplex (GP-Polymer) präsentiertes AG (APC) + eigenes MHC Aktivierung: AG-Bindung Signalübertragung: → Veränderung des Transkriptionsmusters Entstehung der Antikörper/BCR-Diversität Reifes adaptives Immunsystem: B-Zellen spezifisch für 1012–1016 unterschiedliche Epitope Diese Vielfalt ist auf die Struktur und die genetische Bestimmung der variablen Bereiche von Ig-Moleküle zurückzuführen. TCR-Typen 90–99%: TCR1, αβ-T-Zellen 1–10%: TCR2, γδ-T-Zellen – eine von αβ-T-Zellen unterschiedliche Population - erscheinen früher im Laufe der T-Zell-Ontogenese - hauptsächlich in der Haut und der Schleimhaut der Geschlechtsorgane - beschränktes AG-Erkennungsrepertoire - unterschiedlicher AG-Erkennungsmechanismus - NK-ähnliche Funktion: frühere adaptive Immunabwehr I. Genstruktur Eine große Anzahl verschiedener Gene, die für die variablen Bereiche des AK/BCR kodieren Schwere Ketten: V- (variability), D- (diversity) und J- (joining) Segmente Leichte Ketten: V- und J-Segmente Von allen Gensegmenten wird nur ein Gen verwendet Gene Lokalisation (Chr.) Anzahl der Gene H-Kette 14 VH: 65; DH: 27; JH: 6 κ-Kette 2 Vκ: 40; Jκ: 5 λ-Kette 22 Vλ: 30; Jλ: 4 1 I. Genstruktur Konstanter Bereich: C-Segmente Schwere Ketten: Cµ, Cδ, Cγ, Cα und Cε Leichte Ketten: Cκ und Cλ Sie sind an der Herstellung der AG-Erkennungsdiversität nicht beteiligt. I. Genstruktur H-Ketten: V, D, J (variable) und C (konstante) Segmente L-Ketten: V, J (variable) und C (konstante) Segmente - lokalisieren 3’ von den variablen Segmenten - ihre Reihenfolge entspricht der zeitlichen Reihenfolge der Produktion von AK-Isotypen während einer IA (primär vs. sekundär) I. Genstruktur Anordnung der H-Kette-Gene V-Segmente D-Segmente J-Segmente C-Segmente II. Somatische Rekombination B-Zell-Reifung – Umlagerung der Ig-Gene: ein beliebiges V-Gen wird mit einem beliebigen D-Gen (entfällt bei den leichten Ketten) und einem beliebigen J-Gen kombiniert → Vielfalt der BCR/Antikörper Signale: noch nicht völlig bekannt „Choreographie“: beginnt in den schwere-Kette-Loci II. Somatische Rekombination Zufällige Kombination der variablen Gene: kombinatorische Diversität nicht-B-Zellen: Ig-Gene in KeimbahnAnordnung (germline stage) – Ig-variable-Domäne-Gensegmente und konstante-Domäne-Gensegmente: weit voneinander entfernt B-Zellen: Ig-Genumlagerung variable-Region-Sequenzen liegen viel näher an konstante-Region-Sequenzen II. Somatische Rekombination 1. DH – JH-Rekombination 2. VH – DH-JH-Rekombination RAG1- und RAG2-Rekombinasen (rekombinationsaktivierendes Gen; Recombination Activating Gene) - nur in B- und T-Vorläuferzellen - zum Teil mit den DNA-Reperatursystemen identisch 3. VHDHJH – C-Rekombination: Spleiβen des Introns, das umordnete VHDHJH-Segment assoziiert mit dem nächstliegenden C-Segment (CµCδ-Segment) → Prä-mRNA-Molekül 2 II. Somatische Rekombination 4. Prä-mRNA-Prozessierung, TL-, post-TLModifizierungen 