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B978-3-437-41784-9.00014-2

10.1016/B978-3-437-41784-9.00014-2

978-3-437-41784-9

Entwicklung der B- und T-Lymphozyten.

Antigentypen.

Struktur eines MHC-Moleküls der Klasse I. Die Domänen 1 und 2 bilden eine von oben zugängliche Grube, in der das zu präsentierende Peptid bindet.

Präsentation intrazellulär synthetisierter Proteinfragmente durch MHC-I-Moleküle.

Struktur eines MHC-Moleküls der Klasse II. Die Domänen 1 und 2 bilden eine nach oben offene Grube, in der das zu präsentierende Peptid bindet.

Präsentation von Fragmenten extrazellulärer Proteine durch MHC-Klasse-II-Moleküle.

Struktur eines Immunglobulins am Beispiel von IgG.

Struktur von Immunglobulin M (IgM). Blau: Disulfidbrücken, rot: J-Kette.

Beweglichkeit der Antikörpersegmente. Aufgrund der Gelenkregion zwischen den Fab-Fragmenten und dem Fc-Fragment kann der Abstand der beiden Antigenbindungsstellen variieren, sodass der Antikörper Epitope binden kann, die keine festen Abstände zueinander haben.

Quervernetzung von korpuskulären Antigenen.

Dimer-Struktur von Immunglobulin A (IgA).

Aktivierung einer B-Zelle.

T-Zellrezeptor.

T-Zellrezeptor-Komplex.

Aktivierung einer CD8-positiven T-Zelle.

Aktivierung der T-Helferzellen.

Interaktion von B- und T-Lymphozyten.

Komplementsystem.

Der Aufbau des HIV. gp41 und gp120 (gelb), im Zentrum zwei RNA-Kopien (rot) mit der angelagerten reversen Transkriptase (blau).

Einteilung des Immunsystems

Tab. 14.1
Kriterium spezifisch unspezifisch
zellulär T-Lymphozyten Granulozyten, Makrophagen, Monozyten, NK-Zellen
humoral B-Lymphozyten und Antikörper (Immunglobuline) Zytokine, Komplementsystem

Struktur und Funktion der Immunglobuline

Tab. 14.2
Immunglobulin Struktur Funktion
IgG Monomer Häufigstes Immunglobulin, sekundäre humorale Immunantwort, plazentagängig, Neutralisierung von Toxinen, Aktivator des Komplementsystems; ist die L-Kette von IgG, die H-Kette
IgM Pentamer Primäre humorale Immunantwort, Aktivator des Komplementsystems, Oberflächenmolekül auf B-Lymphozyten, Stimulator der Differenzierung zur Plasmazelle;die -Kette ist die H-Kette des IgM
IgD Monomer Oberflächenmolekül auf Lymphozyten;die -Kette ist die H-Kette des IgD
IgA Dimer Antigenfang in Sekreten, d. h. Schutz der Schleimhäute von Verdauungs-, Respirations- und Urogenitaltrakt; Übertritt in die Muttermilch Schutz der Schleimhaut des Verdauungstrakts beim Säugling;die -Kette ist die H-Kette des IgA
Monomer Antigenfang im Blut
IgE Monomer Bindung an basophile Granulozyten und Mastzellen, bei Antigenkontakt Auslösung der Degranulierung dieser Zellen, Beteiligung an anaphylaktischen Reaktionen;die -Kette ist die H-Kette des IgE

Wirkung von Komplementfaktoren

Tab. 14.3
Komplementfaktor Wirkung
C4b und C2b bilden die C3/C5-Konvertase des klassischen Wegs
C3a, C4a und C5a lösen lokale Entzündungen aus (Anaphylatoxine)
C3b initiiert die Phagozytose, spaltet als C3-Konvertase des alternativen Wegs C3 und verstärkt so die Komplementwirkung, spaltet als C5-Konvertase des alternativen Wegs C5 und führt so zur Bildung des membranzerstörenden Komplexes
C5b und C6 bis C9 bilden zusammen den membranzerstörenden Komplex

Immunsystem

E. Schindler

  • 14.1

    Allgemeines377

    • 14.1.1

      Definition377

    • 14.1.2

      Klassifikation378

  • 14.2

    Bestandteile der spezifischen Immunantwort380

    • 14.2.1

      Antigene380

    • 14.2.2

      Antikörper384

    • 14.2.3

      B- und T-Lymphozyten388

  • 14.3

    Komplementsystem391

    • 14.3.1

      Aufbau391

    • 14.3.2

      Aktivierung und Funktion392

  • 14.4

    Blutgruppenantigene394

  • 14.5

    Immundefekte394

    • 14.5.1

      Allergien394

    • 14.5.2

      AIDS395

    • 14.5.3

      Autoimmunerkrankungen396

IMPP-Hits

  • Bestandteile und Reaktionsprinzipien des Immunsystems

  • Abläufe einer Immunantwort

  • Zusammenspiel der einzelnen Bestandteile des Immunsystems

Allgemeines

Definition

ImmunsystemZum Immunsystem gehören Zellen, Gewebe und Sekrete, deren Aufgabe die Abwehr von eindringenden Fremdsubstanzen oder -zellen oder mutierter körpereigener Substanzen oder -zellen ist.
Manche Abwehrsysteme und -mechanismen sind angeboren (angeborenes Abwehrsystem), andere erwirbt der Mensch im Laufe seines Lebens (erworbenes Abwehrsystem). Bei letzterem lernen die Abwehrsysteme körpereigen und körperfremd zu unterscheiden.
Bei einer Immunantwort reagiert das erworbene Abwehrsystems lediglich auf die körperfremde Substanz (spezifische Immunantwort), das angeborene Abwehrsystem reagiert unspezifisch.
Der Schutz, den das angeborene und das erworbene Abwehrsystem vor Infektionen bieten, heißt Immunität.

Klassifikation

Angeborenes (unspezifisches) Abwehrsystem
Immunsystem:Angeboren

Zum unspezifischen Abwehrsystem gehören Einrichtungen, die bereits das Eindringen von Fremdkörpern in den Körper verhindern, wie der Säureschutzmantel der Haut, die Haut selbst und auch die Magensäure, die mit der Nahrung in den Körper gelangte Fremdkörper zerstört. Sind die Fremdkörper in den Organismus gelangt, kommen andere Mechanismen zum Einsatz:

  • Monozyten bzw. Makrophagen: Sie heißen Monozyten, solange sie im Blut zirkulieren. Wandern sie ins Gewebe aus, werden sie als Makrophagen bezeichnet. Je nach Gewebe haben sie dort eine spezielle Bezeichnung, z. B. Histiozyten (Bindegewebe) oder Langerhans-Zellen (Haut). Sie haben auf ihrer Oberfläche Fc-Ig-Rezeptoren (14.2.2), Komplement-Rezeptoren (14.3) und unspezifische Rezeptoren. Über diese werden Substanzen und Stoffe ins Zellinnere aufgenommen. Dort werden die Partikel abgebaut und als Antigen auf der Zelloberfläche T-Zellen (14.2.3) präsentiert. Des Weiteren synthetisieren und sezernieren Makrophagen Interferone (IFN) und Interleukine (IL-1). Auf der Zelloberfläche befinden sich MHC-I- und MHC-II-Moleküle (14.2.1). Makrophagen können aus Arginin NO synthetisieren.

