Teoretisk Immunologi Samling af resumeer fra forelsninger i immunologi 2011-2012

Overlge, lektor Claus Koch

ckoch@health.sdu.dk

Lektor

Institut for Molekylr Medicin Cancer og Inflammation Syddansk Universitet J.B.Winslwsvej 21, 1 5000

2

Indholdsfortegnelse

FORORD........................................................................................................................................................................ 5 IMMUNFORSVARET: DEN INNATE OG DEN ADAPTIVE IMMUNITET ........................................................ 6 DE GRUNDLGGENDE FORSKELLE P DET INNATE OG DET ADAPTIVE IMMUNSYSTEM................ 7 FASERNE I IMMUNSYSTEMETS REAKTION P INDTRNGEN AF EN MIKROORGANISME................ 8 BESKYTTENDE IMMUNITET .................................................................................................................................. 9 DE CELLULRE OG HUMORALE ELEMENTER I DET SPECIFIKKE INNATE IMMUNSYSTEM............10

DET INNATE IMMUNSYSTEMS RECEPTORER..............................................................................................10 FAGOCYTOSE ...............................................................................................................................................11 OPSONISERING ............................................................................................................................................11 DEN INFLAMMATORISKE REAKTION..........................................................................................................12 KOMPLEMENTSYSTEMET ...........................................................................................................................13 NK-CELLER .................................................................................................................................................15 B1-B LYMFOCYTTER ...................................................................................................................................15 /-T-LYMFOCYTTER..................................................................................................................................16 NKT-LYMFOCYTTER ..................................................................................................................................16 GRANULOCYTTER .......................................................................................................................................16

IMMUNSYSTEMETS CELLER OG ORGANER .....................................................................................................16 MODNINGSORGANERNE ELLER DE PRIMRE LYMFOIDE ORGANER ....................................................17

KNOGLEMARVEN ........................................................................................................................................17 THYMUS .......................................................................................................................................................18

DE SEKUNDRE LYMFOIDE ORGANER............................................................................................................18 LYMFEKNUDERNE .......................................................................................................................................19 MILTEN ........................................................................................................................................................19 MALTEN DE MUCOSA ASSOCIEREDE LYMFATISKE VV .....................................................................19 BLODETS CELLER. .......................................................................................................................................20 ET ADAPTIVT IMMUNRESPONS INITIERES I ET PERIFERT LYMFATISK ORGAN .......................................21

ANTIGENER OG ANTISTOFFER ...........................................................................................................................23 ANTIGENER ..................................................................................................................................................23 HVAD ANTISTOFFERNE GENKENDER .........................................................................................................24 HVAD T-LYMFOCYTTERNE GENKENDER ...................................................................................................25

ANTISTOFFER...........................................................................................................................................................26 DEN GENERELLE STRUKTUR AF ANTISTOFFER .........................................................................................26 INDDELINGEN AF IMMUNGLOBULINERNE I FEM KLASSER (DEN ISOTYPISKE VARIATION) ....................27

IMMUNGLOBULINGENER OG REAKTIONEN MELLEM ANTIGEN OG ANTISTOF ..................................29 DE MANGFOLDIGE ANTISTOFFER...............................................................................................................29 OPBYGNINGEN AF DIVERSITETEN I ANTISTOF-SYSTEMET .......................................................................30 VARIATIONERNE I ANTISTOFFERNES KONSTANTE OMRDER .................................................................31

B-CELLENS ANTIGEN-RECEPTOR OG B-CELLE AKTIVERING.....................................................................32 B-LYMFOCYTTERNES ANTISTOFDANNELSE...............................................................................................32

REAKTIONEN MELLEM ANTIGEN OG ANTISTOF...........................................................................................33 ANTISTOF-MOLEKYLETS INTERAKTION MED SPECIFIKT ANTIGEN .........................................................33 BEGREBET SPECIFICITET............................................................................................................................34

FC-RECEPTORER OG FC-FUNKTIONER.............................................................................................................35 HVORDAN MAN KAN INDUCERE, MLE, OG MANIPULERE ET IMMUNSVAR........................................36

FREMSTILLING AF ANTISTOFFER. ..............................................................................................................36

3

IMMUNISERINGSPARAMETRE:....................................................................................................................38 T-CELLERECEPTOREN OG MHC ..........................................................................................................................39

MHC: STRUKTUR, ORGANISATION OG POLYMORFI. ...............................................................................39 IKKE-KLASSISKE MHC I MOLEKYLER ......................................................................................................41 SUPERANTIGENER .......................................................................................................................................41

T-LYMFOCYTTENS RECEPTOR OG DENS INTERAKTION MED SPECIFIKT ANTIGEN. ........................41 STIMULATION VIA T-CELLENS ANTIGEN SPECIFIKKE RECEPTOR:..........................................................41

ANTIGEN PROCESSERING OG PRSENTATION.............................................................................................41 DEN EKSOGENE PROCESSERING .................................................................................................................42 DEN ENDOGENE PROCESSERING.................................................................................................................42

MODNINGEN AF B- OG T-LYMFOCYTTER I KNOGLEMARV OG THYMUS ...............................................44 B-LYMFOCYTTER I KNOGLEMARVEN ........................................................................................................44 B-CELLE HETEROGENITET .........................................................................................................................46 DANNELSEN AF AKTIVEREDE EFFEKTOR B-CELLER (PLASMACELLER)..................................................47

MODNINGEN, AKTIVERINGEN OG EFFEKTORFUNKTIONEN AF T-LYMFOCYTTER............................49 THYMUS OG UDVIKLINGEN AF T LYMFOCYTTER .....................................................................................49 T-CELLE RECEPTOR GEN-REARRANGERINGER OG RECEPTOR EXPRESSION ..........................................49 POSITIV OG NEGATIV SELEKTION AF T CELLER .......................................................................................50 T-LYMFOCYTTERNE EFTER MODNINGEN I THYMUS .................................................................................50 LYMFOCYTTERNES VANDRINGER ..............................................................................................................50 DANNELSEN AF AKTIVEREDE EFFEKTOR T-CELLER ................................................................................51 EFFEKTOR T-CELLERS GENERELLE EGENSKABER ...................................................................................52 T-CELLE MEDIERET CYTOTOKSISITET ......................................................................................................52 MAKROFAG-AKTIVERING VED HJLP AF ARMEREDE CD4 TH1-CELLER...............................................53 MAKROFAG-AKTIVERING VED HJLP AF EFFEKTOR CD4 TH2-CELLER ................................................53 TH1-LYMFOCYTTER SOM HJLPECELLER FOR TC-CELLER ....................................................................53 TH17-CELLER...............................................................................................................................................54 REGULATORISKE T-LYMFOCYTTER (TREG) ...............................................................................................54 NKT CELLER ...............................................................................................................................................54

IMMUNSYSTEMETS REGULERINGSMEKANISMER ........................................................................................54 REGULERING AF DET ADAPTIVE RESPONS P ANTIGEN-NIVEAU .............................................................54 REGULATORISKE T-LYMFOCYTTER ..........................................................................................................55 JERNES IDIOTYPISKE NETVRK ................................................................................................................55 GENETISKE FAKTORER ...............................................................................................................................55 NEUROENDOCRINE OG ANDRE FAKTORER ................................................................................................56 IMMUNOLOGISK PRIVILLIGEREDE OMRDER...........................................................................................56

LEUKOCYTTERNES VANDRINGER, HERUNDER HOMING-BEGREBET ....................................................56 LEUKOCYTTERNES VANDRINGER ..............................................................................................................56 INFLAMMATION...........................................................................................................................................58

CYTOKINER ...............................................................................................................................................................58 CYTOKINER ER ET VIGTIGT ELEMENT I DEN INFLAMMATORISKE REAKTION........................................60 DE ANTIGENPRSENTERENDE CELLERS AKTIVERING AF T-LYMFOCYTTER .........................................61 TH1-LYMFOCYTTER ....................................................................................................................................61 CHEMOKINER ..............................................................................................................................................62 CYTOKINER OG VIRUSINFICEREDE CELLER..............................................................................................62 CYTOKINER SOM VIRKER SOM VKSTFAKTORER I KNOGLEMARVEN ...................................................62 NEDREGULERENDE CYTOKINER ................................................................................................................62 CYTOKINER I INTERAKTIONEN MELLEM MAKROFAGER OG NK-CELLER ..............................................63

KOMPLEMENTSYSTEMET.....................................................................................................................................63 GENERELT ...................................................................................................................................................63 KOMPLEMENT TERMINOLOGI ....................................................................................................................63 KOMPLEMENTSYSTEMETS OPBYGNING.....................................................................................................63 DEN KLASSISKE AKTIVERINGSVEJ (CCP) .................................................................................................64

4

DEN MANNAN ELLER FICOLIN-BINDENDE LEKTIN AKTIVERINGSVEJ (LEKTIN-CP) .............................66 DEN ALTERNATIVE AKTIVERINGSVEJ (ACP) ............................................................................................67 KOMPLEMENTFAKTOREN C3 .....................................................................................................................67 DANNELSE AF EN C5-KONVERTASE ...........................................................................................................68 DET TERMINALE KOMPLEKS ELLER MEMBRAN ANGREBS KOMPLEKSET (MAC) ..................................69 KOMPLEMENTSYSTEMET ER INVOLVERET I INFEKTIONSFORSVARET OG DEN INFLAMMATORISKE REAKTION P FLERE FORSKELLIGE MDER: ............................................................................................70 REGULATORER AF KOMPLEMENTSYSTEMET ............................................................................................70 KOMPLEMENT RECEPTORER......................................................................................................................71 KOMPLEMENTSYSTEMETS GENETIK OG KOMPLEMENTDEFEKTER ........................................................71

INFEKTIONSIMMUNOLOGI...................................................................................................................................73 VACCINATION...........................................................................................................................................................75

INDDELINGEN AF VACCINER.......................................................................................................................76 ORALE VACCINER .......................................................................................................................................77 KONJUGEREDE VACCINER ..........................................................................................................................77 VACCINATIONSVEJLEDNINGER ..................................................................................................................78 VACCINATIONSTEKNIK ...............................................................................................................................78 INTERVALLER MELLEM VACCINATIONER MED FORSKELLIGE VACCINER .............................................79 INTERVALLER MELLEM VACCINATIONER MED SAMME VACCINE ...........................................................79 HVOR HURTIGT VIRKER EN VACCINE? ......................................................................................................80 DEN IMMUNOLOGISKE HUKOMMELSE OG VACCINATIONSPROGRAMMER .............................................80 ER HUKOMMELSEN TILSTRKKELIG FOR BESKYTTELSE?......................................................................80 VACCINATION AF SM BRN OG AF LDRE. .............................................................................................80 VACCINATION AF IMMUNDEFEKTE ELLER IMMUNKOMPROMITTEREDE PERSONER .............................81 VACCINATION AF PERSONER MED BLDERSYGDOM ELLER PERSONER, DER ER I ANTIKOAGULANSBEHANDLING ..................................................................................................................82 GRAVIDITET OG AMNING............................................................................................................................82 KONTRAINDIKATIONER ..............................................................................................................................82 DOKUMENTATION AF FORETAGNE VACCINATIONER ...............................................................................83

