T-Zellentwicklung Positive Selektion

1. Mastermodul Immunologie T-ZellentwicklungPositive Selektion Sonja Lacher WS2010/2011

2. Gliederung • Aufbau des Thymus • Übersicht der T-Zellentwicklung • Die vier Stadien der „doppelt negativen“ Thymocyten • Positive Selektion • 4.1 Entscheidung über CD4- oder CD8-Zelllinie • 4.2 Nachweis der positiven Selektion • 5. Zusammenfassung

3. 1. Aufbau des Thymus Thymus: Cortex: äußere Bereich; besteht v.a. aus corticalen Epithelzellen und heranreifenden Thymocyten; wenig Makrophagen Medulla: innere Bereich; dendritische Zellen, Makrophagen, reife Thymocyten, medulläre Epithelzellen http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cf/Illu_thymus.jpg

4. 2. Übersicht der T-Zellentwicklung • Entwicklung aus Vorläuferzellen, die aus pluripotenten • hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark hervorgehen • Wanderung über Blut in den Thymus Quelle: R.N. Germain, Nature Review 2002 • doppelt negative Lymphocyten (DN1-DN4): • Entscheidung über α:β- oder γ:δ-T-Zelllinie • Umlagerung der β-, γ- und δ-Kette (Bestandteile des TCR)

5. 2. Übersicht der T-Zellentwicklung • Wenn Entscheidung für α:β-T-Zelllinie: • Entstehung doppelt positiver T-Lymphocyten (CD4+ CD8+) • positive Selektion: - Selbst-MHC-Restriktion • - Differenzierung in drei Gruppen: • konventionelle CD4 und CD8 oder Untergruppe der • regulatorischen T-Zellen (CD4 und viel CD25) • - Verhinderung der Apoptose

6. 2. Übersicht der T-Zellentwicklung • negative Selektion: Entwicklung der Selbsttoleranz • nur 2% der doppelt positiven Thymocyten überleben Selektion • Wanderung der T-Zellen in periphere lymphatische Organe

7. 3. Die vier Stadien der „doppelt negativen“ Zellen Kennzeichnung der T-Zellentwicklung durch Genumlagerung und Änderungen der Zelloberflächenmoleküle • doppelt negative Zellen • tragen Marker der T-Zelllinie • (z.B. CD2) • fehlen: Corezeptoren CD4 und CD8 • doppelt negativ • fehlt CD3:T-Zell-Rezeptor-Komplex Quelle: Janeway, 7. Auflage DN1-Zellen: keine Genumlagerung der Ketten für T-Zell-Rezeptor erfolgt

8. 3. Die vier Stadien der „doppelt negativen“ Zellen • DN2: D-J-Umlagerung der T-Zell-Rezeptor-β-Kette • DN3: V-DJ-Umlagerung der β-Kette • Verbindung der β-Kette mit einer Prä-T-Zell-α-Kette (pTα) =„Ersatz-α-Kette“ die • keine V(D)J-Rekombination macht • Zusammenschluss von CD3:Prä-T-Zell-Rezeptor-Komplex Genumlagerung der β-Kette

9. 3. Die vier Stadien der „doppelt negativen“ Zellen • DN4: zusammengebauter CD3:Prä-T-Zell-Rezeptor-Komplex • Proliferation • β-Ketten Umlagerung eingestellt • Entwicklung zu doppelt positiven Zellen (CD4 und CD8)

10. 3. Die vier Stadien der „doppelt negativen“ Zellen Entscheidung über γ:δ- oder α:β-T-Zelllinie (Hypothese): • nahezu zeitgleiche Genumlagerung der β- γ- (V-D-J) und δ-Loci (V-J) • entweder zuerst : • CD3:Prä-T-Zell-Rezeptor-Komplex oder γ:δ-Rezeptor • α:β-Zelllinie γ:δ-Zelllinie • keine CD4 und CD8 Rezeptoren • evtl. auch abhängig von Stärke des Notch-Signals

11. 4. Positive Selektion • = Verhinderung der Apoptose (nach 3-4 d) doppelt positiver Zellen, die Selbst-MHC-Moleküle erkennen und Reifung zu einfach positiven CD4- oder CD8-Zellen • Genumlagerung der α-Kette bis Signal von Selbst-Peptid:Selbst-MHC-Komplex • Vorgang: Interaktion von TCR und Corezeptor (CD4 oder CD8) der • T-Zelle mit MHC-Klasse-I- oder MHC-Klasse-II-Molekülen auf • corticalen Epithelzellen des Thymus • zu starke und zu schwache Interaktionen lösen Zelltod aus körpereigene MHC-Molekül nicht erkannt Verdacht Autoimmunität auszulösen (negative Selektion) Quelle: R.N. Germain, Nature Review 2002

12. 4.1 Entscheidung über CD4- oder CD8-Zelllinie „strength of signal“ Modell: Signalstärke und Signallänge entscheidend • CD4-Differenzierung • langes und starkes Signal • CD8-Differenzierung • kurzes und schwaches Signal

13. 4.1 Entscheidung über CD4- oder CD8-Zelllinie „strength of signal“ Modell: „Falsche“ Entscheidungen werden nachträglich eliminiert • schwache Bindung an MHCII CD8-Zell-Differenzierung • keine vollständige Reifung (TCR allein führt zu einem zu • geringen Signal) Quelle: R.N. Germain, Nature Review 2002

14. 4.1 Entscheidung über CD4- oder CD8-Zelllinie „strength of signal“ Modell: „Falsche“ Entscheidungen werden nachträglich eliminiert • starke Bindung an MHC-Klasse-I CD4-Zell-Differenzierung • Eliminierung oft durch negative Selektion • Wanderung der gereiften einfach positiven CD4- oder • CD8-Zellen In periphere lymphatische Organe Quelle: R.N. Germain, Nature Review 2002

15. 4.2 Nachweis der positiven Selektion Selbst-Restriktion wichtig, damit T-Lymphocyten nur körpereigene MHC-Moleküle erkennen • Knochenmarkstransplantation einer MHCaxb F1 hybrid Maus auf • MHCa –Empfänger • MHCb-Empfänger • T-Zellen auf MHC-Erkennung des Empfängersselektiert • (durchcorticaleEpithelzellenim Thymus)

16. 5. Zusammenfassung • T-Zell-Reifung findet im Thymus statt • doppelt negative Zellen • exprimieren weder CD4 noch CD8 Corezeptoren • Umlagerung der β, γ und δ-Kette des T-Zellrezeptors • Entscheidung über Differenzierung zur α:β- oder γ:δ-T-Zelllinie; • Ausbildung des Prä-T-Zell-Rezeptors: Heranreifen zu α:β-T-Zellen und • Ausbildung doppelt positiver Zellen • doppelt positive Zellen • tragen CD4 und CD8 Corezeptoren • Umlagerung der α-Kette und Ausbildung des TCR • positive Selektion: Selbst-MHC-Restriktion, Differenzierung zu einfach • positiven CD4- oder CD8-Zellen, Bewahrung vor Apoptose • einfach positive Zellen wandern nach negativer Selektion in periphere lymphatische Organe