Thema 6: Herkenning van antigeen door T-lymfocyten

Question 1

1. Het belang van T-cel receptoren (TCR) voor de functie van het adaptieve immuunsysteem uitleggen.

Answer 1

• Dendritische cellen fagocyteren en degraderen een pathogeen.
• Pathogene eiwitten  geknipt tot eiwitfragmenten (antigeen peptide)
• Dendritische cellen presenteren een anitgeen peptide in MHC molecuul
• Een T-cel receptor (TCR) bindt MHC + antigeen peptide

Question 2

2. De overeenkomsten én verschillen tussen de TCR en BCR/antilichamen toelichten.
   - Verschillen:

Answer 2

• De TCR bindt een antigeen peptide fragment gebonden in de groeve van een MCH molecuul + enkele aminozuren van de groeve van het MCH eiwitmolecuul.

Question 3

2. De overeenkomsten én verschillen tussen de TCR en BCR/antilichamen toelichten.
   - Overeenkomst

Answer 3

• TCR lijkt qua opbouw op een Fab-fragment van een BCR of Ab

Question 4

3. De opbouw van het T-cel receptor complex beschrijven en aangeven welke twee typen TCR men onderscheid.

Answer 4

• T-lymfocyten binden antigeen via een uniek hypervariabel antigeen bindend domein. De antigeen binding site wordt gevormd door:
  o Het hypervariabele deel van het variabele domein van de T-cell receptor α keten
  o Het hypervariabele deel van het variabele domein van de T-cell receptor β keten

Question 5

• CD3

Answer 5

complex van 4 verschillende polypeptide

o Bovenop het hypervariabele deel van de β & α ketens zitten CDR loops

Question 6

CDR

Answer 6

complementarity determining region
o Unieke hypervariabele delen van de TCR
o Behoort tot de V e β & α ketens
o Bindt met het antigeen in de MHC groeve

Question 7

4. Uitleggen welke processen betrokken zijn bij het ontstaan van variabiliteit in de TCR en het belang hiervan aangeven.

Answer 7

• TCR variatie komt in stand door gen recombinatie volgens hetzelfde principe als de vorming van het BCR.
• VDJ- en VJ recombinatie zorgt voor diversiteit.
• Ze vormen samen een unieke Ag bindend TCR-domein

Question 8

o V gen

Answer 8

segmenten coderen voor variabele domeinen

Question 9

o J gen

Answer 9

segmenten coderen voor joining domeinen

Question 10

o D gen

Answer 10

segmenten coderen voor diversity domeinen

Question 11

o C gen

Answer 11

segment coderen voor constante domeinen van de e β & α ketens.

Question 12

5. Het basisprincipe van antigeen presentatie beschrijven.

Answer 12

• In een lymfoide orgaan; wanneer een T-cel gebonden zit aan een dendritische cel kan een TCR wel Ag/MHC II op een APC herkennen en wordt de T-cel geactiveerd, hij deelt dan een differentieert tot een effector T-lymfocyt.
• Wanneer een T-cel niet gebonden zit aan een dendritische cel kan een TCR geen Ag/MHC II op een APC herkennen, de T-cel wordt niet geactiveerd en gaat via lymfevaten weer circuleren.
• Antigeen presenterende cellen activeren adaptieve immuunsysteem. Als een APC een pathogeen heeft herkent en gefagocyteerd, migreert hij naar de dichtbijzijnde lymfeknoop
• Terwijl dit gebeurt wordt een immature APC en mature APC.

Question 13

• De functie van een immature APC

Answer 13

APC is het binden en fagocyteren van een pathogeen.

Question 14

• De functie van een mature APC

Answer 14

is het antigeen presenteren, verder heeft deze meer MCH II moleculen, meer hechtings moleculen, kan cytokinen produceren en heeft minder receptoren voor antigeen binding.

Question 15

6. Aangeven hoe antigeen presenterende cellen in staat zijn om pathogenen te herkennen en te fagocyteren.

Answer 15

• Antigeen herkenning door T-lymfocyten
  o T-lymfocyt heeft een unieke T-cel receptor (TCR_
  o TCR bindt antigeenpeptide = eiwitfragment van gedenatureerd antigeen
  o Antigeenpeptide zit in MHC-molecuul op APC (antigeen presenterende cel)
  o TCR bindt antigeenpeptide én MHC-molecuul

Question 16

7. Het proces van antigeen presentatie via MHC I en MHC II beschrijven en aangeven welke route bedoeld is voor het presenteren van extracellulaire en endogene/intracellulaire peptiden.