  • Granulozyten machen bis zu 75 % der Leukozyten aus und werden unterteilt in neutrophile (50–70 % der Gesamtleukozytenzahl), eosinophile (1–4 %) und basophile Granulozyten (0–2 %). Sie entstehen aus myeloischen Stammzellen im Knochenmark. Ihre Lebensdauer beträgt Stunden bis Tage. Ihre Aufgaben bei der Immunantwort sind Phagozytose, Abbau von phagozytiertem Material und die Sekretion von zytotoxischen Substanzen, Prostaglandinen und Leukotrienen, dadurch machen sie Antigene unschädlich. Granulozyten enthalten beispielsweise die so genannten Hydrolasen (Myeloperoxidase, Elastase, NADPH-Oxidase [Superoxidanionen], Kollagenase, Kathepsin G) und Defensine (Abwehr von mikrobiellen Erregern auf Haut- und Schleimhäuten, etwa 30 % der Proteine in Granula neutrophiler Granulozyten). Auf Granulozyten finden sich so genannte Toll-like-Rezeptoren (TLRs). Sie sind ein Teil der angeborenen Immunabwehr und erkennen Strukturen, die ausschließlich bei Krankheitserregern vorkommen (PAMPs Pathogen associated molecular patterns). Durch die Rezeptorbindung wird die Transkription von Genen induziert und das erworbene Immunsystem aktiviert.

Lerntipp

Um sich den ungefähre prozentuale Verteilung der Leukozyten zu merken, hilft folgender Spruch:

Never Let Monkeys Eat Bananas

60 – 30 – 6 – 3 – 1 (%)

Neutrophile, Lymphozyten, Monozyten, Eosinophile, Basophile

  • Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) erkennen und zerstören virusinfizierte Zellen oder Tumorzellen. Weiterhin aktivieren sie Makrophagen und Granulozyten.

  • Lysozym spaltet Bestandteile der bakteriellen Zellwand und zerstört dadurch das Bakterium.

  • Zytokine (13.8) aktivieren u. a. Makrophagen oder Granulozyten (IL-5, IL-8), fördern die Bildung von Akute-Phase-Proteinen in der Leber (IL-6) oder hemmen die Produktion von Viruspartikeln (IFN-).

  • Das Komplementsystem (14.3) wird kaskadenförmig aktiviert und führt zur Lyse der Zielzelle.

  • Akute-Phase-Proteine (z. B. CRP, 1-Antitrypsin) sind Plasmaproteine, die dafür sorgen, dass das Antigen für das Komplementsystem angreifbar wird. Ist die Wirkung des Komplementsystems nicht ausreichend, werden Makrophagen aktiviert und setzen IL-6 frei, das für die verstärkte Produktion von Akute-Phase-Proteinen sorgt.

Klinik

Bei einer Agranulozytose lösen Medikamente (z. B. nichtsteroidale Analgetika, Penicilline) eine Autoimmunreaktion gegen Granulozyten aus. Es kommt zur Zerstörung dieser Zellen im Blut und im Knochenmark mit erhöhter Infektanfälligkeit.

Merke

Im Hypothalamus ist IL-1 für die Sollwertverstellung der Körpertemperatur verantwortlich, was Fieber zur Folge hat.

Erworbenes (spezifisches) Abwehrsystem
Immunsystem:Erworben

Das erworbene Abwehrsystem bietet Schutz gegenüber einem bestimmten Immunogen. Beim Erstkontakt ist die Reaktion langsam, es muss erst aktiviert werden. Bei Folgekontakten ist eine wesentlich raschere spezifische Immunantwort möglich. Das spezifische Immunsystem besteht aus zwei Komponenten: Dem zellulären und dem humoralen (in Körperflüssigkeiten) Abwehrsystem (Tab. 14.1).

Merke

Lediglich im Rasterelektronenmikroskop kann man B- und T-Lymphozyten durch ihre Oberflächenbeschaffenheit unterscheiden.

Klinik

Die Ursache vergrößerter Lymphknoten kann benigner (Infektion) oder maligner (Lymphom, Metastase) Natur sein. Eine maligne Entartung der Vorläuferzellen weißer Blutzellen wird als Leukämie bezeichnet. Je nach Verlauf der Krankheit und der Abstammung der entarteten Zellen erfolgt die Einteilung in akute oder chronische, myeloische oder lymphatische Leukämie (AML, CML, ALL, CLL).

Zelluläres spezifisches Abwehrsystem

Die Zellen der spezifischen Immunantwort sind die T-Lymphozyten. Die Reifung nach Antigen kontakt erfolgt im Thymus (Abb. 14.1). Aus den T-Lymphozyten entstehen:

  • zytotoxische T-Zellen

  • T-Helferzellen (TH-2-Zellen)

  • inflammatorische T-Zellen (TH-1-Zellen)

Lerntipp

Die Reifung der Lymphozyten beim Menschen findet in folgenden Organen statt:

  • Im Knochenmark (Bone marrow) reifen die B-Lymphozyten,

  • im Thymus die T-Lymphozyten.

Humorales spezifisches Abwehrsystem

Aus den B-Lymphozyten im Knochenmark (Abb. 14.1) (humorales System) entwickeln sich

  • Plasmazellen: Sie bilden die Antikörper (Immunglobuline, 14.2.2).

  • B-Gedächtniszellen: Sie differenzieren sich bei erneutem Immunogenkontakt zu Plasmazellen, sodass die Immunantwort schneller abläuft als die beim ersten Kontakt.

Die naiven (bisher ohne Antigenkontakt) immunkompetenten Zellen gelangen in die sekundären lymphatischen Organe (Lymphknoten, Milz, Tonsillen, Appendix, Peyer-Plaques, darmassoziiertes lymphatisches Gewebe). Von dort aus gelangen sie ins Blut und wandern immer wieder in lymphatisches Gewebe ein (zirkulierender Lymphozytenpool). Durch die ständige Zirkulation wird gewährleistet, dass die Lymphozyten auf ihr Antigen treffen können. Nur 1 % der insgesamt 1012 ( 1 Billion) Lymphozyten befindet sich im Blut.

Wenn ein Lymphozyt in lymphatisches Gewebe aufgenommen werden soll, kommt es zu Wechselwirkungen zwischen Zelladhäsionsmolekülen (z. B. Integrinen) auf den Lymphozyten und Adressinen auf dem Endothel von postkapillären Venolen.

Merke

Spezifische Immunität: Spezifität, Gedächtnis und Vielfalt (bei der Antigenerkennung).

Bestandteile der spezifischen Immunantwort

Antigene

Definition
Antigene

Immunogene (auch als Vollantigene bezeichnet) sind Antigene, die eine Immunantwort auslösen können.

Haptene sind Antigene, aber keine Immunogene, da sie zu klein sind, um selbst eine Immunantwort auslösen zu können. Sie können allerdings immunogen wirken und Antikörper binden, wenn sie an ein größeres Molekül (einen so genannten Carrier, z. B. Albumin) gebunden sind (14.2.3.1, Oligomerbildung).

