Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.

1.  Weerstand en immuniteit

Het immuunsysteem stelt ons lichaam in staat om micro-organismen snel onschadelijk te maken en heeft daarnaast de mogelijkheid een specifiek geheugen op te bouwen tegen doorgestane infecties. Dit gebeurt door de ontwikkeling van geheugenlymfocyten die in staat zijn micro-organismen te herkennen en er snel tegen te reageren.

1.2 Innate en adaptieve weerstand

Het lichaam heeft een aantal fysische barrières die het aanhechten en binnendringen van pathogene micro-organismen tegengaan. Voorbeelden hiervan zijn een slijmlaag en trilhaarepitheelcellen in de darm. Secreten die door epitheel worden uitgescheiden bevatten antimicrobiële eigenschappen en de aanwezigheid van een natuurlijke bacteriële flora beschermt ons ook. Deze soorten bescherming tegen infecties worden ook wel de niet-specifieke weerstand genoemd.

1.2.1 Ontstekingsreacties

De ontstekingsreactie begint bij het binnendringen van de bacterie in het bindweefsel. Er ontstaat een acute ontstekingsreactie die enkele uren tot dagen duurt en uit de volgende stadia bestaat:

1.     Toename van doorbloeding van het weefsel door vasodilatatie

2.     Verhoging van permeabiliteit van de vaten

3.     Verhoogde uittreding (exsudatie) en vasthouden van vocht (oedeem) van weefselvocht

4.     Aantrekken van leukocyten uit de bloedbaan (chemotaxie)

5.     Herstel van het weefsel

De macrofagen in het bindweefsel herkennen de micro-organismen waardoor deze reactie snel op gang komt. Macrofagen hebben op hun celoppervlak receptoren die kunnen binden met structuren, ook wel patronen, die veel voorkomen bij bacteriën en schimmels. De toll-like receptoren (TLR’s), de C-type lectinen en scavengerreceptoren zijn de belangrijkste receptoren die bacteriën en schimmels kunnen herkennen. Ze zijn ook belangrijk voor het waarnemen van veranderingen van structuren in ons lichaam, bijvoorbeeld apoptose van cellen.

De macrofaag gaat na binding cytokinen en chemokinen uitscheiden. Chemokinen trekken andere ontstekingscellen aan. Cytokinen activeren endotheelcellen wat leidt tot vaatverwijding en de expressie van adhesiemoleculen en chemokinen. Hierdoor kunnen leukocyten aan de vaatwand binden. Diapedese is het uittreden van leukocyten uit de bloedbaan. Door de vaatverwijding bewegen leukocyten naar de periferie van de bloedbaan (marginatie) en binden zich aan het endotheel waarna ze tussen de cellen van de bloedvatwand doordringen. De uitgescheiden chemokinen trekken ze aan naar het aangedane weefsel (chemotaxie). Al vanaf een half uur na de infectie treden neutrofiele granulocyten als eerst de bloedbaan uit om de bacteriën te doden door fagocytose en uitscheiding van toxinen.  Vanaf 24 uur na het op gang komen van de ontstekingsreactie stijgen de acutefase-eiwitten in het bloed. Deze hebben een remmend effect op de ontstekingsreactie waardoor de herstelfase wordt ingezet. Als de infectie niet over gaat treden na 24 uur ook monocyten uit de bloedbaan om de infectie alsnog te bestrijden.

1.2.2 Innate en adaptieve afweer

Dendritische cellen, met als voorloper de monocyt, hebben ook receptoren waarmee ze micro-organismen herkennen en fagocyteren. Daarnaast nemen zij peptidefragmenten van de gefagocyteerde producten in zich op en verwerken kleine stukjes hiervan in de membraanreceptoren op hun celoppervlak, de antigeenpresentatie. Deze receptoren behoren tot het major histocompability complex (MHC), bij de mens human leukocyte antigens (HLA) genoemd. T-lymfocyten kunnen deze combinatie van receptoren en lichaamsvreemde eiwitten herkennen waardoor een specifieke immuunreactie opgewekt kan worden. De dendritische cellen zijn de verbinding tussen het innate en adaptieve afweersysteem.

Dendritische cellen scheiden ook cytokinen en chemokinen uit om lymfocyten aan te trekken. Lymfocyten die eerder met een antigeen in aanraking zijn geweest worden door de chemokinen aangetrokken. Bij een niet bekend micro-organisme verlaten de dendritische cellen het bindweefsel via de lymfevaten. In de lymfeklier kan dan aan grote aantallen lymfocyten de antigeenpresentatie plaatsvinden. Dit leidt tot de activatie van specifieke T- en B-lymfocyten waardoor de adaptieve immuunrespons op gang komt. Tijdens de activatie in de lymfeklier worden geheugencellen gevormd die een lange levensduur hebben en gemakkelijke de bloedbaan kunnen verlaten voor snelle activatie bij het tegenkomen van hun specifieke antigeen.

1.2.3 De cellen van het immuunsysteem

Alle cellen zijn afkomstig van de pluripotente hematopoëtische stamcel. Via hematopoëse vindt differentiatie plaats en ontstaan de verschillende type cellen. Er zijn drie verschillende reeksen voorlopercellen: de erytrocytaire, myeloïde en lymfoïde reeks.

Uit de erytrocytaire reeks ontstaan de rode bloedcellen en megakaryocyten, deze vormen de bloedplaatjes. Ook ontstaan hieruit de granulocyten met hun vele granulen in het cytoplasma. De neutrofiele granulocyt migreert snel naar een ontsteking en fagocyteert daar bacteriën. De eosinofiele granulocyt verdedigt ons lichaam tegen wormen en parasieten en speelt een belangrijke rol bij ontstekingen door allergische reacties. De basofiele granulocyt komt weinig voor en de precieze functie hiervan is onduidelijk.

Uit de myeloïde voorlopercel ontstaan de monocyten. De monocyt circuleert in het bloed en bij het verlaten van de bloedbaan differentieert deze tot macrofaag of dendritische cel. Deze zijn altijd in een kleine hoeveelheid aanwezig in weefsels. Ook de mestcel ontstaat uit de myeloïde voorlopercel. De mestcel migreert als voorlopercel uit het bloed naar bindweefsel en speelt een rol bij de verdediging tegen parasieten en bij allergie.

Uit de lymfoïde voorlopercel ontstaan alle typen lymfocyten. De lymfocyten hebben op hun oppervlak receptoren die gevormd worden door genherschikking, waardoor elke cel een kleine variatie in zijn receptor vertoont. Zo kan elke lymfocyt een ander antigeen binden. De voorlopercellen van de T- en B-lymfocyten ontstaan in het beenmerg. De verdere vorming van T-lymfocyten gebeurt in de thymus en die van B-lymfocyten in het beenmerg. Daarnaast zijn er ook nog grotere lymfocyten, de naturalkiller-cellen, die belangrijk zijn bij de afweer tegen virusinfecties.

1.3 adaptieve weerstand

De T- en B-lymfocyten hebben elk een andere receptor, waarmee ze een klein deel van een moleculaire structuur herkennen. Dit zijn vooral glycoproteïnen en deze worden antigenen genoemd. Het deel waaraan de receptor bindt is de antigene determinant of epitoop. Na de binding van een receptor gaat de lymfocyt delen en differentiëren, waardoor het aantal lymfocyten toeneemt en effectorlymfocyten gevormd worden. Bij B-lymfocyten worden plasmacellen gevormd die grote hoeveelheden van de antigeenreceptor uitscheiden. T-lymfocyten gaan als effectorcel cytokinen en enzymen uitscheiden.

