Natural Killer (NK) -Zellen: Nützliche Hinweise zu Natural Killer (NK) -Zellen

Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) wurden zufällig während der Experimente zur In-vitro-Aktivität von T-Zellen von Mäusen auf Tumorzellen entdeckt.

In diesen Experimenten wurden T-Zellen von Mäusen mit Tumor und T-Zellen von normalen Mäusen ohne Tumor verwendet. Die Forscher waren überrascht zu bemerken, dass T-Zellen von normalen Mäusen auch eine signifikante Aktivität gegen Tumorzellen aufwiesen. Diese Lymphozyten wurden als natürliche Killerzellen (NK-Zellen) bezeichnet.

NK-Zellen sind große granuläre Lymphozyten und machen 15 Prozent der peripheren Blutlymphozyten aus. NK-Zellen stammen aus hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark. Aber ihre Abstammung ist unsicher. Es gibt einige Ähnlichkeiten zwischen NK-Zellen und T-Zellen.

Es gibt jedoch einige wichtige Unterschiede zwischen NK-Zellen und T-Zellen:

ich. NK-Zellen benötigen für ihre Entwicklung keine Thymusdrüse.

ii. Die meisten NK-Zellen exprimieren auf ihrer Oberfläche CD16- und CD56-Moleküle. NK-Zellen haben keine CDS-Moleküle, wohingegen T-Zellen CD3 + sind . Daher dient eine Analyse von CD3, CD16 und CD56 dazu, NK-Zellen von T-Zellen zu unterscheiden. (NK-Zellen sind CD3 - und normalerweise CD16 +, CD56 +, T-Zellen sind CD3 + und normalerweise CD16 -, CD56 - ).

iii. NK-Zellen können in vitro bestimmte Tumorzellen und virusinfizierte Zellen lysieren. Wie zytolytische T-Zellen (CTLs) haben NK-Zellen zytoplasmatische Granulate, die Perforine und Granzyme enthalten, die Zielzellen abtöten. Es gibt jedoch Unterschiede zwischen NK-Zellen und CTLs hinsichtlich der Abtötung von Zielzellen.

Die NK-Zellaktivität erfordert keine vorherige Exposition gegenüber den Antigenen. Während die CTLs eine vorherige Sensibilisierung gegenüber dem Antigen erfordern.

Darüber hinaus können NK-Zellen gegen jede Tumor- oder Virus-infizierte Zelle wirken (dh die Aktivität der NK-Zellen ist nicht spezifisch). Die CTLs wirken dagegen nur auf Antigene, gegen die sie aktiviert wurden (dh die CTLs-Aktivität ist spezifisch).

Mechanismus der Zielzellenabtötung durch NK-Zellen:

1. NK-Zellen töten Tumorzellen und virusinfizierte Zellen durch einen ähnlichen Prozess wie CTLs. Wie die CTLs enthalten auch die Granulate der NK-Zellen Granzyme und Perforin. Nach dem Anhaften an Zielzellen setzen die NK-Zellen Granzyme und Perforine frei. Man nimmt an, dass Granzyme und Perforine ähnlich wie CTLs das Abtöten von Zielzellen vermitteln (Abbildung 12.5). Es gibt jedoch Unterschiede zwischen NK-Zellen und CTL in Bezug auf das Abtöten von Zielzellen.

ich. NK-Zellen benötigen keine APCs, um ihnen Antigene zu präsentieren (während CTLs die Präsentation von Antigenen durch MHC-Klasse-I-Moleküle erfordern). Der Mechanismus der Antigenerkennung von Zielzellen durch NK-Zellen ist noch nicht bekannt.

ii. NK-Zellen haben keine Antigenrezeptoren auf ihrer Zellmembran (CTLs dagegen haben TCRs, die an spezifische Antigene binden).

iii. NK-Zellen entwickeln kein immunologisches Gedächtnis (wohingegen aktivierte CTLs immunologisches Gedächtnis entwickeln und Gedächtnis-CTLs produzieren).

2. NK-Zellen können auch Antikörper-beschichtete Zielzellen durch den Antikörper-abhängigen zellvermittelten Zytotoxizitätsmechanismus (ADCC) abtöten.

Die CD16-Moleküle auf NK-Zellen wirken als Rezeptoren für die Fc-Region von Antikörpern. Die NK-Zelle bindet über das CD16-Molekül an den Antigen-Antikörper-Komplex.

Die Bindung der Fc-Region des Antikörpers an CD16 initiiert die Aktivität der NK-Zellen (Abb. 9.9).

NK-Zellen sezernieren ihre lytischen Substanzen über der Zielzelle. Die aus NK-Zellen freigesetzten lytischen Substanzen wirken auf die Antigen-tragende Zelle ein und zerstören die Zelle. Da NK-Zellen spontan auf ein Antigen wirken können und keine vorherige Sensibilisierung mit Antigenen (und daher der Name NK-Zellen) erfordern, ist es wahrscheinlicher, dass NK-Zellen einer der wichtigsten Akteure der angeborenen Immunantworten sind. NK-Zellen wirken als Frontline-Abwehr vor der Entwicklung spezifischer B-Zellen und T-Zellen gegen ein bestimmtes Antigen.

