Angeborene / „Unspezifische“ Abwehrm

1. Beige Umrandet: Nur Beispiele, Kein Lernstoff Angeborene / „Unspezifische“ Abwehrm Konzeptvorlesung Immunologie Prof. Dr. med. Clemens Dahinden Institut für Immunologie Für Fragen E-mail: clemens.dahinden@iib.unibe.ch

2. Aufgaben des Immunsystems Unterscheidung Selbst – Fremd? Antigen-Erkennung Unterscheidung Harmlos – Gefährlich? Entzündung Unterscheidung Art? / Was? Art der Entzündung Art der Immunität

3. Angeborenes – Adaptives Immunsystem Insult / Nekrose Pathogen = „Gefahr“ Antigen „Pattern“ Erkennung „Fremd“ Erkennung Zytokine Kostimulation Angeborenes Immunsystem (Entzündung Abwehr ) Adaptives Immunsystem (Immunantwort Klonale Expansion) Komlement Zytokine T-Zellen Antikörper Reparatur Immunität

4. Angeborenes vs Adaptives Immunsystem Angeborenes Immunsystem Adaptives Immunsystem • Entzündung / Abwehr • Phylogenetisch älter • Sofort verfügbar • Angeborene Immunität • Antigen Erkennung • Phylogenetisch jünger • Braucht Zeit • Erworbene Immunität Funktion • Myeloide Zellen • Neutrophile • Eosinophile • Basophile • Monozyten • Lymphozyten: NK-Zellen • Lymphozyten • B-Zellen • T-Zellen • (CD4 Helfer) • (CD8 Zytotoxisch) Zellen -Komplement -Lektine -Zytokine • Immunoglobuline • Komplement • Zytokine Humoral

5. Polysacharide Prokariote Signalpeptide LPS / Endotoxin / Lipid A Andere Produkte von Pathogenen Prokariotes DNS Verändertes / fehlendes „Selbst“ Zellschädigung / Nekrose Fremderkennung des angeborenen Immunsystems„Gefahr-Signale“

6. Fremderkennung des angeborenen Immunsystems Lektine: Erkennung von Polysachariden 1. Soluble Lektine (humoral): wie Collektine (C-Typ Lektin Familie) -z.B. Mannose binding protein (MBP) / Surfactant Proteine Bindung an Zucker Struktur Kollagen Struktur Lektin Domäne Zucker Spezifität des MBP: Fucose Mannose N-acetyl -galactosamin MBP Trimer • Bindung an Rezeptoren (CR1/CD35) • fördert Phagozytose • Aktivierung von Komplement WWW Link (Swissprot) 2. Rezeptoren (zellulär): Lektin-Rezeptoren auf Phagozyten - z.B. Mannose Rezeptor / „Scavenger“-Rezeptoren

7. Fremderkennung des angeborenen Immunsystems:Avidität durch repetitive Strukuren und Multimere „Pattern“ Erkennung: - Breite Spezifität / Niedrige Affinität SP-A Monomer • Erhöhung der Avidität druch: • Repetitive Strukturen des Liganden • (z.B. Polysacharide / Zellwände) • Multimere Rezeptoren Trimer Beispiel: Surfactant Protein A Mannose binding Protein 6 x Trimer Avidität

8. Fremderkennung des angeborenen ImmunsystemsPentraxine • C-reaktives Protein (CRP) • -Akut Phase Protein (von Leber gebildet) • Bindet: • Phospholipide (Phosphorylcholin) • DNA / -Histone • Aktiviert Komplement • - Bindet C1q (Klassischer Weg) Beispiele: C-reaktives Protein (CRP) Serum Amyloid P (SAP) Pentraxin 3 Pentamer CRP Struktur Im Komplex mit Phosphorylcholin WWW LINK CRP (Swissprot)

9. „Natürliche“ Antikörper:IgM • Grosses Repertoir • z.T. in Germline Konfiguration • Niedrige Affinität • Breite Spezifität / Kreuzreaktionen • Hohe Avidität • wegen Multivalenz • Aktivierung von Komplement

10. Alternativer Weg Lektin Weg Wege der Komplementaktivierung Angeborenes IS Adaptives IS Klassischer Weg Oberfläche ohne Inhibitoren Polysacharide Immun- komplexe C3b / C3i MBP C1q MASP1 MASP2 C1r B C1s D C2 C2 P C4 C4 C3 Amplifikations Weg C3b