1.3.1 antigeenreceptoren

Het immunoglobuline op de B-lymfocyt is een complex van eiwitketens, opgebouwd uit 2 zware en 2 lichte ketens, die samen een Y-vormige structuur vormen. De twee zware ketens staan in de membraan van de cel met de lichte ketens via zwavelbruggen daaraan verbonden. De N-terminale delen bevatten het variabele gebied. Antigenen worden herkend door de combinatie van de variabele delen van zware en lichte ketens. De T-celreceptor bestaat uit 2 verschillende eiwitketens met elk een variabel en een constant deel. De twee ketens worden α- en β-keten genoemd.

Het constante deel van antilichamen kan binden aan de Fc-receptoren op macrofagen, die het dan kunnen fagocyteren en vernietigen. Ook kunnen eiwitten van het complementsysteem binden aan het constante deel waardoor reacties in gang gezet worden die het pathogeen direct doden. De binding van antilichamen en complementfactoren aan bacteriën wordt opsonisatie genoemd.

B-lymfocyten kunnen isotypen vormen, afhankelijk van de plaats in het lichaam bij activatie. Er zijn 5 isotypen: IgM, IgD, IgG, IgE en IgA.

Er zijn 2 typen HLA-moleculen. HLA-klasse-I worden herkend door T-lymfocyten die CD8-moleculen op hun celoppervlak hebben. Deze lymfocyten worden cytotoxische T-cellen genoemd. HLA-klasse-II-moleculen worden herkend door T-lymfocyten die CD4 moleculen op hun oppervlak hebben, dit zijn de T-helpercellen die nodig zijn voor activatie van andere T- en B-lymfocyten.

1.3.2 de adaptieve weerstand en immuniteit

Na activatie van een lymfocyt gaat deze delen waardoor veel lymfocyten met dezelfde specificiteit ontstaan. Hierdoor wordt het aantal effectorcellen dat een bepaald pathogeen kan herkennen vergroot. Ook differentiëren zij tot geheugencellen, die bij nieuw contact met het pathogeen snel tot effectorcel transformeren. Zo wordt het pathogeen snel onschadelijk gemaakt. Bij een her-infectie komt de immuunrespons dus snel op gang en worden hoge spiegels van antilichamen geproduceerd waardoor de her-infectie subklinisch verloopt.

1.4 stoornissen van het immuunsysteem

Verstoring in het immuunsysteem kan leiden tot allergieën. Hierbij ontstaat een heftige reactie tegen onschuldige stoffen waarmee we in aanraking komen. Bij auto-immuniteit ontstaat een overreactie tegen onderdelen van ons eigen lichaam.

1.4.1 allergie

De aanwezigheid van antilichamen van het type IgE leid tot allergie of overgevoeligheid. Het allergeen bindt aan IgE waardoor mestcellen worden geactiveerd. Deze scheiden stoffen uit zoals histamine en serotonine die effect hebben op onder andere gladde spiercellen. Ook worden chemokinen uitgescheiden die leiden tot de allergische symptomen.

1.4.2 auto-immuniteit

Bij auto-immuniteit reageert het immuunsysteem tegen delen van cellen of weefsels in ons eigen lichaam. Niet alle auto-immuniteit hoeft te leiden tot klinische verschijnselen of een auto-immuunziekte.

1.4.3 immunodeficiënties

Bij immunodeficiënties werkt een component van het immuunsysteem onvoldoende of het is afwezig. De aanwezigheid van een normaal gen kan dit compenseren.

1.4.4 tumoren van het immuunsysteem

Afwijkende, kwaadaardige differentiatie van het immuunsysteem wordt leukemie of lymfoom genoemd. Leukemie is een vorm van kanker waarbij een maligne woekering van witte bloedcellen in het beenmerg plaatsvind. Ze verdringen de voorlopers van de normale cellen in het beenmerg. Een lymfoom is een ziekte waarbij in de lymfeklieren kwaadaardige lymfocyten worden gevormd.

2. Aangeboren immuniteit en acute ontsteking

Het adaptieve (verworven) immuunsysteem zorgt voor het opbouwen van een afweergeheugen. De dendritische cel is de schakel tussen het innate (aangeboren) en adaptieve immuunsysteem. Zij sturen informatie over het pathogeen door aan antigeenspecifieke T-cellen. De T-cellen ontwikkelen vervolgens een cytotoxische, humorale of regulerende immuunrespons.

Bij binnendringing van een pathogeen worden twee immunologische reactie op gang gebracht:

• Directe cellulaire activatie. Toll-like receptoren (TLR) herkennen de moleculaire structuur van het pathogeen.
• Activatie complementsysteem. Zorgt ook voor lysis (oplossing), neutralisatie of opsonisatie (markeren) van het pathogeen. Daarnaast activeren zij het adaptieve immuunsysteem doormiddel van pathogene determinanten presentatie in HLA cellen.

Receptoren van het innate immuunsysteem

De T- en B-cellen van het adaptieve immuunsysteem bevatten antigeenspecifieke receptoren die ontstaan doormiddel van genherschikking, dit is zeer specifiek. Het innate immuunsysteem bevat ook enkele honderden receptoren, maar zijn minder specifiek. Zij kunnen pathogeen geassocieerde moleculaire patronen (PAMP’s) herkennen. Dat zijn structuren die bij grote groepen micro-organismen aanwezig zijn.

Er bestaan ook danger-associated molecular patterns (DAMP’s) voor de herkenning van weefselschade en celdood. Deze reageren op endogene signalen.

Toll-like receptor (TLR)

Bij binding aan een ligand (PAMP’s) wordt een signaaltransductiecascade in gang gezet doormiddel van co-stimulatoire moleculen. De afgifte van cytokine wordt zo gestimuleerd.
IL-1 is een pro-inflammatoire cytokine dat lokale en systemische immuunresponsen activeert. Er zijn verschillende TLR’s die verschillende liganden kunnen binden. De combinatie van TLR’s op het oppervlak en de gebonden liganden zorgen voor informatie over het micro-organisme.

Pattern recognition receptor (PRR)

PAMP’s hebben verschillende eigenschappen gemeen, zo worden deze verbindingen niet door de gastheer gemaakt maar alleen door micro-organismen en structureel komen ze ook overeen. PRR’s herkennen deze patronen en bevinden zich vooral op macrofagen en dendritische cellen.

Er zijn twee soorten van deze membraangebonden receptoren, hun processen zijn niet strikt gescheiden.

1)     Signalerende receptoren: TLR-familie, NOD-like receptor (NLR) en RIG₁-like helicase (RLH). Activeren signaaltransductieroutes die leiden tot transcriptie van immuunresponsgenen.

2)     Endocytosereceptoren: CD14, scavengerreceptoren (bijv. CD36 en CD68) en familie van C-type lectinen.

Daarnaast zijn er ook nog oplosbare receptoren die pathogenen en cellen van het innate immuunsysteem kunnen verbinden. Het complementsysteem wordt geactiveerd en factoren behorende tot de acutefasereactie komen vrij.

