Cell Biology

# Antigeenherkenning en het MHC-systeem Dit document beschrijft de mechanismen achter antigeenherkenning door het immuunsysteem, met specifieke aandacht voor patroonherkenningsreceptoren en het Major Histocompatibility Complex (MHC) systeem. ## 1. Antigeenherkenning door het immuunsysteem Het immuunsysteem herkent antigenen (epitopen) via specifieke receptoren op immuuncompetente cellen. Deze herkenning kan niet-specifiek verlopen via patroonherkenningsreceptoren (PRR) die pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) of damage-associated molecular patterns (DAMPs) herkennen, of specifiek via T-celreceptoren (TCR) en B-celreceptoren (BCR) die specifieke antigenen binden [1](#page=1). ### 1.1 Patroonherkenning (niet-specifieke herkenning) Patroonherkenningsreceptoren (PRR) zijn niet-antigeenspecifiek en spelen een cruciale rol in de aangeboren immuniteit. Er zijn verschillende typen PRR [1](#page=1): * **Endocytose receptoren (bv. C-lectines, scavenger receptoren):** Deze receptoren faciliteren fagocytose en activatie van cellen zoals monocyten, macrofagen en neutrofielen. Dendritische cellen (DC) gebruiken ze ook om antigenen te presenteren in de eerste synaps met T-cellen [1](#page=1). * **Gevaar receptoren (bv. TLR, Nod):** Deze receptoren signaleren de aanwezigheid van pathogenen (PAMPs) en geven informatie door over het type, de getalssterkte en de effectiviteit van de infectie. Dit leidt tot [1](#page=1): * Verhoogde expressie van MHC klasse II moleculen [1](#page=1). * Verhoogde expressie van co-stimulatoire moleculen zoals CD80/CD86 [1](#page=1). * Productie van cytokines die polarisatie van naïeve T-cellen bevorderen [1](#page=1). * Activatie van mestcellen, basofielen en eosinofielen [1](#page=1). ### 1.2 Specifieke antigeenherkenning door T-cellen T-cellen herkennen antigenen indirect, aangeboden via MHC klasse I of II moleculen, door middel van hun αβ-T-celreceptor. Een klein deel van de T-cellen heeft een γδ-T-celreceptor die ook lipiden kan herkennen, aangeboden via CD1 moleculen [1](#page=1). * **T-celreceptor (TCR) / CD3 complex:** De TCR is verantwoordelijk voor de specificiteit van de herkenning, terwijl het CD3 complex fungeert als signaaltransducer voor signaaloverdracht. Dit complex primt en activeert naïeve T-helpercellen, perifere T-regulerende cellen en cytotoxische T-cellen, wat leidt tot de vorming van effector- en geheugencellen [2](#page=2). * **Polyklonale activatie:** Eén antigeenpresenterende cel (APC) kan verschillende T-cellen activeren, wat leidt tot een polyklonale respons [2](#page=2). * **Individualiteit van immuunrespons:** De diversiteit van de immuunrespons wordt mede bepaald door MHC polygenie en polymorfisme. MHC polymorfisme zorgt ervoor dat verschillende peptidefragmenten van hetzelfde vreemde eiwit kunnen worden aangeboden [2](#page=2). * **Algemene principes van presentatie:** * APC's presenteren antigenen via MHC klasse II aan CD4+ T-helpercellen [2](#page=2). * Doelwitcellen presenteren antigenen via MHC klasse I aan CD8+ cytotoxische T-cellen (CTL) [2](#page=2). * Een APC kan meerdere peptiden van één antigeen presenteren, wat leidt tot polyklonale activatie van CD4+ en CD8+ T-cellen [2](#page=2). ## 2. Het Major Histocompatibility Complex (MHC) systeem Het Major Histocompatibility Complex (MHC) is een groep genen die coderen voor membraaneiwitten die cruciaal zijn voor antigeenpresentatie aan T-cellen [2](#page=2). ### 2.1 Definitie en voorkomen van MHC * **MHC klasse I:** Deze moleculen zijn aanwezig op vrijwel alle gekernde cellen, met uitzondering van rode bloedcellen (RBC) en geslachtscellen (zaad- en eicellen). MHC klasse I moleculen zijn constitutioneel aanwezig, maar hun expressie kan afnemen bij tumorale of virale infecties. Hun primaire functie is antigeenpresentatie in de groef, wat leidt tot de opleiding en initiatie van het T-cel immuunantwoord [2](#page=2) [3](#page=3). * **MHC klasse II:** Deze moleculen worden voornamelijk uitgedrukt op professionele antigeenpresenterende cellen (APC's), zoals dendritische cellen (DC), monocyten en geactiveerde B-lymfocyten. Ze presenteren antigenen die extern zijn opgenomen [3](#page=3). ### 2.2 Ontdekking en nomenclatuur van MHC MHC werd ontdekt door de studie van leukocyten agglutinerende antilichamen en er werd een verband gelegd tussen HLA (Human Leukocyte Antigen) en ziekten zoals Bechterew [2](#page=2). * **Nomenclatuur:** Er zijn drie klassen MHC moleculen: * **MHC klasse I:** Coderen voor HLA A, B, en C loci (isotypen), wat polygenie inhoudt [3](#page=3). * **MHC klasse II:** Bevinden zich in de D regio en coderen voor HLA DP, DQ, en DR isotypen [3](#page=3). * **MHC klasse III:** Bevat genen voor componenten van het complementsysteem (C2, C4, factor B) en TNF [3](#page=3). * Er zijn ook andere genen gerelateerd aan MHC, zoals LMP (proteasoomcomplex) en TAP (proteïnentransport naar ER), die essentieel zijn voor het laden van peptiden op MHC klasse I [3](#page=3). ### 2.3 Genetica en diversiteit van MHC * **Co-dominantie:** MHC genen zijn co-dominant, wat betekent dat zowel de maternale als de paternale allelensets tot expressie komen. De MHC genen bevinden zich op de korte arm van chromosoom 6, terwijl β2-microglobuline op chromosoom 15 wordt gecodeerd [3](#page=3). * **Diversiteit:** De diversiteit van het MHC systeem is cruciaal voor de individualiteit van de immuunrespons en de overleving van de soort. Deze diversiteit wordt bereikt door [3](#page=3): * **Polygenie:** De aanwezigheid van meerdere verschillende genen voor MHC klasse I (HLA A, B, C) en klasse II (HLA DP, DQ, DR) [3](#page=3). * **Polymorfisme:** Het bestaan van vele allelische varianten binnen deze genen [3](#page=3). * De variatie is geconcentreerd in de peptide-bindende groef van de MHC moleculen. Voor MHC klasse I betreft dit de α1- en α2-domeinen, en voor MHC klasse II de α1- en β1-domeinen [3](#page=3). * **Transplantatie:** De hoge diversiteit van MHC moleculen maakt transplantaties complex, aangezien een mismatch kan leiden tot afstoting [3](#page=3). ### 2.4 Antigeenpresentatie via MHC Antigeenpresentatie is essentieel voor het initiëren van T-cel immuunresponsen en het induceren van T-cel tolerantie. Er zijn drie hoofdmechanismen [4](#page=4): 1. **Exogeen antigeen via MHC klasse II:** Professionele APC's presenteren exogene antigenen (bv. bacteriën) via MHC klasse II aan CD4+ T-helpercellen of T-regulerende cellen [4](#page=4). 2. **Exogeen antigeen via MHC klasse I (kruispresentatie):** APC's kunnen exogene antigenen ook via MHC klasse I aan CD8+ CTL presenteren. Dit is belangrijk voor het activeren van een cytotoxische T-cel respons tegen vreemde antigenen [4](#page=4). 3. **Endogeen antigeen via MHC klasse I:** Gekernde cellen presenteren endogene antigenen (bv. tumor- of virale antigenen) via MHC klasse I aan CD8+ CTL [4](#page=4). #### 2.4.1 Opladen van MHC klasse II Na het samensmelten van fagosoomen met lysosomen worden eiwitten afgebroken tot peptiden. De invariantie keten (Ii) wordt gehydrolyseerd door enzymen zoals cathepsine S, en de CLIP (Class II invariant chain peptide) wordt verdrongen door het HLA DM complex, waardoor de groef vrijkomt voor peptidebinding [4](#page=4). #### 2.4.2 Presentatie via MHC klasse I Endogene antigenen, zoals die van tumoren of virussen (die endogeen worden na opname), worden verwerkt via het ubiquitine-proteasoom systeem. Getransporteerde peptiden via TAP worden vervolgens gebonden aan MHC klasse I moleculen, geholpen door chaperones zoals calnexine, calreticuline en tapassine. Dit leidt tot presentatie aan CD8+ CTL [4](#page=4). #### 2.4.3 Kruispresentatie Dendritische cellen kunnen exogene antigenen via MHC klasse I presenteren aan CD8+ CTL cellen. Dit mechanisme is cruciaal voor zowel het induceren van cytotoxische T-cel tolerantie tegen auto-antigenen in de thymus als voor het initiëren van een cytotoxische T-cel respons tegen vreemde antigenen in perifere lymfoïde organen [4](#page=4). ### 2.5 MHC Functie * **Selectie van T-cellen:** In de primaire lymfoïde organen selecteren MHC moleculen immuuncompetente T-cellen. T-cellen met een TCR die sterk bindt aan eigen MHC moleculen worden verwijderd (klonale deletie) of worden gereguleerd (klonale selectie), terwijl T-cellen met intermediaire affiniteit worden behouden [5](#page=5). * **Antigeenpresentatie:** * **Tolerantie:** Autoantigenen worden via MHC klasse I en II in de primaire lymfoïde organen aangeboden om tolerantie te induceren [5](#page=5). * **Immuunrespons:** In secundaire lymfoïde organen leiden professionele APC's (via MHC II en kruispresentatie via MHC I) en somatische cellen (via MHC I) tot een immuunrespons [5](#page=5). ### 2.6 Overzicht MHC klasse I en II | Kenmerk | MHC klasse I | MHC klasse II | | :------------------ | :---------------------------------------------------------- | :------------------------------------------------------------ | | Genen (allelen) | HLA A, B, C | HLA DP, DQ, DR | | Samenstelling | α-keten, β2-microglobuline | α en β keten | | Cellulaire expressie | Gekernde cellen (niet RBC, geslachtscellen) | Immuuncompetente cellen | | Oorsprong antigeen | Endogeen/exogeen (kruispresentatie) | Exogeen | | Verwerking | Via proteasomen | Via endolysosomen | | Chaperones | Calnexine, calreticuline, tapassine, TAP | Invariantie keten, HLA DM | | Groef | α1-α2, gesloten (7-9 aminozuren) | α1-α2, open (tot 15 aminozuren) | | Presentatie aan | CD8+CTL (kruispresentatie) | CD4+Th met αβ-T celreceptor | | Belang | Virale infecties, tumoren | Hulp bij immuunrespons | ## 3. T-celreceptoren (TCR) De T-celreceptor is een membraaneiwit op T-lymfocyten en is lid van de immunoglobuline superfamilie [5](#page=5). * **Structuur en functie:** De TCR herkent specifieke T-celepitopen via zijn variabele delen (VαVβ of VγVδ). Voor αβ-TCR worden antigenen gepresenteerd in de groef van MHC I of II, en voor γδ-TCR via CD1. De binding tussen epitoop en paratoop is essentieel. De TCR werkt samen met het CD3 complex voor signaaloverdracht [6](#page=6). * **Variabiliteit:** De diversiteit van TCR's wordt gegenereerd door genherschikking [6](#page=6). * **CD4/CD8:** αβ-T-cellen hebben CD4 of CD8 co-receptoren, terwijl γδ-T-cellen deze niet hebben [6](#page=6). ### 3.1 Verschil αβ en γδ T-cellen | Kenmerk | αβ-T cel | γδ-T cel | | :------------------ | :------------------------------------------ | :---------------------------------------------- | | Aantal | >85% | <15% | | Antigeenherkenning | Via TCR (via MHC I/II) | Via TCR (via CD1) | | Lokalisatie | Secundaire lymfoïde organen | Mucosale secundaire lymfoïde organen (darm) | | TCR repertoire | >10^10 | >10^11 | | CD4 of CD8 | Aanwezig | Afwezig | | MHC I/II herkenning | Ja (peptiden) | Nee | | Gevolg | Afhankelijk van CD4/CD8 | Productie IFNγ, TNFα, IL17 → antiviraal, antitumoraal | ## 4. T-celstimulatie T-celstimulatie vereist meer dan alleen antigeenpresentatie en vindt plaats in secundaire lymfoïde organen, voornamelijk via dendritische cellen (DC) voor naïeve T-cellen, en via DC en macrofagen (MF) voor geheugen T-cellen [6](#page=6). ### 4.1 Factoren voor T-celstimulatie * **MHC-TCR interactie:** Dit is de eerste synaps, waarbij MHC klasse II met de TCR op CD4+ T-helpercellen en iTreg interageert, of kruispresentatie via MHC klasse I met CD8+ CTL [6](#page=6). * **Intensivering celcontact (SMAC):** Een supramoleculair adhesie complex versterkt de cel-cel interactie [6](#page=6). * **Co-stimulatie:** Dit omvat: * Membraancomponenten zoals CD80/CD86 [6](#page=6). * Cytokines, die de polarisatie van de T-cel beïnvloeden [6](#page=6). ## 5. Activatie van B-lymfocyten Activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten vereist twee signalen [7](#page=7): * **Signaal 1:** Interactie van het antigeen met de B-celreceptor (BCR), die bestaat uit membraan-IgM (mIgM) en CD79a/b. Deze interactie kan worden versterkt door C3d en CD21 [7](#page=7). * **Signaal 2 (tweede synaps):** Co-stimulatie via CD40 op de B-cel en CD40L op de T-helpercel, aangevuld met cytokines die de isotypen-switch reguleren. Dit leidt tot de vorming van plasma- of geheugencellen [7](#page=7). > **Tip:** B-cellen en macrofagen kunnen geen kruispresentatie uitvoeren, in tegenstelling tot dendritische cellen [7](#page=7). ## 6. Marginale zone B-lymfocyten Marginale zone B-lymfocyten bevinden zich in de milt, zijn resident (niet-recirculerend) en onafhankelijk van T-helpercellen. Ze herkennen koolhydraatantigenen, bieden snelle bescherming tegen bacteriëmie en produceren altijd IgM [7](#page=7). ## 7. Voorbeeld examenvragen * **Vraag 1:** Wat is fout betreffende MHC klasse I? * Opgebouwd uit alpha keten en beta-2-microglobuline met open groef. (Fout: groef is gesloten) [5](#page=5) [8](#page=8). * Betrokken in presentatie van endogene eiwitten aan CD8+ CTL. (Correct) [4](#page=4). * Alfa keten wordt gecodeerd door gen op chromosoom 6. (Correct) [3](#page=3). * Belangrijk transplantatie-antigeen. (Correct) [3](#page=3). * **Vraag 2:** Kruispresentatie door de APC is: * Presentatie van exogeen Ag via MHC I aan CD8+ T cel. (Correct) [4](#page=4). * **Vraag 3:** Welke uitspraak is fout? * Bij het genereren van MHC diversiteit wordt DNA herschikt. (Fout: MHC diversiteit ontstaat door polygenie en polymorfisme, niet door DNA herschikking zoals bij Ig en TCR) [3](#page=3) [8](#page=8). --- # De T-celreceptor en activatie Dit onderwerp behandelt de structuur en functie van de T-celreceptor (TCR) en de mechanismen die leiden tot T-celactivatie, inclusief de rol van co-stimulatie. ### 2.1 De T-celreceptor (TCR) De T-celreceptor (TCR) is een complex dat zich op het membraan van T-lymfocyten bevindt en essentieel is voor het herkennen van specifieke antigenen. Het is lid van de immunoglobuline (Ig) superfamilie. De TCR is verantwoordelijk voor de specificiteit van de T-celrespons, in tegenstelling tot de CD3-moleculen die betrokken zijn bij signaaloverdracht. Het primaire doel van TCR-gemedieerde herkenning is het primen en activeren van naïeve T-helpercellen, perifere T-regulerende cellen en cytotoxische T-cellen, wat leidt tot de vorming van effector- en geheugencellen [2](#page=2) [5](#page=5). #### 2.1.1 Typen T-celreceptoren Er bestaan twee functioneel verschillende vormen van de TCR: de $\alpha\beta$-TCR en de $\gamma\delta$-TCR. De $\alpha\beta$-TCR is de meest voorkomende vorm en vertegenwoordigt meer dan 85% van alle T-celreceptoren, terwijl de $\gamma\delta$-TCR minder dan 15% uitmaakt. Een individuele T-cel draagt óf $\alpha\beta$-TCRs óf $\gamma\delta$-TCRs, maar nooit beide [6](#page=6). | Kenmerk | $\alpha\beta$-T cel | $\gamma\delta$-T cel | | ---------------------- | -------------------- | --------------------- | | Aantal | >85% | <15% | | Antigeenherkenning | Via T celreceptor | Via T celreceptor | | Lokalisatie | Secundaire lymfoïde organen | Mucosale secundaire lymfoïde organen (bv. darm) | | T celreceptor repertoire | >$10^{10}$ | >$10^{11}$ | | CD4 of CD8 | Aanwezig | Afwezig | | MHC I/II herkenning | Ja (peptiden) | Nee | | Gevolg | Afhankelijk van CD4/CD8 | Productie van IFN$\gamma$, TNF$\alpha$, IL17 (antiviraal en antitumoraal) | De $\gamma\delta$-TCR kan ook via receptoren van het NK-celtype, zoals CD16, aan antigenen binden [6](#page=6). #### 2.1.2 Herkenning van antigenen door de TCR De TCR herkent specifieke epitopen (het deel van een antigeen dat wordt herkend) via zijn variabele delen (V$\alpha$V$\beta$ of V$\gamma$V$\delta$). Voor $\alpha\beta$-TCRs worden antigenen aangeboden in de groeven van MHC klasse I of II moleculen, of via CD1 (een MHC klasse I-achtige molecuul). $\gamma\delta$-TCRs herkennen antigenen voornamelijk via CD1. De binding tussen het epitoop en het paratoop van de TCR verzekert de stabiliteit van de interactie [6](#page=6). De TCR functioneert in een complex met CD3-moleculen, wat gezamenlijk het T-celreceptorcomplex vormt. De variabiliteit