Rijksuniversiteit Groningen

Transcriptie

1 Immunologie II 2013 College 1 Het immuunsysteem bestaat uit een innate (non-specific) en een adaptieve (specific) component. De innate immunity bestaat uit drie componenten: Barrières als de huid en mucosa, complement en een cellulaire afweer (granulocyten en marcrofagen). De adaptieve immuniteit kent ook een humorale en een cellulaire component. De humorale component bestaat hier echter niet uit complement, maar uit antilichamen die geproduceerd worden door plasma B-cellen. De cellulaire component bestaat hier uit T-cellen i.p.v. marcofagen en granulocyten. Het nadeel van het aangeboren immuunsysteem is dat het een gelimiteerde specificiteit kent. Daarentegen is het wel sneller dan het verworven immuunsysteem. Complement (humoral) Het complementsysteem (aangeboren) heeft 3 belangrijke functies. Ten eerste zorgt het voor een betere opsonisatie. Het gevormde C3b vormt een soort coating om microben. Vervolgens kunnen fagocyten met hun C3b receptor binden aan het C3b op het membraan van de microbe, waardoor de fagocytose gemakkelijker en sneller verloopt. Wanneer deze receptor ontbreekt, zullen fagocyten niet kunnen binden. Ten tweede zorgen C3a en C5a (let op de a ) voor een ontstekingsreactie. C3a en C5a hebben een chemotaxische werking, waardoor neutrofielen en monocyten naar de plaats van infectie komen. Tenslotte vormen C5b en C9 eiwitten het zogenaamde Membrane Attack Complex (MAC for short). Dit complex is in staat een porie te vormen in het membraan van de microbe, dat cel lysis tot gevolg heeft. NK-cells De cellulaire component van het aangeboren immuunsysteem bestaat voornamelijk uit NKcellen. Deze cellen zijn in staat om cellen geinfecteerd met intracellulaire microben te herkennen door het ontbreken van MHC-1 op het membraanoppervlak. NK cellen zijn in staat om IFN-gamma te vormen. IFN-gamma is een signaal voor macrofagen om reeds gefagocyteerde bacteriën te doden (binden lysosoom met fagosoom). Daarnaast zijn macrofagen in staat NK-cellen te rekruteren door IL-12 uit te scheiden. Neutrofielen Dit component van het aangeboren immuunsysteem speelt een key role in acute inflammaties. Ze zijn snel terplekke op de plek van infectie om bacteriën te fagocyteren en om pro-inflammatoire cytokinen uit te scheiden t.g.v. een oxidatieve burst. Rolling (selectins), adhesion (integrins), diapedese (transmigratie) en chemotaxis m.b.v. C5a en C3a. 1

2 PAMPS en PRRs PAMPS worden gevonden op het membraan van microben (bijvoorbeeld suikerketens, lipoproteinen en CpG motieven. PRRs herkennen PAMPS (mannose receptoren en TLRs). Na de activatie van PRRs kunnen er verschillende cellulaire responsen optreden. Deze zullen leiden tot het doden van de microbe. Bedenk wel dat de specificiteit van deze receptoren afhangt van de genetische achtergrond van de kiemlijn. Fagocytose Wanneer de fagocyt na het fagocyteren van een microbe in aanraking komt met IFN-gamma zal er intracellulair een lysosoom fuseren met de fagosoom. In dit lysosoom zitten ROSdeeltjes (reactive oxygen species). Deze vrije zuurstofradicalen zullen leiden tot het doden van de microbe. Dit proces kan ook extracellulair optreden, maar dan zal de schade groter zijn (necrose). Ook zitten er (proteo)lytische enzymen in het lysosoom: Kationische proteinen kapotmaken van het microbiële membraan Lysozym splitsen van mucopeptide in het bacteriële membraan Lactoferrin bacterie onthouden van ijzer Proteolytic/hydrolytic verteren v/d microbe DUS: Innate immunity is de eerste verdedigingslinie bij infectie. Het reageert snel (binnen een uur). Het bestaat uit fysieke barrieres, complement (humoral) en cellen (NK en fagocyten). De specificiteit hangt af van PAMPS en PRRs. De diversiteit is sterk gelimiteerd. Ook heeft het innate immuunsysteem geen geheugen, waardoor het altijd op dezelfde manier zal reageren op een microbe. Adaptieve immuunsysteem Net als het aangeboren immuunsysteem bestaat het adaptieve immuunsysteem uit een humorale en een cellulaire component. Dit zijn respectievelijk antilichamen geproduceerd door B-cellen en T-cellen. Specificiteit: B en T lymfocyten binden en reageren op lichaamsvreemde moleculen via specifieke receptoren. Diversiteit: De diversiteit van het adaptieve immuunsysteem is erg groot. Dit komt door de gevormde receptoren door somatische gen herschikkingen. Geheugen: First exposure Levenslang beschermd Non reactivity to self: self-reactive lymfocyten worden verwijderd. Snelheid: Adaptieve IR s zijn langzamer, maar vele malen specifieker dan het aangeboren IS. 2

3 T-cellen zijn niet in staat om direct antigenen te herkennen. Hiervoor zijn APC s nodig die de lichaamsvreemde eiwitten presenteert in context met MHCI/II. T-cellen kunnen vervolgens worden geactiveerd na het ontstaan van een binding tussen MHC en de TCR in context met co-stimulatoire receptoren als CD40/CD40L en CD28/B7. APCs Onder de term antigeen presenterende cel verstaat men de dendritische cellen, macrofagen en B-lymfocyten. MHC MHC komt co-dominant tot expressie. Dit zorgt voor een groter aantal verschillende MHCmoleculen dat peptiden kan presenteren. Ook zijn MHC-genen erg polymorf. Hierdoor zijn verschillende individuen in staat om verschillend op pathogenen te reageren. MHCI wordt op elke cel met celkern tot expressie gebracht. CD8+ cellen kunnen een interactie aangaan met MHCI. MHCII wordt door APCs, macrofagen en B-cellen tot expressie gebracht. CD4+ cellen kunnen een interactie aangaan met MHCII. Antilichamen Antigenen hebben zogenaamde epitopen. Dit zijn gebieden op het eiwit die herkend worden door ABs. Deze epitopen kunnen conformationeel zijn (berusten op eiwitvouwing), lineair (spreekt voor zich) en neodeterminant. Dit houdt in dat de epitoop pas ontstaat nadat er proteolyse heeft opgetreden. Second signals Voordat een T of B-cel geactiveerd raakt moeten er eerst minstens twee signalen zijn opgetreden. T-Cel: Signaal 1: Binding antigeen in context met MHC aan TCR Signaal 2: Co stimulatoire receptoren als CD28 en B7 B-Cel Signaal 1: Biding antigen aan BCR Signaal 2: Interactie met CD4+ T-cel CD4+ cel: Produceren van cytokinen die de innate immunity en AB productie door B-cellen stimuleren. B-cellen zullen AB s met de zelfde specificiteit als de BCR produceren. CD8+ cel: Het doodmaken van geinfecteerde cellen d.m.v. het uitstoten van perforinen en granzymen. 3

