The Immune System 4th edition – Exam 1 (Chapters 1 t/m 7)
Chapter 1 – Elements of the Immune System and their Roles in Defense
Immunologie is de studie van fysiologische mechanismen die mensen en andere dieren gebruiken om hun lichaam te
beschermen tegen invasies door verschillende soorten andere organismen. Het menselijk lichaam investeert enorm in cellen
belangrijk voor bescherming → vormen immuunsysteem.
Om immuniteit te krijgen moet het immuunsysteem eerst in aanraking komen met het micro-organisme.
Vaccinatie/immunisatie: procedure waarbij een ernstige ziekte wordt voorkomen door eerdere blootstelling aan de
besmettelijke agent in een vorm die je niet ziek kan maken → immuunsysteem doet zo ervaring op.
Het menselijk lichaam is voor goedaardige en gevaarlijke micro-organismen een bronrijke omgeving waar ze kunnen leven, zich
kunnen voeden en reproduceren. Commensal species: micro-organisme die gewoonlijk op of in het menselijk lichaam leeft en
die normaal gesproken niet voor ziekte of schade zorgt (“eat at the same table”). Microbiota: gemeenschap van microbiële
soorten die een bepaalde niche in het menselijk lichaam (huid, mond, darm, vagina) bewoond. Commensale organismen
verbeteren menselijke voeding door verwerking van verteerd eten en maken van verschillende vitamines. Hun aanwezigheid
voorkomt ook de kolonisatie van gevaarlijke micro-organismen → wordt verstoord door sommige antibiotica.
Pathogeen = elk organismen met de potentie om ziekte te veroorzaken. Hierbij horen ook de opportunistic pathogens, die het
lichaam koloniseren met weinig effect, maar zorgen voor ziekte als de bescherming van het lichaam is verzwakt of de
pathogeen op een verkeerde plek komt. 4 typen pathogenen:
- Bacteriën
- Virussen
- Schimmels (fungi)
- Internal parasites: heterogene collectie van unicellulaire protozoa en multicellulaire invertebraten (grotendeels wormen)
De relatie van pathogeen met menselijke gastheer verandert constant over evolutionaire tijd → pathogenen ontwikkelen
adaptaties om gastheer binnen te komen/zichzelf te repliceren en over te brengen. Mensen evolueren ingebouwde genetische
resistentie tegen bepaalde ziektes. De ernst van besmettelijke ziektes verandert daarom constant.
De huid is de eerste bescherming tegen infectie → vormt ondoordringbare barrière van epitheel = lagen van cellen die
buitenste oppervlak en holtes omgeven. Wanneer de huid wordt beschadigd is het kwetsbaar voor infecties. Mucosal
surfaces/mucosae secreteren continu slijm/mucus → bevat glycoproteins, proteoglycans en enzymen die de epitheelcellen
beschermen tegen schade en helpt om infectie te limiteren. De respiratoire mucosa wordt continu gereinigd van ongewenst
materiaal (o.a. besmettelijke organismen die zijn ingeademd).
Alle epitheeloppervlakten secreteren antimicrobiële substanties → antimicrobiële peptiden die bacteriën, schimmels en
enveloped virussen doden door het verstoren van hun membranen. Tranen/speeksel bevatten lysozyme, die celwand van
bacteriën afbreekt. Zure omgevingen (maag/vagina/huid) schaden micro-organismen ook. Huid en mucosa zorgen voor
mechanische, chemische en microbiologische barrières die toegang van meeste pathogenen voorkomen. Als ze toch
erdoorheen komen → innate immuunsysteem.
Infecties blijven grotendeels erg gelokaliseerd en worden verholpen binnen een paar dagen zonder ziekten → zulke infecties
worden beheerst en beëindigd door innate immune response → reageert snel, bestaat uit 2 delen:
- Eerst is de herkenning van de aanwezigheid van een pathogeen door oplosbare eiwitten of receptoren die binden aan de
pathogeen en zijn producten of humane cellen en eiwitten die veranderen in aanwezigheid van een pathogeen
- Rekrutering van destructieve effector mechanismen die de pathogeen doden en elimineren voorzien door effector cellen,
waaronder eiwitten genaamd complement (chapter 2).