Cytokinen

Cytokinen zijn oplosbare factoren. Hieronder vallen inteleukinen, chemokinen, interferonen en groeifactoren. Algemene kenmerken van deze groep:

• Laagmoleculaire polypeptiden (laag molecuulgewicht). Vaak geglycosyleerde eiwitten.
• Meestal is de productie van de stof kortdurend.
• Werken meestal lokaal.
• Werken bij zeer lage concentratie doormiddel van receptoren met hoge affiniteit.
• Hebben ook effecten op andere cellen dan immuuncellen.

Werking van cytokinen kan autocrien (effect op dezelfde cel), paracrien (effect op naburige cel) en endocrien (effect op afstand) zijn. Cellen kunnen meerdere cytokinen produceren en één cytokine kan door meerdere cellen worden uitgescheiden. Onderling beïnvloeden cytokinen elkaars activiteit ook. Zo ontstaat er een cytokinenetwerk. Een aantal cytokinen:

• Interleukine-1 (IL-1)
  Pro-inflammatoire cytokine. Belangrijke stimulus voor productie van andere cytokinen en ontstekingsmediatoren en voor activatie van cellen. Hierbij wordt transcriptiefactor NF-ƘB geïnduceerd, net als bij TLR.
• Interleukine-2 (IL-2)
  Lymfocytactivatie. Groeifactor voor T-cellen.
• Interleukine-3 (IL-3)
  Groei en differentiatie van immuuncellen uit hematopoëtische stamcellen.
• Interleukine-6 (IL-6)
  Pro-inflammatoire cytokine. Stimuleert productie van acutefase-eiwitten (bijv. CRP). Circulerend hormoon aangezien acutefase-eiwitten vooral in de lever worden geproduceerd.
• Interleukine-8 (IL-8)
  Chemokine. Trekt vooral neutrofielen aan. Kan zowel constitutief als na activatie geproduceerd worden. Chemoattractie gebeurt door binding aan chemoreceptoren die behoren tot de G-eiwitgekoppelde receptoren.

-        Interleukine-10 (IL-10)
Anti-inflammatoire cytokine.

• Interleukine-12 (IL-12)
  Voornamelijk aangemaakt door antigeenpresenterende cellen, voor specifieke sturing van cellulaire immuunrespons. Ook belangrijk voor activatie van naturalkillercellen (NK-cellen).
• TNF-α
  Pro-inflammatoire cytokine en regulatie immuunrespons. Is oorspronkelijk een membraangebonden eiwit maar als een bepaald protease wordt afgesplitst komt het in de circulatie. Wordt vroeg in de ontstekingscascade geactiveerd. Belangrijk doelwit bij chronische ontstekingsziekten.
• Interferonen (α, β en λ)
  Endogene alarmmoleculen met antivirale werking. Sturen immuunreactie en activeren macrofagen.

Het complementsysteem

Betrokken bij de activatie van allerlei immuuncellen. Activatie van dit systeem kan indirect (na interactie complementcomponenten met antigeen-antilichaamscomplexen) en direct (zonder tussenkomt van antilichamen) plaatsvinden.

Naamgeving

Plasma-eiwitten van de klassieke route worden aangeduid met de letter C, daarop volgt een cijfer die de effectorsequentie aangeeft. Het membrane attack complex (MAC) bestaat uit geactiveerd C5 en complementcomponenten C6-C9. Alle componenten zijn monomeren, behalve C1 (heeft drie subcomponenten).

De drie eiwitten van de van de alternatieve route worden aangeduid met letters B, D en P.

De route van het mannan binding lectin (MBL) bestaat ui MBL en MASP-1 en MASP-2 (serine-esterasen) en daarnaast nog drie andere herkenningsmoleculen. Deze zijn betrokken bij de lectineroute.

Plasmaremmers worden aangeduid als factor of hebben een beschrijvende naam.

Splitsing van componenten zorgt voor activatie, de verschillende delen van het molecuul worden onderscheiden door een kleine letter achter de naam (bijv. C3a en C3b).

Opbouw

De drie routes van het complementsysteem zorgen voor een amplificatiemechanisme waarna een gezamenlijk effectormechanisme optreedt.

1.     Klassieke route

Geactiveerd door immuuncomplexen en aptotische cellen. Bacteriën en virussen kunnen de route ook direct activeren.

Op het oppervlak van de immuuncel bevinden zich receptoren waaraan immunoglobulinen (antilichamen) zijn gehecht. Het Fc-gedeelte (de ‘staart’) van de immunoglobuline bindt aan C1. Subcomponent C1q herkent de Fc-staart. Door conformatieveranderingen worden C1r en C1s geactiveerd en zij activeren vervolgens C4 wat opsplitst in C4a en C4b. Binding van complementen vindt plaats door labiele bindingsplaatsen. C4b bindt C2 dat wordt gesplitst in C2a en C2b door C1s. Het gevormde complex C4b2a (C4b+C2a) is het enzym klassiekeroute-C3-convertase. Deze splitst C3 in C3a en C3b. C3b hecht zich aan de activator (bacterie/virus) en kan de complementreactie zet zich voort. C3b kan ook andere cellen in de omgeving hechten en lysis veroorzaken.

2.     Alternatieve route

Ook andere structuren zoals koolhydraten in membranen van bacteriën en gisten en IgA-antilichamen kunnen C3 activeren.

3.     Lectine-route (ook wel MBL-route)

Deze route kan C3 rechtstreeks activeren. Als er genoeg MBL aan een activator is gebonden worden MASP-1 en -2 geactiveerd waarna achtereenvolgend C4 en C3 geactiveerd worden. Deze activatie is onafhankelijk van C1q en antilichamen. Is van belang voor innate (opsonisatie) en adaptieve immuniteit (antigeenpresentatie).

C3b hecht zich na productie door de verschillende routes aan de activator. C3b vormt een amplificatie-C3-convertase met factoren B en D: het C3bBb. Dit enzym wordt gestabiliseerd door properdine (P) waardoor C3-activatie wordt versterkt.

Na deze amplificatie wordt het effectormechanisme in gang gezet. C5 wordt gesplitst door C5-convertase (C3b molecuul gebonden door een C3-convertase) in C5a en C5b.Het multimoleculaire complex C5b678 wordt gevormd met binding van C9-moleculen. Dit C5-C9-complex (MAC) kan de cel binnendringen en cytolyse veroorzaken.

Interactie tussen plasmaremmers en het complementsysteem

Plasmaremmers kunnen op verschillende plaatsen in het complementsysteem de activatieroute remmen. Remmers I en H kunnen de activiteit van alternatieveroute-C3-convertase en amplificatieconvertase reguleren. Samen met C4-bindend eiwit (C4bp) reguleert factor I de vorming en activiteit van de klassiekeroute-C3-convertase. S-proteïne is belangrijk is de regulatie van de terminale effectorsequentie.

C3 wordt door plasmaremmers afgebroken tot fragmenten die binden met specifieke celreceptoren en kunnen leiden tot biologische reacties. Dit gebeurt echter niet in lichaamseigen cellen vanwege complementregulatoren in hun membraan. Deze reguleren de activiteit klassiekeroute-C3-convertase door o.a. decay accelerating factor (DAF) en membrane cofactor protein (MCP). Het alternatieveroute-C3-convertase wordt gereguleerd door DAF en CR₁. Het missen van deze factoren kan leiden tot complementlysis.

