Granulocyten omvatten basofielen, eosinofielen, en neutrofielen. Basofielen en eosinofielen zijn belangrijk voor de verdediging tegen parasieten. Zij zijn ook betrokken bij allergische reacties. Neutrofielen, de talrijkste aangeboren immuuncel, patrouilleren voor problemen door in de bloedbaan te circuleren. Zij kunnen bacteriën fagocyteren, of opeten, door ze af te breken in speciale compartimenten die blaasjes worden genoemd.
Mastcellen zijn ook belangrijk voor de verdediging tegen parasieten. Mastcellen worden gevonden in weefsels en kunnen allergische reacties bemiddelen door het vrijgeven van ontstekingschemicaliën zoals histamine.
Monocyten, die zich ontwikkelen tot macrofagen, patrouilleren ook en reageren op problemen. Zij worden aangetroffen in de bloedbaan en in weefsels. Macrofagen, “grote eter” in het Grieks, zijn genoemd naar hun vermogen bacteriën op te nemen en af te breken. Bij activering coördineren monocyten en macrofagen een immuunreactie door andere immuuncellen op de hoogte te brengen van het probleem. Macrofagen hebben ook belangrijke niet-immuunfuncties, zoals het recyclen van dode cellen, zoals rode bloedcellen, en het opruimen van cellulair afval. Deze “huishoudelijke” functies vinden plaats zonder activering van een immuunrespons.
Neutrofielen (in rood) hopen zich binnen enkele minuten op op de plaats van plaatselijke weefselbeschadiging (midden). Ze communiceren dan met elkaar met behulp van lipiden en andere afgescheiden mediatoren om cellulaire “zwermen” te vormen. Hun gecoördineerde beweging en uitwisseling van signalen instrueert vervolgens andere aangeboren immuuncellen, macrofagen en monocyten (in groen), om de neutrofielencluster te omringen en een hechte wondafdichting te vormen. Deze video van 24 seconden is een weergave van een twee uur durende opname.
Dendritische cellen (DC) zijn een belangrijke antigeen-presenterende cel (APC), en zij kunnen ook ontstaan uit monocyten. Antigenen zijn moleculen van pathogenen, gastheercellen en allergenen die kunnen worden herkend door adaptieve immuuncellen. APC’s zoals DC’s zijn verantwoordelijk voor het verwerken van grote moleculen tot “leesbare” fragmenten (antigenen) die door adaptieve B- of T-cellen worden herkend. Antigenen alleen kunnen echter geen T-cellen activeren. Zij moeten worden gepresenteerd met het juiste major histocompatiblity complex (MHC) dat op het APC tot expressie komt. MHC vormt een controlepunt en helpt immuuncellen onderscheid te maken tussen gastheer- en lichaamsvreemde cellen.
Lees meer over MHC in Communicatie en Immuuntolerantie.
Natural killer (NK)-cellen hebben kenmerken van zowel aangeboren als adaptieve immuniteit. Ze zijn belangrijk voor het herkennen en doden van virus-geïnfecteerde cellen of tumorcellen. Zij bevatten intracellulaire compartimenten, granules genaamd, die gevuld zijn met eiwitten die gaatjes kunnen vormen in de doelcel en ook apoptose kunnen veroorzaken, het proces voor geprogrammeerde celdood. Het is belangrijk onderscheid te maken tussen apoptose en andere vormen van celdood zoals necrose. Bij apoptose komen, in tegenstelling tot bij necrose, geen gevaarsignalen vrij die kunnen leiden tot een grotere immuunactivering en ontsteking. Door apoptose kunnen immuuncellen op discrete wijze geïnfecteerde cellen verwijderen en de schade door omstanders beperken. Onlangs hebben onderzoekers in muismodellen aangetoond dat NK-cellen, net als adaptieve cellen, kunnen worden vastgehouden als geheugencellen en kunnen reageren op latere infecties door dezelfde ziekteverwekker.
Adaptieve cellen
B-cellen hebben twee belangrijke functies: Zij presenteren antigenen aan T-cellen, en wat nog belangrijker is, zij produceren antilichamen om besmettelijke microben te neutraliseren. Antilichamen bedekken het oppervlak van een ziekteverwekker en vervullen drie belangrijke functies: neutralisatie, opsonisatie en complementactivering.
Neutralisatie treedt op wanneer de ziekteverwekker, omdat hij bedekt is met antilichamen, niet in staat is zich te binden en gastheercellen te infecteren. Bij opsonisatie dient een aan antilichamen gebonden ziekteverwekker als een rode vlag om immuuncellen, zoals neutrofielen en macrofagen, te waarschuwen dat zij de ziekteverwekker moeten opslokken en verteren. Complement is een proces voor het direct vernietigen, of lyseren, van bacteriën.
Lees meer over complement in het gedeelte Communicatie.
