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Warum präsentiert APCs Antigen für T-Zellen?


die Makrophagen sind für Antigen-Präsentationsprozesse ziemlich bekannt und um die Antigene zu präsentieren, die an Pathogene gebunden sind, im Gegensatz zu Exotoxinen (die frei sind), sollte der Pathogen zuerst verdaut und zerstört werden und den antigenen Anteil ableiten und ihn den T-Zellen präsentieren, dann den B . stimulieren Zellen, um Antikörper zu bilden. Wenn die Makrophagen den Erreger zerstören und verdauen können, um den genauen antigenen Anteil abzuleiten, dann muss die humorale Immunität aktiviert werden, da sie den Erreger bereits zerstört und abgetötet haben, wenn Ihre Antwort lautet, dass der Erreger schnell durch Antikörper für die zweitens, wenn sie eindringen, so dass jeden Tag Millionen anderer Infektionserreger in unseren Körper eindringen und von der First-Line-Verteidigung ausgelassen werden?


Betrachten wir einige Situationen ganz schnell:

(1) Eine bakterielle Mikrobe dringt durch eine Hautspalte ein. Wie sieht eine angeborene, systemische Immunantwort aus? Kurzum: Es ist langwierig, unkoordiniert und hat viel Potenzial, Gewebe im Bereich der Infektion zu schädigen.

(2) Eine bakterielle Mikrobe dringt in das Blut ein. Das Bakterium produziert ein AB-Toxin, das in die Zellen eindringt und sie abtötet.

(3) Der Wirt ist von einem Helminthen befallen.

In Situation 1: Angeborene Immunantworten sind mit der Sekretion vieler Zytokine und Chemokine. Zytokine sind mit der Entzündungsreaktion verbunden, und Chemokine sind mit dem Lymphozytentransport verbunden. Entzündung und Rekrutierung von Lymphozyten, Makrophagen und dergleichen sind gut, um die Infektion zu beseitigen, aber es besteht ein großes Potenzial, das umliegende Gewebe zu schädigen. Effektorzellen aus der adaptiven Reaktion inkl. humorale Immunität ruft nicht den gleichen Schaden hervor, und wir können dies an der Schleimhautimmunität veranschaulichen. Da kommensale (und einige pathogene) Organismen ständig die Schleimhautimmunität stimulieren, gibt es (1) epitheliale Effektor-T-Zellen, (2) Plasmazellen und (3) dendritische Zellen, die die Reaktion auf diese Krankheitserreger schnell, effizient und wenig schädigen das Gewebe beteiligt.

In Situation 2: Nehmen wir an, der Erreger ist der Immunantwort entgangen, vielleicht ist er eingekapselt. Es werden AB-Toxine produziert, die Zellen abtöten, indem sie sie endozytieren. Was bringt es einer Fresszelle, etwas zu essen, das sie schließlich tötet? Antikörper sind in diesem Ausmaß besonders effizient, da sie Toxine, auf die sie gestoßen sind, mit der gleichen schnellen und effizienten Reaktion wie oben beschrieben neutralisieren können. Dies wird durch Antigenpräsentation erreicht. Der Wirt muss dann jedoch andere Wege finden, um die Infektion zu beseitigen.

So: In Situation 1 haben wir gezeigt, dass eine angeborene, systemische Reaktion aufgrund von Gewebeschäden nicht immer erwünscht ist und durch die Präsentation von APCs an T-Zellen eine spätere adaptive Immunantwort diesen Effekt durch Bildung von Effektorzellen abschwächt. In Situation 2 haben wir dann gezeigt, dass die First-Line-Abwehr aus verschiedenen Gründen nicht immer auf die drohende Bedrohung reagieren kann, die durch das Vorhandensein von Effektorzellen überwunden werden.

Situation 3: Dies ist das komplexere Konzept. Sie haben verschiedene Untergruppen von CD4+-T-Zellen, die als Reaktion auf die gebildet werden können Art von Interleukin oder Zytokin, das vorhanden ist, wenn die CD4+ T-Zellen aktiviert werden. Diese Differenzierung wird hauptsächlich durch Sekrete aktivierter APCs getrieben! Die APC führt diesen kritischen Schritt basierend darauf durch, von welcher Art von Rezeptoren die spezifischen Arten von Krankheitserregern erkannt werden. Die differenzierten CD4+ T-Zellen oder T-Helferzellen der Klasse: Th1, Th2, Th17, Treg usw. erfüllen jeweils unterschiedliche Rollen, die in unterschiedlichen Situationen wirksam sind. Zum Beispiel würden Sie keinen Vorteil darin sehen, Th1-Zellen auf eine Helmintheninfektion zu werfen, Th2 ist der beste Effektor dafür. Treg-Zellen sind in der Lage, die Autoreaktivität aufzuheben, und Th17-Zellen werden benötigt, um die B-Zell-Differenzierung als Reaktion auf den Antigennachweis zu unterstützen (welcher bei Helminthen muss die B-Zelle auf IgE umgestellt werden und dies wird von Th2-Zellen über IL-4) stimuliert.

In Situation 3 haben wir nun gezeigt, dass CD4+-T-Zell-Zwischenprodukte Ihre gesamte Immunantwort bereitstellen: Flexibilität, Spezifität und Kontrollen/Ausgewogenheiten, die für eine gesunde Funktion auf einmal entscheidend sind. Ich habe MHC-I-Antworten und CD8+-CTLs ignoriert, weil es hier um APC-gesteuerte Antworten geht.


