Adaptive Immunantwort

Primäre lymphatische Organe, wie das Knochenmark und der Thymus, sind für die Bildung, Reifung und Differenzierung von Immunzellen verantwortlich.
Im Knochenmark entstehen alle Blutzellen, einschließlich der Lymphozyten. T-Zellen reifen im Thymus, wo sie lernen, zwischen körpereigenen und fremden Antigenen zu unterscheiden.

Sekundäre lymphatische Organe, darunter die Lymphknoten, die Milz, Peyer- Plaques und die Tonsillen, dienen der Aktivierung des Immunsystems. Sie bieten Orte, an denen reife Immunzellen auf eingedrungene Pathogene treffen und eine spezifische Immunantwort auslösen. Lymphknoten filtern die Lymphflüssigkeit, die Milz filtert das Blut, und Peyer-Plaques sowie Tonsillen überwachen die Antigene, die durch die Nahrungsaufnahme und Atmung in den Körper gelangen.

Zusammengefasst sind primäre lymphatische Organe für die Produktion und Reifung von Immunzellen zuständig, während sekundäre lymphatische Organe die Orte sind, an denen die spezifische Immunantwort gegen spezifische Antigene initiiert und koordiniert wird.

Der Thymus spielt eine zentrale Rolle im Immunsystem, indem er die Produktion und Reifung von T-Lymphozyten (T-Zellen → Thymus; B-Zellen → Bone-Marrow (Knochenmark)) unterstützt, die für die spezifische Immunantwort unerlässlich sind. Er befindet sich im oberen Teil des vorderen Mediastinums, hinter dem Brustbein und vor dem Herz. 

Reifung der T-Zellen:

1.Einwanderung von Vorläuferzellen: T-Zell-Vorläufer aus dem Knochenmark gelangen in den Thymus, wo sie keine spezifischen T-Zell-Rezeptoren (TCR) oder CD4^-/CD8^-Moleküle exprimieren (doppelt negative Zellen)

2.Entwicklung und Rekombination: Diese Vorläuferzellen beginnen, TCR zu bilden und sowohl CD4 als auch CD8 zu exprimieren, was sie zu doppelt positiven T-Zellen macht. Die TCR dienen der Erkennung von Antigenen, die von MHC-Molekülen präsentiert werden. Die TCR weisen eine hohe Variabilität auf, sodass viele verschiedene Antigene erkannt werden können. Die Vielfalt der TCRs entsteht durch genetische Rekombination

→ Positive Selektion: Doppelt positive T-Zellen, die körpereigene MHC-Moleküle erkennen können, überleben und schreiten weiter. Kommt es zu keiner Interaktion mit MHC-Molekülen wird die Apoptose eingeleitet. Dies stellt sicher, dass T-Zellen mit MHC-Molekülen interagieren können, was für die Antigenerkennung essenziell ist

3.Negative Selektion: T-Zellen, die eine zu hohe Affinität zu körpereigenen Peptiden auf MHC-Molekülen zeigen, werden eliminiert, um eine Autoimmunität zu verhindern

4.Reifung zu einfach positiven T-Zellen: Überlebende T-Zellen spezialisieren sich entweder auf CD4⁺ (T-Helfer-Zellen) oder CD8⁺ (zytotoxische T-Zellen), abhängig von der Art der MHC-Erkennung

5.Integration ins Immunsystem: Reife T-Zellen verlassen den Thymus und nehmen ihre Rolle im spezifischen Immunsystem ein. Sie sind nun bereit, auf spezifische Antigene zu reagieren. Im Thymus wurden sie so selektiert, dass sie nicht auf gesunde körpereigene Zellen reagieren und variable Rezeptoren aufweisen, mit denen sie spezifische Antigene erkennen können

Der MHC (major histocompatibility complex) ist ein essenzieller Bestandteil des Immunsystems, der eine zentrale Rolle bei der Unterscheidung zwischen eigenen und fremden Zellen spielt. 