Um eine Immunreaktion auslösen zu können, müssen Antigene bestimmte Bedingungen erfüllen:

  • Sie müssen körperfremde Substanzen sein

  • Molekulargewicht > 6.000 Dalton

  • Komplexe Struktur (Zusammensetzung aus verschiedenen Komponenten)

Merke

Die antigene Determinante oder das Epitop ist die Stelle eines Antigens, an die der Antikörper binden kann. Meist verfügt ein Antigen über mehrere Epitope unterschiedlicher Struktur.

Antigentypen

Je nach Art und Anzahl der Epitope unterscheidet man folgende Antigentypen (Abb. 14.2):

  • unideterminant, univalent: ein Epitop

  • unideterminant, multivalent: zahlreiche Kopien eines Epitops

  • Multideterminant, univalent: mehrere unterschiedliche Epitope

  • multideterminant, multivalent: zahlreiche Kopien unterschiedlicher Epitope

Darüber hinaus lassen sich Antigene danach unterscheiden, welches Kriterium des Epitops zur Erkennung des Antigens durch das Immunsystem führt:

  • Sequenzdeterminante: Die Aminosäuresequenz des Epitops ist für die Antigenerkennung verantwortlich (kontinuierliches Epitop).

  • Konformationsdeterminante: Neben der Aminosäuresequenz ist auch die räumliche Anordnung des Epitops ausschlaggebend (diskontinuierliches Epitop).

Antigene:Antigentypen
Antigenpräsentation

Beim ersten Kontakt des Organismus mit einem Antigen wird dieses von antigenpräsentierenden Zellen durch Endozytose aufgenommen und im Proteasom in Bruchstücke zerlegt. Dieses gibt die Peptidstücke ins endoplasmatische Retikulum ab, wo die Fragmente mit einer Länge von 9–11 Aminosäuren an den MHC-I-Rezeptor gebunden werden. Der Antigen-Antikörper-Komplex wird an die Zelloberfläche geschafft und dort anderen Zellen präsentiert. Diese spezifischen Rezeptoren werden als Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC-Komplex Main-histocompatibility-Komplex) oder, weil sie vor allem auf Lymphozyten vorkommen, als humane Lymphozytenantigene (HLA) bezeichnet.

Man unterscheidet zwei MHC-Molekülklassen, die jeweils auf unterschiedlichen Zellen vorkommen und ihrer Umgebung Fragmente unterschiedlicher Herkunft präsentieren:

  • MHC-I-Moleküle kommen auf allen kernhaltigen Zellen vor. Sie bestehen aus einer -Kette (ein transmembranöses Glykoprotein) und einer -Kette (2-Mikroglobulin) (Abb. 14.3). MHC-I-Moleküle präsentieren ausschließlich Antigenfragmente, die die Trägerzelle selbst synthetisiert hat (z. B. virale Proteine nach Virusbefall Abb. 14.4). Nun kann das Immunsystem diese viralen Moleküle als körperfremd erkennen und die infizierte Zelle unschädlich machen.

Antigene:Antigenpräsentation

Cave

Auf Erythrozyten (kernlos!) finden sich keine MHC-Moleküle.

  • MHC-II-Moleküle finden sich nur auf Zellen, die zum Immunsystem gehören und bestehen aus einer - und einer -Kette (Abb. 14.5). Sie präsentieren ausschließlich Antigenfragmente körperfremden Ursprungs. Diese Proteine werden von den Zellen durch Endozytose aufgenommen. Die Endozytosevesikel verschmelzen mit primären Lysosomen zu sekundären Lysosomen, in denen sie durch Proteasen (maßgeblich: Kathepsin) in Bruchstücke gespalten werden. Die sekundären Lysosomen fusionieren mit Vesikeln, die MHC-II-Moleküle aus dem Golgi-Apparat enthalten. Die Antigenfragmente binden an die MHC-II-Moleküle und werden mit diesen in die Zellmembran eingebaut (Abb. 14.6).

Merke

Die Präsentation eines Peptids durch MHC-II-Moleküle signalisiert dem Immunsystem, dass es mit einem Krankheitserreger in Kontakt gekommen ist. Die Präsentation eines Peptids durch ein MHC-I-Molekül dagegen bedeutet, dass die Zelle dem Krankheitserreger zum Opfer gefallen ist und der Apoptose zugeführt werden soll.

  • MHC-I: Präsentation endogener Peptide (auch viraler Befall)

  • MHC-II: Präsentation exogener Peptide

Merke

Es gibt drei verschiedene MHC-I- und vier verschiedene MHC-II-Moleküle. Die Gene dafür sind sehr polymorph, sodass die interindividuelle Variabilität hoch ist. Bei einer Organtransplantation kann es zu einer Abstoßungsreaktion kommen, wenn sich die MHC-Moleküle des Spenders und Empfängers (auch nur in einer Aminosäure!) unterscheiden. Deshalb werden vor der Transplantation die MHC-Moleküle des Empfängers und des Spenders analysiert.

Bei manchen Krankheiten weisen die Betroffenen gehäuft bestimmte MHC( HLA)-Moleküle auf. So sind das HLA-B27 und das HLA-B7 bei fast 90 % der an Morbus Bechterew Erkrankten nachweisbar. HLA-B27 ist jedoch auch bei vielen Nichterkrankten zu finden.

Immunantwort bei Antigenkontakt

Ein Antigen, das sich zum ersten Mal im menschlichen Körper befindet, wird entweder von Zellen des unspezifischen Immunsystems (Makrophagen, Granulozyten) erkannt und phagozytiert oder trifft mit Lymphozyten zusammen und interagiert mit ihnen. Die Immunantwort beim ersten Kontakt mit einem Immunogen gliedert sich in drei Phasen:

  • 1.

    Erkennungsphase: T-Lymphozyten erkennen das Antigen, nachdem es ihnen von antigenpräsentierenden Zellen präsentiert wurde (oben). B-Lymphozyten erkennen das Antigen entweder direkt oder mithilfe von T-Lymphozyten.

  • 2.

    Differenzierungsphase: T-Lymphozyten differenzieren sich zu zytotoxischen T-Zellen, inflammatorischen T-Zellen (TH-1) oder T-Helferzellen (TH-2). B-Lymphozyten differenzieren sich zu Plasmazellen oder B-Gedächtniszellen.

  • 3.

    Reaktion zwischen Antigen und Antikörper: Treffen schließlich das Antigen und die spezifisch dafür gebildeten Antikörper aufeinander, kommt es je nach Art des Antigens zu

    • Agglutination: Antigene werden durch Antikörper quervernetzt, sodass sich Antigenklumpen bilden.

    • Präzipitation: Quervernetzte korpuskuläre Antigene fallen aus, es entsteht ein Niederschlag aus unlöslichen Antigenen.

    • Neutralisation: Antikörper binden an die Region von Viren oder Toxinen, die für die Bindung an Zellen nötig ist, und machen sie so unschädlich.

Merke

Beispiele für Antigene sind Oberflächenmerkmale von Viren, Bakterien oder Tumorzellen. Tumorzellen besitzen häufig Oberflächenmerkmale, die auf körpereigenen Zellen im Embryonalstadium exprimiert werden. So liegt das karzinoembryonale Antigen (CEA) im menschlichen Organismus während der Embryonalentwicklung vor, es wird danach normalerweise nicht mehr produziert. Produziert ein Tumor CEA, erkennen die Gedächtniszellen diese Moleküle. Es kommt zu einer Immunantwort, wodurch die Entstehung von Tumoren verhindert werden kann.