In Natur und Biologie ist die Frage „warum etwas passiert“ schwer zu beantworten. Denn biologische Prozesse sind „nicht darauf ausgelegt“, einen Mangel zu beheben oder ein Bedürfnis des Organismus zu erfüllen. Im Gegenteil, biochemische Prozesse unterliegen Veränderungen (induziert oder anderweitig), die zu einer Reihe neuer verwandter Prozesse führen, die in veränderten Umgebungen Vorteile bringen können. Daher kann jeder Organismus mehrere Wege nutzen, um eine Aufgabe zu erfüllen.

Die Eliminierung eines fremden Moleküls oder Wirkstoffs wird im Allgemeinen durch eine kooperative Wirkung von angeborenen und adaptiven Mechanismen des Immunsystems erreicht. Obwohl angeborene Mechanismen oft die Vermehrung einiger fremder Wirkstoffe kontrollieren können, wirken die adaptive Immunität und die nachfolgenden Gedächtnismechanismen von B- und T-Zellen bei nachfolgenden Expositionen vieler Wirkstoffe schnell.


18.2: Antigene, Antigen-präsentierende Zellen und wichtige Histokompatibilitätskomplexe

  • Beigetragen von OpenStax
  • Allgemeine Biologie bei OpenStax CNX
  • Identifizieren Sie Zellen, die MHC I- und/oder MHC II-Moleküle exprimieren, und beschreiben Sie die Strukturen und die zelluläre Position von MHC I- und MHC II-Molekülen
  • Identifizieren Sie die Zellen, die Antigen-präsentierende Zellen sind
  • Beschreiben Sie den Prozess der Antigenprozessierung und -präsentation mit MHC I und MHC II

Wie in Cellular Defenses besprochen, werden die Moleküle des Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC) auf der Oberfläche gesunder Zellen exprimiert, wodurch sie als normale und „selbst„ zu natürlichen Killerzellen (NK) identifiziert werden. Eine wichtige Rolle spielen MHC-Moleküle auch bei der Präsentation fremder Antigene, einem kritischen Schritt bei der Aktivierung von T-Zellen und damit einem wichtigen Mechanismus des adaptiven Immunsystems.

Hauptmoleküle des Histokompatibilitätskomplexes

Der Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) ist eine Sammlung von Genen, die für MHC-Moleküle kodieren, die sich auf der Oberfläche aller kernhaltigen Zellen des Körpers befinden. Beim Menschen werden die MHC-Gene auch als humane Leukozyten-Antigen(HLA)-Gene bezeichnet. Reife rote Blutkörperchen, denen ein Zellkern fehlt, sind die einzigen Zellen, die keine MHC-Moleküle auf ihrer Oberfläche exprimieren.

Es gibt zwei Klassen von MHC-Molekülen, die an der adaptiven Immunität beteiligt sind, MHC I und MHC II (Abbildung (PageIndex<1>)). MHC I-Moleküle werden auf allen kernhaltigen Zellen gefunden. Sie präsentieren den Effektor-T-Zellen, die an der zellulären Immunität beteiligt sind, normale Selbstantigene sowie abnorme oder nicht-selbstständige Pathogene. Im Gegensatz dazu werden MHC II-Moleküle nur auf Makrophagen, dendritischen Zellen und B-Zellen gefunden, sie präsentieren abnorme oder nicht selbst pathogene Antigene für die anfängliche Aktivierung von T-Zellen.

Beide Arten von MHC-Molekülen sind Transmembran-Glykoproteine, die sich als Dimere in der zytoplasmatischen Membran von Zellen anordnen, aber ihre Strukturen sind ziemlich unterschiedlich. MHC I-Moleküle bestehen aus einer längeren &alpha-Proteinkette gekoppelt mit einem kleineren &beta2 Mikroglobulinprotein, und nur die α-Kette durchspannt die zytoplasmatische Membran. Die &alpha-Kette des MHC I-Moleküls faltet sich in drei separate Domänen: &alpha1, &alpha2 und &alpha3. MHC II-Moleküle bestehen aus zwei Proteinketten (einer α- und einer &beta-Kette), die ungefähr gleich lang sind. Beide Ketten des MHC II-Moleküls besitzen Abschnitte, die die Plasmamembran durchspannen, und jede Kette faltet sich in zwei separate Domänen: &alpha1 und &alpha2, und &beta1, und &beta2. Um T-Zellen abnorme oder nicht-eigenständige Antigene zu präsentieren, weisen MHC-Moleküle eine Spalte auf, die als Antigen-Bindungsstelle in der Nähe des „ldquotop&rdquo (oder äußersten) Teils des MHC-I- oder MHC-II-Dimers dient. Bei MHC I wird die Antigen-bindende Spalte durch das &alpha1 und &alpha2 Domänen, während bei MHC II der Spalt durch die &alpha1 und &beta1 Domänen (Abbildung (PageIndex<1>)).

Abbildung (PageIndex<1>): MHC I findet sich auf allen kernhaltigen Körperzellen und MHC II auf Makrophagen, dendritischen Zellen und B-Zellen (zusammen mit MHC I). Der Antigen-bindende Spalt von MHC I wird von den Domänen &alpha . gebildet1 und &alpha2. Der Antigen-bindende Spalt von MHC II wird von den Domänen &alpha . gebildet1 und &beta1.

