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Immunologie II Chapter 9 - Cellular and Molecular Immunology, Abbas-Lichtman-Pillai 6th edition Leslie Saurer Institut für Pathologie (Prof. Christoph.

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1 Immunologie II Chapter 9 - Cellular and Molecular Immunology, Abbas-Lichtman-Pillai 6th edition Leslie Saurer Institut für Pathologie (Prof. Christoph Müller) Activation of T Lymphocytes

2 Uebersicht Kapitel 9 Aktivierung CD4 T Zellen vs. Aktivierung von CD8 T Zellen Bedeutung von co-stimulatorischen Molekülen / Mechanismen: CD28 - B7-1 / B-71 (CD40L - CD40) Signaltransduktion durch den TCR Komplex Aktivierung von Protein-Tyrosin-Kinasen, Rekrutierung von Adapter-Proteinen, Bildung der immunologischen Synapse MAP Kinase vermittelte Signaltransduktion Calcium und PKC vermittelte Signaltransduktion Aktivierung von Transkriptionsfaktoren Inhibition der Signaltransduktion in T Zellen Inhibitorische Rezeptoren, Protein-Tyrosin-Phosphatasen, Ubiquitin-Ligasen

3 Allgemeine Uebersicht über die T Zell Aktivierung (siehe auch Kapitel 6) CCR7-vermittelte Migration von naiven T Zellen und DC in Lymphknoten DC: nehmen in der Peripherie Antigene auf; falls Antigen mikrobieller Art Reifung (B7 ) naive T Zellen: kontinuierliche Zirkulation durch sekundäre lymphoide Organe B7-CD28 Interaktion (Co-Stimulation / Signal 2) für Aktivierung von naiven T Zellen erforderlich

4 Allgemeine Uebersicht über die T Zell Aktivierung Produktion von Zytokinen Aktivierung von Effektor-/Memory T Zellen braucht in der Regel kein Signal 2 mehr IL-2 abhängige autokrine Proliferation / klonale Expansion

5 Allgemeine Uebersicht über die T Zell Aktivierung Nach Eliminierung des Antigens durch Effektor T Zellen: Kontraktion der Immunantwort! klonale Expansion Memory T Zellen Effektor Funktionen Programmierter Zelltod / Apoptose ( 95%) (Fehlen von Ueberlebensignalen) (siehe Kapitel 11)

6 Aktivierung von (naiven) CD4 T Zellen Signal 1 Erkennung von MHC class II assozierten Antigenen, welche als lösliche Proteine durch professionelle APC (Dendritische Zellen) aufgenommen, prozessiert und präsentiert werden Signal 2 B7-CD28 vermittelte Co-Stimulation autokrine Proliferation / klonale Expansion (ca. 1000x) funktionelle Differenzierung: Zytokine (z.B. IL-4, IL-5, IL-6, IFN, IL-10, TGF,...,...,...) Effektor-Moleküle (z.B. Perforin, Granzyme,...) Autokrine Produktion von IL-2 (Signal 3) Expression von Hochaffinitätsrezeptoren für IL-2 (CD25 = IL-2R -Kette) (IL-12 von APC)

7 Aktivierung von (naiven) CD8 T Zellen Signal 1 Erkennung von MHC class I assozierten Antigenen, welche von zytosolischen Proteinen abstammen Signal 2 Aktivierung von naiven CD8 T Zellen erfordert Präsentation von Antigen durch professionelle APC Co-stimulation: B7-CD28 CD4 Hilfe: Zytokine oder CD40L-CD40 vermittelte Aktivierung von APC Was, wenn professionelle APC selber nicht infiziert werden ?? Entstehung von anti-Tumor Immunantworten ??

8 Aktivierung von (naiven) CD8 T Zellen Crosspräsentation / Crosspriming: Aufnahme von extrazellulären Antigenen (z.B. von phagozytierten infizierten Zellen oder Tumorzellen) und Präsentation auf MHC class I Molekülen / Aktivierung von CD8 T Zellen über crosspräsentierte Antigene Nur Dendritische Zellen sind zur Crosspräsentation / zum Crosspriming fähig!