Bei Autoimmunerkrankungen fasst das Immunsystem Oberflächenmerkmale körpereigener Zellen als Antigen auf (sog. Autoantigene) und induziert eine Immunantwort.

Antikörper

Allgemeines
Immunsystem:Antigenkontakt

Antikörper stellen den humoralen Teil der spezifischen Immunantwort dar. Sie werden von Plasmazellen gebildet und ins Blut oder andere Körperflüssigkeiten sezerniert. Sie wurden zunächst als -Globuline bezeichnet, heute werden sie Immunglobuline genannt.

Merke

Antikörper erleichtern die Phagozytose. Diese Hilfestellung nennt man Opsonierung. Auch CRP, der Komplementfaktor C3b und andere Stoffe tragen zur Opsonierung bei.

Struktur
Antikörper

Das proteolytische Enzym Papain trug zur Strukturaufklärung der Immunglobuline bei, da es diese an den Disulfidbrücken (Gelenkregionen) in drei gleich große Fragmente (F) spaltet. Zwei dieser drei Fragmente besitzen jeweils eine Antigenbindungsstelle und werden deshalb Fab genannt (ab Antigenbindung). Das dritte Fragment, Fc (kristallisiert leicht!), ist an der Komplementfixierung (14.3) beteiligt (Abb. 14.7, 14.8).

Jedes Fab-Fragment besteht aus zwei leichten und zwei schweren Polypeptidketten (L- bzw. H-Ketten; L für light, H für heavy), die jeweils über einen variablen und einen konstanten Abschnitt verfügen (Abb. 14.7).

  • Die variablen Abschnitte sind für die Antigenbindung zuständig. Da sie das Gegenstück der Epitope sind, heißen sie Paratope.Der Abstand der beiden Antigenbindungsstellen ist variabel (Abb. 14.9).

  • Die konstanten Abschnitte sind für Komplementbindung, Bindung an Zellen des Immunsystems oder Plazentagängigkeit (unten) verantwortlich.

Jede L-Kette ist über eine Disulfidbrücke mit einer H-Kette verbunden. Die H-Ketten sind untereinander ebenfalls durch mindestens eine Disulfidbrücke verbunden (Abb. 14.7).

Lerntipp

Um sich den Unterschied zwischen Fab und Fc zu merken hilft:

Fab antigenbinding (muss variabel sein für verschiedene Antigene)

Fc constant (immer gleich aufgebaut je nach Antikörperklasse)

Merke

Das Paratop eines Antikörpers bindet an das Epitop auf dem Antigen. Der Antikörper ist nicht für das gesamte Antigen, sondern nur für das Epitop spezifisch.

Einteilung
Antikörper:Struktur

Von den H-Ketten gibt es fünf Subtypen: , , , und . Nach diesen Subtypen werden die Immunglobuline in fünf Klassen eingeteilt, man unterscheidet IgM, IgG, IgA, IgD und IgE.

Es gibt zwei Subtypen von L-Ketten: und . In jedem Immunglobulin kommt je nur ein L- und ein H-Ketten-Subtyp vor.

Merke

Die Antikörper der IgE-Klasse sind über Disulfidbrücken verbunden. Das Joining-Peptid findet sich im IgM (verbindet fünf Antikörper-Monomere zum Pentamer, Abb. 14.8) und IgA (verbindet zwei Antikörper-Monomere zum Dimer).

Klinik

Das komplette Fehlen von Antikörpern (Agammaglobulinämie) kann erworben oder über einen Gendefekt vererbt sein. Bei der X-chromosomalen Agammaglobulinämie (Typ Bruton) besteht eine Reifungsstörung der B-Zellen mit Mangel aller Immunglobulinklassen (keine Plasmazellen!). Es können schwerwiegende Infektionen auftreten.

Immunglobulin M (IgM)
Antikörper:Einteilung

Merke

IgM ist ein Pentamer, bei dem fünf IgG-ähnliche Strukturen durch eine J-Kette (Joining-Peptid) und Disulfidbrücken verbunden sind (Abb. 14.8). IgM ist der stärkste Aktivator des Komplementsystems.

IgM kann die Plazentaschranke nicht durchdringen, kann aber von einem Fetus etwa ab dem 5. Monat synthetisiert werden. Eine erhöhte fetale IgM-Plasmakonzentration spricht für eine Infektion des Fetus.

Merke

IgM ist der erste Antikörper, der nach einem Antigen-Erstkontakt gebildet wird. Er ist für die primäre humorale Immunantwort zuständig.

Immunglobulin G (IgG)
Antikörper:Immunglobulin M (IgM)

IgG (Abb. 14.7) liegt im Organismus in der größten Konzentration (75 % aller Immunglobuline) vor. Es hat eine Halbwertszeit von etwa 3 Wochen und kann deshalb besonders gut zur passiven Immunisierung verwendet werden.

IgG besitzt zwei Antigenbindungsstellen und kann korpuskuläre Antigene quervernetzen (Abb. 14.10), d. h. agglutinieren und präzipitieren. IgG wird in vier Subklassen unterteilt: IgG1 (etwa 66 %) bis IgG4 (am seltensten mit rund 4 %).

IgG kann als Antiserum für Toxine eingesetzt werden, da es diese bindet und neutralisiert. Es aktiviert außerdem das Komplementsystem.

IgG passiert als einziges Immunglobulin die Plazentaschranke. So kann die Mutter einen Teil ihrer Immunität auf den Fetus übertragen. Die IgG-Produktion beginnt erst 3–4 Monate nach der Geburt.

Merke

IgG ist für die humorale Sekundärantwort zuständig.

Klinik

Kommt bei einer rhesusnegativen Schwangeren mit rhesuspositivem Fetus das Blut der Schwangeren mit dem fetalen Blut in Kontakt (z. B. während der Geburt), kann diese IgG-Antikörper gegen den Rhesusfaktor bilden. Bei einer erneuten Schwangerschaft mit einem rhesuspositiven Fetus können die IgG-Antikörper durch die Plazenta in den Blutkreislauf des Fetus gelangen und eine Hämolyse auslösen (fetale Erythroblastose, Morbus haemolyticus neonatorum). Um der Antikörpersynthese vorzubeugen, verabreicht man rhesusnegativen Müttern rhesuspositiver Kinder innerhalb von 3 Tagen nach der Geburt Antikörper gegen den Rhesusfaktor. So wird eine Immunantwort verhindert.

Immunglobulin A (IgA)
Antikörper:Immunglobulin G (IgG)

IgA hat die Struktur eines Dimers, welches durch eine J-Kette (Joining-Peptid) verbunden ist (Abb. 14.11). IgA wird von Plasmazellen im Darm synthetisiert. Auf der basolateralen Seite der Darmepithelzellen bindet es mit seinem Fc-Teil an den Ig-Rezeptor und wird mit diesem in die Zellen aufgenommen. Auf der apikalen Zellseite wird ein Teil des Rezeptors vom IgA-Dimer abgespalten, das restliche Rezeptormolekül verbleibt am Dimer und wird als sekretorische Komponente bezeichnet. IgA wird nun in das Darmlumen abgegeben. Es bildet zusammen mit Mucin eine Schicht aus, die die Anlagerung von Bakterien und Toxinen verhindert.

