Klausurfragen 1

Das Immunsystem erkennt, inaktiviert und entfernt in den Körper eingedrungene Mikroorganismen, fremde Substanzen oder deren Toxine

1. Passive- und aktive Immunisierung

2. Passive Impfung: Verimpfung von Antikörpern (entnommen aus dem Blut erkrankter Tiere oder Personen), bietet einen sehr schnellen Schutz (innerhalb von Minuten), der jedoch nicht lange anhält, da kein eigenes immunologisches Gedächtnis gebildet wird

3. Aktive Impfung: Verimpfung von abgetöteten Erregern oder Erregerbestandteilen (Antigenen). Hierdurch wird ein langanhaltender Schutz geboten durch Aufbau eines immunologischen Gedächtnisses. Es dauert jedoch lange bis der Schutz eintritt und es kann zu Impfreaktionen kommen

Unterscheidet zwischen selbst oder fremd, harmlos oder gefährlich, nicht schädlich oder potenziell schädlich

I. Fehlinterpretation → Eigen wird als fremd/schädlich erkannt (=Autoimmunerkrankung) → gesunde Zelle wird entsorgt

II. Fehlentwickeltes selbst → Krebszellen, die nicht erkannt werden oder es wird zu wenig agiert → Tumorbildung

III. Zelluläre Schäden (Muskel beim Sport) → Zelle wird nicht mehr als selbst erkannt

Angeboren und erworben bzw. Primär und sekundär

Jedes Lebewesen hat das primäre Immunsystem. Alle Wirbeltiere und höhere Lebewesen weisen zudem ein sekundäres Immunsystem auf

Das Immunsystem erkennt unterschiedliche Oberflächen. Der Zell-Zell-Kontakt, der entscheidend ist für das Immunsystem entspricht Oberflächenkontak

Die Glykocalix (= spezfisch verlinkte Zucker, verzweigt und sehr komplex, für jeden unterschiedlich) → Immunsystem erkennt Glykocalix → Unterscheidung in fremd/eigen

Antigene (Immunantwort auslösende Substanzen) können in 3 große Kategorien eingeteilt werden.

I. „klassisch“ fremde, andersartige Oberflächen → Viren, Pilze, Pollen, Chemikalien, Implantate usw.

II. Veränderte, ehemals eigene Oberflächen → virusinfizierte eigene Zelle, Krebszellen

III. Fehlinterpretierte Fremdartigkeit, Autoimmunreaktion, gealterte Zellen → eigene Körperzellen

I. Mechanisch: Tight Junctions des Epithels, Schleimbewegung durch Cilien, Luft- /Flüssigkeitsstrom entlang des Epithels

II. Chemisch: Fettsäuren der Haut, Enzyme - Lysozym und Pepsin, niedriger pH-Wert (Magen), antibakterielle Peptide - Defensine (Haut)

III. Mikrobiologisch: Mikrobiom → Alle 3 Barrieren wirken, ohne dass ein Immunantwort ausgelöst wird

I. Primäre lymphatische Organe → Bildungsort der Lymphozyten sowie deren Qualifikation → Knochenmark und Thymus

II. Sekundäre lymphatische Organe → Einleitung der adaptiven Immunantwort → Milz und Lymphknoten, Mucosa-assoziiertes lymphatisches Gewebe (MALT)

Im roten Knochenmark, durch Erythropoese werden Erythrozyten gebildet und im Differenzierungsprozess der Leukopoese die Leukozyten (speziell B-Zellen und T-Zellen). Alle Leukozyten entstehen im Knochenmark aus einer pluripotenten Vorläuferzelle (Stammzelle)

b) Wo werden die Immunzellen qualifiziert? Im Thymus werden die unreifen T-Zellen, die im Knochenmark gebildet wurden, qualifiziert (Checkpunkt, ob T-Zellen fremd von eigen unterscheiden können)

Die Verschlechterung des Immunsystems, die mit vollständigem Abbau des Thymus zusammenhängt. Dieser wird bei der Qualifizierung der Immunzellen abgebaut und nicht regeneriert. Der Abbau des Thymus ist zwischen dem 40. Und 50. Lebensjahr abgeschlossen.

b) Was ist die Folge? Häufigere Krankheit, schlechtere Wundheilung und Zunahme Infektionsbedingter Mortalität.