11. C3a C5a: Anaphylatoxine Chemotaxis von Leukozyten C3b C3bi: Opsonisierung Entfernung von Immunkomplexen C9 Lytischer Komplex: Lyse von Zellen / Pathogenen C3bi C3d C3dg: Bindet CR2 (CD21) Stimuliert B-Zellen Immunoglobuline + Komplementaktivierung und Funktion:Link zwischen Erkennung und Effektoren Oberfläche ohne Inhibitoren Polysacharide Immun- komplexe Alternativer Weg Lektin Weg Klassischer Weg C3b / C3i MBP C1q Komplement Aktivierung

12. Komplement Aktivierung:Übersicht Lektin Weg MBP / MASP Klassischer Weg C1q / C1r, C1s „Alternativer“- Amplifikations-Weg

13. Beispiel: Inhibition C3-Konvertase CR1 Komplement:Regulatoren / Inhibitoren Problem: C3 ist Substrat und Kofaktor der C3 Konvertase --- sofortiger Komplementverbrauch ohne Inhibitoren • Regulatoren der Fluid Phase: • Verhindern Komplementaktivierung • und Verbrauch im Plasma • Membrangebundene Regulatoren : • Schützen die eigenen Körperzellen • vor Attacke durch Komplement Fluid Phase: C1-INH C1 C4bp C4b H C3b S-Protein C9 SP-40 C9 Zellmembran: MCP C4b/C3b DAF C4b/C3b CR1 C4b/C3b HRF C9 CD59 C9

14. Fremderkennung des angeborenen ImmunsystemsProkariote Signalpeptide (N-Formyl-Metionyl-Peptide) Chemotaktischer Faktor Rezeptoren: 7-transmembran G-Protein gekoppelt Funktion: Chemotaktische Migration / Zellaktivierung von Leukozyten Modell Rezeptor-Ligand Weitere Chemotaktische Faktoren (Klassen und Beispiele): N-formyl-Met-Peptide Bakteriell, Exogen C5a Komplement, Humoral Leukotrien B4 / PAF Lipid, Zellulär Chemokine Peptid, Zellulär Film (mov Datei)

15. Chemokine CC-Chemokine CXC-Chemokine • - Viele Proteine (>40) • - Gleiche Struktur • - Von Zellen gebildete Chemotaxine • - Leukozyten Migration • und Zell-Aktivation • Unterschiedliche Selektivität • für Leukozyten Subpopulationen • - 7-transmembran Rezeptoren • (Gi-Protein gekoppelt)

16. Soluble Aktivatoren Chemotaxine / Zytokine (TNF, GM-CSF) Partikuläre Aktivatoren / Phagozytose Mikroorganismen, Obsonine, Immunkomplexe Neutrophile GranulozytenPrimäre Abwehrzellen des angeborenen IS Tertiärgranula: Gelatinase / Integrine Chemotaxis / Adhärenz Sekundärgranula: Lysozym / Laktoferrin Bakteriostatisch Primärgranula: Enzyme / Defensine Bakterizid Zytotoxisch Stärke der Aktivierung Plasmamembran NADPH-Oxidase Sauerstoffradikale Entzündungsmediatoren Zytokine Abtötung der Mikroorganismen Gewebeschaden z.B. Abszess

17. O2-Synthase = NADPH Oxidase Zytotoxische Radikale (Superoxid, Stickoxid) Degranulation Induktion (Mono) Aktivierung (Neutro / Mono) Myelo- Peroxidase Induzierbare NO-Synthase Enzym Substrate Wichtigste Produkte Oxidation Chlorination Tyr-Nitration Tyrosin- Nitration Effekte (Beispiele Nitrosylation Oxidation

18. Fremderkennung des angeborenen ImmunsystemsLPS / Endotoxin / Lipid A Lipid A Core / Variable Polysacharid Lipid A Lektine Komplement LPS / Lipid A Rezeptoren Opsonisierung Phagozytose Chemotaxis Lyse Mediatoren Zytokine -TNF; IL-1, IL-6, IL-8 Entzündung Schock

19. LPS / Endotoxin / Lipid ABindungsproteine + Rezeptoren LPS-bindende Protein-Familie LPS-Rezeptoren CD14 + Toll-like Rezeptor 4 LBP(LPS binding protein) -aus Leber (akut Phase Protein) -bindet Lipid A + gram- Bakterien -nicht bakterizid -opsonisierend -erhöht Effekte des LPS BPI(bactericidal permeability inducing) -aus Neutrophilen Granula -bindet Lipid A + gram- Bakterien -bakterizid -nicht opsonisierend -inhibiert Effekte des LPS TLR4 Signal Entzündung Struktur LBP

