Functionele biologie Deeltoets 3 (Dierenbiologie)
Chapter 47 – Animal Defenses Against Infection
Pathogeen = ziekte-veroorzakende agent. Sommige immuuncellen zijn typen van witte bloedcellen genaamd
lymfocyten. Eerste linies van bescherming helpen om te voorkomen dat pathogenen door het lichaam heen
kunnen (huid/schelp). Een goed werkend immuunsysteem onderscheid eigen van niet-eigen moleculaire
herkenning door die immuun receptoren binden aan vreemde moleculen.
2 typen immuniteit:
- Aangeboren immuniteit (alle dieren) eerste en tweede linie:
Moleculaire herkenning maar door kleine set receptoren, binden aan structuren die vaak voorkomen bij
pathogenen, snelle response
o “barrier defenses” huid, muceuze membranen (slijmvlies), secreties
o Interne verdedigingen Fagocytische cellen, natural killer-cellen, antimicrobiële eiwitten,
ontstekingsreactie
- Adaptieve/verkregen immuniteit (alleen gewervelden) derde linie:
Herkenning van eigenschappen specifiek voor bepaald pathogeen, groot aantal receptoren, langzamere
response
o Humorale response: Antilichamen verdedigen tegen infectie in lichaamsvloeistoffen
o Cellulaire response: Cytotoxische cellen verdedigen tegen geïnfecteerde lichaamscellen
Lysozym = enzym die bacterie celwanden afbreekt. Meest voorkomende immuuncel van insecten = hemocyten.
Hemocyten fagocytose: inslikken en afbreken van micro-organismen. Veel anderen geven antimicrobiële
eiwitten af (verstoren plasmamembraan) .
Slijmvliezen vangen pathogenen. Trilhaarepitheel vervoert dit naar boven (komt niet in
longen). Speeksel, tranen en slijm gaan schimmel/bacterie kolonisatie tegen lysozyme
is aanwezig daar. Daarnaast ook veel pathogenen afgebroken in de maag door de lage pH.
Toll-like receptor (TLR) herkent pathogenen, produceert dan signalen die responsen in
werking zetten. Elk TLR eiwit bindt aan fragmenten van moleculen die kenmerkend zijn voor
een reeks pathogenen (vb. TLR3 bindt aan dubbelstrengs RNA).
2 hoofdtypen fagocyterende cellen (in zoogdieren):
- Neutrofielen: circuleren in bloed
- Macrofagen: groot, sommige migreren door het lichaam, andere blijven op dezelfde
plek (waar grote kans op tegenkomen pathogenen)
Andere cellen:
- Dendritische cellen: vaak in weefsels die contact maken met omgeving, stimuleren
verkregen immuniteit
- Eosinofielen: weefsels, belangrijk voor verdediging tegen multicellulaire indringers
(wormen)
Natural killer cellen: circuleren door het lichaam en detecteren abnormale reeks van
oppervlakte-eiwitten, karakteristiek voor sommige geïnfecteerde/kankercellen. Natural
killer cellen geven chemicaliën af die leiden tot celdood.
Interferonen zijn eiwitten die aangeboren verdediging bieden, door interfereren met
virale infecties. Geïnfecteerde cellen scheiden deze uit, die nabije ongeïnfecteerde
cellen aanstuurt moleculen te produceren die virale replicatie inhibeert. Complement
system bestaat uit eiwitten die in inactieve staat in het bloed circuleren en worden geactiveerd door moleculen
op oppervlakte van pathogenen.
Ontstekingsreactie: geactiveerde macrofagen laten cytokines vrij = signaalmoleculen die neutrofielen erbij haalt.
Mast cellen laten het signaalmolecuul histamine vrij bij de infectieplaats. Dit triggert naastgelegen aderen uit te
zetten en meer permeabel te worden. Dit geeft roodheid en warmte. Geactiveerde complement eiwitten
bevorderen verdere afgifte van histamine, wat meer macrofagen aantrekt. Resultaat: accumulatie van pus: rijk
aan witte bloedcellen, dode pathogenen en puin van beschadigd weefsel. Koorts zou voordelig kunnen zijn
tijdens de bestrijding, maar nog niet veel over bekend, zou fagocytose kunnen stimuleren door versnellen van
chemische reacties.
