B10_aanmaak van B en T cellen 2024 (2).pptx

# Ontwikkeling van B-cellen Dit onderwerp beschrijft de fasen van B-celontwikkeling, van stamcel tot volwassen naïeve B-cel, met nadruk op genherschikking, selectie en recirculatie. ## 1. Fase 1: Samenstellen van het repertoire De ontwikkeling van B-cellen begint met CD34+ hematopoëtische stamcellen in het beenmerg. Deze differentiëren tot B-cel precursors, waarbij de zware keten van het immunoglobuline (Ig) gen herschikt wordt (eerst D/J, daarna V/DJ). Vanaf dit stadium, de pro-B cel, is de cel 'committed' tot de B-cel lineage. Hoewel er nog geen µ-keten op eiwitniveau is, worden de DNA-herschikkingen voltooid. **Kenmerken van de differentiatie stadia:** * **Pro-B cel:** Herschikking van de zware keten is aan de gang. * **Pre-B cel:** De zware keten is succesvol herschikt en een µ-keten kan in het cytoplasma worden aangetoond. Daarna volgt herschikking van de lichte keten. Een productieve herschikking resulteert in de expressie van IgM op het celmembraan, wat leidt tot de immature B-cel. **Belangrijke moleculen en processen tijdens Fase 1:** * **RAG1 en RAG2:** Essentieel voor de Ig genherschikking, hun expressie wordt geïnhibeerd door (pre-)BCR signalering. * **TdT:** Nodig voor junctionele diversiteit door het toevoegen van N-nucleotiden. * **Pax-5:** Een transcriptiefactor die zorgt voor Ig genherschikkingen en de expressie van B-cel-specifieke eiwitten zoals $l_5$ en $VpreB$. Zonder Pax-5 dedifferentiëren B-cellen. * **Surrogaat lichte keten ($l_5$, $VpreB$):** Vormt samen met de zware keten de pre-B celreceptor (pre-BCR). Deze receptor induceert, zonder ligandbinding, een signaal dat verdere herschikkingen van de zware keten stopt (allelische exclusie) en celproliferatie initieert. Dit leidt tot de vorming van ongeveer 100 cellen die allemaal dezelfde zware keten tot expressie brengen. * **Allelische exclusie:** Zorgt ervoor dat elke B-cel slechts één type zware keten en één type lichte keten tot expressie brengt, wat resulteert in een receptor met een enkele specificiteit en hogere aviditeit. **CD-markers tijdens B-cel ontwikkeling:** * **CD19:** Gevonden op B-cellen gedurende hun gehele levensduur, inclusief pro-B en pre-B cellen. * **CD20:** Gevonden op B-cellen in het perifere bloed. Antistoffen tegen CD20 worden gebruikt bij de behandeling van B-cel leukemie. **Tip:** Het proces van genherschikking is nauwkeurig gereguleerd en biedt cellen meerdere kansen (zware keten: 2; lichte keten: 4) om productieve herschikkingen te bereiken. Niet-productieve herschikkingen leiden tot apoptose. ## 2. Fase 2: Negatieve selectie Na de succesvolle herschikking van Ig genen en expressie van het B-celreceptor (BCR), worden immature B-cellen gescreend op herkenning van zelf-antigenen in het beenmerg. Dit proces, negatieve selectie, is cruciaal voor het induceren van tolerantie. **Fates van immature B-cellen bij herkenning van zelf-antigenen:** * **Multivalent zelf-antigeen (bv. zelf MHC):** Leidt tot apoptose (klonale deletie). * **Soluble zelf-antigeen:** Induceert anergie, een staat van functioneel verlies waarbij de cel snel afsterft in de periferie. * **Geen antigeen tijdens differentiatie:** De cel ondergaat normale ontwikkeling en wordt een mature B-cel met expressie van IgM en IgD. **Tip:** Centrale tolerantie (in het beenmerg) is een gevolg van zowel apoptose als anergie. Perifere tolerantie is eveneens noodzakelijk voor antigenen die niet in het beenmerg aanwezig zijn. B-cellen zijn niet tolerant voor intracellulaire stoffen (DNA, RNA) of stoffen die in zeer lage concentratie voorkomen. **Anergie versus normale ontwikkeling:** * **Anergische B-cellen:** Krijgen geen toegang tot primaire lymfoïde follikels en hebben een korte levensduur (1-5 dagen). * **Normaal ontwikkelde B-cellen:** Krijgen toegang tot primaire lymfoïde follikels, hebben een langere levensduur (ongeveer 40 dagen) en circuleren om antigeen te ontmoeten. ## 3. Fase 3/4: Positieve selectie / Recirculatie Na de negatieve selectie in het beenmerg migreren de niet-autoreactieve B-cellen naar de periferie, voornamelijk naar secundaire lymfoïde organen zoals lymfeknopen en de milt. Hier ondergaan ze positieve selectie en recirculatie. **Kenmerken van positieve selectie en recirculatie:** * **Primaire lymfoïde follikel:** Structuren in secundaire lymfoïde organen, opgebouwd uit mature naïeve B-cellen en folliculaire dendritische cellen (FDC). B-cellen die geen toegang krijgen tot deze follikels sterven. * **Chemokine-gemedieerde migratie:** Stromale cellen en dendritische cellen in de lymfeknoop scheiden chemokines (bv. CCL21, CXCL13) af die B-cellen aantrekken naar de primaire follikels, mede via binding aan de CCR7 receptor. Anergische B-cellen reageren hier niet op. * **BAFF:** Folliculaire dendritische cellen (FDC) produceren B cell activating factor (BAFF), een cytokine uit de TNF-familie, dat de differentiatie