Rezidivierende Virusinfektionen treten bei Personen mit selektivem NK-Zellmangel auf. Es scheint daher, dass NK-Zellen eine wichtige Schutzfunktion gegen Virusinfektionen spielen. NK-Zellen können auch eine wichtige Rolle bei der Abwehr bakterieller und parasitärer Infektionen spielen.

Die NK-Zellen greifen Krebszellen, transplantierte Fremdzellen und virusinfizierte Zellen an. Die Zelloberflächenmoleküle auf Tumor- und virusinfizierten Zellen, die von NK-Zellen erkannt werden, sind jedoch noch nicht bekannt.

Aktivierte NK-Zellen produzieren viele Cytokine wie IFNγ und TNFα. Das von NK-Zellen sezernierte IFNγ kann die CMI-Antworten aktivierter Makrophagen verstärken. Mehr als das von NK-Zellen sezernierte IFNγ kann dazu beitragen, die T H- Zellen auf eine T H 1 -Antwort zu lenken.

Zellvermittelte Immunität:

Antikörper dringen nicht in eine lebende Zelle ein und greifen intrazelluläre Mikroben an. Daher ist die humorale Immunantwort nicht wirksam gegen Mikroben, die in einer Wirtszelle leben. Der Nachweis und die Beseitigung intrazellulärer Mikroben werden durch zellvermittelte Immunreaktionen (CMI) vermittelt.

CD8 + T C- Zellen erkennen und eliminieren intrazelluläre Mikroben. Aktivierung und Funktion von CD8 + T-Zellen benötigen jedoch Hilfe von CD4 + T H- Zellen. Daher benötigt eine effektive CMI-Antwort sowohl TH- als auch TC-Zellen.

DiGeorge-Syndrom:

Das DiGeorge-Syndrom ist eine angeborene Immundefizienzstörung, bei der das Kind ohne Thymusdrüse geboren wird. Demzufolge fehlen die T-Zell-vermittelten Immunreaktionen. Das Kind leidet unter wiederholten Angriffen von intrazellulären Virus-, Bakterien- und Pilzinfektionen. Das Kind ist jedoch in der Lage, mit extrazellulären bakteriellen Infektionen umzugehen (weil sie mit Antikörpern behandelt werden).

Bei Kindern mit DiGeorge-Syndrom kann selbst ein abgeschwächter Virusimpfstoff eine lebensbedrohliche Infektion verursachen. Diese Störung unterstreicht die Notwendigkeit von T-Zellen, gegen intrazelluläre Mikroben vorzugehen. CMI-Antworten erkennen und eliminieren auch Krebszellen und Zellen eines transplantierten Organs.

TCR-Genorganisation und TCR-Produktion:

T-Zellrezeptoren (TCRs) sind immer als membrangebundene Rezeptoren vorhanden und TCRs werden nicht als freie Moleküle von den T-Zellen ausgeschieden. (Während das Immunglobulin in zwei Formen vorliegt, existieren die Sigs als membrangebundene Formen und das ausgeschiedene Immunglobulin ist nicht an die B-Zelloberfläche gebunden.)

Es gibt zwei Formen von TCRs, die auf der Oberfläche von T-Zellen exprimiert werden, αβ-TCRs und γδ-TCRs. AT-Zellen haben entweder nur αβ-TCRs oder nur y8-TCRs. Die α-, β-, γ- und δ-Polypeptidketten der TCRs werden von vier TCR-Multi-Gen-Familien codiert. Die Multi-Gen-Familie für α, β, γ und δ, die genomische Umlagerung von TCR-DNAs und die Produktion von TCR-Polypeptiden ähneln im Allgemeinen der Immunoglobulingenorganisation und der Immunglobulinproduktion.

ich. Die Keimlinien-DNA-Umlagerung von TCR-Genen ist der Keimlinien-DNA-Umlagerung von Immunglobulingenen ähnlich.

ii. Konservierte Heptamer- und Nichtomer-Erkennungssignalsequenzen (RSSs), die entweder 12 bp (eine Windung) oder 23 bp (zwei Windungen) Spacer-Sequenzen enthalten, flankieren jedes V-, D- und J-Segment in der TCR-Keimbahn-DNA.

iii. Die TCR-α-Kette (wie die leichte Immunglobulin-Kette) wird von den V-, J- und C-Gensegmenten codiert. Die β-Kette des TCR wird durch die V-, D-, J- und C-Gensegmente kodiert.

iv. Die TCRs-Genumlagerungen folgen der Ein-Umdrehungs- / Zwei-Umdrehungs-Verbindungsregel, die bei den Immunglobulin-Genumlagerungen beobachtet wird.

v. Die T-Zellen exprimieren auch die rekombinationsaktivierenden Gene RAG-1 und RAG-2. Das RAG-1 / RAG-2-Rekombinase-Enzym erkennt die Heptamer- und Nichtamer-Erkennungssignale und katalysiert die Verknüpfung von VJ und VDJ während der TCR-Genumlagerung durch ähnliche Deletions- oder Inversionsmechanismen, die während der Immunglobulin-Genumlagerung auftreten.

