Metabolismus und Immunologie KV 10/11 Prof. Dr. Beda M. Stadler Einige der Folien werden als Illustration verwendet und sind nicht Lernstoff. Sie sind so wie hier entweder orange unterlegt oder umrandet

Metabolismus & Immunologie Lernziele und Inhalt Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene Die Organe des "Immun-Metabolismus" Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme hinsehen: Immunantwort wegsehen: Toleranz nicht vertragen: Fieber, Intoleranz, Immunmodulation überreagieren: Allergie verwechseln: Autoimmunität unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte stärken: ??? Metabolismus & Immunologie

Metabolismus oder Immunität? Strukturen Zellen Organe Verdauung oder Erkennung? Metabolismus & Immunologie

Spezifische Erkennung Immunologisch Nichtimmunologisch Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Anabolismus vs Antigenerkennung Aufnahme/Erkennung Stoffklassen/Epitope Katabolismus vs Antigenabbau Verdauung/Phagozytose Reziklierung/Prozessierung Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Anabolismus innen innen Erkennung Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie “Immun-Anabolismus” Rezeptor Repertoir T & B Zell Genrearrangement selektive Expression von Korezeptoren Struktur der Lymphorgane Metabolismus & Immunologie

Struktur der Lymphorgane (Animation) Einbahnstrassen Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Katabolismus Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Pepsin Metabolismus & Immunologie

Katabolismus auf Zellebene: Phagozytose Ernährung oder Prozessierung? Metabolismus & Immunologie

Wiederhohlung: MHC I & II Studieren Sie die Animationen unter diesem Link: Animationen sind oft mehr als tausend Worte! www.iib.unibe.ch/teaching/animation/links.htm Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Zelluläre Verdauung Phagozyten: NADPH Oxidase Metabolismus & Immunologie

Grapefruit Juice Increases Felodipine Grapefruit Juice Increases Felodipine* Oral Availability in Humans by Decreasing Intestinal CYP3A Protein Expression The consumption of grapefruit juice can result in a down-regulation of CYP3A4 in the small intestine - one of the major Cytochrome P-450 family of enzymes involved in drug, xenobiotic, and dietary – derived nutrient metabolism. *Plendil (felodipine) is a calcium antagonist (calcium channel blocker Lown et al., J. Clin. Invest. 1997

Metabolismus & Immunologie Nahrungsaufnahme Immunsystem Analogie Antigendrainage (dendritische Zellen) Chemotaxis, Homing Phagozytose, Opsonisation Antigen-Prozessierung, Präsentation Neutralisation (Ak), Zytotoxizität (Zellen & Komplement) movement: propels food through the digestive system secretion: release of digestive juices in response to a specific stimulus digestion: breakdown of food into molecular components small enough to cross the plasma membrane absorption: passage of the molecules into the body's interior and their passage throughout the body elimination: removal of undigested food and wastes Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Lernziele und Inhalt Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene Die Organe des "Immun-Metabolismus" Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme hinsehen: Immunantwort wegsehen: Toleranz nicht vertragen: Fieber, Intoleranz, Immunmodulation überreagieren: Allergie verwechseln: Autoimmunität unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte stärken: ??? Metabolismus & Immunologie

Lymphozyten Rezirkulation Interstitium Mukosa Gewebe Zirkulation Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Mukosale Immunität Mucosa-associated lymphoid tissue (MALT) Metabolismus & Immunologie

Mucosa-associated lymphoid tissue (MALT) Beispiele - Nasal-associated lymphoid tissue (NALT) - tonsils, adenoids. - Gut-associated lymphoid tissue (GALT) - Peyer’s patches. - Bronchus-associated lymphoid tissue (BALT) Metabolismus & Immunologie

Peyer’s Patches und Appendix Legende: d - dichter LK L - Lumen p - primärer LK GALT Legende: d - dichter LK L - Lumen p - primärer LK s - sekundärer LK c - Lieberkuhn Krypte Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie MALT Eigenschaften Metabolismus & Immunologie