4 Specificiteit Diversiteit Innate Algemene structuren Gelimiteerd, afhankelijk van kiemlijn Adaptive Antigenen afkomstig van microben en nonmicrobiele anigenen Heel groot: receptoren gevormd d.m.v. recombinatie van gensegmenten Memory Nee Ja Non-reactivity to self Ja Ja Stimuleert het innate IS het aangeboren IS? Ja, dit kan op drie manieren. Ten eerste verzorgt het innate IS het second signal dat ervoor zorgt dat B en T-cellen geactiveerd worden. Ten tweede secreteert het innate IS bepaalde cytokinen die T en B-cellen kunnen activeren. Ten derde zorgen complementfactoren op microben (C3b) ervoor dat cellen met C3b receptoren geactiveerd kunnen worden. Stimuleert het aangeboren IS het innate IS? Ja. AB s coaten microben waardoor opsonisati gemakkelijker verloopt. Daarnaast wordt het FC-gedeelte van AB s herkend door FCgRI receptoren. Deze receptoren worden tot expressie gebracht door cellen van het innate IS. De binding tussen de FCgRI receptor en het FCgedeelte van een gebonden AB zorgt voor een soepelere fagocytose en de activatie van de desbetreffende innate immuuncel. Th1 cel: maakt IFN-gamma dat macrofagen activeert. De macrofagen zulle hierdoor intracellulaire microben doden. Deze respons is vaak geassocieerd met chronische infecties, autoimmuunziekten en weefselschade. Th2 cel: maakt IL-4,IL-5 en IL-19. Deze cytokinen zorgen vooral voor mestcel en eosinofiel activatie. Normaal is dit type reactie gericht tegen wormachtige parasieten, maar deze reactie speelt ook een rol bij allergische reacties. TH17 cel: maakt IL17. Deze cytokinen zorgen voor de activatie van neutrofielen en monocyten. Normaal is dit type reactie gericht tegen extracellulaire bacterien en schimmels, maar deze reactie speelt ook een rol bij orgaanspecifieke autoimmuniteit. 4

5 College 2 Pathogenen Binnen de immunologie zijn 5 verschillende soorten pathogenen te onderscheiden, namelijk de virussen, bacterien, schimmels, protozoa en helminths. Immuunrespons op extracellulaire bacteriën Extracellulaire bacterien worden herkend m.b.v. PRRs. Deze PRRs herkennen PAMPS als piline, flagelline, DNA (ongemethyleerde CpG-motieven), eiwitten en cellwandcomponenten. Er zijn verschillende PRRs te onderscheiden: TLR: Op het plasmamembraan en endosomale membranen. TLRs herkennen verschillende microbiële eiwitten. NOD-like receptoren: Deze zijn te vinden in het cytoplasma van epitheelcellen. NLR herkennen vooral bacteriele celmembraaneiwitten. C-type lectin like receptoren: Deze zijn te vinden op het plasmamembraan van fagocyten. CLLRs herkennen vooral carbohydraten met een terminale mannose of fructose. Scavenger receptoren: Deze receptoren zijn te vinden op het plasmamembraan van fagocyten. Deze herkennen vooral microbiele diacylglycerides. N-formyl met-leu-phe receptoren: Deze receptoren bevinden zich ook op het plasmamembraan van fagocyten. Ze herkennen vooral peptiden met N- formylmethionyl elementen. Hallmarks van infectie Calor is de hitte die vrijkomt tijdens een infectie. Rubor is de roodheid die ontstaat tijdens een infectie. Tumor is de zwelling die ontstaat tijdens een infectie en dolor is de pijn. Systemische effecten van infectie Ten eerste zorgen cytokines als TNF en IL-1 ervoor dat epitheelcellen adhesiemoleculen tot expressie gaan brengen, zodat leukocyten kunnen migreren naar de plek van infectie. TNF zorgt ook voor een verhoogde permeabiliteit van de epitheelcellen. Deze cytokines zorgen er ook voor dat leukocyten geactiveerd worden, waardoor zij zelf ook cytokines zullen gaan produceren (IL-1 en IL-6). IL-1 en IL-6 zorgen voor systematische effecten. Zo zorgen deze cytokines er in het brein voor dat het setpoint voor lichaamstemperatuur omhoog wordt gegooid (hypothalamus maakt prostaglandines perifere vasoconstrictie minder verdamping). In de lever zorgen ze voor de aanmaak van acutefaseeiwitten en in het beenmerg wordt de leukocytproductie verhoogd. 5