Im Alter/Krankheitsfall findet durch unzureichende Bewegung ein Mangel an passivem Transport von Lymphe statt. Hierdurch findet unzureichender Austausch von Immunzellen im Körper statt

Milz und Lymphknoten, da hier enorm viele Immunzellen aufzufinden sind.

I. Prüfen auf fremd oder eigen

II. Überprüfen die Erythrozyten auf Alter (Lebensdauer von ca. 100-120 Tagen) und Funktionalität

• Erythrozyten lassen sich im gesunden Zustand gut falten → schnelles Durchlaufen von Kapillaren im funktionalen Zustand, im Alter verhärtet sich ihr Cytoskelett wodurch sie eine Längere Verweildauer in der Milz aufweisen

• Glycokalix der Erythrozyten reibt sich mit der Zeit ab → glattere Oberfläche wird erkannt

I. Plasma: Flüssigkeit mit Proteinen (55 %)

II. Buffy coat: weiße Blutkörperchen

III. Blutkuchen: rote Blutkörperchen (45 %)

I. Aufgefächerte Oberfläche zur Interaktion mit anderen Zellen/Substanzen

II. Farbloses/transluzentes Aussehen, da kein Hämoglobin enthalten

III. Migrationsfähigkeit (Immunzellen können amöboid aktiv in Gewebe einwandern)

Erkennen Fremdzellen und binden sie → Bei der Erkennung von Fremdzellen werden die Vakuolen nach außen gestülpt und Botenstoffen (z.B. Histamin) ausgeschüttet, wodurch andere Immunzellen herankommen → Signalverstärkung zur Rekrutierung anderer Immunzellen

I. Mastzellen

a) Ausschüttung und Speicherung von Botenstoffen

II. Neutrophile-Granulozyten

a) Phagozyten (verdauen Fremdzellen in Vesikeln)

b) Fangen Fremdzellen ein über NETose

c) Absonderung von in Granula Vesikeln enthaltenen Stoffen, die Fremdzellen abtöten

III. Eosinophile-Granulozyten

a) Erkennen Zielstrukturen über IgE auf den Oberflächen dieser (Sowohl Bakterien als auch Parasiten → Parasitenabwehr!)

b) Primäre sekretorische Zellen: entleeren Vesikel mit für Fremdzellen schädlichem Inhalt

IV. Basophile-Granulozyten

a) Neigen stark zu Mutationen

V. Makrophagen

a) Phagozyten (Fresszellen)

b) Antigenpräsentierende Zelle

VI. Dendritische Zellen

a) Hauptaufgabe: Antigenpräsentation zuvor aufgenommener Pathogene

b) Können als einzige Zellen direkt naive T-Zellen aktivieren

NETose → Neutrophile Extracellular Traps sind Strukturen aus Chromatin, die manche Mikroorganismen binden und unschädlich machen

Sie neigen stark zu Mutationen, was zur Entziehung aus dem Zellzyklus führt, unkontrolliertes Wachstum begünstigt und schließlich Leukämie begünstigt

Beide fressen und präsentieren Pathogene. Die Makrophagen fressen mehr als präsentieren und die Dendritischen Zellen präsentieren mehr als fressen.

Dendritische Zellen sind Migrationsfähig und bewegen sich somit in der Petrischale, während Neuronen mehr oder weniger unbeweglich sind.

Glykocalix und Immunzellen sind beide negativ geladen, bei Beschädigung der Glykocalix oder bei Besetzung durch Bakterien (positiv geladen), verändert sich somit die Ladung an der Oberfläche. Durch die Ladungsverschiebung kann sich die negativ geladene Immunzelle nun an die positive Oberflächenstruktur annähern.

Immunzelle rollt über die Oberfläche, sodass möglichst viele Rezeptoren mit der Oberfläche in Kontakt treten. Die Bindung entsteht somit über viele Rezeptorkontakte der Immunzelle mit Oberflächenstrukturen.

I. An tight junctions welche über Integrin der Immunzelle an den ICAMs der Epithelzelle erkannt werden → Immunzelle sondert Proteasen ab, die die tight junctions auftrennen. Tight junctions verbinden sich später von selbst wieder.

