Samenvatting Immunobiologie
Deel 2
Diversity of the Immune System
Het is waarschijnlijk dat alle bèta ketens van naïeve T-cellen uniek zijn (ca. 10 10 verschillende cellen).
In een andere paper werd gekeken naar hoeveel CD4 T-cellen reageren op een bepaald antigen. Ca.
10 in een miljoen cellen reageerde op hiv. Een respons op een eigen antigen was ongeveer even
groot, een vreemde ontdekking want dit zou niet moeten kunnen door negatieve selectie geen
klonale deletie? Deze cellen zouden geheugencellen kunnen vormen die vervolgens niet op de eigen
antigenen reageren.
Een ander paper induceerde diabetes door virale infectie van transgene muizen die LCMV-eiwit (eigen
antigen) tot expressie brachten in de pancreas.
- Muizen zijn normaal, geen bewijs van tolerantie
- Geïnfecteerde muizen met LCMV: virus wordt afgewezen maar later ontwikkelen muizen
diabetes.
De muis is geïnfecteerd met het LCMV-virus. Een immuunrespons werkt tegen het gemanipuleerde
eiwit in de muis, doordat geheugen cellen van het immuunrespons op het LCMV-virus het LCMV-eiwit
herkennen en het aanvallen. Voor de immuunrespons was de muis dus ignorant voor het eiwit. Er is
dus geen tolerantie voor alle antigenen. Auto-immuunziektes kunnen dus veroorzaakt worden door
een virale infectie, waardoor naïeve cellen niet meer ignorant zijn voor bepaalde antigenen.
Paper van Anderson: transplantaten van mannelijk weefsel op vrouwelijke muizen die geen
immuunsysteem hebben:
- Transplantaat wordt afgewezen wanneer het immuunsysteem wordt hersteld met vrouwelijke
thymus
- Transplantaat wordt geaccepteerd wanneer de vrouw een mannelijke thymus krijgt
Muis zonder thymus: nude mouse. Elke mannelijke cel brengt wat eiwitten tot expressie die niet in
het vrouwelijke genoom voorkomen, waaronder H-Y. De H-Y komt niet tot expressie in de vrouwelijke
thymus en dus herkennen de T-cellen de mannelijke transplant niet. Wanneer de vrouwelijke muis
een mannelijke thymus krijgt (die dus wel H-Y tot expressie brengt), wordt de transplantaat niet
afgewezen. In de thymus wordt dus het genoom tot expressie gebracht, en niet per se perifere
antigenen. Verklaring hiervoor vanuit de “danger” theorie is dat het transplantaat toch een soort
gevaarsignaal zou uitstralen. Dit werd onderzocht door naar de expressie te kijken van bepaalde
cellen in het transplantaat, en daar werd inderdaad een verschil gevonden is dit de meest logische
verklaring?
Paper: tolerantie wordt verkregen in polyklonale CD4 T-cellen door bepaalde mechanismen, volgens
zelf-peptide expressie patronen. Er werd gekeken hoeveel muizen cellen reageren op GFP. 14
transgene muizen lijnen werden gebruikt die elk GFP in een ander weefsel tot expressie brachten. De
hoeveelheid cellen die reageerden op GFP was enorm verschillend. Dus afhankelijk van het weefsel
worden cellen verwijderd, of ze worden gereguleerd. Dit is ook afhankelijk van de hoeveelheid
antigen.
1. Waarom is het repertoire van B- en T-cellen zo divers?
1
, Omdat er zoveel eigen antigenen zijn.
R0 is het niet selectieve repertoire van T-cellen uit de thymus. P is de herkenningsmogelijkheid van
een eigen-antigen door een TCR. P = 10-5 ~ 10-6. Cellen die de thymus uit gaan worden het functionele
repertoire genoemd, die door de negatieve selectie heen zijn (R). Verschillende pathogenen zorgen
verschillende immuun responsen. Het immuunsysteem is zo dat geheugencellen van een bacterie niet
reageren op virus-geïnfecteerde cellen.
- S is het aantal eigen epitopen die voor tolerantie zorgen (10 5)
- R0 is het potentiële repertoire (voor tolerantie) (10 12)
- R is het “functionele” repertoire na tolerantie (>10 8)
- P is de herkenningswaarschijnlijkheid (10 -5)
1− p ¿S
Grootte van het functionele repertoire: . De waarschijnlijkheid van de reactie op een
R=R 0 ¿
1−p ¿ R
vreemde epitoop: (op z’n minst 1 respons).
Pi=1−¿
Een plot van p (op x-as) tegen Pi geeft een hyperbole cure, met een lage Pi als p klein is dan is er dus
een hele kleine kans dat een lymfocyt op een antigen reageert. De lymfocyten zijn té specifiek. Er is
ook een lage Pi wanneer p heel groot is negatieve selectie heeft veel specificiteit verwijderd. Als p
hoog is overleven de meeste lymfocyten niet de negatieve selectie en is R heel klein. De afgeleide van
1
Pi naar p geeft het optimum: p= ≅ 1 0−5 . Lymfocyten zijn specifiek.