6 Diagnose innate immuunrespons Een innate immuunrespons kan worden herkend aan het aantal cellen in het bloed. Bacteriele producten als LPS zorgen voor het vrijkomen van cytokines als TNF, IL-1 en IL-6 waardoor nieuwe neutrofielen gevormd zullen worden. Deze nieuw gevormde neutrofielen zijn te herkennen aan hun grote kern. Naast het aantal cellen in het bloed zegt ook de bezinkingssnelheid van de erythrocyten wat over de mate van inflammatie. Het fibrinogeen dat tijdens infectie wordt gevormd zorgt voor een snellere bezinking van de rode bloedcellen. Immunopathologie Een ontsteking kan een septische shock veroorzaken door het vrijkomen van TNF. Ook kunnen zogenaamde superantigenen een cytokinestorm veroorzaken door het activeren van extreem hoge aantallen T-cellen. Daarnaast kunnen antigen-antilichaamcomplexen neerslaan in de capilairen van de nier, waardoor de glomerulus gaat ontsteken (glomerulonephritis). Immuunrespons op intracellulaire bacteriën Intracellulaire bacterien leven voornamelijk in fagocyten. Omdat deze bacterien IN het cytoplasma van de host-cel leeft, kunnen zij niet worden herkend door receptoren op het plasmamembraan van de fagocyt. Gelukkig zijn er twee soorten receptoren die intracellulair voorkomen, namelijk de TLR en de NLR (zie vorige pagina). De aangeboren immuniteit kan reageren met behulp van NK cellen en fagocyten. NK cellen produceren IFN-gamma, dat marcofagen aanzet tot het doden van de gefagocyteerde bacteriën. Marcofagen roepen NK-cellen met IL-12 en NK-cellen geven een thumbs up initiatie van het lyseren van de gefagocyteerde bactierie met IFN-gamma. CD4+ cellen kunnen de macrofaag/fagocyt aanzetten tot het doden van de bacterie door het uitstoten van IFN-gamma. CD8+ doden de hele macrofaag/fagocyt door het induceren van apoptose. Wanneer bacterien niet goed kunnen worden opgeruimd zullen er zogenaamde granulomas gevormd worden. Granulomas bestaan uit meerkernige reuscellen, die de bacterie ervan weerhouden om zich verder door het lichaam te verspreiden. Ook zijn er macrofagen en fibroblasten te zien, die allemaal duiden op chronische infecties. Granulomas zijn daarom vrijwel alleen te zien bij chronische infecties als tuberculose of de ziekte van crohn. 6

7 Lepra Er zijn twee soorten lepra te onderscheiden. Eén waarbij vooral de Th1 respons een grote rol speelt en één waarbij vooral de Th2 respons de overhand heeft. Th1 tuberculoid leprosy. Hier is een hoge T-cel activiteit met een sterke activatie van macrofagen te zien. I.t.t. tot de Th2 respons wordt de Th1 respons gekenmerkt door lage AB titers en laesies van de huid. Th2 lepromatous leprosy. Deze respons kent juist een lage T-cel respons, maar juist wel hoge AB titers. Deze respons is verantwoordelijk voor het verliezen van ledematen. Sensing Extracellular bacteria TLRs, NLRs, CLLRs, scavenger receptoren etc. Intracellular bacteria TLRs ennlrs Pathogenese Exo -en endotoxines Endotoxines Innate defence Fagocytose en complement Fagocytose, NK-cellen Adaptive defence Antilichamen en cytokines CD4+/CD8+/ macrofaagactivatie Immuunrespons op virussen Virussen worden gekenmerkt door verschillende PAMPs. Zo hebben DNA virussen CpG motieven en virale eiwitten. RNA-virussen hebben ssrna in het endosoom, 5 -P-ssRNA in het cytosol, dsrna in endosoom/cytoplasma en natuurlijk ook virale eiwitten. Deze PAMPs kunnen worden herkend door intracellulaire receptoren. Innate immuunrespons op virusinfecties Een geinfecteerde cel zal na een infectie met een virus inteferonen gaan produceren (IFN alfa en beta) door de activatie van bepaalde PRRs. Deze inteferonen zorgen ervoor dat de geïnfecteerde cel EN naburige cellen in een soort antivirale staat komen. Nadat IFN alfa/beta aan de IFN-receptor bindt zal de eiwitsynthese van de cel worden stilgelegd, viraal DNA of RNA zal worden gedegradeerd en de expressie van het virale genen zal worden gestopt. NK-cellen hebben een inhiberende receptor die wordt geactiveerd doordat MHCI bindt. Wanneer de MHCI expressie daalt, zal de inhiberende receptoren dus niet meer inhiberen, waardoor de NK-cel wordt geactiveerd. Naast de inhiberende receptor heeft de NK-cel activerende receptoren. De inhiberende receptor remt de activerende receptor, wanneer het inhiberende signaal wegvalt, zal de NK-cel worden geactiveerd. 7

8 Adaptieve immuunrespons op virusinfecties Antilichamen gevormd door plasma B-cellen zorgen voor het neutraliseren van virusdeeltjes. Daarnaast zorgt het voor een verbeterde opsonisatie van geïnfecteerde cellen (antibodymediated cellular cytotoxicity). Daarnaast zorgen cytotoxische T-lymfo s oor de eliminatie van geïnfecteerde cellen en de productie van IFN-gamma. CD8+ cellen zijn essentieel voor het klaren van het virus. Antibody mediated cellular cytotoxicity Wanneer antilichamen aan een geïnfecteerde cel binden, kan het FC-gedeelte van het antilichaam worden herkend door NK-cellen m.b.v. hun Fc-gammaRIII receptor. Voorbeeld: Hepatitis Als het goed is is het nu duidelijk dat een CTLs een belangrijke rol spelen bij virale infecties. Wanneer er weinig CD8+ cellen aanwezig zijn zal dit snel leiden tot een chronische infectie. In het geval van hepatitis kan dit leiden tot levercirrhose en zelfs leverkanker. Wanneer er veel CD8+ cellen aanwezig zijn kan dit leiden tot een acute ontsteking van de lever, wat kan leiden tot het klaren van het virus, maar anderzijds ook de dood gezien de intensiteit van de ontsteking. College 3 Immunisatie Er zijn twee typen immunisatie, namelijk actieve immunisatie en passieve immunisatie. Bij actieve immunisatie wordt er een verzwakte ziekteverwekker ingespoten, waardoor het lichaam zelf een immuunrespons opbouwt tegen de microbe. Bij passieve immunisatie worden er specifieke immunoglobulines toegediend. Hierdoor wordt het makkelijker voor het lichaam om de infectie te klaren, maar ontstaat er geen immuniteit profylaxis (voorkomen). Er zijn twee typen vaccins, namelijk de live vaccins en de geinactiveerde vaccins. Levende vaccins kunnen zowel heterologe organismen als gemodificeerde/verzwakte organismen zijn. Geinactiveerde organismen zijn vrijwel altijd hele (dode) organismen of componenten van een microbe. Levende vaccins zijn eenvoudiger toe te dienen dan geinactiveerde vaccins (oraal, nasaal, intramusculair of subcutaan versus intramusculair of subcutaan). Speciale soorten vaccins De eerste speciale soort is het conjugate vaccin. Hierbij plak je een eiwit aan een stimulans als LPS (carrier + het eiwit waarvoor je wilt vaccineren). Door de carrier toe te voegen wek je een hevigere immuunrespons op, waardoor er een sterke B-cel respons optreedt. 8