Innate immunity refereert naar de kwaliteiten waarmee een persoon wordt geboren.
Cellen en eiwitten in beschadigd weefsel voelen de aanwezigheid van pathogenen en geven oplosbare eiwitten genaamd
cytokines af, die interacteren met andere cellen om innate immuunresponse te triggeren. Het overall effect van innate
immune response om ontsteking/inflammation te induceren in het beschadigde weefsel: hitte, pijn, roodheid en zwelling. Dit
komt dus niet door de pathogeen, maar door de reactie van het immuunsysteem. Cytokines induceren de lokale verwijding
van bloedvaten → roodheid. Vasodilation zorgt voor gaten tussen cellen van het endothelium waardoor het permeabel wordt.
Dit verhoogd de lekkage van bloedplasma in het weefsel. Expansie van het lokale vloeistofvolume zorgt voor edema/zwelling
en druk op zenuwuiteinden → pijn. Cytokinen zorgen ook dat witte bloedcellen aan endotheel hechten en bewegen naar
beschadigde weefsel. Witte bloedcellen betrokken bij ontsteking = inflammatory cells.
l
Innate immuniteit houdt de meeste mensen
gezond voor het grootste deel van de tijd.
Maar voor sommige infecties is een adaptive
immune response nodig die gebruikt maakt
van lymfocyten die de kracht en focus van
de immuunrespons versterken. Het innate
immune response werkt dan eerst en
vertraagt verspreiding van infectie. Alleen
bij deze response kan immuniteit worden
verkregen → adaptive immunity, wat alleen
in vertebraten is geëvolueerd.
Receptoren van innate immune respons zijn
,The Immune System 4th edition – Exam 1 (Chapters 1 t/m 7)
niet specifiek voor een bepaalde pathogeen, maar herkennen kenmerken gedeeld door groepen van pathogenen. Lymfocyten
herkennen pathogen door celoppervlakte receptoren van één moleculair type → heel veel verschillende varianten kunnen
ervan worden gemaakt. De adaptive immune response kan erg specifiek worden gemaakt voor een bepaald pathogeen door
alleen die lymfocyten te gebruiken met receptoren voor die pathogeen. Deze gaan dan alleen delen en differentiëren om een
groot aantal effector cellen specifiek voor die pathogeen te produceren. Clonal selection & clonal expansion = selecteren van
kleine subset aan pathogeen-specifieke lymfocyten voor proliferatie en differentiatie in effector lymfocyten. Elk lymfocyt heeft
maar één receptortype.
Sommige lymfocyten blijven in het lichaam en zorgen voor lange
termijn immunological memory van de pathogeen. Bij een tweede
contact met dezelfde pathogeen vindt er een sterkere en snellere
adaptive immune response plaats → acquired/protective immunity
De eerste keer dat een adaptive immune response plaatsvindt voor
een bepaalde pathogeen = primary immune response. De tweede en
volgende keren + wanneer immunological memory van toepassing is
= secundary immune response. Aangezien adaptive immune response
afhankelijk is van innate immune response, moeten vaccines beiden
induceren.
Alle immuunsysteem cellen komen voort uit hematopoietic stem cells.
Ze worden constant gegenereerd door het lichaam in het proces
hematopoiesis. Leukocyten (witten bloedcellen) komen voort uit een
gemeenschappelijke progenitor genaamd pluripotent hematopoietic
stem cell, die ook erythrocyten (rode bloedcellen) en megakaryocyten
(bron van platelets/bloedplaatjes) vormen.
De plek van hematopoiesis verandert met leeftijd. In vroege embryo in
yolk sac en later in de fetal liver en vervolgens in de milt (spleen).
Gedurende de 4e/5e maand verschuift het naar het beenmerg (bone
marrow). Dit blijft zo in volwassenen. Bloedcellen leven kort, hematopoiese is dus
actief gedurende heel het leven.