Receptoren voor complement en hun functie

Voor de fragmenten van C3 zijn er zes verschillende receptoren. C3b-receptor (CR₁) bevindt zich o.a. op erytrocyten. Via CR₁ binden erytrocyten complementdragende immuuncomplexen en brengen deze naar de lever. Bij lupus (SLE) is de CR₁-expressie verlaagd.

CR₁ en CR₂ zijn regulatoren van complementactivatie (RCA-familie) en bestaat uit CCP-domeinen (aminozuren).

CR₃is een fagocytosereceptor voor iC3b (ontstaat uit C3b na activatie door factor I en H). Het is een membraaneiwit op granulocyten en macrofagen, voornamelijk op B-lymfocyten. De C_3a- en C_3e-receptor is van belang bij anafylactische processen. C5aR is betrokken bij de chemotaxis en activatie van immuuncellen. C1qR herkent met C1q beladen deeltjes en complexen.

Betekenis van het complementsysteem bij de afweer

Vooral belangrijk bij activatie van fagocytaire cellen. Combinatie van drie effecten:

1.     Toename lokale vasculaire permeabiliteit door anafylactische fragmenten complement.

2.     Chemotaxie en activatie fagocyten.

3.     Opsonisatie van activator, waardoor deze beter bindt aan fagocyten.

C3a, C4a en C5a verhogen de vasculaire permeabiliteit door vrijmaking van histamine en serotonine uit mestcellen en basofiele granulocyten. C5a, Ba en iC5b67 bepalen de mobiliteit van leukocyten. Leukocyten binden aan geopsoniseerde (gemerkte) partikels. Fagocytose vindt efficiënter plaats bij aanwezigheid van een complement. Er bestaat dus een versterkend effect tussen Fc- en complementreceptoren.

Monocyten kunnen alleen aan partikels beladen met IgM en C3b hechten. Geactiveerde macrofagen kunnen deze partikels ook fagocyteren.

Lysis is voor de afweer tegen de meeste bacteriën onbelangrijk, behalve tegen Neisseria-bacteriën.

Interactie van het complementsysteem met andere cascadesystemen

Er bestaan nog drie andere cascadesystemen: het stolling-, fibrinolytisch- en contactsysteem. Mogelijk is er een in vivo verband tussen het complement- en stollingssysteem. Cascadesystemen kunnen ook elkaar beïnvloeden.

Biologisch gezien lijkt het contactsysteem (intrinsieke stollingssysteem) het meest op het complementsysteem. Bij activatie worden bij beiden vasoactieve fragmenten gegenereerd wat leidt tot verhoogde vaatpermeabiliteit en vaatverwijding. Daarnaast kan dit leiden tot activatie of degranulatie van neutrofiele granulocyten. Beide systemen hebben C1-inh als belangrijkste plasmaremmer.

De rol van complementactivatie in onstekingsreacties

Fysiologisch effect: aantrekking en activatie fagocyten.

Biologisch effect: vrijkomen fragmenten C3a, C4a en C5a. Dit zijn anafylatoxinen die zorgen voor bloedvatverwijding en verhogen bloedvatdoorlaatbaarheid. Werking wordt beperkt door carboxypeptidase-N. Dat splitst een C-eindstandige arganine af. Zonder arganine is alleen C5a nog chemotaxisch. Ontstekingsreactie wordt met name door deze fragmenten bepaald. Leukocytose wordt door C3e geïnduceerd.

Vermoedelijk is er ook een in vivo verband tussen cytokinen en complementactivatie.

Complementactivatie en shocksyndromen

Bij shock wordt binnen korte tijd het hele complementsysteem geactiveerd. Een verhoogde concentratie C5a in het bloed leidt tot hypotensie door algehele vaatverwijding. Doordat C5a neutrofiele granulocyten ook kan laten aggregeren ontstaan er granulocytenaggregaten in de longcapillairen en beschadigingen in het vaatendotheel (door zuurstofradicalen en proteasen). Hierdoor ontstaat longoedeem. Deze systemische complementactivatie en speelt een rol in het ontstaan van ARDS (adult respiratory distress syndrome), shock en sepsis.

Complement en immuuncomplexziekten

De klassieke route wordt geactiveerd door immuuncomplexen (IC’s) met IgG en.of IgM-antilichamen. De alternatieve route en MDL-route door IC’s met IgA of zeer grote IC’s met IgG/IgM. Complementactivatie heeft twee fysiologische doelen:

• IC’s worden herkend en gefagocyteerd.
• Door binding van C3b op IC’s ontstaan er geen onoplosbare aggregaten. Als IC’s al neergeslagen zijn kan C3b alsnog binden waardoor het complex uiteen valt. Dit heet solubilisatie. Door binding van C3b kunnen IC’s ook aan erytrocyten hechten cia CR₁. Deze cellen worden in de lever weggevangen door cellen van Kupffer.

Echter, als er zoveel IC’s zijn neergeslagen dat ze niet meer weggevangen kunnen worden leidt dit tot lokale ontstekingsreacties. Het complementsysteem wordt geactiveerd en anafylatoxinen worden gevormd. Vervolgens worden de IC’s gefagocyteerd. Bij dit proces komen toxische zuurstofradicalen en proteasen vrij die kunnen leiden tot weefselbeschadiging.

Twee tekenen van complementactivatie:

• Afzetting van complementfactoren, vooral C3.
• Bloedgehalte van verschillende complementfactoren verlaagd en gehalte activatieproducten verhoogd.

Celadhesie tijdens ontstekingsreacties

Adhesiemoleculen kunnen door lokale expressie de plaats aanduiden waar leukocyten de bloedbaan moeten verlaten. Ook kunnen leukocyten d.m.v. adhesiemoleculen aan de vaatwand hechten, dit wordt de selectinegemedieerde interactie genoemd. De cellen hechten niet stevig vast, maar rollen langs de vaatwand. Door verminderde snelheid is interactie met chemokinen en chemokinereceptoren zo mogelijk. De interactie tussen chemokinen en chemokinereceptoren leidt tot activatie van integrinemoleculen in circulerende cellen. De geactiveerde integrinemoleculen kunnen interacteren met hun liganden op het endotheel. Uiteindelijk komen de cellen tot stilstand en migreren naar de ontstekingshaard door chemotaxis. De chemotaxis vindt plaats doordat alleen de integrinemoleculen op de kop worden geactiveerd door een hoge concentratie chemotactische stoffen. Zo volgen de cellen ‘het spoor van de chemotaxische stoffen’.

De innate cellulaire afweer

Granulocyten en mononucleaire fagocyten behoren tot de groep fagocyterende cellen.

• Neutrofiele granulocyten beginnen als voorlopercellen, vervolgens rijpen ze tot metamyelocyten waarna een hoop van de uiteindelijke neutrofiele granulocyten in het beenmerg achterblijven. Bij ontsteking treedt linksverschuiving op. In de bloedbaan verdelen de neutrofiele granulocyten zich over een circulerend compartiment en een marginerend compartiment (cellen die aan de vaatwand hechten en deze eventueel passeren).
• Mononucleaire fagocyten worden gevormd uit monoblasten, via promonocyten. In de cellen differentiëren zij tot macrofagen. Het mononucleaire fagocytensysteem (MPS) bestaat uit macrofagen en hun voorlopercellen.