II. Durch die Zelle hindurch (Zelle wird zerstört)

I. Mechanische Vorgänge

II. Oxidation/Redoxvorgänge

III. Unterschiedliche pH-Werte oder Salzkonzentrationen

Leukozyten sind eine Übergeordnete Kategorie von Zellen des Immunsystems und umfassen alle weißen Blutkörperchen, während die Lymphozyten eine spezifische Untergruppe der Leukozyten sind. Lymphozyten umfassen die T-Zellen, die B-Zellen und die natürlichen Killerzellen, sie sind spezialisierte Zellen des sekundären Immunsystems (Ausnahme: NK gehören zum primären Immunsystem)

b) Welche Zellen gehören zu den Lymphozyten? B- und T-Zellen und die natürlichen Killerzellen

Die Produktion von Antikörpern (als Plasmazelle) und die Bildung des immunologischen Gedächtnisses eingelagert im Knochenmark (als Gedächtniszellen)

I. T-Helferzelle (CD4-positiv): Hilft den B-Zellen indem es sie kontrolliert und qualifiziert, zudem erkennt sie fremde Strukturen II. Cytotoxische T-Zelle/Killerzellen (CD8-positiv): Erkennt und eliminiert das entartete Selbst

b) Worin unterscheiden sich die cytotoxische T-Zelle und die natürliche Killerzelle?

Sie weisen unterschiedliche Rezeptoren (CD4/CD8) zur Erkennung entarteter Zellen auf der Oberfläche auf.

Über das CD-System (Cluster of Differentiation) → CD sind immunophänotopische Oberflächenmerkmale auf Immunzellen (meist membrangebundene Glykoproteine)

b) Welche Funktion haben CDs? Übernehmen eine Vielzahl von Funktionen, vor allem jedoch Rezeptorfunktion

c) Wofür werden CDs in der Medizin/Diagnostik herangezogen? Zur Untersuchung von Blutbildern → Identifizierung und Quantifizierung von Immunzellen.

Humorale sind nicht-zelluläre Aktoren

Defensine sind kugelförmige, über Disulfidbrücken zusammengehaltene Proteine. Diese strukturelle Form bildet Schutz vor Stress

b) Was machen sie und wie tun sie dies?

I. Zerstörung der Zellmembran von Pathogenen, da sie sich als Zwitterionen (tragen kationische, anionische und hydrophobe AS-Reste) anlagern können und Fettbestandteile aus der Zellmembran herauslösen können, sodass diese in kleine Mizellen zerlegt werden → Zerstört die Integrität der Oberfläche II. Abbau von freier Erbinformation

APOL3 → zerlegt die Anionische Membran von Bakterien in Lipoproteinkomplexe, indem es Lipide aus der Membran extrahiert (Detergenzien-ähnlicher Wirkmechanismus)

Bakterien weisen andere Fettsäuren in der Zellmembran auf als eukaryotische Zellen (andere Lipidzusammensetzung), die Defensine und APOL3 können dies unterscheiden.

Licht (Qualität → Wellenlänge/Intensität Quantität → Wie viel fällt in das Auge ein). Insbesondere Blaulicht entscheiden. Einfallendes Licht fällt auf spezifische Rezeptoren, die Qualität und Quantität auswerten (Ganglienzellen). In der Zirbeldrüse wird Lichtenergie in elektrischen Impuls umgewandelt und in das dafür sensitive Hirnzentrum geleitet woraufhin Hormon Melatonin ausgeschüttet wird.

Im Alter wird weniger Melatonin produziert, da weniger Rezeptoren im Auge vorliegen. Melatoninkonzentration nimmt kontinuierlich ab → zirkadianer Rhythmus wird verändert → Schlaf wird weniger und qualitativ schlechter → weniger Zellregeneration (starke Verflechtung von Immunsystem und Schlaf hier entscheidend)

Behandlung von Erkrankungen sollten mehr an den zirkadianen Rhythmus angepasst werden, da dieser stark das Immunsystem beeinflusst (Immunsystem nachts am stärksten, demnach auch Medikamente am stärksten abgebaut und Regenerationskraft am stärksten (OP-Zeiten anpassen), Herzinfarkte nachts zwischen 1/2 Uhr am wahrscheinlichsten, da das Immunsystem hier versucht verstopfte Arterien zu befreien usw.)

Rötung, Erwärmung, Schwellung, Schmerz. Rötung: Blutgefäße werden erweitert (Relaxierung und somit stärkere Ausdehnung durch den Blutdruck), wodurch Bakterien besser abtransportiert und Immunzellen schneller hin transportiert werden können. Durch den höheren Blutfluss wird auch mehr Temperatur in den Bereich eingebracht.

