Pillars of Immunology

1. Pillars of Immunology MHCRestriktion Andreas Kugemann 01.03.2011

2. Immunological surveillance against altered self components by sensitised T lymphocytes in lymphocytic choriomeningitisby Rolf M. Zinkernagel & Peter C. Doherty

3. Gliederung • Hintergründe des Experiments • Fragestellung des Versuches • Wissensstand vor 1976 • Polymorhismus des H2-Gens • Erklärungsversuche • Das „Intimacy“-Model • Das „Altered-self“-Model

4. Gliederung • Das Historische Experiment • Vorbereitung der Versuchsstämme • Versuchsdurchführung • Ergebnisse • Interpretation der Ergebnisse • Heutiger Wissensstand • Take home message

5. Fragestellung des Versuchs • Wie funktioniert die Erkennung des Immunsystems für körpereigene und körperfremde Zellen ? • Welche Funktion in der Erkennung körpereigener Zellen übernimmt das Genprodukt von H2 ?

6. Wissensstand vor 1976 • Bekannt war • Cytotoxische T-Zellen (CTLs) können Virus-infizierte Zellen lysieren • Eine räumliche Annäherung ist für die Lyse notwendig • Die Lyse-Fähigkeit von CTLs ist durch das Genprodukt des H2-Lokus limitiert

7. Wissensstand vor 1976 • Unbekannt war • Die Struktur des T-Zellrezeptors (TCR) • Die Struktur des major histocompatibility complexe (MHC) • Die Interaktion zwischen TCR  MHC

8. Polymorphismus des H2-Genlokus • Definition • Mehrere Formen eines Gens (Allels) innerhalb einer Population • Ein Individuum einer Population trägt zwei unterschiedliche oder zwei gleichartige Allele

9. Polymorphismus des H2-Genlokus • Im Bezug auf das Experiment • Polymorphie des H2-Genlokus bekannt • Im Experiment wurden der H2b, H2d und H2k Lokus untersucht

10. Das „Intimacy“ - Model • CTLs verfügen über spezifische Rezeptoren zur Erkennung von viralen Antigenen (v) • Interaktion zwischen maternalem und paternalem Erkennungssingal mit Produkt des H2-Lokus (k), (b) Quelle: Zinkernagel & Dothery; Nature Vol.251 October 11/1974 S.2899f.

11. Das „Intimacy“ - Model • Eine T-Zellpopulation trägt maternale und paternale Erkennungsregion • Eine T-Zell-population ausreichend für lytische Aktivität Quelle: Zinkernagel & Dothery; Nature Vol.251 October 11/1974 S.2899f.

12. Das „Altered-self“ - Model • CTLs tragen maternalen oder paternalen Rezeptor • Rezeptor erkennt • Durch Virusinfektion verändertes H2-Genprodukt • H2-Virus-Komplex b k k b nach: Zinkernagel & Dothery; Nature Vol.251 October 11/1974 S.2899f.

13. Das „Altered-self“ - Model • Eine T-Zellpopulation trägt maternale oder paternale Erkennungsregion • Zwei T-Zell-populationen nötig für lytische Aktivität b k k b nach: Zinkernagel & Dothery; Nature Vol.251 October 11/1974 S.2899f.

14. Das historische Experiment-Vorbereitung der Versuchsstämme • Kreuzung von Mäuse mit bekannten Genotyp für H2-Genlokus • Generierung einer Filialgeneration mit bekannten H2-Allelen • Immunsierung der F1-CTLs gegen lymphatische choriomeningitis (LCM) virus

15. Das historische Experiment-Versuchsdurchführung • Markern der Lymphozyten der Empfängerstämme mit radioaktivem Chrom (51Cr) • Einführung einer Immundefizienz in Empfängerstämme durch Bestrahlung

16. Das historische Experiment-Versuchsdurchführung • Infektion der Empfängerstämme mit LCM Virus • Infektion von Stämmen deren H2-Genlokus ausreichend bekannt • Injektion LCM-immuner CTLs und Messung des 51Cr-Signals

17. Das historische Experiment-Versuchsdurchführung • Donor-cells • LCM-immune CTLs der F1-Generation (Typ H2k) • Nicht immunisierte CTLs als negativ Kontrolle Quelle: Zinkernagel & Dothery; Nature Vol.251 October 11/1974 S.2899f.

18. Das historische Experiment-Versuchsdurchführung • Recipient strain • Parentalgeneration mit bekannten H2-Genlokus • H-2 type • H2-Genotyp des Empfängerstrangs (recipient strain) Quelle: Zinkernagel & Dothery; Nature Vol.251 October 11/1974 S.2899f.

19. Das historische Experiment-Ergebnisse • Erhöhte 51Cr-Konzentration in Empfängern, die H2k-Lokus besitzen • Keine Signifikante Erhöhung der 51Cr-Konzentration in Empfängern die H2k-Lokus nicht besitzen Quelle: Zinkernagel & Dothery; Nature Vol.251 October 11/1974 S.2899f.

20. Das historische Experiment-Ergebnisse • Erhöhte 51Cr-Konzentration ist Zeichen für lytische Aktivität von CTLs • Nur bei Übereinstimmung des H2-Genlokus zwischen Spender und Empfänger findet Lyse durch CTLs statt Quelle: Zinkernagel & Dothery; Nature Vol.251 October 11/1974 S.2899f.

21. Das historische Experiment-Interpretation der Ergebnisse • Genprodukt des H2-Lokus spielt entscheidende Rolle in Erkennung körpereigener Zellen • Bei fehlender Übereinstimmung ist keine Lyse durch CTLs möglich

22. Heutiger Wissenstand • Genprodukt von H2-Lokus ist MHC • Virusinfektion führt zur Beladung und Expression von MHC I an Zelloberfläche • Virus-spezifischer TCR bindet an beladenen MHC-I der Zielzelle • MHC übernimmt Funktion der Selbst- und Fremderkennung

23. Take home message • Doppelte Funktion des MHC • Identifikation körpereigener Zellen • Präsentation körperfremder Erreger • „Intimacy“-Model vs. „Altered self“-Model • Virusinfektion führt zur Veränderung von Oberflächenrezeptoren („Altered self“) • Eine T-Zellpopulation ist für lytische Aktivität ausreichend („Intimacy“)

24. VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT Alle Bilder aus: Zinkernagel & Dothery; Nature Vol.251 October 11/1974 S.2899f. Definition des Polymorphismus nach: Konzeptevorlesung Jäck Historische Hintergründe aus: Michael J. Bevan; Pillars of Immunology: Altered Self, Altered World Andreas Kugemann 01.03.2011