Hematopoietic stamcellen kunnen delen om verdere stamcellen te geven → self renewal. Dochtercel kan
één van de 3 cel lineages worden:
- Erytrhoid progenitor → erythroid lineage van bloedcellen, waaronder ook megakaryocyten →
grote cellen gevormd door fusie van andere cellen, blijven permanent in beenmerg en vormen bloedplaatjes → hebben
geen celkern en initiëren/zijn betrokken bij stollingsreacties
- Myeloid progenitor → myeloid lineage, bestaat uit granulocyten (of polymorphonuclear leukocytes): hebben granules in
cytoplasma met reactieve substanties die microorganismen doden en ontsteking verhogen. Vaakst voorkomende (grote
aantallen in beenmerg aanwezig) van granulocytes is neutrofil die gespecialiseerd is in het vangen, opnemen en doden
van micro-organismen → fagocytes. Neutrofil is effector cel bij innate immune response en gaat dood bij infectieplek wat
pus vormt. Tweede meest voorkomende granulocyt is eosinofil, die tegen wormen en andere intestinale parasieten
beschermd. Laatste is basofil die ook beschermd tegen parasieten (maar weinig bekend)
Tweede groep myeloid cellen bestaat uit monocyten, marcrofagen en dendritische cellen. Monocyten zijn leukocyten die
in het bloed circuleren, zijn progenitors van macrofagen → doet ook aan fagocytose en is vaak de eerste cel die micro-
organisme opmerkt, waarschuwt ook andere cellen. Macrofagen geven ook cytokinen af die andere cellen naar de plaats
van infectie leiden. Dendritische cellen hebben veel gemeen met macrofagen en dienen als cellulaire messengers die de
adaptive immune response initiëren. Ze verlaten dan het weefsel en reizen naar lymfestelsel. De mastcel zorgt voor
degranulatie bij infecties die contributeren bij ontsteking.
- Lymphoid progenitor → lymphoid lineage, bestaande uit 2 populaties. Large granular lymphocytes → effector cellen van
innate immunity genaamd natural killer cells (NK) → belangrijk bij bescherming tegen virale infecties, doden virus-
geïnfecteerde cellen en geven cytokines af die virale replicatie belemmeren. Small lymphocytes zijn de cellen
verantwoordelijk voor de adaptive immune response.
, The Immune System 4th edition – Exam 1 (Chapters 1 t/m 7)
Twee groepen small lymphocytes: B lymfocyten (B cellen) en T lymfocyten (T cellen). Receptor tegen pathogenen op B cellen
zijn immunoglobulins, voor T cellen T-cell receptoren. Effector B cellen zijn plasma cellen, die oplosbare vormen van
immunogloblulins afgeven = antilichamen/antibodies. T-cel receptoren zijn er niet in oplosbare vorm. Elke B of T cel heeft
maar één soort receptor. (Bijbehorende) Antigen = (macromolecuul)/virus/cel die structuur bevat die wordt herkend en
gebonden door immunoglobulin of T-cel receptor (ook wel antigen receptoren).
Antigen-activated effector T cellen kunnen verschillende functies krijgen:
- Cytotoxic T cells → doden cellen geïnfecteerd door virussen/bacteriën die in humane cellen leven (hetzelfde als NK tijdens
innate immune system)
- Helper T cells → secreteren cytokines die andere cellen van immuunsysteem helpen om volledig geactiveerde
effectorcellen te worden: macrofagen actiever maken voor fagocytose, B cellen activeren om plasmacellen te worden.
Regulatory T cells = beheersen activiteit van T cellen → voorkomen onnodige weefselschade en stoppen immuunrespons
als pathogeen is verslagen.
Antilichamen circuleren in bloed en kunnen naar geïnfecteerde weefsels. Humoral
immunity = immuniteit door antilichamen en hun acties. Werking van antilichamen:
- Neutralization: sterk binden aan plek op pathogeen om pathogeen groei,
replicatie of interactie met humane cellen te remmen.