Vergleichen Sie die Strukturen der MHC I- und MHC II-Moleküle.

Antigen-präsentierende Zellen (APCs)

Alle kernhaltigen Zellen im Körper haben Mechanismen zur Verarbeitung und Präsentation von Antigenen in Verbindung mit MHC-Molekülen. Dies signalisiert dem Immunsystem, ob die Zelle normal und gesund oder mit einem intrazellulären Erreger infiziert ist. Allerdings besitzen nur Makrophagen, dendritische Zellen und B-Zellen die Fähigkeit, Antigene spezifisch zur Aktivierung von T-Zellen zu präsentieren. Aus diesem Grund werden diese Zelltypen manchmal als Antigen-präsentierende Zellen (APCs) bezeichnet.

Während alle APCs eine ähnliche Rolle bei der adaptiven Immunität spielen, sind einige wichtige Unterschiede zu beachten. Makrophagen und dendritische Zellen sind Fresszellen, die Krankheitserreger aufnehmen und abtöten, die die First-Line-Barrieren (d. h. Haut und Schleimhäute) durchdringen. B-Zellen hingegen fungieren nicht als Fresszellen, sondern spielen eine Hauptrolle bei der Produktion und Sekretion von Antikörpern. Während Makrophagen und dendritische Zellen Pathogene durch unspezifische Rezeptorinteraktionen erkennen (z. B. PAMPs, Toll-like-Rezeptoren und Rezeptoren zur Opsonisierung von Komplement oder Antikörpern), interagieren B-Zellen mit fremden Pathogenen oder ihren freien Antigenen unter Verwendung von antigenspezifischem Immunglobulin als Rezeptoren (monomeres IgD und IgM). Wenn die Immunglobulinrezeptoren an ein Antigen binden, internalisiert die B-Zelle das Antigen durch Endocytose, bevor sie das Antigen verarbeitet und den T-Zellen präsentiert.

Antigenpräsentation mit MHC-II-Molekülen

MHC-II-Moleküle werden nur auf der Oberfläche von APCs gefunden. Makrophagen und dendritische Zellen verwenden ähnliche Mechanismen zur Verarbeitung und Präsentation von Antigenen und ihren Epitopen in Verbindung mit MHC II B-Zellen verwenden etwas andere Mechanismen, die in B-Lymphozyten und Humorale Immunität weiter beschrieben werden. Im Moment konzentrieren wir uns auf die Schritte des Prozesses, die sich auf dendritische Zellen beziehen.

Nachdem eine dendritische Zelle eine Krankheitserregerzelle erkennt und sich daran anheftet, wird der Krankheitserreger durch Phagozytose internalisiert und ist zunächst in einem Phagosom enthalten. Lysosomen, die antimikrobielle Enzyme und Chemikalien enthalten, verschmelzen mit dem Phagosom, um ein Phagolysosom zu bilden, in dem der Abbau des Pathogens für die Antigenverarbeitung beginnt. Proteasen (proteinabbauend) sind bei der Antigenprozessierung besonders wichtig, da von MHC II nur Proteinantigenepitope an T-Zellen präsentiert werden (Abbildung (PageIndex<2>)).

APCs präsentieren T-Zellen nicht alle möglichen Epitope, nur eine Auswahl der am meisten antigenen oder immundominanten Epitope wird präsentiert. Der Mechanismus, durch den Epitope für die Prozessierung und Präsentation durch eine APC ausgewählt werden, ist kompliziert und nicht gut verstanden, jedoch assoziieren sie, sobald die am meisten antigenen, immundominanten Epitope prozessiert wurden, innerhalb der Antigen-bindenden Spalte von MHC-II-Molekülen und werden in die Zelloberfläche der dendritischen Zelle zur Präsentation an T-Zellen.

Abbildung (PageIndex<2>): Eine dendritische Zelle phagozytiert eine Bakterienzelle und bringt sie in ein Phagosom. Lysosomen verschmelzen mit dem Phagosom zu einem Phagolysosom, in dem antimikrobielle Chemikalien und Enzyme die Bakterienzelle abbauen. Proteasen verarbeiten bakterielle Antigene, und die antigenesten Epitope werden ausgewählt und in Verbindung mit MHC II-Molekülen auf der Zelloberfläche präsentiert. T-Zellen erkennen die präsentierten Antigene und werden dadurch aktiviert.

  1. Welche drei Arten von APCs gibt es?
  2. Welche Rolle spielen MHC II-Moleküle bei der Antigenpräsentation?
  3. Welche Rolle spielt die Antigenpräsentation bei der adaptiven Immunität?