5. Allelausschluss (allelic exclusion): die erfolgreiche Umordnung der H-Gene an einem Chromosom hemmt die H-GenUmordnung am Schwesterchromosom; eine B-Zelle – ein einziger H-Kette-Typ bezüglich der AG-Spezifität Alle Möglichkeiten erfolglos: Apoptose II. Somatische Rekombination Umlagerung der µ-H-Kette II. Somatische Rekombination 6. Umordnung der variablen L-Gene: VL – JL-Rekombination, VLJL – C-Rekombination, Prä-mRNA-Prozessierung, TL-, post-TL-Modif. 7. Isotypenausschluss (isotype exclusion): zuerst – Umordnung der κ-Kette Gene; falls es nicht schafft – Umordnung der λ-Kette-Gene Alle Möglichkeiten (beide Chromosome, beide Ketten) erfolglos: Apoptose II. Somatische Rekombination – H-Kette Keimbahn D–J-Verknüpfung V–DJ-Verknüpfung Prä-mRNA mRNA BCR/AK II. Somatische Rekombination – L-Kette Keimbahn V–J-Verknüpfung Prä-mRNA mRNA BCR/AK III. Verknüpfungsdiversität = junktionale Vielfalt Einfügen zusätzlicher neuer Nukelotide bei der Verknüpfung an den Schnittstellen Rasterverschiebung (frameshift) Unproduktive Umordnung: Expression eines defekten Antikörpers → Expression wird eingestellt, erneute Rekombination am Schwesterchromosom → alle Möglichkeiten erfolglos: Apoptose 3 IV. Somatische Hypermutation Ein B-Zellklon – Antikörper einer Spezifität ↔ IA: Antikörper immer höherer Affinität auftreten Aktivierte B-Ly: hohe Mutationshäufigkeit in HV-Bereichen der AK/BCR Mutationen, die AK/BCR mit höherer Affinität zum AG ergeben → Selektion und Proliferation der B-Zellen Andere mit niedrigerer Affinität: Apoptose V. Kombination einer schweren Kette mit zwei möglichen leichten Ketten Eine zusammengelagerte H-Kette kann entweder mit einer κ- oder mit einer λ-LKette kombiniert werden Anzahl der Zellen, die AK bzw. BCR mit höherer Affinität exprimieren: ↑ Affinitätsreifung (IgG-Antikörper, sekundäre IA) Aspekte derBCR/AK-Diversität Zusammenfassung I. Genstruktur II. Somatische Rekombination (kombinatorische Diversität): Ig-Genumlagerung III. Verknüpfungsdiversität (junktionale Vielfalt) IV. Somatische Hypermutation V. Kombination der schweren Ketten mit zwei möglichen leichten Ketten Wechsel der Antikörperklasse IgM Wechsel der Antikörperklasse (isotype switch) H-Kette-VHDHJH Segment assoziiert statt des CµCδSegmentes mit Cγ-, Cα- oder CεGen Sequenzen werden ausgescnitten AK-Klassen, deren Information in der KeimbahnDNA 5' von der aktuell exprimierten liegen: können nicht mehr gebildet werden Coexpression von mIgM und mIgD an reifen B-Zellen Durch mRNA-Prozessierung gesteuert IgA Prä-mRNA IgA-H-KettemRNA 4 B-Zell-Reifung – zentrale Phase (KM) von äuβeren Antigenen unabhängig HSC gemeinsame Vorläuferzelle ProgenitorPro-B-Zelle – Stromazelle-Wechselwirkung: B-Zelle Adhäsionsmoleküle (Pro-B-Zelle) Ig-Gene: in Keimbahn-Anordnung B-Zell-Reifung – periphere Phase (periphere Lymphorgane) von äuβeren Antigenen abhängig Aktivierte B-Zelle PräkursorIgG-Umlagerung