- Opsonization: antilichaam coating van pathogeen faciliteert opname en afbraak
door fagocytose. Fagocyt heeft receptoren die kunnen binden aan uiteinden
van de antilichamen. Coated pathogeen heeft efficiëntere fagocytose dan uncoated.
Bij coated kan de pathogeen namelijk niet ontsnappen door receptor bindingen.
De meeste lymfocyten zitten in gespecialiseerde weefsels: lymphoid
tissues/lymphoid organs ,belangrijkste: bone marrow (beenmerg),
thymus, spleen (milt), adenoids, tonsils, appendix (blinde darm),
lymph nodes en Peyer’s patches. 2 typen lymfeweefsel:
- Primary/central lymphoid tissue: waar lymfocyten ontwikkelen en rijpen
Beenmerg en thymus zijn voorbeelden hiervan. B en T cellen worden
gemaakt in beenmerg. B cellen rijpen hier ook, maar T cellen verlaten
beenmerg bij onvolwassen stage en migreren via bloed naar thymus
waar ze volwassen worden. Na rijpen komen beide in bloed terecht.
- Secondary/peripheral lymphoid tissues: overige weefsels, hier
worden volwassen lymfocyten gestimuleerd om te reageren op
pathogenen.
Lymfeklieren (lymph nodes) liggen op de kruispunten van een netwerk van
Lymfevaten (lymphatic vessels), de lymphatics. Dit verzamelt plasma dat continu uit bloedvaten lekt. Uiteindelijk komt dit
vloeistof (lymph) terug in het bloed. Lymfe stroomt in één richting: van perifere weefsels naar kanalen in bovenlichaam waar
het in het bloed komt. Flow wordt gedreven door beweging van het lichaam. B en T cellen bewegen door het lichaam in bloed
en lymfe i.t.t. tot andere bloedcellen. Volwassen lymfocyten gaan van bloed naar lymfeknopen/secundaire lymfeweefsels.
Lymphocyte recirculation: lymfocytpopulatie in een node is in een continue flux met nieuwe lymfocyten die binnenkomen uit
het bloed en andere die het verlaten via de efferente lymfe → kunnen zo secundaire weefsels onderzoeken op infecties.
De milt is een uitzondering → heeft geen connecties met lymfe stelsel, lymfocyten komen binnen en verlaten dit via het bloed.
Om infectie te krijgen moet pathogeen weefsel koloniseren in voldoende aantallen om innate
immunity te overweldigen. Intacte pathogenen, componenten ervan en pathogeen-infected
dendritic cells worden van infectie plekken naar de dichtstbijzijnde lymph node gebracht. Draining
lymph node = lymfeklier die vloeistof verzameld bij infectieplek ontvangt. Lymfocyten uit het
bloed die de lymfeklier binnenkomen gaan naar specifieke plekken. T cellen naar T-cel gebieden
en B-cellen naar B-cel gebieden genaamd lymphoid follicles. Pathogen/dendritic cells komen binnen
bij afferent lymphatic vessels, dendritische cellen blijven in node en pathogeen wordt weggefilterd
door macrofaag. Lymfocyten worden geactiveerd. Pathogeen-specific B cellen die pathogeen
gebonden hebben prolifereren en vormen een germinal center in elke follikel.
T cellen worden geactiveerd door dendritische cellen, sommige T cellen helpen om B cellen te activeren tot plasmacel.
Andere effector T cellen en antilichamen worden via efferente lymf en bloed naar infectieplek gebracht.
Pathogenen kunnen bloed direct binnenkomen als lymfeklieren hebben gefaald alles te
filteren of via bloed-voedende insecten die ziektes overbrengen.
De milt (spleen) is een lymfe-orgaan die dient als een filter
voor bloed: verwijderd beschadigde rode bloedcellen (gebeurt
in de red pulp) & beschermt tegen pathogenen (secondary
lymph tissue). Stimuleren dan B en T cellen die uit het
bloed ook in de milt terecht komen (white pulp).
Encapsulated bacteria zijn omgeven door een
dikke polysacharide capsule. Immunodeficiency
disease = overerving van één of meerdere mutante