M Zellen erleichtern Antigenaufnahme Metabolismus & Immunologie

Mucosale Immunantwort Metabolismus & Immunologie

Mucosale Immunantwort: Lymphozyten Zelltyp TCR ab TCR gd CD4 CD8 Lamina propria Lymphozyten >95% <5% 70% 30% interepitheliale Lymphozyten 60-90% 10-40% <10% Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie IgA Struktur Serum - Monomer Sekretion (sIgA) Dimer (11S) J chain Sekretorische Komponente Eine B Zelle sekretiert entweder monomeres or dimeres IgA. Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie IgA Sekretion innen aussen Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie IgA Eigenschaften 2. höchst im Serum häufigstes Ig im Körper bindet kein Komplement (ausser aggregiert) Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie IgA & virale Abwehr Metabolismus & Immunologie

IgA & bakterielle Abwehr IgA2 ist stärker Protease resistent als IgA1. Metabolismus & Immunologie

Opsonisation beginnt draussen! IgA Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Lernziele und Inhalt Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene Die Organe des "Immun-Metabolismus" Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme hinsehen: Immunantwort wegsehen: Toleranz nicht vertragen: Fieber, Intoleranz, Immunmodulation überreagieren: Allergie verwechseln: Autoimmunität unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte stärken: ??? Metabolismus & Immunologie

Der gastrische Simulationstest b-lactoglob. tryps. inh. Bt-toxin OVA CP4 pH 1.2 Pepsin (min) 0 30 0 30 0 30 0 30 0 30 Falls verdaut, keine Immunerkennung möglich! Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Pflanzliche Eiweisse Protein % Total Protein Stabilität Pflanzliche Proteine Rubisco LSU (Spinat) 25 <15 sec Rubisco SSU (Spinat) 25 <15 sec Lipoxygenase (Soyabohne) < 1 <15 sec Glycolate reductase (Spinat) < 1 <15 sec PEP carboxylase (Maiskorn) < 1 <15 sec Acid phosphatase (Kartoffel) < 1 <15 sec Sucrose Synthetase (Weizenkorn) < 1 <15 sec ß-amylase (Haferkorn) < 1 <15 sec Transgene Proteine B.t.t < .01 < 30 sec B.t.k. HD-73 < .01 30 sec B.t.k. HD-1 < .01 30 sec CP4 EPSPS < .1 < 15 sec GOX < .01 < 15 sec ACCd < .4 < 15 sec GUS .01 < 15 sec NPTII < .01 < 10 sec Metabolismus & Immunologie

Normale Immunreaktion und Haptenisierung + Hapten z.B. Medikament eigen Protein nicht immunogen Neues Epitop Immunogenes Protein Metabolismus & Immunologie

Enstehung neuer Antigene durch Denaturierung zB Prionen Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Lernziele und Inhalt Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene Die Organe des "Immun-Metabolismus" Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme hinsehen: Immunantwort wegsehen: Toleranz nicht vertragen: Fieber, Intoleranz, Immunmodulation überreagieren: Allergie verwechseln: Autoimmunität unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte stärken: ??? Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie T Zelltoleranz Vorläufer T Zellen Eigen-selektierte T Zellen Vorläufer aus dem Knochenmark Zentrale (Thymus) Toleranz Periphere Toleranz (Anergie/Deletion suppression) (Deletion) Metabolismus & Immunologie

Periphere B-Zell Anergie Anergie gilt für T und B Zellen!

Immunantwort des Gastrointestinaltrakts Oral tolerance Inactivation or deletion of TH1 cells (IFN) Stimulation of TH2 cytokines Oral tolerance IgA  IgE 

Metabolismus & Immunologie Ständige Bedrohung Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie “mukosale” Zytokine Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Lernziele und Inhalt Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene Die Organe des "Immun-Metabolismus" Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme hinsehen: Immunantwort wegsehen: Toleranz nicht vertragen: Fieber, Intoleranz, Immunmodulation überreagieren: Allergie verwechseln: Autoimmunität unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte stärken: ??? Metabolismus & Immunologie

Lipopolysaccharide (LPS) Kontamination von Nahrungsmitteln Metabolismus & Immunologie