van immature naar mature B-cellen bevordert. * **Homeostase:** De interactie tussen B-cellen (met membraan-lymphotoxine) en FDC zorgt voor een gecontroleerde hoeveelheid B-cellen, waardoor de aantallen worden gehomeostaseerd. * **Mature B-cellen:** Maken celmembraan-gebonden IgM en IgD aan en recirculeren tussen bloed en lymfe om antigeen te ontmoeten. **Tip:** De meeste B-cellen die het beenmerg verlaten zijn kortlevend, omdat ze geen toegang krijgen tot de B-cel follikels en daardoor essentiële overlevingssignalen missen. ## 4. Fase 5: Ontmoeten van het antigeen B-cellen ontmoeten antigenen in de secundaire lymfoïde organen. Bij herkenning van een specifiek antigeen vindt activatie en differentiatie plaats. **Processen na antigeenontmoeting:** * **Activatie:** B-cellen worden geactiveerd door het antigeen in het T-celgebied van de lymfeknoop, waar ze CD4+ T-helpercellen ontmoeten. * **Differentiatie en proliferatie:** T-helpercellen induceren differentiatie tot plasmacellen, die grote hoeveelheden antistoffen produceren. De primaire follikel transformeert tot een secundaire lymfoïde follikel met een kiemcentrum. * **Kiemcentrumreactie:** * **Centroblasten:** Prolifererende B-cellen in het kiemcentrum. * **Centrocyten:** Niet-prolifererende B-cellen die isotype switch (naar IgG, IgA, IgE) en affiniteitsmaturatie (hypermutatie) hebben ondergaan. * **Affiniteitsmaturatie:** B-cellen met een hoog-affiene BCR worden geselecteerd en prolifereren verder als lymfoblasten. Dit proces leidt tot de vorming van geheugen B-cellen. * **Uiteindelijke bestemming:** Na enkele weken stopt deze activiteit, en de cel verdwijnt. Overgebleven B-cellen worden plasmacellen in het beenmerg of recirculerende geheugen B-cellen in de lymfeknopen. **Tip:** Antigeenbinding door een B-cel is een essentiële stap voor zijn verdere ontwikkeling, leidend tot antistofproductie en de vorming van geheugen. ## 5. Fase 6: Immuniteit De resultaten van de B-celontwikkeling en antigeenrespons zijn de productie van effectoreiwitten (antistoffen) en het creëren van een immuungeheugen. **Resultaten van de immuniteitsfase:** * **Plasmacellen:** Secretie van grote hoeveelheden antistoffen, die de pathogenen neutraliseren of elimineren. * **Geheugen B-cellen:** Recirculeren in het lichaam en zorgen voor een snellere en sterkere respons bij een volgende blootstelling aan hetzelfde antigeen. Deze cellen bevinden zich vaak in lymfeknopen en het beenmerg. **Dynamiek van B-cellen in het lichaam:** * Ongeveer 5-10% van de nieuwe B-cellen wordt dagelijks geëxporteerd. * De meeste perifere B-cellen zijn langlevend, maar slechts 1-2% sterft per dag. * De aantallen B-cellen worden mede bepaald door de beschikbare FDC-niches in de secundaire lymfoïde organen. **Folliculaire dendritische cellen (FDC):** * Oorsprong uit bindweefselcellen, geen bloedcellen. * Niet fagocytotisch en geen MHC klasse II moleculen. * Specialiseren in het capteren van antigenen in de vorm van antigeen/antilichaam/complement complexen, die op het celmembraan blijven en door B-cellen herkend kunnen worden. --- # Ontwikkeling van T-cellen De ontwikkeling van T-cellen is een complex proces dat plaatsvindt in de thymus en resulteert in een functioneel en divers T-celrepertoire dat zelf-antigenen kan tolereren en pathogenen kan herkennen. ### 2.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire De ontwikkeling van T-cellen begint met CD34$^+$ hematopoëtische stamcellen die vanuit het beenmerg migreren naar de thymus. In de thymus ondergaan deze precursorcellen T-cel-specifieke differentiatie, gedreven door interacties met het thymus-stroma en de expressie van de Notch-1 receptor. * **T-cel commitment:** Na migratie naar de thymus en interactie met Delta-ligand 4 (DL4) op thymus-epitheelcellen (TEC), worden de precursorcellen "T-cel committed". Ze gaan de IL7-receptor tot expressie brengen en, met productie van IL-7 door TEC, prolifereren. * **TCR-genherschikking:** Vervolgens vindt herschikking plaats van de TCR-$\gamma$, $-\delta$ en $-\beta$ ketens. Notch1 zorgt ervoor dat bij RAG-expressie de TCR-genen worden herschikt in plaats van de Ig-genen. * Als de $\gamma$ en $\delta$ ketens productief herschikken vóór de $\beta$ keten, worden $\gamma\delta$ T-cellen gevormd. Deze blijven meestal dubbel-negatief (DN) voor CD4 en CD8 en existeren als functionele DN $\gamma\delta$ T-cellen. * Als de $\beta$ keten eerst herschikt, worden de cellen CD4$^+$ CD8$^+$ dubbel-positieve (DP) voorlopers. * **Pre-TCR:** De succesvol herschikte $\beta$ keten vormt samen met een surrogaat $\alpha$ keten (pT$\alpha$) de pre-TCR. Expressie van de pre-TCR op het celmembraan (in combinatie met CD3) stopt verdere $\gamma$, $\delta$, en $\beta$ herschikking, downreguleert RAG-genen, activeert celproliferatie, en induceert differentiatie naar het DP-fenotype. Dit is analoog aan het pre-BCR bij B-cellen. * **$\alpha$-ketenherschikking:** In