in de TCR wordt bereikt door genherschikking. Belangrijk is dat CD4 en CD8 cofactoren specifiek zijn voor $\alpha\beta$-T-cellen, terwijl $\gamma\delta$-T-cellen deze cofactoren niet bezitten [6](#page=6). ### 2.2 T-celactivatie De activatie van T-cellen is een complex proces dat meer vereist dan alleen antigeenpresentatie [6](#page=6). #### 2.2.1 Vereisten voor T-celactivatie * **Antigeenpresenterende cel (APC):** De activatie vindt plaats door geactiveerde (rijpe) APC's, zoals dendritische cellen (cDC) of macrofagen (MF) [6](#page=6). * **Locatie:** * Naïeve T-cellen worden voornamelijk geactiveerd door cDC's in de secundaire lymfoïde organen, zoals lymfeklieren, milt en MALT (via de eerste synaps) [6](#page=6). * Geheugen T-cellen kunnen worden geactiveerd door zowel cDC's als MF's in perifere weefsels [6](#page=6). * **Mechanisme:** * **Signaal 1 (TCR-signalering):** Dit omvat de interactie tussen de MHC-molecuul op de APC (MHC II voor CD4+ T-helpercellen en iTregs, of MHC I via kruispresentatie voor CD8+ CTLs) en de T-celreceptor/CD3-complex op de T-cel [6](#page=6). * **Intensificatie van celcontact:** Dit wordt bereikt via het Supramoleculair Adhesie Complex (SMAC), wat de stabiliteit van de interactie verhoogt [6](#page=6). * **Co-stimulatie:** Dit is een cruciaal tweede signaal dat de activatie van T-cellen versterkt. Het omvat de interactie tussen membraancomponenten zoals CD80/CD86 op de APC en hun respectievelijke receptoren op de T-cel [7](#page=7). * **Cytokines:** Deze spelen een rol bij de polarisatie van T-cellen, wat hun verdere differentiatie en functie bepaalt [7](#page=7). #### 2.2.2 Polyklonale activatie Eén antigeenpresenterende cel kan, door het aanbieden van meerdere peptiden via zijn MHC-moleculen, verschillende T-cellen tegelijkertijd activeren. Dit fenomeen wordt polyklonale activatie genoemd en draagt bij aan de individualiteit van de immuunrespons, mede door de polygenie en het polymorfisme van de MHC-moleculen [2](#page=2). > **Tip:** De plasticiteit van de MHC-expressie (bv. afname bij tumor/virale infectie) is belangrijk voor de interactie met NK-cellen [2](#page=2). #### 2.2.3 Activatie van B-cellen (vergelijking) Hoewel dit onderwerp primair over T-cellen gaat, is het nuttig de activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten te vergelijken: deze vereist ook twee signalen [7](#page=7). * **Signaal 1:** Interactie tussen het antigeen en de B-celreceptor (BCR), eventueel versterkt door C3d/CD21 [7](#page=7). * **Signaal 2:** Co-stimulatie via CD40 op de B-cel en CD40L op de T-helpercel, gevolgd door cytokines die isotypische switch induceren. Dit leidt tot differentiatie tot plasma- of geheugencellen [7](#page=7). > **Belangrijk:** B-cellen en macrofagen kunnen geen kruispresentatie doen, in tegenstelling tot dendritische cellen [7](#page=7). ### 2.3 MHC moleculen in T-celactivatie MHC-moleculen spelen een centrale rol in zowel de opleiding als de activering van T-cellen [5](#page=5). #### 2.3.1 MHC klasse I en MHC klasse II * **MHC klasse I:** Deze moleculen zijn aanwezig op de meeste gekernde cellen, behalve op rode bloedcellen en geslachtscellen. Ze presenteren antigenen die endogeen worden geproduceerd (bv. virale of tumorale eiwitten). De verwerking van deze antigenen gebeurt via de proteasomen. MHC klasse I wordt herkend door CD8+ cytotoxische T-lymfocyten (CTLs) [2](#page=2) [5](#page=5). * **MHC klasse II:** Deze moleculen worden voornamelijk tot expressie gebracht op immuuncompetente cellen, met name op professionele antigeenpresenterende cellen zoals dendritische cellen en macrofagen. Ze presenteren antigenen die exogeen worden opgenomen en verwerkt via het endolysosomale systeem. MHC klasse II wordt herkend door CD4+ T-helpercellen [5](#page=5). > **Kruispresentatie:** Dendritische cellen kunnen, naast MHC klasse II, ook via kruispresentatie antigenen presenteren via MHC klasse I. Dit is cruciaal voor de activatie van CD8+ T-cellen door pathogenen die normaal gesproken via MHC klasse II zouden worden aangeboden [2](#page=2) [5](#page=5). #### 2.3.2 MHC en selectie van T-cellen MHC-moleculen zijn essentieel voor de selectie van immuuncompetente T-cellen in de primaire lymfoïde organen (thymus) [5](#page=5). * **Positieve selectie:** T-cellen met een TCR die zwakke affiniteit heeft voor eigen MHC-moleculen worden geselecteerd om te overleven. Dit zorgt ervoor dat de T-cel in staat is om MHC te herkennen [2](#page=2) [5](#page=5). * **Negatieve selectie:** T-cellen met een TCR die een te sterke affiniteit heeft voor eigen MHC-moleculen, wat kan leiden tot auto-immuniteit, worden geïnduceerd tot apoptose (klonale deletie). Dit proces bevordert tolerantie voor auto-antigenen [2](#page=2) [5](#page=5). MHC-polymorfisme, de variatie in MHC-genen tussen individuen, resulteert in de presentatie van diverse peptidefragmenten van zelfs hetzelfde vreemde eiwit, wat bijdraagt aan de robuustheid van de immuunrespons. Er worden meer dan één peptide per APC aangeboden, wat kan leiden tot polyklonale activatie van zowel CD4+ als CD8+ T-cellen [2](#page=2) [5](#page=5). --- # B-celactivatie en -functies Dit onderwerp behandelt de signalen die nodig zijn voor de activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten, de gevolgen hiervan, en de specifieke kenmerken van marginale zone B-lymfocyten. ### 3.1 Activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten De activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten vereist minimaal twee signalen [7](#page=7). #### 3.1.1 Signaal 1: Antigeenbinding Het eerste signaal wordt geïnitieerd door de binding van een antigeen aan de B-celreceptor (BCR), die bestaat uit membraanimmunoglobuline M (mIgM) geassocieerd met CD79a en CD79b. Deze interactie leidt tot een overbrugging van de BCR, wat een intracellulaire signaalcascade activeert. De signaaltransductie kan versterkt worden door de interactie met C3d, een complementcomponent, via de CD21 receptor op de B-cel [7](#page=7). #### 3.1.2 Signaal 2: Co-stimulatie en Cytokines Het tweede signaal voor B-celactivatie wordt geleverd door interactie met T-helpercellen, wat resulteert in de vorming van een 'tweede synaps' [7](#page=7). * **Co-stimulatoire moleculen:** Essentieel is de interactie tussen CD40 op de B-cel en CD40 ligand (CD40L) op de T-helpercel. Andere co-stimulatoire moleculen omvatten CD80/86 op de B-cel [7](#page=7). * **Cytokines:** T-helpercellen produceren ook cytokines die cruciaal zijn voor de verdere differentiatie van de B-cel, inclusief de isotype switch [7](#page=7). > **Tip:** B-cellen (en macrofagen) zijn niet in staat tot kruispresentatie, in tegenstelling tot dendritische cellen. Dit betekent dat zij zelf geen antigenen presenteren aan T-cellen op de manier waarop dendritische cellen dat wel kunnen [7](#page=7). ### 3.2 Gevolgen van B-celactivatie Na activatie ondergaan B-cellen verschillende veranderingen die leiden tot de productie van antilichamen en het vormen van geheugencellen. De twee mogelijke uitkomsten van B-celactivatie zijn differentiatie tot plasma cellen (voor antilichaamproductie) of geheugencellen (voor langdurige immuniteit) [7](#page=7). > **Voorbeeld:** Een belangrijke vraag betreft de functie van interleukine 6 (IL6) binnen het verworven immuunsysteem. Het is cruciaal om te weten dat IL6 **niet** gerelateerd is aan endotheelactivatie (wat behoort tot het aangeboren immuunsysteem) of het activeren van beenmerg tot het produceren van neutrofielen (eveneens onderdeel van het aangeboren immuunsysteem) [7](#page=7). ### 3.3 Marginale zone B-lymfocyt Marginale zone B-lymfocyten zijn een specifieke subpopulatie met unieke kenmerken en functies. * **Locatie:** Ze bevinden zich in de milt [7](#page=7). * **Mobiliteit:** In tegenstelling tot veel andere lymfocyten, zijn marginale zone B-lymfocyten resident (sedentair) en recirculeren ze niet actief [7](#page=7). * **Activatie:** Ze kunnen onafhankelijk van T-helpercellen worden geactiveerd [7](#page=7). * **Antigeenherkenning:** Ze zijn gespecialiseerd in het herkennen van koolhydraatantigenen [7](#page=7). * **Functie:** Hun primaire rol is het bieden van snelle bescherming tegen bacteriëmie [7](#page=7). * **Antilichaamproductie:** Marginale zone B-lymfocyten produceren altijd IgM [7](#page=7). --- ## 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 | |------|------------| | Antigeen | Een stof die door het immuunsysteem als vreemd wordt herkend en die een immuunrespons kan opwekken. | | Patroonherkenningsreceptoren (PRR) | Receptoren op immuuncellen die moleculaire patronen herkennen die geassocieerd zijn met pathogenen (PAMPs) of cellulaire schade (DAMPs). | | PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Patterns) | Moleculaire structuren die wijdverspreid zijn op micro-organismen maar niet op gastheercellen, en die door PRRs worden herkend. | | DAMPs (Damage-Associated Molecular Patterns) | Moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende lichaamseigen cellen en die een ontstekingsreactie kunnen veroorzaken. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | Een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak die betrokken zijn bij de immuunrespons door het presenteren van peptiden aan T-cellen. | | MHC Klasse I | Moleculen die op de meeste gekernde cellen voorkomen en endogene peptiden presenteren aan CD8+ cytotoxische T-cellen. | | MHC Klasse II | Moleculen die voornamelijk op professionele antigeenpresenterende cellen voorkomen en exogene peptiden presenteren aan CD4+ T-helpercellen. | | T-celreceptor (TCR) | Een receptor op het oppervlak van T-cellen die specifieke antigenen herkent wanneer deze worden gepresenteerd door MHC-moleculen. | | CD3 | Een signaaltransducercomplex dat geassocieerd is met de T-celreceptor en cruciaal is voor de signaaloverdracht na antigeenbinding. | | CD4 | Een co-receptor op T-helpercellen die bindt aan MHC klasse II-moleculen en helpt bij de activatie van deze cellen. | | CD8 | Een co-receptor op cytotoxische T-cellen die bindt aan MHC klasse I-moleculen en helpt bij de activatie van deze cellen. | | Antigeenpresenterende cel (APC) | Cellen, zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen, die antigenen verwerken en presenteren aan T-cellen. | | Kruispresentatie | Het proces waarbij een antigeenpresenterende cel exogene antigenen verwerkt en presenteert via MHC klasse I-moleculen aan CD8+ T-cellen. | | Cytokine | Eiwitten die een cruciale rol spelen in de communicatie tussen immuuncellen en het reguleren van de immuunrespons. | | Polarisatie van T-cellen | Het proces waarbij naïeve T-cellen zich ontwikkelen tot specifieke subtypen met verschillende functies, gestuurd door cytokines. | | Klonale deletie | Een proces waarbij T-cellen die sterk reageren op lichaamseigen antigenen worden geëlimineerd tijdens hun ontwikkeling in de thymus om auto-immuniteit te voorkomen. | | Klonale selectie | Het proces waarbij T-cellen die specifiek zijn voor een bepaald antigeen worden geactiveerd en vermenigvuldigen na blootstelling aan dat antigeen. | | Endogeen antigeen | Antigenen die afkomstig zijn van eiwitten die binnen de cel zelf worden geproduceerd, zoals virale eiwitten of tumor-specifieke eiwitten. | | Exogeen antigeen | Antigenen die afkomstig zijn van buiten de cel, zoals bacteriële componenten, die worden opgenomen door endocytose of fagocytose. | | CLIP (Class II Invariant Chain Peptide) | Een peptide dat een deel is van de invariante keten en dat de antigeenbindende groef van MHC klasse II-moleculen bezet totdat het wordt vervangen door een antigeenpeptide. | | HLA (Human Leukocyte Antigen) | De menselijke naam voor de MHC-genen en de bijbehorende eiwitten die betrokken zijn bij de immuunrespons en weefselcompatibiliteit. | | Polygenie | Het bezitten van meerdere genen die vergelijkbare functies hebben, zoals de verschillende loci voor MHC klasse I en II, wat leidt tot diversiteit in de gepresenteerde peptiden. | | Polymorfisme | Het voorkomen van meerdere allelen voor een bepaald gen binnen een populatie, wat resulteert in variatie in de eiwitstructuur en peptidebindingseigenschappen van MHC-moleculen. | | B-celreceptor (BCR) | De receptor op het oppervlak van B-cellen die specifieke antigenen herkent, bestaande uit membraangebonden immunoglobulinen. | | Milt | Een secundair lymfoïde orgaan dat belangrijk is voor de filtratie van bloed, de opslag van bloedcellen en de immuunrespons, inclusief de functie van marginale zone B-lymfocyten. | | Marginal zone B-lymfocyt | Een subpopulatie van B-cellen die zich in de marginale zone van de milt bevindt en een snelle respons genereert tegen bacteriële antigenen, vaak onafhankelijk van T-helpercellen. |

# Antigeenherkenning en presentatie Dit topic beschrijft hoe het immuunsysteem antigenen detecteert en presenteert aan gespecialiseerde immuuncellen via verschillende mechanismen en moleculen, met een centrale rol voor MHC-moleculen. ### 1.1 Algemene principes van antigeenherkenning Antigeenherkenning vindt plaats binnen zowel het aangeboren als het verworven immuunsysteem, waarbij verschillende moleculen en celtypen betrokken zijn [1](#page=1). #### 1.1.1 Aangeboren immuunsysteem Het aangeboren immuunsysteem herkent patronen op pathogenen via Patroonherkenningsreceptoren (PRRs) die binden aan Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs) en Damage-Associated Molecular Patterns (DAMPs) [1](#page=1). * **Endocytose receptoren**: Zoals C-lectines en scavenger receptoren, faciliteren fagocytose en activatie van immuuncellen zoals monocyten, macrofagen en neutrofielen. Ze spelen ook een rol bij de presentatie van antigeenpeptiden op dendritische cellen (DC) [1](#page=1). * **Gevaar receptoren**: Zoals Toll-like Receptors (TLRs) en NOD-receptoren, geven informatie door over de aard, omvang en intensiteit van een pathogeen. Dit leidt tot verhoogde expressie van MHC-klasse II, co-stimulatoire moleculen (zoals CD80/CD86), productie van cytokines voor T-celpolarisatie, en activatie van mestcellen, basofielen en eosinofielen [1](#page=1). #### 1.1.2 Verworven immuunsysteem Het verworven immuunsysteem herkent specifieke antigenen (epitopen) via T-celreceptoren (TCR) en B-celreceptoren (BCR). Deze herkenning is antigeenspecifiek [1](#page=1). * **T-celherkenning**: T-cellen herkennen antigenen indirect, aangeboden via MHC-moleculen, met een αβ-T-celreceptor. Een klein deel van de T-cellen heeft een γδ-T-celreceptor die lipiden kan herkennen die via CD1-moleculen worden aangeboden. De αβ-T-celreceptor is verantwoordelijk voor de specificiteit van de herkenning, terwijl de CD3-complexmoleculen zorgen voor signaaloverdracht naar de cel. T-cellen worden geprimed en geactiveerd om effector- en geheugencellen te vormen, die op hun beurt antigenen aangeboden krijgen [1](#page=1) [2](#page=2). * **B-celherkenning**: B-cellen herkennen specifieke epitopen op antigenen via hun B-celreceptor, wat leidt tot activatie, proliferatie en differentiatie tot plasmacellen en geheugencellen [7](#page=7). #### 1.1.3 Vergelijking aangeboren en verworven immuunsysteem | Kenmerk | Aangeboren immuunsysteem | Verworven immuunsysteem | | :------------------ | :------------------------------------------------- | :----------------------------------------------------- | | Waar | Perifeer | Primair: secundaire lymfoïde organen; Secundair: ook perifeer | | Pathogeen | PAMPs (samen met DAMPs) | Epitopen | | Immuuncompetente cel | Patroonherkenningsreceptoren | Mature immunoglobulinen (BCR)/T-celreceptor (paratoop) | | Specificiteit | Niet-specifiek | Specifiek | ### 1.2 Majeure Histo-Compabiliteit (MHC) moleculen MHC-moleculen spelen een cruciale rol bij antigeenpresentatie aan T-cellen [2](#page=2). #### 1.2.1 Definitie en voorkomen van MHC MHC-moleculen zijn membraaneiwitten die op de meeste gekernde cellen aanwezig zijn [2](#page=2). * **MHC klasse I**: Aanwezig op vrijwel alle