Glucocorticoide & Metabolismus Most common glucocorticoid is cortisol Metabolism: Proteins: increases protein breakdown, releasing amino acids into blood Lipids: mobilizes fatty acids from adipose tissue Carbohydrates: increases blood glucose levels and gluconeogenesis Large amounts of cortisol decreases inflammation, depresses immune system, slows healing Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Laktose Intoleranz Milchzuckerunverträglichkeit: Fehlen bzw. unzureichende Produktion des Verdauungsenzyms Laktase. ca. 90%der Weltbevölkerung kann Milchzucker nach dem Säuglingsalter nicht mehr vollständig verwerten. In Mitteleuropa leiden ca. 10 - 20% der Durchschnittsbevölkerung an einer Laktoseintoleranz. Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Zöliakie oder Sprue Zöliakie (bei Erwachsenen Sprue genannt) ist Überempfindlichkeit gegen das in den meisten Getreiden enthaltene Klebereiweiß "Gluten". Bei Zufuhr von Gluten wird die Schleimhaut im Dünndarm geschädigt, wodurch es in Folge, zur Rückbildung des Darmes kommt. Gluten in: Weizen Roggen Gerste Hafer Dinkel Grünkern Einkorn Emmer Kamut Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Lernziele und Inhalt Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene Die Organe des "Immun-Metabolismus" Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme hinsehen: Immunantwort wegsehen: Toleranz nicht vertragen: Fieber, Intoleranz, Immunmodulation überreagieren: Allergie verwechseln: Autoimmunität unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte stärken: ??? Metabolismus & Immunologie

Nahrungsmittelallergien Prävalenz Amerika erstmals 1940 5-8% Kinder 1-2% Erwachsene Europa seit 1990 ähnliche Zahlen Metabolismus & Immunologie

Allergieauslösende Nahrungsmittel USA Europa Milk Eggs Peanuts Tree nuts Soy Wheat Fish Shellfish Milk Eggs Tree nuts Wheat Fish Shellfish Soy Peanuts Metabolismus & Immunologie

Inhalations Allergien Orales Allergie Syndrom Allergie Echte Nahrungsmittelallergie Metabolismus & Immunologie

Inhalation- vs Lebensmittelallergene Kreuzreaktionen Inhalation- vs Lebensmittelallergene Früchte Gemüse Nüsse Metabolismus & Immunologie

Kreuzreaktionen: gleiche Familie Pfirsich Aprikose Pflaume Kirsche Prunoideae >90% der Patienten erkennen ein 13 kd Hauptallergen, Ortolani et al, 1997 Metabolismus & Immunologie

Kreuzreaktionen: gleiche Gene Birke Apfel, Haselnuss, Karrotte, Kartoffel Beifuss Cellerie Ambrosia Melone, Banane Gräser Apfel, Tomate “Latex” Avocado, Banane, Kastanie z.B. Bet V1 (Birke) 60% Homologie mit Mal D1 (Apfel) Metabolismus & Immunologie

Wieviele Allergene essen wir? Weizen Senf Sesam Pfeffer Butter Estragon = ~1.6 mio Genprodukte Zwiebel Salat Tomate Gurke = ~16 Allergene Hickory Dill Speck Käse = 1: 100’000 Bakterien Milch Rind Ketchup Weinessig Zuckerrübe Metabolismus & Immunologie

Nahrunsmittelallergene Protein % Total Protein Stabilität Fragmente Ei- und Milchallergene Ei Ovalbumin (Gal d 2) 54 60 - Milch ß-lactoglobulin 9 60 - Ei Ovomucoid (Gal d 1) 11 8 - Milch Casein 80 2 15 Milch BSA 1 0.5 15 Milch a-lactalbumin 4 0.5 2 Ei Conalbumin (Gal d 3) 12 0 15 Körner Allergene Soya ß-Conglycinin (b ) 18.5 60 - Soya Kunitz Trypsin Inhib. 2-4 60 - Erdnuss Ara h 2 6 60 - Senf Sin a I 20 60 - Senf Bra j IE 20 60 - Soya Lectin 1-2 15 - Erdnuss Lectin 1.3 8 - Soya ß-Conglycinin (a) 18.5 2 60 Soya Glycinin 51 0.5 15 Soya Gly m BD 30K 2 - 3 0 8 Metabolismus & Immunologie

Echte Nahrungsmittelallergene kleine Peptide (10-20 AS) Proteine (Hapten + Carrier) Kreuzvernetzung IgE vermittelt nicht IgE vermittelt T Zelle APZ Sensibilisieren Be IgE Auslösen FceRI Metabolismus & Immunologie

