Immunzellen

Granulozyten umfassen Basophile, Eosinophile und Neutrophile. Basophile und Eosinophile sind wichtig für die Wirtsabwehr gegen Parasiten. Sie sind auch an allergischen Reaktionen beteiligt. Neutrophile, die zahlreichste Zelle des angeborenen Immunsystems, suchen nach Problemen, indem sie im Blutkreislauf zirkulieren. Sie können Bakterien phagozytieren oder verschlucken, indem sie sie in speziellen Kammern, den Vesikeln, abbauen.

Mastzellen sind ebenfalls wichtig für die Abwehr von Parasiten. Mastzellen befinden sich im Gewebe und können allergische Reaktionen vermitteln, indem sie entzündliche Chemikalien wie Histamin freisetzen.

Monozyten, die sich zu Makrophagen entwickeln, patrouillieren ebenfalls und reagieren auf Probleme. Sie befinden sich im Blutkreislauf und in den Geweben. Makrophagen, auf Griechisch „große Fresser“, haben ihren Namen von ihrer Fähigkeit, Bakterien zu verschlingen und abzubauen. Nach ihrer Aktivierung koordinieren Monozyten und Makrophagen eine Immunreaktion, indem sie andere Immunzellen auf das Problem aufmerksam machen. Makrophagen haben auch wichtige nicht-immune Funktionen, wie z. B. das Recycling toter Zellen, wie z. B. roter Blutkörperchen, und die Beseitigung von Zelltrümmern. Diese „Haushaltsfunktionen“ treten ohne Aktivierung einer Immunreaktion auf.

Neutrophile (in rot) sammeln sich innerhalb von Minuten an Stellen lokaler Gewebeverletzungen (Mitte). Sie kommunizieren dann mit Hilfe von Lipiden und anderen abgesonderten Botenstoffen miteinander und bilden zelluläre „Schwärme“. Durch ihre koordinierte Bewegung und den Austausch von Signalen werden andere Zellen des angeborenen Immunsystems, die Makrophagen und Monozyten (in grün), angewiesen, den Neutrophilenschwarm zu umgeben und die Wunde abzudichten. Dieses 24-Sekunden-Video repräsentiert eine zweistündige Aufnahme.

Dendritische Zellen (DC) sind eine wichtige antigenpräsentierende Zelle (APC), die sich auch aus Monozyten entwickeln können. Antigene sind Moleküle von Krankheitserregern, Wirtszellen und Allergenen, die von adaptiven Immunzellen erkannt werden können. APCs wie DCs sind für die Verarbeitung großer Moleküle in „lesbare“ Fragmente (Antigene) verantwortlich, die von adaptiven B- oder T-Zellen erkannt werden. Antigene allein können jedoch keine T-Zellen aktivieren. Sie müssen mit dem entsprechenden Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) präsentiert werden, der auf dem APC exprimiert wird. MHC stellt einen Kontrollpunkt dar und hilft den Immunzellen, zwischen Wirts- und Fremdzellen zu unterscheiden.

Lesen Sie mehr über MHC in Kommunikation und Immuntoleranz.

Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) weisen Merkmale sowohl der angeborenen als auch der adaptiven Immunität auf. Sie sind wichtig für die Erkennung und Abtötung von virusinfizierten Zellen oder Tumorzellen. Sie enthalten intrazelluläre Kompartimente, so genannte Granula, die mit Proteinen gefüllt sind, die Löcher in der Zielzelle bilden und auch Apoptose, den programmierten Zelltod, verursachen können. Es ist wichtig, zwischen Apoptose und anderen Formen des Zelltods wie Nekrose zu unterscheiden. Bei der Apoptose werden im Gegensatz zur Nekrose keine Gefahrensignale freigesetzt, die zu einer stärkeren Immunaktivierung und Entzündung führen können. Durch Apoptose können Immunzellen infizierte Zellen diskret beseitigen und den Schaden für Umstehende begrenzen. Kürzlich haben Forscher in Mausmodellen gezeigt, dass NK-Zellen, wie adaptive Zellen, als Gedächtniszellen erhalten bleiben und auf nachfolgende Infektionen durch denselben Erreger reagieren können.