S
Lymfocyten zijn specifiek én herkennen vele peptiden. Omdat er zoveel meer peptiden zijn dan
klonen, is er voldoende kruisreactiviteit nodig. Maar elk peptide wordt herkend door maar heel
weinig klonen: p ≅ 10−5 .
f ∙ S Is het aantal zelf epitopen die voor tolerantie zorgen (0 < f <= 1). (1-f) ∙ S is het aantal
peptiden dat niet tot expressie komt in de thymus (en dus dangerous is). De fractie van klonen die op
z’n minst 1 ignored zelf peptiden herkennen:
1− p ¿(1− f ) S . De grootte van het functionele
α=1−¿
p
1−¿ 1− pα ¿ R
repertoire wordt dan: . De waarschijnlijkheid om tolerant te blijven: . De
¿ Pt =¿
R=R 0 ¿
1−p ¿ r
waarschijnlijkheid van een succesvol immuunrespons: .
Ps=P t−¿
Er zijn honderden allelen in elke populatie. Bij iedereen is heterozygoot op elke locus. Er zijn 6 major
loci: 12 verschillende MHC-moleculen per host waarom niet meer? Zodat wanneer een virus een
populatie infecteert, niet iedereen dezelfde immuunrespons opwekt en mogelijk sterft maar dat er
ook soorten overleven. Het tot expressie brengen van zeldzame MHC-moleculen is gunstig voor
overleving omdat een virus sneller aanpast aan MHC-moleculen die vaker voorkomen. Iedereen
maakt een ander immuunrespons omdat de MHC-moleculen op andere epitopen van hetzelfde
pathogeen reageren.
Als er teveel MHC-moleculen zouden zijn, dan zouden ze teveel eigen peptiden presenteren en zou er
te veel negatieve selectie plaatsvinden. P is de waarschijnlijkheid voor positieve selectie, n de
waarschijnlijkheid voor negatieve selectie. P > n. M is het aantal MHC-moleculen per host. Klonen
2
,zouden niet negatief geselecteerd moeten worden op MHC-moleculen, maar zouden positief
1−n ¿ M −(1− p ¿ M )
geselecteerd moeten worden door op z’n minst één MHC: ¿ . In muizen
R=R0 ¿
overleeft ongeveer 3% van de thymocyten en ongeveer de helft van de positief geselecteerde cellen
wordt negatief geselecteerd. Nu kan M (op x-as) geplot worden tegen R 0 (op y-as), waarbij het
optimum rond M = 150 ligt, veel meer dan we in werkelijkheid hebben dus.
CTL Immune Responses to Viruses
Het duurt ongeveer een uur voordat een CTL een target cel heeft gedood. LCMV (lymphocytic
choriomeningitis virus): enorme acute infectie in muizen. NP118 CD8 immuunrespons is een
specifieke respons op een bepaald epitoop. NP = nuclear protein. Dit geldt ook voor GP283
(glycoproteïne). Na het immuunrespons houdt de muis nog veel van deze typen CD8 cellen over.
De natuurlijke geschiedenis van een SIV-infectie in apen wordt chronisch. Immuunrespons na 2
weken, Tat eiwit ontsnapt, Gag eiwit blijft. Virale contractie valt samen met de stijging van CD8
responsen en uitputting van target cellen (CD4 T-cellen).
LCMV: meerdere epitopen triggeren CD8 T-cellen. Epitopen verschillen in de hoeveelheid CD8 T-cellen
die ze geven en de helling waarmee de CD8 T-cellen toenemen. Wanneer je het antigen na een dag
verwijderd: normale expansie. Responsen worden daarom ook wel geprogrammeerd genoemd,
omdat het antigen dus niet per se nog aanwezig hoeft te zijn. Wanneer je het antigen toevoegt op het
moment van/na de piek: normale contractie. De respons van CD4 cellen in trager, omdat CD4 cellen
langzamer delen.
Piecewise model: verschillende voor en na pieken. Er is een reeds aanwezige hoeveelheid cellen (N 0),
een tijd waarbij expansie start (ton), een tijd waarbij expansie stopt (tof, p=0), een bepaalde stijging
van expansie (p) en een aantal stervende cellen (dA). Expansie vindt plaats wanneer t on < t < tof.
dA dm
- Als t < ton geldt: = =0 , diferentiaal antwoord voor A en m is beiden 0
dt dt
dA dm
- Als ton < t < tof geldt: = pA en =0 , diferentiaal antwoord is A ( t ) =A 0 e pt
dt dt
dA dm
- Als t > tof geldt: =−( dA +r ) A en =rA −dmM
dt dt
Stippellijn is geheugencellen, lichte lijn is actieve cellen (neemt uiteindelijk af tot 0) en de dikke lijn
zijn alle cellen.
Zelfs genetisch identieke muizen hebben andere hoeveelheden cellen bij dezelfde immuunrespons.