HYPERSENSITIVITET .............................................................................................................................................84 TYPE I-REAKTIONER ...................................................................................................................................84

ANDRE HYPERSENSITIVITETS SYGDOMME....................................................................................................85 TYPE II-REAKTIONER .................................................................................................................................85 TYPE III-REAKTIONER................................................................................................................................86 TYPE IV-REAKTIONER ................................................................................................................................86 TH1-CELLER OG HYPERSENSITIVITET .......................................................................................................86

TOLERANS .................................................................................................................................................................88 CENTRAL TOLERANS ...................................................................................................................................88 PERIFER TOLERANS.....................................................................................................................................88

AUTOIMMUNITET ...................................................................................................................................................89 TRANSPLANTATION...............................................................................................................................................91 IMMUNDEFEKTER...................................................................................................................................................92 TUMOR (CANCER) IMMUNOLOGI.......................................................................................................................93

5

Forord Dette kortfattede kompendium er opstet som en sammenskrivning af resumeer til de enkelte forelsninger i Teoretisk Immunologi for biomedicinere og biologer ved Syddansk Universitet. Da det er resumeer fra forelsninger vil adskillige af emnerne forekomme beskrevet flere steder. Resumeerne kan p ingen mde erstatte de anbefalede lrebger i immunologi men kan muligvis vre et supplement til eksamenslsningen med henblik p at opn et overordnet overblik. Kbenhavn efterret 2011 Claus Koch

6

Immunforsvaret: den innate og den adaptive immunitet Begrebet immunitet stammer fra det latinske immunis, som betyder fritaget for en byrde. Denne byrde kunne vre at betale skat eller at vre soldat - men det kunne ogs betyde, at man undgik en sygdom. I sin levetid er en organisme udsat for en lang rkke trusler fra omgivelserne. Immunsystemet er udviklet med det forml at danne et forsvar mod sdanne trusler, frst og fremmest ved at forhindre indtrngen af sygdomsfremkaldende mikroorganismer p organismens enemrker. Desuden er immunsystemet vigtigt i fjernelse af beskadigede celler og apoptotiske celler. Organismens forsvarssystemer mod den omgivende biosfres mikroflora er meget komplekst opbyggede. Man kan skelne mellem et ikke-specifikt infektionsforsvar (de ydre barrierer, huden og slimhinderne, og disses sekreter) og et specifikt infektionsforsvar (det specifikke innate (medfdte) immunforsvar og det specifikke adaptive (tilpassede) immunforsvar). Begrebet specificitet er her anvendt generelt som en evne til at skelne mellem (reagere med) forskellige kemiske strukturer, men ikke mindst evnen til at skelne mellem selv og fremmed. Skemaet neden for er en summarisk oversigt over organismens forsvarssystemer, som omfatter bde mekaniske barrierer, biologisk aktive stoffer i vvsvsker (humorale faktorer) og cellulre mekanismer. Som det vil fremg er forsvaret opbygget af talrige elementer, som foruden selvstndige virkninger ogs i mange tilflde har indflydelse p hinanden. Det er derfor ofte vanskeligt at vurdere den enkelte faktors betydning i dette komplicerede samspil. De uspecifikke innate (medfdte) forsvarssystemer Mekaniske barrierer, huden og slimhinderne. Mange patogene mikroorganismer kan ikke penetrere intakt hud eller slimhinde Mange sekreter indeholder baktericide eller neutraliserende bestanddele. Desuden pvirkes overlevelsen af patogene mikroorganismer af fx ciliebevgelser, pH og proteolytisk aktivitet. De specifikke innate (medfdte) forsvarssystemer Specificiteten er her knyttet til skaldte pattern recognition receptors, PRR (mnstergenkendende receptorer), hvor genkendelsen er meget bred. Disse strukturer genkender pathogen associated molecular pattern, PAMP.

Cellulre elementer: Fagocyterende celler, isr celler af monocytlinien og neutrofile granulocytter. Desuden NK-celler nogle vil ogs inkludere / T-lymfocytter, NKT celler og B1-B lymfocytter.

Humorale faktorer: Opsoniserende faktorer (komplementfaktoren C3 og antistoffers konstante haledel, Fc). Komplementsystemet (udover opsonisering inflammationsudvikling og celledrab). Andre inflammationsskabende systemer fx cytokiner, dannelse af plasmakininer, koagulationsfaktorer, vasoaktive aminer og derivater af arakidonsyre, som er produkter fra fx mastceller, bindevvsceller, diverse blodceller og endotelceller.

De specifikke adaptive (tilpassede) forsvarssystemer T-lymfocytsystemets effektorfunktioner (T-hjlpeceller, T-drberceller, Regulatoriske T-celler) B-lymfocytsystemets effektorfunktioner (Antistoffer) Udgangspunkttet er populationerne af nave lymfocytter, som udover til effektorceller kan udvikles til hukommelses B- og T-lymfocytter

7

De grundlggende forskelle p det innate og det adaptive immunsystem Flles for det specifikke innate og det adaptive immunsystem er genkendelsesmolekylernes evne til at skelne mellem selv og fremmed. De innate genkendelsesmolekyler besidder pattern recognition eller mnster-genkendende strukturer (receptorerne kaldes pattern recognition receptors, PRR) med brede specificiteter som genkender ikke-varierede, konstante flles strukturer p potentielt patogene mikroorganismer (kaldes PAMP, pathogen associated molecular pattern), men de kan ikke yde beskyttelse mod visse udvalgte mikroorganismer, som gennem evolutionen har erhvervet overflade-egenskaber, som gr at de kan skjule sig for det innate immunsystem. P samme mde genkender PRR beskadigede selv-strukturer, kaldet DAMP eller damage associated molecular pattern. Det innate immunsystem har ikke hukommelse, d.v.s. det reagerer p samme mde hver gang det udsttes for en bestemt mikroorganisme. For det adaptive immunsystem er et af de unikke egenskaber netop at det har hukommelse hvad der een gang er set vil efterlade hukommelsesceller, som ved senere udsttelse for dette antigen vil bevirke en hurtigere og ogs en strkere reaktion. Og ikke mindst har det evnen til at genkende fin-strukturer, der er unikke for den enkelte mikroorganisme. Hvor det innate system reagerer nu og her nr noget fremmed erkendes, s bygger det adaptive immunsystem p en genkendelse af et bestemt antigen som frst vil bevirke en klonal selektion blandt en population af lymfocytter med en hj grad af diversitet og derefter en ekspansion af lymfocytterne med de specifikke receptorer som passer til det bestemte antigen. Den store diversitet i receptorrepertoiret hos det adaptive immunsystem som er udviklet ved tilfldig re-arrangering af gensegmenter har den konsekvens at der lbende m foreg en elimination af selv-reaktive celler, en skabelse af selv-tolerans, mere om dette senere. For at vre sygdomsfremkaldende m en mikroorganisme frst etablere kontakt med vrten, og derfra etablere et infektionsfokus. Forskellige mikroorganismer har vidt forskellige livsformer, overfladestrukturer, og mder at virke sygdomsfremkaldende p (patogenisitet). Derfor er det ndvendigt med muligheden for et liges mangesidet forsvar fra vrtens immunsystem. Immunsystemets betydning demonstreres tydeligt af det forhold at brn der fdes med svre defekter i visse elementer af immunsystemet ubehandlet vil d tidligt af infektioner, ofte forrsaget af mikroorganismer hvis patogenisitet hos individer med et normalt immunsystem er meget lav (skaldte opportunistiske infektioner). Ud over forsvaret mod mikroorganismer er der ogs evidens for at immunforsvaret kan have betydning ved visse former af maligne tumorer, lige som immunsystemet er involveret i fjernelse af fx beskadigede, aldersforandrede eller apoptotiske celler. Omvendt kan immunsystemets reaktioner vre skadelige og endda livstruende ved skaldte hypersensitivitets-reaktioner, hvor en reaktion mod en ellers uskadelig struktur medfrer sygdom (eksempler er IgE-betingede allergiske reaktioner), eller immunsystemet kan reagere mod kroppens egne molekyler og vv og derved forrsage sygdomme (skaldte autoimmune sygdomme). Endelig kan immunsystemet siges at reagere uhensigtsmssigt i forbindelse med transplantationer og bevirke afstdning af transplantatet (en host-versus-graft reaktion) eller graftets immunkompetente

8

celler kan angribe vrten (en graft-versus-host reaktion som det typisk ses ved knoglemarvstransplantation). Generelt kan man sige at immunsystemet effektivt kan forhindre langt de fleste mikroorganismer i at vre sygdomsfremkaldende ved at hindre et eller flere af de elementer der er typiske for en mikroorganisme der bevirker sygdom: evnen til invasion, formering (multiplikation), spredning eller direkte skadelig pvirkning (patogenisitet). De typer af mikroorganismer der kan forrsage sygdom kan inddeles i grupper efter om de er encellede (virus, bakterier, visse former for grsvampe, og protozoiske parasitter) eller flercellede (svampe, parasitre orme) og efter om deres livsform udspilles alene ekstracellulrt (bakterier som stafylokokker og streptokokker) eller overvejende intracellulrt (virus, visse bakterier som mykobakterier, eller protozoer som plasmodier). Faserne i immunsystemets reaktion p indtrngen af en mikroorganisme Immunforsvaret kan tidsmssigt inddeles i faser, og frste fase bestr af de mekanismer som er til stede nr og hvor mikroorganismen mder organismen og som straks kan modvirke opsten af infektion. Organismens epiteloverflader holder patogener ude og beskytter mod kolonisation og beskytter mod virus og bakterier som invaderer via specialiserede overflade-receptorer. Dette gres bl.a. ved at hmme mikroorganismernes tilhftning (adhrence) til epitelcellerne. Bakterier, virus og parasitter som kan bryde denne barriere via binding til overfladereceptorer eller via brud p barrieren (sr, inflammation) mdes s af makrofager som har overflade-receptorer, som kan genkende og binde mikroorganismen, og derefter fagocytere den. Samtidig aktiveres enzym-kaskade systemet komplementsystemet, som kan fremme fagocytosen og evt. drbe mikroorganismen. Disse reaktioner medfrer et inflammatorisk respons (en betndelsesreaktion), som bevirker en tilstrmning af plasma-proteiner fra blodbanen som bidrager med humoral immunitet, bl.a. ved yderligere komplement-komponenter og evt. eksisterende antistoffer. Desuden tiltrkkes andre celler (fagocyterende celler, frst og fremmest neutrofile granulocytter, monocytter, men ogs NK-celler, eosinofile granulocytter og effektor T-lymfocytter) til infektionsstedet. Denne innate (eller medfdte) immunitet er immunforsvarets front-linie forsvarsmekanisme, og den virker direkte p mikroorganismen, og denne reaktion er i vrigt ens hver gang en mikroorganisme erkendes det innate immunforsvar har ikke som det adaptive immunsystem en hukommelse som gr at en mikroorganisme som tidligere er erkendt nste gang bevirker et hurtigere og kraftigere svar fra immunsystemet. Disse innate mekanismer er ofte tilstrkkelige til at bekmpe en infektion. Hvis ikke forstrkes forsvaret ved tiltrkning af yderligere fagocyterende celler til stedet og ved get produktion af effektor-molekyler. Desuden vil det innate immunsystem virke inducerende p det adaptive immunsystem, hvad der i sidste ende leder til dannelse af specifikke effektor T- og B-lymfocytter. Frste fase omfatter det jeblikkelige innate immunforsvar: Det jeblikkelige innate immunforsvar De frste 3-4 timer