Answer 16

• Cytotoxische t-lymfocyten (Tc-cellen) herkennen MHC I moleculen, beladen met antigeenpeptiden afkomstig van intracellulaire pathogenen.
• De antigeenpeptiden in de MHC I presentatie zijn eiwitten die in de cel worden gemaakt en niet meer nodig zijn of zijn vreemde eiwitten die in de cel worden gemaakt, door bv. Een virus.
• Deze eiwitten worden afgebroken door het proteasoom (is een groot eiwitcomplex dat als belangrijkste functie heeft andere eiwitten, die overbodig of beschadigd zijn, af te breken), via TAP (kanaaltje) worden deze peptiden fragmenten naar het ER getransporteerd.
• Daar worden geladen op het MHC I molecuul, om vervolgens via een lysosoom naar het celoppervlak getransporteerd te worden.
• Een MHC I wordt in het ER samengesteld en beladen met behulp van eiwitten van het peptide belandingscomplex.
• Helper T-lymfocyten (Th-cellen) herkenne MHC II moleculen, beladen met antigeenpeptiden afkomstig van extracellulaire pathogenen die zijn gefagocyteerd door fagocyten.
• De antigeenpeptiden in de MHC II presentatie zijn eiwitten die vanuit het extracellulaire milieu zijn opgenomen via endocytose/pinocytose (het proces waabij de cel stoffen opneemt die door de celmembraan werden ingesloten) of zijn complexe antigenen en extracellulaire micro-organisme openomen via fagocytose.
• In de fagocyt vindt er in de fagolysosoom/endosoom doding en afbraak plaats, die fagolysosoom fuseer met de vesicle waar de MHC II zich bevindt (die van het ER komt), daar worden de peptiden beladen op het MHC II.

Question 17

8. De structuur en functie van MHC moleculen beschrijven.

- MHC-I:

Answer 17

op alle kernhoudende cellen

Question 18

8. De structuur en functie van MHC moleculen beschrijven.

- MHC-II:

Answer 18

op alle kernhoudende cellen die antigeen kunnen presenteren. Alleen antigeen presenterenede cellen (APC) hebben MHC type I en type II op het celoppervlak. Alle andere cellen het lichaam hebben enkel MHC type I moleculen op het celoppervlak.

Question 19

9. Aangeven welke MHC moleculen betrokken zijn bij het presenteren van intra- en extracellulaire antigenen en uitleggen aan welk type T-cel zij dat doen.

Answer 19

• MHC II (celoppervlak APC) presenteert extracellulaire antigenen aan een CD4 T-cell (helper T-lymfocyt), met een alfa- en beta-keten TCR.
• MHC I (celoppervlak target cell) presenteerd intracellulair antigenen aan een CD8 T-cell (cytotoxische T-lymfocyt), met een alfa- en beta-keten.

Question 20

10. Het begrip kruispresentatie uitleggen.

Answer 20

• De exacte moleculaire route van kruispresentatie is nog niet geheel bekend.
• Kruispresentatie treed op wanneer virussen alleen bepaalde weefselcellen infecteren en geen APC’s.
• Om toch een goede Tc-reactie te krijgen, kunnen dendritische cellen ook kruispresenteren van MHC-I als ze een extracellulair Ag via fagocytose hebben opgenomen.
• Een APC, zoals een dendritische cel, kan dus een gefagocyteerd viral antigeen presenteren via zowel de MHC- I als de MHC-II route. Dit is atypisch; een antigeen dat via fagocytose wordt opgenomen, wordt normaal alleen gepresenteerd via de MHC-II route.
• Na fagocytose van virusdeeltes en afbraak tot virale peptides worden de peptides vanuit het fagolysosoom overgebracht naar het cytosol waar ze verder worden verwerkt door het proteasoom om zo de MHC-I route in te gaan.
• Op die manier kunnen via niet geinfecteerde APC’s dus toch Tc-cellen gewaarschuwd worden.

Question 21

11. Aangeven wat de belangrijkste humane genen zijn die voor het HLA coderen.

Answer 21

• De organisatie van het MHC gen (HLA) gebeurt op chromosom 6.
• Elk individu heeft een unieke set MHC moleculen. Iedere cel bevat met een celkern (dus ook APC’s) MHC I moleculen, elk individu heeft 6 verschillende MHC I moleculen (set van vader en moeder)
• Iedere APC heeft MHC II moleculen, ook hier heeft iedere individu er 6 van (set van vader en moeder).
• Alfa-keten komt van de vader en beta-keten komt van de moeder)

Question 22

12. Het laden van antigeen peptiden op een MHC-I of MHC-II molecuul beschrijven.

Answer 22

• De eigenschappen van een peptide die bindt aan de groeve van MHC I is een korte peptide (7-11 aminozuren), wordt volledig opgesloten in de groeve en bindt alleen aan de uiteinde van de groeve via waterstofbruggen.
• De eigenschappen van een peptide die bindt aan de groeven van MHC II is een langere peptide (13-18 aminozuren), wordt niet compleet opgesloten door de groeve (door lente) en bindt op meerdere plekken in de groeve via waterstofbruggen.