MHC-Funktionen: 

• Präsentation von Peptiden: MHC-Moleküle binden und präsentieren Peptide, die von körpereigenen oder pathogenen Proteinen stammen, an der Zelloberfläche
• Erkennung durch T-Zellen: Diese präsentierten Peptide werden von T-Zellen des Immunsystems erkannt, was eine spezifische Immunantwort gegen identifizierte Pathogene ermöglicht 

MHC-Klassen: 

• MHC Klasse I:
  • Vorkommen: Auf fast allen kernhaltigen Zellen des Körpers
  • Interaktion: Präsentiert intrazelluläre Peptide an zytotoxische T-Zellen (CD8- positiv), was zur Zerstörung von infizierten oder abnormen Zellen führen kann
• MHC Klasse II:
  • Vorkommen: Hauptsächlich auf antigenpräsentierenden Zellen (APCs) wie dendritischen Zellen, Makrophagen und B-Zellen
• Interaktion: Präsentiert extrazelluläre Antigene an T-Helferzellen (CD4-positiv), die die Immunantwort koordinieren und verstärken, z.B. durch Aktivierung von B-Zellen 

Die genetische Variabilität des MHC ist außerordentlich hoch, was eine breite und effektive Immunantwort gegen eine Vielzahl von Antigenen ermöglicht. Diese Variabilität ist auch der Grund, warum transplantierte Organe zwischen genetisch unterschiedlichen Individuen abgestoßen werden können. Das Immunsystem des Empfängers erkennt die MHC-Moleküle des Spenderorgans als fremd. 

Das HLA-System (human leukocyte antigene system) beschreibt den MHC- Genkomplex des Menschen, der sich auf dem 6. Chromosom befindet. Es umfasst eine Gruppe von Genen, die für die Produktion von Proteinen verantwortlich sind, welche an der Präsentation von Antigenen auf der Zelloberfläche beteiligt sind. Die Gene lassen sich topografisch in 2 Klassen einteilen:

• Klasse-I-Antigene (Klasse Ia: HLA-A, HLA-B, HLA-C; Klasse Ib: HLA-E, HLA-F, HLA-G)
  • Entsprechen MHC-I
• Klasse-II-Antigene (HLA-DM, HLA-DO, HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR) 
  • Entsprechen MHC-II

Das HLA-System spielt eine wesentliche Rolle in der Transplantationsmedizin. Eine hohe Übereinstimmung der HLA-Moleküle zwischen Spender und Empfänger ist entscheidend, um das Risiko einer Abstoßungsreaktion zu minimieren.

Interleukine sind eine Gruppe von Signalproteinen, die eine wichtige Vermittlerrolle im Immunsystem spielen. Sie werden hauptsächlich von weißen Blutkörperchen produziert, können aber auch von einer Vielzahl anderer Zellen ausgeschüttet werden. Es gibt viele verschiedene Typen von Interleukinen, die jeweils spezifische Funktionen im Immunsystem erfüllen. Ihre Aufgaben umfassen das Anlocken von Immunzellen zu Infektionsorten, das Stimulieren oder Hemmen der Immunantwort und das Fördern der Antikörperproduktion.

Wichtige Interleukine:

T-Lymphozyten erkennen und bekämpfen gezielt infizierte Zellen oder Zellen, die unbekannte Antigene präsentieren. Der Prozess der spezifischen zellulären Abwehr durch T-Lymphozyten lässt sich in mehrere Schlüsselschritte unterteilen:

• Erkennung von Antigenen: T-Lymphozyten erkennen spezifische Antigene, die von anderen Zellen präsentiert werden. Dies geschieht durch den T-Zell-Rezeptor (TCR), der Antigene bindet, die von Molekülen des Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC) auf der Oberfläche von Zellen präsentiert werden
• Aktivierung und Differenzierung: Nach der Antigenerkennung werden T-Lymphozyten aktiviert und beginnen sich zu teilen und zu differenzieren. Sie entwickeln sich zu verschiedenen Subtypen, die jeweils unterschiedliche Funktionen im Immunsystem erfüllen
  • Zytotoxische T-Zellen (CD8⁺): Sie spielen bei der Abwehr von Virusinfektionen und bei der Zerstörung mutierter Zellen eine große Rolle. Diese Zellen können direkt infizierte Zellen oder Tumorzellen erkennen und abtöten, indem sie Substanzen freisetzen, die zum Zelltod führen. Aktivierte zytotoxische T-Zellen eliminieren Zielzellen durch verschiedene Mechanismen. Einer der wichtigsten Mechanismen ist die Freisetzung von Perforin und Granzymen. Perforin durchlöchert die Zellmembran der infizierten Zelle, was Granzymen ermöglicht, in die Zelle einzudringen und den programmierten Zelltod (Apoptose) auszulösen. Ein anderer Mechanismus ist die Interaktion zwischen Fas-Ligand (FasL) auf der T-Zelle und dem Fas-Rezeptor auf der Zielzelle, was ebenfalls zur Apoptose führt
  • T-Helfer-Zellen (CD4⁺): T-Helferzellen erkennen spezifische Antigene, die ihnen von antigenpräsentierenden Zellen (APCs), wie dendritischen Zellen, Makrophagen und B-Zellen, präsentiert werden. Diese Antigene werden in Verbindung mit MHC-Klasse-II-Molekülen auf der Oberfläche der APCs dargeboten. Die Erkennung erfolgt über den T-Zell-Rezeptor (TCR) in Verbindung mit dem CD4-Molekül, das die Bindung an MHC-Klasse-II verstärkt
    • Funktionen und Subtypen: Nach der Aktivierung differenzieren sich T-Helferzellen in verschiedene Subtypen, die jeweils spezifische Funktionen im Immunsystem übernehmen:
      • T_H1-Zellen sind vorrangig an der Aktivierung der zellvermittelten Immunität beteiligt. Sie fördern die Aktivität von Makrophagen und zytotoxischen T-Zellen, was besonders effektiv gegen intrazelluläre Pathogene wie Viren und einige Bakterien ist. TH1-Zellen produzieren Zytokine wie Interferon-γ (IFN-γ), das die Abtötung von Pathogenen innerhalb der Makrophagen verstärkt
      • T_H2-Zellen unterstützen hingegen die humorale Immunantwort durch die Aktivierung und Differenzierung von B-Zellen in Antikörper-produzierende Plasmazellen. Sie sind besonders wichtig bei der Abwehr von Parasiten und bei allergischen Reaktionen. TH2-Zellen produzieren Zytokine wie Interleukin-4 (IL-4), das die Antikörperproduktion stimuliert

Entwicklung von Gedächtniszellen: Einige der aktivierten T-Zellen entwickeln sich zu Gedächtniszellen, die bei einem erneuten Kontakt mit demselben Antigen eine schnellere und stärkere Reaktion ermöglichen

Die B-Lymphozyten-vermittelte Immunantwort, auch als humorale Immunantwort bekannt, ist ein zentraler Bestandteil des spezifischen Immunsystems. Sie läuft in den folgenden Schritten ab:

1. Erkennung des Antigens:

• Aktivierung: B-Lymphozyten (B-Zellen) erkennen spezifische Antigene (z.B. Oberflächenproteine von Bakterien) direkt durch ihre B-Zell-Rezeptoren (BCR)
• Antigenpräsentation: Einige B-Zellen agieren als antigenpräsentierende Zellen (APC), indem sie das Antigen aufnehmen, prozessieren und Fragmente davon auf ihrer Oberfläche zusammen mit MHC-II-Molekülen präsentieren. Die Antigene können von den T-Helferzellen erkannt werden. Diese unterstützen anschließend die Proliferation und Differenzierung der B-Zelle. B-Zellen, die unabhängig von T-Zellen aktiviert werden, produzieren meistens Antikörper mit einer geringeren Affinität und werden nicht zu Gedächtniszellen