En mikroorganisme (eller noget andet fremmed) trnger ind

Genkendes som fremmed af makrofager og komplement

Det fremmede bliver uskadeliggjort og fjernet

9

Herefter indtrder Anden fase, som er den inducerede del af det innate immunforsvar: Det tidlige inducerede innate immun-forsvar

De frste 3-4 dage

Det fremmede er endnu ikke uskadeliggjort

Der tilkaldes deceller og NK-celler fra blodet, leveren danner akut-fase proteiner, knoglemarven stimuleres, feber

Betndelsesreaktion, get decellefunk-tion, virkningen af CRP, MBL o.l.

Stimulationen af det adaptive immun-system sttes i gang

Infektionen bekmpes, holdes i skak, til lymfocytter er aktiverede

De to faser af det innate immunforsvar er ofte fuldt tilstrkkelige til at bekmpe infektionen, men i alle tilflde stimuleres det adaptive immunforsvar, s dette er aktivt. Men det varer 4-5 dage fr T-celle immunsystemet er aktivt, og op til 7-8 dage fr antistofferne er til stede: vi gr ind i den Tredie fase: Det adaptive immunforsvar Efter 4-5 dage

Infektionen er holdt i skak, men ikke endeligt bekmpet

Antigen (mikro-organisme) trans-porteres til lymfatisk organ

Antigenet genkendes af specifikke naive T- og B-lymfocytter

De specifikke lymfocytter stimuleres, formerer sig, og bliver til effektor-celler

Mikroorganismer- ne uskadeliggres ved de adaptive mekanismer

Den Fjerde fase er nu en lang periode med jeblikkelig beskyttende immunitet: Beskyttende immunitet Mneder til r

Der kommer en ny infektion med samme mikroorganisme

Genkendes straks af de eksisterende antistoffer og effektor-T-lymfocytter

Mikroorganismen uskadeliggres

Den direkte beskyttende immunitet baseret p tilstedevrende effektorfunktioner bliver langsomt mindre, men aflses af hukommelsen: immunsystemet glemmer aldrig hvad det een gang har set. Det er kun den adaptive immunitet der har denne hukommelse, det innate immunforsvar vil altid reagere ens. Den Femte fase: Immunologisk hukommelse Eksisterer resten af livet

Der kommer en ny infektion med samme mikroorganisme

Genkendes af hukommelses T- og B-lymfocytter

Hurtig ekspansion og udvikling til effektor-celler

Mikroorganismen uskadeliggres

10

De cellulre og humorale elementer i det specifikke innate immunsystem

Det innate immunsystems receptorer Det innate immunsystem anvender forskellige receptorer til at genkende og reagere p patogener. Receptorererne er skaldte pattern-recognition receptorer, PRRs, som genkender mnstre fx repeterede strukturer som kulhydrater eller lipid-strukturer som er karakteristiske for mikroorganismer, men som ikke findes p vrtsceller. Binding til nogle af disse receptorer fx Toll-like receptorer (TLR), makrofagens mannose receptor, scavenger receptor, formylmethionin-receptor stimulerer direkte makrofagen til fagocytose og aktiverer makrofagen til dannelse af inflammatoriske cytokiner. Det innate immunsystems receptorer som genkender patogener spiller derfor ogs en vigtig rolle for de inducerede responser, som bevirker lokal inflammation, tilkaldelse af nye effektor-celler, afskrmning af den lokaliserede infektion, og initiering af det adaptive respons. Disse signaler kan bl.a. overfres via en familie af signal-receptorer, som under et betegnes Toll-lignende receptorer (TLR), som er hjt konserverede i dyrearter og som tjener til at aktivere vrts forsvars-mekanismer. Disse receptorer tjener ogs til at initiere det adaptive immunsystem. Der er beskrevet 9 forskellige TLR: nogle i cellemembranen (TLR 1,2,4,5,6), andre knyttet til endosomale membraner (TLR 3,7,8,9), og endelig er der tilsvarende receptorer (NLR, RLR) som findes i cytoplasmaet.

Fig 1. TLR som eksempler p Pattern recognition receptors p en fagocyterende celle TLR bundet til den ydre cellemembran virker aktiverende p den fagocyterende celle. TLR-4 er involveret i genkendelse af Gram-negative bakterier via associering med receptoren CD14, som er receptor for LPS bundet til LPS-bindende protein (LBP). En tilsvarende receptor for peptidoglykan (TLR-2) er relateret til infektion med Gram-positive bakterier. Stimulation via TLR bevirker en aktivering af transskriptions-faktorer (NFB) og induktion af udtryk af gener for cytokiner (herunder chemokiner) og ikke mindst co-stimulatoriske molekyler (B7), som spiller en vigtig rolle ved forlbet af det adaptive immun respons. Efter det umiddelbare forsg p elimination af patogene mikroorganismer flger en serie af inducerede effektor-mekanismer. Disse inducerede mekanismer beror p dannelsen af en rkke chemokiner, som virker tiltrkkende p nye effektorceller fra blodbanen, og p cytokiner, som har bde lokale og systemiske effekter. Det drejer sig for chemokinernes vedkommende fx om IL-8, og for cytokinernes vedkommende af TNF, IL-1, IL-6 og IL-12. Et vigtigt element er her de mekanismer, som via aktivering af receptorer p endotelcellers overflade bevirker en tiltrkning af frst neutrofile granulocytter, siden monocytter/makrofager til omrdet med inflammation via interaktioner mellem celle-adhsionsmolekyler (CAM) fx selektiner p endotelcellerne og kulhydratstrukturer p celler i blodbanen.

11

Den inducerede innate immunitet omfatter ogs feber (IL-1, TNF og IL-6), akut-fase proteiner fra leveren (C-reaktiv protein, serum-amyloid protein, MBL), aktivering af NK-celler (IL-12) og chemotaksi (IL-8).

Fagocytose Endocytose er den generelle betegnelse for optagelse (opslugning) i celler af vske eller makrostrukturer.

Fig 2. 3 typer af endocytose: fagocytose, pinocytose og receptor medieret endocytose Man kan her skelne mellem pinocytose (af grsk pino, at drikke: optagelse af vske i sm vesikler i en celle) og fagocytose (af grsk, phagein, at spise, optagelse af noget partikulrt i store vesikler i en celle). Fagocytose er sledes indtagelse af makromolekyler/partikulre strukturer, fx bakterier, fra omgivelserne og er den mest primitive del af det cellulre forsvarssystem. Den russiske zoolog Metchnikoff iagttog i 1883, hvorledes store, ambelignende, bevgelige celler i sstjernelarver samlede sig omkring fremmedlegemer, som han havde anbragt i larverne. Cellerne optog det fremmede materiale og blev derfor dbt fagocytter. Dette fund viste, at ikke bare oplste, kemiske stoffer, men ogs celler, var aktive i forsvarssystemet. Fagocytose er en proces, hvorved en partikel, for eksempel en bakterie, bindes til receptorer p en decelle og herefter bliver omsluttet af pseudopodier fra den fagocyterende celle og til sidst optages af cellen. Receptorerne er af typen mnster-genkendende receptorer (Pattern recognition receptors, PRR) med bred specificitet, som genkender patogen-associerede molekylre mnstre (PAMP) p mikroorganismen. Af disse receptorer er visse alene aktiverende, som fx Toll like receptorer (familie med mange medlemmer), mens andre inducerer fagocytose (scavenger receptorer, mannose receptor, desuden receptorer for opsoninerne, complement C3/C4 og Fc-delen af antistoffer). Der dannes en afsnret sk fra cellemembranen, en vesikel eller vakuole (et fagosom), som smelter sammen med enzymholdige lysosomer (som ogs indeholder toksiske ilt og kvlstofforbindelser) . Herved opstr et fagolysosom. Inde i fagolysosomet falder pH, hvorefter enzymerne har mulighed for at nedbryde den fremmede struktur og de toksiske molekyler kan virke drbende. Det nedbrudte materiale kan kataboliseres eller fjernes fra cellen ved eksocytose. Man kan dele fagocyttens drabsmekanismer op i flgende elementer: 1. Reaktive ilt-forbindelser dannet ud fra molekylr O2 (som -O2-, H2O2, HOCl) 2. Kvlstof oksid (dannelsen katalyseres af enzymet nitrogen oxyd synthase, NOS) 3. Ilt-uafhngige mekanismer: Cathepsin, Defensiner, Lysozym, Proteolytiske enzymer m.m.

Opsonisering Englnderen Wright viste i 1903, at der i organismen findes ekstracellulre, oplselige stoffer, der kan hjlpe (fremme) fagocytosen. Disse faktorer fik navnet opsoniner (af grsk: at tilberede fde for), fordi de ved binding til partikler og fremmed materiale fremmer fagocytosen og alts

12

tilbereder fde for de fagocyterende celler.

Fig 3. Opsonisering via Fc-receptorer eller C3b receptorer Hos invertebrater kan pvises opsoniner, som har slgtsskab med komplementfaktorer. Hos vertebrater har udover komplementfaktorerne C3 og C4 desuden immunglobulinerne opsonin-effekt via Fc-delen.