Is T-cel geheugen beschermend en zo ja, hoe? De meest huidige vaccins zorgen voor bescherming via
antilichamen (zelf wanneer natuurlijke immuniteit meestal komt door T-cellen). Zullen we ooit vaccins
kunnen ontwikkelen die een voldoende cellulaire immuniteit verzorgen om te beschermen tegen een
infectie? Voor malaria, aids en hepatitis C. Aantallen zijn belangrijk!
Hiv-trial vaccins boosten succesvol CD8 T-cel responsen. CD8 responsen zijn waarschijnlijk erg
belangrijk. Lange termijn bescherming door specifieke CTL tegen malaria: Om beschermd te zijn
tegen malaria moet ca. 1% van de cellen specifiek zijn tegen malaria. Een muggenbeet een paar
honderd sporozoïeten in de huid. In muizen maar 1 op 10 6 (mensen 1:109) hepatocyten geïnfecteerd
en na twee (6) dagen starten ze met de productie van bloed parasieten.
3
, Wanneer apen van tevoren gevaccineerd worden tegen HIV/SIV, zijn er aan het begin van de respons
als CD8-cellen aanwezig. Toch gaat het virus gewoon repliceren, alleen is de piek iets lager. CD8 cellen
kunnen dus geen exponentieel groeiend virus controleren, maar wel voor een chronisch lagere
waarde zorgen.
Model met pathogeen dat sneller groeit dan het immuunrespons:
dP kPE dE
=rP− En =ρE , waarbij r > ρ meestal niet het pathogeen kan controleren.
dt h+ P dt
P: pathogeen, E: respons/efector cellen. K = gelimiteerd aantal cellen dat gedood kan worden per
dag. Benaderingen:
dP dE dP
=rP−kE En =ρE . Wanneer P sneller groeit dan E: >0 .
dt dt dt
Controle alleen wanneer het pathogeen eerst gelimiteerd wordt door iets anders. CTL-controle alleen
wanneer de E:T-ratio groot is. Wanneer het pathogeen sneller repliceert dan CD8 T-cellen is dit
moeilijk te behalen. Aangeboren immuniteit van target cel limiteren is nodig om het pathogeen af te
remmen. Antilichamen worden geproduceerd in vast hoeveelheden en kunnen inhalen. CTLs kunnen
maar een aantal targets doden per dag. Hiv-geïnfecteerde patiënten kunnen 10% specifieke CTLs in
het bloed hebben, gezonde CMV+ dragers 10% verwante CD4 en CD8 T-cellen: 0,1x10 11 = 1010
verwante CD8 T-cellen. Een grote CTL-populatie is dus nodig voor controle. Voor deze hoeveelheid
van klonale expansie is tijd nodig. Expansie van 10 3 cellen tot 1011 cellen neemt 18 dagen in beslag.
Geheugen T-cellen duwen zichzelf tussen huidcellen in. Geactiveerde CD8 T-cellen gaan liever naar
ontstoken huid. Goede bescherming tegen HSV-infectie in geïrriteerde area’s, maar kleine
bescherming tegen HSV-infectie in de andere flank. Dit betekent dat CTLs aangetrokken kunnen
worden naar een specifiek weefsel door dat weefsel te irriteren.
Chapter 11: Immunological Memory and Vaccination
Het geheugen van B-cellen komt doordat plasmacellen lang leven in het beenmerg. Naïeve B-cellen
worden niet goed getriggerd wanneer er al antilichamen aanwezig zijn, waardoor we maar weinig
nieuwe B-cel soorten zien in een secundair immuunrespons. Ze worden geïnhibeerd doordat hun Fc
receptoren circulerend IgG binden. Langlevend geheugen in het T-cel compartiment komt door de
langlevende T-cellen in de circulatie. Originele antigen sin belemmert de vorming van geheugen
tijdens de daaropvolgende infecties.
Na terminatie van een infectie zijn er nog antilichamen aanwezig uit plasmacellen in het beenmerg of
in weefsels onder slijmvliesoppervlakken. Tijdens deze tijd zorgen de antilichamen voor
beschermende immuniteit. Overleving van plasmacellen in het beenmerg komt door interacties met
de beenmerg stromacellen en met de IL-6 uit stromacellen. Kortlevende plasmacellen gaan dood
doordat ze geen contact meer hebben met stromacellen.
Het eerste doel van het immuunrespons is om de infectie te stoppen, het tweede doel is om
toekomstige infectie te voorkomen. Hiervoor zijn de geheugen T-cellen en geheugen B-cellen. Ze
komen uit secundaire lymfoïde weefsels en vormen, naast de langlevende plasmacellen, de 3
componenten van immunologisch geheugen. Zowel efector als geheugencellen worden
geproduceerd tijdens proliferatie en diferentiatie van geactiveerde T- en B-cellen. Geheugencellen
kunnen snel reageren, omdat (I) er meer pathogeen-specifieke geheugencellen zijn dan naïeve
lymfocyten, (II) omdat geheugencelen sneller geactiveerd worden dan naïeve lymfocyten en (III)
omdat geheugen B-cellen al CSR, SHM en AM ondergaan hebben. Tijdens de secundaire respons
4