de DP-cellen vindt vervolgens herschikking plaats van de $\alpha$ keten, met opnieuw RAG-expressie. Dit proces volgt allelische exclusie, wat inhoudt dat per cel slechts één type receptor wordt geëxpresseerd om een enkelvoudige specificiteit te waarborgen en de affiniteit te maximaliseren. * **CD-markers:** De differentiatie stadia kunnen worden onderscheiden door de expressie van celmembraanproteïnen: * **DN (dubbel-negatief):** Vroege precursorcellen die nog geen CD4 of CD8 tot expressie brengen. * **DP (dubbel-positief):** Cellen die zowel CD4 als CD8 tot expressie brengen (ongeveer 80% van de thymocyten). Op dit stadium vindt de herschikking van de $\alpha$-keten plaats. * **SP (enkel-positief):** Cellen die ofwel CD4 ofwel CD8 tot expressie brengen, na positieve selectie. > **Tip:** De thymus is een primair lymfoïd orgaan. Immuunresponsen vinden hier niet plaats, maar de productie en rijping van T-cellen is cruciaal. Een functionerende thymus is essentieel voor een normaal aantal T-cellen. ### 2.2 Fase 2: Positieve selectie Positieve selectie is een cruciale stap in de differentiatie van thymocyten die ervoor zorgt dat de T-cellen MHC-beperkt zijn en de juiste coreceptor (CD4 of CD8) tot expressie brengen. * **Doel:** DP-thymocyten die een functionele TCR$\alpha\beta$ tot expressie brengen en zelf-MHC-moleculen kunnen herkennen (met een zwakke interactie) ondergaan positieve selectie. Dit proces differentieert ze tot ofwel CD4$^+$ (helpertract) ofwel CD8$^+$ (cytotoxisch tract) enkel-positieve (SP) cellen. * **Mechanisme:** De interactie tussen de TCR op de DP-cel en een zelf-peptide gebonden aan een MHC-molecuul op de thymus-epitheelcellen (TEC) bepaalt het lot. * Herkenning van een zelf-peptide gebonden aan MHC klasse II leidt tot positieve selectie als CD4$^+$ cel. * Herkenning van een zelf-peptide gebonden aan MHC klasse I leidt tot positieve selectie als CD8$^+$ cel. * **Signaal:** Het signaal voor positieve selectie is een "tonisch" signaal, wat betekent dat het continu aanwezig is en de T-cel in leven houdt, maar niet activeert tot proliferatie of differentiatie. Dit signaal is van lage affiniteit, in tegenstelling tot de hoge affiniteit die nodig is voor T-celactivatie in de periferie. * **MHC-restrictie:** Positieve selectie past het primaire T-celrepertoire aan de genetische achtergrond (MHC-locus) van het individu aan. Dit verklaart waarom MHC de immuunrespons tegen pathogenen significant beïnvloedt; zonder de juiste MHC-moleculen op de TEC kunnen T-cellen niet correct worden geselecteerd. * **Gevolg:** Cellen die geen geschikte interactie hebben met zelf-MHC/peptide-complexen binnen een bepaalde tijd (3-4 dagen) ondergaan apoptose. > **Fact:** Slechts ongeveer 2% van de gevormde T-cellen rijpt uit tot functionele T-cellen die de thymus verlaten. Dit benadrukt de strengheid van het selectieproces. ### 2.3 Fase 3: Negatieve selectie Negatieve selectie elimineert T-cellen die autoreactief zijn en potentieel auto-immuunziekten kunnen veroorzaken. * **Doel:** Thymocyten die met een hoge affiniteit binden aan zelf-antigenen (zelf-peptide/MHC-complexen) worden geïdentificeerd en ondergaan apoptose (klonale deletie). * **Locatie:** Negatieve selectie vindt plaats in de cortex, corticomedullaire junctie en met name in de medulla van de thymus. De medulla bevat een hoge concentratie dendritische cellen (DC's) die antigenen van zowel algemeen voorkomende als weefselspecifieke eiwitten presenteren. * **Mechanisme:** Hoge affiniteit binding van de TCR aan zelf-MHC/peptide-complexen induceert een sterk signaal dat leidt tot apoptose. De interactie van de TCR en de aanwezigheid van MHC-moleculen, samen met CD4/CD8, zijn hierbij belangrijk. * **AIRE:** Het Autoimmune Regulator (AIRE) gen speelt een cruciale rol in negatieve selectie. AIRE-expressie in medullaire thymusepitheelcellen (mTEC's) zorgt ervoor dat een breed scala aan zelf-antigenen, waaronder weefselspecifieke eiwitten (zoals insuline en albumine), willekeurig wordt gepresenteerd. Deze antigenen worden vervolgens door DC's gepresenteerd aan T-cel precursorcellen. * **nTreg-vorming:** In de medulla kunnen, naast deletie, ook immuunsuppressieve natuurlijke regulatoire T-cellen (nTreg) worden gevormd uit T-cel precursorcellen die sterk reageren op bepaalde zelf-antigenen. Deze nTreg-cellen spelen een rol in het handhaven van perifere tolerantie. * **Robuustheid:** De mechanismen ter preventie van autoreactiviteit bij T-cellen zijn robuuster dan bij B-cellen. T-cel autoreactiviteit kan echter ontstaan door een drempelverschuiving in de activatiegevoeligheid, bijvoorbeeld door medicatie zoals checkpointremmers. > **Belangrijk:** Positieve en negatieve selectie is van toepassing op TCR$\alpha\beta$ cellen, niet op TCR$\gamma\delta$ cellen. ### 2.4 Fase 4-6: Recirculatie, ontmoeten van het antigeen, immuniteit Na succesvolle positieve en negatieve selectie in de