Nahrungsmittelallergene Praktisch alle Allergene sind Eiweisse, aber nicht alle Eiweisse sind Nahrungsmittel allergene Nahrungsmittel enthalten hunderttausende Proteine, von denen nur wenige allergen sind Die meisten Allergene sind verdaungs- und verarbeitungsstabil Hauptallergene sind keine „Spureneiweisse“ Die meisten Nahrungsmittelallergene sind kloniert und molekular charakterisiert                                                        Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Lernziele und Inhalt Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene Die Organe des "Immun-Metabolismus" Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme hinsehen: Immunantwort wegsehen: Toleranz nicht vertragen: Fieber, Intoleranz, Immunmodulation überreagieren: Allergie verwechseln: Autoimmunität unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte stärken: ??? Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Autoimmunität Immunantwort gegen “eigen” Einteilungen systemisch (z.B. SLE, RA, GVHD) Organ-specifisch (z.B. MS, IDDM, IBD, AITP etc.) Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Theorien Molekulares Mimicry Epitop "Spreading" T Helfer 1 / T Helfer 2 Balance Zytokine Milieu. Fehlen von Co-stimulation/Aktivation Beispiele sind noch anekdotisch Metabolismus & Immunologie

Verwechslung bei der Immunantwort Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Lernziele und Inhalt Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene Die Organe des "Immun-Metabolismus" Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme hinsehen: Immunantwort wegsehen: Toleranz nicht vertragen: Fieber, Intoleranz, Immunmodulation überreagieren: Allergie verwechseln: Autoimmunität unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte stärken: ??? Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie IgA Mangel Pathogenesis Failure of class switch mechanism Phenytoin, penicillamine may produce acquired selective IgA deficiency Molecular immunology Many defects possible Autosomal recessive inheritance reported in some families Reported in 18q- syndrome, 21q- syndrome Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Lernziele und Inhalt Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene Die Organe des "Immun-Metabolismus" Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme hinsehen: Immunantwort wegsehen: Toleranz nicht vertragen: Fieber, Intoleranz, Immunmodulation überreagieren: Allergie verwechseln: Autoimmunität unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte stärken: ??? Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Immunstimulation? Metabolismus & Immunologie

Phytochemicals (plant) Only few of 10,000’s studied associated with decrease CVD & cancer risk decrease infections increase immune function Examples* - flavonoids; carotenoids; isoflavones; plant sterols * soy; tomatoes, garlic, onions, legumes, green tea; cruciferous vegetables, red wine, grapes Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Probiotics Probiotic foods are also known as functional foods, which have been in our diets for years. A functional food is a product that is consumed every day and has been shown through clinical studies to maintain human health or to promote human well-being better than similar traditional foods. NOTE: Probiotics and/or Lactobacillus GG are not intended to diagnose, mitigate, treat, cure or prevent any specific disease or class of diseases. Metabolismus & Immunologie

Symptoms of Malnutrition in AIDS Patients Weight loss Loss of muscle tissue and subcutaneous fat Vitamin and mineral deficiencies Reduced immune competence Increased susceptibility to infection Metabolismus & Immunologie

The Vicious Cycle The Vicious Cycle of Micronutrient Deficiencies and HIV Pathogenesis Insufficient dietary intake Malabsorption, diarrhea Altered metabolism and nutrient storage Increased HIV replication Hastened disease progression Increased morbidity Nutritional deficiencies Increased oxidative stress Immune suppression Metabolismus & Immunologie

A Joke… Here are some steps for building better immunity. Start with a multi-vitamin. Research shows that adding a simple over-the-counter multi-vitamin can significantly improve your immune function, even if you eat a generally well-balanced diet. Make sleep a priority. Sleep strengthens the body's ability to fight infections. If you are deprived of sleep, you can suffer a decline in the number and functioning of immune-system cells. Strengthen your social network. A leading researcher of the link between emotions and disease, Dr. David Spiegel, Stanford University, contends that socializing buffers stress and helps fight off other enemies of the immune system. Take a walk. Studies show that moderate exercise diseases your immune response and protects your body from colds and infections. Head for a house of worship. Studies of those who attend religious services on a regular weekly basis had healthier immune systems than those who did not attend. Fight back against stress. People who live under constant stress are more susceptible to colds and respiratory infections. Metabolismus & Immunologie

Metabolismus & Immunologie Die HNA Achse „Die Leute glauben, was sie glauben wollen“ Caesar Metabolismus & Immunologie