Erwärmung: Durch den höheren Blutfluss durch die Erweiterung der Blutgefäße wird mehr Temperatur in den betroffenen Bereich eingebracht.

Schwellung: Druck durch die Blutgefäße auf umliegendes Gewebe nimmt zu, sodass die Zellen auseinander gedrückt werden und mehr Lymphe einfließt (Gewebe wird gedehnt, tight junctions sind weniger stramm). Hierdurch können die Immunzellen besser eintreten.

Schmerz: Schmerz tritt auf, damit Stelle geschont wird und (v.a. Tiere) zur mechanischen Reinigung der Wunde angeregt werden. Hierdurch wird der Blutfluss angeregt (Stoffe werden ausgeschwemmt) und desinfizierende Substanzen des Speichels können die Wunde reinigen.

Temperatur ist zu hoch für einige Bakterien → Schutzfunktion Temperaturerhaltung geht mit hohem Energieaufwand einher (viel ATP verbrauch) und Proteine denaturieren leichter (Chaperone werden benötigt, um Proteinfunktion aufrecht zu erhalten oder zerstörte Proteine dem Proteasom zuzuführen). Zudem wird durch die hohe Energieerhaltung die Alterung beschleunigt.

Bereitgestelltes Multiprotein-System des primären Immunsystems, das die Wirkung von Antikörpern ergänzt und verstärkt. Mehr als 30 Proteine, die miteinander wechselwirken um die Abwehr von fremd (v.a. Bakterien) zu gewährleisten.

b) Was passiert durch das Komplementsystem?

I. Opsonierung: Komplementsystem bindet an Pathogene, um den Phagozyten die Zerstörung von Krankheitserregern zu ermöglichen, die sie sonst nicht erkennen würden

II. MAC: (Membrane attack Complex) Direkte Zerstörung von Bakterien durch das Einfügen von Poren in deren Zellmembran. Hierdurch fließen die Bestandteile der Bakterien nach innen

III. Fragmente einiger Komplementproteine locken inflammatorische Zellen an (Phagozyten)

Komplementsystem darf keine Löcher in eigene Zellen einfügen → Zelltod eigener Zellen. Da inaktive Bestandteile des Komplementsystem dauerhaft bereit im Blut vorliegen darf das System nicht unreguliert vorliegen, um den Angriff eigener Zellen zu vermeiden. Reguliert wird das System über die C3-Konvertase

Zymogene → Proteasen, die durch proteolytische Spaltung aktiviert werden

Spezielle Zuckerstrukturen: Mannan, ß-Glucan und Chitin

PAMPs (Pathogen associating molecule patterns) → Strukturmotive oder Moleküle, die charakteristisch für ein breites Spektrum von Pathogenen (z.B. Bakterien) sind. Auch MAMPs (Microbe-associated molecular patterns)

b) Was sind die Gegenspieler der PAMPs? Die PRR (Pattern recognition receptors) erkennen die PAMPs, sie sind Teil des primären Immunsystems → bei Erkennung eines PAMP durch einen PRR setzt eine sofort beginnende Immunreaktion ein, die das Pathogen eliminiert

c) Was ist ein Beispiel für einen PRR Toll-like Rezeptor (Oberflächenrezeptoren von Immunzellen)

DAMPs (Damage-associated molecular pattern molecules) → oftmals nukleäre oder cytosolische Proteine, bzw. Bestandteile von Zellen, die stressbedingt Nekrose eingeleitet haben. Können an Rezeptoren binden und eine Immunreaktion auslösen

b) Welche Strukturen stellen DAMPs dar? Nukleäre und zytosolische Proteine (Bestandteile des Inneren einer Zelle) / Zellbestandteile die Nekrose einleiten

Das Phagolysosom entsteht durch die Verschmelzung eines Phagosoms mit dem Lysosom in Phagozyten (Fresszellen, z.B. Makrophagen). Pathogene Strukturen werden „verschlungen“ und in das Phagosom aufgenommen → Fusion mit dem Lysosom zu Phagolysosom → Abbau von Pathogenen durch lysosomale Enzyme