9 Aktivierung von (naiven) CD8 T Zellen CD4 T Zell Hilfe Bedarf an CD4 T Zell Hilfe variabel; nicht immer erforderlich, aber für bestimmte anti-Virus Immunantworten kritisch (z.B. bei HIV)

10 Aktivierung von (naiven) CD8 T Zellen CD40L- CD40 Interaktionen: Lizensierung von zusätzlichen APC, indirekte Amplifikation von T Zell Antworten Mäuse ko for CD40L / CD40: keine CD4-abhängigen CD8 T Zell Antworten CD4 T Zell Hilfe in vivo kann durch Injektion von CD40L substituiert werden Lizensierungs-Theorie: plausible Erklärung für eine ménage à trois, ohne dass alle Zelltypen zur gleichen Zeit am gleichen Ort sein müssen

11 Aktivierung von CD8 T Zellen Klonale Expansion: 50000x (CD4 T Zellen: ca. 1000x) klonale Expansion von CD8 T Zellen abhängig von Zytokinen wie IL-15, IL-7, oder IL-12; IL-2 weit weniger wichtig Gallimore A, JEM, 1998

12 Differenzierung von CD8 T Zellen in zytotoxische T Zellen (CTL) Bildung von membran-gebundenen zytoplasmatischen Granula mit Perforinen und Granzymen Lyse von Target Zellen Produktion von Zytokinen wie IFN and TNF Aktivierung von APC Delivering the kiss of death Griffiths GM, Nat Immunol, 2003 Granula blau: actin rot: Lck grün: cathepsin

13 Bedeutung der Co-stimulation: CD28-B7 Interaktionen (siehe auch Kapitel 7) periphere Selbst-Toleranz CD40L-CD40 IFN

14 Bedeutung der Co-stimulation: CD28-B7 Interaktionen Induktion von regulatorischen CD4+CD25+ T Zellen ? Mäuse ko für CD28 oder B7 haben keine regulatorischen T Zellen... Aber: Verabreichung eines anti-CD28 superagonistischen monoklonalen Antikörpers (TGN1412) an human volunteers induzierte keine regulatorischen T Zellen (wie im Affenmodell) sondern eine fatalen Zytokinsturm! (UK, 2006)

15 Weitere stimulatorische und inhibitorische Rezeptoren der CD28-B7 Familie (siehe auch Kapitel 7)

16 Signaltransduktion durch den TCR Komplex Uebersicht Phosphorylierung von CD3-assozierten ITAMs durch Lck Aktivierung von weiteren Tyrosine-Kinasen Rekrutierung und Phosphorylierung von Adaptorproteinen Bildung der immunologischen Synapse Aktivierung von diversen, miteinander verketteten intrazellulären biochemischen Pathways Aktivierung von Transkriptionsfaktoren, Translocation der Faktoren in Nucleus Genexpression Membran Cytoplasma Nucleus Bindung TCR an Peptide-MHC

17 Signaltransduktion durch den TCR Komplex Kinetik der Genexpression

18 Signaltransduktion durch den TCR Komplex Aktivierung von Tyrosine Kinasen Lipid Rafts: Cholesterol-angereicherte Microdomänen in der Zellmembran, welche häufig einen hohen Anteil an Signaltransduktions-Proteinen aufweisen Adaptor Proteine: Keine eigene enzymatische Aktivität; bilden vielmehr eine Plattform für die Interaktion von Enzymen mit ihren Substraten

19 Signaltransduktion durch den TCR Komplex Bildung der immunologischen Synapse bzw. des SMAC (supramolecular activation cluster) Verbindung von verschiedenen Lipid Rafts mit aktivierten TCRs zu einer Kontakstelle zwischen T Zelle und APC Peripherie des SMAC (p-SMAC): Integrine (in grün) Zentrum des SMAC (c-SMAC): TCR Komplex, Co-Rezeptoren, CD28-B7, Enzyme, Adaptor Proteine (in rot: TCR assozierte PKC)

20 Funktionen / Bedeutung der immunologischen Synapse: Bildung einer dynamischen Plattform zwischen T Zelle und APC, welche eine wiederholte und andauernde Bindung von TCRs mit Peptide-MHC Komplexen erlaubt (schwache Affinität des TCR...!) gezielte Abgabe von sekretorischen Granula an die Ziel-Zelle (z.B. von Perforin / Granzymen an eine Tumor-Zelle) Turnover / Umsatz von aktivierten TCR und Signalproteinen Signaltransduktion durch den TCR Komplex

21 Hauptsächliche Signaltransduktions-Kaskaden Ras-MAP Kinase Pathway Protein Kinase C Pathway Calcium-Calcineurin Pathway

22 Signaltransduktion durch den TCR Komplex MAP Kinasen vermittelte Signaltransduktion Mutierte, ständig aktivierte Ras Proteine (GTP): assoziert mit diversen Neoplasien LAT und Grb2: Adaptor-Proteine Sos: GDP/GTP exchange factor ERK: prototypische MAP Kinase Ras: G Protein Aktivierung von weiteren G Proteinen (z.B. Rac) führt zur parallelen Aktivierung von weiteren MAP Kinasen (z.B. JNK, p38)

23 Signaltransduktion durch den TCR Komplex Calcium-Calcineurin und PKC vermittelte Signaltransduktion Bindung von PLC 1 an phosho-LAT, Phosphorylierung von PLC 1 durch ZAP-70 Hydrolyse von Phospholipid PIP 2 durch aktivierte PLC 1 Calcium-Calmodulin PIP 2 DAG Ca 2+ Calcineurin PKC Aktivierung Transkriptionsfaktoren