Den inflammatoriske reaktion Nr fremmed (ikke-selv) trnger ind i organismen er det vigtigt, at de celler, der er aktive i immunforsvaret, nr frem til det pgldende fokus. Inflammationen er vigtig for denne proces, og skabes af en rkke oplselige, ekstracellulre molekylre systemer, der for eksempel kan stimuleres ved forekomsten af fremmede mikroorganismer. En del af den biologiske aktivitet udves af ret sm peptider, der dannes nr komplementsystemet bliver aktiveret. Andre fremkommer, nr plasmakinin- eller koagulationssystemet aktiveres. Endelig frigres flere typer af aktive molekyler (vasoaktive aminer, arakidonsyre-derivater, cytokiner etc.) fra stimulerede makrofager, endotelceller, mastceller, lymfocytter, neutrofilocytter, eosinofilocytter m.fl. De virker via dannelse af en koncentrationsgradient tiltrkkende p inflammatoriske celler (kemotaksi) og virker vasomotorisk, membranmodulerende og celleaktiverende: der udvikles inflammation. Summarisk kan inflammationsprocessen beskrives p flgende mde (hvor en indtrngende bakterie illustrerer den udlsende faktor (ofte kaldet et faresignal) (se figuren): Den indtrngende bakterie stimulerer makrofagen eller fagocyteres af en makrofag. Dette aktiverer makrofagen til dannelse af inflammatoriske cytokiner, IL1, IL6 og TNF. Desuden dannes chemokinet IL8. Cytokinerne aktiverer endotelceller i mikroomgivelserne, som nu udtrykker celleadhesionsmolekyler (CAM), som fanger de forbipasserende neutrofile granulocytter (og ligeledes monocytter, NK-celler, eosinofile og aktiverede T-lymfocytter), som nu trkkes ind og via chemokin-gradient vandrer til inflammationsfokus. Blodkarene dilateres med get blodtilstrmning, og plasma passerer ud mellem endotelcellerne og bevirker dem. Den indtrngende bakterie vil ogs aktivere komplementsystemet, hvad der bl.a. bevirker at der dannes spatningsprodukter (C3a, C4a og C5a, kaldes anafylatoxiner), som aktiverer lokale mastceller til dannelse af vasoaktive aminer som histamin og dannelse af arakidonsyrederivater (prostaglandin, leukotriener) og dannelse af de inflammatoriske cytokiner, som tilsammen ger den inflammatoriske reaktion.

13

Fig 4. Elementerne i den inflammatoriske proces

Symptomerne p inflammation er rdme og varme (dilatation af arterioler med get blodtilfrsel), hvelse (udsivning af plasma mellem kapillrernes aktiverede endotelceller), smerte (tryk p sensoriske nerveender). Inflammationen kan bevirke vvsbeskadigelse, det m imidlertid i et evolutionrt perspektiv fremhves, at den inflammatoriske reaktion vel kan fremkalde vvsbeskadigelse, men at den samtidig m betragtes som et system til destruktion og fjernelse af unskede molekyler, celler eller organismer og inflammationen virker som et grundlag for den efterflgende opheling. Inflammatoriske reaktioner ses hos selv meget lavtstende invertebrater. Den skaldte alternative makrofagaktivering og TH17-celler er vigtige i denne proces se senere

Komplementsystemet

Fig 5. Kompementsystemets tre reaktionsveje

Komplement-systemet er som fagocytosen og inflammationen en vigtig del af det innate immunsvar. Det er et enzym-kaskade system, som aktiveres enten direkte, nr en fremmed overflade erkendes i kroppen (den alternative reaktionsvej og/eller den mannan-bindende lektin reaktionsvej) eller indirekte, nr et antistof har bundet sig til en mikroorganisme eller et antigen -

14

og hvor komplement alts er et effektor-element i det adaptive immunforsvar. Disse komplement-reaktioner foregr fx p overfladen af en mikroorganisme, og udlser effektive effektor-mekanismer. Den alternative reaktionsvej aktiveres, nr C3 spontant aktiveres (C3C3a + C3b) og C3b binder sig til en fremmed overflade (bindes C3b til en vrts-celle (alts til selv) vil den hurtigt blive inaktiveret ved interaktion med regulerende faktorer, der virker som cofaktorer for komplementfaktoren faktor I, der til sidst inaktiverer C3b ved proteolyse). Den mannan-bindende reaktionsvej aktiveres nr proteinerne mannan-bindende lektin (MBL) eller ficolin bindes til kulhydrat-strukturer p en mikroorganismes overflade (vrtsceller har andre kulhydratstrukturer, som ikke binder MBL). Endelig aktiveres den klassiske reaktionsvej (kaldes klassiske fordi den blev erkendt frst) af antistoffer IgG eller IgM), som er bundet til en mikroorganisme (den frste faktor i den klassiske reaktionsvej C1q kan dog ogs binde direkte til visse overfladestrukturer, fx LPS (lipopolysakkarid fra Gram-negative bakteriers cellevg) eller CRP (C-reaktivt protein, som dannes i leveren og bindes til phosphocholin p visse mikroorganismer og p dende (apoptotiske) celler). CRP er et vigtigt akut-fase protein hvis koncentration stiger ved inflammation. Aktiveringen af komplement kan beskrives som en rkke reaktioner, hvor aktiveringen bevirker at frst et aktiveret enzym som sit substrat har zymogen-formen (pro-formen) af nste faktor, som s bliver til et aktivt enzym, der som substrat har nste pro-faktor o.s.v. De tre reaktionsveje konvergerer og har som flles punkt en spaltning (aktivering) af komplementfaktoren C3 til C3b og C3a ved hjlp af en C3-konvertase. Denne C3-konvertase kan nu binde yderligere et C3b-molekyle, hvorved substrat-specificiteten ndres s den nu er en C5-konvertase, hvilken reaktion s igangstter den flles sidste del af komplement-kaskaden: dannelsen af membran-angrebs-komplekset (MAC, C5bC6C7C8C9), som bevirker en dannelse af huller i den angrebne mikroorganisme, hvad der bevirker at mikroorganismen dr. Binding af et stort antal C3b-molekyler (eller C4b-molekyler) til en overflade bevirker en opsonisering af mikroorganismen hvad der betyder at en fagocyterende celle lettere kan genkende og internalisere mikroorganismen. Sledes vil bindingen af C3b genkendes af specifikke receptorer p fagocyterende celler (CR1 og CR3). De sm fragmenter der opstr under komplementaktiveringen (C3a, C4a og isr C5a) virker som anafylatoksiner og stimulerer bl.a. mastceller og fremmer dermed inflammation og fagocytose. Dannelse af C5b initierer samlingen af et membran-angrebs kompleks (frst C5b67 (som nedbindes i cellemembranen), s C5b678 og til sidst C5b6789, hvor mange C9-molekyler danner et hul (en pore) i cellemembranen, som kan bevirke drab (lysis) af mikroorganismen. Aktiveringen af komplementsystemet kan alts bevirke:

1. Opsonisering 2. Cytolyse (celledrab) 3. Inflammation

Desuden har komplementsystemet betydning for en effektiv fjernelse af immunkomplekser (binding af immunkomplekser til CR1 p erythrocytter), for stimulering af B-celler, og for binding af immunkomplekser til folliculre dendritceller (FDC) i kimcentre i sekundre lymfoide organer. Komplement-systemet reguleres af en lang rkke regulatoriske proteiner, som dels bevirker at aktiveringen kun foregr i mikroomgivelserne af den initierende proces, og dels forhindrer vvsskade p.gr. af utilsigtet binding af aktiverede komplement-komponenter til egne (vrts) celler eller spontan aktivering af komplement komponenter i plasma. Komplementsystemet beskrives mere indgende i et senere afsnit.

15

NK-celler Til det innate immunsystem hrer ogs NK-celler, og muligvis ogs en speciel type af B-lymfocytter, de skaldte B-1 B-lymfocytter og /-T-lymfocytterne. NK-cellerne (Natural Killer celler) hrer til den lymfoide cellerkke, men er hverken B-celler eller T-celler. De har sledes hverken re-arrangeret deres B-celle receptor eller deres T-celle receptor, men anvender som receptorer skaldte KIR-receptorer og KAR-receptorer (de sidste er lectin-lignende receptorer). Deres genkendelse m derfor beskrives som pattern recognition og deres funktion er en del af det innate immunforsvar. De er ret store lymfocytter, som udgr ca. 5% af det totale lymfocyttal i blodet. De har vist sig at have betydning for forsvaret mod virus-inficerede celler og for bekmpelsen af cancer-celler. Deres genkendelse af fremmed eller ndret selv er en kompliceret mekanisme, hvor der i interaktionen med target-celle eksisterer svel aktiverende (fremmende) signaler som hmmende signaler. En manglende genkendelse (fx via KIR-receptorer) af normal ekspression p target-cellen af MHC I er et vigtigt signal ledende til at NK-cellen ikke kan aktiveres, hvorimod fravr eller lavt niveau af MHC I leder til aktivering (via KAR-receptorer). NK-cellens drab foregr ved induktion af apoptose. NK-cellerne stimuleres af cytokinet IL12, som dannes af aktiverede makrofager. De nu stimulerede NK-celler vil s danne IFN som vil stimulere makrofagerne. Ud over deres TC-lignende effektor-funktioner har NK-cellen en yderligere cytotoksisk funktion: ADCC eller antibody dependent cell-mediated cytotoxicity. NK-cellen har Fc-receptorer for IgG, og kan derfor bindes til target-celler (selv-celler), til hvis overflade antistoffer er bundet. Denne genkendelse vil medfre drab af target-cellen. NK-cellen virker dog kun p selv-celler som virus inficerede eller tumorceller, hvor til er bundet antistoffer mod virus-specifikke epitoper der udtrykkes i den inficerede celles cllemembran eller tumor-celler, hvortil er bundet tumorspecifikke antistoffer. (Andre celler med effektor-funktioner p target-celler via Fc-receptorer er makrofager og eosinofile og neutrofile granulocytter. Deres effekt er p opsoniserede mikroorganismer). De virker alle ved at udskille lytiske enzymer og desuden perforin (NK-celler og eosinofile), granzymer (NK-celler) og TNF (Neutrofile, eosinofile og makrofager)

B1-B lymfocytter B1-B-lymfocytterne er en speciel subpopulation af B-lymfocytter, som tidligt i individets udvikling (ontogenesen) modnes i hmatopoietiske vv (milt og lever). De homer under slimhinder, i relation til pleura og peritonum, og lever her deres eget liv. De er selv-replikerende, bruger ikke T-celle hjlp. Derfor er de nsten udelukkende IgM-producerende, de har ikke klasseskift, hukommelse eller memory. De har en meget begrnset diversitet, nrmest af samme karakter som Pattern-Recognition-molekyler og henregnes derfor til den innate immunitet. De har oftest specificitet for komplekse kulhydrater. Mange B1-B lymfocytter har CD5 i cellemembranen (CD5 er ellers en T-celle markr). De menes at have betydning for beskyttelse mod bakterier der kommer ind over slimhinder. De synes ogs at vre ansvarlige for visse typer af autoimmunsygdomme.