Antigenpräsentation mit MHC I-Molekülen

MHC I-Moleküle, die sich auf allen normalen, gesunden, kernhaltigen Zellen befinden, signalisieren dem Immunsystem, dass die Zelle eine normale &bgr;selbstzelle ist. In einer gesunden Zelle werden Proteine, die normalerweise im Zytoplasma vorkommen, durch Proteasomen (Enzymkomplexe, die für den Abbau und die Verarbeitung von Proteinen verantwortlich sind) abgebaut und zu Selbst-Antigen-Epitopen verarbeitet auf der Zelloberfläche präsentiert. Immunzellen, wie NK-Zellen, erkennen diese Selbstantigene und zielen nicht auf die Zerstörung der Zelle ab. Wenn eine Zelle jedoch mit einem intrazellulären Pathogen (z. B. einem Virus) infiziert wird, werden für das Pathogen spezifische Proteinantigene in den Proteasomen prozessiert und binden an MHC I-Moleküle zur Präsentation auf der Zelloberfläche. Diese Präsentation von erregerspezifischen Antigenen mit MHC I signalisiert, dass die infizierte Zelle zusammen mit dem Erreger zerstört werden muss.

Bevor die Eliminierung infizierter Zellen beginnen kann, müssen APCs zunächst die an der zellulären Immunität beteiligten T-Zellen aktivieren. Befällt ein intrazellulärer Erreger direkt das Zytoplasma eines APC, so kann die Prozessierung und Präsentation der Antigene wie beschrieben erfolgen (in Proteasomen und auf der Zelloberfläche mit MHC I). Wenn das intrazelluläre Pathogen jedoch APCs nicht direkt infiziert, wird eine alternative Strategie namens Kreuzpräsentation verwendet. Bei der Kreuzpräsentation werden Antigene in die APC durch Mechanismen eingebracht, die normalerweise zu einer Präsentation mit MHC II führen (d. h. durch Phagozytose), aber das Antigen wird auf einem MHC I-Molekül für CD8-T-Zellen präsentiert. Die genauen Mechanismen, durch die eine Kreuzpräsentation auftritt, sind noch nicht gut verstanden, aber es scheint, dass die Kreuzpräsentation hauptsächlich eine Funktion dendritischer Zellen und nicht von Makrophagen oder B-Zellen ist.

  1. Vergleichen und kontrastieren Sie die Antigenprozessierung und -präsentation im Zusammenhang mit MHC I- und MHC II-Molekülen.
  2. Was ist Cross-Präsentation und wann ist sie wahrscheinlich?

B- und T-Zellen

Lymphozyten, die weiße Blutkörperchen sind, werden mit anderen Blutkörperchen im roten Knochenmark gebildet, die in vielen flachen Knochen wie den Schulter- oder Beckenknochen vorkommen. Die zwei Arten von Lymphozyten der adaptiven Immunantwort sind B- und T-Zellen. Ob aus einem unreifen Lymphozyt eine B- oder T-Zelle wird, hängt davon ab, wo im Körper er reift. Die B-Zellen verbleiben zur Reifung im Knochenmark (daher der Name &ldquoB&rdquo für &ldquoKnochenmark&rdquo), während T-Zellen in den Thymus wandern, wo sie reifen (daher der Name &ldquoT&rdquo für &ldquorhymus&rdquo).

Abbildung: T-Zelle durch SEM: Diese rasterelektronenmikroskopische Aufnahme zeigt einen T-Lymphozyten. T- und B-Zellen sind lichtmikroskopisch nicht zu unterscheiden, können aber experimentell durch Sondierung ihrer Oberflächenrezeptoren unterschieden werden.


Einführung in die angeborene Immunität, APC-Aktivierung und T-Zell-Funktion

Das Immunsystem wird in angeborene und adaptive Reaktionen unterteilt. Die adaptive Immunität wird durch B-Zellen und T-Zellen reguliert. Die Reifung von T-Zellen erfolgt im Thymus und die Reifung von B-Zellen erfolgt im Knochenmark. Während der Antigen-abhängigen Aktivierung können sich B-Zellen zu Gedächtniszellen entwickeln, die bei anschließender Exposition gegenüber dem kontaktierten Antigen aktiviert werden, oder zu Plasmazellen, die auf dieses Antigen spezialisierte Antikörper sezernieren (1). Ebenso können sich T-Zellen zu Gedächtniszellen oder Effektorzellen entwickeln. Die beiden Haupttypen von Effektor-T-Zellen, die vom adaptiven Immunsystem produziert werden, sind Helfer-T-Zellen (Th) und zytotoxische T-Zellen (TC). Th Zellen zeichnen sich durch die Expression von CD4, die untergruppenspezifische Expression von Transkriptionsfaktoren (T-bet, GATA3 und RORγt) und die Freisetzung von Zytokinen aus, die die Aktivierung und Differenzierung anderer Immunzellen beeinflussen. Drei große Teilmengen von Th Zellen existieren (Th1, Th2 und Th17), die jeweils auf den Schutz vor bestimmten Infektionen spezialisiert sind. Th1-Zellen sezernieren hauptsächlich Interferon-γ (IFN-γ), das mit dem Schutz gegen intrazelluläre Mikroben (vorwiegend Viren) und dem Einsetzen von anti- oder pro-tumorigenen Wirkungen verbunden ist, Th2 Zellen bekämpfen parasitäre Infektionen, indem sie spezifische Interleukin (IL)-Proteine ​​sezernieren, einschließlich IL-4, IL-5 und IL-13 und Th17 Zellen bekämpfen mikrobielle Krankheitserreger, indem sie Zytokine wie IL-17A, IL-17F und IL-22 sezernieren (2𠄶). TC Zellen unterscheiden sich durch ihre Expression von CD8 und ihre Fähigkeit, transformierte und infizierte Zellen direkt zu kontaktieren und zu töten (1, 7). T-Zellen und B-Zellen wirken zusammen, um ein immunologisches Gedächtnis gegen einzelne Krankheitserreger oder Krebszellen aufzubauen. Es kann einige Tage dauern, bis sich eine adaptive Immunität vollständig entwickelt hat, aber sobald sie aktiviert ist, kann bei nachfolgenden Expositionen gegenüber dem spezifischen Krankheitserreger oder der Krebszelle eine schnelle Immunantwort aufgebaut werden. Die angeborene Immunität basiert im Gegensatz zur adaptiven Immunität traditionell nicht auf dem immunologischen Gedächtnis. Bestimmte angeborene Zellen, insbesondere natürliche Killerzellen (NK-Zellen), helfen jedoch bei der Entwicklung eines immunologischen Gedächtnisses gegen Viren. Zum Beispiel expandieren Ly49H + NK-Zellen, die dem Maus-Cytomegalovirus (MCMV) ausgesetzt sind, um eine primäre Immunantwort auszulösen (8). Dieser Prozess wird durch die IL-18-Signalgebung gefördert (9). Naïve-Mäuse, die einen adoptiven Transfer von Gedächtnis-NK-Zellen erhielten, konnten nach einer Infektion mit MCMV eine starke sekundäre Reaktion aufbauen (8). Die Signalgebung durch IL-18 ist jedoch für Rückrufreaktionen durch Gedächtnis-NK-Zellen nicht erforderlich (9).