Setting in dem Phagolysosom sehr toxische Bestandteile bereitstellt → plötzlicher Starker Verbrauch von Sauerstoff während der Phagozytose wodurch ROS im Phagolysosom auftreten

a) Welche Bestandteile? Stickoxide, Sauerstoffradikale, Proteasen, saurer pH, Chelatoren

b) Was passiert, wenn diese Stoffe austreten? Es kommt zu DNA-/Zellschäden → Entzündungen

c) Wie schützt sich der Mensch vor diesen Stoffen? Antioxidantien

Schutzenzyme (schalten ROS aus) und eine fettreiche, wachsartige Zellwand (schützt vor Aufspaltung der Zellwand durch Enzyme im Phagolysosom)

b) Was ist ein Beispiel für einen solchen pathogenen Erreger, der Schutzmechanismen entwickelt hat?

Mycobacterium tuberculosis

Primäres Immunsystem: Glykocalix über Toll-like Rezeptoren Sekundäres Immunsystem: vor allem die MHC I Moleküle

Professionell Antigen-präsentierende Zellen → Hauptaufgabe ist die Präsentation von Antigenen auf der Oberfläche. Nur sie können Aktivierung von T-Lymphozyten auslösen, die zuvor noch nicht mit Antigen in Kontakt gekommen sind. Sie präsentieren Antigene direkt. Fakultativ Antigen-präsentierenden Zellen (Präsentieren Antigene, ist jedoch nicht die Hauptaufgabe dieser Zellen)

b) Welche Zellen gehören zu den beiden Klassen?

Fakultativ: Alle Zellen im Körper bis auf einige Ausnahmen wie z.B. Spermien (unter Antigene fallen in dem Fall nicht nur Pathogene, sondern auch Teile von uns selbst)

Professionell: Makrophagen, Dendritische Zellen und Thymus-Epithelialzellen

I. Auf der Haut

II. Im Gastrointestinaltrakt (v.a. Darm)

III. Im Respiratorischen Trakt (v.a. Lunge)

IV. In der Milz

V. In den Lymphknoten

Thymus-Epithelialzellen (verdauen sich selbst und präsentieren Teile von sich selbst als MHC I auf der Oberfläche) → T-Zellen treffen im Thymus auf die Thymusepithelialzellen, die alle Zellen des körpers produzieren. Erkennt eine T-Zelle eine dieser Epithelialzellen als eigen bleibt sie an ihr hängen und wird mitsamt der Epithelialzelle von Makrophagen aufgefressen.

b) Was ermöglicht den Thymus-Epithelialzellen die Selbstpräsentation?

Sind genetisch so veranlagt, dass alle Oberflächen des Körpers durch sie repräsentativ im MHC I schließlich dargestellt werden. Dies wird durch einen spezifischen Transkriptionsfaktor AIRE der Zellen ermöglicht (unter diesem Transkriptionsfaktor werden alle Gene des Menschen transkribiert, damit die Proteine von Proteasomen zerlegt werden und repräsentativ auf den Epithelialzellen im MHC I präsentiert werden können)

APC gibt durch MHC I/II ein Stück Selbst-/Fremd-Peptid als Informationsträger über einen MHC-Kelch an die T-Zelle weiter. Die T-Zelle nimmt die Information über das Antigen über den Kelch ihres TCR auf. Hierbei kommt es auf das Schlüssel-Schloss-Prinzip an → nur wenn MHC-Kelch und TCR-Kelch genau zusammenpassen findet Prozess statt.

Information muss verifiziert werden. Hierzu findet als erstes die Verbindung zwischen MHC-Rezeptor und T-Zell Rezeptor statt und als nächstes die unabhängige Signalgebung durch CD-Erkennungssignale (jeweils CD-Signal von APC und T-Zelle) → somit insgesamt 4 Faktoren die für die immunologische Synapse entscheidend sind (MHC-Rezeptor, TCR, CD-Signal und CD Signal)

Ja, da sie sich auch als eigen kennzeichnen müssen

HIV → Durch sehr starke/schnelle Mutationsrate kann das Immunsystem nicht auf HIV reagieren

Herpes → inaktiviert den TAP-Transporter durch Bindung eines produzierten Peptids. Hierdurch können keine viralen Peptide ins ER transportiert werden → keine präsentation über MHC II Helicobacter → Produziert ein Konstrukt, das die Ansäuerung des Phagolysosoms blockiert und die Proteaseätigkeit hemmt