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24.2: Zellvermittelte Immunreaktionen
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Cell-mediated Immune Responses
 
PROTOKOLLE

24.2: Cell-mediated Immune Responses

24.2: Zellvermittelte Immunreaktionen

Overview

The cell-mediated immune system is the host’s primary response against invasive bacteria and viruses that cause intracellular infections. It is also essential for fighting against and destroying cancer cells. Furthermore, the cell-mediated immune system plays a role in the rejection of organ transplants or graft tissue.

The Innate Immune System Activates the Adaptive Immune System

Phagocytic cells of the innate immune system, such as macrophages or dendritic cells, are the first to recognize a foreign particle. These cells engulf the foreign particle and digest it. Small molecules of the foreign particle, called antigens, remain intact and are presented at the surface of the phagocytic cell. The presentation is facilitated by proteins of the major histocompatibility complex (MHC), which binds the antigen and protrude from the cell. The phagocytic cell is therefore also called an antigen presenting cell (APC). The MHC-antigen complex activates cells of the adaptive immune system, which eventually fight the source of the foreign particle.

T Cells Carry Out Many Functions in the Adaptive Immune System

T cells are a type of lymphocyte that are named after their location of maturation—the thymus. In the thymus, precursor T cells differentiate into two main types, CD4+ and CD8+ T cells. These cell types are named after the surface receptor that determines the cell’s function. All T cells carry T-cell receptors, but the coreceptor CD4+ or CD8+ confers specificity. A T cell expressing the CD4+ coreceptor can interact with the MHC class II complex on an APC. In contrast, a T cell carrying CD8+ recognizes the antigen-MHC class I complex on an infected or cancer cell. After it identifies such a cell, the CD8+ cell differentiates into a cytotoxic T lymphocyte (CTL) which ultimately destroys the infected or cancer cell.

Let’s turn our attention back to the CD4+ cells. Before a CD4+ cell meets a matching antigen presented by an APC, it is referred to as naive. Once a naive CD4+ T cell becomes activated, it can differentiate into a memory T cell or several variants of helper T cells. Helper T cell type 1 (Th1) produce the cytokinin interferon that triggers pathogen digestion in APCs and stimulates CTL and B cell activity. Th2 cells produce interleukins that primarily promote B cell activity.

The Adaptive Immune System Remembers Pathogen Encounters

Memory T cells are a variant of T cells that remain in the body long after the first attack triggered by a specific antigen. Some human memory T cells primarily rest in the bone marrow and provide long-lasting immunity against systemic pathogens. Others strategically locate to mucous membranes and the lymphatic fluid or bloodstream. Once a memory T cell encounters its antigen, it mounts a faster and stronger immune response compared to the first encounter. Each T cell is only set into action by a single, specific antigen. Likewise, memory T cells will only activate when this particular antigen is reencountered. The more antigens an organism encounters during its lifetime, the larger becomes its arsenal of different T cells that fight successive infections. This effect is also used in vaccinations, that means the controlled introduction of an antigen that triggers the production of B and T cells. If the real pathogen with the same antigen enters the body, the adaptive immune system is already primed by vaccination to fight this infection.

The Adaptive Immune System Can Hinder the Successful Transplantation of Graft Tissue

Skin, liver, and bone tissues, among others, can be transplanted from a healthy donor to a recipient in which the respective tissue is diseased or destroyed. Such tissues are known as graft tissues. The success of such a medical procedure is often dependent on compatibility between the graft tissue and the recipient's immune system. If the host and the graft are incompatible, damage of the graft tissue can be initiated by two pathways. The direct pathway of graft rejection involves APCs in the graft that present antigens to the host’s helper and CTL cells. In the indirect pathway, the host’s APCs recognize the graft as non-self and present graft-derived antigens to helper T cells. In both scenarios, the host’s adaptive immune cells are directed against the graft tissue and contribute to its damage. To improve the success rate of tissue or organ transplantation, parts of the recipient’s immune system are suppressed by medication.

Überblick

Das zellvermittelte Immunsystem ist die primäre Antwort des Wirts gegen invasive Bakterien und Viren, die intrazelluläre Infektionen verursachen. Es ist auch für den Kampf gegen und die Zerstörung von Krebszellen von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus spielt das zellvermittelte Immunsystem eine Rolle bei der Abstoßung von Organtransplantaten oder Transplantatgewebe.

Das angeborene Immunsystem aktiviert das adaptive Immunsystem

Phagozytische Zellen des angeborenen Immunsystems, wie z. B. Makrophagen oder dendritische Zellen, erkennen einen Fremdkörper zuerst. Diese Zellen verschlingen das fremde Partikel und verdauen es. Kleine Moleküle des Fremdpartikels bleiben intakt. Diese Antigene werden an der Oberfläche der Fresszellen präsentiert. Die Präsentation wird durch Proteine des Haupthistokompatibilitätskomplexes (HHK) erleichtert, der das Antigen bindet und aus der Zelle herausragt. Die phagozytiere Zelle wird daher auch als antigen-präsentierende Zelle (APZ) bezeichnet. Der HHK-Antigen-Komplex aktiviert Zellen des adaptiven Immunsystems, die schließlich die Quelle des Fremdstoffs bekämpfen.