gekernde cellen, behalve op rode bloedcellen en geslachtscellen. Hun expressie is constitutief, maar kan afnemen bij tumor- of virale infecties [2](#page=2) [3](#page=3). * **MHC klasse II**: Worden voornamelijk tot expressie gebracht op professionele antigeenpresenterende cellen (APC's), zoals dendritische cellen (cDC), monocyten en geactiveerde B-lymfocyten [3](#page=3). De specifieke functie van MHC-moleculen omvat de presentatie van antigenen in hun groef, essentieel voor de opleiding en initiatie van T-cel immunologische responsen, inclusief tolerantie-inductie [2](#page=2) [5](#page=5). #### 1.2.2 MHC-klassen en genetica Er zijn drie klassen MHC-moleculen [3](#page=3). * **MHC klasse I**: Wordt gecodeerd door drie loci: HLA-A, -B en -C. Dit is een voorbeeld van polygenie [3](#page=3). * **MHC klasse II**: Wordt gecodeerd door genen in de D-regio, waaronder HLA-DP, -DQ en -DR. Dit is eveneens polygenie [3](#page=3). * **MHC klasse III**: Omvat genen voor componenten van het complementsysteem (C2, C4, Factor B) en TNF [3](#page=3). **Genetische basis van MHC-diversiteit**: De MHC-genen zijn co-dominant, wat betekent dat zowel maternale als paternalen allelen tot expressie komen. De diversiteit ontstaat door [3](#page=3): * **Polygenie**: De aanwezigheid van meerdere genen (loci) die MHC-moleculen coderen [3](#page=3). * **Polymorfisme**: De aanwezigheid van vele allelische varianten binnen elk MHC-gen [3](#page=3). Deze diversiteit is cruciaal voor de overleving van de soort, maar kan uitdagingen vormen voor transplantaties. De variatie bevindt zich met name in de domeinen die het peptide-bindende deel van de groef vormen [3](#page=3). #### 1.2.3 MHC-nomenclatuur * **MHC klasse I**: 3 loci (HLA-A, -B, -C) die elk meerdere isotypen hebben, wat bijdraagt aan polygenie. HLA staat voor Human Leukocyte Antigen [3](#page=3). * **MHC klasse II**: Gecodeerd in de D-regio (HLA-DP, -DQ, -DR) [3](#page=3). * Nieuwe genen gerelateerd aan MHC-presentatie omvatten LMP2/7 (proteasoomcomplex), TAP1/2 (proteïnetransport naar ER) en DMA/DMB (peptide-lading in MHC II) [3](#page=3). #### 1.2.4 Overzicht MHC klasse I en II | Kenmerk | MHC I | MHC II | | :-------------------- | :----------------------------------------- | :------------------------------------------- | | Genen (allelen) | HLA A, B en C | HLA DP, DQ en DR | | Samenstelling | α-keten, β2-microglobuline | α en β keten | | Cellulaire expressie | Somatische cellen (niet RBC, geslachtscel) | Immuuncompetente cellen | | Oorsprong antigeen | Endogeen/exogeen (kruispresentatie) | Exogeen | | Verwerking | Via proteasomen | Via endolysosomen | | Chaperones | Calnexine, calreticuline, tapachine, TAP | Invariant keten, HLA DM | | Groef | α1-α2, gesloten (7-9 aminozuren) | α1-α2, open (tot 15 aminozuren) | | Presentatie aan | CD8+ CTL (kruispresentatie) | CD4+ Th met αβ-TCR | | Belang | Virus, tumor | Hulp bij immuunantwoord | ### 1.3 Antigeenpresentatie Antigeenpresentatie is het proces waarbij peptiden worden gebonden aan MHC-moleculen en aan het celoppervlak worden getoond, wat leidt tot de initiatie van T-cel immuunresponsen of de inductie van T-cel tolerantie. Er zijn verschillende vormen van antigeenpresentatie [4](#page=4) [5](#page=5): #### 1.3.1 Presentatie van exogeen antigeen * **Via MHC klasse II**: Professionele APC's presenteren peptiden afkomstig van extracellulaire pathogenen (bv. bacteriën) aan CD4+ T-helper- en T-regulatorische cellen [4](#page=4). * **Opladen MHC II**: Na fusie van fagolysosomen ondergaan eiwitten hydrolyse door lysosomale enzymen. De invariant chain (Ii) wordt afgebroken, waardoor peptiden uit de groef van MHC II verdwijnen. HLA-DM speelt een rol bij het verdringen van de CLIP (Class II invariant chain peptide) en het laden van nieuwe peptiden in de MHC II groef [4](#page=4). * **Via MHC klasse I via kruispresentatie**: APC's kunnen exogene antigenen presenteren via MHC klasse I aan CD8+ cytotoxische T-cellen (CTLs). Dit proces, kruispresentatie genoemd, is belangrijk voor het activeren van CTLs tegen vreemde antigenen [4](#page=4) [5](#page=5). #### 1.3.2 Presentatie van endogeen antigeen * **Via MHC klasse I**: Somatische cellen presenteren peptiden afkomstig van intracellulaire pathogenen (bv. virussen) of tumor-eigen eiwitten via MHC klasse I aan CD8+ cytotoxische T-cellen. Endogene antigenen worden verwerkt via het ubiquitine-proteasoom-systeem en getransporteerd naar het ER via TAP, waar ze aan MHC klasse I worden gebonden [4](#page=4). #### 1.3.3 Kruispresentatie Kruispresentatie door een antigeenpresenterende cel (dendritische cel) maakt het mogelijk om exogene antigenen via MHC klasse I aan CD8+ CTLs te presenteren. Het doel hiervan is het induceren van T-cel tolerantie tegen auto-antigenen (in de thymus) of het initiëren van een immuunrespons tegen vreemde antigenen (in secundaire lymfoïde organen). Het is belangrijk te onthouden dat B-cellen en macrofagen geen kruispresentatie kunnen doen, in tegenstelling tot dendritische cellen [4](#page=4) [7](#page=7) [8](#page=8). ### 1.4 T-celreceptor (TCR) De T-celreceptor is een membraaneiwit op T-lymfocyten dat verantwoordelijk is voor de specificiteit van T-celherkenning. Het behoort tot de immunoglobuline superfamilie [5](#page=5). #### 1.4.1 Structuur en functie * **Vormen**: De meeste T-cellen (>85%) hebben een αβ-TCR, terwijl een kleiner deel (<15%) een γδ-TCR heeft [6](#page=6). * **Herkenning**: TCRs herkennen T-celepitopen. Het variabele deel van de TCR (VαVβ of VγVδ) is verantwoordelijk voor de binding aan het peptide-epitope. De αβ-TCR herkent antigenen in de groef van MHC klasse I of II moleculen, of via CD1. De γδ-TCR kan ook via CD1 antigenen herkennen [6](#page=6). * **Variabiliteit**: De diversiteit van TCRs wordt gegenereerd door genherschikking (DNA-herschikking) [6](#page=6) [8](#page=8). * **CD4/CD8**: αβ-T-cellen hebben CD4 of CD8 co-receptoren, terwijl γδ-T-cellen deze missen [6](#page=6). #### 1.4.2 Verschil αβ- en γδ-T-cellen | Kenmerk | αβ-T cel | γδ-T cel | | :------------------ | :------------------------------------------- | :----------------------------------------------- | | Aantal | >85% | <15% | | Antigeenherkenning | Via TCR; Via receptoren type NK zoals CD16 | Via TCR | | Lokalisatie | Secundaire lymfoïde organen | Mucosale secundaire lymfoïde organen (bv. darm) | | TCR repertoire | >10^10 | >10^11 | | CD4 of CD8 | Aanwezig | Afwezig | | MHC I/II herkenning | Ja (peptiden) | Nee | | Gevolg | Afhankelijk van CD4/CD8 | Productie IFNγ, TNFα, IL17 (antiviraal, antitumoraal) | ### 1.5 T-cel stimulatie De activatie van T-cellen, met name naïeve T-cellen, vereist meer dan alleen antigeenpresentatie [6](#page=6). * **Wie en Waar**: Geactiveerde APC's (cDC of macrofagen) in secundaire lymfoïde organen (LN, milt, MALT) primen naïeve T-cellen. Geheugen T-cellen worden perifeer gestimuleerd door cDC's en macrofagen [6](#page=6). * **Hoe**: 1. **Signaal 1 (specificiteit)**: Interactie tussen MHC-peptide complex op APC en de T-celreceptor/CD3 complex op de T-cel. Bij kruispresentatie activeert MHC I CD8+ CTLs [6](#page=6). 2. **Versterking celcontact**: Het Supramoleculair Adhesie Complex (SMAC) intensiveert celcontact [6](#page=6). 3. **Co-stimulatie**: Essentieel voor volledige activatie, geleverd door membraancomponenten zoals CD80/CD86 op APC's en cytokines geproduceerd door de APC, die de polarisatie van de T-cel beïnvloeden [6](#page=6). ### 1.6 Activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten Activatie van naïeve B-lymfocyten vereist twee signalen: * **Signaal 1**: Binding van antigeen aan de B-celreceptor (mIgM/CD79a/b). Dit kan versterkt worden door C3d via CD21 [7](#page=7). * **Signaal 2**: Een tweede signaal, de tweede synaps, wordt gevormd door interactie tussen CD40 op de B-cel en CD40L op de T-helpercel. Cytokines spelen een rol bij de isotype switch [7](#page=7). Deze signalen leiden tot differentiatie tot plasmacellen of geheugencellen [7](#page=7). #### 1.6.1 Marginale zone B-lymfocyt Deze B-lymfocyten bevinden zich in de milt en zijn resident (niet-recirculerend). Ze zijn T-cel-onafhankelijk, herkennen koolhydraatantigenen, zorgen voor snelle bescherming tegen bacteriëmie en produceren altijd IgM [7](#page=7). ### 1.7 Belangrijke concepten voor examens * **MHC klasse I fouten**: Kenmerkend is dat MHC I niet een open groef heeft en betrokken is bij de presentatie van endogene eiwitten aan CD8+ CTLs. De alfa-keten wordt gecodeerd op chromosoom 6, en MHC is een belangrijk transplantatie-antigeen [8](#page=8). * **Kruispresentatie**: Dit betreft de presentatie van exogeen antigeen via MHC klasse I aan CD8+ T-cellen door een APC [8](#page=8). * **Diversiteit generatie**: Diversiteit in immunoglobulinen (Ig) en T-celreceptoren (TCR) wordt gegenereerd door DNA-herschikking. De diversiteit van MHC wordt niet door DNA-herschikking gegenereerd [8](#page=8). --- # De rol van MHC-moleculen Dit deel van de studiehandleiding behandelt de essentiële rol van Major Histocompatibility Complex (MHC) moleculen in de immuniteit, de structuur en functie van MHC klasse I en II, hun genetica, en hun belang in de context van transplantaties [2](#page=2) [3](#page=3). ## 2. De rol van MHC-moleculen MHC-moleculen zijn transmembraaneiwitten die een cruciale rol spelen in het immuunsysteem door peptiden te presenteren aan T-cellen, wat essentieel is voor zowel de initiatie van immuunresponsen als de inductie van tolerantie. Elk individu bezit een unieke set MHC-moleculen, wat bijdraagt aan de individualiteit van de immuunrespons [3](#page=3) [4](#page=4). ### 2.1 Structuur en expressie van MHC-moleculen Er zijn drie klassen van MHC-moleculen, waarvan klasse I en II het meest relevant zijn voor antigeenpresentatie [3](#page=3). #### 2.1.1 MHC klasse I * **Expressie:** MHC klasse I-moleculen zijn aanwezig op vrijwel alle gekernde cellen in het lichaam, met uitzondering van rode bloedcellen en geslachtscellen. Hun expressie is constitutioneel, wat betekent dat ze continu aanwezig zijn [2](#page=2) [3](#page=3). * **Samenstelling:** MHC klasse I bestaat uit een $\alpha$-keten die door genen op chromosoom 6 wordt gecodeerd, en een $\beta$2-microglobuline keten die op chromosoom 15 wordt gecodeerd [3](#page=3). * **Antigeenpresentatie:** MHC klasse I presenteert peptiden die afkomstig zijn van endogene eiwitten, zoals tumorantigenen en virale eiwitten die zich binnen de cel bevinden. Deze presentatie vindt plaats op de $\alpha$1- en $\alpha$2-domeinen van de $\alpha$-keten, waarbij de groef gesloten is en peptiden van 7-9 aminozuren lang bindt [2](#page=2) [4](#page=4) [5](#page=5). * **Functie:** MHC klasse I is cruciaal voor de presentatie van antigenen aan CD8+ cytotoxische T-lymfocyten (CTL's) [2](#page=2) [5](#page=5). * **Verwerking:** Endogene antigenen worden verwerkt via het ubiquitine-proteasoom systeem en getransporteerd naar het endoplasmatisch reticulum (ER) door TAP-moleculen (Transporter associated with Antigen Processing) [4](#page=4) [5](#page=5). #### 2.1.2 MHC klasse II * **Expressie:** MHC klasse II-moleculen worden voornamelijk tot expressie gebracht op professionele antigeenpresenterende cellen (APC's), waaronder dendritische cellen (cDC's), monocyten en geactiveerde B-lymfocyten [2](#page=2) [3](#page=3). * **Samenstelling:** MHC klasse II bestaat uit twee ketens: een $\alpha$-keten en een $\beta$-keten, die beide door genen op chromosoom 6 worden gecodeerd [3](#page=3). * **Antigeenpresentatie:** MHC klasse II presenteert exogene antigenen die door de cel zijn opgenomen via fagocytose of endocytose. De groef van MHC klasse II is open en kan peptiden tot 15 aminozuren lang binden, gepresenteerd op de $\alpha$1- en $\beta$1-domeinen [4](#page=4) [5](#page=5). * **Functie:** MHC klasse II speelt een sleutelrol in de presentatie van antigenen aan CD4+ T-helpercellen en CD4+ T-regulerende cellen, wat essentieel is voor het initiëren en reguleren van immuunresponsen [2](#page=2) [5](#page=5). * **Verwerking:** Exogene antigenen worden verwerkt in fagolysosomen. De invariante keten (Ii) wordt gehydrolyseerd door aspartylproteases en cathepsine S, waarna HLA-DM helpt bij het verdringen van de CLIP (class II invariant chain peptide) en het opladen van peptiden in de groef [4](#page=4). ### 2.2 Genetica van MHC-moleculen De diversiteit van MHC-moleculen is een gevolg van zowel polygenie als polymorfisme [3](#page=3). * **Polygenie:** Dit verwijst naar het bestaan van meerdere genen (isotypen) die coderen voor MHC klasse I (HLA A, B, C) en MHC klasse II (HLA DP, DQ, DR). Dit zorgt ervoor dat elke cel een reeks verschillende MHC-moleculen tot expressie kan brengen [3](#page=3). * **Polymorfisme:** Dit houdt in dat er binnen elk MHC-gen (isotyp) vele allelische varianten bestaan tussen verschillende individuen. Dit leidt tot een enorme diversiteit aan MHC-moleculen in de populatie, waardoor elk individu een (quasi) unieke set MHC-moleculen bezit [3](#page=3). * **Co-dominantie:** MHC-genen worden co-dominant overgeërfd, wat betekent dat zowel de maternale als de paternale allelen tot expressie komen [3](#page=3). * **Belang van diversiteit:** De polygenie en polymorfisme van MHC zorgen voor een overleving van de soort door de kans op het presenteren van een breed scala aan pathogenen te vergroten. Echter, dit brengt ook uitdagingen met zich mee voor transplantaties, aangezien mismatched MHC-moleculen afstoting kunnen veroorzaken [3](#page=3). * **Andere genen:** Naast de MHC-genen zelf, zijn er ook genen die betrokken zijn bij de verwerking en presentatie van antigenen, zoals LMP 2, LMP 7 (proteasoom), TAP 1, TAP 2 (eiwittransport), en DMA, DMB (laden van peptiden in MHC II) [3](#page=3). ### 2.3 Functie van MHC-moleculen in de immuniteit MHC-moleculen hebben twee hoofdfuncties [2](#page=2) [4](#page=4) [5](#page=5): 1. **Opleiding en selectie van T-cellen in primaire lymfoïde organen (thymus):** * **Positieve selectie:** T-cellen met een T-celreceptor (TCR) die op een intermediaire manier kan binden aan zelf-MHC-moleculen, worden geselecteerd en overleven. Dit zorgt ervoor dat T-cellen in staat zijn om MHC-moleculen te herkennen [2](#page=2) [5](#page=5). * **Negatieve selectie (klonale deletie):** T-cellen met een TCR die te sterk bindt aan zelf-MHC-moleculen (dus potentieel auto-reactief) worden geëlimineerd om auto-immuniteit te voorkomen [2](#page=2) [5](#page=5). 