9 De tweede speciale soort is het virus like particle (VLP) en het virosoom vaccin. VLPs en virosomen hebben dezelfde vorm als een virus, maar geen genoom. Ook worden ze beter herkend door APCs, waardoor er een betere IR op zal treden. Het HPV vaccin is een voorbeeld van een VLP vaccin waar gevormde proteïnen spontaan zullen assembleren in een VLP. De derde soort is het DNA-vaccin. Hierbij wordt het gen dat codeert voor het antigen/antigenen in cellen gespoten, waardoor er immuniteit zou moeten ontstaan. Het enige probleem is dat het op het moment niet echt werkt in mensen. Split vaccine gehakt virus Subunit vaccine oppervlaktemoleculen van het virus Antigenic drift zorgt voor een geleidelijke verandering in hemagglutinine (HA). Deze geleidelijke verandering zorgt voor jaarlijkse epidemieën. Antigenic shift is het switchen naar een ander soort hemagglutinine (HA). Deze switch zorgt voor pandemieën. Polio In slecht ontwikkelde landen worden kinderen vroeg blootgesteld aan polio, maar beschermd door maternale AB s passieve immunisatie. Virus verspreidt zich via de fecal-oral route en is in 90% van de gevallen asymptomatisch. Wanneer het virus zich in de bloedbaan begeeft kan het het centrale zenuwstelsel aantasten door het infecteren van motorneuronen. Het sterven van motorneuronen zorgt voor de verlammingsverschijnselen. College 4 Inflammatie: De respons van gevasculariseerd weefsel op schade Verworven immuniteit Immunologische ontsteking Aangeboren immuniteit Niet-specifieke ontsteking Ontstaan van een ontsteking De aard van een ontsteking kan erg uiteenlopend zijn. Ten eerste kunnen ontstekingen worden veroorzaakt door fysieke schade als trauma, verbranding en straling. Daarnaast kunnen ontstekingen ook ontstaan door chemische toxines en microbiële infecties. Acute ontsteking Rubor en calor domineren Chronische ontsteking Dolor en tumor domineren 9

10 Acute ontsteking Een acute ontsteking leidt tot veranderingen in de bloedvoorziening van het geinfecteerde weefsel. Ook treden er structurele veranderingen op in de capillairen, waardoor plasmaeiwitten en leukocyten de circulatie kunnen verlaten. Tenslotte treedt er marginatie, diapedese en chemotaxis op zodat leukocyten hun weg naar de infectie kunnen vinden. Bloedvoorziening Op de plek van infectie treedt er eerst heel kort vasoconstrictie op, gevolgd door een aanhoudende vasodilatatie. Deze toename in bloed resulteert in calor en rubor. Doordat er veel leukocyten uit de capillairen kunnen treden wordt de [RBC] hoger. Een hogere concentratie rode bloedcellen gaat altijd gepaard met een toename in viscociteit. Dit proces wordt ook wel statis genoemd. Het binden van leukocyten aan het epitheel van de capillair noemt men leukocyt marginatie. Dit wordt gevolgd door het rollen en het migreren van de leukocyt door het endotheel. Structurele veranderingen in microvasculatuur Onder normale omstandigheden neemt de hydrostatische druk af naarmate het capillair overgaat in een vene. Daarnaast blijft de colloïd osmotische druk gelijk over het gehele traject. Tijdens een inflammatie is de hydrostatische druk sterk verhoogd (maar neemt wel in dezelfde mate af). Daarnaast blijft de colloïd osmotische druk niet gelijk. Ook deze neemt nu af. Leukocyt infiltratie In het vasculaire lumen worden selectins en integrins tot expressie gebracht. Selectins P,E en L zijn vooral belangrijk bij het rollen over het epitheel. Selectins binden aan carbohydrates op het membraan leukocyten. Voor de transmigratie door het epitheel (diapedese) zijn vooral integrins belangrijk (ICAM,VCAM en MACAM). Regulatie van adhesiemoleculen Adhesiemoleculen worden gereguleerd door het vrijkomen van cytokines op de plek van infectie (histamine, thrombine etc.) Dit gebeurt al na enkele minuten. De transcriptie van integrines wordt vooral geïnduceerd door het vrijkomen van IL-1 en TNF. Chronische ontsteking Wanneer de bron van de ontsteking niet verwijderd kan worden, kan de ontsteking wel maanden, jaren of levenslang blijven bestaan. De ontstekingsreactie ondergaat dan een soort overgang waarbij calor en rubor verdwijnen, maar waar tumor en dolor blijven (denk aan reumatoïde artritis). De macrofaag staat centraal bij chronische infecties. Meestal ontstaat een chronische infectie uit een acute infectie die niet verholpen kan worden. Daarnaast kan een chronische infectie ook ontstaan t.g.v.een lange blootstelling aan toxines of auto immuunreacties. 10

11 Bij een chronische ontsteking worden macrofagen constant gerekruteerd d.m.v. chemotaxis. Terplekke worden de macrofagen aangezet tot proliferatie, maar tegelijkertijd worden ze geïmmobiliseerd door macrofaag inhibitory factor en geoxideerde lipiden. Verschillende cytokines zorgen ervoor dat een macrofaag richting een M1 macrofaag of een M2 macrofaag differentieert. M1 Littekenvorming en fibrose M2 ECM remodeling en cellulaire regeneratie Vormen van acute en chronische ontstekingen De aard, ernst en het weefseltype waarin de infectie optreedt is bepalend voor de soort ontsteking die zal gaan optreden: Serous inflammation Uittredend vocht Fibrinous inflammation Vormen van fibrine Supperatieve of purulente inflammation Pus + neutrofielen Ulcer Zweervorming College 5 Kanker Tumoren t.g.v. kanker kunnen ontstaan t.g.v. een disregulatie van celgroei en celdeling. Hierdoor ontstaan er veel verschillende klonen van een cel, die vervolgens een (tijdelijk) lokale tumor zullen veroorzaken. Er zijn verschillende soorten te onderscheiden: Carcinoma Kankers ontstaan uit epitheliaal weefsel (borst, prostaat, long) Sarcoma Kankers ontstaan uit bindweefsel (bot, kraakbeen, vet, zenuwen) Lymphoma Kankers uit hematopoietisch weefsel (leukemie) Blastoma Kankers uit precursorcellen of embryonaal weefsel (in kinderen) Germ cell Kankers uit pluripotenten cellen in de testikels of ovaria Uit onderzoek is gebleken dat ongeveer 20% van de kankers wordt veroorzaakt door tumorvirussen. Er zijn verschillende behandelmethoden mogelijk. Deze zijn onder te verdelen in twee groepen: Niet-selectieve behandelingen en selectieve behandelingen. Operatieve ingrepen en immunotherapie zijn selectieve behandelingen, terwijl chemotherapie en radiotherapie nietselectieve behandelmethoden zijn. Tumoren kunnen door het IS worden herkend als lichaamsvreemd. Het is (nog) niet duidelijk hoe marcorfagen tumorcellen herkennen, maar ze doen het wel. 11