IgA-Dimere finden sich außer im Darmsekret auch an anderen Stellen, an denen der Organismus mit der Umwelt in Kontakt steht, z. B. in Speichel, Tränenflüssigkeit und Lungensekret. Sie gehen in die Muttermilch über und verleihen dem Verdauungstrakt von Neugeborenen einen gewissen Schutz. Lediglich im Plasma liegt IgA als Monomer vor.

Immunglobulin E (IgE)
Antikörper:Immunglobulin A (IgA)

Die Plasmakonzentration von IgE ist sehr niedrig, weil es größtenteils von Mastzellen und basophilen Granulozyten gebunden wird. Durch die Bindung an ihr spezifisches Antigen wird IgE quervernetzt, woraufhin die Zellen u. a. Histamin und Leukotriene ausschütten. Diese Stoffe rufen dann eine Überempfindlichkeitsreaktion (anaphylaktische Reaktion, 14.5.1) hervor.

Da sich nach Wurminfektionen erhöhte IgE-Spiegel finden, liegt die Aufgabe von IgE vermutlich auch in der Abwehr von Parasiten.

Immunglobulin D (IgD)
Antikörper:Immunglobulin E (IgE)

Auch IgD liegt nur in geringer Konzentration im Serum vor. Zusammen mit IgM ist es an der Differenzierung von B-Zellen beteiligt und findet sich auf ihnen als Oberflächenrezeptor.

Zusammenfassung (Tab. 14.2)
Antikörper:Immunglobulin D (IgD)

Merke

Monomer: IgG, IgD, IgE

Dimer: IgA

Pentamer: IgM

Entstehung der Vielfalt an Antikörperspezifitäten

Das Folgende gilt auch für B- und T-Zellrezeptoren, da sie strukturelle Ähnlichkeit mit Immunglobulinen aufweisen (14.2.3) und ihre Spezifitätsvielfalt nach demselben Prinzip entsteht.

Die Information für die Ketten eines Immunglobulins ist auf verschiedene Gene verteilt: Der konstante Abschnitt der H- und L-Ketten wird von so genannten C-Genen kodiert. Für den variablen Abschnitt existieren mehrere Gensegmente. Für jedes dieser Gensegmente gibt es zahlreiche Varianten.

Während der Reifung der B-Zellen wird durch Umlagerung und Verknüpfung von Gensegmentvarianten (Rearrangement somatische Rekombination Transposition) ein Gen zuerst für den variablen Abschnitt der H-, dann der L-Ketten hergestellt. Die Vielfalt der variablen Abschnitte der H- (VH-, DH- und JH-Gensegmente) und L-Ketten (VL- und JL-Gensegmente) ergibt sich aus Kombinationsmöglichkeiten von Gensegmenten und aus Variationen bei der Verknüpfung der Genabschnitte.

Noch bevor ein Organismus also jemals mit einem Antigen Kontakt hatte, liegen bereits 107 bis 108 Antikörperspezifitäten vor. Wird ein Antigen an einen Zellrezeptor eines B-Lymphozyten gebunden, werden Synthese und Differenzierung der B-Zellen mit diesem spezifischen Rezeptor stimuliert antigenspezifischer Antikörper.

Merke

Die Antikörpervielfalt kommt zustande durch:

  • qualitative und quantitative Variationen der V-, D- und J-Domänen

  • Mutationen und Rekombinationen der Keimbahn-DNA

  • somatische Rekombination

  • Kombinationsmöglichkeiten von leichten und schweren Ketten

  • Abweichungen bei der Rekombination und beim Spleißen

  • Punktmutationen

Wechselwirkungen zwischen Antikörper und Antigen
Antikörper:Antikörperspezifitäten

Ein Antikörper muss für ein Antigen spezifisch sein. Dies ist die Voraussetzung dafür, dass sich zwischen den beiden Molekülen Kräfte optimal entfalten können. Diese Kräfte sind elektrostatische und hydrophobe Wechselwirkungen, Van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbrückenbindungen.

B- und T-Lymphozyten

B-Lymphozyten
Reifung

Eine unreife B-Zelle entsteht aus einer Knochenmarkstammzelle in folgenden Schritten:

  • Die Pro-B-Zelle bindet an Stromazellen des Knochenmarks. Über ein membranständiges Zytokin (Stammzellfaktor SCF) wird die Zellproliferation und die Synthese eines Interleukin-7(IL-7)-Rezeptors angeregt.

  • Die Prä-B-Zelle exprimiert den variablen Abschnitt der H-Kette auf ihrer Oberfläche. Nun werden Gensegmente umgeordnet und anschließend L-Ketten synthetisiert.

  • Die unreife B-Zelle exprimiert ein IgM-Molekül auf ihrer Oberfläche. Nun werden im Knochenmark Zellen entfernt, die mit körpereigenen Molekülen interagieren (negative Selektion). Danach wandern die unreifen B-Lymphozyten aus dem Knochenmark aus und gelangen in die peripheren lymphatischen Gewebe.

  • Die reife B-Zelle exprimiert zusätzlich IgD auf ihrer Oberfläche.

Der funktionstüchtige B-Zellrezeptor-Komplex der unreifen und reifen B-Zellen besteht aus (Abb. 14.12):

  • dem Immunglobulin IgM (unreife B-Zelle) bzw. IgM und IgD (reife B-Zelle). Es bindet das spezifische Antigen.

  • Ig- und Ig-Polypeptidketten (Signaltransduktion nach Bindung eines Antigens an den B-Zellrezeptor): Sie enthalten so genannte Immunrezeptor-Tyrosinaktivierungssequenzen (Immunoreceptor tyrosine-based activation motifs, ITAM) mit Tyrosylresten, die bei Antigenbindung an das Immunglobulin phosphoryliert werden und an SH2-Domänen von Tyrosinkinasen binden. Die Kinasen werden aktiviert und lösen eine Signalkaskade aus.

Aktivierung und Immunantwort
B-Lymphozyten B-Lymphozyten:Reifung

Rezeptoren auf der Oberfläche von B-Lymphozyten binden extrazelluläre Antigene.

T-Zell-unabhängige Aktivierung von B-Lymphozyten.

Werden durch die Antigenbindung mehrere B-Zellrezeptoren vernetzt (Oligomerbildung), werden ITAMs an Tyrosylresten phosphoryliert. Daran dockt eine weitere Proteinkinase (Syk) an und phosphoryliert weitere Moleküle, u. a. eine Untereinheit eines Transkriptionsfaktors (Abb. 14.12). Dadurch wird die Genexpression aktiviert, die die Proliferation und Differenzierung der B-Zelle stimuliert.

T-Zell-abhängige Aktivierung von B-Lymphozyten.