Klassische Antigen-präsentierende Zellen (APCs) sind dendritische Zellen (DCs) und B-Zellen (10). Um eine Immunantwort aufzubauen, müssen APCs zuerst ihr Ziel erkennen und binden. Dazu exprimieren APCs antigenspezifische Oberflächenrezeptoren, einschließlich Mustererkennungsrezeptoren (PRRs). PRRs erkennen pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs), die von Mikroben produziert werden, und schadensassoziierte molekulare Muster (DAMPs), die von geschädigten oder mutierten Wirtszellen produziert werden (11). Je nach Rezeptor kann die Expression von PRR konstitutiv oder induzierbar sein (12, 13). Eine Hauptfamilie der PRR sind die Toll-like-Rezeptoren (TLRs). TLRs werden typischerweise auf der Zelloberfläche oder innerhalb von Endosomen exprimiert und sind Typ-I-Transmembranproteine, deren extrazelluläre Domänen leucinreiche Wiederholungen exprimieren, die verwendet werden, um spezifische PAMPs zu erkennen und an diese zu binden (14�). Sobald die extrazelluläre Domäne ihr Ziel bindet, aktiviert der TLR eine zytosolische Signalkaskade, die durch ein Adapterprotein initiiert wird, das mit der intrazellulären Domäne des TLR interagiert. Je nach TLR sind die beiden aktivierbaren Adaptersets TIRAP-MyD88 und TRAM-TRIF (14, 16�). Eine weitere Gruppe von PRR sind die nukleotidbindenden Oligomerisationsdomäne (NOD)-ähnlichen Rezeptoren (NLRs). NLRs sind im Zytoplasma vorhanden und initiieren wie TLRs nach Bindung an mikrobielle PAMPs Signalkaskaden (14, 16). Nach der Bindung an ihr geeignetes PAMP oder DAMP internalisieren APCs ihr Ziel, indem sie Phagozytose, Pinozytose oder Clathrin-vermittelte Endozytose auslösen. Der Weg, über den Moleküle endozytosiert werden, bestimmt, wie sie abgebaut und dann durch den Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) für die T-Zell-Erkennung präsentiert werden (19, 20).

Zwei Arten von MHCs zeigen Antigene: Klasse-I-MHCs und Klasse-II-MHCs. Während MHC I-Rezeptoren von allen kernhaltigen Zellen produziert werden und endogene Antigene zeigen, um CD8 + T . zu aktivierenC, nur APCs produzieren MHC II-Rezeptoren, um exogene Antigene anzuzeigen und CD4 + T . zu aktivierenh Zellen. Einige APCs, einschließlich DCs, können dem MHC-I-Rezeptor auch exogene Antigene präsentieren, um CD8-+-T-Zellen während eines als Kreuzpräsentation bezeichneten Prozesses (20�) zu aktivieren. Die Präsentation von Antigenen durch entweder MHC I- oder MHC II-Rezeptoren hängt auch von der Antigenzusammensetzung (partikulär vs. löslich), der Methode der Endozytose und dem Abbau durch lysosomale Proteasen ab (20). TC und Th Zellen nutzen membrangebundene T-Zell-Rezeptoren (TCRs), um MHC-Rezeptoren zu binden (1). TCRs bestehen aus zwei Polypeptidketten (Alpha und Beta), die durch Disulfidbrücken miteinander verbunden sind. T-Zellen produzieren auch Co-Rezeptoren auf ihrer Oberfläche, die die Stabilisierung von Interaktionen mit MHCs von APCs weiter unterstützen. Dazu gehören CD4 und CD8 (11, 20, 24). Kostimulatorische Interaktionen zwischen APCs und T-Zellen können auch zwischen B7 und CD28, ICAM-1 und LFA-1 bzw. CD40 und CD40L auftreten (25, 26).