Verkregen immuniteit is afhankelijk van T en B cellen typen witte
bloedcellen = lymfocyten. Deze worden gemaakt in de stamcellen van
het beenmerg. Sommige migreren van beenmerg naar de thymus, deze
ontwikkelen zich in T cellen. Degene die dat niet doen worden B cellen.
Substanties die T of B cellen “oproepen” zijn antigenen. Herkenning
vindt plaats wanneer antigen bindt aan receptor van B of T cel B cel
receptor en T cel receptor. Immuunsysteem maakt miljoen
verschillende receptoren. Alle receptoren op een B/T cel zijn identiek.
, Functionele biologie Deeltoets 3 (Dierenbiologie)
Dit zijn er ongeveer 100,000 per cel. Het kleine deel van het antigen dan aan een T/B cel receptor bindt =
epitope. Elk antigen heeft meestal meerdere verschillende epitopen.
B cel receptor: Y-vorm eiwit, bestaat uit vier polypeptide ketens:
- Twee identieke zware ketens
- Twee identieke lichte ketens
Zwavelbruggen koppelen ze aan elkaar.
Elke lichte en zware keten hebben een constante (C) regio en een variabele
(V) regio. Constante regio weinig variatie tussen verschillende B cellen.
Variabele regio heel veel variatie tussen verschillende B cellen.
Lichte en zware keten vormen samen een asymmetrische bindingsplaats,
elke B cel heeft twee identieke bindingsplaatsen voor antigen. Binding van
antigen triggert B cel activatie formatie van cellen die de oplosbare
vorm van deze receptor produceren: antilichaam, heeft niet transmembrane regio. Antilichaam = Ig =
immunoglobulin vijf klassen:
IgG Kan door placenta
Secundaire response
IgM Pentameer
Primaire respons
Niet door placenta
IgA Dimeer
B cel receptor bindt aan epitopen van intacte antigenen die uitsteken van
Moedermelk,
pathogenen of vrij in lichaamsvloeistoffen circuleren.
tranen, slijm
T cel receptor: bestaat uit twee verschillende polypeptide ketens:
IgE Allergische respons - α keten
IgD Antigenreceptor B-cel - β keten
Gekoppeld door een zwavelbrug. De variabele regio’s vormen samen een enkele bindingsplaats voor antigen.
Deze receptoren binden alleen aan fragmenten van antigenen die worden weergegeven op het oppervlak. Eiwit
die antigenfragmenten presenteert aan het celoppervlakte = major histocompatibility complex (MHC)
molecuul.
Antigenpresentatie wanneer pathogeen een dierlijke cel infecteert of als delen van een
pathogeen worden opgenomen door een immuuncel. Enzymen knippen het antigen in antigen
fragmenten, die binden aan MHC moleculen en verplaatsen zich naar het celoppervlak.
Antigen = MHC molecuul + antigenfragment.
Kenmerken verkregen immuniteit:
- Immense repertoire van lymfocyten en receptoren maakt detectie van
antigenen/pathogenen die nog nooit eerder zijn gezien mogelijk
- Heeft zelf-tolerantie (niet reactief tegen eigen cellen)
- Celdeling triggert door activatie verhoogd aantal B/T cellen enorm
- Sterker en snellere response door eerder gezien antigen door immunologisch
geheugen.
De capaciteit om diversiteit te generen is ingebouwd in de structuur van Ig genen.
Lichte keten gecodeerd door drie gen segmenten: variabel segment (V), joining segment (J) en een constant
segment (C). Lichte keten heeft 1 C segment, 40 V segmenten en 5 J segmenten 200 verschillende manieren.
Enzym (recombinase) koppelt een lichte keten V gen segment aan een J gen segment elimineert lange stretch
van DNA. Dit gebeurt random. J en V coderen voor het variabele stuk. Mutaties hierin geven meer variaties.