2. **Initiëren van het immuunantwoord in secundaire lymfoïde organen:** * APC's presenteren pathogenen via MHC klasse II aan CD4+ T-helpercellen, wat leidt tot de activatie van een breed scala aan immuunresponsen [2](#page=2) [5](#page=5). * Somatische cellen presenteren virale of tumorantigenen via MHC klasse I aan CD8+ cytotoxische T-cellen, wat leidt tot de eliminatie van geïnfecteerde of maligne cellen [2](#page=2) [5](#page=5). #### 2.3.1 Kruispresentatie Kruispresentatie is een mechanisme waarbij APC's, met name dendritische cellen, exogene antigenen via MHC klasse I kunnen presenteren aan CD8+ CTL's. Dit is belangrijk voor het induceren van een cytotoxische T-celrespons tegen vreemde antigenen en voor het induceren van tolerantie tegen autoantigenen [4](#page=4). ### 2.4 Belang in transplantaties Het MHC-systeem, ook wel bekend als Human Leukocyte Antigen (HLA) systeem bij mensen, is van cruciaal belang in de immunologie van transplantaties. De grote polymorfie van MHC-moleculen betekent dat de kans op een perfecte match tussen donor en ontvanger klein is. Wanneer MHC-moleculen van de donor verschillen van die van de ontvanger, kan dit leiden tot een immuunrespons van de ontvanger tegen het transplantaat (afstoting). Het HLA-typeren van donoren en ontvangers is daarom een standaardprocedure om de compatibiliteit te beoordelen en de kans op succesvolle transplantatie te vergroten [2](#page=2) [3](#page=3). > **Tip:** Onthoud dat MHC klasse I voornamelijk endogene antigenen presenteert aan CD8+ T-cellen, terwijl MHC klasse II exogene antigenen presenteert aan CD4+ T-cellen. Kruispresentatie is hierop een belangrijke uitzondering. > **Voorbeeld:** Een virusinfectie in een cel leidt tot de productie van virale eiwitten binnenin de cel. Deze eiwitten worden afgebroken tot peptiden en via MHC klasse I op het celoppervlak gepresenteerd, waarna CD8+ CTL's worden geactiveerd om de geïnfecteerde cel te vernietigen. Een bacterie die buiten de cel leeft, wordt opgenomen door een APC en verwerkt. De peptiden van de bacterie worden via MHC klasse II op het oppervlak van de APC gepresenteerd, wat leidt tot de activatie van CD4+ T-helpercellen die de immuunrespons coördineren [4](#page=4). --- # T-celreceptoren en hun interactie Dit topic beschrijft de structuur en functie van T-celreceptoren (TCR), hun interactie met MHC-moleculen en de signalering die leidt tot T-celactivatie. ### 3.1 De T-celreceptor (TCR) De T-celreceptor (TCR) is een membraaneiwit op T-lymfocyten dat cruciaal is voor de specificiteit van de immuunrespons. De TCR behoort tot de immunoglobuline (Ig) superfamilie. Er bestaan twee functioneel verschillende vormen van de TCR: de $\alpha\beta$-TCR en de $\gamma\delta$-TCR [5](#page=5) [6](#page=6). #### 3.1.1 Subtypes van T-celreceptoren * **$\alpha\beta$-TCR:** Dit is de meest voorkomende vorm, verantwoordelijk voor meer dan 85% van alle T-celreceptoren. Deze TCR herkent antigenen die gepresenteerd worden door MHC-moleculen (klasse I of II) of CD1. $\alpha\beta$-T-cellen zijn doorgaans CD4+ of CD8+ [6](#page=6). * **$\gamma\delta$-TCR:** Deze vorm vertegenwoordigt minder dan 15% van de T-celreceptoren. $\gamma\delta$-T-cellen herkenen antigenen voornamelijk via CD1-moleculen. In tegenstelling tot $\alpha\beta$-T-cellen, hebben $\gamma\delta$-T-cellen geen CD4 of CD8 co-receptoren. Ze worden vaker aangetroffen in mucosale secundaire lymfoïde organen, zoals de darm [6](#page=6). #### 3.1.2 Antigeenherkenning door de TCR De specificiteit van de TCR ligt in zijn variabele delen, aangeduid als $V\alpha V\beta$ voor de $\alpha\beta$-TCR en $V\gamma V\delta$ voor de $\gamma\delta$-TCR. De TCR herkent specifieke epitopen (antigenen) die gebonden zijn aan MHC-moleculen (voor $\alpha\beta$-TCR) of aan CD1 (voor beide typen TCR). De interactie tussen het epitoop en het paratoop van de TCR is essentieel voor deze binding [6](#page=6). ### 3.2 Interactie met MHC-moleculen en CD3-complex De TCR werkt samen met het CD3-complex om signalen over te dragen [2](#page=2). #### 3.2.1 MHC-moleculen MHC (Major Histocompatibility Complex) moleculen zijn membraaneiwitten die betrokken zijn bij antigeenpresentatie. Ze presenteren peptidefragmenten aan T-cellen, waardoor deze getraind worden en immuunresponsen geïnitieerd kunnen worden [2](#page=2). * **MHC klasse I:** Deze moleculen zijn aanwezig op de meeste gekernde cellen, met uitzondering van rode bloedcellen en geslachtscellen. MHC klasse I presenteert endogene antigenen (bijvoorbeeld virale eiwitten of tumorantigenen) aan CD8+ cytotoxische T-lymfocyten (CTL). De expressie van MHC klasse I is constitutief, maar kan afnemen bij tumorale of virale infecties [2](#page=2) [5](#page=5). * **MHC klasse II:** Deze moleculen worden voornamelijk uitgedrukt op professionele antigeenpresenterende cellen (APC's), zoals dendritische cellen (DC's) en macrofagen (MF). MHC klasse II presenteert exogene antigenen (bijvoorbeeld bacteriële eiwitten) aan CD4+ T-helpercellen [5](#page=5). **MHC-polymorfisme en -polygenie:** Het menselijk genoom bevat meerdere genen voor MHC-moleculen (polygenie), en binnen deze genen bestaan vele allelen (polymorfisme). Dit resulteert in een grote diversiteit aan MHC-moleculen tussen individuen, wat bijdraagt aan de individualiteit van de immuunrespons en het vermogen om een breed scala aan peptiden te presenteren [2](#page=2). #### 3.2.2 Het CD3-complex Het CD3-complex is een groep membraaneiwitten die samenwerkt met de TCR. De TCR zelf is verantwoordelijk voor de specificiteit van antigeenherkenning, terwijl het CD3-complex fungeert als een signaaltransducer die de signaaloverdracht van de TCR naar het celinterieur mogelijk maakt [2](#page=2). ### 3.3 T-celstimulatie De activatie van een T-cel vereist meer dan alleen antigeenpresentatie. #### 3.3.1 Factoren die T-celstimulatie beïnvloeden * **APC's:** De interactie vindt plaats tussen een geactiveerde APC (cDC of MF) en de T-cel [6](#page=6). * **Locatie:** Bij naïeve T-cellen vindt de activatie plaats in secundaire lymfoïde organen, zoals lymfeklieren en milt. Geheugen T-cellen kunnen ook perifeer geactiveerd worden door cDC's en MF's [6](#page=6). * **Signalen:** De stimulatie omvat de interactie tussen MHC klasse II en de TCR/CD3-complex (bij CD4+ T-helpercellen en iTreg-cellen) of kruispresentatie (bij CD8+ CTL's). Daarnaast is er intensivering van celcontact door de vorming van een supramoleculair adhesiecomplex (SMAC) [6](#page=6). #### 3.3.2 Verschillen tussen $\alpha\beta$- en $\gamma\delta$-T-cellen in activatie | Kenmerk | $\alpha\beta$-T cel | $\gamma\delta$-T cel | | :------------------- | :------------------------------------------------ | :------------------------------------------------------------ | | Aantal | >85% | <15% | | Antigeenherkenning | Via TCR, MHC I/II herkenning (peptiden) | Via TCR, receptoren zoals CD16, geen MHC I/II herkenning | | Lokalisatie | Secundaire lymfoïde organen | Mucosale secundaire lymfoïde organen (bv. darm) | | TCR-repertoire | >10^10 | >10^11 | | CD4 of CD8 | Aanwezig | Afwezig | | Gevolg (afhankelijk) | Productie van IFN-$\gamma$, TNF-$\alpha$, IL-17 | Antiviraal en antitumoraal | > **Tip:** Begrijpen hoe MHC-moleculen peptiden presenteren aan de verschillende TCR-typen is cruciaal voor het begrijpen van de specificiteit van T-celgemedieerde immuniteit. Let op de verschillen in de groefgrootte en verwerkingsroutes van antigenen voor MHC I en MHC II. > **Voorbeeld:** Een virusinfectie leidt tot de productie van virale eiwitten binnen de cel. Deze worden afgebroken en gepresenteerd door MHC klasse I moleculen aan CD8+ T-cellen, wat resulteert in de eliminatie van geïnfecteerde cellen. Bacteriële antigenen worden daarentegen gefagocyteerd, verwerkt in endolysosomen en gepresenteerd door MHC klasse II moleculen aan CD4+ T-helpercellen, die vervolgens andere immuuncellen aansturen. --- # B-celactivatie en immuunantwoord De activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten vereist een tweeledig signaal, waarbij de interactie met T-helpercellen cruciaal is voor het initiëren van een effectief adaptief immuunantwoord, wat leidt tot de differentiatie tot plasma- of geheugencellen [7](#page=7). ### 4.1 Vereiste signalen voor B-celactivatie De activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten vereist twee essentiële signalen [7](#page=7). #### 4.1.1 Signaal 1: Antigeenbinding Het eerste signaal wordt gegenereerd door de interactie tussen het antigeen en de B-celreceptor (BCR) op het oppervlak van de B-cel. De BCR bestaat uit een membraan-gebonden immunoglobuline M (mIgM) dat geassocieerd is met de signaaltransductie-eiwitten CD79a en CD79b. Deze interactie zorgt voor de overbrugging van de BCR's, wat de initiële signaaltransductie in de B-cel op gang brengt. De binding van het antigeen kan verder worden versterkt door de interactie met het complementcomponent C3d, dat bindt aan de CD21 receptor op de B-cel [7](#page=7). #### 4.1.2 Signaal 2: Co-stimulatie en cytokines Het tweede signaal, dat essentieel is voor volledige B-celactivatie, wordt geleverd via een tweede synaps die optreedt tussen de B-cel en een T-helpercel. Dit signaal omvat membraancomponenten en cytokines [7](#page=7). * **Membraancomponenten:** Een belangrijke co-stimulatoire interactie is die tussen CD40 op de B-cel en CD40L (CD154) op de T-helpercel [7](#page=7). * **Cytokines:** T-helpercellen scheiden ook cytokines uit die essentieel zijn voor de verdere polarisatie van de T-cel en de differentiatie van de B-cel, inclusief de isotype switch van de geproduceerde antistoffen [7](#page=7). > **Tip:** Dendritische cellen kunnen antigeen kruispresenteren, wat cruciaal is voor T-celactivatie, terwijl B-cellen en macrofagen dit niet effectief kunnen [7](#page=7). ### 4.2 Gevolgen van B-celactivatie Na activatie ondergaan B-cellen verschillende veranderingen, waaronder de expressie van transcriptiefactoren die de differentiatie sturen. Het uiteindelijke lot van de geactiveerde B-cel is de differentiatie tot ofwel een plasma-cel, die antistoffen produceert, ofwel een geheugencel, die zorgt voor een snellere en sterkere respons bij herhaalde blootstelling aan hetzelfde antigeen [7](#page=7). #### 4.2.1 Rol van cytokines Cytokines spelen een cruciale rol in het adaptieve immuunsysteem na B-celactivatie. Bijvoorbeeld, interleukine 6 (IL-6) is een cytokine dat een belangrijke functie heeft binnen het verworven immuunsysteem. Het is belangrijk om te weten dat IL-6 **niet** verantwoordelijk is voor endotheelactivatie (wat behoort tot het aangeboren immuunsysteem) of voor het activeren van beenmerg tot het maken van neutrofielen (eveneens een functie van het aangeboren immuunsysteem) [7](#page=7). ### 4.3 Marginale zone B-lymfocyt De marginale zone B-lymfocyt is een speciaal type B-cel dat zich voornamelijk in de milt bevindt [7](#page=7). * **Locatie en recirculatie:** Deze cellen zijn resident (sedentair) en blijven voornamelijk in de milt, ze recirculeren niet uitgebreid door het lichaam [7](#page=7). * **Antigeenherkenning:** Marginale zone B-lymfocyten kunnen koolhydraatantigenen herkennen [7](#page=7). * **T-cel onafhankelijkheid:** Een belangrijk kenmerk is dat hun activatie grotendeels onafhankelijk is van T-helpercellen [7](#page=7). * **Functie:** Ze bieden snelle bescherming tegen bacteriëmie (bacteriën in de bloedbaan) [7](#page=7). * **Antistofproductie:** Deze cellen produceren altijd immunoglobuline M (IgM) [7](#page=7). --- ## 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 | |------|------------| | Antigeen | Een molecuul of een deel van een molecuul dat door het immuunsysteem herkend kan worden, wat leidt tot een immuunrespons. | | Patroonherkenning | Een mechanisme van het aangeboren immuunsysteem waarbij receptoren specifieke moleculaire patronen herkennen die geassocieerd zijn met pathogenen (PAMPs) of weefselschade (DAMPs). | | PRR (Patroonherkenningsreceptoren) | Receptoren die geassocieerd zijn met het aangeboren immuunsysteem en specifieke moleculaire patronen op pathogenen of beschadigde cellen herkennen. | | PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Patterns) | Moleculaire structuren die algemeen zijn voor groepen pathogenen en herkend worden door patroonherkenningsreceptoren (PRRs) van het aangeboren immuunsysteem. | | DAMPs (Damage-Associated Molecular Patterns) | Moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende lichaamseigen cellen en herkend worden door PRRs, wat een ontstekingsreactie kan veroorzaken. | | Fagocytose | Het proces waarbij cellen, zoals macrofagen en neutrofielen, deeltjes, pathogenen of celresten opnemen en verteren door middel van cellulaire membraanuitstulpingen. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | Een groep genen die eiwitten produceren die cruciaal zijn voor het immuunsysteem om vreemde antigenen te presenteren aan T-cellen. | | MHC klasse I | Membraaneiwitten die op vrijwel alle gekernde cellen voorkomen en endogene antigenen presenteren aan CD8+ cytotoxische T-cellen. | | MHC klasse II | Membraaneiwitten die voornamelijk voorkomen op professionele antigeenpresenterende cellen en exogene antigenen presenteren aan CD4+ T-helpercellen. | | T celreceptor (TCR) | Een receptor op het oppervlak van T-lymfocyten die specifiek een antigeenfragment (epitope) bindt dat gepresenteerd wordt door MHC-moleculen. | | CD3 | Een signaaltransducer complex dat geassocieerd is met de T celreceptor en essentieel is voor de signaaloverdracht na antigeenbinding. | | Epitopen | Het specifieke deel van een antigeen dat door een antilichaam of T celreceptor wordt herkend en gebonden. | | Cytotoxische T cel (CTL) | Een type T-lymfocyt dat direct cytotoxische effecten uitoefent op geïnfecteerde cellen of kankercellen, vaak via herkenning van antigenen op MHC klasse I-moleculen. | | T-helpercel (Th cel) | Een type T-lymfocyt dat een cruciale rol speelt in de regulatie van immuunresponsen door de activatie van B-cellen, macrofagen en andere immuuncellen, meestal via herkenning van antigenen op MHC klasse II-moleculen. | | Antigeenpresenterende cel (APC) | Cellen die antigenen verwerken en presenteren aan T-cellen, zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen. | | Kruispresentatie | Het proces waarbij een antigeenpresenterende cel een extern antigeen opneemt, verwerkt en presenteert via MHC klasse I-moleculen aan CD8+ T-cellen. | | B celreceptor (BCR) | De membraangebonden vorm van een antilichaam op het oppervlak van B-lymfocyten, die specifiek antigenen bindt en een signaal voor B-celactivatie initieert. | | Co-stimulatie | Additionele signalen die nodig zijn voor volledige activatie van T-cellen, naast de interactie tussen de T celreceptor en het MHC-antigeen complex. | | Cytokines | Signaalmoleculen die door immuuncellen worden geproduceerd en de communicatie en regulatie van immuunresponsen mediëren. | | Genherschikking | Een proces waarbij genetisch materiaal wordt geherarrangeerd, bijvoorbeeld tijdens de ontwikkeling van T-celreceptoren en B-celreceptoren, om een breed scala aan specificiteiten te creëren. | | Polygenie | Het hebben van meerdere genen die vergelijkbare functies uitvoeren, wat resulteert in meer variatie in de geproduceerde eiwitten. | | Polymorfisme | Het bestaan van meerdere allelen (varianten) voor een bepaald gen in een populatie, wat leidt tot grote individuele verschillen in de geproduceerde eiwitten. | | Endogeen antigeen | Een antigeen dat binnen een cel wordt geproduceerd, zoals virale eiwitten of tumor-specifieke eiwitten, en vervolgens wordt gepresenteerd op MHC klasse I-moleculen. | | Exogeen antigeen | Een antigeen dat van buiten de cel komt, zoals bacteriële componenten, en meestal wordt gepresenteerd op MHC klasse II-moleculen na opname via fagocytose of endocytose. | | Tolerantie | Het proces waarbij het immuunsysteem leert om eigen lichaamseigen antigenen niet als bedreigend te herkennen, waardoor auto-immuunreacties worden voorkomen. | | Klonaal deletie | Het proces waarbij T-cellen die sterk reageren op lichaamseigen antigenen worden geëlimineerd, meestal tijdens hun ontwikkeling in de thymus. | | Klonaal selectie | Het proces waarbij T-cellen die een intermediaire affiniteit hebben voor het eigen MHC-antigeen complex worden geselecteerd voor verdere ontwikkeling, wat cruciaal is voor de juiste functionering van het immuunsysteem. |

# Concept de l'apoptose et sa comparaison avec la nécrose L'apoptose, ou mort cellulaire programmée, est un processus actif et régulé essentiel au développement des organismes et au maintien de l'homéostasie, tandis que la nécrose est une mort cellulaire accidentelle [7](#page=7). ### 1.1 Définition et origine de l'apoptose L'apoptose, terme dérivé du grec ancien « chute des feuilles », a été décrite pour la première fois en 1972 par Kerr, Wyllie et Currie. Il s'agit d'une forme de mort cellulaire programmée où un programme de suicide est activé au sein de la cellule. Ce phénomène est fondamental pour les organismes pluricellulaires, permettant de réguler le nombre de cellules, d'éliminer des cellules devenues inutiles, ou encore de se débarrasser de cellules anormales et dangereuses, comme celles infectées ou dont l'ADN est muté [6](#page=6) [7](#page=7). ### 1.2 Apoptose versus nécrose La nécrose est une mort cellulaire accidentelle, contrastant avec le caractère programmé et régulé de l'apoptose. Les pages 9, 10 et 11 du