2. Proliferation und Differenzierung:

• Klonale Expansion: Nach der Antigenerkennung 
  proliferieren B-Zellen und differenzieren sich in 
  Plasmazellen und Gedächtnis-B-Zellen
• Plasmazellen: Sie produzieren große Mengen 
  spezifischer Antikörper (Immunglobuline), die gegen 
  das erkannte Antigen gerichtet sind
• Gedächtnis-B-Zellen: Nach der Infektion verweilen 
  sie im Körper und sorgen für eine schnellere und 
  stärkere Antwort bei einem erneuten Kontakt mit 
  demselben Antigen

3. Antikörper-vermittelte Immunität:

• Neutralisierung: Antikörper binden an Antigene, um deren Eindringen in Wirtszellen zu verhindern
• Opsonisierung: Antikörper markieren Pathogene für die Phagozytose durch Makrophagen und neutrophile Granulozyten
• Komplementaktivierung: Antikörper binden an Antigene und aktivieren das Komplementsystem, was zur Lyse (Zerstörung) der Pathogene führt
• Antikörperabhängige zellvermittelte Zytotoxizität (ADCC): Antikörper markieren Zielzellen für die Vernichtung durch natürliche Killerzellen (NK-Zellen)

4. Isotypenswitch:

• B-Zellen können durch den sogenannten Isotypenswitch die Klasse der produzierten Antikörper ändern, zum Beispiel von IgM zu IgG. Dies erfolgt abhängig von den Aktivierungssignalen. IgM-Antikörper bieten eine schnelle, aber weniger spezialisierte Antwort und sind wichtig für die sofortige Erkennung und Neutralisierung von Pathogenen. Ein Isotypenswitch zu IgG-Antikörpern ermöglicht eine hochaffine und spezifische Immunantwort, die eine effektivere und dauerhafte Immunität sicherstellt

5. Langzeitimmunität:

• Gedächtnis-B-Zellen sorgen für eine langanhaltende Immunität, indem sie bei einem erneuten Kontakt mit demselben Antigen eine rasche und effiziente Immunantwort ermöglichen

Antikörper (Immunglobuline) sind spezialisierte Proteine, die vom Immunsystem produziert werden, um den Körper gegen Pathogene wie Bakterien, Viren und andere Fremdkörper zu verteidigen. Die Immunglobuline werden von den Plasmazellen gebildet und ins Blut sezerniert. Sie können spezifische Antigene binden und gehören daher zur spezifischen Immunabwehr.

Grundstruktur:

• Aufbau: Jeder Antikörper besteht aus vier Polypeptidketten – zwei schweren (H) Ketten und zwei leichten (L) Ketten, die durch Disulfidbrücken verbunden sind
• Variable Regionen: Die Spitzen der "Y"-förmigen Struktur enthalten spezifische Bindungsstellen für Antigene. Die Bindungsstellen weisen eine hohe Variabilität auf und ermöglichen die spezifische Erkennung der Antigene

Klassen von Antikörpern:

Es gibt fünf Hauptklassen von Antikörpern, die sich in ihrer Struktur und Funktion unterscheiden:

1. IgG: Am häufigsten im Blut vorkommend, wichtig für die Neutralisierung von Viren 
   und Bakterien. Sie können die Plazenta passieren und sind im Kolostrum (erste 
   Muttermilch) enthalten. Sie ermöglichen so den Nestschutz des Neugeborenen.
2. IgM: Wird als erste Antwort auf eine Infektion produziert; wichtig für die Aktivierung des Komplementsystems.
3. IgA: Vorwiegend in Schleimhäuten und Sekreten wie Speichel und Muttermilch; 
   schützt Körperoberflächen.
4. IgE: Beteiligt an allergischen Reaktionen und Abwehr gegen Parasiten.
5. IgD: Wenig verstanden, aber auf der Oberfläche von B-Zellen präsent und spielt 
   eine Rolle bei der Initiation der Immunantwort.