16

/-T-lymfocytter /-T-lymfocytter kan opfattes som B1-B-cellernes modstykke i T-celle systemet. Ogs de optrder primrt tidligt i ontogenesen men modnes i thymus, og ogs de har en meget begrnset diversitet. De er ikke MHC-restriktede, genkender forskellige antigener (fx glykolipid) som frit antigen eller prsenteret p ikke-klassiske MHC molekyler. Deres betydning er ikke klar de er muligvis regulatoriske celler.

NKT-lymfocytter Er T-lymfocytter, der har membranstrukturer som NK celler, men som har TCR med begrnset specificitet. Genkender specielt lipid, der prsenteres p ikke-klassiske MHC-molekyler (CD1). Betydningen er uklar.

Granulocytter Inddeles i neutrofile, som er vigtige fagocyterende celler, eosinofile, som er involverede i immunsvaret p visse parasitter og har rceptorer for IgE. Basofile granulocytter kan minde om mastceller men deres betydning er uklar. Mastceller er forskellige fra basofile, har hjaffine receptorer for IgE og er involveret i immunsvaret mod parasitre orme (helminths) og type 1 hypersensitivitet (allergi). De er desuden vigtige ved den inflammatoriske reaktion (via receptorer for anafylatoksinerne C5a, C4a og C3a). Immunsystemets celler og organer Immunsystemet forsvarer individet mod infektion. Det innate immunsystem er first line of defence men mangler evnen til at genkende en rkke patogener og evnen til at give en fin-specifik beskyttende immunitet og/eller hukommelse, som kan forhindre gen-infektion. Den adaptive immunitet bygger p klonal selektion af lymfocytter, som har hjt diversificerede antigen-specifikke receptorer p overfladen, og som derfor tillader immunsystemet at genkende og binde sig til enhver tnkeligt molekylr konformation (kaldet epitop). I det adaptive response efterflges genkendelsen af en antigen-specifik proliferation og differentiering til antigen-specifikke effektor-celler, som kan eliminere patogener. Individets forsvar mod forskellige patogener krver mange forskellige genkendelsessystemer og effektor-systemer for effektivt at fange og destruere den store mangfoldighed af patogener, som kan optrde forskellige steder i kroppen og p dens overflader. Ikke bare kan det adaptive immunsystem eliminere et patogen, i forlbet af immunsvaret udvikles ogs et forget antal af differentierede memory-celler under den klonale selektion, og dette tillader en hurtigere og mere effektiv response ved re-infektion. Reguleringen af immunsvaret hvad enten for at hmme det nr det er unsket (allergi, autoimmunitet, transplantation), eller for at stimulere det nr det er nsket (vaccination), er et vigtigt element i den basale og kliniske immunologi. Svel det innate som det adaptive immunsystem bygger p cellulre reaktioner, lige som begge systemer involverer en rkke humorale faktorer. De fleste celletyper er hmatologiske celler, der er udviklet fra hmatopoietiske stamceller. Udgangspunktet er her en selvfornyende, pluripotent stamcelle, som udvikles via en myeloid retning til det innate systems celler (bortset fra NK cellen der udvikles fra den lymfoide retning) og

17

via en lymfoid retning til B- og T-lymfocytter, til NK-celler, og til visse celler af linien af antigen prsenterende celler (APC). De lymfoide organer er dels de centrale, ogs kaldet de primre eller modningsorganerne, dels de sekundre eller perifere lymfatiske organer. I de centrale organer modnes B-lymfocytterne og T-lymfocytterne ud fra multipotente stamceller via lymfoide progenitorer til modne, nave lymfocytter. For B-lymfocytternes vedkommende sker modningen i knoglemarven, mens for T-lymfocytternes vedkommende den sidste del af modningen foregr i thymus (brisselen). Modningen af B- og T-lymfocytter omfatter udviklingen af den store diversitet af specificiteter (ved gen-rearrangeringer og koblingen af to kder, for B-celle receptorens vedkommende af en tung (H) kde og en let (L) kde, for T-celle receptorens vedkommende af en og en kde) og bortselektionen af selv-reaktive celler (I foetallivet sker modningen af de hmatopoietiske celler frst i blommeskken, dernst i milt og lever, og i slutningen af fostertilvrelsen i knoglemarven).

Fig 6. Primre og sekundre lymfatiske organer Modningsorganerne eller De primre lymfoide organer

Knoglemarven Alle blodets celler udvikles i knoglemarven processen kaldes hmatopoiesen. I fostertilstanden dannes cellerne frst i blommeskken, fra 3.-4. mned i leveren, og derefter til knoglemarven. Knoglemarven er opdelt af trabekler, og mellem disse er der netvrk af stromaceller. Stromacellerne er bekldt med endotelceller, og i de sinusoide rum er der hmatopietiske celler i forskellige modningstrin. Nr cellerne er modnede vandrer de ud i blodkar og forlader knoglemarven. Cellerne modnes i to linier: den myeloide linie (monocytter, granulocytter, mastceller, blodplader og erythrocytter) og den lymfoide linie (B-celler, T-celler, NK-celler og en type af monocytter der senere modnes til dendritceller). Bortset fra T-lymfocytterne sker frdigmodningen i knoglemarven. Monocytterne forlader knoglemarven og bliver senere i vvene modnet til makrofager eller dendritceller. Celler af den lymfoide linie der er bestemt til udvikling til T-lymfocytter forlader knoglemarven som forstadier til T-celler og vandrer til thymus, hvor de frdigmodnes.

18

Fig 7. Knoglemarven

Thymus Thymus er beliggende foran i thorax, bag sternum. Den er opbygget som to lobi, hver yderligere opdelt af fibrse septa i lobuli, som hver er omgivet af en kapsel og bestr af en ydre cortex og en indre medulla. I den ydre cortex ses talrige modnende thymocytter. I medulla er talrige makrofager og dendrit-celler. Spredt i thymusvvet er epiteloide celler der har betydning for selektionen af de modnende T-lymfocytter beskrives senere.

Fig 8. Thymus

De sekundre lymfoide organer For at blive selekteret til og stimuleret til effektor-celler skal de modne (naive celler eller memory-celler) B- og T-lymfocytter mde deres antigen. De forlader modningsorganerne som nave B- og T-lymfocytter og mdet med antigen foregr i de perifere eller sekundre lymfoide organer, lymfeknuderne, milten, og de slimhinde-associerede lymfatiske vv (MALT, mucosa associated lymphoid tissue)

19

Lymfeknuderne

Antigener fra vvene bliver transporteret via afferente lymfekar til lymfeknuder, hvor lymfen tmmes i en marginal sinus. Fra lymfeknuden frer s frafrende (efferente lymfekar lymfestrmmen videre, de samles og ender i vena subclavia. Strukturen fremgr af fig 10. Yderst er der en fibrs kapsel, og under den en marginal sinus, hvortil lymfen strmmer. Herunder er der en bark (cortex) ogs kaldet B-celle zonen, som er domineret af B-lymfocytter i follikler. I folliklerne findes ogs de follikulre dendritiske celler (FDC). Herunder er der paracortex, eller T-celle omrdet, der er domineret af T-celler og antigen prsenterende celler (APC). Endelig er der et omrde, marven, hvor der fx er antistofproducerende plasmaceller. Lymfeknudernes rolle beskrives nrmere senere.

Milten Hvor lymfeknuder opfanger antigener fra vv via lymfekar og MALT opfanger antigener der kommer ind over slimhinder opfanger milten antigener fra blodbanen. Milten er beliggende under diafragma i ve side af abdomen. Blod fra en miltarteriole ender i et netvrk af sinusoider og mikrobielle antigener og immunkomplekser opfanges af de talrige dendritceller og makrofager. Arteriolerne ender blindt i netvrket af sinusoider omkring arteriolerne findes en skede af T-lymfocytter (PALS periarteriolar lymphatic sheets). B-lymfocytterne findes spredt i vvet og indeholder follikler og kimcentre. Tilsammen danner disse strukturer den gr substans mens de blodfyldte sinusoider udenfor den gr substans udgr den rde substans. I grnsen mellem rd og gr pulpa ligger en speciel type af B-lymfocytter, de skaldte marginalzone celler.

Fig 9. Milten

MALTen de mucosa associerede lymfatiske vv Under slimhinder og i nogen grad under huden findes lymfoide strukturer, der er mindre velorganiserede end lymfeknuder, men som har de samme elementer og funktioner: antigener fra slimhinde overfladen fanges af antigen prsenterende celler, og transporteres til T-celle og B-celle omrder de sidste med follikler og kimcentre. Omrderne findes spredt enkelte strukturer minder mere om lymfeknuder: tonsiller, adenoide vegetationer i svlget og de Peyerske plaques i ileum. Der er i tarmepitelet specialiserede celler, kaldes M-celler, som optager antigenerne, hvorefter de optages af APC.

20

Det adaptive immunsystems celler bestr af:

B-lymfocytter (herunder de antistofsecernerende plasmaceller) T-lymfocytter

Blodets celler. Tabellen viser antallet af de forskellige celletyper i blod Leukocytterne (de hvide blodlegemer) deles op i monocytter, lymfocytter, og granulocytter. Granulocytterne deles videre op i neutrofile, eosinofile og basofile granulocytter, som alle er blodceller, som frst trnger ud i vvene ved inflammation. De neutrofile granulocytter er vigtige fagocyterende celler. De eosinofile granulocytter ses i get tal i blodet og i inflammeret vv ved allergiske manifestationer har betydning ved parasitre sygdomme. Betydningen og funktionen af de basofile granulocytter er fortsat noget uklar. Mastceller findes spredt i vvene og er relateret til det inflammatoriske respons (aktiveres af anafylatoksinerne C3a, C4a, og C5a) og til IgE-responset, hvor mastcellen aktiveres ved antigen-afhngig krydsbinding af IgE, der sidder bundet til mastcellens IgE receptorer (FcR1). Monocytter/makrofager (og dendritiske celler) har betydning ved fagocytose og ved prsentation af antigen for T-lymfocytterne. Monocytterne er de umodne forstadier, som findes i blodbanen. Lige som mastcelle-forstader migrerer de til vvene, hvor de modnes til makrofager/dendritceller, mens immunsystemets vrige celler forbliver cirkulerende i blodet. Ved inflammation sker der en get transport af monocytter til det inflammerede vv, hvor de modnes til dendritiske celler (de professionelle antigen-prsenterende celler) eller til makrofager. Makrofagerne er de professionelle fagocyterende celler, men kan ogs vre antigen-prsenterende. De dendritiske celler i thymus er vigtige ved den negative selektion af T-lymfocytter omtales senere. NK-cellerne er lymfoide celler som ikke udtrykker BCR eller TCR, men har betydning som celler der kan genkende modificerede selv-celler (fx visse virusinficerede celler og cancerceller) og celler hvortil der er bundet antistof (ADCC, antibody dependent cellular cytotoxocity, ADCC). De korticale epiteloide celler i thymus er vigtige ved den positive selektion af T-lymfocytter. De follikulre dendritiske celler i B-celle omrdernes follikler er trods navnet ikke antigen-prsenterende og er ikke blodceller, men har betydning ved B-lymfocytternes T-celle afhngige klasseskift og affinitetsmodning i de perifere lymfoide organers kimcentre samt for udviklingen af specifikke B-lymfocytter til plasmaceller eller memory-celler.