24 Signaltransduktion durch den TCR Komplex Aktivierung von Transkriptionsfaktoren Cyclosporin: Immunsuppressives Medikament; bindet / inhibiert Calcineurin und dadurch Translocation von NFAT AP-1 und NF b sind ubiquitäre Transkriptionsfaktoren, die durch eine Vielfalt von Stimuli induziert werden können (z.B. auch durch TLR Liganden)

25 Signaltransduktion (Einige) Nachweismethoden im Labor Western-Blot mit Antikörpern gegen die phosphorylierten Formen von Signalproteinen Konfokale Mikroskopie: Nachweis der nucleären Translocation mit Antikörpern gegen Transkriptionsfaktoren Translocation von NF b in Endothelzellen nach Stimulation mit pIC (ds RNA Analog) Durchfluss-Zytometrie: Calcium-Freisetzung Färbung von Zellen mit Calcium-sensitiven Fluorochromen (H. Gerber, IVI)

26 Inhibierung der T Zell Aktivierung Inhibitorische Rezeptoren (z.B. CTLA-4, PD-1) Dephosphorylierung von Signalproteinen durch Tyrosin-Phosphatasen (z.B. durch SHP-1) Ubiquitinierung von Proteinen durch Ubiquitin-Ligasen (z.B. E3 Ligasen) und proteasomale Degradation von Proteinen

27 Inhibierung der T Zell Aktivierung Inhibitorische Rezeptoren: CTLA-4 (CD152) (siehe auch Kapitel 7) Milzen von wt (+/+) und CTLA-4 ko (-/-) Mäusen... Bedeutung von CTLA-4: Terminierung von Immunantworten periphere Selbst-Toleranz

28 Inhibierung der T Zell Aktivierung Inhibitorische Rezeptoren: PD-1 Mäuse ko für PD-1 entwickeln ebenfalls autoimmune Symptome Liganden für PD-1 (PD-L1, PD-L2): homolog zu B7-1 und B7-2 Epression von PD-1 auf mehrfach aktivierten, erschöpften T Zellen von Bedeutung in chronischen Virusinfektionen (HIV) ? von Relevanz für Tumor-Immunität ? Zytoplasmatischer Teil von PD-1 enthält ITIM (immunoreceptor tyrosine based inhibitory motif), welches möglicherweise Tyrosin Phosphatasen rekrutieren kann

29 Inhibierung der T Zell Aktivierung Dephosphorylierung von Signalproteinen durch Tyrosin Phosphatasen Entfernung von Phosphatgruppen von Kinasen und Adaptorproteinen Phosphatasen von Bedeutung für die Inhibition der T Zell Signaltransduktion: SHP-1 und SHP-2, binden an ITIM Motife von inhibitorischen Rezeptoren Mäuse ko für SHP-1 zeigen ebenfalls autoimmune Symptome Achtung: Dephosphorylierung führt nicht immer nur zu einer Inhibierung: Die Tyrosin Phospatasen-Aktivität von CD45 trägt möglicherweise zur Aktivierung von Lck und Fyn bei

30 Inhibierung der T Zell Aktivierung Ubiquitinierung und Degradation von Signalproteinen E3 Ligasen (Cbl-b) tragen zu der Ubiquitinierung und Degradation des TCR Komplex bei Mäuse ko für Cbl-b produzieren abnormal viel IL-2 und weisen Anzeichen von Autoimmunkrankeiten auf

31 Begriffe, Rezeptoren, Moleküle und Abkürzungen, die Sie erklären bzw. zuordnen können sollten: Crosspriming bzw. Crosspräsentation CD28, CTLA-4, B7-1/B7-2, PD-1, CD40-CD40L Protein Tyrosin Kinasen / Protein Tyrosin Phosphatasen ITAM / ITIM Lck, Fyn / SHP-1, SHP-2 ZAP-70 immunologische Synapse, SMAC, Lipid Raft Adaptor Proteine Ras, MAP Kinase, ERK PLC l, calcium, calcineurin, PKC NFAT, AP-1, NF B Ubiquitinierung

32 Fragen, die Sie beantworten können sollten: Unterschiede in der Aktivierung von CD4 T Zellen und CD8 T Zellen ? Beispiele und Bedeutung von co-stimulierenden Molekülen und Mechanismen ? Mechanismen zur Inhibition/Regulation der T Zell Aktivierung ? Ablauf der T Zell Aktivierung - die wichtigsten intrazellulären Ereignisse nach Bindung von TCR an Peptid-MHC Komplex ? Drei hauptsächliche Signaltransduktions-Pathways der T Zell Aktivierung ?


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