Antilichamen worden op twee manieren tot expressie gebracht. De B-celreceptor (BCR), die op het oppervlak van een B-cel zit, is eigenlijk een antilichaam. B-cellen scheiden ook antilichamen af om ziekteverwekkers te verspreiden en aan zich te binden. Deze dubbele expressie is belangrijk omdat het eerste probleem, bijvoorbeeld een bacterie, wordt herkend door een unieke BCR en de B-cel activeert. De geactiveerde B-cel reageert door antilichamen uit te scheiden, in wezen de BCR, maar in oplosbare vorm. Dit zorgt ervoor dat de reactie specifiek is tegen de bacterie die het hele proces in gang heeft gezet.
Elke antistof is uniek, maar ze vallen onder algemene categorieën: IgM, IgD, IgG, IgA, en IgE. (Ig is een afkorting van immunoglobuline, een ander woord voor antilichaam.) Hoewel hun rollen elkaar overlappen, is IgM in het algemeen belangrijk voor de activering van complement; IgD is betrokken bij de activering van basofielen; IgG is belangrijk voor neutralisatie, opsonisatie en complementactivering; IgA is essentieel voor neutralisatie in het maagdarmkanaal; en IgE is nodig voor de activering van mestcellen bij parasitaire en allergische reacties.
T-cellen hebben een verscheidenheid aan rollen en worden ingedeeld in subgroepen. T-cellen worden onderverdeeld in twee brede categorieën: CD8+ T-cellen of CD4+ T-cellen, op basis van welk eiwit aanwezig is op het oppervlak van de cel. T-cellen vervullen meerdere functies, waaronder het doden van geïnfecteerde cellen en het activeren of rekruteren van andere immuuncellen.
CD8+ T-cellen worden ook wel cytotoxische T-cellen of cytotoxische lymfocyten (CTL’s) genoemd. Zij zijn van cruciaal belang voor het herkennen en verwijderen van virus-geïnfecteerde cellen en kankercellen. CTL’s hebben gespecialiseerde compartimenten, of granules, die cytotoxinen bevatten die apoptose veroorzaken, d.w.z. geprogrammeerde celdood. Vanwege de potentie wordt het vrijkomen van granules strak gereguleerd door het immuunsysteem.
De vier belangrijkste CD4+ T-cel subsets zijn TH1, TH2, TH17, en Treg, waarbij “TH” verwijst naar “T-helpercel”. TH1-cellen zijn van cruciaal belang voor de coördinatie van immuunreacties tegen intracellulaire microben, vooral bacteriën. Zij produceren en scheiden moleculen af die andere immuuncellen, zoals bacteriënetende macrofagen, alarmeren en activeren. TH2-cellen zijn belangrijk voor de coördinatie van de immuunreactie tegen extracellulaire ziekteverwekkers, zoals helminten (parasitaire wormen), door B-cellen, granulocyten en mestcellen te waarschuwen. TH17-cellen worden zo genoemd omdat zij interleukine 17 (IL-17) kunnen produceren, een signaalmolecule die immuun- en niet-immuuncellen activeert. TH17 cellen zijn belangrijk voor het rekruteren van neutrofielen.
Regulerende T cellen (Tregs), zoals de naam al aangeeft, controleren en remmen de activiteit van andere T cellen. Zij voorkomen negatieve immuunactivering en handhaven tolerantie, of het voorkomen van immuunreacties tegen lichaamseigen cellen en antigenen.
Lees meer over tolerantie in Immuuntolerantie.
Communicatie
Immuuncellen communiceren op een aantal manieren, hetzij door cel-tot-cel contact of via uitgescheiden signaalmoleculen. Receptoren en liganden zijn van fundamenteel belang voor cellulaire communicatie. Receptoren zijn eiwitstructuren die tot expressie kunnen komen op het oppervlak van een cel of in intracellulaire compartimenten. De moleculen die receptoren activeren worden liganden genoemd, die vrij zwevend of membraangebonden kunnen zijn.
De interactie tussen ligand en receptor leidt tot een reeks gebeurtenissen binnen de cel waarbij netwerken van intracellulaire moleculen betrokken zijn die de boodschap doorgeven. Door de expressie en de dichtheid van verschillende receptoren en liganden te wijzigen, kunnen immuuncellen specifieke instructies verzenden die zijn toegesneden op de situatie in kwestie.
Cytokinen zijn kleine eiwitten met uiteenlopende functies. In de immuniteit zijn er verschillende categorieën cytokinen die belangrijk zijn voor de groei, activering en functie van de immuuncellen.
- Coloniestimulerende factoren zijn essentieel voor celontwikkeling en -differentiatie.
- Inferonen zijn noodzakelijk voor de activering van immuuncellen. Type I interferonen bemiddelen antivirale immuunreacties, en type II interferon is belangrijk voor antibacteriële reacties.