12 Van het innate immuunsysteem hebben NK-cellen de mogelijkheid om (tumor) cellen met een verlaagde MHCI expressie (of een verhoogde expressie van activerende receptoren) te doden. Daarnaast kunnen macrofagen tumorcellen doden d.m.v. TNFalfa, ROS en NO. Het adaptieve immuunsysteem zorgt voor de CD8+ cellen. Cytotoxische T-cellen zijn key-players in het doden van tumorcellen. Wanneer een CTL bindt aan een tumorcel is het in staat om in de tumorcel apoptose te induceren. Daarnaast kan het een Fas/FasL interactie tot stand brengen, wat het zelfde gevolg zal hebben. CD4+ Thcellen kunnen cytokines maken die CTLs activeren. Tenslotte kunnen AB s zorgen voor de activatie van het complement en antibody depeldent cell-mediated cytotoxicity (ADCC). Uit een aantal ingewikkelde dia s kon ik opmaken dat tumoren regulatoire T-cellen (Tregs) en MDSC s (Myeloid-derived Suppressor Cells) aantrekken. Deze celtypen werken immunosuppressief. Dit wil je niet in de buurt van je tumor hebben, omdat immuuncellen een cruciale rol spelen in het opruimen van de tumor. Mechanismen van immuunevasie Tumorcellen hebben soms slimme manieren gevonden om het immuunsysteem te ontwijken: Soms maakt de tumorcellen geen lichaamsvreemde antigenen aan T-cellen kunnen de tumor niet herkennen. Soms maakt de tumor geen of een ander soort MHC aan. Hierdoor zullen NK-cellen de tumor wel herkennen, maar zal er geen specifieke IR optreden. Soms maakt de tumor immunosuppressieve eiwitten, waardoor de T-cel activatie niet of nauwelijks meer verloopt. Zoals hierboven al beschreven staat voorkomt de verlaagde MHCI expressie CTL herkenning. NK-cellen zullen deze tumorcellen wel herkennen, maar door hun gelimiteerde clonale expansie zal de effectiviteit van deze cellen een stuk lager zijn dan die van geactiveerde CD8+ cellen. Adoptive T-cell transfer Deze techniek is een vorm van passieve immunotherapie. Hierbij worden lymfocyten uit het bloed van de patient geisoleerd. Vervolgens worden deze lymfocyten geactiveerd d.m.v. IL-2. Ook worden er anti-tumor AB s toegevoegd. Wanneer deze lymfocyten weer terug in het lichaam worden geplaatst zullen de CTLs de tumorcellen herkennen en doden. Anti-tumor AB s Naast de adoptive T-cell transfer kun je ook antilichamen specifiek voor tumorcellen inspuiten. De gevolgen hiervan moeten duidelijk zijn. 12

13 Profylactische tumorvaccins Deze vaccins induceren neutraliserende antilichamen tegen de structurele eiwitten van het tumorvirus. Het vaccin tegen het HPV is hier een voorbeeld van. Tumorvaccins Killed tumor vaccines Bij dit type vaccin transfecteert men verschillende tumorcellen met B7 en IL-2 genen. Het B7 gen stimuleert tumor-specifieke CD8+ T- cellen en IL-2 versterkt de proliferatie. Naast B7 en IL-2 kan ook GM-CSF worden gebruikt. GM-CSF trekt dendritische cellen aan, wat weer leidt tot de presentatie van tumorantigenen en dus de activatie van CD8+ T-cellen. Professional APC-based vaccins Bij dit type vaccin transfecteert men een plasmide dat codeert voor tumorantigenen in een dendritische cel. Deze dendritische cel wordt vervolgens bij de patient ingespoten en zal het betreffende antigen gaan presenteren met alle gevolgen van dien. Purified tumor antigens Hierbij worden gezuiverde antigenen samen met een adjuvant bij de patient ingespoten. Het immuunsysteem zal deze lichaamsvreemde eiwitten gaan presenteren. Viral vectors Hierbij worden virussen genetisch gemodificeerd waardoor een host cel tumorantigenen tot expressie gaat brengen na infectie met het virus. Het Semliki Forest Virus is hier een voorbeeld van. College 5 Immunologische tolerantie Wanneer het immuunsysteem geen respons veroorzaakt op een bepaald antigen spreekt met van immunologische tolerantie. Wanneer men spreekt van auto-immuniteit kan je dus zeggen dat er een verlies van immunologische tolerantie plaatsvindt, zodat er een immunologische respons tegen zelf antigenen op gang komt. Centrale tolerantie Wanneer lymfocyten in het beenmerg of de thymus sterk reageren op een self-antigen kunnen er drie dingen gebeuren. Ten eerste kan de cel in apoptose gaan. Ten tweede kunnen B-cellen receptor editing ondergaan. Ten derde kunnen CD4+ T-cellen zich ontwikkelen richting een Treg cel. Bedenk wel dat de selectie niet zwart-wit is. Er moet enige reactiviteit voor HLAI/II zijn als er positieve selectie moet kunnen plaatsvinden. 13