Funktion der Antigen-präsentierenden Zelle (APC)

Antigen-präsentierende Zelle (APC) ist eine spezialisierte Zelle unseres Immunsystems, die das fremde Antigen oder pathogene Substanzen erkennen und durch Endozytose verschlingen und in kleine Peptide zerlegen kann und nach diesem gesamten Prozess diese Peptide (oder Teile des Antigens) präsentieren ) auf andere Immunzellen (hauptsächlich die T-Lymphozyten) und induziert eine Immunantwort für diese extrazellulären Antigene. Sie präsentieren Antigen, indem sie einen Komplex aus Antigen und MHC-Molekül bilden, der auf der Oberfläche von APC exprimiert wird. Die Hauptfunktion der Antigen-präsentierenden Zelle ist also die Antigen-Verarbeitung und -Präsentation.

T-Zell-Reifung durch Antigen-Präsentation durch APC durch Bindung von TCR mit Ag-MHC-Komplex.

ZELLEN, DIE ALS APC DIENEN: Viele verschiedene Zellen unseres Immunsystems dienen als APC, aber dendritische Zellen, Makrophagen und B-Lymphozyten dienen als die hauptsächlichen Antigen-präsentierenden Zellen, die Antigen hauptsächlich den T-Lymphozyten präsentieren. Nach der Interaktion mit dem Ag-MHC-Komplex werden T-Zellen aktiviert und in reife oder Effektorzellen (sowohl Helfer- als auch zytotoxische T-Zellen) differenziert und die weitere Immunreaktion .

Aktivierung und Reifung von T-Zellen durch Antigenpräsentation durch Makrophagen und B-Zellen (beide sind APC).

STANDORT DES APC : Im Allgemeinen befinden sich Antigen-präsentierende Zellen auf Lymphgewebe, Bindegewebe und im Blutkreislauf. Manchmal sind einige APCs (dendritische Zellen) auf Haut- und Schleimhautepithel vorhanden.

EIGENSCHAFTEN VON APC: Die auffälligen Charaktere von APC sind

  • Dies sind kernhaltige Zellen, die Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) auf der Oberfläche oder der Plasmamembran. Die auf APC vorhandenen MHC-Moleküle sind hauptsächlich Klasse-II-MHC. Diese bilden mit den antigenen Partikeln einen Komplex, werden von den APCs endozytiert und helfen dabei, diese an der Oberfläche zu anderen Zellen zu exprimieren.
  • Dies sind von Natur aus phagozytäre Zellen entsprechend ihrer Funktion.

ANTIGEN-PRÄSENTATION: Die Hauptfunktion einer Antigen-präsentierenden Zelle ist die Antigen-Präsentation.

  • Erstens erkennen und verschlingen Antigen-präsentierende Zellen das extrazelluläre Antigen oder pathogene Material durch Endozytose und dringen in ein Gefäß ein, das viele Arten von abbauenden Enzymen enthält, die als Phagosom bezeichnet werden. Danach verschmilzt das Phagosom mit zellulärem Lysosom und form Phagolysosom, die abbauende lysosomale Enzyme enthalten. Durch diesen Prozess wird das Antigen oder Pathogen in kleine Peptide zerlegt.
  • Diese Peptidantigene (abgeleitet nach dem Abbau von Krankheitserregern wie Viren, Bakterien und anderen Mikroben) werden dann verarbeitet und durch das MHC-Molekül der unreifen oder naiven Helfer-T-Zelle und der zytotoxischen T-Zelle präsentiert. Es verwendet verschiedene MHC-Moleküle in verschiedenen Antigenpräsentationswegen.
  • Der Prozess der Antigenpräsentation durch APC findet auf verschiedenen Wegen statt -a. zytosolischer Weg, und b. endozytischer Weg. Und sie präsentieren zwei Arten von Proteinantigenen – Exogen und Endogene Antigene.
  • Im zytosolischen Weg, endogene Antigene werden in den infizierten Zellen synthetisiert und diese werden durch ein Klasse-I-MHC-Molekül präsentiert. Naive zytotoxische T-Zellen (die CD8-Marker enthalten) können nur das Ag mit Klasse-I-MHC erkennen, das auf der Oberfläche von APC vorhanden ist. Sie kommen und binden über den Rezeptor (TCR) an den Ag-MHC-I-Komplex.
  • Im endozytischen Weg, das extrazelluläre Antigen, das aus dem Abbau extrazellulärer Pathogene stammt, werden der unreifen oder naiven T-Helferzelle präsentiert, die den CD4-Marker enthält. Nur T-Helferzellen können die Antigenbindung mit dem MHC-II-Molekül erkennen, das auf der Oberfläche der Antigen-präsentierenden Zellen exprimiert wird. T-Helferzellen interagieren mit dem APC durch Bindung mit dem Ag-MHC-Komplex über den T-Zell-Rezeptor und werden aktiviert oder reifen und lösen die weitere Immunantwort aus.

Antigen-präsentierende Zellen werden aufgrund ihrer Funktion der Antigen-Prozessierung und -Präsentation als diese bezeichnet.