(zie volgende bladzijde voor afbeelding). Sommige lymfocyten produceren receptoren voor epitopen op eigen
lichaamscellen. Deze worden geëlimineerd/geïnactiveerd. Wanneer niet auto-immuunziekte.
Wanneer een B/T cel wordt geactiveerd, ondergaat deze meerdere celdelingen. Sommige vormen effector
cellen: kortlevende cellen die meteen actie ondernemen tegen het antigen of het pathogeen. Voor B cellen zijn
dit plasmacellen (secretie antilichamen) en voor T cellen zijn dit cytotoxische T cellen. De andere klonen worden
d geheugencellen (langlevend, aanleiding tot effectorcellen,
D wanneer hetzelfde antigen wordt gesignaleerd.
, Functionele biologie Deeltoets 3 (Dierenbiologie)
Klonale selectie: antigen “selecteert” welk lymfocyt zich gaat
delen om een klonale populatie van duizenden cellen te maken
voor een specifieke epitope.
Effector cellen gevormd na initiële blootstelling aan een antigen
produceren een primaire immuun response. Wanneer hetzelfde
antigen later weer wordt gesignaleerd is er een secundair immuun
response. De secundaire is veel krachtiger, van grotere omvang en
meer verlengd dan de primaire.
Verkregen immuniteit:
- Humorale immuun response (bloed/lymfe): antilichamen
- Cellulaire immuun response: T cellen vernietigen
geïnfecteerde cellen.
T helper cel activeert humorale en cellulaire immuun responses. Eerst moet
er een antigenfragment met een MHC molecuul een complex vormen op het
oppervlak van de antigen-presenterende cel (APC). T helper cel kan vervolgens
hieraan binden. APC kan dendritische cel, macrofaag of B cel zijn.
2 klassen MHC:
- MHC I: aanwezig op elke cel met kern (niet geslachtscellen!)
- MHC II: APC (APCs hebben ook MHC I)
Naast binding van T helper receptor aan MHC II met antigenfragment bindt een
ander eiwit op oppervlakte van T helper, CD4, aan het MHC II molecuul, dit houdt
de cellen bij elkaar. Signaalmoleculen, genaamd cytokinen, worden uitgewisseld.
Dit stimuleert celdeling van T helper. B cellen die APC zijn, binden aan T helper die
al geactiveerd is, die de B cel juist activeren. De B cel deelt en differentieert in
geheugencellen en plasmacellen.
Doordat antilichaam bindt aan antigen interfereren ze met pathogeenactiviteit of
markeren ze voor verwoesting/inactivatie:
- Neutralisatie: Antilichamen binden aan
eiwitten op oppervlakte van virus en voorkomen infectie van een cel (neutraliseren
het virus), binden aan antigen voorkomt ook dat het een cel binnen gaat.
- Opsonisatie: antilichamen gebonden aan antigenen presenteren een structuur die
wordt herkent door macrofagen/neutrofielen en promoten fagocytose.
- Antilichamen werken soms samen met eiwitten van complement system binding
van complement eiwit aan antigen-antilichaam complex triggert membrane attack
complex, vormt een porie in membraan van vreemde cel. Ionen en water gaan in de
cel lysis.
- Antilichaam gebonden aan oppervlakte, kan ook natural killer cel aantrekken.
In cellulaire response cytotoxische T cellen gebruiken
toxische eiwitten om geïnfecteerde cellen te doden. Om
actief te worden hebben ze signalen nodig van T helpers
en interactie met geïnfecteerde cel. Fragmenten van
lichaamsvreemde eiwitten geproduceerd in geïnfecteerde
gastheer, gebonden aan MHC I complex worden herkent
door cytotoxische T cel. Cytotoxische T cel heeft eiwit, CD8,
die ook aan MHC I bindt. Cytotoxische T cel secreteert
eiwitten (perforines) die het membraan van de
geïnfecteerde cel verstoort en die eiwitten afbreken
(granzymes). triggert apoptose.
Immunisatie: antigenen kunstmatig in het lichaam
brengen om verkregen immuniteit en geheugencellen
te krijgen. Vaccin: preparatie van antigen.