thymus, verlaten naïeve T-cellen de thymus en recirculeren ze door het lichaam, klaar om geactiveerd te worden door pathogenen. * **Recirculatie:** Na maturatie in de medulla verlaten CD4$^+$ en CD8$^+$ enkel-positieve T-cellen de thymus en komen ze via het bloed in de secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt, MALT). Ze recirculeren continu tussen bloed en deze organen, op zoek naar hun specifieke antigeen. * **Overleving en homeostase:** Naieve T-cellen hebben een laag metabolisme en een lange levensduur (jaren), zelfs zonder antigeenstimulatie. Ze worden in leven gehouden door cytokines zoals IL-7 en de aanwezigheid van autoloog MHC op dendritische cellen in de secundaire lymfoïde organen. Homeostatische mechanismen zorgen ervoor dat het aantal T-cellen constant blijft door middel van "homeostatische expansie", waarbij bestaande T-cellen prolifereren om verloren cellen te vervangen. * **Antigeenherkenning en activatie:** Wanneer een naïeve T-cel in een secundair lymfoïd orgaan een antigeen herkent dat wordt gepresenteerd door een antigeen-presenterende cel (APC), zoals een dendritische cel, treedt klonale expansie op. * **CD4$^+$ T-cellen:** Differentiëren tot helper T-cellen (Th1, Th2, Th17, Tfh, Treg) die een cruciale rol spelen in het coördineren van immuunresponsen, waaronder de activatie van B-cellen en het aansturen van macrofagen. * **CD8$^+$ T-cellen:** Differentiëren tot cytotoxische T-cellen die geïnfecteerde cellen kunnen doden. * **Geheugenvorming:** Na de primaire immuunrespons ontwikkelen zich geheugen T-cellen die langdurige immuniteit bieden tegen een specifiek pathogeen. * **Vergelijking met B-cellen:** Hoewel zowel B- als T-cellen een repertoire samenstellen en selectieprocessen ondergaan, verschilt hun specifieke ontwikkelingstraject en de plaatsen waar dit plaatsvindt (thymus voor T-cellen, beenmerg voor B-cellen). Ook de interacties met andere celtypen en moleculen verschillen significant. * **Immuundeficiëntie:** Aandoeningen zoals het DiGeorge-syndroom (door een deletie op chromosoom 22, waaronder het Tbx1-gen) of FOXN1-deficiëntie leiden tot ernstige thymusafwijkingen en daardoor een sterk gereduceerd of afwezig T-celcompartiment, resulterend in immunodeficiëntie. > **Analoog:** De pre-TCR bij T-cellen heeft een vergelijkbare functie als de pre-BCR bij B-cellen, namelijk het induceren van een overlevingssignaal en het stoppen van verdere genetische herschikking van de zware/$\beta$-keten. --- # Tolerantie en autoreactiviteit Dit onderwerp verkent de mechanismen die het immuunsysteem gebruikt om tolerantie voor eigen lichaamsstoffen te ontwikkelen en hoe het autoreactiviteit, die tot auto-immuunziekten kan leiden, voorkomt bij zowel B- als T-cellen. ## 3. Tolerantie en autoreactiviteit Het immuunsysteem moet een delicaat evenwicht bewaren tussen het aanvallen van pathogenen en het tolereren van eigen weefsels. Dit proces, tolerantie genoemd, is essentieel om auto-immuunziekten te voorkomen. Dit gebeurt zowel centraal (tijdens de ontwikkeling van lymfocyten) als perifeer. Autoreactiviteit, de respons tegen eigen antigenen, kan echter toch optreden, wat leidt tot auto-immuunziekten. ### 3.1 Ontwikkeling van B cellen en tolerantie De ontwikkeling van B-cellen verloopt in verschillende fasen, beginnend in het beenmerg en eindigend in perifere lymfoïde organen. #### 3.1.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire (beenmerg) 1. **Stamcel/progenitorcellen** in het beenmerg differentiëren tot B-cel precursors. 2. **Pro-B cel:** Herschikking van immunoglobuline (Ig) zware-keten genen begint (eerst D/J, daarna V/DJ). Cellulair wordt dit een "B cel committed" cel. 3. **Pre-B cel:** Succesvolle herschikking van de zware keten leidt tot de productie van een $\mu$-keten in het cytoplasma. Daarna volgt herschikking van de lichte keten. 4. **Immature B cel:** Een productieve herschikking van zowel de zware als de lichte keten leidt tot de expressie van een celmembraan-gebonden IgM (het B-cel receptor of BCR). Gedurende deze genherschikkingen is **RAG1 en RAG2 expressie** essentieel. Transcriptiefactor **Pax-5** is cruciaal voor Ig-herschikkingen en de expressie van B-cel specifieke eiwitten zoals $\text{I}\delta_5$ en VpreB. De **pre-BCR**, bestaande uit de zware keten en een surrogaat lichte keten ($\text{I}\delta_5$/VpreB), speelt een sleutelrol. Binding aan een ligand is niet nodig; het signaal ervan induceert: * **Proliferatie:** Creëert een klone van ongeveer 100 cellen met dezelfde zware keten. * **Allelische exclusie:** Stopt verdere herschikking van de zware keten, zodat elke cel slechts één type zware keten tot expressie brengt. Dit voorkomt antistoffen met twee verschillende zware ketens en lagere aviditeit. * **Overlevingssignaal:** Voorkomt apoptose van de pro-B cel. Een vergelijkbaar mechanisme zorgt ervoor dat elke B-cel slechts één lichte keten tot expressie brengt, waarbij