Antigen-präsentierende Zellen

Im Gegensatz zu den NK-Zellen des angeborenen Immunsystems sind B-Zellen (B-Lymphozyten) eine Art von weißen Blutkörperchen, die Antikörper bilden, während T-Zellen (T-Lymphozyten) eine Art von weißen Blutkörperchen sind, die eine wichtige Rolle im Immunsystem spielen Antwort. T-Zellen sind eine Schlüsselkomponente bei der zellvermittelten Reaktion – der spezifischen Immunantwort, die T-Zellen nutzt, um Zellen zu neutralisieren, die mit Viren und bestimmten Bakterien infiziert wurden. Es gibt drei Arten von T-Zellen: zytotoxische, Helfer- und Suppressor-T-Zellen. Zytotoxische T-Zellen zerstören virusinfizierte Zellen bei der zellvermittelten Immunantwort, und T-Helferzellen spielen eine Rolle bei der Aktivierung sowohl der Antikörper- als auch der zellvermittelten Immunantwort. Suppressor-T-Zellen deaktivieren bei Bedarf T- und B-Zellen und verhindern so, dass die Immunantwort zu stark wird.

Ein Antigen ist ein fremdes oder „fremdes“ Makromolekül, das mit Zellen des Immunsystems reagiert. Nicht alle Antigene lösen eine Reaktion aus. Individuen produzieren beispielsweise unzählige „Selbst“-Antigene und sind ständig harmlosen Fremdantigenen wie Nahrungsproteinen, Pollen oder Staubbestandteilen ausgesetzt. Die Unterdrückung von Immunreaktionen auf harmlose Makromoleküle ist stark reguliert und verhindert typischerweise Prozesse, die für den Wirt schädlich sein könnten, bekannt als Toleranz.

Das angeborene Immunsystem enthält Zellen, die potenziell schädliche Antigene erkennen und dann die adaptive Immunantwort über das Vorhandensein dieser Antigene informieren. Ein Antigen-präsentierende Zelle (APC) ist eine Immunzelle, die eine Infektion erkennt, verschlingt und die adaptive Immunantwort darüber informiert. Wenn ein Pathogen nachgewiesen wird, phagozytieren diese APCs das Pathogen und verdauen es, um viele verschiedene Fragmente des Antigens zu bilden. Antigenfragmente werden dann an die Oberfläche der APC transportiert, wo sie als Indikator für andere Immunzellen dienen. Dendritische Zellen sind Immunzellen, die Antigenmaterial verarbeiten, das sie in der Haut (Langerhans-Zellen) und der Schleimhaut von Nase, Lunge, Magen und Darm enthalten. Manchmal präsentiert sich eine dendritische Zelle auf der Oberfläche anderer Zellen, um eine Immunantwort zu induzieren, und fungiert somit als Antigen-präsentierende Zelle. Makrophagen fungieren auch als APCs. Vor der Aktivierung und Differenzierung können B-Zellen auch als APCs fungieren.

Nach der Phagozytose durch APCs verschmilzt das phagozytische Vesikel mit einem intrazellulären Lysosom und bildet ein Phagolysosom. Innerhalb des Phagolysosoms werden die Komponenten in Fragmente zerlegt. Die Fragmente werden dann auf MHC-Klasse-I- oder MHC-Klasse-II-Moleküle geladen und zur Antigenpräsentation an die Zelloberfläche transportiert, wie in der Abbildung unten dargestellt. Beachten Sie, dass T-Lymphozyten nicht richtig auf das Antigen reagieren können, es sei denn, es wird prozessiert und in ein MHC-II-Molekül eingebettet. APCs exprimieren MHC auf ihren Oberflächen, und wenn diese Komplexe mit einem fremden Antigen kombiniert werden, signalisieren diese Komplexe einen „fremden“ Eindringling. Sobald das Antigenfragment in das MHC-II-Molekül eingebettet ist, kann die Immunzelle reagieren. Helfer-T-Zellen sind eine der wichtigsten Lymphozyten, die auf Antigen-präsentierende Zellen reagieren. Denken Sie daran, dass alle anderen kernhaltigen Zellen des Körpers MHC-I-Moleküle exprimierten, die „gesund“ oder „normal“ signalisieren.

Ein APC, wie ein Makrophage, verschlingt und verdaut ein fremdes Bakterium. Ein Antigen des Bakteriums wird auf der Zelloberfläche in Verbindung mit einem MHC II-Molekül präsentiert. Lymphozyten der adaptiven Immunantwort interagieren mit Antigen-eingebetteten MHC II-Molekülen, um zu funktionellen Immunzellen zu reifen.

Ressource:

Diese Animation der Rockefeller University zeigt, wie dendritische Zellen als Wächter im Immunsystem des Körpers agieren.


Antigen-präsentierende Zellen

Zusammenfassung

Antigen-präsentierende Zellen zerlegen Antigene mit großem Molekulargewicht in 10 bis 30 Aminosäurefragmente zum Laden auf HLA-Klasse-I- und -II-Moleküle.

Antigen-präsentierende Zellen können entweder „professionelle“ oder „amateure“ Zellen sein.

Untergruppen von dendritischen Zellen sind in einzigartiger Weise für die Antigenpräsentation geeignet.

Antigen-präsentierende Zellen sind sowohl an der angeborenen als auch an der adaptiven Immunantwort beteiligt.

Makrophagen und B-Zellen nehmen Antigene durch unterschiedliche Mechanismen auf, aber beide Zellen verarbeiten Antigen über den endozytischen Weg.

Der endozytische Weg ist komplex und umfasst proteolytische Enzyme und HLA-Klasse-II-stabilisierende Proteine.