Tijdens een ontsteking treedt er in het bloed neutrofilie (door vrijkomen van beenmergreserve en granulocytopoëse) en monocytopoëse op.

Fagocytose (grotere partikels) en pinocytose (kleinere partikels) vallen onder endocytose. Binding van de intermediaire stof opsine aan de receptor zet aan tot fagocytose. Het intracellulair doden gebeurt door productie van allerlei aangezet door oxidase. Het partikel wordt afgebroken door lysosomen die fuseren met het fagosoom en enzymen daarin lozen (degranulatie). Tijdens fagocytose wordt de neutrofiele granulocyt meestal ook gedood. Sommige micro-organismen worden pas gedood door macrofagen nadat zij zijn geactiveerd door cytokinen van T-lymfocyten. De macrofagen produceren dan meer reactieve stikstofproducten en vertonen een effectievere fagosoom-lysosoomfusie.

Circulerende pathogene partikels worden verwijderd door cellen van Kupffer (lever en milt).

Fagocyterende cellen hebben ook een secernerende functie. Neutrofiele granulocyten hebben twee verschillende lysosomen (granules) met enzymen:

• Primaire granules. Fuseren vooral met fagosomen.
• Secundaire/azurofiele granules. Degranuleren eerder, vaak bij niet-specifiek contact. Dit is exocytose.

Naast de lysosomale enzymen bevatten de granules nog veel andere stoffen, waaronder defensinen. Dit zijn kleine peptiden belangrijk bij het doden van bacteriën en regulatie van de afweer.

Naturalkillercellen (NK-cellen)

Lymfocytaire cellen die behorende tot het innate immuunsysteem. Kunnen virusgeïnfecteerde cellen en tumorcellen lyseren. Doden doelwitcellen doormiddel van granules zonder stimulatie van bijv. complement, zijn altijd actief. NK-cellen bezitten veel receptoren voor remming en activatie van de cel. De killer inhibitory receptors (KIR) zijn de remmende receptoren. Bij kankercellen valt deze remming weg.

Daarnaast kunnen NK-cellen Fc-receptoren tot expressie brengen en kunnen zo virusgeïnfecteerde cellen of tumorcellen beladen met antilichamen doden.

Cytokinen bepalen voor een groot deel de werking van NK-cellen. Ook zijn NK-cellen een bron van IFN-λ, van belang voor initiatie van immuun- ontstekingsreactie.

Overgevoeligheidsreacties

Bij een overgevoeligheidsreactie heeft de gastheer alleen maar nadeel van de immunologische reactie. Er worden vier typen overgevoeligheidsreacties onderscheiden.

       I.          Betrokken zijn IgE-antilichamen. Zij binden aan mastcellen, eosinofiele en basofiele granulocyten. Die cellen produceren histamine, protease en chemotaxische stoffen.

     II.          Antilichamen (IgM, IgG, IgA) zijn gericht tegen celoppervlakken of extracellulaire matrixcomponenten. Ook wel antistof-gemedieerde hypersensibiliteit genoemd. Leidt tot complementactivatie en activatie van FcR dragende immuuncellen.

    III.          Vorming van circulerende immuuncomplexen. Wordt veroorzaakt door antilichamen IgM, IgG en IgA. Bij vastlopen immuuncomplexen wordt het complementsysteem en FcR geactiveerd. Kan zowel microbiëel als auto-immuun zijn.

   IV.          Ook wel de vertraagde reactie genoemd, delayed type hypersensibility (DTH). Vooral gemedieerd door T-cellen. Ontsteking komt pas na 24-48 uur tot uiting. Bij chronische ontsteking leidt dit tot granuloomvorming.

4. Immunoglobulines en hun genherschikkingen

Antilichamen worden door plasmacellen geproduceerd en herkennen het antigeen. Ze bestaan uit globulinemoleculen die dezelfde structuur hebben als de membraangebonden receptoren op B-lymfocyten.

Productie en voorkomen antilichamen

De in het beenmerg geproduceerde antilichamen komen in de bloedbaan terecht en de antilichamen die in de slijmvliezen worden geproduceerd worden afgegeven aan externe secreten (‘uitwendig lichaamsvocht’). Immunoglobulinen maken een groot deel van het totale eiwitgehalte uit. De totale eiwitpopulatie is gevarieerd, vooral qua elektrische lading. Immunoglobulinen zijn daardoor in een elektroferogram te herkennen als een brede band, de gammaglobulinefractie.

Structuur immunoglobulinen

Opgebouwd uit twee zware ketens (IgH) en twee lichte ketens (Igλ/IgƘ) die verbonden worden door zwavelbruggen. De ketens bestaan uit domeinen van ongeveer 100 aminozuren.

Sommige domeinen lijken met op elkaar dan andere, zo worden er in de immunoglobulineketens variabele (V) en constante (C) domeinen onderscheiden. IgH-ketens bevatten een variabel domein (VH) en drie/vier constante domeinen (CH). Igλ/IgƘ-ketens bestaan uit één variabel domein en één constant domein.

De antigeenbindingsplaats wordt gevormd door de combinatie van een VH en Igλ/IgƘ-domein. Het immunoglobulinemolecuul heeft dus twee antigeenbindingsplaatsen. De complementary determining regions (CDR) zorgen voor de specifieke antigeenherkenning, dit zijn drie variabele gebieden in de V-domeinen. De hinge region (scharnierstuk) van de immunoglobuline zorgt voor flexibiliteit van het molecuul.

FAB- en FC-delen van immunoglobulinemoleculen

Het enzym papaïne splitst een immunoglobulinemolecuul in de hinge region waardoor er Fab-fragmenten (ab = antigen binding) en één Fc-fragment (c = crystallizable) ontstaat. Pepsine splitst ook in de hinge region, maar dichter bij het C-uiteinde. Er is dan één F(ab’)2-fragment incl. zwavelbruggen van hinge region (met bindingsplaatsen) en een verbrokkeld Fc-gedeelte. Zonder Fc mist het F(ab’)2-fragment echter bepaalde effectorfuncties.

Immunoglobulineklassen en -subklassen

Er zijn immunoglobulineklassen op basis van CH-domeinen: IgM, IgD, IgG, IgA en IgE. De bijbehorende IgH-ketens zijn: µ, ϭ, α, λ en ɛ. Voor sommige ketens is één productief gen, voor andere bestaan er twee of meer. Op dat verschil worden vier IgG- en twee IgA-subklassen onderscheiden. Elke IgH-keten kan combineren met één type lichte keten waardoor er dus minstens achttien verschillende soorten immunoglobulinemoleculen voorkomen in het menselijk lichaam.

Voorkomen

Maximaal 25% van de eiwitten in het serum zijn immunoglobulinen. IgG komt het meest voor in het serum en IgA in de externe secreten. IgM is in mindere mate aanwezig en IgE en IgD zijn bij een gezond mens ook nauwelijks aantoonbaar.