document présentent une comparaison détaillée entre ces deux modes de mort cellulaire, bien que le contenu spécifique de ces pages ne soit pas accessible dans le texte fourni pour une description exhaustive des différences [10](#page=10) [11](#page=11) [7](#page=7) [9](#page=9). ### 1.3 Rôles physiologiques de l'apoptose L'apoptose est un processus physiologique normal qui joue plusieurs rôles cruciaux : #### 1.3.1 Développement des organismes L'apoptose est impliquée dans le développement des organismes pluricellulaires [12](#page=12). * **Exemple 1:** Chez le ver transparent *Caenorhabditis elegans*, sur les 1090 cellules issues de la cellule œuf, 131 meurent par apoptose au cours de son développement. Les recherches sur ce nématode ont grandement contribué à notre compréhension des mécanismes de régulation de l'apoptose, valant le Prix Nobel de Médecine 2002 à Robert H. Horvitz [13](#page=13) [14](#page=14). * **Exemple 2:** La sculpture des doigts de la patte de souris fait appel à l'apoptose. Les pattes initialement en forme de pelle voient leurs doigts se séparer grâce à la mort des cellules situées entre eux par apoptose. Ce processus est également observé pour la mise en place de cavités au sein d'organes, comme la cavité pré-amniotique [15](#page=15). * **Exemple 3:** Dans le système immunitaire, les lymphocytes T reconnaissant le soi sont éliminés par apoptose dans le thymus afin de prévenir les réactions auto-immunes [16](#page=16). #### 1.3.2 Homéostasie tissulaire chez l'adulte Chez l'adulte, l'apoptose maintient un équilibre constant avec la prolifération cellulaire pour préserver la taille et la fonction des tissus [12](#page=12) [17](#page=17). * **Exemple:** Si une partie du foie est retirée chez un rat adulte, la prolifération des cellules hépatiques augmente pour compenser la perte. Inversement, suite à l'administration de phénobarbital, qui stimule la division cellulaire, le foie augmente de volume. Après l'arrêt du traitement, l'apoptose s'intensifie jusqu'à ce que le foie retrouve sa taille normale, un processus qui prend environ une semaine [17](#page=17). #### 1.3.3 Défense contre des agents pathogènes L'apoptose contribue à la défense de l'organisme contre les agents pathogènes [12](#page=12). ### 1.4 Mécanismes et caractères biochimiques de l'apoptose L'apoptose est une mort cellulaire active nécessitant la participation de la cellule elle-même, orchestrée par des événements intracellulaires sous contrôle génétique [18](#page=18). * **Événements intracellulaires:** Ils incluent le gonflement des mitochondries, une augmentation massive du calcium cytosolique, et la libération de molécules mitochondriales comme le cytochrome C et les caspases [18](#page=18). * **Morphologie des cellules apoptotiques :** * **Condensation de la chromatine:** Marquage des cellules par des colorants comme le Hoechst ou le DAPI révèle une chromatine initialement homogène devenant condensée et fragmentée [19](#page=19). * **"Blebbing":** La membrane cellulaire forme des excroissances ou "bulles" [20](#page=20). * **Externalisation de la phosphatidylsérine:** Normalement située sur la face interne de la membrane plasmique, la phosphatidylsérine (PS) est transloquée à la surface externe de la cellule. Ce phénomène est un signal "mangez-moi" reconnu par les phagocytes. L'annexine peut se fixer à la PS à la surface membranaire [21](#page=21) [22](#page=22) [24](#page=24). * **Mécanismes intracellulaires de l'externalisation de la PS:** Après une stimulation, le calcium (Ca²⁺) est libéré des réservoirs intracellulaires. La déplétion de ces réservoirs active des canaux calciques dans la membrane plasmique, entraînant un influx de Ca²⁺. Cet afflux de calcium joue un rôle clé dans la régulation de l'externalisation de la phosphatidylsérine [23](#page=23). * **Clairance des cellules apoptotiques:** Les cellules apoptotiques présentent des signaux spécifiques qui facilitent leur élimination par les phagocytes. Outre le signal "mangez-moi" de la PS, un signal de "recrutement" impliquant la lysophosphatidylcholine (LPC) et l'annexine 1 (Anx1) est également présent [24](#page=24). ### 1.5 Les trois phases de l'apoptose Le processus de l'apoptose se déroule en trois phases distinctes [26](#page=26). > **Tip:** Il est essentiel de retenir que l'apoptose est un processus actif et consommant de l'énergie, impliquant des cascades de signalisation et l'activation de programmes génétiques, contrairement à la nécrose qui est une réponse passive à une lésion. La compréhension des signaux d'externalisation de la phosphatidylsérine est cruciale pour l'identification des cellules apoptotiques [18](#page=18). --- # Bases moléculaires de l'apoptose L'apoptose est un processus actif de mort cellulaire programmée, finement régulé par des mécanismes moléculaires impliquant des cascades d'enzymes et des interactions protéiques spécifiques. Ce processus peut être déclenché par une variété de stimuli physiologiques et pathologiques, notamment la stimulation de récepteurs de mort, la carence en facteurs trophiques, les agents génotoxiques, les chocs thermiques, le détachement de la matrice extracellulaire (anoïkis) et les drogues cytotoxiques. L'aspect morphologique clé de l'apoptose est la fragmentation du noyau et la formation de vésicules cellulaires éliminées par les macrophages [28](#page=28) [29](#page=29) [31](#page=31). ### 2.1 Les caspases, protéases de l'apoptose L'exécution de l'apoptose repose sur une famille de protéases appelées caspases (cysteine aspartic acid-specific proteases). Ces enzymes caractérisées par une cystéine sur leur site actif clivent les protéines substrats au niveau d'acides aspartiques spécifiques. Toutes les cellules possèdent des précurseurs inactifs de caspases, les procaspases, dont l'activation est strictement contrôlée. On distingue deux grandes familles de caspases: les caspases initiatrices, qui déclenchent la cascade (ex: caspases 8), et les caspases effectrices, qui exécutent la destruction cellulaire (ex: caspases 3). Les procaspases sont exprimées sous forme de zymogènes inactifs de 30 à 50 kDa [29](#page=29). ### 2.2 Les voies d'activation de l'apoptose L'activation de l'apoptose peut emprunter deux voies principales, permettant une réponse coordonnée aux différents stimuli [30](#page=30) [33](#page=33): #### 2.2.1 La voie extrinsèque (voie des récepteurs de mort) Cette voie est initiée par la liaison d'un ligand de mort extracellulaire à un récepteur de mort spécifique situé à la surface de la cellule cible. Un exemple emblématique est le récepteur Fas (Fas-R) et son ligand Fas-L. Fas-L, exprimé par les lymphocytes T, se lie à Fas-R sur les cellules cibles, entraînant leur mort par apoptose [30](#page=30) [34](#page=34) [35](#page=35) [36](#page=36). La transmission du signal via les récepteurs de mort implique plusieurs étapes clés [37](#page=37): 1. **Liaison du ligand:** Fas-L se fixe à la partie extracellulaire de Fas-R [37](#page=37). 2. **Trimérisation du récepteur:** La liaison induit la trimérisation de Fas-R, entraînant un changement conformationnel de ses domaines DD (Death Domain) dans le cytosol [37](#page=37). 3. **Formation du complexe DISC:** Un complexe sous-membranaire, le DISC (Death Inducing Signaling Complex), se forme. Il associe Fas-R, la protéine adaptatrice FADD (Fas-Associated Death Domain) et les procaspases 8. La procaspase 8 est une caspace initiatrice contenant un prodomaine DED (Death Effector Domain) permettant son interaction avec FADD [37](#page=37). #### 2.2.2 La voie intrinsèque (voie mitochondriale) Cette voie est déclenchée par des signaux intracellulaires, tels que des dommages à l'ADN, la déplétion en facteurs de croissance, ou le stress oxydatif, qui aboutissent à une altération de la perméabilité membranaire mitochondriale [30](#page=30) [34](#page=34) [38](#page=38). Le déroulement de la voie mitochondriale est le suivant [42](#page=42): 1. **Libération de cytochrome c:** Des stimuli apoptotiques provoquent une modification de la perméabilité de la membrane mitochondriale, conduisant au relargage de certaines protéines, notamment le cytochrome c, dans le cytosol. Le cytochrome c est normalement un transporteur mobile d'électrons de la chaîne respiratoire, localisé dans l'espace intermembranaire mitochondrial [38](#page=38) [41](#page=41) [42](#page=42). 2. **Recrutement d'Apaf-1:** Le cytochrome c cytosolique interagit avec la protéine Apaf-1 (Apoptotic protease activating factor-1) . Apaf-1 possède un domaine WD40 qui lui permet de reconnaître et de se lier au cytochrome c [39](#page=39) [42](#page=42). 3. **Formation de l'apoptosome:** Ce complexe protéique cytosolique, appelé apoptosome, comprend le cytochrome c, Apaf-1 et des procaspases 9. La procaspase 9 est une caspace initiatrice possédant un prodomaine CARD (Caspase Recruitment Domain) qui interagit avec le domaine CARD d'Apaf-1, permettant ainsi le recrutement des procaspases 9 au complexe. La formation de l'apoptosome implique généralement 7 molécules d'Apaf-1 et plusieurs procaspases 9 [39](#page=39) [42](#page=42). 4. **Activation des procaspases 9:** Au sein de l'apoptosome, les procaspases 9 subissent une protéolyse mutuelle, ce qui conduit à leur activation en caspases 9 actives [42](#page=42). 5. **Activation des caspases effectrices:** Les caspases 9 activées sont ensuite capables d'activer les caspases effectrices, telles que la procaspase 3, initiant ainsi la cascade de dégradation protéique menant à la mort cellulaire. La procaspase 3 est une caspace effectrice qui ne possède pas de prodomaine [37](#page=37) [42](#page=42). ### 2.3 Régulation de la voie mitochondriale La voie mitochondriale de l'apoptose est finement régulée par des protéines qui modulent la perméabilité de la membrane mitochondriale et la libération de cytochrome c [43](#page=43) [44](#page=44). #### 2.3.1 Les protéines de la famille Bcl-2 Cette famille de protéines joue un rôle central dans la régulation de la voie intrinsèque [43](#page=43) [44](#page=44): * **Protéines anti-apoptotiques:** Bcl-2 et Bcl-XL jouent un rôle protecteur en bloquant la libération de cytochrome c par la mitochondrie [44](#page=44). * **Protéines pro-apoptotiques:** Bad, Bax, Bak et Bid favorisent l'apoptose par différents mécanismes [44](#page=44): * Bad se lie aux protéines anti-apoptotiques (comme Bcl-2) et les inactive [44](#page=44). * Bax et Bak sont des effecteurs qui stimulent directement la perméabilisation de la membrane mitochondriale et la libération de cytochrome c [44](#page=44). * Bid est une protéine intermédiaire qui, une fois clivée (tBid), active Bax et Bak [44](#page=44). #### 2.3.2 Déclenchement de la voie mitochondriale La voie mitochondriale peut être activée de deux manières principales [45](#page=45): 1. **Via la voie des récepteurs de mort:** L'activation des caspases 8 dans la voie extrinsèque conduit au clivage et à l'activation de Bid en tBid. tBid active ensuite Bax et Bak, entraînant la libération de cytochrome c [45](#page=45). 2. **Via les dommages à l'ADN:** Lorsque l'ADN est endommagé, la protéine régulatrice p53 s'accumule et stimule la transcription de gènes codant pour des protéines pro-apoptotiques telles que Bid, Bax et Bak. Cela conduit également à la libération de cytochrome c par les mitochondries [45](#page=45). Dans les deux cas, l'issue est la libération de cytochrome c par les mitochondries, déclenchant ainsi la formation de l'apoptosome et l'exécution de l'apoptose [45](#page=45). --- # Voies de mort cellulaire alternatives et pathologies liées à l'apoptose Cette section explore les modes de mort cellulaire moins conventionnels comme la nécroptose et l'anoïkis, ainsi que les implications pathologiques résultant de dysfonctionnements de l'apoptose, telles que les maladies neurodégénératives, auto-immunes et les cancers [53](#page=53). ### 3.1 La nécroptose : une mort cellulaire programmée de type nécrotique La nécroptose est un processus biologique récemment découvert qui mène à la mort cellulaire par nécrose, mais via des mécanismes moléculaires étroitement liés à ceux de l'apoptose. Elle est donc qualifiée de « nécrose programmée » [48](#page=48). #### 3.1.1 Distinction avec la nécrose classique Le terme de « nécrose programmée » a été introduit pour différencier la mort cellulaire induite par des facteurs tels que le TNF (Tumor Necrosis Factor) de celle résultant d'un traumatisme non spécifique, comme une blessure. La nécroptose se distingue ainsi par l'existence de circuits moléculaires dédiés, en faisant un processus actif plutôt que passif [48](#page=48). ### 3.2 L'anoïkis : mort cellulaire due à la perte de contact avec la matrice extracellulaire L'anoïkis (découvert par Frisch et al. en 1994) est une forme de mort cellulaire déclenchée lorsque des cellules épithéliales perdent leur contact avec la matrice extracellulaire (MEC). Cette perte de contact entraîne une diminution de l'engagement des intégrines, qui sont des récepteurs de la MEC [50](#page=50). #### 3.2.1 Mécanismes et protection La signalisation « outside-inside » initiée par les intégrines, impliquant des protéines comme la vinculine, la taline, l'actine et l'$\alpha$-actinine, est cruciale pour la survie cellulaire. Les fibroblastes normaux ne sont généralement pas sensibles à l'anoïkis. Cependant, les cellules épithéliales peuvent être protégées de l'anoïkis dans certaines conditions, notamment par la surexpression de la protéine anti-apoptotique BCL-2 ou par l'expression d'oncogènes [50](#page=50). #### 3.2.2 Rôle physiologique L'anoïkis joue un rôle important dans la protection contre la prolifération ectopique de cellules, prévenant ainsi les altérations de l'architecture tissulaire [50](#page=50). ### 3.3 L'apoptose et les pathologies associées Le dérèglement du processus apoptotique est à l'origine de nombreuses pathologies [53](#page=53). #### 3.3.1 Maladies neurodégénératives Un manque d'apoptose peut entraîner une accumulation de cellules potentiellement nocives, tandis qu'une apoptose excessive peut conduire à la perte de neurones essentiels [53](#page=53). #### 3.3.2 Maladies auto-immunes Les maladies auto-immunes peuvent résulter d'un défaut dans l'élimination des lymphocytes autoréactifs par apoptose, conduisant à une attaque du propre organisme par le système immunitaire [53](#page=53). #### 3.3.3 Cancer Le cancer est fortement lié à un dérèglement de l'apoptose. ##### 3.3.3.1 Mutations dans les tumeurs humaines L'analyse moléculaire des mutations somatiques dans les tumeurs a révélé que de nombreux gènes impliqués dans les voies de signalisation et d'exécution de l'apoptose sont fréquemment altérés dans les cellules cancéreuses. Ces altérations peuvent conférer aux cellules tumorales une résistance à la mort cellulaire programmée, favorisant ainsi leur croissance incontrôlée et leur survie [54](#page=54). > **Tip:** Les cellules cancéreuses développent souvent des mécanismes pour échapper à l'apoptose, ce qui est une cible thérapeutique majeure dans le traitement du cancer. > **Example:** Des mutations dans le gène $p53$, un suppresseur de tumeur essentiel qui peut induire l'apoptose en réponse à des dommages à l'ADN, sont trouvées dans une proportion significative de cancers humains [54](#page=54). ##### 3.3.3.2 Voies d'exécution et régulation La figure illustre schématiquement comment des signaux comme le Fas ligand (FasL) ou les TNF peuvent activer, via des caspases initiatrices, les caspases effectrices comme la caspase-3, menant à la mort cellulaire. La balance entre les protéines pro-apoptotiques (comme Bax) et anti-apoptotiques (comme Bcl-2) est également cruciale. Des facteurs comme le cytochrome C libéré par la mitochondrie activent l'Apaf-1, qui à son tour active la caspase-9, initiatrice de la voie intrinsèque. Des voies de survie impliquant le NF$\kappa$B et le cIAP2 peuvent contrecarrer