Funktionen:

• Neutralisierung: Antikörper binden an Toxine oder Pathogene und neutralisieren diese direkt oder markieren sie für die Eliminierung durch andere Immunzellen
• Opsonisierung: Fördert die Phagozytose durch Markierung von Antigenen für eine leichtere Erkennung durch Phagozyten
• Komplementaktivierung: Einige Antikörperklassen können das Komplementsystem aktivieren, das Pathogene lysieren oder für die Phagozytose markieren kann
• Immobilisierung: Bindung an bewegliche Mikroorganismen, um deren Ausbreitung im Körper zu verhindern
• Agglutination: Bindet an mehrere Antigene gleichzeitig, klumpt sie zusammen und erleichtert so die Eliminierung durch Immunzellen

Gedächtnisfunktion:

Antikörper spielen eine zentrale Rolle im immunologischen Gedächtnis. Bei einer Zweitinfektion mit demselben Pathogen kann das Immunsystem schnell spezifische Antikörper produzieren, was eine schnellere und effektivere Reaktion ermöglicht.

Antikörper sind somit essenziell für die spezifische Immunabwehr und tragen durch ihre Vielfältigkeit und Spezifität maßgeblich zum Schutz des Organismus bei.

 Merke

Durch verschiedene Mechanismen wird eine Vielzahl an B- und T-Lymphozyten hergestellt, die Rezeptoren für unterschiedliche Antigene besitzen. Dabei wird der Rezeptor oder das antigenerkennende Areal zunächst nicht auf ein spezifisches Antigen wie z.B. den Bestandteil eines Bakteriums abgestimmt. Vielmehr wird von Anfang an eine hohe Anzahl an B- und T-Zellen produziert, deren antigenerkennende Areale durch zufällige genetische Rekombination variabel sind.

Einige dieser T-Zellen erkennen zufällig körpereigene Antigene. Diese T-Zellen werden im Thymus durch negative Selektion eliminiert, um Autoimmunreaktionen zu verhindern. Die B-Zellen reifen im Knochenmark und wandern anschließend in sekundäre lymphatische Organe wie die Lymphknoten, um dort auf den Kontakt mit einem Antigen zu warten.

Kommt es zu einem Kontakt zwischen einem Antigen und einer B- oder T-Zelle, die dieses Antigen spezifisch erkennt, proliferieren diese B- oder T-Zellen. Ein Kontakt mit einem Pathogen aktiviert daher nicht alle im Körper vorhandenen Immunzellen. Nur die Immunzellen, die das Antigen spezifisch erkannt haben, proliferieren, während diejenigen, die für dieses Pathogen keine passenden Rezeptoren besitzen, nicht aktiviert werden und sich nicht vermehren.

 Info

Zusammenfassung

Beim Eindringen eines Pathogens in den Körper erkennt das angeborene Immunsystem schnell fremde Strukturen und reagiert sofort. Makrophagen und neutrophile Granulozyten phagozytieren die Eindringlinge und setzen Zytokine frei, die Entzündungsreaktionen auslösen. Dendritische Zellen präsentieren Antigene des Pathogens den T-Helferzellen im lymphatischen Gewebe. Diese aktivieren wiederum B-Zellen, die spezifische Antikörper produzieren, und zytotoxische T-Zellen, die infizierte Zellen zerstören. Die gebildeten Antikörper neutralisieren das Pathogen und markieren es für die Phagozytose. Nach der Infektion verbleiben Gedächtniszellen im Körper, die bei einem erneuten Kontakt mit dem gleichen Pathogen eine schnellere Immunantwort ermöglichen.