Structuurverschillen

IgG-moleculen zijn monomeer. IgA is in serum monomeer maar in secreet dimeer. Secretoir IgA (SIgA) bevat ook nog een J-keten tussen de twee α-delen en een secretoire keten (SC) als bescherming tegen proteolyse. IgM is in serum pentameer maar als membraanimmunoglobuline op B-lymfocyten een monomeer. Bevat ook een J-keten en geen hinge region. De subklassen van IgG en IgA verschillen onderling in lengte van hinge region en aantal zwavelbruggen.

Interactie tussen antilichamen en antigenen

De hypervariabele delen van VH- en VƘ/Vλ-domeinen vormen samen de antigeenbindingsplaats. Een antigene determinant (onderdeel groter antigeenmolecuul) is een epitoop, er bestaan twee soorten: (1) een continue/lineaire epitoop met een reeks opeenvolgende aminozuren en (2) een discontinue epitoop met ver uiteen liggende aminozuren die door hun conformatie dichtbij elkaar liggen. Een antigeen kan verschillende eptitopen bezitten en dus verschillende antilichamen binden.

Affiniteit en aviditeit

Doordat de binding van een epitoop in een antigeenbindingsplaats een non-covalente binding is, is deze interactie reversibel. De bindingssterkte is afhankelijk van de aard van de binding (affiniteit) en van het aantal interacties tussen epitopen en antigeenbindingsplaatsen. Een antilichaammolecuul heeft twee bindingsplaatsen met specificiteiti voor dezelfde epitoop. Als beide plaatsen bezet zijn ontstaat er een sterke binding. Het begrip aviditeit wordt gebruikt om de bindingssterkte aan te duiden bij antilichamen met een verschillende specificiteit en antigenen met verschillende epitopen.

Bij epitopen die sterk op elkaar lijken is het soms mogelijk dat antilichamen geproduceerd tegen een ander antigeen ook hierop kunnen hechten (met lagere affiniteit). Dit zijn kruisreagerende antilichamen.  

Epitopen op immunoglobulinemoleculen

Een antiserum is een serum wat veel verschillende antilichamen bevat tegen verschillende delen van het humane immunoglobuline. Isotopen zijn de epitopen die de klasse, subklasse en type immunoglobulinemolecuul bepalen. Zijn gelokaliseerd op CH- en CƘ-/Cλ-domeinen. Isotype omvat alle isotopen op één IgH- of IgƘ-/Igλ-keten. Ook kunnen door puntmutaties variaties in aminozuursamenstelling in immunoglobulinen ontstaan. Idiotopen zijn uniek voor één bepaald antilichaam. Zij spelen waarschijnlijk een rol in de regulatie en stabilisatie van het immuunsysteem.

Structuur van immunoglobulinegenen

Een beperkt aantal immunoglobuline-gencomplexen (Ig-loci) kunnen de grote diversiteit in Ig-moleculen coderen. Ig-loci zijn opgebouwd uit verschillende genen. Het V-domein wordt gecodeerd door aparte genen die door genherschikking zijn gekoppeld. Zo zijn er variable (V), diversity (D), constante (C) en joining (J) genen. Deze Ig-herschikking vindt plaats tijdens de B-celdifferentiatie in het beenmerg waardoor iedere B-lymfocyt een unieke antigeenreceptor bezit.

Herschikking

V(D)J-recombinatie is een ander woord voor herschikking. Na herschikking wordt het gen overgeschreven tot mRNA (transcriptie) en geproduceerd tot IgH-ketens (translatie). Het recombinase-enzymcomplex herkent recombinatiesignaalsequentie (RSS) die naast de te herschikken genen liggen. Deze bestaan uit hetameernonameersequenties met daartussen een spacer van 12 of 23 nucleotiden. Twee betrokken genen met verschillende spacers worden bijelkaar gebracht. Daarna wordt het DNA tussen de betrokken genen en de RSS geknipt door RAG-eiwitten (recombinatieactivatorgen) waardoor twee genen worden gekoppeld. Bij koppeling van twee RSS blijft een circulair excisieproduct over.

De diversiteit van immunoglobulinen wordt bepaald door:

• Combinatiediversiteit. (1) Combinaties tussen V-, (D-) en J-genen binnen Ig-gencomplexen. (2) Combinatie van twee Ig-ketens; IgH en IgƘ of Igλ.
• Junctiodiversiteit. Verwijdering ban nucleotiden en willekeurig invoegen van nucleotiden op koppelingsplaatsen van V-, D- en J-genen.

Somatische hypermutatie

In kiemcentra van lymfeklieren ondergaan B-lymfocyten kleine veranderingen in V(D)J-exonen van hun herschikte Ig-genen, bijv. puntmutaties/deleties. Dit proces heet somatische hypermutatie. Hierdoor wordt de diversiteit in Ig-moleculen nog groter. Vervolgens vindt er selectie van Ig-moleculen plaats op basis van affiniteit met antigenen. Dit proces is belangrijk voor de affiniteitsrijping van B-lymfocyten.

Isotype switching van IGH-genen

De wisseling van isotype van IgH-ketens gebeurt in het kiemcentrum tijdens en na de somatische hypermutatie. Het VDJ-exon (codering VH-domein) wordt gekoppeld aan een ander CH-gen dan Cµ waardoor en ketens ontstaan die verschillen in structuur en functie van hun C-domeinen. Diverse RNA-splicingsprocessen maken het mogelijk dat één B-lymfocyte zowel IgM- als IgD-moleculen tot expressie brengt, maar met dezelfde antigeenspecificiteit. Uiteindelijk zal de B-lymfocyt één IgH-isotype tot expressie brengen.

Dit recombinatieproces wordt ook wel het switchrecombinatieproces genoemd aangezien het verloopt via de koppeling van switchregio’s. Tijdens een isotype switching treedt er intrachromosale recombinatie op waardoor switchregio’s met elkaar versmelten. Er bestaat ook sequentiële switching, dit komt vooral voor bij switching naar IgE (via IgM, IgG4).

Verschillen switchrecombinatie met V(D)J-recombinatie:

• Andere enzymen en recombinatiesignalen.
• Switchrecombinatie leidt altijd tot functionele productieve herschikking.
• Beide processen vinden plaats in een andere fase van B-celdifferentiatie. V(D)J-recombinatie in het beenmerg en switchrecombinatie in de kiemcentra.
• IgH-isotype switching wordt gereguleerd door cytokinen geproduceerd door T-helperlymfocyten. Productie van isotypen is dus T-celafhankelijk.

Biologische functies van immunoglobulinen

Immunoglobulinen hebben twee soorten functies:

• Antigeen binden via VH- en VƘ-/Vλ-domeinen.
• Effectorfuncties met Fc-gedeelte. Bijv. receptor- of eiwitbinding.

IgG-antilichamen komen het meest voor in de circulatie en zorgen voor neutralisatie van binnengedrongen antigenen. In de secreten zorgen SIgA hiervoor.

Het Fc-gedeelte is belangrijk voor de overlevingstijd van IgG. De neonatale Fc-receptor (FcRn) bevindt zicht op endotheelcellen van bloedvaten en voorkomt afbraak van IgG-moleculen door enzymen. Ook is het Fc-gedeelte van belang bij het opruimen van immuuncomplexen doordat veel immuuncellen Fc-receptoren bevatten.