14 Perifere tolerantie Wanneer een mature lymfocyt reageert op een self-antigen kunnen er ook weer drie dingen gebeuren. Ten eerste kan de cel in apoptose gaan. Ten tweede kan de cel in anergy raken. Ten derde kan de cel onderdrukt worden door de regulatoire T-cellen die in de centrale tolerantie ontstaan zijn. Regulatoire T cellen brengen de zgn. CTLA-4 receptor tot expressie. Deze receptor kan binden met de B7 receptor die normaal voor een co-stimulatoir signaal zorgt. Hierdoor wordt de dendritische cel functioneel geïnactiveerd. Anergie is dus niet absoluut en moet onderhouden worden. Bij voldoende co-stimulatie kan anergie dus verdwijnen. Regulatoire T-cellen Tregs zijn CD4+ cellen met een hoge CD25 expressie. Ook bevatten zij de transcriptiefactor FoxP3. Omdat regulatoire T-cellen gevoeliger zijn voor IL-2 dan andere lymfocyten kunnen zij langer overleven. Dus: Centrale tolerantie (negatieve selectie) Perifere tolerantie o Anergie o Activatie geinduceerde celdood Immuunsuppressie door regulatoire T-cellen o Centraal ontstaan o Perifeer ontstaan Ontstaan auto-immuniteit Auto-immuniteit kan dus ontstaan door een mislukte selectie van lymfocyten een doorbraak van anergie of een onvoldoende activiteit van regulatoire T-cellen. Immuunpathologische reactietypen Type 1: Immediate hypersensitivity. Bij deze vorm wordt het antigen gepresenteerd aan CD4+ Th2 cellen, die vervolgens plasma B-cellen aanzetten tot het maken van specifieke IgE moleculen. Deze IgE moleculen binden aan het membraan van mastcellen of basofiele granulocyten met behulp van de Fc-epsilon receptor. Wanneer de ABs in contact komen met het antigen zal er een crosslinking van IgE receptoren ontstaan, dat een spontane degranulatie veroorzaakt. Type 2: Antibody mediated cytotoicity. Deze vorm van allergie, ook cytotoxische reactie genoemd, ontstaat wanneer antilichamen zich gaan richten naar het oppervlak van cellen en weefsels, op de aldaar aanwezige antigenen. Zo start een reeks reacties die uiteindelijk de afbraak van cellen of weefsel veroorzaakt. 14

15 Type 3: Immune complex cytotoxicity. Deze vorm van allergie ontstaat wanneer antigeen-antistofcomplexen neerslaan en onder andere neutrofielen aantrekken en het complementsysteem activeren en zo weefselschade veroorzaken. Type 4: Delayed type hypersensitivity. Deze allergie ontstaat door activatie van Thcellen die d.m.v. het activeren van macrofagen de productie van diverse cytokinen stimuleert en zo het betreffende antigeen elimineert, maar tevens weefselschade veroorzaakt. Bij deze reactie zijn zowel CD4+ als CD8+ betrokken. In de praktijk zijn klinsche beelden van patienten zeer divers en inconsistent. Zaken als tolerantie zijn slecht te meten en zijn erg duur. Serologie Binnen de autoimmuunserologie zijn verschillende zaken te meten. Ten eerste zijn er de orgaanspecifieke ABs. Hierbij moet je wel onthouden dat ABs niet altijd verantwoordelijk zijn voor ziekte. Ten tweede zijn er de niet-orgaanspecifieke ABs. Deze ABs worden vaak geassocieerd met systemische autoimmuunziekten. Sensitiviteit: Mensen die ziek zijn en ook positief scoren op de test Specificiteit: Mensen die negatief scoren wanneer de ziekte afwezig is. Behandeling auto-immuunziekten in inductiefase (SLE + Goodpasture) Prednisolon geven om het immuunsysteem te onderdrukken op korte termijn. Aanmaak van auto-immuun antilichamen remmen door cyclofosfamide (lange termijn) en prednisolon. Verwijderen van auto-immuun antilichamen d.m.v. plasmaferese Wanneer men test voor systemische lupus erythematosus kijkt mijn naar Anti-nucleaire antilichamen (ANA) en anti-dsdna. Ook zal de [C3] en [C4] verlaagd zijn omdat het complement geactiveerd is. Wanneer een patiënt voldoet aan alle drie genoemde symptomen is de kans dat hij/zij lijdt aan SLE zeer waarschijnlijk. SLE is een type III autoimmuunreactie. Ziekte van goodpasture type II auto-immuunreactie SLE type III auto-immuunreactie 15

16 Behandeling auto-immuunziekten in onderhouds fase (SLE + Goodpasture) Het doel bij het behandelen van een AI-ziekte is het voorkomen van het terugkomen van de ziekte. Hierbij kijkt men vooral naar de kans dat een recidief optreedt. Realiseer wel dat een langdurige therapie vaak een cumulatieve toxiciteit heeft. SLE wordt onderhouden door het toedienen van prednisolon. Dit is voornamelijk omdat recidieven vaak frequent en ernstig kunnen terugkomen. Wanneer de antidsdna titer oploopt wordt de therapie geïntensiveerd Goodpasture heeft geen onderhoudstherapie nodig omdat er zelfden recidieven optreden. Wegener ANCA-geassocieerde vasculitis treedt op wanneer er auto-immuun antilichamen worden gemaakt tegen het cytoplasma van neutrofielen. Bijna altijd recidieven preventief prednisolon. College 6 Transplantatie Er kunnen veel verschillende organen en weefsels worden getransplanteerd tussen mensen. Wanneer dit gebeurd is sterk afhankelijk van de noodzaak. De procedure is als volgt: Het graft van de donor zal in de ontvanger worden geplaatst. Dit kan op twee manieren: Orthotopisch Op de zelfde plaats in het lichaam Heterotopisch Op een andere plaats in het lichaam Uit een aantal afbeeldingen uit de sheets blijkt dat personen een IR ontwikkelen voor een transplantaat. Er zijn een aantal verschillende transplantatiemogelijkheden: Autoloog Je doneert aan jezelf Syngeen/isogeen Je transplanteert genetisch identieke cellen Allogeen MHC donor en ontvanger verschillen Xenogeen Je transplanteert tussen verschillende soorten Wanneer een orgaan afgestoten wordt is dit een voorbeeld van en normale immuunrespons. Antigenen zullen worden gepresenteed en er zal een immuunreactie volgen. De nadruk ligt hierbij op de cellulaire (Th1) component en minder op de humorale (Th2) component. 16