21

Der er to hovedtyper af lymfocytter: B-lymfocytterne, som modnes i knoglemarven, og som udtrykker immunglobulin i deres cellemembran (ved stimulation kan de modnes til antistofproducerende plasmaceller) og T-lymfocytterne, som modnes i brisselen (thymus) til enten TH (hjlpe) eller TC (drber) lymfocytter, som indgr i cellemedierede reaktioner eller til regulatoriske T-celler (TREGer).

Et adaptivt immunrespons initieres i et perifert lymfatisk organ De nave lymfocytter recirkulerer bestandigt fra blodet gennem de perifere lymfoide organer og til lymfen og fra lymfen tilbage til blodet. I de perifere lymfoide organer kan de eventuelt (men uhyre sjldent) mde "deres" antigen og i s fald bliver de fastholdt her. Der er som nvnt tre typer af perifere lymfoide organer, som alle grundlggende har samme struktur og funktion: milten, som opfanger antigener fra blodet, lymfeknuderne, som opfanger antigener fra vvene, og det MucosaAssocieredeLymfatiskeVv (MALT), som opfanger antigener fra slimhinderne. Dele af MALT kan underinddeles i det fordjelseskanal-associerede (GALT) og det respirationsvejassocierede (BALT). Det adaptive immunrespons initieres altid i de perifere lymfoide organer, hvor de "nave", ogs kaldet jomfruelige, evigt recirkulerende lymfocytter afsger de lymfoide vv for "deres" antigen. Lymfeknuderne kan bruges som eksempel: Strukturen er her opdelt i en ydre bark (cortex) omrdet herunder benvnes paracortex, og omrdet ved hilus benvnes marven eller medulla.

Fig 10. En lymfeknude De recirkulerende lymfocytter kommer med blodet til det karomrde i T-celle omrdet der benvnes HEL (high endotelial venules), hvis endotelceller har receptorer der fanger de nave lymfocytter og de kommer ind i vvet i paracortex. B-cellerne vandrer videre ud i B-celle-omrdet (cortex), hvor de lgger sig i folliklerne, mens T-cellerne forbliver i paracortex, hvor de vil starte en sgning efter deres antigen, siddende i bindingsklften p et MHC I eller II p en antigen prsenterende celle. Finder de antigenet stimuleres de. De stimulerede T-celler vandrer nu ud til grnseomrdet mellem cortex og paracortex, hvor de kan mde tilsvarende stimulerede B-celler (B-celler som i B-celle omrdet har mdt sit antigen, internaliseret det og prsenteret antigene peptider i MHC II). B-celler som har mdt deres antigen vil tilsvarende vandre til grnseomrdet cortex/paracortex, hvor de s kan blive stimuleret af aktiverede T-celler. De frste stimulerede B-lymfocytter som er stimuleret med T-cellehjlp eller T-celle uafhngigt kan udvikles til

22

plasmaceller, som lgger sig i medulla og eksisterer som relativt kortlevede plasmaceller. B-lymfocytterne kan nu vandre op til primr-follikler i cortex, som udvikles til kimcentre. Her sker den videre T-celle afhngige stimulation, som frer til klasseskift, affinitetsmodning og modning til memoryceller og plasmaceller. De follikulre dendritiske celler (FDC) som binder antigen-antistof komplekser er her vigtige for fastholdelse af de specifikke B-celler. Det foregr ved en mekanisme hvor antigen, som har bundet antistof, aktiverer komplement (leder til at C3 bindes til immunkomplekset). FDCerne har receptorer for C3 og for antistof (Fc), og kan nu fastholde antigen-antistofkomplekserne. Disse FDC-bundne antigen-komplekser har betydning for selektionen af B-lymfocytter med hjest affinitet for antigen. Modnede B-celler (plasmaceller) vandrer til knoglemarven og secernerer der deres antistoffer som langtlevende plasmaceller (kan leve i flere r).

23

Antigener og antistoffer

Antigener Nr et artsfremmed molekyle, for eksempel et protein, indfres i organismen, vil dette blive opfattet som ikke-selv og ofte som konsekvens have, at organismen producerer antistoffer, som kan reagere med det fremmede molekyle. Tilsvarende kan der stimuleres en dannelse af specifikke T-lymfocytter. Det artsfremmede molekyle kaldes i denne forbindelse for et antigen, oprindeligt betegnelsen for et stof, der kan give anledning til dannelse af antistof (antigen = antibody generator). Frste gang et antigen (fx en mikroorganisme eller en vaccine) trnger ind i en organisme, udlses en lang og kompliceret rkke af begivenheder. Det frste element vil vre at det innate immunsystem vil reagere, og dette har som resultat en transport af antigen til et sekundrt lymfatisk organ og en aktivering af det adaptive immunsystem. Ved aktiveringen af det adaptive immunsvar kommer antigenet frst i kontakt med antigenprsenterende celler af monocyt-linien (som for eksempel en Langerhansk celle i huden), som vil internalisere, processere og transportere antigenet til den regionale lymfeknude, til milten, eller til lymfatisk vv knyttet til slimhinder, afhngig af hvor i kroppen antigenet trnger ind. Antigen, som ikke er processeret i en antigenprsenterende celle (alts intakt antigen) vil ligeledes kunne blive transporteret til disse lymfatiske organer, og her vil recirkulerende naive B- og T-lymfocytter med specifik reaktionsevne over for det pgldende antigen blive fanget af antigenet, og der foregr nu et kompliceret samspil mellem B-celler og antigen og mellem antigen-prsenterende celler og T-lymfocytter af forskellig funktionel type (TH- eller TC-lymfocytter) og endelig mellem B-lymfocytter og hjlpe-T-lymfocytter. Dette er allerede beskrevet i store trk. Dette samspil, som involverer frigivelse af cytokiner, vil aktivere og udvikle immunsystemets effektor systemer, nemlig de specifikke antistoffer og de specifikt reaktive T-effektor-lymfocytter. Desuden vil der etableres specifikke hukommelses-celler. Det strke vvstypesystem (MHC, major histocompatibility complex) har en fundamental betydning for disse processer, idet T-lymfocytsystemets erkendelse af et antigen (vel og mrke antigener med et element af protein/peptid) sker med antigenet i form af korte peptid-sekvenser bundet til vvstypeantigener (MHC Klasse I eller Klasse II molekyler), som kodes for af gener inden for MHC. Ogs visse komplementfaktorer (og andre proteiner som er vigtige for immunsystemets funktion) er genprodukter fra MHC, og komplementsystemet spiller en vigtig rolle for antistoffernes effektorfunktioner. I det flgende beskrives antigenerne og antistofferne. Reaktionen mellem antigen og antistof og mellem T-celle receptor og antigen vil blive diskuteret senere. Et antigen er karakteriseret ved to egenskaber: dets immunogenisitet og dets antigene specificitet (eller antigenisitet). Det skal dog allerede her fremhves, at antigenpvirkningen ogs kan resultere i udvikling af en antigenspecifik ikke-reaktivitet mod det pgldende antigen. Dette ses isr ved immunisering med meget lave eller med meget hje antigenmngder. Fnomenet kaldes immunologisk tolerans. Begrebet immunogenisitet siger direkte noget om, hvorvidt indfrelsen af antigenet vil medfre dannelse af specifikt reaktive antistoffer og/eller T-effektor-lymfocytter. Et strkt immunogen vil sledes vre et antigen, som fremkalder en hj titer af antistoffer og/eller effektor T-lymfocytter, mens et svagt immunogen kun udlser en lav titer eller slet ingen pviselig antistofdannelse. Mange faktorer pvirker immunogenisiteten Man kan her skelne mellem egenskaber ved antigenet, immuniseringsmden og faktorer ved det individ, der immuniseres. Antigenet skal have en vis strrelse. Store antigener (hj molekylvgt) er generelt strkere antigener (mere immunogene) end sm. For polypeptider synes der at vre en nedre grnse ved 7-8 aminosyrer og for polysakkarider ved 5-6 monosakkarider. Aggregering af et antigen ger

24

immunogenisiteten, formentlig fordi det fremmer fagocytosen ind i de antigen-prsenterende celler. Sm molekyler, som ikke i sig selv kan udlse et antistofsvar (haptener), kan gres immunogene, hvis de kemisk kobles p et strre protein-brermolekyle (dette giver mulighed for T-celle hjlp, kaldes en carrier). Set i relation til strukturen af organismens egne molekyler er det almindeligt at skelne mellem xeno-antigener, allo-antigener og auto-antigener. Et xeno-antigen er et antigen, som er fra en anden art. Det vil dog i mange tilflde vre sdan, at det individ, der immuniseres, besidder et homologt molekyle, som for eksempel nr en kanin immuniseres med humant serumalbumin, som har struktur-homologi med kaninens eget serumalbumin. Allo-antigener er antigener, som findes hos nogle - men ikke alle - individer inden for samme art (allo = samme). De afspejler forekomsten af alternative former af et bestemt genprodukt. Eksempler herp er blodtype-antigenerne, de strke transplantationsantigener og immunglobulinernes allotyper. Begrebet auto-antigener afspejler det forhold, at immunsystemet under visse omstndigheder (for eksempel ved autoimmunsygdomme) reagerer mod individets egne molekyler (autoantigener). Immunsvaret kan pvirkes ved valg af immuniseringsmde. Parenteral immunisering (f.eks. intrakutan, subkutan, intramuskulr, intraperitoneal eller intravens) kan vre en betingelse for at opn et immunsvar, men mange antigener kan ogs inducere immunitet via hud eller slimhinder. Ved parenteral immunisering kan effekten ges ved at indgive antigenet sammen med et adjuvans (af latin: adjuvere, at hjlpe). Hjlpeeffekten er forskellig for forskellige typer af adjuvantia, men den beror primrt p en forget mulighed for at antigenet kan blive fagocyteret , p en aktivering af komplement og dermed en inflammationsskabende effekt. Vigtig er ogs en fastholden af antigenet, s det kan optages af antigen-prsenterende celler og transporteres til det regionale lymfatiske organ, hvor antigenet kan fange de antigen-specifikke lymfocytter. Aluminiumhydroxyd eller -fosfat anvendes ofte som adjuvans i humane vacciner. Freunds komplette adjuvans er en vand-i-olie emulsion med drbte mykobakterier i oliefasen. Antigenet er oplst i vandfasen og fr ved denne immuniseringsmde en strkt get immunogenisitet, som ofte udnyttes ved fremstilling af antistoffer i dyr, for eksempel i kaniner. Foruden antigendosis og antallet af antigenpvirkninger (immuniseringer) vil ogs individuelle egenskaber hos det individ, der immuniseres, spille en rolle. Alderen er her af betydning - bde nyfdte og gamle har et svagere immunrespons. Fejlernring svkker immunreaktiviteten, og visse hormoner og en rkke medikamenter kan pvirke det enkelte individs reaktionsevne over for et antigen. Endelig spiller individuelle genetiske faktorer en vigtig rolle (immunresponsgener). Desuden vil naturligvis medfdte og erhvervede immundefekter vre afgrende Gentagne immuniseringer med samme antigen bevirker en kvalitativ og kvantitativ ndring i immunsvaret: klasseskift og affinitetsmodning (dette ses dog kun ved antigener som kan udnytte T-celle hjlp). Antigenisiteten eller den antigene specificitet er en egenskab ved antigenet, som p molekylrt plan afspejler, hvor og hvorledes det dannede antistof reagerer med antigenet eller hvilke peptidfragmenter der effektivt kan prsenteres for T-lymfocytter i bindingsklften p et MHC-molekyle.

