T-Lymphozyten: MHC-Erkennung und Effektorfunktionen
Wie T-Lymphozyten über T-Zell-Rezeptor und Corezeptor MHC-Peptid-Komplexe erkennen und als T-Helferzellen oder cytotoxische T-Zellen wirken.
Das Wichtigste in Kürze
- T-Lymphozyten tragen die zelluläre adaptive Abwehr: Sie erkennen präsentierte Peptide und werden zu T-Helferzellen, cytotoxischen T-Zellen oder Gedächtniszellen.
- MHC-Moleküle (beim Menschen HLA, humane Leukozyten-Antigene) sitzen auf allen Körperzellen außer Erythrozyten und kennzeichnen Zellen als körpereigen; für die Phagozytose von Bakterien sind sie nicht nötig.
- Der T-Zell-Rezeptor ist membranständig und erkennt nur MHC-Peptid-Komplexe, unterstützt von Corezeptoren.
- CD4 auf T-Helferzellen bindet an MHC II, CD8 auf cytotoxischen T-Zellen an MHC I; B-Zellen und Plasmazellen tragen kein CD4.
- Cytotoxische T-Zellen töten infizierte Zellen über Perforin, Granzyme und den Fas-Weg; T-Helferzellen aktivieren Makrophagen.
Worum es geht
T-Lymphozyten sind die Zellen der zellulären adaptiven Abwehr. Sie erkennen Antigene nur, wenn eine andere Zelle sie auf MHC-Molekülen präsentiert. Das ist die Grundlage für Transplantatabstoßung, Impfreaktionen und die Wirkung von Immunsuppressiva wie Ciclosporin.
Zelluläre adaptive Antwort
Antikörper erreichen nur Erreger außerhalb von Zellen. Sitzt ein Virus oder Bakterium im Zellinneren, braucht der Körper T-Lymphozyten. Sie prüfen die Oberfläche anderer Zellen und reagieren gezielt auf fremde Bruchstücke.
Die Antwort läuft in vier Etappen ab:
- Präsentation: Eine dendritische Zelle nimmt Antigen auf, zerlegt es zu Peptiden und präsentiert sie auf MHC-Molekülen (siehe Antigenpräsentation durch dendritische Zellen).
- Erkennung: Eine naive T-Zelle mit passendem Rezeptor bindet diesen Komplex.
- Aktivierung: Die T-Zelle wird aktiviert und teilt sich vielfach (klonale Expansion).
- Differenzierung: Die Tochterzellen werden zu T-Helferzellen, cytotoxischen T-Zellen oder Gedächtniszellen.
MHC und HLA
Damit T-Zellen fremd von eigen unterscheiden können, trägt fast jede Körperzelle ein Erkennungsmerkmal. Das sind die MHC-Moleküle. Sie sitzen auf allen Körperzellen mit Ausnahme der Erythrozyten und kennzeichnen eine Zelle als körpereigen.
MHC (major histocompatibility complex) bezeichnet Oberflächenproteine, die Peptide für T-Zellen präsentieren. Beim Menschen heißt das System HLA (humane Leukozyten-Antigene), weil man die Moleküle zuerst auf Leukozyten fand.
Man unterscheidet zwei Klassen. MHC-Klasse I präsentiert Peptide aus dem Zellinneren und kommt auf den kernhaltigen Körperzellen vor. MHC-Klasse II tragen vor allem antigenpräsentierende Zellen wie dendritische Zellen, Makrophagen und B-Zellen. Sie zeigen Peptide aus aufgenommenem Material.
MHC-Moleküle binden selbst keine Bakterien. Für die Phagozytose sind sie deshalb keine Voraussetzung. Fresszellen erkennen Bakterien über Mustererkennungsrezeptoren oder Opsonine. Erst danach können die zerlegten Bakterienpeptide auf MHC-II erscheinen.
T-Zell-Rezeptor
Jede T-Zelle trägt viele identische T-Zell-Rezeptoren (TCR). Der TCR ist membranständig. Anders als ein Antikörper wird er nie ins Blut abgegeben. Die enorme Vielfalt der Rezeptoren entsteht durch somatische Rekombination.
Der TCR erkennt kein freies, gelöstes Antigen. Er bindet nur einen MHC-Peptid-Komplex, also ein kurzes Peptid in der Bindungsfurche eines MHC-Moleküls. Man kann sich das MHC-Molekül wie einen Präsentierteller vorstellen: Die T-Zelle prüft nur, was auf dem Teller liegt, und nur auf einem bekannten Teller.