ces signaux apoptotiques. La compréhension de ces voies permet d'identifier des cibles pour le développement de thérapies anticancéreuses visant à réactiver l'apoptose dans les cellules tumorales [54](#page=54). ### 3.4 Conclusion sur l'apoptose L'apoptose, ou mort cellulaire programmée, est un processus fondamental pour le développement et le maintien de l'homéostasie tissulaire. Son déroulement précis, incluant les phases de condensation de la chromatine et la formation de corps apoptotiques, assure une élimination propre des cellules sans déclencher de réponse inflammatoire [55](#page=55). > **Tip:** La morphologie d'une cellule apoptotique (condensation, fragmentation) est très différente de celle d'une cellule nécrotique (gonflement, lyse). Savoir les distinguer est important pour le diagnostic des pathologies. --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Apoptose | Forme de mort cellulaire programmée, également appelée suicide cellulaire, au cours de laquelle un programme interne est activé pour éliminer la cellule de manière contrôlée et ordonnée. | | Nécrose | Mort cellulaire accidentelle causée par des facteurs externes ou des dommages cellulaires importants, entraînant une désintégration cellulaire et une inflammation. | | Caspases | Famille de protéases à cystéine impliquées dans la cascade de signalisation de l'apoptose, caractérisées par leur capacité à cliver des protéines au niveau d'acides aspartiques spécifiques. | | Procaspases | Précurseurs inactifs des caspases, qui doivent être activés par clivage pour devenir fonctionnels et initier ou exécuter le processus apoptotique. | | Voie extrinsèque de l'apoptose | Voie d'activation de l'apoptose initiée par la liaison de ligands de mort à des récepteurs de mort spécifiques à la surface cellulaire, conduisant à l'assemblage du DISC (Death-Inducing Signaling Complex). | | Voie intrinsèque de l'apoptose | Voie d'activation de l'apoptose initiée par des signaux de stress intracellulaires, tels que les dommages à l'ADN ou le stress oxydatif, qui entraînent la libération de cytochrome c des mitochondries. | | Cytochrome c | Protéine de la chaîne de transport d'électrons mitochondriale normalement localisée dans l'espace intermembranaire. Sa libération dans le cytosol est un événement clé de la voie intrinsèque de l'apoptose. | | Apoptosome | Complexe protéique formé dans le cytosol, comprenant le cytochrome c, Apaf-1 et des procaspases 9, qui active les caspases 9 et initie la cascade d'exécution de l'apoptose. | | Protéines de la famille Bcl-2 | Famille de protéines régulant la perméabilité de la membrane mitochondriale et contrôlant la libération du cytochrome c. Elles peuvent être anti-apoptotiques (ex: Bcl-2) ou pro-apoptotiques (ex: Bax, Bak). | | Necroptose | Forme de mort cellulaire programmée qui ressemble à la nécrose mais est déclenchée par des voies moléculaires spécifiques, souvent impliquant le TNF (Tumor Necrosis Factor). | | Anoïkis | Forme d'apoptose déclenchée par la perte de contact d'une cellule épithéliale avec la matrice extracellulaire, signalant un environnement non propice à la survie ou à la prolifération. |

# Concept et comparaison de l'apoptose et de la nécrose Voici un résumé du concept et de la comparaison de l'apoptose et de la nécrose, élaboré pour être un outil d'étude complet et prêt pour les examens. ## 1. Concept et comparaison de l'apoptose et de la nécrose Ce sujet traite de l'apoptose en tant que mort cellulaire programmée et la compare à la nécrose, une mort cellulaire accidentelle, en explorant leurs rôles et caractéristiques. ### 1.1 Définition et origine de l'apoptose L'apoptose, dérivé du grec ancien signifiant « chute des feuilles », est une forme de mort cellulaire programmée où un programme interne de suicide est activé au sein de la cellule. Ce processus est essentiel pour les organismes pluricellulaires, permettant de réguler le nombre de cellules, d'éliminer les cellules inutiles, ou encore de se débarrasser des cellules anormales et dangereuses, telles que celles infectées ou dont l'ADN est muté [1](#page=1) [3](#page=3). ### 1.2 Apoptose versus nécrose La nécrose se distingue de l'apoptose par son caractère accidentel et non programmé. Elle résulte de facteurs externes ou de dommages cellulaires importants, entraînant une désintégration cellulaire et une inflammation. L'apoptose est un processus actif et régulé, tandis que la nécrose est une mort cellulaire passive due à une lésion. Bien que les pages 9, 10 et 11 du document abordent cette comparaison, le contenu spécifique n'est pas entièrement accessible pour une description exhaustive des différences morphologiques et mécanistiques au-delà des principes généraux [1](#page=1) [3](#page=3) [5](#page=5). > **Tip:** Il est crucial de comprendre que l'apoptose est un processus actif nécessitant de l'énergie et impliquant des cascades de signalisation et des programmes génétiques, contrairement à la nécrose qui est une réponse passive à une agression [5](#page=5). ### 1.3 Rôles physiologiques de l'apoptose L'apoptose joue plusieurs rôles fondamentaux tout au long de la vie d'un organisme : #### 1.3.1 Développement des organismes L'apoptose est fondamentale pour le développement embryonnaire et post-natal. * **Exemple 1:** Chez le nématode *Caenorhabditis elegans*, sur 1090 cellules issues de la cellule œuf, 131 meurent par apoptose durant son développement [4](#page=4). * **Exemple 2:** La formation des doigts chez la souris implique l'apoptose des cellules situées entre les ébauches digitales, transformant des pattes initialement en pelle en doigts distincts. Ce processus est également observé pour la formation de cavités dans les organes, comme la cavité pré-amniotique [4](#page=4). * **Exemple 3:** Dans le système immunitaire, les lymphocytes T reconnaissant les antigènes du soi sont éliminés par apoptose dans le thymus pour prévenir les réactions auto-immunes [4](#page=4). #### 1.3.2 Homéostasie tissulaire chez l'adulte Chez l'adulte, l'apoptose maintient l'équilibre entre la prolifération cellulaire et la mort cellulaire, assurant ainsi la taille et la fonction des tissus. * **Exemple:** Si une partie du foie est retirée chez un rat adulte, la prolifération des hépatocytes augmente. Inversement, après l'administration de phénobarbital, la division cellulaire est stimulée et le foie augmente de volume. À l'arrêt du traitement, l'apoptose s'intensifie pour ramener le foie à sa taille normale en environ une semaine [4](#page=4). #### 1.3.3 Défense contre des agents pathogènes L'apoptose contribue à la défense de l'organisme contre les infections et les agents pathogènes [4](#page=4). ### 1.4 Mécanismes et caractères biochimiques de l'apoptose L'apoptose est un processus actif qui nécessite l'intervention de la cellule elle-même, orchestré par des événements intracellulaires sous contrôle génétique [4](#page=4). #### 1.4.1 Événements intracellulaires Ces événements incluent le gonflement des mitochondries, une augmentation marquée du calcium cytosolique, et la libération de molécules mitochondriales telles que le cytochrome C et les caspases dans le cytosol [5](#page=5). #### 1.4.2 Morphologie des cellules apoptotiques Les cellules subissant l'apoptose présentent des caractéristiques morphologiques distinctes : * **Condensation de la chromatine:** L'utilisation de colorants comme le Hoechst ou le DAPI révèle que la chromatine, initialement homogène, devient condensée et fragmentée [5](#page=5). * **"Blebbing":** La membrane cellulaire forme des excroissances ou "bulles" [5](#page=5). * **Externalisation de la phosphatidylsérine (PS):** La phosphatidylsérine, normalement confinée à la face interne de la membrane plasmique, est transloquée à la surface externe de la cellule. Ce phénomène agit comme un signal "mangez-moi" pour les phagocytes. L'annexine peut se lier à la PS exposée à la surface membranaire [5](#page=5). ##### 1.4.2.1 Mécanismes intracellulaires de l'externalisation de la PS Après une stimulation, le calcium (Ca²⁺) est libéré des réservoirs intracellulaires. La déplétion de ces réservoirs active des canaux calciques dans la membrane plasmique, conduisant à un afflux de Ca²⁺ dans le cytosol. Cet influx de calcium joue un rôle clé dans la régulation de l'externalisation de la phosphatidylsérine [5](#page=5). #### 1.4.3 Clairance des cellules apoptotiques Les cellules apoptotiques émettent des signaux spécifiques qui facilitent leur élimination par les phagocytes. En plus du signal "mangez-moi" de la PS, un signal de "recrutement" impliquant la lysophosphatidylcholine (LPC) et l'annexine 1 (Anx1) est également présent [5](#page=5). > **Tip:** La compréhension des signaux d'externalisation de la phosphatidylsérine est cruciale pour l'identification des cellules apoptotiques et leur reconnaissance par les phagocytes [5](#page=5). ### 1.5 Les trois phases de l'apoptose Le processus de l'apoptose se déroule typiquement en trois phases distinctes [5](#page=5). > **Tip:** Il est essentiel de se rappeler que l'apoptose est un processus actif et énergivore, impliquant des cascades de signalisation et l'activation de programmes génétiques, contrairement à la nécrose qui est une réponse passive à une lésion [5](#page=5). ### 1.6 Caractéristiques morphologiques de l'apoptose versus nécrose La morphologie d'une cellule apoptotique (condensation, fragmentation, blebbing, externalisation de la PS) est radicalement différente de celle d'une cellule nécrotique (gonflement, lyse). La capacité à distinguer ces deux modes de mort cellulaire est importante pour le diagnostic de diverses pathologies [10](#page=10). ### 1.7 Voies d'exécution et régulation de l'apoptose L'apoptose est déclenchée par des voies intrinsèques et extrinsèques impliquant des caspases initiatrices et effectrices [1](#page=1). * Des signaux comme le Fas ligand (FasL) ou le TNF activent, via des caspases initiatrices, les caspases effectrices telles que la caspase-3, conduisant à la mort cellulaire [10](#page=10). * La balance entre les protéines pro-apoptotiques (ex: Bax) et anti-apoptotiques (ex: Bcl-2) est déterminante [10](#page=10). * Des facteurs tels que le cytochrome C libéré par la mitochondrie activent l'Apaf-1, qui à son tour active la caspase-9, initiatrice de la voie intrinsèque [10](#page=10). * Des voies de survie impliquant le NF-κB et le cIAP2 peuvent contrecarrer les signaux apoptotiques [10](#page=10). > **Tip:** Les cellules cancéreuses développent souvent des mécanismes pour échapper à l'apoptose, ce qui en fait une cible thérapeutique majeure dans le traitement du cancer [10](#page=10). * **Exemple:** Des mutations dans le gène p53, un suppresseur de tumeur essentiel qui peut induire l'apoptose en réponse à des dommages à l'ADN, sont trouvées dans une proportion significative de cancers humains [10](#page=10). La compréhension de ces voies permet d'identifier des cibles pour le développement de thérapies anticancéreuses visant à réactiver l'apoptose dans les cellules tumorales [10](#page=10). ### 1.8 Conclusion sur l'apoptose L'apoptose est un processus fondamental pour le développement et le maintien de l'homéostasie tissulaire. Son déroulement précis, incluant la condensation de la chromatine et la formation de corps apoptotiques, assure une élimination propre des cellules sans déclencher de réponse inflammatoire [10](#page=10). > **Tip:** La morphologie d'une cellule apoptotique (condensation, fragmentation) est très différente de celle d'une cellule nécrotique (gonflement, lyse). Savoir les distinguer est important pour le diagnostic des pathologies [10](#page=10). --- # Mécanismes moléculaires de l'apoptose L'apoptose est un processus actif et finement régulé de mort cellulaire programmée, essentiel à l'homéostasie tissulaire et au développement, qui implique des cascades enzymatiques et des interactions protéiques spécifiques [6](#page=6). ### 2.1 Les caspases, protéases de l'apoptose L'exécution de l'apoptose repose sur une famille de protéases appelées caspases (cysteine aspartic acid-specific proteases). Ces enzymes sont caractérisées par une cystéine dans leur site actif et clivent des protéines substrats au niveau d'acides aspartiques spécifiques. Les cellules possèdent des précurseurs inactifs des caspases, appelés procaspases, dont l'activation est strictement contrôlée. On distingue deux grandes familles: les caspases initiatrices, qui déclenchent la cascade (ex: caspases 8), et les caspases effectrices, qui exécutent la destruction cellulaire (ex: caspases 3). Les procaspases sont exprimées sous forme de zymogènes inactifs de 30 à 50 kDa [6](#page=6). ### 2.2 Les voies d'activation de l'apoptose L'activation de l'apoptose peut emprunter deux voies principales, permettant une réponse coordonnée aux différents stimuli [6](#page=6). #### 2.2.1 La voie extrinsèque (voie des récepteurs de mort) Cette voie est initiée par la liaison d'un ligand de mort extracellulaire à un récepteur de mort spécifique situé à la surface de la cellule cible. Un exemple est le récepteur Fas (Fas-R) et son ligand Fas-L, où la liaison de Fas-L à Fas-R sur les cellules cibles entraîne leur mort par apoptose [6](#page=6). Les étapes clés de la transmission du signal via les récepteurs de mort sont : 1. **Liaison du ligand:** Fas-L se fixe à la partie extracellulaire de Fas-R [6](#page=6). 2. **Trimérisation du récepteur:** La liaison induit la trimérisation de Fas-R, provoquant un changement conformationnel de ses domaines DD (Death Domain) dans le cytosol [6](#page=6). 3. **Formation du complexe DISC:** Un complexe sous-membranaire, le DISC (Death Inducing Signaling Complex), se forme. Il associe Fas-R, la protéine adaptatrice FADD (Fas-Associated Death Domain) et les procaspases 8. La procaspase 8, une caspasase initiatrice, possède un prodomaine DED (Death Effector Domain) permettant son interaction avec FADD [6](#page=6). #### 2.2.2 La voie intrinsèque (voie mitochondriale) Cette voie est déclenchée par des signaux intracellulaires tels que les dommages à l'ADN, la déplétion en facteurs de croissance, ou le stress oxydatif, aboutissant à une altération de la perméabilité membranaire mitochondriale [7](#page=7). Le déroulement de la voie mitochondriale comprend : 1. **Libération de cytochrome c:** Des stimuli apoptotiques provoquent une modification de la perméabilité de la membrane mitochondriale, entraînant le relargage de protéines, dont le cytochrome c, dans le cytosol. Le cytochrome c est normalement un transporteur d'électrons de la chaîne respiratoire, localisé dans l'espace intermembranaire mitochondrial [7](#page=7). 2. **Recrutement d'Apaf-1:** Le cytochrome c cytosolique interagit avec la protéine Apaf-1 (Apoptotic protease activating factor-1) via son domaine WD40 [7](#page=7). 3. **Formation de l'apoptosome:** Ce complexe protéique cytosolique, l'apoptosome, comprend le cytochrome c, Apaf-1 et des procaspases 9. La procaspase 9, une caspasase initiatrice, possède un prodomaine CARD (Caspase Recruitment Domain) qui interagit avec le domaine CARD d'Apaf-1, permettant le recrutement des procaspases 9 au complexe. La formation de l'apoptosome implique généralement 7 molécules d'Apaf-1 et plusieurs procaspases 9 [7](#page=7). 4. **Activation des procaspases 9:** Au sein de l'apoptosome, les procaspases 9 subissent une protéolyse mutuelle, conduisant à leur activation en caspases 9 actives [7](#page=7). 