Question 23

• Herkomst antigeenpeptide in MHC II presentatie:

Answer 23

1. Eiwitten die vanuit het extracellulaire milieu zijn opgenomen via endocytose/pinocytose
2. Complexe antigenen en extracellulaire micro-organisme opgenomen via fagocytose.
3. B-cellen herkennen Ag met BCR en internaliseren dit actief via receptor-gemedieerde endocytose.
   - Doding en afbraak in fagolysosoom/endosoom
   - Peptide worden geladen op MHC-II
   - Alleen APC (antigeen presenterende cellen hebben MHC II)

Question 24

1. Vergelijk met behulp van figuur 5.1 de TCR met een BCR/antilichaam. Noem de overeenkomsten en verschillen.

Answer 24

• Overeenkomsten: BCR en TCR hebben beide variabele en constante domeinen, een Ag-bindend domein en een transmembraan domein waarmee ze verankerd zitten in de plasmamembraan.
• Verschillen: BCR bestaat uit twee identieke zware en lichte ketens. TCR is een afla/beta of gamma/delta heterodimeer.

Question 25

2. MHC moleculen zijn de meest polymorfe eiwitten die in ons lichaam aanwezig zijn. Wat betekent de term polymorf? Zoek vervolgens uit welke MHC moleculen het meest polymorf zijn. Maak hierbij gebruik van Fig. 5.29

Answer 25

• Polymorf = veel verschillende alleelen aanwezig zijn in een populatie. Dus tenzij je een tweelingbroer/zus hebt, heeft ieder individu zijn eigen set MHC alleelen.
• Hoe meer verwant je bent, hoe meer overeenkomst tussen de MHC allelen er zal zijn.
• Meest polymorf zijn: HLA-A, -B, -C en HLA-DR

Question 26

3. Teken een MHC-I en MHC-II eiwit. Benoem de domeinen en hun functies.

Answer 26

• MHC-I: bestaat uit een alfa-keten met drie domeinen en het niet-covalent geassocieerde beta2-microglobuline. Het alfa2-en alfa1-domein hebben de functie om peptide-antigenen te binden. Het alfa3-domein associeert met beta2-microglobuline.
• MCH-II: is een heterodimeer: bestaat uit een alfa- en een beta-keten met ieder twee domeinen. Het alfa1- en beta1-domein hebben de functie om peptide-antigenen te binden.

Question 27

1. Welke mechanismen zijn hetzelfde om te komen tot variaties in TCR en BCR?

Answer 27

• Allelix exclusion, grote verscheidenheid aan V-regio genen in germ line, somatische recombinatie genen V(ariable) regio mbv RAG-1 en RAG-2 enzymen, nucleotiden toevoegen tussen gen-segmenten tijdens recombinatie proces mbv enzym TdT, variabele recombinatie (nucleotide weglaten, ander codon cormen) tijden recombinatie van de genen.

Question 28

2. Welk mechanisme voor variatie wordt niet gebruikt bij de TCR en verklaar waarom dit niet wordt gebruikt?

Answer 28

• Somatische hypermutatie wordt niet gebruikt bij ontwikkeling van de TCR.
• Maar wel bij het proces van klasse switch tijdens de B-cel activatie in een lymfeknoop
• Tijdens klasse switch vinden mutaties plaats in het gensegment dat codeert voor de variabele domeinen van de BCR en dus van de antistoffen die daarna door plasmacellen worden geproduceerd.
• Hierdoor verandert de affiniteit van de BCR/antilichaam ontstaat dat ineens lichaamseigen antigeen gaat herkennen ipv de pathogeen.
• Een FDC (foliculaire dendritische cel) controleert of dit wel goed gaat.
• B-cellen die niet goed meer binden aan het antigeen waardoor ze zijn geactiveerd krijgen geen surcicalsignalen en gaan in apoptose.
• T-cellen kennen geen proces van klasse switch.