Antigene, die B-Zellrezeptoren nicht vernetzen, können nur mithilfe CD4-positiver T-Helferzellen die Proliferation und Differenzierung der B-Zellen induzieren: Die B-Zelle nimmt den Rezeptor-Antigen-Komplex endozytotisch auf. Das Antigen wird in Bruchstücke zerlegt, diese werden an MHC-II-Moleküle gebunden und auf der Zelloberfläche den CD4-positiven T-Helferzellen präsentiert. Diese erkennen das fremde Peptid am MHC-Molekül, binden daran und werden aktiviert: Sie synthetisieren Zytokine, die die B-Lymphozyten zu Proliferation und Differenzierung anregen.
Nach der Aktivierung begeben sich B-Lymphozyten in Lymphfollikel, wo sie sich rasch teilen. Ab diesem Zeitpunkt werden sie Zentroblasten genannt. Während dieser Teilungen kommt es zu Genmutationen in den variablen Ketten ( unterschiedliche Antigenaffinität), es entstehen Zentrozyten. Diese differenzieren sich zu Gedächtniszellen oder zu Plasmazellen. Plasmazellen synthetisieren Antikörper, die genau dem Rezeptormolekül auf dem B-Lymphozyten entsprechen, an den das Antigen gebunden hat.
T-Lymphozyten
Reifung

Ab dem Zeitpunkt der Geburt wandern T-Zell-Vorstufen aus dem Knochenmark in den Thymus ein. Sie vermehren und differenzieren sich. Es werden verschiedene Oberflächenmoleküle (z. B. der T-Zellrezeptor TCR) gebildet, mit dem die T-Lymphozyten ein Antigen erkennen. Er besteht aus zwei Polypeptidketten ( und bzw. und ), die durch eine Disulfidbrücke verbunden sind und einen variablen antigenbindenden sowie einen konstanten Abschnitt aufweisen (V- bzw. C-Region, Abb. 14.13). Der konstante Abschnitt ist in der Zellmembran befestigt.

Durch Rekombination der Gensegmentvarianten für die variablen Abschnitte der - und - bzw. - und -Ketten entstehen zahlreiche T-Zellrezeptoren. Diese assoziieren mit Hilfsmolekülen. Der funktionsfähige T-Zellrezeptor-Komplex setzt sich zusammen aus (Abb. 14.14):

  • dem TCR, bestehend aus - und - (95 %) oder - und -Ketten. Er bindet das spezifische Antigen.

  • dem CD3-Komplex, der für die Signaltransduktion nach Bindung eines Antigens an den T-Zellrezeptor zuständig ist (er besitzt ITAMs, oben).

Der T-Zellrezeptor interagiert mit den beiden Korezeptoren CD4 oder CD8 (CD Cluster of differentiation). CD4 bindet an die -Kette von MHC-II-Molekülen, CD8 an die -Kette von MHC-I-Molekülen. Hierdurch wird das Signal, das bei Bindung des Antigens an den TCR entsteht, verstärkt. T-Vorläuferzellen enthalten noch beide Korezeptoren, die reifen T-Lymphozyten entweder CD4 oder CD8.

Der TCR, der CD3-Komplex, CD4 und CD8 sind für T-Lymphozyten spezifische Oberflächenmoleküle.

Nach der Synthese der T-Zellrezeptoren werden die Lymphozyten belassen, die mit MHC-Molekülen in Wechselwirkung treten können, die anderen werden der Apoptose zugeführt (positive Selektion). Daran schließt sich eine negative Selektion an, bei der Zellen entsorgt werden, die mit körpereigenen Molekülen reagieren. Insgesamt werden etwa 98 % der Zellen ausgesondert. Wenn die T-Lymphozyten alle Selektionsvorgänge überstanden haben, wandern sie in die sekundären lymphatischen Organe ein.

Antigenerkennung und Aktivierung
T-Lymphozyten T-Lymphozyten:Reifung

T-Lymphozyten erkennen das Antigen nur im Komplex mit einem MHC-Molekül. Sie treten kurzzeitig an antigenpräsentierende Zellen heran und suchen nach einem Peptid, an das sie binden können. Passt ein Peptid zum T-Zellrezeptor, erfolgt eine Bindung. Der T-Lymphozyt wird aktiviert. Gleichzeitig bindet der Korezeptor CD8 bzw. CD4 an das MHC-Molekül.

Merke

Die Korezeptoren CD4 und CD8 bestimmen, an welchen Typ von MHC-Molekül sich die T-Zelle anlagert, da CD4 nur an MHC-II-, CD8 nur an MHC-I-Moleküle binden kann.

Lerntipp

Eselsbrücke: CD4 und MHC-II (4 2 8), CD8 und MHC-I (8 1 8).

Für eine optimale Aktivierung der T-Zelle ist die Bindung des Korezeptors an das MHC-Molekül notwendig, hierdurch kommt die Kinase Lck in die Nähe der ITAM-Substrate des CD3-Komplexes. Lck phosphoryliert Tyrosylreste der ITAMs, wodurch Anheftungsstellen für die SH2-Domänen der Proteinkinase ZAP-70 entstehen (Abb. 14.15). ZAP-70 phosphoryliert weitere Proteine und löst so eine Signalkaskade aus, an deren Ende die Aktivierung der Phospholipase C steht. Dieses Enzym sorgt für eine Erhöhung der Calciumkonzentration, wodurch Calcineurin aktiviert wird. Calcineurin dephosphoryliert zytosolische Transkriptionsfaktoren, die somit in den Zellkern gelangen und die Expression spezifischer Gene stimulieren. Die Folgen sind Proliferation und Differenzierung der aktivierten T-Lymphozyten sowie die Bildung von Interleukin 2 und Interferon-.

Im nächsten Schritt synthetisiert der aktivierte T-Lymphozyt IL-2-Rezeptoren. Da er selbst IL-2 synthetisiert und sezerniert, stimuliert er sich folglich selbst (autokrine Stimulation, dies betrifft die klonale Expansion der T-Zellen und ihre Differenzierung).

Klinik

Der Wirkstoff Ciclosporin hemmt Calcineurin und unterbindet so die Dephosphorylierung der Transkriptionsfaktoren und damit die Stimulation der Genexpression. Ciclosporin wird dazu eingesetzt, die T-Zell-vermittelte akute oder chronische Abstoßung eines transplantierten Organs zu vermeiden.

Differenzierung

CD8-positive T-Lymphozyten können sich nur zu zytotoxischen T-Lymphozyten differenzieren, CD4-positive T-Lymphozyten dagegen zu Helfer-T-Zellen oder inflammatorischen T-Zellen.

  • Zytotoxische CD8-positive T-Lymphozyten enthalten Substanzen wie Perforine und Proteasen (Granzyme), die bei Antigenbindung freigesetzt werden. Granzyme leiten die Apoptosemechanismen ein, die zur Zerstörung der Zielzelle und eventuell der viralen DNA führen. Anschließend folgt eine Vermehrung genau dieser zytotoxischen T-Zelle, da sie ihre Wirksamkeit bereits unter Beweis gestellt hat.

  • CD4-positive T-Helferzellen können B-Lymphozyten, Makrophagen und dendritische Zellen aktivieren. Sie stimulieren auch die Proliferation zytotoxischer T-Zellen. Die Bindung des MHC-II-Peptid-Komplexes durch den T-Zellrezeptor führt zur Freisetzung von IL-2, Interferon- und TNF- (oben, Abb. 14.16).

Interaktion von B- und T-Lymphozyten

Die Interaktion von beiden Lymphozytenarten wird im Folgenden noch einmal kurz zusammengefasst (Abb. 14.17):

  • Eine T-Zelle erkennt mit dem TCR ein von B-Zellen präsentiertes Antigen (im Komplex mit dem MHC-Molekül).

  • B-Zellen beeinflussen die IL-Ausschüttung der T-Zellen, die dadurch autokrin stimuliert werden.