Hvad antistofferne genkender Den struktur p antigenmolekylet, som et antistof bindes til, kaldes den antigene determinant eller epitopen (et begreb indfrt af den danske immunolog og Nobelprismodtager Niels Kaj Jerne). Strrelsen af en epitop er bestemt ved forsg med syntetiske polypeptider og veldefinerede kulhydrater og andrager ca. 6 aminosyrer eller 4-6 kulhydratenheder, men ogs mindre molekyler

25

kaldes haptener - kan udgre en epitop og udvise en meget strk binding til det specifikke antistof - som for eksempel dinitrofenol (DNP), som har vret et meget anvendt modelhapten i immunologien. De enkelte epitoper p makromolekyler har man sgt at analysere ved at undersge reaktiviteten af fragmenter af makromolekylerne over for antistofferne. Man har her fundet, at protein-makromolekyler som for eksempel myoglobin fra spermacethvalen har talrige epitoper (begrebet multivalente antigener bruges dog ikke om dette fnomen men gruges om antigener fx kulhydrater som har flere, ofte mange, ens epitoper). B-celle epitoperne sidder alle p udsiden af molekylet, dvs de er eksponerede (for globulre proteiner er det indre af molekylet overvejende hydrofobt, mens den ydre del er mere hydrofil). En epitop omfatter hyppigst aminosyresrester fra forskellige omrder af proteinets hele sekvens (skaldte konformationsepitoper) mens kun f epitoper er en liner aminosyresekvens (en sekvensepitop) . Sekvensepitoper er oftest lokaliseret til enten den C-terminale eller den N-terminale del af en polypeptidkde. Forholdene kan vre mere indviklede ved proteiner med en kvarternr struktur, dvs proteiner der er sammensat af flere enheder. Her kan der ved immunisering dannes antistoffer, som kun reagerer med det intakte molekyle, eller antistoffer, som kun reagerer med isolerede enheder. Udsttes et proteinantigen for denaturerende behandling, vil det ikke kunne reagere med antistoffer rettet mod konformations-epitoper p det native molekyle (men ofte med linere epitoper, fx C- eller N-terminalt). Lignende forhold som beskrevet for proteinmolekyler gr sig gldende for andre antigene makromolekyler. For proteinmolekyler findes metoder til aminosyresekvens-bestemmelser, dels direkte og dels ud fra sekventering af DNA. Ud fra aminosyresekvensen kan man vurdere forekomsten af hydrofile og hydrofobe aminosyrer. Kombineres dette med energetiske betragtninger, kan man med en vis sikkerhed opstille proteinets rumlige struktur. Fra vor viden om placeringen af antigene epitoper vil man dernst kunne forudsige placeringen og sammenstningen af epitoper. Denne teknik er endnu under udvikling, men vil utvivlsomt i fremtiden kunne bidrage til at muliggre syntetisk fremstilling af relevante epitoper, for eksempel med henblik p vaccinefremstilling. Stimulering af en antigenspecifik B-lymfocyt til produktion af specifikt antistof krver for langt de fleste antigeners vedkommende en kooperation mellem B-lymfocytten og en antigenspecifik T-hjlpe (TH) lymfocyt. For nogle antigeners vedkommende glder det dog, at B-lymfocytaktiveringen kan foreg uafhngig af T-lymfocyt hjlp. Sdanne antigener kaldes T-lymfocyt uafhngige antigener. De er ofte opbygget af gentagne sekvenser med samme struktur, sledes at de i virkeligheden besidder en rkke identiske epitoper, eller de indeholder en struktur, som stimulerer B-cellen. De er desuden langsomt nedbrydelige i organismen. Dextran, poly-D-aminosyrer, polymeriseret flagellin og lipopolysakkarid (LPS) er eksempler p T-lymfocyt uafhngige antigener. T-celle uafhngige antigener deles i to grupper, TI-1 og TI-2. TI-1 antigener er samtidig polyklonale B-lymfocyt aktivatorer (ex LPS). Et sdant T-lymfocyt uafhngigt antigen vil alts ofte principielt kunne stimulere alle B-lymfocytter, men vil i srlig grad bindes til de antigenspecifikke B-lymfocytter. Disse modtager derfor fra samme molekyle bde den antigene og den mitogene stimulering, uafhngigt af T-lymfocytter. TI-2 antigener er typisk kulhydrater med mange ens determinanter. Ud over at binde til B-celle receptoren (BCR) vil de samtidig krydsbinde mange BCR, hvilket vil stimulere B-cellen.

Hvad T-lymfocytterne genkender I modstning til B-lymfocytterne, som principielt kan genkende enhver molekylr konformation (fx protein, kulhydrat, lipid), er T-lymfocytterne begrnset til kun at kunne genkende korte peptid-sekvenser, som sidder i bindingsklften p et MHC-molekyle. Disse sekvenser stammer ofte fra de indre omrder af proteinet. For at kunne prsenteres m proteinet processeres i en antigen-prsenterende celle. Disse noget komplicerede processer beskrives senere.

26

Antistoffer Et antistofmolekyle kan betragtes som en B-celle receptor, der er secerneret fra B-cellens effektor-celle, plasmacellen. Antistoffet fungerer som to molekyler i eet. Dette glder ikke blot for den strukturelle opbygning, men ogs funktionelt. Et antistof har en genkendelses- og bindingsevne i forhold til sit antigen, en egenskab der strukturelt er beliggende i Fab-delen. Kun i sjldne tilflde er denne bindingsevne den vsentligste effektormekanisme ved et antistofs funktion, men et eksempel p dette er antistoffers neutralisation af et toksin som tetanustoksin eller difteritoksin her er bindingen af antistof til antigenet i sig selv beskyttende for en organisme. For den beskyttende funktion af antistoffer over for patogene mikroorganismer er det i de fleste tilflde en forudstning, at bindingen til den patogene mikroorganisme udlser en rkke effektorfunktioner, som alle foregr via antistoffets hale-del (Fc-delen). Disse effektorfunktioner udlses via komplementaktivering og binding til Fc-reptorer p celleoverflader (fagocyterende celler, NK-celler, basofile granulocytter og mastceller). Endelig er antistoffernes evne til at passere visse biologiske membraner en funktion af deres Fc-del, for eksempel fordjelseskanalens og respirationsvejenes slimhinder, og overgangen af immunglobuliner til fosteret.

Den generelle struktur af antistoffer Antistofferne benvnes ogs immunglobuliner (Ig). Elektroforetisk tilhrer de den fraktion af serumproteinerne, som benvnes -globuliner. Uafhngigt af antistofspecificitet kan immunglobulinerne inddeles i fem forskellige klasser: IgM, IgD, IgG, IgE og IgA. Denne inddeling beror p strukturelle forskelle i den konstante del af immunglobulinernes tunge kder. Benyttes immunglobulin som antigen ved injektion til en anden art (hvis der for eksempel indsprjtes humant immunglobulin i en kanin) vil der produceres antistoffer med specifik reaktionsevne mod hver enkelt immunglobulinklasse. De fem immunglobulinklasser findes hos alle individer og benvnes derfor isotyper. Tabellen angiver nogle af de strukturelle og funktionelle egenskaber. Immunglobulinklassernes molekylstruktur er ivrigt meget ensartet. Det drejer sig om glykoproteiner med en 4-kdet grundstruktur, bestende af to lette kder (L = light, MW 25 kD), og to tunge kder (H = heavy, MW 55 kD).

27

Fig 11. Grundstrukturen af et antistof molekyle

De enkelte kder er knyttet sammen af disulfidbindinger og af ikke-kovalente krfter. Bindingsomrdet for antigen (paratopen) er lokaliseret til den N-terminale del af molekylet og medinddrager bde den lette og den tunge kde. Hvert antistofmolekyle har derfor to identiske bindingssteder for antigen - dog har et IgM-molekyle 10 bindingssteder og et IgA-molekyle optrder ofte som en dimer med 4 bindingssteder. Aminosyresekvensundersgelser af forskellige humane myelom-proteiner har vist, at de frste ca. 110 aminosyrer regnet fra den N-terminale ende udviser en ret udtalt variabilitet. Derfor benvnes de N-terminale dele af H kden og L kden de variable dele, forkortet henholdsvis VH og VL . Den tunge kde har herudover tre (IgG, IgA, IgD) eller fire (IgM, IgE) konstante omrder (CH1, CH2, CH3, CH4) Den lette kde omfatter eet konstant omrde, CL. Det typiske antistofmolekyle har inter-kde disulfidbroer som sammen med ikke-kovalente krfter holder kderne sammen. Molekylets opbygning og funktioner fremgr blandt andet af undersgelser med enzymerne pepsin og papain, som spalter Ig-molekylerne p karakteristisk mde. Papain spalter molekylet i tre fragmenter af omtrent samme strrelse: to identiske Fab-fragmenter (affragment antigen-binding) og et Fc-fragment (affragment crystallizable). Ved pepsinspaltning dannes et dimert Fab

Fig 12. Immunglobulinfragmenter efter fordjelse med pepsin,papain eller efter reduktion

Inddelingen af immunglobulinerne i fem klasser (den isotypiske variation) De forskellige isotyper for tunge og lette kder er til stede hos alle individer inden for en art. Der eksisterer imidlertid yderligere for de konstante dele af immunglobulinkderne omrder, hvor der inden for samme art (for eksempel hos mennesket) er alternative aminosyresekvens-muligheder.