Adaptive Zellen

B-Zellen haben zwei Hauptfunktionen: Sie präsentieren den T-Zellen Antigene, und, was noch wichtiger ist, sie produzieren Antikörper, um infektiöse Mikroben zu neutralisieren. Antikörper bedecken die Oberfläche eines Erregers und erfüllen drei Hauptfunktionen: Neutralisierung, Opsonisierung und Komplementaktivierung.

Neutralisierung liegt vor, wenn der Erreger, weil er mit Antikörpern bedeckt ist, keine Wirtszellen mehr binden und infizieren kann. Bei der Opsonisierung dient ein an Antikörper gebundener Erreger als rotes Fähnchen, um Immunzellen wie Neutrophile und Makrophagen zu alarmieren, die den Erreger verschlingen und verdauen. Komplement ist ein Prozess zur direkten Zerstörung oder Lysierung von Bakterien.

Lesen Sie mehr über Komplement im Abschnitt Kommunikation.

Antikörper werden auf zwei Arten exprimiert. Der B-Zell-Rezeptor (BCR), der sich auf der Oberfläche einer B-Zelle befindet, ist eigentlich ein Antikörper. B-Zellen sezernieren auch Antikörper, um Krankheitserreger zu verbreiten und zu binden. Diese doppelte Expression ist wichtig, weil das anfängliche Problem, z. B. ein Bakterium, von einem bestimmten BCR erkannt wird und die B-Zelle aktiviert. Die aktivierte B-Zelle reagiert mit der Sekretion von Antikörpern, die im Wesentlichen aus dem BCR bestehen, aber in löslicher Form vorliegen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Reaktion spezifisch gegen das Bakterium ist, das den ganzen Prozess ausgelöst hat.

Jeder Antikörper ist einzigartig, aber sie fallen unter allgemeine Kategorien: IgM, IgD, IgG, IgA und IgE. (Ig ist die Abkürzung für Immunglobulin, was ein anderes Wort für Antikörper ist.) Obwohl sie sich überschneidende Aufgaben haben, ist IgM im Allgemeinen wichtig für die Komplementaktivierung; IgD ist an der Aktivierung der Basophilen beteiligt; IgG ist wichtig für die Neutralisierung, Opsonisierung und Komplementaktivierung; IgA ist wichtig für die Neutralisierung im Magen-Darm-Trakt; und IgE ist notwendig für die Aktivierung von Mastzellen bei parasitären und allergischen Reaktionen.

T-Zellen haben eine Vielzahl von Aufgaben und werden nach Untergruppen klassifiziert. T-Zellen werden in zwei große Kategorien unterteilt: CD8+ T-Zellen und CD4+ T-Zellen, je nachdem, welches Protein auf der Zelloberfläche vorhanden ist. T-Zellen erfüllen mehrere Funktionen, darunter die Abtötung infizierter Zellen und die Aktivierung oder Rekrutierung anderer Immunzellen.

CD8+ T-Zellen werden auch als zytotoxische T-Zellen oder zytotoxische Lymphozyten (CTLs) bezeichnet. Sie sind entscheidend für die Erkennung und Beseitigung virusinfizierter Zellen und Krebszellen. CTLs verfügen über spezialisierte Kompartimente oder Granula, die Zytotoxine enthalten, die Apoptose, d. h. den programmierten Zelltod, verursachen. Aufgrund ihrer Wirksamkeit wird die Freisetzung der Granula vom Immunsystem streng reguliert.