  • Von T-Zellen freigesetztes IL-4 stimuliert die Differenzierung von B-Zellen.

Komplementsystem

Aufbau

Das Komplementsystem besteht aus etwa 20 Glykoproteinen mit neun Hauptkomponenten (C1–C9), die in Leber, Gastrointestinaltrakt und von Phagozyten gebildet werden. Es ist Bestandteil der unspezifischen Immunabwehr und sorgt dafür, dass neutralisierte Antigene abgebaut werden. Die Enzyme liegen in inaktiver Form im Blut vor. Sie werden nacheinander durch limitierte Proteolyse (2.7) aktiviert. Am Ende der sich selbst verstärkenden Reaktionskaskade steht die Zerstörung der Zellmembran und somit die Lyse der Zielzelle.

Aktivierung und Funktion

Komplementsystem

Das Komplementsystem kann auf zweierlei Arten aktiviert werden, die man als klassischen bzw. alternativen Weg bezeichnet. Die Wege beginnen unterschiedlich und münden in eine gemeinsame Endstrecke (Abb. 14.18, Tab. 14.3).

Klassischer Weg

Das Komplementsystem wird durch einen Antigen-Antikörper-Komplex aktiviert, an dem komplementaktivierende Immunglobuline beteiligt sind (IgM, ein Antikörper; IgG, zwei Antikörper). Durch die Bindung des Antigens ändert sich die Konformation des Immunglobulins und die Komplementbindungsstelle am Fc-Abschnitt wird freigelegt. An diese bindet die C1-Komponente. Die Bindung an mindestens zwei Komplementbindungsstellen führt zur Aktivierung von C1r, dadurch wird C1 s aktiviert.

Cave

Zur Aktivierung des Komplementsystems werden ein IgM-Antikörper (Pentamer, mehrere Komplementbindungsstellen!), jedoch zwei IgG-Antikörper (Monomere) benötigt.

Die Serin-Protease C1 s spaltet das Plasmaprotein C4 in C4a und C4b. C4b initiiert an der Oberfläche des Antigens die Spaltung von C2 in C2a und C2b. C4b und C2b bilden einen Komplex aus, der als C3/C5-Konvertase des klassischen Wegs bezeichnet wird und kovalent an das Antigen gebunden ist. Dieses Enzym konvertiert C3 in C3a und C3b und C5 in C5a und C5b. C3a wird in die Umgebung freigesetzt und verursacht eine lokale Entzündung, C3b bindet an die Oberfläche des Antigens (reaktive Gruppe: Thioester). Da C3 in großer Menge im Plasma vorliegt, können somit auch große Mengen von C3b an der Antigenoberfläche abgelagert werden. Die Hülle, die sich dadurch um die Antigen-Zelloberfläche bildet, ist für Phagozyten das Signal für die Zerstörung dieser Zelle. Das Signal wird an Phagozyten vermittelt, die die C3b-Moleküle erkennen. Das konvertierte C5a wird freigesetzt und wirkt als Entzündungsmediator. C5b bindet an die Zelloberfläche; es ist der Ausgangsstoff für den Komplex, der schließlich die Zellmembran angreift.

Merke

Die Komplementbestandteile C3a, C4a und C5a werden Anaphylatoxine genannt, da sie Symptome einer anaphylaktischen Reaktion (14.5.1) hervorrufen, wenn sie in großer Menge in den Kreislauf gelangen. Sie lösen in der Umgebung der Bakterienzelle eine Entzündungsreaktion aus, indem sie die glatte Gefäßmuskulatur kontrahieren, die Gefäßpermeabilität steigern und Granulozyten und Monozyten anlocken (Chemotaxis).

Alternativer Weg
Komplementsystem:Klassischer Weg

Der alternative Weg der Komplementaktivierung wird durch das Plasmaprotein Properidin ausgelöst. Auch Bestandteile von Zellwänden gramnegativer Bakterien (Endotoxine) und die Plasmaproteine Faktor B und D können die Kaskade in Gang setzen. Startpunkt ist die an der Oberfläche der Zielzelle lokalisierte Komponente C3b, an die der Faktor B bindet. Nach Eingehen dieser Bindung kann der Faktor B von Faktor D (Protease) gespalten werden, wodurch die C3/C5-Konvertase entsteht. An diesem Punkt beginnt die gemeinsame Endstrecke.

Gemeinsame Endstrecke
Komplementsystem:Alternativer Weg

Die C3/C5-Konvertase konvertiert C3 in C3a und C3b und C5 in C5a und C5b. C5b bindet an die Oberfläche der Zielzelle und bindet dort C6, an welches sich C7 bindet. Sobald das C7 gebunden hat, erfolgt eine Konformationsänderung, wodurch der Komplex hydrophobe Eigenschaften erlangt und in die Zellmembran (Lipiddoppelschicht) eindringen kann. Dort erfolgen die Anlagerung von C8 und schließlich die Bindung und Polymerisierung von C9-Molekülen, welche eine Pore in der Zellmembran bilden (membranangreifender Komplex). Durch diese Pore können Ionen, Wasser und Enzyme in die Zelle fließen, was schließlich zur Zelllyse führt.

Cave

Das Komplementsystem ist nicht in der Lage, Antigene zu agglutinieren. Hierfür werden Antikörper benötigt!

Merke

Die Aktivierung des Komplementsystems führt entweder zur Phagozytose der Zielzelle (einschließlich des Antigen-Antikörper-Komplexes) oder zur Bildung von Poren in der Membran der Zielzelle ( Zelllyse).

Viele Zellen des Immunsystems (Makrophagen, Monozyten, Granulozyten) und auch Erythrozyten sind auf ihrer Oberfläche mit Rezeptoren für Komplementfaktoren (CR) ausgestattet (z. B. C3b). Erythrozyten tragen Rezeptoren für Komplementfaktoren, da sie für die Beseitigung von löslichen Immunkomplexen im Blut benötigt werden.

Merke

Die Kaskade des Komplementsystems beginnt bei C1 und läuft in folgender Reihenfolge ab: C1C4 C2C3C5C6C7C8C9.

Blutgruppenantigene

Komplementsystem:Gemeinsame EndstreckeBlutgruppenantigeneBlutgruppenantigene sind Moleküle mit antigenen Eigenschaften, die sich auf der Oberfläche von Erythrozyten befinden. Die bekanntesten sind das AB0- und das Rhesus-System. Hier soll kurz das AB0-System vorgestellt werden.
AB0-Antigene bestehen aus Polysaccharidketten, die in der Zellmembran der Erythrozyten verankert sind. Die H-Substanz (Blutgruppe 0: -Gal-Fuc) ist sozusagen die Grundstruktur jedes AB-Antigens; alle Individuen tragen sie auf ihren Erythrozyten. Ihre antigene Wirkung ist sehr schwach.
Die Blutgruppenantigene der Blutgruppe A, B und AB werden durch weitere angeknüpfte Zuckerreste repräsentiert.

  • Merke

  • Blutgruppe 0: -Gal-Fuc

  • Blutgruppe A: -Gal-Fuc-NAGA

  • Blutgruppe B: -Gal-Fuc-Gal

  • Blutgruppe AB: -Gal-Fuc<

Klinik

Menschen verfügen im Plasma über so genannte Isohämagglutinine Antikörper (hauptsächlich IgM) gegen fremde Blutgruppenantigene. So verfügen Menschen mit der Blutgruppe A über Anti-B-, Menschen mit Blutgruppe B über Anti-A-Isohämagglutinine. Menschen mit der Blutgruppe AB besitzen keine Isohämaglutinine, weder Anti-A noch Anti-B, entsprechend haben Menschen mit der Blutgruppe 0 beide Antikörper.