28

Sdanne alternative former nedarves Mendelsk og kaldes allotyper. For menneskets IgG kendes ca. 25 allotyper (Gm typer), for IgA tilsvarende to Am-allotyper. Hvad L-kderne angr kendes tre allotyper for kappa-kden, skaldte Inv-allotyper. Der er ikke fundet allotyper for lambda-kden. Idiotyper kan defineres som de strukturer i den variable del af den lette og den tunge kde, som betinger det enkelte antistofs specificitet for et bestemt antigen (paratopen). Det er muligt inden for en dyreart at fremstille anti-idiotypiske antistoffer ved at immunisere med et specifikt antistof. Herved dannes antistoffer mod den antigene del af paratopen (idiotopen). Fab delen af et anti-idiotypisk antistof m have en vis lighed med det antigen, det oprindelige antistof er rettet imod. I mange tilflde vil anti-idiotypiske antistoffer vre blokerende (hmmende) for bindingen mellem antigen og antistof. Forekomsten af et netvrk af idiotyper og anti-idiotyper inden for immunglobulinerne kunne vre en fundamental egenskab ved B-lymfocytsystemet. Denne ide er fremsat af Niels Jerne, men det har dog vret vanskelig at demonstrere betydningen af dette. Den grundlggende strukturelle enhed i immunglobulinmolekylerne er det skaldte immunglobulindomne. Immunglobulindomnet omfatter en sekvens p ca. 110 aminosyrer og har en molekylvgt p omkring 12,5 kD. Det er en kompakt, globulr struktur med en skaldt -struktur, opbygget som antiparallelle lb af aminosyresekvenser i to planer. De to planer er holdt sammen af en disulfidbinding.

Fig 13. Domnestrukturen af en let-kde Den tunge kde af et IgG molekyle er sammensat af fire sdanne domner (VH og CH1-3) og den lette kde af to domner (VL og CL). Evolutionsmssigt forestiller man sig, at de enkelte immunglobulin-domner er opstet ved genduplikation ud fra et primitivt domne-gen. Det er i denne forbindelse interessant, at andre af immunsystemets molekyler er opbygget af tilsvarende domner: MHC Klasse I og Klasse II molekylerne og -2 mikroglobulin, samt den antigen-specifikke T-celle receptor. J-kden syntetiseres af den antistofsecernerende celle. Den er knyttet til den konstante del af - eller -kderne og indgr i polymerisationen af IgM og IgA og bindingen af secretory component. J-kden har en molekylvgt p 15 kD. Strukturelt har den ingen relation til immunglobulinets domnestruktur. Ud over J-kden kan der til IgA og til IgM vre knyttet en anden polypeptidkde, nemlig den skaldte Secretory Component (SC). SC har en molekylvgt p 60 kD og syntetiseres ikke af de antistofproducerende celler, men af epitelceller. Efter syntesen bindes di-mer IgA til en Fc-receptor (polyIg receptoren) p den basale side af slimhindernes epitelceller, hvorefter IgA transporteres ind i epitelcellen. Inde i epitelcellen bliver en del af Fc-receptoren klippet af, mens en del, SC, resterer, bundet til IgA's J-kde. SC har sledes betydning for en selektiv passage af IgA gennem epitelcellen til de eksterne sekreter hvorefter komplekset af IgA og SC bliver afgivet til sekreterne. I slimhindesekretet virker SC som en hmmer af proteolytisk nedbrydning af immunglobulinet. IgM kan som IgA transporteres ud i lumen via polyIg receptoren.

29

IgM molekylet er opbygget af fem identiske grundenheder, som er koblet sammen via S-S-bindinger og forsynet med J-kde. Molekylvgten af IgM er ca. 900 kD, og et enkelt IgM molekyle har som vist 10 antigen bindingssteder. Funktionelt virker IgM dog nrmest som en pentamer, sandsynligvis af steriske grunde. IgM antistoffer har p grund af de mange valenser en strk evne til at virke agglutinerende svel over for bakterier og virus som over for erythrocytter, og IgM antistoffer kan pvises meget tidligt i forlbet af en immunisering (infektion). IgM antistoffer er komplementbindende, og de betragtes som en vsentlig barriere i det tidlige forlb af invasion af mikro-organismer. IgD indholdet i serum er meget lavt, det nedbrydes let af proteaser, og serum IgD synes ikke at have nogen speciel funktion. Membranbundet IgD ses ofte sammen med IgM og/eller IgG, og IgD spiller en rolle ved den ontogenetiske udvikling af B-lymfocytten. IgG er kvantitativt det helt dominerende immunglobulin i serum. Det er i mange henseender den vigtigste klasse af immunglobuliner. Antistoffer af IgG-klassen ses som nvnt typisk efter flere udsttelser for antigen (det sekundre immunsvar). De forskellige IgG-subklasser har forskellige egenskaber (bl.a. m.h.t. evnen til at aktivere komplementsystemet). IgA findes i to former, en monomer form i serum og en dimer form i sekreter. IgA i sekreter synes at spille en vsentlig rolle for beskyttelse mod indtrngen af mikroorganismer via slimhinder. Afgivelse af IgA til slimhindeoverfladen er betinget af forekomsten af J-kde og SC. Specifikke IgA antistoffer findes ofte i hjere koncentration i sekreter end i serum, fordi syntesen af IgA foregr lokalt. IgA antistoffer aktiverer ikke den klassiske komplementaktiveringsvej, men kan virke neutraliserende p toksiner eller forhindre indtrngen af mikroorganismer ved blokering af adhsionsstrukturer p mikroorganismerne. IgE findes hos normale i forhold til de andre klasser af immunglobuliner i meget lav koncentration (se skema). Koncentrationen af IgE stiger ved visse parasitre sygdomme, specielt ved invasion af orme, ved visse immundefekter og ved nogle kroniske, IgE-allergiske tilstande. IgE antistoffer har evnen til at bindes til receptorer p mastceller og basofilocytter via IgE's Fc-region. De er af stor betydning ved allergiske sygdomme. Immunglobulingener og reaktionen mellem antigen og antistof

De mangfoldige antistoffer Hvor mange forskellige antistoffer kan et individ producere? Det er vanskeligt at opregne prcist, men antallet er anslet til i strrelsesorden 1011-1012. I 60erne og 70erne var man ikke klar over at tallet var s stort, og der herskede en voldsom diskussion om hvordan den genetiske mekanisme for antistofdiversiteten var. Nogle nok de fleste gik ind for en germ-line teori, som opererede med at alle generne var i kimbanen. Dette ville indebre et meget stort antal Ig-gener. Modstanderne formulerede en somatisk hypermutations-teori: kun meget f kimbane gener, men under ontogenesen en somatisk hypermutations-mekanisme, som i livslbet udviklede diversiteten. Ingen havde helt ret. Forklaringen - som vi kender den i dag - er en kombination af kimbane-gener (eller rettere: gensegmenter), som under modningen af B-lymfocytterne re-arrangeres, men ogs somatisk hypermutation spiller en rolle (dette dog frst efter mdet med antigen). Re-arrangeringsmekanismen p DNA-niveau blev af Tonegawa i midten af 70erne vist at vre en

30

enestende mekanisme til ud fra relativt f gen-segmenter at opbygge et meget stort antal forskellige udtrykte muligheder. Denne form for udvikling af diversitet kendes kun for B-cellens receptor og for T-cellens receptor.

Opbygningen af diversiteten i antistof-systemet Den bemrkelsesvrdige diversitet blandt antistof molekylerne er konsekvensen af en hjt specialiseret mekanisme, ved hjlp af hvilken de immunglobulin-gener der udtrykkes i en given celle er sammensat ved hjlp af DNA re-arrangeringer som sammenstter to (eller tre) gensegmenter hvorved der dannes en variabel-region under B-cellens udvikling. Senere RNA-rearrangeringer kan stte denne variable region sammen med enhver af generne for de konstante omrder og p denne mde udvikle antistoffer hrende til enhver af de fem isotyper. Disse processer foregr i knoglemarven under modningen, og nr en nav B-celle forlader knoglemarven udtrykker den alts een bestemt specificitet. Det betyder at et Ig-gen ikke oprindelig er eet langt DNA-stykke, men at det sammensttes af mindre segmenter. Det er naturligvis den variable del af molekylet der her er interessant, alts den del der koder for det frste domne p ca 110 aminosyrer: Det er for den tunge kdes vedkommende fordelt p tre omrder, et V-omrde, et D-omrde og et J-omrde, og for den lette kdes vedkommende af to omrder, et V-omrde og et J-omrde. Men der er mange individuelle segmenter, for den tunge kde er der af V-omrder ca 50, der er ca 25 D-omrder, og der er 6 J omrder. Re-arrangeringen bestr s i at frst eet (tilfldigt) D-omrde ud af de 25 bliver sat sammen med eet (tilfldigt) J-omrde (af de 6) og der er jo s 150 muligheder. Og hver af de 150 muligheder kan s knyttes sammen med eet (tilfldigt) af de 50 V-omrder. Det giver i alt ca 7.500 muligheder. For den lette kde bliver der efter samme princip ca. 350 forskellige muligheder. Nr s til sidst een tilfldig tung kde knyttes sammen med een tilfldig let kde bliver der i alt ca 2.6x106 forskellige immunglobuliner.

Fig 14. Opbygningen af en immunoglobulin-receptor (her den tunge kde) ved tilfldig sammenfjning af separate gensegmenter

Men det er ikke nok med det. Gensegmenterne skal jo klippes og klistres, og her kommer en yderligere forgelse af mulighederne: manglende prcision ved sammenfjning og tilfjelse af yderligere nukleotider: Junctional flexibility (uprcis sammenfjning) P og N- nukleotid tilfjelser Vi er s mske oppe p mere end 109 forskellige antistoffer Og som rosinen i plseenden det beskrives senere nr vi frst har fet udvalgt/selekteret en bestemt B-lymfocyt, som kan lave det specifikke antistof, s er der en senere proces (kaldes

31

somatisk hypermutation) som sker efter at antigenet er kommet op til fx lymfeknuden, og som yderligere kan ge diversiteten, endda med det resultat at antistofferne bliver bedre, dvs har hjere bindingsstyrke (affinitet). S vi ender op med en strrelsesorden p 1010 1012.

Fig 15. Antallet af gensegmenter i immunoglobulin-generne og udregning af kombinationsmuligheder

Den samlede diversitet er som nvnt anslet til i strrelsesorden 1012 forskellige antistofmolekyler et utroligt stort antal taget i betragtning det begrnsede genetiske materiale, der anvendes. Diversiteten i antistofmolekylerne skyldes alts flere forskellige mekanismer. I det enkelte individs genom findes talrige gen-segmenter, svarende til variable omrder (V,

(D), J), og er sledes en arvelig kilde til diversitet Diversiteten er nu et resultat af en dannelse