Die vier wichtigsten Untergruppen der CD4+ T-Zellen sind TH1, TH2, TH17 und Treg, wobei sich „TH“ auf „T-Helferzelle“ bezieht. TH1-Zellen sind von entscheidender Bedeutung für die Koordinierung von Immunreaktionen gegen intrazelluläre Mikroben, insbesondere Bakterien. Sie produzieren und sezernieren Moleküle, die andere Immunzellen, wie bakterienfressende Makrophagen, alarmieren und aktivieren. TH2-Zellen sind wichtig für die Koordinierung von Immunreaktionen gegen extrazelluläre Krankheitserreger, wie Helminthen (parasitäre Würmer), indem sie B-Zellen, Granulozyten und Mastzellen alarmieren. TH17-Zellen werden nach ihrer Fähigkeit benannt, Interleukin 17 (IL-17) zu produzieren, ein Signalmolekül, das Immun- und Nicht-Immunzellen aktiviert. TH17-Zellen sind wichtig für die Rekrutierung von neutrophilen Granulozyten.

Regulatorische T-Zellen (Tregs) überwachen und hemmen, wie der Name schon sagt, die Aktivität anderer T-Zellen. Sie verhindern eine unerwünschte Immunaktivierung und halten die Toleranz aufrecht, also die Verhinderung von Immunreaktionen gegen körpereigene Zellen und Antigene.

Lesen Sie mehr über Toleranz in Immuntoleranz.

Kommunikation

Immunzellen kommunizieren auf verschiedene Weise, entweder durch Zell-zu-Zell-Kontakt oder durch sekretierte Signalmoleküle. Rezeptoren und Liganden sind für die zelluläre Kommunikation von grundlegender Bedeutung. Rezeptoren sind Proteinstrukturen, die auf der Oberfläche einer Zelle oder in intrazellulären Kompartimenten vorkommen können. Die Moleküle, die die Rezeptoren aktivieren, werden als Liganden bezeichnet, die frei schwimmend oder membrangebunden sein können.

Die Interaktion zwischen Ligand und Rezeptor führt zu einer Reihe von Ereignissen innerhalb der Zelle, an denen Netzwerke intrazellulärer Moleküle beteiligt sind, die die Botschaft weiterleiten. Indem sie die Expression und Dichte verschiedener Rezeptoren und Liganden verändern, können Immunzellen spezifische, auf die jeweilige Situation zugeschnittene Anweisungen senden.
Zytokine sind kleine Proteine mit unterschiedlichen Funktionen. In der Immunität gibt es mehrere Kategorien von Zytokinen, die für das Wachstum, die Aktivierung und die Funktion von Immunzellen wichtig sind.

• Koloniestimulierende Faktoren sind wesentlich für die Zellentwicklung und -differenzierung.
• Interferone sind für die Aktivierung von Immunzellen notwendig. Interferone vom Typ I vermitteln antivirale Immunreaktionen, und Interferone vom Typ II sind wichtig für antibakterielle Reaktionen.
• Interleukine, von denen es über 30 verschiedene Arten gibt, geben kontextspezifische Anweisungen mit aktivierenden oder hemmenden Reaktionen.
• Chemokine werden an bestimmten Stellen im Körper oder am Ort einer Infektion gebildet, um Immunzellen anzuziehen. Unterschiedliche Chemokine rekrutieren unterschiedliche Immunzellen an den benötigten Ort.
• Die Zytokinfamilie der Tumornekrosefaktoren (TNF) stimuliert die Vermehrung und Aktivierung von Immunzellen. Sie sind für die Aktivierung von Entzündungsreaktionen von entscheidender Bedeutung, weshalb TNF-Blocker zur Behandlung einer Vielzahl von Erkrankungen, einschließlich einiger Autoimmunerkrankungen, eingesetzt werden.

Toll-like-Rezeptoren (TLRs) werden auf angeborenen Immunzellen wie Makrophagen und dendritischen Zellen exprimiert. Sie befinden sich auf der Zelloberfläche oder in intrazellulären Kompartimenten, da sich Mikroben im Körper oder in infizierten Zellen befinden können. TLRs erkennen allgemeine mikrobielle Muster und sind für die Aktivierung der angeborenen Immunzellen und für Entzündungsreaktionen unerlässlich.