17 Presentatie van allogene eiwitten De presentatie van een alloantigen kan zowel indirect als direct verlopen. Bij de directe presentatie wordt het allogene MHC herkend door een T-cel. Bij de indirecte route wordt het allogene MHC herkend door een APC, die vervolgens de allogene cel fagocyteert en zijn allogene peptiden presenteert aan T-cellen. Direct Allogeen MHC (op APC) direct herkend door T-cel Indirect Allogeen MHC geprocessed door APC en vervolgens gepresenteerd DUS: Er treedt een indirecte antigeenpresentatie op. Dit proces wordt versterkt door de directe presentatie door APC s in het transplantaat. Conventionele respons vs. de allo-respons Als je kijkt naar het aantal T-cellen dat op normale antilichamen reageert en het aantal T- cellen dat reageert op allo-mhc, zal je zien dat het aantal T-cellen dat op allo-mhc reageert vele malen hoger is. Dit komt doordat er crossreactivity optreedt tussen TCR, waardoor er altijd wel wat past. Classifications of graft rejection Er zijn verschillende manieren waarop een transplantaat kan worden afgestoten. De eerste is de zogenaamde Hyperacute rejectie. De tweede is de normale acute rejectie en de derde de chronische rejectie. Hyperacute rejection Deze manier van afstoten treedt binnen minuten of dagen op. Dit is vooral een antilichaam gemedieerde respons. Doordat ABs binden aan het endotheel wordt het complementsysteem geactiveerd. Vervolgens kunnen granulocyten de betreffende cellen met hun Fc-gamma en C3b receptor fagocyteren. Acute rejection Deze manier van afstoten treedt binnen dagen of weken op. I.t.t. de hyperacute rejectie is dit een cellulair gemedieerde respons. Hier is onderscheid te maken tussen een vasculaire rejectie en een parenchymale rejectie. o De vasculaire rejectie ontstaat doordat CTLs het endotheel lyseren. Ook binden er alloreactie ABs aan het endotheel, waardoor er ook granulocyten worden geactiveerd. o De parenchymale rejectie ontstaat wanneer CTLs en macrofagen dieper het weefsel infiltreren. Omdat die cellen ook alloantigenen op hun oppervlak hebben, zullen ook zij worden gelyseerd. 17

18 Chronische rejectie Deze vorm van afstoten treedt binnen maanden of jaren op. Het proces berust niet op één mechanisme. Het bestaat uit allo-dependent factoren en allo-independent factoren. Na vele jaren ontstaat er fibrose door een chronische type- IV DTH reactie. o Allo-dependent factoren zijn b.v. MHC compabiliteit en het aantal acute rejecties die zich in het verleden hebben voorgedaan. o Allo-independent factoren zijn vooral factoren die bijdragen of bij hebben gedragen aan het ontstaan van weefselschade. Denk hierbij aan ischemie of virale infecties. Preventie Er zijn verschillende manieren waarop een afstotingsreactie behandeld kan worden. Ten eerste kan het HLA van de donor en ontvanger worden gematcht, waardoor er geen of minder allogeen MHC meer aanwezig zal zijn. Ten tweede probeert men om zgn. passenger leukocytes (APC s in graft) uit het transplantaat te elimineren, om zo een directe afstotingsreactie te voorkomen (erg moeilijk). Tenslotte wordt er geprobeerd om het immuunsysteem te onderdrukken, om zo een rejectie te voorkomen. Immunosuppressiva Door immunosuppressiva te gebruiken verhoog je de kans op infecties en maligniteiten. Daarnaast is ook de kans op nierfalen sterk verhoogd. Dit komt door de verhoogde kans op infecties met tumorvirussen en het neerslaan van immuuncomplexen in de capillairen van de nier (type III reactie). College 7 HLA typering Serologisch Wanneer het HLA van iemand moet worden bepaald, isoleert men leukocyten. Vervolgens worden deze lymfocyten geïncubeerd met typeersera (bv. Anti-B7) en complement. Wanneer de geïsoleerde leukocyten sterven weet je hoe laat het is. Dit is de serologische manier van typeren. DNA SSP Naast de serologische typering kan er ook gebruik worden gemaakt van de DNA SSP methode. Hier neemt men primers voor het betreffende DNA, gooien er wat primers bij, stoppen het allemaal een PCR en kijken of er amplificatie optreedt. DNA SSO(P) Deze techniek lijkt op de SSP methode. Ook hier worden specifieke primers genomen, maar er worden ook oligonucleotiden toegevoegd. Schijnbaar kun je hier uit opmaken met wat voor HLA je te maken hebt. DNA SBT SBT staat voor sequencing based typing. Hierbij wordt er dus een stuk DNA gesequenced en vergeleken met bekend materiaal om zo te onderzoeken met wat voor HLA je te maken hebt. 18

19 Afstoting beperken Om te controleren of de ontvanger een grote kans heeft op een acute of hyperacute afstoting worden er bepaalde tests uitgevoerd. Ten eerste wordt er een Kruisproef gedaan. Omdat de hyperacute rejectie een AB gemedieerde reactie is, wordt er serum van de patiënt bij lymfocyten van de donor geplaatst. Ten tweede wordt het HLA van de donor en patiënt gematcht om zo de cellulaire respons die optreedt bij een acute rejectie te voorkomen. College 8 Biologische effecten van een type I immuunrespons Een geactiveerde mestcel (crosslinking IgE receptoren) kan zowel acute als vertraagde effecten teweegbrengen. Onder de acute worden de histamines en de lipide mediatoren gerekend en onder de chronische vooral de cytokines. Hier is echter enige twijfel over omdat de docent zei dat lipide mediatoren ook enigszins vertraagd zijn. T-cel balans De T-cel balans is eigenlijk een soort weegschaal. Aan de ene kant heb je de Th1 en de Th2 cellen en aan de andere kant de regulatoire T-cellen (Foxp3). Wanneer de balans richting de Th1/Th2 cellen neigt is er sprake van infectie en wanneer de balans richting de Tregs neigt is er sprake van anergie. Th1 Dit type cel is verantwoordelijk voor auto-immuniteit Th2 Dit type cel is verantwoordelijk voor allergie en asthma Wanneer er mutaties in het Foxp3 gen zijn ontstaan kan dit leiden tot eczeem, allergie en auto-immuunziekten. Allergenen Veel allergenen zijn proteases. Een bekend voorbeeld hiervan is het DERP1 eiwit dat voorkomt in de ontlasting van huisstofmijt. Het is in staat om tight-junctions te vernielen en vervolgens een allergische reactie op gang te brengen. Rol van PAMPs PAMPs op het membraan van een APC spelen een belangrijke rol in het differentieren van T- cellen. Type 1 PAMPs zorgen ervoor dat een Th cel zich zal differentieren richting type Th1, terwijl Type 2 PAMPs ervoor zorgen dat de Th cel zich richting type Th2 zal gaan differentieren. Daarnaast zijn er ook nog regulatoire PAMPs die zorgen voor de conversie van een Th-cel richting een regulatoire T-cel. 19

