T-Zellentwicklung Positive Selektion Mastermodul Immunologie T-Zellentwicklung Positive Selektion Sonja Lacher WS2010/2011

Gliederung Aufbau des Thymus Übersicht der T-Zellentwicklung Die vier Stadien der „doppelt negativen“ Thymocyten Positive Selektion 4.1 Entscheidung über CD4- oder CD8-Zelllinie 4.2 Nachweis der positiven Selektion 5. Zusammenfassung

1. Aufbau des Thymus Thymus: Cortex: äußere Bereich; besteht v.a. aus corticalen Epithelzellen und heranreifenden Thymocyten; wenig Makrophagen Medulla: innere Bereich; dendritische Zellen, Makrophagen, reife Thymocyten, medulläre Epithelzellen http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cf/Illu_thymus.jpg

2. Übersicht der T-Zellentwicklung Entwicklung aus Vorläuferzellen, die aus pluripotenten hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark hervorgehen Wanderung über Blut in den Thymus Quelle: R.N. Germain, Nature Review 2002 doppelt negative Lymphocyten (DN1-DN4): Entscheidung über α:β- oder γ:δ-T-Zelllinie Umlagerung der β-, γ- und δ-Kette (Bestandteile des TCR)

2. Übersicht der T-Zellentwicklung Wenn Entscheidung für α:β-T-Zelllinie: Entstehung doppelt positiver T-Lymphocyten (CD4+ CD8+) positive Selektion: - Selbst-MHC-Restriktion - Differenzierung in drei Gruppen: konventionelle CD4 und CD8 oder Untergruppe der regulatorischen T-Zellen (CD4 und viel CD25) - Verhinderung der Apoptose

2. Übersicht der T-Zellentwicklung negative Selektion: Entwicklung der Selbsttoleranz nur 2% der doppelt positiven Thymocyten überleben Selektion Wanderung der T-Zellen in periphere lymphatische Organe

3. Die vier Stadien der „doppelt negativen“ Zellen Kennzeichnung der T-Zellentwicklung durch Genumlagerung und Änderungen der Zelloberflächenmoleküle doppelt negative Zellen tragen Marker der T-Zelllinie (z.B. CD2) fehlen: Corezeptoren CD4 und CD8 doppelt negativ fehlt CD3:T-Zell-Rezeptor-Komplex Quelle: Janeway, 7. Auflage DN1-Zellen: keine Genumlagerung der Ketten für T-Zell-Rezeptor erfolgt

3. Die vier Stadien der „doppelt negativen“ Zellen DN2: D-J-Umlagerung der T-Zell-Rezeptor-β-Kette DN3: V-DJ-Umlagerung der β-Kette Verbindung der β-Kette mit einer Prä-T-Zell-α-Kette (pTα) =„Ersatz-α-Kette“ die keine V(D)J-Rekombination macht Zusammenschluss von CD3:Prä-T-Zell-Rezeptor-Komplex Genumlagerung der β-Kette

3. Die vier Stadien der „doppelt negativen“ Zellen DN4: zusammengebauter CD3:Prä-T-Zell-Rezeptor-Komplex Proliferation β-Ketten Umlagerung eingestellt Entwicklung zu doppelt positiven Zellen (CD4 und CD8)

3. Die vier Stadien der „doppelt negativen“ Zellen Entscheidung über γ:δ- oder α:β-T-Zelllinie (Hypothese): nahezu zeitgleiche Genumlagerung der β- γ- (V-D-J) und δ-Loci (V-J) entweder zuerst : CD3:Prä-T-Zell-Rezeptor-Komplex oder γ:δ-Rezeptor α:β-Zelllinie γ:δ-Zelllinie keine CD4 und CD8 Rezeptoren evtl. auch abhängig von Stärke des Notch-Signals

4. Positive Selektion = Verhinderung der Apoptose (nach 3-4 d) doppelt positiver Zellen, die Selbst-MHC-Moleküle erkennen und Reifung zu einfach positiven CD4- oder CD8-Zellen Genumlagerung der α-Kette bis Signal von Selbst-Peptid:Selbst-MHC-Komplex Vorgang: Interaktion von TCR und Corezeptor (CD4 oder CD8) der T-Zelle mit MHC-Klasse-I- oder MHC-Klasse-II-Molekülen auf corticalen Epithelzellen des Thymus zu starke und zu schwache Interaktionen lösen Zelltod aus körpereigene MHC-Molekül nicht erkannt Verdacht Autoimmunität auszulösen (negative Selektion) Quelle: R.N. Germain, Nature Review 2002

4.1 Entscheidung über CD4- oder CD8-Zelllinie „strength of signal“ Modell: Signalstärke und Signallänge entscheidend CD4-Differenzierung langes und starkes Signal CD8-Differenzierung kurzes und schwaches Signal

4.1 Entscheidung über CD4- oder CD8-Zelllinie „strength of signal“ Modell: „Falsche“ Entscheidungen werden nachträglich eliminiert schwache Bindung an MHCII CD8-Zell-Differenzierung keine vollständige Reifung (TCR allein führt zu einem zu geringen Signal) Quelle: R.N. Germain, Nature Review 2002

4.1 Entscheidung über CD4- oder CD8-Zelllinie „strength of signal“ Modell: „Falsche“ Entscheidungen werden nachträglich eliminiert starke Bindung an MHC-Klasse-I CD4-Zell-Differenzierung Eliminierung oft durch negative Selektion Wanderung der gereiften einfach positiven CD4- oder CD8-Zellen In periphere lymphatische Organe Quelle: R.N. Germain, Nature Review 2002

Knochenmarkstransplantation einer MHCaxb F1 hybrid Maus auf 4.2 Nachweis der positiven Selektion Selbst-Restriktion wichtig, damit T-Lymphocyten nur körpereigene MHC-Moleküle erkennen Knochenmarkstransplantation einer MHCaxb F1 hybrid Maus auf MHCa –Empfänger MHCb-Empfänger T-Zellen auf MHC-Erkennung des Empfängers selektiert (durch corticale Epithelzellen im Thymus)

5. Zusammenfassung T-Zell-Reifung findet im Thymus statt doppelt negative Zellen exprimieren weder CD4 noch CD8 Corezeptoren Umlagerung der β, γ und δ-Kette des T-Zellrezeptors Entscheidung über Differenzierung zur α:β- oder γ:δ-T-Zelllinie; Ausbildung des Prä-T-Zell-Rezeptors: Heranreifen zu α:β-T-Zellen und Ausbildung doppelt positiver Zellen doppelt positive Zellen tragen CD4 und CD8 Corezeptoren Umlagerung der α-Kette und Ausbildung des TCR positive Selektion: Selbst-MHC-Restriktion, Differenzierung zu einfach positiven CD4- oder CD8-Zellen, Bewahrung vor Apoptose einfach positive Zellen wandern nach negativer Selektion in periphere lymphatische Organe