de BCR de rol van de pre-BCR overneemt. #### 3.1.2 Fase 2: Negatieve selectie (centrale tolerantie in beenmerg) Na het samenstellen van het BCR-repertoire, worden immature B-cellen gescreend op autoreactiviteit: * **Herkenning van multivalent zelfantigeen:** Leidt tot **apoptose** (klonale deletie) in het beenmerg. * **Herkenning van solubel zelfantigeen:** Leidt tot **anergie**. Deze cellen sterven snel af in de periferie (levensduur van 1-5 dagen) en krijgen geen toegang tot primaire lymfoïde follikels. * **Geen antigeenherkenning:** Leidt tot normale ontwikkeling tot mature, naïeve B-cellen (expressie van IgM + IgD). B-cellen zijn niet tolerant tegen intracellulaire stoffen zoals DNA of RNA, of stoffen die in zeer lage concentraties voorkomen. Preventie van B-cel auto-immuniteit is daarom niet 100% sluitend. #### 3.1.3 Fase 3/4: Positieve selectie en recirculatie (perifere ontwikkeling) Mature, naïeve B-cellen (met IgM + IgD) circuleren tussen bloed en secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt). * **Migratie naar primaire follikel:** B-cellen die geen toegang krijgen tot primaire follikels sterven na enkele dagen. * **Overleving in primaire follikel:** B-cellen die toegang krijgen, overleven langer (40 dagen) tenzij ze antigeen ontmoeten. * **Rol van FDC's (folliculaire dendritische cellen):** Secreteren chemokines (bv. CXCL13) die B-cellen naar de follikel leiden en BAFF, wat helpt bij de uitrijping tot mature B-cellen. FDC's vangen antigeen/antilichaam/complement-complexen op. #### 3.1.4 Fase 5: Ontmoeten van het antigeen (perifere activatie) B-cellen ontmoeten antigeen in de secundaire lymfoïde organen. * **Activatie door antigeen en T-helpercellen:** Leidt tot differentiatie tot plasmacellen (hoge antistofsecretie) of geheugen B-cellen. * **Kiemcentrumvorming:** Primaire follikels transformeren tot secundaire follikels met kiemcentra. * **Affiniteitsmaturatie:** B-cellen ondergaan isotype switch en hypermutatie, waarbij B-cellen met een hoge affiniteit voor het antigeen worden geselecteerd en verder prolifereren. #### 3.1.5 Fase 6: Immuniteit en geheugen Geactiveerde B-cellen differentiëren tot plasmacellen (die antistoffen produceren) of geheugen B-cellen (die zorgen voor een snellere en sterkere respons bij herinfectie). > **Tip:** Slechts een klein percentage van de mature B-cellen overleeft in de secundaire lymfoïde organen; hun aantal wordt homeostatisch gereguleerd door de beschikbare FDC-niches. ### 3.2 Ontwikkeling van T cellen en tolerantie T-cel ontwikkeling vindt plaats in de thymus en omvat een streng selectieproces. #### 3.2.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire (thymus) 1. **Stamcel/progenitorcellen** migreren vanuit het beenmerg naar de thymus. 2. Interactie met **Notch ligand Delta-ligand 4 (DL4)** op thymusepitheelcellen (TEC) induceert T-cel specifieke differentiatie via **Notch-1 signalering**. Dit voorkomt B-cel differentiatie. 3. **T-cel precursors** worden **TCR $\gamma\delta$** cellen als de $\gamma$ en $\delta$ keten eerst productief herschikken. Deze blijven dubbel-negatief (CD4 en CD8). 4. Voor **TCR $\alpha\beta$** cellen: eerst herschikking van de $\beta$-keten. * **Pre-TCR:** Een succesvolle $\beta$-keten herschikking, in combinatie met de surrogaat $\alpha$-keten (pT$\alpha$), vormt de pre-TCR. * De pre-TCR signaleert: * Stopzetting van $\beta$-keten herschikking (allelische exclusie van de $\beta$-locus). * Activatie van celdeling. * Differentiatie naar dubbel-positieve (DP, CD4+CD8+) thymocyten. 5. Vervolgens vindt herschikking van de **$\alpha$-keten** plaats, wat leidt tot expressie van de TCR $\alpha\beta$ op het celmembraan samen met CD3. #### 3.2.2 Fase 2: Positieve selectie (centrale tolerantie in thymus) * **Doel:** Selecteren van thymocyten die een T-celreceptor (TCR) tot expressie brengen die zelf-MHC moleculen kan herkennen (MHC-restrictie). * **Locatie:** Cortex van de thymus. * **Proces:** Dubbel-positieve (DP, CD4+CD8+) thymocyten die met een **lage affiniteit** interageren met zelf-peptide/MHC-complexen worden geselecteerd. * De specificiteit van de TCR voor MHC klasse I of II bepaalt of de cel een CD8+ (MHC klasse I) of CD4+ (MHC klasse II) enkel-positieve cel wordt. * **Gevolg:** Positieve selectie sluit verdere $\alpha$-keten herschikkingen af. Ongeveer 80% van de DP-cellen ondergaat positieve selectie. Cellen die niet binnen 3-4 dagen een interactie aangaan, sterven af. * Dit proces past het primaire TCR-repertoire aan de genetische achtergrond (HLA-locus) van het individu aan. > **Voorbeeld:** Bij het "Bare lymphocyte syndrome" is er een afwezigheid van MHC klasse I, wat leidt tot een tekort aan CD8+ T-cellen, of afwezigheid van MHC klasse II, wat leidt tot een tekort aan CD4+ T-cellen. #### 3.2.3 Fase 3: Negatieve selectie (centrale tolerantie in thymus) * **Doel:** Elimineren van T-cellen die met een **hoge