beginnt: B-Zelle cpl. µ-H-Ketten und wenig membr. geb. µ-H-Ketten (Prä-B-Zelle) assoziiert mit Ersatz-L-Ketten Unreife B-Zelle mIgM mit κ- oder λ-Ketten Toleranz-Induktion gegen eigene Strukturen: autoreaktive B-Zellen werden eliminiert (Apoptose) oder inaktiviert – klonale Eliminierung oder klonale Anergie Reife B-Zelle Coexpression von mIgM und mIgD Plasmazelle Kontakt mit dem spezifischen ausseren Antigen: klonale Selektion → Aktivierung (Proliferation und Differenzierung); Affinitätsreifung: (AG-Bindungsfähigkeit von BCR und AK ↑) Isotypwechsel: statt mIgM und mIgD bzw. IgM andere BCR- bzw. AK-Klassen (Effektorfunktionen von AK ↑) Hohe AK-Sekretionsrate von grösser Affinität und wirksamer Isotyp I. Genstruktur Entstehung der TCR-Diversität Ähnliche Mechanismen wie bei den B-Zellen Eine groβe Anzahl verschiedener Gene, die für die antigenerkennenden Ketten des TCR kodieren β- und δ- Ketten – analog zu schweren Ketten: V- (variability), D- (diversity) und J- (joining) Segmente α-und γ-Ketten – analog zu leichten Ketten: V- und J-Segmente Von allen Gensegmenten wird nur ein Gen verwendet Gene II. Somatische Rekombination – kombinatorische Diversität α-Kette β-Kette Lokalisation (Chr.) 14 7 Vα: ~70; Jα: 61 Vβ: 52; Dβ: 2; Jβ: 13 Anzahl der Gene γ-Kette δ-Kette 7 14 Vγ; Jγ Vδ; Dδ; Jδ II. Somatische Rekombination Gene der variablen Domäne von δ-Kette: zwischen den Vα- und Jα-Segmenten → erfolgreiche Umlagerung der α-Kette-Gene hemmt die Umlagerung der δ-Kette-Gene III. Verknüpfungsdiversität = junktionale Vielfalt 5 II. Somatische Rekombination T-Zell-Reifung – zentrale Phase (Thymus) von äuβeren Antigenen unabhängig HSC Chr. 7 gemeinsame Vorläuferzelle Migration vom Knochenmark nach dem Thymus: ProgenitorT-Zelle Homing; Proliferation; TCR-Gene: in Keimbahn (Pro-T-Zelle) Anordnung; TCR– CD4– CD8– (subkapsulärer Bereich) PräkursorVerzweigung: γδ-T-Zellen T-Zelle β-Umordnung und Ersatz-α-Kette (Prä-T-Zelle) TCR– CD4+ CD8+ (Cortex) Chr. 14 Positive/negative Selektion Positive Selektion: - Zellen überleben, die funktionierende TCR tragen - Zellen überleben, die eigene MHC-I- oder MHC-IIMoleküle erkennen Negative Selektion: - Zellen erleiden Apoptose, die eigene Strukturen erkennen (AICD; Activation Induced Cell Death) Eigen-AGErkennung + Eigen-AGErkennung – Eigen-MHCErkennung + Apoptose (AICD) Überleben Eigen-MHCErkennung – Apoptose Apoptose Unreife T-Zelle α-Umordnung; wenn erfolgreich: Verhinderung der δ-Umordnung TCR+ CD4+ CD8+ (Cortex-Medulla-Grenze) Positive und negative Selektion Reife T-Zelle TCR+ CD4+ oder TCR+ CD8+ (Medulla) T-Zell-Reifung – periphere Phase (Periphere Lymphorgane) von äuβeren Antigenen abhängig Aktivierte T-Zelle nach Kontakt mit dem spezifischen ausseren Antigen: klonale Selektion → Aktivierung (Proliferation und Differenzierung) EffektorT-Zelle TCR+ CD4+: T- Helferzelle (Th) TCR+ CD8+: cytotoxische T-Zelle (CTL) 6