B-Zell-Rezeptoren (BCRs) und T-Zell-Rezeptoren (TCRs) werden auf adaptiven Immunzellen exprimiert. Sie befinden sich beide auf der Zelloberfläche, aber BCRs werden auch als Antikörper zur Neutralisierung von Krankheitserregern ausgeschieden. Die Gene für BCRs und TCRs werden in bestimmten Stadien der Zellreifung zufällig neu angeordnet, was zu einzigartigen Rezeptoren führt, die potenziell alles erkennen können. Die zufällige Generierung von Rezeptoren ermöglicht es dem Immunsystem, auf unvorhergesehene Probleme zu reagieren. Sie erklären auch, warum B- oder T-Gedächtniszellen hochspezifisch sind und bei einem erneuten Zusammentreffen mit dem spezifischen Erreger sofort eine neutralisierende Immunantwort auslösen können.

Major-Histokompatibilitätskomplex- (MHC) oder menschliche Leukozytenantigen- (HLA) Proteine erfüllen zwei allgemeine Aufgaben.

MHC-Proteine fungieren als Träger für die Präsentation von Antigenen auf der Zelloberfläche. MHC-Proteine der Klasse I sind für die Präsentation viraler Antigene unerlässlich und werden von fast allen Zelltypen mit Ausnahme der roten Blutkörperchen exprimiert. Jede Zelle, die mit einem Virus infiziert ist, kann das Problem durch MHC-Klasse-I-Proteine signalisieren. Als Reaktion darauf erkennen und töten CD8+ T-Zellen (auch CTLs genannt) infizierte Zellen. MHC-Klasse-II-Proteine werden im Allgemeinen nur von Antigen-präsentierenden Zellen wie dendritischen Zellen und Makrophagen exprimiert. MHC-Klasse-II-Proteine sind wichtig für die Präsentation von Antigenen für CD4+ T-Zellen. MHC-Klasse-II-Antigene sind vielfältig und umfassen sowohl vom Erreger als auch vom Wirt stammende Moleküle.

MHC-Proteine signalisieren auch, ob eine Zelle eine Wirtszelle oder eine fremde Zelle ist. Sie sind sehr vielfältig, und jeder Mensch hat einen einzigartigen Satz von MHC-Proteinen, die er von seinen Eltern geerbt hat. Daher gibt es Ähnlichkeiten bei MHC-Proteinen zwischen Familienmitgliedern. Immunzellen verwenden MHC, um festzustellen, ob eine Zelle freundlich ist oder nicht. Bei Organtransplantationen werden die MHC- oder HLA-Proteine von Spender und Empfänger aufeinander abgestimmt, um das Risiko einer Transplantatabstoßung zu verringern, die eintritt, wenn das Immunsystem des Empfängers das Spendergewebe oder -organ angreift. Bei Stammzell- oder Knochenmarktransplantationen kann eine falsche MHC- oder HLA-Anpassung zu einer Transplantat-gegen-Wirt-Krankheit führen, die auftritt, wenn die Spenderzellen den Körper des Empfängers angreifen.

Komplement bezieht sich auf einen einzigartigen Prozess, der Krankheitserreger oder absterbende Zellen beseitigt und auch Immunzellen aktiviert. Komplement besteht aus einer Reihe von Proteinen, die im Blut vorkommen und einen Membranangriffskomplex bilden. Komplementproteine werden nur dann durch Enzyme aktiviert, wenn ein Problem, wie eine Infektion, auftritt. Aktivierte Komplementproteine heften sich an einen Krankheitserreger und rekrutieren und aktivieren weitere Komplementproteine, die sich in einer bestimmten Reihenfolge zusammenfinden und eine runde Pore oder ein Loch bilden. Komplement stanzt buchstäblich kleine Löcher in den Erreger, wodurch Lecks entstehen, die zum Zelltod führen. Komplementproteine dienen auch als Signalmoleküle, die Immunzellen alarmieren und sie an den Problembereich heranführen.