In immuuncomplexen zijn meer Fc-gedeelten aanwezig en kunnen daardoor een sterke, meervoudige binding met Fc-receptoren aangaan. Onderling worden Fc-receptoren ook verbonden wat leidt tot activatie van de Fc-receptordragende cel.

Er zijn drie klassen IgG-specifieke receptoren (Fcγ-receptoren) die zich alleen op fagocyterende cellen bevinden en verschillende affiniteit voor IgG-moleculen bezitten.

Ook macrofagen en granulocyten bevatten Fc-receptoren die ervoor zorgen dat immuuncomplexen worden beladen met antilichamen en worden opgenomen door fagocyten.

Daarnaast bevinden zich op NK-cellen (extracellulaire doding) en T-lymfocyten (virusgeïnfecteerde cellen en tumorcellen) Fc-receptoren. Bij B-lymfocyten zijn de Fc-receptoren belangrijk voor het afremmen van de antilichaamproductie door binding van antilichamen aan de B-lymfocyt.

Bij een allergische reactie vindt er binding van IgE aan Fc-receptoren op mestcellen plaats en vervolgens crosslinking. Dit veroorzaakt degranulatie van mestcellen en vrijkomen van histamine en andere mediatoren.

SIgA-antilichamen binden aan pathogenen in de mucuslaag op het epitheel en tegelijkertijd gaan de Fc-gedeelten interacties aan met de aanwezige mucinen. Hierdoor wordt de pathogeen geremd in de mobiliteit. Bij binding van pathogenen in het (sub)epitheliale mucose worden de complexen naar de luminale zijde getransporteerd. Bij verdere binnendringing komt serum-IgA van pas. Circulerend IgA vormt immmuuncomplexen met bacteriën en biedt deze via binding van Fc-receptoren aan aan de cellen van Kupffer.

Bij het uitvoeren van al deze biologische functies is het van belang dat de aminozuurvolgorde (primaire structuur), ketensamenstelling (secundaire structuur) en ruimtelijke (tertiaire) structuur in orde zin. Hierbij spelen zwavelbruggen en non-covalente interacties een rol.

5. Antigeenherkenning door T-cellen

Antigeenherkenning door T-cellen is indirect, de T-celreceptor gaat een specifieke interactie aan met een antigeenpeptide dat gebonden is aan een molecuul van het MHC. Vooral dendritische cellen zijn gespecialiseerd in antigeenpresentatie. Ook lichaamseigen peptiden worden constant gepresenteerd, maar hier reageren de T-cellen niet op. MHC-moleculen van de mens worden HLA-moleculen genoemd. Zij hebben een groeve waarin het antigene peptide kan binden, waarvan vele varianten bestaan. Zo heeft ieder individu een specifieke combinatie van HLA-moleculen, waardoor zoveel mogelijk diverse pathogenen aan het T-celsysteem aangeboden kunnen worden.

5.2 het HLA-systeem

Er zijn 6 verschillende HLA-klasse-I-moleculen (HLA-A, -B, -C, -E, -F en –G) en 5 verschillende HLA-klasse-II-moleculen (HLA-DM, -DO, -DP, -DQ en –DR). Een paar hiervan zijn haplotypen, hiervan bestaan vele varianten die in een individu in verschillende combinaties gevonden kunnen worden. Zo kan een groot aantal verschillende peptiden gebonden en gepresenteerd worden. HLA-klasse-I-moleculen presenteren peptiden die in de cel zelf aangemaakt worden. Dit zijn cellen die geïnfecteerd zijn door een virus, wat in de cel is binnengedrongen en zich daar vermenigvuldigt. HLA-klasse-II-moleculen presenteren peptiden die van buitenaf door de cel zijn opgenomen. De cel moet in staat zijn tot fagocytose of endocytose om dit te kunnen doen. Hieronder vallen dendritische cellen, monocyten/macrofagen en B-cellen.

Beide HLA-moleculen zijn dimeren van eiwitten. HLA-I- moleculen bestaan uit een dimeer van een zware keten en β2-microglobuline (zie boek). De zware keten vormt de peptidebindingsgroeve, dit deel is polymorf. HLA-II-moleculen bestaan uit een dimeer van α- en β-ketens en de peptidebindingsgroeve wordt door deze 2 ketens gevormd.

5.3 specificiteit van peptidebinding door HLA-moleculen

De peptidebindingsgroeve in HLA-klasse-I-moleculen is begrensd aan de voor en achterkant, waardoor de lengte van peptiden die kunnen binden beperkt is. Bij HLA-klasse-II-moleculen is de groeve open aan beide kanten en kunnen langere peptiden binden. Ze binden echter beide altijd een deel van 9 aminozuren. Het peptidebindingsmotief is de combinatie van aminozuren in het peptide die vereist is om aan een bepaalde HLA te binden. Vaak is het zo dat slechts een paar aminozuren hoeven te passen voor efficiënte binding. Elk HLA-molecuul heeft zijn eigen specifieke peptidebindingsmotief. Hierdoor wordt de kans geoptimaliseerd dat er HLA-moleculen bij zijn die peptiden afkomstig van pathogenen kunnen binden.

5.4 antigeenpresentatie

In het cytosol op ribosomen die gebonden zijn aan het ER worden zware ketens HLA-klasse I en β-2-microglobuline aangemaakt. Deze worden getransporteerd over de membraan van het ER. Samen vormen ze een complex dat compleet is als er ook een peptide in de groeve is gebonden. Deze peptiden worden in het cytosol gegenereerd door het proteasoom, een groot complex dat eiwitten afbreekt. De peptiden worden vervolgens door TAP (transporter associated with antigen presentation) geïmporteerd en gebonden in het HLA-klasse-I-molecuul. Het molecuul is dan compleet en wordt naar het celoppervlak getransporteerd.

Ook de α en β ketens van HLA-klasse-II-moleculen worden in het cytosol op ribosomen aangemaakt. Deze 2 ketens binden met een invariante keten en vormen zo een complex doordat de invariante keten in de groeve bind. De invariante keten bevat een signaal waardoor het complex vanaf het ER via het golgicomplex naar lysosomale compartimenten transporteert. Hier bevinden zich proteolytische enzymen die van buitenaf door de cel zijn opgenomen. Zij breken ook de invariante keten af, waardoor de peptidebindingsgroeve vrijkomt. Dit wordt gekatalyseerd door HLA-DM. Hierna kan het HLA-klasse-II complex naar de celmembraan getransporteerd worden.

5.5 T-celreceptorgenen en de basis voor T-celreceptordiversiteit

Er bestaan 2 typen T-cellen die een bepaalde T-celreceptor (TCR) tot uiting brengen: de αβ-TCR en de γδ-TCR. De αβ-T-cellen zijn de normale T-cellen die MHC-peptidecomplexen herkennen. Beide zijn een dimeer, de een bestaande uit een α- en β-keten en de ander uit een γ- en δ-keten. Deze 2 ketens bestaan uit een variabel en constant domein. In iedere T-cel wordt een unieke combinatie van gensegmenten gemaakt die coderen voor de variabele domeinen. Deze gensegmenten zijn V-, J- en C-gensegmenten in de TCRα- en TCRγ-loci. In het TCRβ- en TCRδ-locus zijn dit V-, J-, D- en C-gensegmenten. De C codeert voor het constante domein en de rest voor het variabele domein.