Question 29

3. Vindt er bij de TCR ook “klasse switch” plaats? Verklaar je antwoord.

Answer 29

• Nee, het risico dat zo’n T-cel receptor een veranderde specificiteit krijgt en eigen antigeen gaat herkennen, is te groot (meer kans op auto-immuunziekten)

Question 30

4. Wat is de functie van het immunoproteasoom bij een virus-geïnfecteerde cel?

Answer 30

• In aanwezigheid van een infectie wordt de structuur van het ‘normale’ proteasoom omgevormd tot het immunoproteasoom. Hierdoor worden er bij de afbraak van eiwitten in het cytosol meer peptides geproduceerd, die kunnen binden aan MHC-I moleculen.
• Vervolgens kunnen de Tc-cellen hier weer op reageren en de virus geïnfecteerde cellen aanvallen.

Question 31

5. Wat is de functie van de β1i, β2i en β5i subunits in het proteasoom? (zie ook paragraaf 5.10 in Parham ed. 5)

Answer 31

• Tijdens een infectie zal onder invloed van het cytokine IFN-gamma de structuur en de activiteit van het ‘normale’ proteasoom veranderen naar het immunoproteasoom.
• De katalytische subunits β1, β2 en β5 worden vervangen door de katalytische subuntis β1, β2 en β5 (i staat voor ‘immunologische functie’).
• Hierdoor verandert de specificiteit waarmee het proteasoom eiwitten in het cytosol afbreekt.
• Meer afbraak van eiwitten na hydrofoob aminozuren.
• Hierdoor ontstaan peptides die makkelijker kunnen binden aan MHC-I moleculen in het ER.
• Dus eerder herkenning door Tc-cellen mogelijk.

Question 32

6. Wat is de functie van de TAP1 en TAP2 eiwitten bij het laden van het MHC-I in het ER?

Answer 32

• TAP (transporter associated with antigen processing) eiwitten zorgen ervoor dat peptiden vanuit het cytosol worden getransporteerd naar het ER lumen.
• Hier kunnen de peptiden binden aan MHC-I.

Question 33

7. Naast virale eiwitten worden er door het proteasoom ook eigen eiwitten afgebroken. Deze eigen eiwitten kunnen ook aan het MHC-I worden gehecht. Waarom worden deze complexen van MHC-I met eigen eiwit niet door een cytotoxische T-cel herkend? Met andere woorden waarom vallen je TC cellen (= CTL cytotoxic T-lymfocyt) niet voortdurend al je cellen aan? Herhaal hiervoor Fig. 7.19.

Answer 33

• Tc-cellen ondergaan negatieve selectie in de thymus. Op het moment dat ze tijdens de T-cel ontwikkeling eigen antigeen herkennen, gaan ze in apoptose.
• Dus in principe zijn er geen Tc-cellen de eigen antigeen kunnen herkennen.

Question 34

8. Antigeen presenterende cellen (APC’s), zoals macrofagen, myeloïde dendritische-cellen en B-lymfocyten, hebben allemaal MHC-II. Op welke manier komt het antigeen deze APC’s binnen?

Answer 34

• Macrofagen, myeloide dendritische cellen via fagocytose van pathogeen. B-lymfocyten na herkenning van pathogeen met BCR en vervolgens endocytose van BCR met gebonden pathogeen.

Question 35

9. In les 6 is de manier waarop in een virus-geinfecteerde cel virale eiwitten op MHC-I worden geladen én de manier waarop een gefagocyteerd antigeen in een APC gekoppeld wordt aan MHC-II besproken. (Zie Fig. 5.17 voor een overzicht). Hoe kan er in een APC voorkomen worden dat MHCII niet wordt beladen met peptiden afkomstig van intracellulaire pathogenen…?

Answer 35

• MHC-I en MHC-II eiwitmoleculen worden allebei in het ER lumen gevormd en steken deels in het ER-membraan, zodat ze na transport richting de plasmamembraan aan de buitenkant van de cel terecht komen
• In het ER is de MHC-II bindingsgroeve afgedekt met de invariante keten. Peptide afkomstig van intracellulaire pathogenen kunnen in het ER dus wel binden aan MHC- I, maar niet aan MHC-II.
• Blaasjes met MHC-II die afsnoeren van het ER zullen pas daarna fuseren met het fagolusosoom, waarin resten van afgebroken extracellulaire pathogenen zitten.
• Zodra de invariante keten dan is afgebroken tot het molecuul CLIP kan dit molecuul vervolgens met behulp van HLA-DM worden vervangen door peptiden van extracellulaire antigenen.

Question 36

10. MHC-I en MHC-II komen co-dominant tot expressie. Wat betekent dat?

Answer 36

• Alle MHC-I en MHC-II allelen die je van zowel je vader als je moeder hebt geërfd, komen tot expressie.