Allein hält diese Bindung nicht stabil genug. Bei der Erkennung wirken deshalb Corezeptoren mit. Sie binden zusätzlich an das MHC-Molekül und verstärken das Aktivierungssignal in die T-Zelle.
CD4 und CD8
Die beiden wichtigsten Corezeptoren heißen CD4 und CD8. CD steht für cluster of differentiation, ein Nummernsystem für Oberflächenmarker. Jede reife T-Zelle trägt nur einen der beiden. Das macht sie zu verlässlichen Markern der T-Zell-Subtypen.
- T-Helferzellen tragen CD4. CD4 bindet an MHC-Klasse II antigenpräsentierender Zellen.
- Cytotoxische T-Zellen tragen CD8. CD8 bindet an MHC-Klasse I, das jede kernhaltige Zelle trägt.
Die Zuordnung ist logisch. Eine infizierte Körperzelle zeigt ihre inneren Peptide auf MHC-I und wird von CD8-Zellen getötet. Antigenpräsentierende Zellen zeigen aufgenommenes Material auf MHC-II und rufen CD4-Helfer herbei.
Regel der Acht: CD4 × MHC II = 8 und CD8 × MHC I = 8.
CD4 ist das spezifische Oberflächenmolekül der T-Helferzellen. T-Killerzellen tragen stattdessen CD8. B-Zellen, B-Gedächtniszellen und Plasmazellen gehören zur humoralen Linie und tragen kein CD4. Sie erkennen Antigen über membranständige Antikörper oder sezernieren sie. CD4 dient außerdem HIV als Eintrittspforte, dazu mehr beim Vermehrungszyklus von HIV.
Differenzierung und Effektorfunktionen
Nach der Aktivierung differenzieren T-Lymphozyten zu Effektorzellen. Aus CD4-Zellen werden T-Helferzellen, aus CD8-Zellen cytotoxische T-Zellen. Ein Teil bleibt als Gedächtniszellen erhalten.
Cytotoxische T-Zellen
Cytotoxische T-Zellen, auch T-Killerzellen genannt, töten Zielzellen direkt. Sie erkennen virusinfizierte Zellen, Tumorzellen und auch bakterieninfizierte Zellen, sobald fremde Peptide auf MHC-I erscheinen. T-Lymphozyten können also selbst zytotoxisch wirken.
An der Kontaktstelle zur Zielzelle geben sie Perforin ab. Es bildet Poren in der Membran. Durch diese Poren gelangen Granzyme, Proteasen, die in der Zelle die Apoptose auslösen. Zusätzlich bindet der Fas-Ligand der T-Zelle an Fas der Zielzelle und startet denselben Weg. Mehr zur Apoptose steht beim Zelltod.
T-Helferzellen
T-Helferzellen töten nicht selbst. Sie steuern andere Zellen über Botenstoffe, die Zytokine. So aktivieren sie Makrophagen, etwa über Interferon-γ. Aktivierte Makrophagen bauen aufgenommene Bakterien wirksamer ab, zum Beispiel Mykobakterien. Außerdem helfen T-Helferzellen B-Zellen bei der Bildung von Antikörpern.
Quiz
Aussage 1
Cytotoxische T-Zellen tragen CD8 als Corezeptor, der an MHC-Klasse-I-Moleküle bindet.
CD8 bindet an MHC I, das kernhaltige Körperzellen tragen; so werden infizierte Zellen erkannt.
Aussage 2
Reife Erythrozyten tragen auf ihrer Oberfläche MHC-Moleküle, die sie für T-Zellen als körpereigen ausweisen.
MHC-Moleküle finden sich auf allen Körperzellen mit Ausnahme der Erythrozyten.
Aussage 3
Der T-Zell-Rezeptor bindet frei im Blut gelöste Antigene ohne Beteiligung von MHC-Molekülen.
Der membranständige T-Zell-Rezeptor erkennt nur Peptide, die in einem MHC-Molekül präsentiert werden.
Aussage 4
T-Helferzellen können Makrophagen über Zytokine wie Interferon-γ aktivieren und so den Abbau aufgenommener Bakterien verbessern.
Die Makrophagenaktivierung ist eine zentrale Effektorfunktion der T-Helferzellen.
Aussage 5
Plasmazellen tragen CD4 als spezifisches Oberflächenmolekül.
CD4 ist der Marker der T-Helferzellen. Plasmazellen gehören zur B-Zell-Linie und tragen kein CD4.
Aussage 6
Die Abkürzung HLA steht für humane Leukozyten-Antigene und bezeichnet das MHC-System des Menschen.
Der Name rührt daher, dass die Moleküle zuerst auf Leukozyten entdeckt wurden.
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