In voorloper T-cellen in de thymus vindt TCR-genherschikking plaats. De diversiteit van de TCR-ketens komt tot stand door 3 mechanismen:

1.     Herschikking en associatie van een bepaald V-, (D-), en J-segment, die samen voor het variabele domein coderen

2.     Willekeurig invoegen en deleteren van nucleotiden door de werking van het enzym TdT bij het samenvoegen van gensegmenten V, D en J

3.     Het combineren van de gevormde αβ- en γδ-ketens, waarbij elke combinatie een unieke specificiteit oplevert

Als een TCR-genherschikking succesvol is dan wordt de genherschikking gestopt. Zo brengt iedere T-cel maar één functionele TCR tot uiting. Het variabele domein heeft drie hypervariabele gebieden, de complementary determining regions (CDR). Deze CDR’s worden gecodeerd door de verschillende gensegmenten.

5.6 T-celontwikkeling in de thymus

TCR-genherschikkingen vinden plaats in voorloper-T-cellen in de thymus. In de thymus worden de nieuwe T-cellen geselecteerd zodat er alleen T-cellen overblijven die eigen HLA met een vreemde peptide kan herkennen. Het vermogen om lichaamsvreemd van lichaamseigen te herkennen door de T-cellen komt door de specificiteit van de TCR. TCRα- en β-ketens maken beide contact met het HLA-molecuul en het gebonden peptide. Daarnaast maken de CDR1 en CDR2 van de TCRα- en β-keten contact met het MHC-molecuul. De combinatie van de CDR3 van beide ketens maakt contact met het peptide. Door deze verschillende bindingen die de TCR aangaat met HLA kan de T-cel een bepaald type peptide alleen herkennen in de context van het juiste HLA-molecuul.

Als TCR-genen coderen voor een TCR-molecuul met affiniteit voor het eigen HLA met daarin eigen peptide kan auto-immuniteit ontstaan. Sommige TCR-moleculen zullen nutteloos zijn en sommige gevaarlijke zullen vernietigd worden.

Lymfoïde voorlopercellen migreren uit het beenmerg naar de thymus. Hier ontwikkelen ze zich tot voorloper T-cellen, aangeduid als dubbelnegatief, omdat ze nog niet de CD4 en CD8-moleculen dragen. In de dubbelnegatieve voorloper T-cellen wordt de genherschikking in gang gezet. Bij een productieve γ- en δ-genherschikking ontstaat de expressie van een γδ-TCR in een γδ-T-cel die geen selectie ondergaat en de thymus verlaat.

Bij een productieve TCRβ-genherschikking wordt een β-keten aangemaakt. Samen met een pre-TRCα-keten en een CD3-molecuul vormt dit een pre-TCR complex. Als het pre-TCR complex gevormd kan worden geeft het signalen om de genherschikking te stoppen en de cel te doen delen en differentiëren. Hierbij worden de CD4 en CD8 moleculen tot uiting gebracht en ontstaat de dubbelpositieve populatie. Deze gaan het TCRα-gen herschikken waardoor een functionele αβ-TCR aangemaakt kan worden.

5.7 positieve en negatieve selectie in de thymus

Positieve selectie is de selectie van dubbelpositieve thymocyten die een binding aan kunnen gaan met HLA-moleculen. Dit gebeurt in de cortex van de thymus. TCR-moleculen op dubbelpositieve thymocyten binden met peptide-HLA-complexen op epitheliale cellen. De cellen die dat niet dood gaan dood. De cellen dragen zowel CD8 als CD4, die de binding met het HLA-complex vergemakkelijkt. Als de cel affiniteit heeft voor HLA-klasse-I-moleculen zal de CD8 tegelijkertijd interactie aangaan met het HLA-klasse-I-molecuul. Anders is dat tussen CD4 en HLA-klasse-II-moleculen. Zo wordt ook bepaald of de cel allen CD8 of CD4 behoudt. De single positieve cellen die ontstaan zijn, zijn de voorlopers van de cytotoxische CD8-T-cellen en CD4-T-helpercellen. Deze ontwikkelen zich na blootstelling aan antigeen in de perifere lymfoïde organen.

De thymocyten met een te hoge affiniteit voor eigen HLA-complexen worden geëlimineerd, omdat dit anders leid tot autoreactiviteit. Als positief geselecteerde thymocyten een interactie aangaan met peptide-HLA-complexen op speciale antigeen presenterende cellen in de thymus vindt deze negatieve selectie plaats. Deze eliminatie van cellen wordt centrale tolerantie genoemd. Perifere tolerantie is het onderdrukken van de reactiviteit van ontsnapte autoreactieve T-cellen in de periferie.

5.8 functioneel verschillende subpopulaties in het T-celcompartiment

Als een T-cel een bepaald HLA-complex herkent gaat hij eerst snel delen en tegelijkertijd differentieert hij tot een T-effectorcel. De CD8-T-cellen worden cytotoxische T-cellen, deze kunnen cellen geïnfecteerd met een virus doden. De CD4-T-cellen worden T-helpercellen, die de macrofaagfunctie, de antilichaamproductie door B-cellen en de respons van CD8-T-cellen faciliteren.

De CD4-T-cellen kunnen onderverdeeld worden in functionele groepen. De belangrijkste zijn de T-helper-1 (Th1), Th2, Th17-cellen en de T-regulatorcellen. Th1 en Th17-cellen zijn betrokken bij ontstekingsreacties en Th2-cellen bij het in gang zetten van antilichaamproductie. De T-regulatorcellen spelen een rol bij de controle van T-celresponsen. Het ontbreken van deze cellen leidt tot auto-immuniteit.

5.9 antigeen presenterende cellen

Dendritische cellen is een antigeen presenterende cel die de ontwikkeling van de effectorfuncties van de T-cellen mogelijk maakt. Deze cellen komen het meest voor in weefsels die in contact staan met de buitenwereld. Ze zijn gespecialiseerd in het opnemen van pathogenen door middel van fagocytose. Zij hebben ook de toll-like-receptoren die moleculaire patronen op pathogenen kunnen herkennen. Deze activeren de cel als ze in contact komen met een pathogeen. De geactiveerde dendritische cel migreert naar de lymfeklier om daar de antigenen te presenteren.

Dendritische cellen zijn in staat tot cross-presentation. Zij kunnen gefagocyteerde pathogenen ook als HLA-klasse-I-moleculen presenteren, waardoor niet alleen CD4-T-cellen maar ook CD8-T-cellen geactiveerd worden.

B-cellen en macrofagen brengen beide klassen HLA-moleculen tot uiting. Deze kunnen de geheugen-T-cellen activeren en spelen dus een rol bij secundaire T-celresponsen.

5.10 antigeenherkenning door T-cellen

Het variabele deel van de TCRα-keten gaat een binding aan met het aminoterminale deel van het HLA-gebonden peptide. De aminozuren in CDR3-regio’s maken ook contact met het peptide. De CDR3-regio’s zijn de meest variabele delen van de TCR-ketens en bepalen voor een groot deel de specificiteit van de TCR voor het HLA-gebonden peptide. De interactie tussen de TCR en het peptide-HLA-complex is afhankelijk van de CD4 en CD8 coreceptoren, die de binding met het HLA-molecuul stabiliseren.