20. Signaltransduktion and zelluläre Effekte:Gemeinsamkeiten von Lipid A mit IL-1 und IL-18 Homologe intrazelluläre Domäne ähnliche Signaltransduktion ähnliche Effekte durch Pathogen-Produkte und proinflammatorische Zytokine

21. TLR7 TLR8 TLR9 Interleukin-1 / Toll-like Rezeptor Familie (TIR) Extrazelullär: Ligandenspezifität Zytokine (IL-1 / IL-18) Pathogen-Produkte • Intrazellulär: • Signaltransduktion • Zellaktivierung • Expression von proinflammatorischen Zytokinen

22. Lipid A / LPS (Gram- Bakterien) TLR4 Lipopeptide, Peptidoglycan Teichonsäure (Gram+) TLR2 TLR3 Doppelstrang RNS TLR5 Flagellin (Bakt. Flagellen) Prokariotes DNS (CpG-reich, nicht mehyliert) TLR9 TLR? Andere Adjuvantien? Pattern Erkennung durch Toll-like Rezeptoren:andere Pathogen-Produkte / prokariotes DNA

23. Intrazelluläre „Stress“ Rezeptoren:Erkennung von Pathogen oder Zellschädigung

24. Intrazelluläre „Stress“ Rezeptoren:Function von NOD Proteinen

25. Zytokine • Definition: Von Zellen gebildete Peptid- / Protein-Botenstoffe • Mehrere 100:  Komplexes, z.T. interdependentes, Netzwerk • Mehrere 100 Rezeptoren:  meist auch als lösliche Form • Funktion: Regulation der inter-zellulären Kommunikation • Andere Gruppenbezeichnungen je nach Gebiet: Lymphokine, Interleukine, Monokine, Hämatopoietine, Wachstumsfaktoren, Neurotropine, Chemokine, Mediatoren, XX-Faktoren etc. • Chaotische Nomenklatur Klinisch sinnvollere Einteilung: • Nach Struktur (Homologie Tertiärstruktur): Superfamilien / Familien von Liganden und entsprechenden Rezeptoren • Nach Wirkungsmechanismus: Signalübermittlung, Zellantwort • Nach Wirkungsradius: Autokrin, Juxtakrin, Parakrin, Endokrin

26. Zytokin Rezeptoren - LigandenFamilien

27. TNF- Rezeptoren Familie

28. IL-6 / Rezeptoren Familie

29. Zytokin X Zytokin Y + + - + Zielzelle A Zielzelle C Zielzelle B Zytokin-Netzwerke:Pleiotropie / Redundanz / Synergie / Antagonismus Peiotropie: 1 Zytokine  Vers. Effekte Zytokin Redundanz: 1 Effekt durch vers. Zytokine + Ziel- Zelle - +++ + Synergie Redundanz Antagonismus

30. Zytokinnetzwerke – Pro- / Anti-inflammatorische Zytokine:Sequenzielle ExpressionPositive und Negative Feedback-Mechanismen IL-10 IL-10 TNF und IL-1: (Gegenseitiger) Positiver Feedback IL-6: Indirekter negativer Feedback (Akut Phasen Proteine / ACTH-Kortisol Stimulierung) IL-10: Direkter negativer Feedback

31. Anti-IL-1 Antikörper ZytokinnetzwerkeBeeinflussung von Zytokinwirkung / -Kinetik Zytokinwirkung / Kinetik beeinflusst von: • Echten Zytokin Antagonisten • „Scavenger“ Rezeptoren • Solublen Rezeptoren • Zytokinbindungsproteine • Antizytokin-Autoantikörper • Zytokinprofil Beispiel Interleukin-1 Inhibitoren Solubler IL-1 Rezeptor II IL-1b Solubler IL-1 Rezeptor I IL-1Rezeptoranatagonist IL-1a

32. Proinflammatorische Zytokine:Lokale und systemische Wirkungen

33. Polysacharide Prokariote Signalpeptide LPS / Endotoxin / Lipid A Andere Produkte von Pathogenen Prokariotes DNS Verändertes / fehlendes „Selbst“ Zellschädigung / Nekrose Fremderkennung des angeborenen Immunsystems„Gefahr-Signale“