TCR-α-Ketten-Polypeptid hat eine Vα-Region (variable Region) und eine Cα-Region (Konstante). In ähnlicher Weise hat die TCR-β-Kette Vβ- und Cβ-Regionen. Die α- und β-Ketten sind durch Disulfidbindungen verbunden.

TCR-α-Ketten-Multigenfamilie und TCR-α-Kettenpolypeptidproduktion:

Die TCR-α-Kettengenfamilie der Maus in Chromosom 14 besteht aus 100Vα-, 50Jα-Gensegmenten und einem einzelnen Cα-Segment. (Ein einzigartiges Merkmal der TCR-Kette-Genfamilie ist, dass die Gensegmente der TCRδ-Genfamilie zwischen den Vα- und Jα-Gensegmenten der TCR-α-Kettengenfamilie liegen).

Jedes der Vα-Gensegmente verbindet sich mit einem der Jα-Gensegmente (VJ-Beitritt). Die dazwischenliegenden Segmente werden dann entfernt.

Das umgelagerte V α J α C α wird vom RNA-Polymeraseenzym transkribiert, um ein primäres RNA-Transkript zu erzeugen.

Die RNA-Prozessierungsenzyme entfernen die Introns im primären RNA-Transkript und die resultierende TCR-α-Ketten-mRNA tritt aus dem Zellkern in das Zytoplasma aus.

Die mRNA wird von den Ribosomen in ein TCR-α-Kettenpolypeptid übersetzt.

Die Leader-Sequenzen lenken die Peptidkette in das rauhe endoplasmatische Retikulum (RER). Anschließend werden die Aminosäuren der Leader-Sequenzen gespalten und am endgültigen TCR ein Kettenpolypeptid gebildet.

TCR-β-Ketten-Multi-Gen-Familie und TCR-β-Kettenpolypeptidproduktion:

Die Multi-Gen-Genfamilie der Maus-TCR-β-Kette im Chromosom 7 weist 20 bis 30 V- β -Gensegmente und zwei nahezu identische Wiederholungen von D-, J- und C-Segmenten auf. (Jede Wiederholung besteht aus einem D β -Segment, 6 oder 7 J β -Segmenten und einem C β- Gensegment.

Die TCR-β-Ketten-Genumlagerung ist der Umlagerung der schweren Kette von Immunglobulin ähnlich. Die erste Dβ- und Jβ- Verknüpfung erfolgt (DJ-Verknüpfung) (Abb. 12.10).

Dann verbindet sich D β J β mit einem V β zur Bildung einer V β D β J β- Einheit (VDJ-Verbindung).

V β D β J β C β- Einheit wird durch das Enzym RNA-Polymerase transkribiert und ein primäres RNA-Transkript wird erzeugt. RNA-Prozessierungsenzyme entfernen die Introns im primären RNA-Transkript und die resultierende TCR-β-Ketten-mRNA verlässt den Zellkern und dringt in das Zytoplasma ein.

Ribosomen binden an mRNA und übersetzen sie in die TCR-β-Polypeptidkette.

Die Leader-Sequenzen lenken das TCR-β-Kettenpolypeptid in die RER. Anschließend werden die Leader-Sequenzen gespalten und das endgültige TCR-β-Kettenpolypeptid erzeugt.

Die TCR-α- und -β-Ketten bewegen sich zum Golgi-Apparat und dann in Sekretvesikel. Die Membran von Sekretvesikel verschmilzt mit der T-Zellmembran, und folglich werden die TCRs am äußeren Aspekt der T-Zelle exprimiert. TCR-α- und -β-Ketten werden als Disulfid-gebundenes Heterodimer auf der T-Zellmembran exprimiert.

Generierung von TCR-Diversity:

Mehrere Mechanismen (wie bei der Erzeugung der Immunglobulindiversität festgestellt) erzeugen auch eine enorme Anzahl von TCRs, um verschiedene Antigene zu erkennen.

ich. Die kombinatorische Verbindung von VJ (in α-Kette) und VDJ (in β-Kette) erzeugt eine große Anzahl zufälliger Genkombinationen.

ii. Junctionale Flexibilität.

iii. P-Nukleotid-Addition.

iv. N-Nukleotid-Addition.

v. Kombinatorische Assoziation von α- und β-Ketten oder y- und δ-Ketten.

Die somatische Mutation des Immunglobulin-Gens ist einer der Mechanismen, die der Erzeugung von Immunglobulinen Vielfalt verleihen. In den umgeordneten TCR-Genen tritt jedoch keine somatische Mutation auf. Was auch immer die DNA-Umlagerung ist, die während der T-Zellreifung in der Thymusdrüse aufgetreten ist, bleibt danach bestehen. (Wenn in reifen T-Zellen eine somatische Mutation von TCRs auftritt, können in der Peripherie autoreaktive T-Zellen gebildet werden, die zu einem Autoimmunangriff auf Selbstantigene des Wirts führen können).