Immundefekte

Allergien

Ist ein menschlicher Organismus hypersensitiv gegenüber einem bestimmten Antigen, kann es bei der Sekundärantwort zu einer überschießenden Immunreaktion (Allergie) kommen. Man kann diese Überempfindlichkeitsreaktion nach Coombs und Gell in vier Typen einteilen:

  • Bei der Typ-I-Reaktion (anaphylaktische Reaktion) wird im Rahmen der Primärantwort viel IgE gebildet, das mit dem Fc-Anteil an Mastzellen und basophile Granulozyten bindet. Bei erneutem Kontakt mit dem Allergen bindet dieses dort zwei benachbarte IgE-Moleküle, was zur Histaminfreisetzung führt. Die anaphylaktische Reaktion manifestiert sich nach maximal 30 Minuten. Beispiele für die Typ-I-Reaktion sind Asthma und Heuschnupfen.

  • Die Typ-II-Reaktion (zytotoxischer Typ) wird durch den Kontakt spezifischer IgM- oder IgG-Antikörper mit fremden Zelloberflächen ausgelöst. Sie aktivieren das Komplementsystem, sodass es zur Lyse der fremden Zellen kommt. Die Typ-II-Reaktion manifestiert sich nach > 30 Minuten (bis wenige Stunden). Auf diese Weise verlaufen z. B. die Rhesusunverträglichkeit (Morbus haemolyticus neonatorum, 14.2.2) und Transfusionsreaktionen.

  • Bei der Typ-III-Reaktion (Immunkomplextyp) lagern sich Antigen-Antikörper-Komplexe, die sich infolge eines akuten oder chronischen Antigenkontakts gebildet haben, in Gefäßen verschiedener Organe ab. Sie aktivieren Komplement und führen so zu Gewebsschädigungen. Diese Reaktion läuft in 3–8 Stunden ab. Beispiele sind Immunkomplex-Glomerulonephritiden (z. B. die Poststreptokokken-Glomerulonephritis) und Kollagenosen wie Lupus erythematodes oder rheumatoide Arthritis.

  • Die Typ-IV-Reaktion ist eine verzögerte zellvermittelte Reaktion, die sich erst nach 24–48 Stunden manifestiert. T-Lymphozyten reagieren auf den Kontakt mit fremden Zelloberflächen mit der Synthese und Sekretion von Lymphokinen (Interleukine, Interferone), was zur Aktivierung von Makrophagen führt und schließlich eine zytotoxische Wirkung hat. Beispiele sind die Tuberkulinreaktion und die Abstoßung eines transplantierten Organs.

Merke

Bevor eine Allergie auftritt, erfolgt in jedem Fall eine Sensibilisierung des Organismus beim Erstkontakt mit dem Antigen. Dieser verläuft ohne klinische Symptome.

AIDS

Allergien

AIDS (Acquired immunodeficiency syndrome) ist eine erworbene Immunschwäche. Auslöser ist das humane Immunschwächevirus (HIV). Man unterscheidet HIV-1 und HIV-2, wobei HIV-2 weitaus seltener ist. HIV ist ein Retrovirus, d. h., es besitzt ein Genom aus einzelsträngiger RNA, das in eine doppelsträngige DNA umgeschrieben und in das Genom der Wirtszelle eingebaut wird. Nur wenn die Virus-DNA in das fremde Genom integriert ist, kann sie sich vermehren.

HIV enthält in seiner Membran zwei verschiedene Glykoproteine: Das gp41 durchsetzt die Membran vollständig und trägt am extrazellulären Ende das gp120 (Abb. 14.19). Der Kern des Virus (Core) enthält zwei RNA-Kopien und die reverse Transkriptase (die RNA in DNA umschreibt).

Im menschlichen Organismus dienen T-Helferzellen als Wirtszellen für das HIV. Dieses dockt an CD4-Moleküle auf der Oberfläche der Helferzellen an. Das gp41 gelangt in die Membran der T-Zelle, dort verschmilzt der Virus mit der T-Helferzelle. Der Viruskern gelangt in die Wirtszelle, wo aus RNA eine doppelsträngige DNA synthetisiert wird. Im Folgenden werden virale Gene exprimiert und virale Membranproteine in die Membran der Wirtszelle eingebaut. Dadurch nimmt die Membrandurchlässigkeit zu und der Einstrom von Wasser und Ionen führt zur Zelllyse. Das Virus benötigt eine spezifische Protease zur Spaltung synthetisierter Proteine.

Lerntipp

  • Reverse Transkriptase RNA-abhängige DNA-Polymerase: DNA-Einzelstrang entsteht aus retroviraler RNA.

  • Der RNA-Anteil wird abgebaut.

  • Als DNA-abhängige DNA-Polymerase synthetisiert die reverse Transkriptase einen komplementären DNA-Doppelstrang.

Durch die Lyse vieler T-Helferzellen wird das Immunsystem stark geschwächt, die Patienten erkranken häufig und schwer an teils banalen Infektionen. Selbst eine Erkältung kann tödliche Folgen haben.

Klinik

Die Suche nach einem Impfstoff gegen AIDS ist sehr schwierig, da HIV mannigfaltige Antigene besitzt und aufgrund fehleranfälliger Replikationsmechanismen einer sehr hohen Mutationsrate unterliegt.

Der Nachweis einer HIV-Infektion erfolgt mittels indirektem ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay). Erst nach dreimaliger Durchführung dieses Versuchs lässt sich mit 99,9-prozentiger Sicherheit sagen, ob ein Patient HIV-infiziert ist oder nicht.

Bei Patienten, bei denen noch keine Immunantwort gegen das HIV ausgelöst wurde und somit noch keine Antikörper vorhanden sind, kann das Virus mittels PCR (Polymerase chain reaction) nachgewiesen werden.

Autoimmunerkrankungen

AIDSBei AutoimmunerkrankungenAutoimmunerkrankungen liegt ein Defekt der Selektionsmechanismen vor. Es erfolgt eine Immunantwort auf körpereigene Moleküle. Gewebe, das der Körper nicht als körpereigen erkennt, werden durch die Immunreaktion geschädigt.
Man vermutet, dass die Entstehung einer Autoimmunerkrankung mit den MHC-Klasse-II-Molekülen zusammenhängt. Auch Umweltfaktoren spielen eine Rolle.

Klinik

Eine Autoimmunreaktion kann jedoch auch auftreten, wenn ein Antigen starke Ähnlichkeit mit einem körpereigenen Molekül aufweist. So können Streptokokken eine Infektion und als Zweiterkrankung (einige Wochen nach der Infektion) rheumatisches Fieber auslösen (dieses manifestiert sich vor allem an Nieren, Gelenken und am Herzen), weil Antikörper gegen Streptokokken auch mit Molekülen reagieren, die sich am Endokard befinden.

Zu den bekanntesten und häufigsten Autoimmunerkrankungen gehören der Diabetes mellitus Typ 1 und die rheumatoide Arthritis.

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