20 Mechanisme Wanneer er IgE moleculen aan de Fc-gamma receptor crosslinken zullen de bèta en de gamma subunits zorgen voor het ontstaan van een cascade in de cel. Het komt er uiteindelijk op neer dat er drie mechanismen in gang worden gezet, die uiteindelijk zullen zorgen voor de aanmaak van lipide mediatoren, cytokines en histamines. IP 3 Dit molecuul zorgt voor het vrijkomen van calcium uit het SER. Als het goed is weet je nu dat een verhoging van [Ca 2+ ] in het cytoplasma resulteert in exocytose. In dit geval zijn dat granules met histamine. Ras/MAP kinases Deze moleculen zorgen ervoor dat de genexpressie van bepaalde cytokines wordt verhoogd. PLA 2 Dit molecuul zorgt uiteindelijk voor de aanmaak van lipide mediatoren Tijd tot effectorfuncties: Cytokines (Ras/MAP) > Lipiden (PLA 2 ) > histamines (IP 3 ) Basofielen en eosinofielen Eigenlijk gedragen basofielen zich niet als mestcellen. Een ander type cel dat geactiveerd is tijdens een allergische reactie zijn de zogenaamde eosinofielen. Deze cellen zijn eigenlijk bedoeld voor het doden van wormen, maar spelen dus ook een rol bij allergische reacties. Eosinofielen scheiden kationische moleculen en enzymen uit, die ervoor zorgen dat de parasiet dood gaat. Gevoeligheid voor allergieën Allergieën kunnen veroorzaakt worden door genetische factoren, omgevingsfactoren en soms zelfs virale infecties. Het blijkt dat allergieën minder voorkomen in derdewereldlanden. Ook zijn er bepaalde genen die er van verdacht worden dat ze allergische asthma veroorzaken. Behandeling Cromolyn Dit inhibeert bronchiale constrictie Beta-2-agonisten Deze zorgen voor bronchiale relaxatie Corticosteroiden Deze remmen de ontstekingsreactie Eigenlijk wordt er altijd een beta-2-agonist met een korte werkingsduur voorgeschreven bij elke vorm van asthma. Naarmate de ernst van de ziekte toeneemt kunnen er ook corticosteroïden of zelfs beta-2-agnosten met een langdurige werking voor worden geschreven. 20

21 Lymfocyten als drug-target Naast de hiervoor genoemde behandelmethoden is het ook mogelijk om Th1 en Th2 lymfocyten te gebruiken als target. Zo is het mogelijk om Th2 cytokines te blokkeren (Th2- respons is verantwoordelijk voor allergische reacties) of om Th1 cytokines toe te dienen om zo de Th1/Th2 balans te herstellen. Ook is het mogelijk om de differentiatie van Th-cellen richting regulatoire T-cellen te stimuleren, om ook zo de lymfocytbalans te herstellen. College 9 SCID (primair) Het probleem met Severe Combined Immunodeficiency is dat de gamma keten van de IL-2 receptor niet goed functioneerd. Wanneer je SCID patienten met gentherapie behandeld neemt het aantal CD3+ sterk toe. Immuundeficiëntie Er zijn twee typen immuundeficiëntie te onderscheiden, namelijk primaire en secondaire immuundeficiëntie. De primaire vorm is vrijwel altijd aangeboren en uit zich meestal al vroeg in het leven. De secondaire vorm wordt veroorzaakt door therapie (immunosuppressiva) of ziekten. Chronische granulomateuze ziekte (CGD) (primair) Bij deze ziekte treedt er geen doding van de microbe in de fagocyt op. Dit komt meestal door een mutatie in het NADPH-oxidase enzym, dat superoxiden produceert. Zoals ik al eerder genoemd heb ontstaan hierdoor granulomas. Intracellulaire TLR-signalling Wanneer er mutaties optreden in het IRAK en/of het MYD88 eiwit zal dit leiden tot een hogere gevoeligheid voor bacteriële infecties. Dit komt doordat IRAK en MYD88 belangrijke componenten zijn in de pathway voor de activatie van NFkb, een belangrijke transcriptiefactor. Hyper IgM syndroom (primair) Het Hyper IgM syndroom ontstaat wanneer er een mutatie optreedt in het CD40 ligand (CD40L). Hierdoor kunnen Th2 cellen geen B-cellen meer activeren. Zoals je weet produceert een B-cel IgM totdat hij geactiveerd wordt en isotype switch ondergaat. Wanneer Th2 cellen geen B-cellen kunnen activeren zal er dus een hoge [IgM] en een lage concentratie andere cytokines in het bloed aanwezig zijn. Behandelmethoden Corrigeer het defect Beenmergtransplantatie Vervang het missende component Toedienen ABs (duur) Behandel preventief voor infecties Antibiotica en/of vaccinatie 21

22 IgG subclass deficiency (primair) Mensen die lijden aan deze ziekte hebben een tekort aan één van de 4 IgG subclass componenten. Dit wil niet zeggen dat ze geen IgG kunnen vormen, sterker nog, in de meeste patienten is de [IgG] normaal. Wel is het zo dat elke subclass een andere specificiteit heeft. Hierdoor zal de vatbaarheid voor bepaalde infecties toenemen. X-linked hypogammaglobulinemia (primair) Bij deze ziekte kunnen patienten geen mature B-cellen vormen. Hierdoor zullen er grote tekorten zijn aan verschillende typen antilichamen. De ziekte ontstaat omdat er een mutatie is ontstaan in de Bruton s tyrosine kinase (Btk). Dit eiwit is normaal verantwoordelijk voor de maturatie van B-cellen. Ik weet niet of de [IgM] wel normaal zijn, omdat immature B-cellen gewoon IgM produceren, maar misschien heeft de B-cel het Btk eiwit al eerder in zijn ontwikkeling nodig zodat de [IgM] lager of niet aanwezig is. 22