Immunsystem

Angeborene Abwehr: Prinzipien, Zellen und Rezeptoren

Wie die angeborene Abwehr mit vererbten Rezeptoren Erregermuster erkennt, welche Zellen zu ihr gehören und wie NK-Zellen veränderte Körperzellen beseitigen.

Prüfungsrelevanz: wichtig ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Die angeborene Abwehr erkennt Erreger sofort mit keimbahnkodierten, vererbten Rezeptoren, bildet keine spezifischen Gedächtniszellen und unterstützt die adaptive Antwort.
  • Granulozyten (vor allem Neutrophile), Makrophagen, dendritische Zellen und Mastzellen gehören zum angeborenen Immunsystem.
  • Makrophagen zählen zum zellulären Arm der unspezifischen Abwehr, Komplement und Lysozym zum humoralen Arm.
  • NK-Zellen sind Lymphozyten der angeborenen Abwehr. Sie töten virusinfizierte Zellen und Tumorzellen ohne MHC-I (missing self) mit Perforin und Granzymen, phagozytieren aber nicht.
  • Toll-like-Rezeptoren, Scavenger-Rezeptoren, Mannose- und β-Glucan-Rezeptor sind Mustererkennungsrezeptoren. Der T-Zell-Rezeptor gehört nicht dazu.

Worum es geht

Die angeborene Abwehr reagiert innerhalb von Minuten bis Stunden auf Erreger, lange bevor Antikörper bereitstehen. Sie ist die erste zelluläre Verteidigungslinie des Immunsystems. In der Pharmazie begegnet sie dir etwa bei Immunmodulatoren wie Imiquimod, das einen ihrer Rezeptoren aktiviert.

Grundprinzipien

Die Unterscheidung von angeborener und adaptiver Immunität wird hier vorausgesetzt. Die angeborene Abwehr erkennt körperfremde Strukturen mit Rezeptoren, deren Gene keimbahnkodiert sind. Jeder Mensch erbt sie fertig von seinen Eltern. Anders als bei B- und T-Zellen werden diese Gene nicht in jeder Zelle neu kombiniert. Das Repertoire ist deshalb begrenzt, steht aber sofort bereit.

Die angeborene Abwehr bildet keine spezifischen Gedächtniszellen. Beim zweiten Kontakt mit demselben Erreger antwortet sie im Prinzip wie beim ersten. Sie arbeitet aber nicht isoliert. Sie unterstützt die adaptive Antwort, indem sie Antigene präsentiert und über Zytokine T- und B-Zellen aktiviert.

Zellen der angeborenen Abwehr

Herkunft und Aussehen der weißen Blutkörperchen behandelt die Seite zu den Leukozyten. Hier geht es um ihre Zuordnung zur unspezifischen Abwehr.

Zelle Aufgabe in der angeborenen Abwehr
Neutrophile Granulozyten häufigste Leukozyten, erreichen den Entzündungsort zuerst, phagozytieren Bakterien
Makrophagen gewebeständige Phagozyten aus Monozyten, präsentieren Antigen, bilden Zytokine
Dendritische Zellen nehmen Antigen im Gewebe auf, wandern in Lymphknoten, aktivieren naive T-Zellen
Mastzellen gewebeständig, setzen Histamin frei
Eosinophile und basophile Granulozyten Abwehr von Parasiten, beteiligt an Allergien

Alle Granulozyten und alle Phagozyten zählen zur angeborenen Abwehr. Die neutrophilen Granulozyten sind ihre wichtigsten Träger, weil sie in großer Zahl und schnell eingreifen. Makrophagen und dendritische Zellen sind zugleich antigenpräsentierende Zellen. Sie bilden die Brücke zur adaptiven Antwort. B-Zellen präsentieren ebenfalls Antigen, gehören aber zum adaptiven System. Die Antigenpräsentation allein entscheidet also nicht über die Zuordnung.

Die unspezifische Abwehr hat zwei Arme. Der zelluläre Arm besteht aus den Zellen der Tabelle und den NK-Zellen. Der humorale Arm umfasst gelöste Faktoren wie Komplement und Lysozym. Makrophagen wirken als ganze Zellen. Sie gehören deshalb zur zellulären Abwehr, auch wenn sie lösliche Zytokine abgeben.

Mindmap der angeborenen Abwehr, aufgeteilt in Zellen und gelöste Faktoren.

Zellulärer und humoraler Arm der unspezifischen Abwehr.
🎯 Examensrelevant: Zuordnung angeborener Zellen

Die Zuordnung wird im Examen gerne gefragt: Granulozyten (vor allem Neutrophile), Makrophagen, dendritische Zellen und Mastzellen gehören zur angeborenen Abwehr. Achte darauf, dass Makrophagen zum zellulären und nicht zum humoralen Arm zählen.

Natürliche Killerzellen

Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) sind große, granulierte Lymphozyten. Sie tragen aber keinen antigenspezifischen Rezeptor und bilden kein Gedächtnis. Deshalb gehören sie zur angeborenen Abwehr. Ihre Ziele sind virusinfizierte Zellen und Tumorzellen.

Sie erkennen diese Zellen nach dem Prinzip missing self. Fast alle gesunden Körperzellen tragen MHC-Klasse-I-Moleküle. MHC-I bindet einen hemmenden Rezeptor der NK-Zelle und bremst sie. Viele Viren und Tumoren verringern MHC-I, um cytotoxischen T-Zellen zu entgehen. Dann fällt die Bremse weg. Man kann sich die NK-Zelle wie eine Ausweiskontrolle vorstellen: Wer keinen Ausweis zeigt, wird beseitigt.