- Interleukines, die er in meer dan 30 soorten zijn, geven contextspecifieke instructies, met activerende of remmende reacties.
- Chemokinen worden op specifieke plaatsen in het lichaam of op een plaats van infectie gemaakt om immuuncellen aan te trekken. Verschillende chemokines zullen verschillende immuuncellen aantrekken naar de plaats die nodig is.
- De tumor necrose factor (TNF) familie van cytokines stimuleert de proliferatie en activatie van immuuncellen. Zij zijn van cruciaal belang voor het activeren van ontstekingsreacties, en als zodanig worden TNF-blokkers gebruikt voor de behandeling van een verscheidenheid van aandoeningen, waaronder sommige auto-immuunziekten.
Toll-like receptoren (TLR’s) komen tot expressie op aangeboren immuuncellen, zoals macrofagen en dendritische cellen. Ze bevinden zich op het celoppervlak of in intracellulaire compartimenten omdat microben zich in het lichaam of in geïnfecteerde cellen kunnen bevinden. TLR’s herkennen algemene microbiële patronen, en ze zijn essentieel voor aangeboren immuuncelactivering en ontstekingsreacties.
B-celreceptoren (BCR’s) en T-celreceptoren (TCR’s) komen tot expressie op adaptieve immuuncellen. Zij bevinden zich beide op het celoppervlak, maar BCR’s worden ook als antilichamen uitgescheiden om ziekteverwekkers te neutraliseren. De genen voor BCR’s en TCR’s worden willekeurig herschikt in specifieke stadia van celrijping, wat resulteert in unieke receptoren die potentieel alles kunnen herkennen. De willekeurige generatie van receptoren stelt het immuunsysteem in staat te reageren op onvoorziene problemen. Zij verklaren ook waarom geheugen B- of T-cellen zeer specifiek zijn en, wanneer zij hun specifieke ziekteverwekker opnieuw tegenkomen, onmiddellijk een neutraliserende immuunrespons kunnen induceren.
De eiwitten van het Major Histocompatibility Complex (MHC), of menselijk leukocytenantigeen (HLA), vervullen twee algemene functies.
MHC-eiwitten fungeren als dragers om antigenen op celoppervlakken te presenteren. MHC klasse I eiwitten zijn essentieel voor de presentatie van virale antigenen en worden tot expressie gebracht door bijna alle celtypes, behalve rode bloedcellen. Elke cel die door een virus geïnfecteerd is, heeft de mogelijkheid om het probleem via MHC klasse I eiwitten aan te geven. Als reactie hierop zullen CD8+ T-cellen (ook CTL’s genoemd) geïnfecteerde cellen herkennen en doden. MHC klasse II eiwitten worden over het algemeen alleen tot expressie gebracht door antigeen-presenterende cellen zoals dendritische cellen en macrofagen. MHC klasse II eiwitten zijn belangrijk voor de presentatie van antigenen aan CD4+ T cellen. MHC klasse II antigenen zijn gevarieerd en omvatten zowel van pathogenen als van de gastheer afkomstige moleculen.
MHC-eiwitten geven ook aan of een cel een gastheercel of een vreemde cel is. Ze zijn zeer divers en elke persoon heeft een unieke set MHC-eiwitten die hij van zijn of haar ouders heeft geërfd. Er zijn dan ook overeenkomsten in MHC-eiwitten tussen familieleden. Immuuncellen gebruiken MHC om te bepalen of een cel vriendelijk is of niet. Bij orgaantransplantatie worden de MHC- of HLA-eiwitten van donoren en ontvangers op elkaar afgestemd om het risico van afstoting te verkleinen, dat optreedt wanneer het immuunsysteem van de ontvanger het donorweefsel of orgaan aanvalt. Bij stamcel- of beenmergtransplantatie kan een onjuiste MHC- of HLA-matching leiden tot graft-versus-hostziekte, die optreedt wanneer de donorcellen het lichaam van de ontvanger aanvallen.
Complement verwijst naar een uniek proces dat ziekteverwekkers of stervende cellen opruimt en ook immuuncellen activeert. Complement bestaat uit een reeks eiwitten die in het bloed worden aangetroffen en die een membraan-aanvalscomplex vormen. Complementeiwitten worden alleen geactiveerd door enzymen wanneer zich een probleem voordoet, zoals een infectie. Geactiveerde complementeiwitten hechten zich aan een ziekteverwekker en rekruteren en activeren extra complementeiwitten, die zich in een specifieke volgorde verzamelen om een ronde porie of gat te vormen. Complement slaat letterlijk kleine gaatjes in de ziekteverwekker, waardoor lekken ontstaan die tot celdood leiden. Complementeiwitten dienen ook als signaalmoleculen die immuuncellen waarschuwen en naar het probleemgebied lokken.