affiniteit** zelf-peptide/MHC-complexen herkennen (autoreactiviteit). * **Locatie:** Cortex, corticomedullaire junctie en medulla van de thymus. * **Proces:** Thymocyten die te sterk binden aan zelf-peptide/MHC-complexen worden geïnduceerd tot apoptose. * **Rol van AIRE:** Het AIRE-eiwit (Autoimmune Regulator) zorgt ervoor dat medullaire thymusepitheelcellen (mTEC) een breed scala aan lichaamseigen eiwitten, inclusief weefselspecifieke antigenen, tot expressie brengen. Deze peptiden worden gepresenteerd op MHC-moleculen door dendritische cellen (DC's) en mTEC's, waardoor autoreactieve T-cellen kunnen worden geïdentificeerd en geëlimineerd. * **Regulatoire T-cellen (Treg):** Soms kan sterke stimulatie leiden tot de vorming van natuurlijke Treg (nTreg) in de medulla, die immuunsuppressieve functies hebben. Ongeveer 2% van de gevormde T-cellen overleeft dit strenge selectieproces en verlaat de thymus als mature, naïeve T-cellen (CD4+ of CD8+). #### 3.2.4 Fase 4-6: Recirculatie, ontmoeten van het antigeen, immuniteit * **Recirculatie:** Na maturatie verlaten naïeve T-cellen de thymus via het bloed en circuleren tussen bloed en secundaire lymfoïde organen. Ze overleven lang (jaren) zelfs zonder antigeenstimulatie, mits ze IL-7 en autoloog MHC op DC's ontvangen. * **Activatie:** In de T-cel gebieden van secundaire lymfoïde organen kunnen T-cellen geactiveerd worden door antigeen gepresenteerd door DC's. * **Differentiatie:** Geactiveerde T-cellen prolifereren en differentiëren tot effector T-cellen (bv. CD8+ cytotoxisch, CD4+ helper T-cellen zoals Th1, Th2, etc.) en geheugen T-cellen. ### 3.3 Intermezzo: HLA polymorfisme Het humane leukocytenantigeen (HLA) systeem, ook bekend als MHC, vertoont een extreem hoog polymorfisme met duizenden allelen per gen. * **Voordeel van heterozygotie:** Heterozygotie voor MHC-genen vergroot het aantal peptiden dat een individu kan presenteren aan T-cellen, waardoor de weerstand tegen diverse pathogenen toeneemt. Dit vertraagt bijvoorbeeld de progressie van AIDS bij HIV-infectie. * **Ziekteassociaties:** Specifieke HLA-allelen worden geassocieerd met een verhoogd risico op auto-immuunziekten. Dit suggereert dat bepaalde gemodificeerde zelf-peptiden goed kunnen binden aan specifieke HLA-moleculen, wat leidt tot autoreactiviteit. * **Tolerantie en repertoire:** Een te groot aantal MHC-isoformen kan echter leiden tot excessieve negatieve selectie, waardoor het T-cel repertoire te sterk wordt uitgeput. Een evenwicht lijkt te zijn gevonden met ongeveer 6 MHC klasse I en 6 MHC klasse II moleculen. ### 3.4 Autoreactiviteit en auto-immuunziekten Hoewel mechanismen zoals centrale en perifere tolerantie bestaan, kan autoreactiviteit toch ontstaan: * **B-cellen:** Autoreactieve B-cellen kunnen anergisch worden of leiden tot klonale deletie. Echter, sommige kunnen toch autoreactieve antistoffen produceren, vooral tegen intracellulaire componenten of bij ontstekingen. * **T-cellen:** Autoreactiviteit kan ontstaan door een drempelverschuiving in de activatie van T-cellen, waardoor ze overgevoelig worden voor zelf-antigenen. Dit kan bijvoorbeeld worden beïnvloed door medicatie zoals checkpoint inhibitors. De preventie van autoreactiviteit is een complex proces dat gedurende de gehele levensduur van het immuunsysteem plaatsvindt. --- # HLA polymorfisme en zijn implicaties HLA polymorfisme is cruciaal voor de effectiviteit van het immuunsysteem, waarbij heterozygotie voordelen biedt tegen pathogenen en geassocieerd wordt met de vatbaarheid voor auto-immuunziekten en de progressie van virale infecties. ### 4.1 De aard van HLA polymorfisme Het Human Leukocyte Antigen (HLA) systeem, ook wel bekend als Major Histocompatibility Complex (MHC), is extreem polymorf. Dit betekent dat er binnen de menselijke populatie zeer veel verschillende varianten (allelen) van de HLA-genen bestaan. * **Uitzonderlijke diversiteit:** Het aantal allelen voor een enkel HLA-gen kan oplopen tot duizenden, wat ongebruikelijk is vergeleken met de meeste andere genen waar doorgaans één allel optimaal functioneert. * **Evolutionaire druk:** Deze hoge mate van polymorfisme suggereert sterke evolutionaire druk, waarschijnlijk door de noodzaak om een breed scala aan pathogenen te kunnen presenteren aan het immuunsysteem. * **Ouderdom van polymorfisme:** De polymorfismen in het humane HLA-systeem zijn ouder dan de menselijke soort zelf, wat aangeeft dat deze diversiteit al lang geleden is ontstaan en behouden is gebleven. * **Functionele redundantie:** Er bestaan meerdere genen (bv. klasse I en klasse II MHC) met vergelijkbare of overlappende functies. Dit draagt bij aan de robuustheid en de diversiteit van peptidepresentatie. ### 4.2 Voordelen van heterozygotie bij HLA Heterozygotie, waarbij een individu twee verschillende allelen heeft voor een bepaald HLA-gen (één van elke ouder), biedt significante voordelen voor de immuunrespons. * **Breder peptide-bindend