T-Zellen führen im adaptiven Immunsystem viele Funktionen aus

T-Zellen sind eine Art von Lymphozyten, die nach ihrem Reifungsort, dem Thymus, benannt sind. Im Thymus differenzieren sich Vorläufer-T-Zellen in zwei Haupttypen, CD4+ und CD8+ T-Zellen. Diese Zelltypen werden nach dem Oberflächenrezeptor benannt, der die Funktion der Zelle definiert. Alle T-Zellen tragen T-Zell-Rezeptoren, wobei der Koreceptor CD4+ oder CD8+ die Spezifität verleiht. Eine T-Zelle, die den CD4+-Korezeptor exprimiert, kann mit dem HHK-Klasse-II-Komplex auf einer APZ interagieren. Im Gegensatz dazu erkennt eine T-Zelle, die CD8+ trägt, den Antigen-HHK-Klasse-I-Komplex auf einer infizierten oder Krebszelle. Nachdem eine solche Zelle identifiziert wurde, differenziert sich die CD8+-Zelle in einen zytotoxischen T-Lymphozyten (ZTL), der die infizierte oder Krebszelle schließlich zerstört.

Lassen Sie uns unsere Aufmerksamkeit wieder auf die CD4+-Zellen richten. Bevor eine CD4+-Zelle auf ein passendes Antigen trifft, das von einem APZ präsentiert wird, bezeichnet man sie als naiv. Sobald eine naive CD4+ T-Zelle aktiviert wird, kann sie sich in eine Speicher-T-Zelle oder mehrere Varianten von Helfer-T-Zellen differenzieren. Helfer-T-Zellen vom Typ 1 (Th1) produzieren das Cytokinin-Interferon, das die Erregerverdauung in den APZs auslöst und die Aktivität der ZTL-und B-Zellen stimuliert. Th2-Zellen produzieren Interleukine, die hauptsächlich die B-Zell-Aktivität fördern.

Das adaptive Immunsystem speichert Erinnerungen an Begegnungen mit Krankheitserregern

T-Gedächtniszellen sind eine Variante von T-Zellen, die noch lange nach dem ersten Angriff, der durch ein bestimmtes Antigen ausgelöst wurde, im Körper verweilen. Einige menschliche T-Gedächtniszellen ruhen hauptsächlich im Knochenmark und bieten eine langanhaltende Immunität gegen systemische Pathogene. Andere befinden sich strategisch auf Schleimhäuten und in der Lymphflüssigkeit oder im Blutkreislauf. Sobald eine T-Gedächtniszelle auf ihr Antigen trifft, löst sie eine schnellere und stärkere Immunantwort aus beim ersten Kontakt aus. Jede T-Zelle wird nur durch ein einziges, spezifisches Antigen in Aktion gesetzt. Ebenso werden T-Gedächtniszellen nur dann aktiviert, wenn dieses spezielle Antigen erneut entdeckt wird. Je mehr Antigenen ein Organismus im Laufe seines Lebens begegnet, desto größer wird sein Arsenal an verschiedenen T-Zellen, die aufeinanderfolgende Infektionen bekämpfen können. Dieser Effekt wird auch bei Impfungen genutzt, d.h. bei der kontrollierten Einführung eines Antigens, das die Produktion von B -und T-Zellen auslöst. Wenn der eigentliche Erreger mit demselben Antigen in den Körper gelangt, ist das adaptive Immunsystem bereits durch die Impfung darauf vorbereitet, diese Infektion zu bekämpfen.

Das adaptive Immunsystem kann die erfolgreiche Transplantation von Transplantatgewebe beeinträchtigen

Haut-, Leber -und Knochengewebe können u.a. von einem gesunden Spender auf einen Empfänger transplantiert werden, bei dem das jeweilige Gewebe erkrankt oder zerstört ist. Solche Gewebe werden als Transplantationsgewebe bezeichnet. Der Erfolg eines solchen medizinischen Verfahrens hängt oft von der Verträglichkeit zwischen dem Transplantatgewebe und dem Immunsystem des Empfängers ab. Wenn Wirt und Transplantat nicht kompatibel sind, kann eine Schädigung des Transplantatgewebes auf zwei Wegen erfolgen. Der direkte Weg der Transplantatabstoßung umfasst APZs im Transplantat, die Antigene für die Helfer des Wirts und die ZTL-Zellen darstellen. Auf dem indirekten Weg erkennen die APZs des Wirts das Transplantat als nicht selbstständig und präsentieren den T-Helferzellen vom Transplantat abgeleitete Antigene. In beiden Szenarien sind die adaptiven Immunzellen des Wirts und des APZs gegen das Transplantatgewebe gerichtet und tragen zu dessen Schädigung bei. Um die Erfolgsrate einer Gewebe -oder Organtransplantation zu verbessern, werden Teile des Immunsystems des Empfängers durch Medikamente unterdrückt.


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