Die Autoren danken Katarina Kreymborg, Caroline Waltzinger und Claire Dunn für die kritische Durchsicht dieses Manuskripts. Wei Xu ist ein Vollzeitmitarbeiter der Hoffmann-La Roche Ltd. in der Schweiz.

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Keywords: plasma cells, antigen presenting cells, macrophages, dendritic cells, B cells

Citation: Xu W and Banchereau J (2014) The antigen presenting cells instruct plasma cell differentiation. Vorderseite. Immunol. 4:504. doi: 10.3389/fimmu.2013.00504

Received: 24 October 2013 Accepted: 20 December 2013
Published online: 06 January 2014.

Catherine Pellat-Deceunynck, Centre National de la Recherche Scientifique, France

Laurence Morel, University of Florida, USA
Paulo Vieira, Institut Pasteur de Paris, France
Gaetan Jego, University of Burgundy, France

Copyright: © 2014 Xu and Banchereau. Dies ist ein Open-Access-Artikel, der unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution License (CC BY) verbreitet wird. Die Verwendung, Verbreitung oder Vervielfältigung in anderen Foren ist unter Nennung der Originalautoren oder Lizenzgeber und unter Angabe der Originalpublikation in dieser Zeitschrift gemäß anerkannter wissenschaftlicher Praxis gestattet. Es ist keine Verwendung, Verbreitung oder Vervielfältigung gestattet, die nicht diesen Bedingungen entspricht.


Theoretical modeling reveals that regulatory T cells increase T-cell interaction with antigen-presenting cells for stable immune tolerance

The immune system in tolerance maintains cell diversity without responding to self-antigens. Foxp3-expressing CD25+CD4+ regulatory T cells (Tregs) inhibit T-cell activation through various molecular mechanisms. However, several key questions are still not resolved, including how Tregs control the immune response on the basis of their self-skewed T-cell receptor repertoire and how Tregs avoid impeding relevant immunity against pathogens. Here, we show that Tregs promote the proliferation of conventional T cells in the presence of excessive co-stimulation when murine T cells are stimulated in vitro with allogeneic antigen-presenting cells (APCs). Antigen-specific Tregs increase the number of cells interacting with dendritic cells (DCs) by increasing the number of viable DCs and the expression of adhesion molecules on DCs. Theoretical simulations and mathematical models representing the dynamics of T-APC interaction and T-cell numbers in a lymph node indicate that Tregs reduce the dissociation probability of T cells from APCs and increase the new association. These functions contribute to tolerance by enhancing the interaction of low-affinity T cells with APCs. Supporting the theoretical analyses, we found that reducing the T-cell numbers in mice increases the ratio of specific T cells among CD4+ T cells after immunization and effectively induces autoimmune diabetes in non obese diabetes mice. Thus, as a critical function, antigen-specific Tregs stabilize the immune state, irrespective of it being tolerant or responsive, by augmenting T-APC interaction. We propose a novel regulation model in which stable tolerance with large heterogeneous populations proceeds to a specific immune response through a transient state with few populations.

Schlüsselwörter: T-APC interaction heterogeneity lymphopenia proliferation regulation model.

© The Author(s) 2019. Published by Oxford University Press on behalf of The Japanese Society for Immunology.

Figuren

Augmented CD8 + T-cell proliferation…

Augmented CD8 + T-cell proliferation by Tregs. (A) CFSE-labeled CD8 Tresps with or…

Enhanced proliferation of CD4 +…

Enhanced proliferation of CD4 + Tresps in the presence of Tregs and excessive…

Increase in T-DC interaction induced…

Increase in T-DC interaction induced by Tregs. (A) Representative in vitro colonies are…

Scheme of the theoretical model.…

Scheme of the theoretical model. The top layer shows the change in the…

Identification of parameters controlled by…

Identification of parameters controlled by self-reactive Tregs in simulation. The T-cell numbers in…

). The mean numbers of T cells with high affinity (εich ≥ 0.5) at T = 10 5 are shown with SD from 50 simulations. (H) T-cell numbers are shown with mean + SD of 50 simulations where high Treg/Tconv ratio on each APC induces low cell division, low β and high γ. (I) Degree of T-APC interaction of the indicated T-cell populations (high affinity: εich ≥ 0.5, low affinity: εich ≤ 0.4). The averaged values at T = 2 × 10 4 in conditions where Treg/Tconv ratios on APCs do or do not change α, β and γ are shown with SD from 10 APCs × 15 simulations.

Calculation of T-cell fractions on…

Calculation of T-cell fractions on an APC on the basis of the mathematical…

Enhanced immune responses in vivo…

Enhanced immune responses in vivo after T-cell reduction. (A) BALB/c mice pre-transferred with…

A regulation model of the…

A regulation model of the immune system. Tregs on APCs increase heterogeneous T…


Kostimulation

  • kill the APC (CD8 + cytotoxic T lymphocytes [CTLs])
  • carry out cell-mediated immune reactions (CD4 + Th1 cells)
  • provide help to B cells (CD4 + Th2 cells)

In order to become activated, the T cell must not only bind to the epitope (MHC-peptide) with its TCR but also receive a second signal from the APC. The receipt of this second signal is called costimulation. Among the most important of these costimulators are molecules on the APC designated B7 and their ligand on the T cell designated CD28. The binding of CD28 to B7 provides the second signal needed to activate the T cell.


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