spectrum:** Elk MHC-molecuul kan een beperkt aantal peptiden binden (ongeveer 10.000 verschillende peptiden per molecuul). Door heterozygoot te zijn voor meerdere HLA-loci, kan een individu een veel groter totaal aantal peptiden presenteren. Dit vergroot de kans om peptiden van verschillende pathogenen te herkennen en een effectieve immuunrespons te induceren. * Stel dat een bepaald haplotype (een set allelen van de vader of moeder) een bepaalde reeks peptiden kan presenteren. Als het haplotype van de vader en de moeder verschillend zijn, kan het individu een groter aantal unieke peptiden presenteren dan wanneer beide haplotypes identiek zouden zijn. * **Overleving van allelen:** Populaties die zichzelf in stand houden zonder immigratie hebben vaak een beperkt aantal HLA-allelen, maar dit is voldoende om de meerderheid van de individuen heterozygoot te houden. Dit zorgt ervoor dat alle bestaande allelen in de populatie behouden blijven, zelfs als een specifiek allel onder bepaalde omstandigheden nadelig zou zijn. Bij een pandemie die bijvoorbeeld één specifiek allel fataal maakt, zullen de dragers van andere allelen overleven, waardoor de genetische diversiteit behouden blijft. ### 4.3 Implicaties voor ziekteassociaties Het HLA-polymorfisme speelt een cruciale rol in de vatbaarheid en progressie van verschillende ziekten. #### 4.3.1 Auto-immuunziekten Auto-immuunziekten worden gekenmerkt door een immuunrespons gericht tegen lichaamseigen weefsels. HLA-genen zijn sterk geassocieerd met veel van deze ziekten. * **Specificiteit van antigeenpresentatie:** Als een auto-antigeen slechts een beperkt aantal peptiden oplevert na processing, of als een gemodificeerd zelf-peptide efficiënt bindt aan een specifiek HLA-molecuul, kan dit leiden tot een auto-immuunrespons. De genetische achtergrond van het individu (bepaald door zijn/haar HLA-allelen) bepaalt in grote mate of deze specifieke peptiden effectief gepresenteerd kunnen worden aan T-cellen, wat de kans op auto-immuniteit vergroot. * **Beperkte antigeenrespons:** Als het aantal peptiden dat uit een pathogeen of auto-antigeen gevormd kan worden klein is, wordt de immuunrespons sterk bepaald door de HLA-eiwitten van het individu. Een ongunstige combinatie van HLA-allelen kan leiden tot een zwakke of juist een autoreactieve respons. #### 4.3.2 Infectieziekten (bv. HIV) HLA-polymorfisme beïnvloedt ook de manier waarop het lichaam reageert op infectieziekten, zoals de progressie van HIV-1 naar AIDS. * **Vertraagde ziekteprogressie:** Individuen die heterozygoot zijn voor alle HLA-loci (en dus een breed scala aan peptiden kunnen presenteren) vertragen de progressie naar AIDS significant in vergelijking met individuen die homozygoot zijn voor bepaalde of alle HLA-loci. Dit komt doordat een bredere peptidepresentatie een effectievere bestrijding van het virale antigeen door het immuunsysteem mogelijk maakt. > **Voorbeeld:** De rode lijn in een grafiek die de progressie van AIDS toont, vertegenwoordigt individuen die polymorf zijn voor alle HLA-allelen. Deze lijn laat een langzamere toename van de ziekte zien in vergelijking met de gele en blauwe lijnen, die individuen met respectievelijk een beperkte en totale homozygotie voor HLA-allelen voorstellen. #### 4.3.3 Immuniteit en T-celrepertoire Het proces van selectie in de thymus, waarbij T-cellen leren onderscheid te maken tussen 'zelf' en 'vreemd', wordt sterk beïnvloed door HLA-moleculen. * **Negatieve selectie en repertoire depleties:** Elk MHC-molecuul is in staat ongeveer 10.000 verschillende peptiden te binden. Om een breed scala aan pathogenen te kunnen presenteren, is een hoge diversiteit aan MHC-moleculen wenselijk. Echter, elk MHC-molecuul kan leiden tot de negatieve selectie van ongeveer 1% van het T-cel repertoire. Dit is gebaseerd op observaties van gemengde lymfocytenkweken, waar een aanzienlijk percentage T-cellen proliferateert als reactie op 'vreemde' MHC-moleculen. Een individu heeft een natuurlijk evenwicht van ongeveer 6 MHC klasse I en 6 MHC klasse II moleculen (totaal 12). Een te groot aantal MHC-isoformen zou leiden tot excessieve negatieve selectie, waardoor het T-cel repertoire te klein wordt om effectief te reageren op pathogenen. Het complexe samenspel tussen het polymorfisme van HLA-moleculen, de presentatie van peptiden en de selectie van lymfocyten is fundamenteel voor een effectieve en tolerante immuunrespons. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Beenmerg | Het beenmerg is een sponsachtig weefsel dat zich binnenin de botten bevindt en verantwoordelijk is voor de productie van bloedcellen, waaronder B-cellen. | | Thymus | De thymus, gelegen achter het borstbeen, is een primair lymfoïde orgaan waar T-cellen rijpen en waar positieve en negatieve selectie plaatsvindt om de ontwikkeling van functionele en zelf-tolerante T-cellen te waarborgen. | | Autoreactiviteit | Autoreactiviteit is de reactie van het immuunsysteem tegenover eigen lichaamseigen componenten (antigenen), wat kan leiden tot auto-immuunziekten. | | B cellen | B-cellen zijn een type lymfocyt dat deel uitmaakt van het adaptieve immuunsysteem en verantwoordelijk is voor de productie van antistoffen na herkenning van specifieke antigenen. | | T cellen | T-cellen zijn een type lymfocyt dat een cruciale rol speelt in de cel-gemedieerde immuniteit en de regulatie van immuunreacties. Ze ontwikkelen zich in de thymus. | | Immuunrespons | Een immuunrespons is de gecoördineerde reactie van het immuunsysteem op de aanwezigheid van een indringer (zoals bacteriën of virussen) of een abnormale cel, met als doel deze te elimineren. | | Apoptose | Apoptose, ook wel geprogrammeerde celdood genoemd, is een actief proces waarbij een cel zichzelf vernietigt op een gecontroleerde manier, wat essentieel is voor de ontwikkeling en het behoud van weefselhomeostase. | | Negatieve selectie | Negatieve selectie is een proces in de ontwikkeling van lymfocyten (B- en T-cellen) waarbij cellen die zelf-antigenen herkennen worden geëlimineerd om auto-immuniteit te voorkomen. | | Positieve selectie | Positieve selectie is een proces in de ontwikkeling van T-cellen in de thymus, waarbij T-cellen die zelf-MHC-moleculen kunnen herkennen, worden geselecteerd om te overleven en verder te differentiëren. | | Recirculatie | Recirculatie verwijst naar de continue beweging van lymfocyten tussen het bloed, de lymfevaten en de lymfoïde organen, waardoor ze voortdurend het lichaam kunnen screenen op antigenen. | | Antigeen | Een antigeen is een molecuul dat door het immuunsysteem herkend kan worden, wat een immuunrespons kan uitlokken, zoals de productie van antistoffen of de activatie van T-cellen. | | Lymfoïde organen | Lymfoïde organen zijn organen die deel uitmaken van het lymfestelsel en waar lymfocyten worden geproduceerd, gerijpt en geactiveerd. Ze worden onderverdeeld in primaire (beenmerg, thymus) en secundaire (lymfeklieren, milt, MALT) organen. | | Immuniteit | Immuniteit is de staat van bescherming tegen een specifieke ziekteverwekker of antigene substantie, verkregen door natuurlijke blootstelling of door vaccinatie. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | MHC-moleculen, ook wel bekend als het humaan leukocytenantigeen (HLA)-complex bij mensen, spelen een cruciale rol bij het presenteren van peptiden aan T-cellen en zijn essentieel voor de herkenning van zelf versus niet-zelf. | | HLA polymorfisme | HLA polymorfisme verwijst naar de grote variëteit aan allelen (varianten) die binnen een populatie voorkomen voor de genen die coderen voor MHC-moleculen. Dit draagt bij aan de diversiteit van de immuunrespons en beschermt tegen een breed scala aan pathogenen. | | Anergie | Anergie is een staat van immunologische onverschilligheid of niet-reactiviteit van een cel, waarbij deze niet reageert op een antigeen of signaal dat normaal gesproken een respons zou uitlokken. Bij B-cellen kan anergie optreden na interactie met oplosbare zelf-antigenen. | | Clonale deletie | Clonale deletie is het proces waarbij lymfocyten die specifiek reageren op zelf-antigenen worden geëlimineerd door apoptose, wat een belangrijk mechanisme is voor het handhaven van immunologische tolerantie. | | Cytokines | Cytokines zijn kleine eiwitten die door immuuncellen worden uitgescheiden en fungeren als signaalmoleculen om de interactie tussen cellen te reguleren, met name tijdens immuunreacties. | | Hematopoëtische stamcellen | Hematopoëtische stamcellen zijn multipotente cellen die zich in het beenmerg bevinden en verantwoordelijk zijn voor de productie van alle typen bloedcellen, waaronder lymfocyten, erytrocyten en trombocyten. | | TCR (T-celreceptor) | De T-celreceptor is een membraanreceptor op T-cellen die essentieel is voor de herkenning van specifieke antigenen die door MHC-moleculen worden gepresenteerd. | | Proliferatie | Proliferatie is het proces van snelle celdeling, waarbij cellen zich vermenigvuldigen. Dit is een cruciaal onderdeel van de immuunrespons, bijvoorbeeld bij de expansie van antigeenspecifieke lymfocyten. | | Lymfatische leukemie | Lymfatische leukemie is een vorm van kanker van het bloed en beenmerg, gekenmerkt door de ongecontroleerde productie van abnormale lymfocyten. | | Myeloom | Een myeloom is een kanker die ontstaat uit plasmacellen, een type B-cel dat antistoffen produceert. Dit leidt tot de ophoping van abnormale plasmacellen in het beenmerg. | | Lymphoma | Een lymfoom is een type kanker dat ontstaat in de lymfocyten, de cellen van het immuunsysteem. Het ontwikkelt zich meestal in de lymfeklieren, milt of ander lymfoïde weefsel. | | Epitheelcellen | Epitheelcellen vormen de bekleding van lichaamsoppervlakken en holtes, en spelen diverse rollen, waaronder bescherming, secretie en absorptie. In de thymus dragen epitheelcellen bij aan de micro-omgeving voor T-celontwikkeling. |