BCR und TCR

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)
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