Zwei Szenen: NK-Zelle verschont Zelle mit MHC-I und tötet Zelle ohne MHC-I durch Perforin und Granzyme.

Missing self: Fehlt MHC-I, entfällt die Hemmung, und die NK-Zelle tötet die Zielzelle.

Die NK-Zelle tötet durch direkten Kontakt. Sie schüttet Perforin aus, das Poren in die Membran der Zielzelle bildet. Durch diese Poren gelangen Granzyme. Diese Proteasen lösen in der Zielzelle die Apoptose aus.

⚠️ Achtung: Töten ohne Fressen

Anders als Makrophagen und Neutrophile führen NK-Zellen keine Phagozytose durch. Sie bringen veränderte Körperzellen von außen zum Absterben und überlassen die Reste den Phagozyten.

Mustererkennungsrezeptoren

Die angeborene Abwehr erkennt Erreger an Molekülen, die ganze Erregergruppen gemeinsam haben und dem Körper fehlen. Solche Strukturen heißen PAMPs (pathogen-associated molecular patterns). Die passenden Rezeptoren sitzen vor allem auf Makrophagen, dendritischen Zellen und Neutrophilen.

📖 Definition: Mustererkennungsrezeptor

Ein Mustererkennungsrezeptor (pattern recognition receptor, PRR) ist ein keimbahnkodierter Rezeptor der angeborenen Abwehr. Er erkennt konservierte Molekülmuster von Erregern statt eines einzelnen Antigens.

Die bekannteste Familie sind die Toll-like-Rezeptoren (TLR). Einige sitzen auf der Zelloberfläche und erkennen Hüllbestandteile. Andere liegen in der Endosomenmembran und erkennen Nukleinsäuren aufgenommener Erreger.

Rezeptor Ort Ligand
TLR2 Zelloberfläche Lipoproteine, Lipoteichonsäure
TLR4 Zelloberfläche Lipopolysaccharid (LPS) gramnegativer Bakterien
TLR5 Zelloberfläche Flagellin
TLR3 Endosom doppelsträngige RNA
TLR7, TLR8 Endosom einzelsträngige RNA
TLR9 Endosom unmethylierte CpG-DNA

Bindet ein TLR seinen Liganden, läuft das Signal meist über das Adaptorprotein MyD88 zum Transkriptionsfaktor NF-κB. Die Zelle bildet dann Zytokine wie TNF-α und IL-1 und startet eine Entzündung. Das LPS selbst wirkt so als Endotoxin.

Schema einer Zelle mit Toll-like-Rezeptoren auf der Membran und im Endosom samt zugehörigen Erregermustern und Signalweg zum Zellkern.

Toll-like-Rezeptoren erkennen Hüllbestandteile an der Zelloberfläche und Nukleinsäuren im Endosom.

Weitere PRR vermitteln vor allem die Aufnahme von Erregern. Scavenger-Rezeptoren binden polyanionische Strukturen wie bakterielle Zellwandbestandteile. Der Mannose-Rezeptor erkennt mannosereiche Zuckerketten auf Bakterien und Pilzen. Der β-Glucan-Rezeptor (Dectin-1) bindet β-Glucane der Pilzzellwand.

Der T-Zell-Rezeptor ist dagegen kein PRR. Seine Gene werden in jeder T-Zelle neu umgelagert, und jeder Klon erkennt nur ein bestimmtes Peptid auf MHC. Dasselbe gilt für den B-Zell-Rezeptor. PRR erkennen breite Muster mit einem festen, vererbten Repertoire.

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Aussage 1

Der T-Zell-Rezeptor ist ein Mustererkennungsrezeptor, weil er körperfremde Strukturen erkennt.

Der T-Zell-Rezeptor ist ein somatisch umgelagerter, klonspezifischer Antigenrezeptor der adaptiven Abwehr. Mustererkennungsrezeptoren wie die Toll-like-Rezeptoren sind keimbahnkodiert und erkennen breite Erregermuster.

Aussage 2

Der β-Glucan-Rezeptor erkennt als Mustererkennungsrezeptor Bestandteile der Pilzzellwand.

Der β-Glucan-Rezeptor (Dectin-1) ist ein PRR des angeborenen Immunsystems und bindet β-Glucane aus der Zellwand von Pilzen.

Aussage 3

Makrophagen werden der humoralen unspezifischen Abwehr zugerechnet, weil sie Zytokine ins Blut abgeben.

Makrophagen wirken als ganze Zellen und gehören zur zellulären unspezifischen Abwehr. Zum humoralen Arm zählen gelöste Faktoren wie Komplement und Lysozym.

Aussage 4

Obwohl NK-Zellen zu den Lymphozyten zählen, gehören sie zur angeborenen Immunabwehr.

NK-Zellen sind Lymphozyten ohne antigenspezifischen Rezeptor und ohne Gedächtnis. Deshalb werden sie der angeborenen Abwehr zugeordnet.

Aussage 5

Mastzellen und dendritische Zellen sind Bestandteile des angeborenen Immunsystems.

Beide gehören zur angeborenen Abwehr. Dendritische Zellen schlagen als antigenpräsentierende Zellen zusätzlich die Brücke zur adaptiven Antwort.

Aussage 6

NK-Zellen beseitigen virusinfizierte Zellen, indem sie diese phagozytieren.

NK-Zellen führen keine Phagozytose durch. Sie töten die Zielzelle von außen mit Perforin und Granzymen, die Apoptose auslösen.

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