5. **Activation des caspases effectrices:** Les caspases 9 activées activent les caspases effectrices, telles que la procaspase 3 (qui ne possède pas de prodomaine), initiant la cascade de dégradation protéique menant à la mort cellulaire [7](#page=7). ### 2.3 Régulation de la voie mitochondriale La voie mitochondriale de l'apoptose est finement régulée par des protéines modulant la perméabilité de la membrane mitochondriale et la libération de cytochrome c [7](#page=7). #### 2.3.1 Les protéines de la famille Bcl-2 Cette famille de protéines joue un rôle central dans la régulation de la voie intrinsèque [7](#page=7). * **Protéines anti-apoptotiques:** Bcl-2 et Bcl-XL protègent la cellule en bloquant la libération de cytochrome c par la mitochondrie [8](#page=8). * **Protéines pro-apoptotiques:** Bad, Bax, Bak et Bid favorisent l'apoptose par différents mécanismes [8](#page=8). * Bad se lie aux protéines anti-apoptotiques (comme Bcl-2) et les inactive [8](#page=8). * Bax et Bak sont des effecteurs qui stimulent directement la perméabilisation de la membrane mitochondriale et la libération de cytochrome c [8](#page=8). * Bid est une protéine intermédiaire qui, une fois clivée (tBid), active Bax et Bak [8](#page=8). #### 2.3.2 Déclenchement de la voie mitochondriale La voie mitochondriale peut être activée de deux manières principales [8](#page=8): 1. **Via la voie des récepteurs de mort:** L'activation des caspases 8 dans la voie extrinsèque conduit au clivage et à l'activation de Bid en tBid. tBid active ensuite Bax et Bak, entraînant la libération de cytochrome c [8](#page=8). 2. **Via les dommages à l'ADN:** Lorsque l'ADN est endommagé, la protéine régulatrice p53 s'accumule et stimule la transcription de gènes codant pour des protéines pro-apoptotiques telles que Bid, Bax et Bak. Cela conduit également à la libération de cytochrome c par les mitochondries [8](#page=8). Dans les deux cas, la libération de cytochrome c par les mitochondries déclenche la formation de l'apoptosome et l'exécution de l'apoptose [8](#page=8). --- # Voies de mort cellulaire alternatives et pathologies associées à l'apoptose Cette section examine les modes de mort cellulaire moins conventionnels, tels que la nécroptose et l'anoïkis, ainsi que les maladies découlant de dysfonctionnements de l'apoptose. ### 3.1 La nécroptose : une mort cellulaire programmée de type nécrotique La nécroptose est un processus de mort cellulaire récemment découvert qui mène à la mort par nécrose, mais via des mécanismes moléculaires étroitement liés à ceux de l'apoptose. Elle est donc qualifiée de « nécrose programmée » [8](#page=8). #### 3.1.1 Distinction avec la nécrose classique Le terme « nécrose programmée » a été introduit pour différencier la mort cellulaire induite par des facteurs tels que le TNF (Tumor Necrosis Factor) de celle résultant d'un traumatisme non spécifique, comme une blessure. La nécroptose se distingue par l'existence de circuits moléculaires dédiés, en faisant un processus actif plutôt que passif [8](#page=8). ### 3.2 L'anoïkis : mort cellulaire due à la perte de contact avec la matrice extracellulaire L'anoïkis est une forme de mort cellulaire déclenchée lorsque des cellules épithéliales perdent leur contact avec la matrice extracellulaire (MEC). Cette perte de contact entraîne une diminution de l'engagement des intégrines, qui sont des récepteurs de la MEC [9](#page=9). #### 3.2.1 Mécanismes et protection La signalisation initiée par les intégrines, impliquant des protéines comme la vinculine, la taline, l'actine et l'α-actinine, est cruciale pour la survie cellulaire. Les fibroblastes normaux ne sont généralement pas sensibles à l'anoïkis. Cependant, les cellules épithéliales peuvent être protégées de l'anoïkis dans certaines conditions, notamment par la surexpression de la protéine anti-apoptotique BCL-2 ou par l'expression d'oncogènes [9](#page=9). #### 3.2.2 Rôle physiologique L'anoïkis joue un rôle important dans la protection contre la prolifération ectopique de cellules, prévenant ainsi les altérations de l'architecture tissulaire [9](#page=9). ### 3.3 L'apoptose et les pathologies associées Le dérèglement du processus apoptotique est à l'origine de nombreuses pathologies [9](#page=9). #### 3.3.1 Maladies neurodégénératives Un manque d'apoptose peut entraîner une accumulation de cellules potentiellement nocives, tandis qu'une apoptose excessive peut conduire à la perte de neurones essentiels [9](#page=9). #### 3.3.2 Maladies auto-immunes Les maladies auto-immunes peuvent résulter d'un défaut dans l'élimination des lymphocytes autoréactifs par apoptose, conduisant à une attaque du propre organisme par le système immunitaire [9](#page=9). #### 3.3.3 Cancer Le cancer est fortement lié à un dérèglement de l'apoptose [9](#page=9). ##### 3.3.3.1 Mutations dans les tumeurs humaines L'analyse moléculaire des mutations somatiques dans les tumeurs a révélé que de nombreux gènes impliqués dans les voies de signalisation et d'exécution de l'apoptose sont fréquemment altérés dans les cellules cancéreuses. Ces altérations peuvent conférer aux cellules tumorales une résistance à la mort cellulaire programmée, favorisant ainsi leur croissance incontrôlée et leur survie [9](#page=9). > **Tip:** Les cellules cancéreuses développent souvent des mécanismes pour échapper à l'apoptose, ce qui est une cible thérapeutique majeure dans le traitement du cancer [10](#page=10). > **Example:** Des mutations dans le gène p53, un suppresseur de tumeur essentiel qui peut induire l'apoptose en réponse à des dommages à l'ADN, sont trouvées dans une proportion significative de cancers humains [10](#page=10). ##### 3.3.3.2 Voies d'exécution et régulation Des signaux tels que le Fas ligand (FasL) ou les TNF peuvent activer, via des caspases initiatrices, les caspases effectrices comme la caspase-3, menant à la mort cellulaire. La balance entre les protéines pro-apoptotiques (comme Bax) et anti-apoptotiques (comme Bcl-2) est également cruciale. Des facteurs comme le cytochrome C libéré par la mitochondrie activent l'Apaf-1, qui à son tour active la caspase-9, initiatrice de la voie intrinsèque. Des voies de survie impliquant le NF-κB et le cIAP2 peuvent contrecarrer ces signaux apoptotiques. La compréhension de ces voies permet d'identifier des cibles pour le développement de thérapies anticancéreuses visant à réactiver l'apoptose dans les cellules tumorales [10](#page=10). ### 3.4 Conclusion sur l'apoptose L'apoptose, ou mort cellulaire programmée, est un processus fondamental pour le développement et le maintien de l'homéostasie tissulaire. Son déroulement précis, incluant les phases de condensation de la chromatine et la formation de corps apoptotiques, assure une élimination propre des cellules sans déclencher de réponse inflammatoire [10](#page=10). > **Tip:** La morphologie d'une cellule apoptotique (condensation, fragmentation) est très différente de celle d'une cellule nécrotique (gonflement, lyse). Savoir les distinguer est important pour le diagnostic des pathologies [10](#page=10). --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Apoptose | Forme de mort cellulaire programmée, également appelée suicide cellulaire, au cours de laquelle un programme interne est activé pour éliminer la cellule de manière contrôlée et ordonnée. | | Nécrose | Mort cellulaire accidentelle causée par des facteurs externes ou des dommages cellulaires importants, entraînant une désintégration cellulaire et une inflammation. | | Caspases | Famille de protéases à cystéine impliquées dans la cascade de signalisation de l'apoptose, caractérisées par leur capacité à cliver des protéines au niveau d'acides aspartiques spécifiques. | | Procaspases | Précurseurs inactifs des caspases, qui doivent être activés par clivage pour devenir fonctionnels et initier ou exécuter le processus apoptotique. | | Voie extrinsèque de l'apoptose | Voie d'activation de l'apoptose initiée par la liaison de ligands de mort à des récepteurs de mort spécifiques à la surface cellulaire, conduisant à l'assemblage du DISC (Death-Inducing Signaling Complex). | | Voie intrinsèque de l'apoptose | Voie d'activation de l'apoptose initiée par des signaux de stress intracellulaires, tels que les dommages à l'ADN ou le stress oxydatif, qui entraînent la libération de cytochrome c des mitochondries. | | Cytochrome c | Protéine de la chaîne de transport d'électrons mitochondriale normalement localisée dans l'espace intermembranaire. Sa libération dans le cytosol est un événement clé de la voie intrinsèque de l'apoptose. | | Apoptosome | Complexe protéique formé dans le cytosol, comprenant le cytochrome c, Apaf-1 et des procaspases 9, qui active les caspases 9 et initie la cascade d'exécution de l'apoptose. | | Protéines de la famille Bcl-2 | Famille de protéines régulant la perméabilité de la membrane mitochondriale et contrôlant la libération du cytochrome c. Elles peuvent être anti-apoptotiques (ex: Bcl-2) ou pro-apoptotiques (ex: Bax, Bak). | | Necroptose | Forme de mort cellulaire programmée qui ressemble à la nécrose mais est déclenchée par des voies moléculaires spécifiques, souvent impliquant le TNF (Tumor Necrosis Factor). | | Anoïkis | Forme d'apoptose déclenchée par la perte de contact d'une cellule épithéliale avec la matrice extracellulaire, signalant un environnement non propice à la survie ou à la prolifération. | | Phosphatidylsérine (PS) | Lipide normalement situé sur la face interne de la membrane plasmique, dont l'externalisation à la surface externe de la cellule est un signal reconnu par les phagocytes lors de l'apoptose. | | p53 | Protéine régulatrice (suppresseur de tumeur) qui s'accumule en réponse à des dommages à l'ADN et peut induire l'apoptose en stimulant la transcription de gènes pro-apoptotiques. |

# Ontwikkeling van B-cellen De ontwikkeling van B-cellen is een complex proces dat start bij hematopoëtische stamcellen in het beenmerg en leidt tot de vorming van functionele plasmacellen en geheugen B-cellen, door middel van genherschikking, selectie en differentiatie. ### 1.1 Fasen in de B-celontwikkeling De ontwikkeling van B-cellen kan worden onderverdeeld in zes functioneel onderscheiden fasen: * **Fase 1: Samenstellen van het repertoire (beenmerg):** Hematopoëtische stamcellen differentiëren tot B-celprecursoren. Tijdens deze fase vinden herschikkingen van de immunoglobuline (Ig) genen plaats, te beginnen met de zware keten (V(D)J-herschikking) en vervolgens de lichte keten. Deze genherschikkingen zijn antigeen-onafhankelijk en cruciaal voor het creëren van een divers repertoire aan B-celreceptoren (BCR). * **Fase 2: Negatieve selectie (beenmerg):** Immature B-cellen die autoreactieve receptoren hebben ontwikkeld (die zelf-antigenen herkennen), worden geëlimineerd. Dit gebeurt via apoptose (klonale deletie) voor multivalente zelf-antigenen, of via anergie (verlies van functionaliteit) voor monovalente zelf-antigenen. * **Fase 3/4: Positieve selectie en recirculatie (periferie):** Na succesvolle negatieve selectie migreren B-cellen naar de perifere lymfoïde organen. Hier ondergaan ze positieve selectie door interactie met folliculaire dendritische cellen (FDC), wat leidt tot differentiatie tot mature, naïeve B-cellen die zowel IgM als IgD op hun oppervlak tot expressie brengen. Deze cellen recirculeren vervolgens om antigeen te zoeken. * **Fase 5: Ontmoeten van het antigeen (secundaire lymfoïde organen):** Wanneer een naïeve B-cel specifiek antigeen ontmoet, wordt deze geactiveerd. Dit leidt tot differentiatie, proliferatie, en de vorming van een kiemcentrum. Tijdens deze fase vinden isotype switch (verandering van de constante regio van de zware keten) en affiniteitsmaturatie (verbetering van de bindingsaffiniteit van de BCR) plaats. * **Fase 6: Immuniteit (plasmacellen en geheugen B-cellen):** Geactiveerde B-cellen differentiëren tot plasmacellen, die grote hoeveelheden antistoffen produceren, of tot langdurige geheugen B-cellen. Deze laatste staan garant voor een snellere en sterkere respons bij een herinfectie. #### 1.1.1 Geneherschikking van immunoglobulinen De herschikking van Ig genen is een essentieel proces voor de vorming van een functionele BCR. * **Vroege B-celstadia:** * **Hematopoëtische stamcel (CD34$^+$):** Multipotent, kan differentiëren tot diverse celtypen. * **B-cel precursor:** Begin van differentiatie naar de B-cel lijn. * **Pro-B cel:** Herschikking van de zware keten genen begint (eerst D/J, daarna V/DJ). De cel is 'committed' tot de B-cel lijn. Hoewel er DNA-herschikkingen plaatsvinden, is er nog geen µ-keten op eiwitniveau. * **Pre-B cel:** De zware keten is succesvol herschikt. De µ-keten kan in het cytoplasma worden gedetecteerd. Hierna volgt de herschikking van de lichte keten genen. * **Productieve versus niet-productieve herschikkingen:** * Herschikkingen moeten het leesraam (codon van 3 nucleotiden) respecteren om productief te zijn. Ongeveer tweederde van de herschikkingen zijn niet-productief en leiden tot apoptose. * Een productieve herschikking van de zware keten stopt verdere herschikking van de zware keten op het andere allel (allelische exclusie) en induceert proliferatie. * De lichte keten heeft vier kansen voor productieve herschikking (twee voor $\kappa$ en twee voor $\lambda$). Succesvolle herschikking leidt tot expressie van de lichte keten en de vorming van de immature B-cel met een functionele BCR. * **Essentiële moleculen voor genherschikking:** * **RAG1 en RAG2 (Recombinase Activating Genes):** Enzymen die essentieel zijn voor de V(D)J-recombinatie, ook nodig voor T-cel receptor (TCR) genherschikking. Hun expressie wordt geïnhibeerd door (pre-)BCR signalering. * **TdT (Terminal deoxynucleotidyl transferase):** Voegt N-nucleotiden toe tijdens de junctionele diversiteit, wat bijdraagt aan de diversiteit van de BCR en TCR. * **Pax-5:** Een transcriptiefactor die essentieel is voor Ig-herschikkingen en de expressie van B-cel specifieke eiwitten. Pax-5 zorgt ervoor dat de cel een B-cel blijft. * **l5 en VpreB:** Componenten van de surrogaat lichte keten, noodzakelijk voor de pre-BCR expressie. * **Ig$\alpha$ en Ig$\beta$ (CD79a en CD79b):** Noodzakelijk voor de expressie en signalering van zowel de pre-BCR als de BCR. #### 1.1.2 De pre-B celreceptor De pre-BCR is een intermediair complex dat een cruciale rol speelt in de B-celontwikkeling: * **Samenstelling:** Bestaat uit een succesvol herschikte zware keten in combinatie met een surrogaat lichte keten (bestaande uit l5 en VpreB eiwitten). * **Functie:** * Induceert een overlevingssignaal, waardoor pro-B-cellen met niet-productieve zware ketenherschikkingen apoptose ondergaan. * Stopt verdere herschikking van de zware keten (allelische exclusie), wat resulteert in cellen die slechts één type zware keten tot expressie brengen. * Induceert proliferatie van pre-B-cellen, wat leidt tot de vorming van een populatie van ongeveer 100 cellen die allemaal dezelfde zware keten tot expressie brengen. * **Vergelijking met T-cellen:** Een vergelijkbaar mechanisme bestaat bij T-cellen met de pre-TCR. #### 1.1.3 Celmembraanmarkers tijdens B-celontwikkeling Verschillende celmembraanmoleculen worden tot expressie gebracht tijdens de B-cel differentiatie, wat helpt bij het identificeren van de verschillende stadia: * **CD19:** Wordt gedurende het hele leven van B-cellen tot expressie gebracht, inclusief pro-B en pre-B cellen. * **CD20:** Wordt tot expressie gebracht op B-cellen in de periferie. Antistoffen gericht tegen CD20 worden gebruikt voor de behandeling van B-cel leukemie. #### 1.1.4 Fase 2: Negatieve selectie in het beenmerg Dit is een kritieke stap om auto-immuniteit te voorkomen. * **Mechanismen:** * **Klonale deletie (apoptose):** B-cellen die receptoren hebben die multivalent zelf-antigeen (bv. zelf MHC) herkennen, worden geëlimineerd. * **Anergie:** B-cellen die receptoren hebben die oplosbaar zelf-antigeen herkennen, worden anergisch. Dit betekent dat ze functioneel worden onderdrukt en snel afsterven in de periferie. * **Tolerantie:** Centrale tolerantie (in het beenmerg) is gebaseerd op apoptose en anergie. Perifere tolerantie is nodig voor antigenen die niet in het beenmerg aanwezig zijn. B-cellen zijn echter niet tolerant tegen intracellulaire stoffen (zoals DNA) of stoffen die in zeer lage concentraties voorkomen. #### 1.1.5 Fase 3/4: Positieve selectie en recirculatie Deze fasen vinden plaats in de perifere lymfoïde organen en leiden tot de vorming van mature, naïeve B-cellen. * **Circulatie:** Na differentiatie in het beenmerg recirculeren B-cellen tussen bloed en secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt). * **Rol van chemokines:** * Stromale cellen in lymfeknopen scheiden chemokines (CCL21) af. * Dendritische cellen scheiden chemokines (CCL19 en CCL21) af die binden aan CCR7 receptoren op naïeve B-cellen. * FDC's (folliculaire dendritische cellen) scheiden CXCL13 af, wat B-cellen naar primaire lymfoïde follikels leidt. Anergische B-cellen reageren niet op CXCL13. * **Rol van FDC's:** * FDC's spelen een cruciale rol in de overleving en differentiatie van B-cellen. Ze scheiden BAFF (B cell activating factor) af, wat immature B-cellen helpt uitrijpen tot mature B-cellen. * B-cellen produceren lymfotoxine (LT) dat de FDC's onderhoudt, wat zorgt voor homeostase van de B-celaantallen. * **Mature B-cellen:** Deze cellen hebben oppervlakte IgM en IgD. Ze hebben een langere levensduur (ongeveer 40 dagen) zolang ze in de primaire follikels blijven, tenzij ze antigeen ontmoeten. B-cellen die geen toegang krijgen tot de primaire follikels sterven na enkele dagen. #### 1.1.6 Fase 5: Antigeen-gedreven activatie en immuniteit Wanneer een B-cel antigeen ontmoet, begint een proces dat leidt tot antistofproductie en immuniteit. * **Activatie:** B-cellen ontmoeten antigeen in de secundaire lymfoïde organen, meestal in het T-celgebied waar ze in contact komen met geactiveerde CD4$^+$ helper T-cellen. * **Differentiatie in kiemcentra:** * Na activatie migreren B-cellen naar de primaire follikel, die transformeert tot een secundair lymfoïde follikel met een kiemcentrum. * **Centroblasts:** Prolifererende cellen in het kiemcentrum. * **Centrocyten:** Niet-prolifererende cellen die isotype switches en hypermutaties hebben ondergaan. Selectie vindt plaats voor B-cellen met een hoog-affiene BCR. * Deze cellen differentiëren verder tot plasmacellen en geheugen B-cellen. * **Plasmacellen:** Secreteren hoge doses antistoffen gedurende lange tijd en migreren vaak naar het beenmerg. * **Geheugen B-cellen:** Cirkuleren in het lichaam en zorgen voor een snellere en effectievere respons bij herinfectie. #### 1.1.7 Populatie dynamiek van B-cellen * Slechts ongeveer 50% van de nieuw gevormde immature B-cellen in het beenmerg overleeft de ontwikkeling. De rest sterft door niet-productieve herschikkingen of negatieve selectie. * In de periferie overleeft slechts een klein deel van de mature B-cellen in de secundaire lymfoïde organen, afhankelijk van de beschikbaarheid van FDC-niches. #### 1.1.8 Rol van FDC's en Dendritische Cellen * **Folliculaire Dendritische Cellen (FDC's):** Ontstaan uit bindweefselcellen en zijn gespecialiseerd in het vangen van antigenen in de vorm van antigeen/antilichaam/complementcomplexen. Deze complexen blijven op het celoppervlak en kunnen door B-cellen worden herkend. FDC's zijn geen bloedcellen en fagocyteren niet. * **Dendritische Cellen (DC's):** Bloedcellen afkomstig van beenmerg stamcellen. Ze capteren antigenen in weefsels en migreren naar lymfeknopen om antigenen te presenteren aan T-cellen. --- # Ontwikkeling van T-cellen Het proces van T-celdifferentiatie in de thymus transformeert progenitorcellen tot een functioneel en divers repertoire aan naïeve T-cellen, waarbij zowel zelf-tolerantie als de capaciteit voor immuunrespons worden gegenereerd. ### 2.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire CD34+ hematopoëtische stamcellen migreren vanuit het beenmerg naar de thymus, een primair lymfoïd orgaan, voor T-celontwikkeling. Hier ondergaan deze progenitorcellen een proces dat wordt gestuurd door Notch-1 signalering, wat hen inzet voor T-cel differentiatie en migratie naar de cortex van de thymus. In de cortex komen ze in contact met Delta-ligand 4 (DL4), wat de differentiatie verder aanstuurt. De T-cel precursors worden "T-cel committed" en differentiëren verder, afhankelijk van de volgorde van genherschikking van de T-celreceptor (TCR) ketens. * **TCR-γδ-cellen:** Ontstaan wanneer de γ- en δ-ketens van de TCR productief herschikken voordat de β-keten dat doet. Deze cellen zijn doorgaans dubbel-negatief (DN) voor CD4 en CD8 en hebben een functionele TCR-γδ receptor. Expressie van de TCR-γδ remt verdere herschikking van de γ, δ en β ketens en leidt tot de vorming van mature, dubbel-negatieve TCR-γδ T-cellen. * **TCR-αβ-cellen:** Ontstaan wanneer de β-keten van de TCR als eerste productief herschikt wordt. Deze cellen worden vervolgens dubbel-positief (DP) voor CD4 en CD8. De β-keten wordt geassocieerd met een surrogaat lichte keten, genaamd pre-Tα, om de pre-TCR te vormen. De expressie van de pre-TCR stopt verdere herschikking van de β-keten (allelische exclusie), induceert celproliferatie en differentiatie naar het DP-fenotype. Vervolgens vindt herschikking van de α-keten plaats. Tijdens deze fase is expressie van RAG1 en RAG2 (en TdT voor junctionele diversiteit) essentieel voor de herschikking van de TCR-genen. De Notch1-signalering verhindert krachtig de ontwikkeling van B-cellen. IL-7 is cruciaal voor de ontwikkeling van zowel B- als T-cellen. > **Tip:** Het onderscheid tussen TCR-γδ en TCR-αβ lineage wordt bepaald door de volgorde van succesvolle TCR-genherschikkingen. ### 2.2 Fase 2: Positieve selectie Positieve selectie vindt plaats in de cortex van de thymus en is een essentiële stap voor de maturatie van TCR-αβ T-cellen. Thymocyten die het pre-TCR stadium hebben doorlopen en nu TCR-αβ tot expressie brengen, worden geïdentificeerd als CD4/CD8 dubbel-positieve (DP) cellen. Tijdens positieve selectie worden deze DP-thymocyten gescreend op hun vermogen om zelf-MHC moleculen te herkennen. * **Mechanisme:** De DP-thymocyten interageren met zelf-peptiden gebonden aan zelf-MHC moleculen op thymus epitheelcellen. Een zwakke interactie (lage affiniteit) tussen de TCR en het MHC-peptidecomplex triggert positieve selectie. Dit signaal, een tonisch signaal, houdt de cel in leven en zet het proces voort. * **Differentiatie:** Afhankelijk van de interactie met MHC klasse I of MHC klasse II moleculen, ondergaan de DP-cellen een differentiatie naar respectievelijk CD8-positieve (cytotoxische T-cel precursor) of CD4-positieve (helper T-cel precursor) enkel-positieve (SP) cellen. Dit proces sluit definitief verdere herschikkingen van de TCR-α keten af. * **Mislukking:** DP-cellen die na 3-4 dagen geen voldoende interactie met zelf-MHC/peptide complexen hebben, ondergaan apoptose. Positieve selectie zorgt voor MHC-restrictie, wat betekent dat de TCR's van de T-cellen alleen effectief kunnen functioneren in de context van de eigen MHC-moleculen van het individu. Dit proces past het primaire T-celrepertoire aan de genetische achtergrond (MHC-locus) van het individu aan. > **Tip:** Positieve selectie is cruciaal voor de ontwikkeling van een functioneel T-celrepertoire dat in staat is om met het eigen MHC-systeem te interageren. ### 2.3 Fase 3: Negatieve selectie Negatieve selectie vindt plaats na positieve selectie en is bedoeld om autoreactieve T-cellen te elimineren. Dit proces kan plaatsvinden in de cortex, de corticomedullaire junctie en met name in de medulla van de thymus. * **Mechanisme:** Thymocyten, die nu enkel-positief zijn (CD4+ of CD8+), worden geconfronteerd met zelf-antigenen gepresenteerd door dendritische cellen (DC's) en epitheelcellen in de medulla. De expressie van een breed scala aan zelf-antigenen, inclusief weefselspecifieke eiwitten, wordt mogelijk gemaakt door het AIRE-eiwit (Autoimmune Regulator) in de medullaire epitheelcellen (mTEC's). * **Selectie:** Thymocyten met een hoge affiniteit voor zelf-MHC/peptide complexen ondergaan negatieve selectie en worden geëlimineerd via apoptose. Een te sterke binding van de TCR aan een zelf-antigeen leidt tot apoptose. * **Mislukking:** Thymocyten die niet negatief geselecteerd worden, hebben een lage affiniteit voor zelf-antigenen en verlaten de thymus als naïeve T-cellen. Negatieve selectie is robuuster dan bij B-cellen. Hoewel de meeste T-cellen die de thymus verlaten de selectieprocessen doorstaan, kan autoreactiviteit bij T-cellen ontstaan door bijvoorbeeld een verlaging van de activatiedrempel (bv. door checkpoint inhibitors). > **Tip:** AIRE-expressie in de thymus is essentieel voor de presentatie van een breed spectrum aan zelf-antigenen, waardoor autoreactieve T-cellen effectief geëlimineerd kunnen worden. ### 2.4 Fase 4-6: Recirculatie, ontmoeten van het antigeen, immuniteit Na succesvolle selectie in de thymus verlaten mature, naïeve T-cellen (CD4+ en CD8+) de medulla via het bloed. Deze cellen zijn nog niet geactiveerd en hebben een laag metabolisme, vergelijkbaar met stamcellen. * **Recirculatie:** Na diverse te hebben doorlopen, recirculeren naïeve T-cellen tussen het bloed en de secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt, MALT). Ze komen de lymfeknopen binnen via "high endothelial venules" (HEV's) en bevinden zich in de T-cel gebieden. * **Overleving:** Zonder antigeenherkenning worden naïeve T-cellen in leven gehouden door cytokines zoals IL-7 en de aanwezigheid van autoloog MHC op dendritische cellen. Dit homeostatische mechanisme zorgt ervoor dat het aantal T-cellen constant blijft en dat het repertoire intact blijft. T-cellen leven lang, zelfs zonder constante antigeenstimulatie. * **Activatie:** Wanneer een naïeve T-cel zijn specifieke antigeen tegenkomt op een dendritische cel in een secundair lymfoïd orgaan, wordt het geactiveerd. Dit leidt tot klonale expansie, proliferatie en differentiatie tot effector T-cellen (bv. CD4+ helper T-cellen differentiëren naar Th1, Th2, etc., en CD8+ T-cellen worden cytotoxisch). * **Geheugen:** Sommige geactiveerde T-cellen ontwikkelen zich tot langlevende geheugen T-cellen, die bij een volgende blootstelling aan hetzelfde antigeen sneller en krachtiger kunnen reageren. > **Tip:** Het overgrote deel van de T-cellen die de thymus verlaten, zal nooit zijn specifieke antigeen ontmoeten. Homeostatische mechanismen en recirculatie zorgen ervoor dat het immuunsysteem continu gescreend wordt. ### 2.5 Intermezzo: HLA polymorfisme Het Human Leukocyte Antigen (HLA) systeem, ook wel Major Histocompatibility Complex (MHC) genoemd, is extreem polymorf. Dit betekent dat er vele verschillende allelen bestaan voor de HLA-genen binnen de menselijke populatie. * **Functie:** HLA-moleculen presenteren peptiden aan T-cellen. De diversiteit van HLA-allelen zorgt ervoor dat een breed scala aan peptiden, afkomstig van zowel pathogenen als lichaamseigen eiwitten, gepresenteerd kan worden aan het T-cel repertoire. * **Voordeel van heterozygotie:** Heterozygotie voor HLA-genen (het bezitten van verschillende allelen van zowel de vader als de moeder) vergroot de kans om een breder spectrum aan peptiden te kunnen binden en presenteren. Dit biedt een evolutionair voordeel tegenover een breed scala aan pathogenen. * **Ziekteassociaties:** HLA-polymorfisme speelt een rol bij zowel infectieziekten als auto-immuunziekten. Een bepaald HLA-allel kan een individu gevoeliger maken voor een specifieke infectie, of juist beter beschermen. Bij auto-immuunziekten kan een efficiënte binding van gemodificeerde zelf-peptiden aan bepaalde HLA-moleculen de auto-immuniteit uitlokken. > **Tip:** Het extreme polymorfisme van het HLA-systeem is een krachtig wapen van het immuunsysteem tegen de constante evolutie van pathogenen. --- # Het HLA-polymorfisme Het humane leukocytenantigeen (HLA) polymorfisme is cruciaal voor de diversiteit van de immuunrespons en de preventie van auto-immuniteit en infectieziekten. ### 3.1 Belang van HLA-polymorfisme Het humane leukocytenantigeen (HLA) systeem is extreem polymorf, met duizenden allelen per gen. Dit is ongebruikelijk omdat genen doorgaans één optimaal functionerend allel hebben. Het uitzonderlijke polymorfisme van HLA-genen heeft een evolutionaire basis, aangezien de meest voorkomende HLA-allelen ouder zijn dan de menselijke soort. Dit wijst op een significant voordeel van genetische variatie in de immuunrespons. #### 3.1.1 Voordelen van heterozygotie Heterozygotie op het niveau van het humane leukocytenantigeen (HLA) biedt aanzienlijke voordelen voor de immuunrespons: * **Breder peptide-bindingsspectrum:** Elk individueel HLA-molecuul kan naar schatting ongeveer tienduizend verschillende peptiden binden. Door heterozygoot te zijn voor de verschillende HLA-genen (met elk hun eigen allelen), kan een individu een veel breder scala aan peptiden presenteren. Dit vergroot de kans dat antigene peptiden van pathogenen herkend worden door T-cellen. Stel dat een haplotype (combinatie van allelen van vader of moeder) een beperkte set peptiden kan presenteren, dan zal een combinatie van vaderlijke en moederlijke haplotypes de totale capaciteit om peptiden te presenteren aanzienlijk vergroten. * **Bescherming tegen pathogenen:** De genetische diversiteit binnen een populatie, gedreven door heterozygotie, zorgt ervoor dat er altijd individuen zullen zijn met HLA-allelen die effectief kunnen reageren op nieuwe of gemuteerde pathogenen. In een scenario waarin een nieuw virus een groot deel van de populatie fataal infecteert, zouden individuen met specifieke HLA-allelen beter beschermd kunnen zijn. Heterozygotie zorgt ervoor dat alle verschillende HLA-allelen in de populatie behouden blijven. * **Vertraging van ziekteprogressie:** Onderzoek heeft aangetoond dat mensen die homozygoot zijn voor HLA-loci sneller progressie naar AIDS vertonen na infectie met HIV-1, vergeleken met individuen die heterozygoot zijn voor deze loci. #### 3.1.2 Associatie met ziekten Het HLA-polymorfisme is sterk geassocieerd met verschillende ziekten, met name auto-immuunziekten. * **Auto-immuniteit:** Auto-immuunziekten worden vaak geassocieerd met specifieke HLA-allelen. Dit suggereert dat de auto-immuniteit in veel gevallen wordt uitgelokt door de presentatie van gemodificeerde zelf-peptiden die goed binden aan een bepaald HLA-molecuul bij individuen met dat specifieke allel. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de presentatie van een beperkt aantal zelf-peptiden die leiden tot auto-immuniteit. * **Interactie met T-cel repertoire:** Hoewel een breed scala aan HLA-moleculen wenselijk is voor pathogenenpresentatie, kan elk uniek HLA-molecuul leiden tot negatieve selectie van een deel van het T-cel repertoire. Schattingen suggereren dat ongeveer één procent van het T-cel repertoire wordt verwijderd door negatieve selectie voor elk aanwezig MHC-molecuul. Een evenwicht lijkt te zijn gevonden met een beperkt aantal MHC klasse I en klasse II moleculen (ongeveer 12 in totaal) om excessieve negatieve selectie te voorkomen. > **Tip:** Het polymorfisme van het HLA-systeem is een klassiek voorbeeld van "balancing selection" in de evolutie, waarbij heterozygotie voordelen biedt die nadelen van homozygotie overtreffen, met name in de context van pathogenen. ### 3.2 HLA en immuunrespons tegen pathogenen De functionaliteit van het immuunsysteem, met name de T-cel respons, is sterk afhankelijk van de interactie met HLA-moleculen. * **Peptide presentatie:** HLA-moleculen (MHC klasse I en klasse II) op de oppervlakte van cellen presenteren peptiden afkomstig van pathogenen of lichaamseigen eiwitten aan T-cellen. Deze presentatie is essentieel voor zowel de actieve immuunrespons tegen infecties als voor de tolerantie tegen lichaamseigen antigenen. * **MHC-restrictie:** T-cellen zijn MHC-geregistreerd, wat betekent dat ze alleen reageren op peptiden die gepresenteerd worden door HLA-moleculen van hetzelfde type (MHC klasse I voor CD8+ T-cellen, MHC klasse II voor CD4+ T-cellen). Dit principe is cruciaal tijdens de ontwikkeling van T-cellen in de thymus (positieve selectie). #### 3.2.1 Rol van HLA-polymorfisme bij infecties Het polymorfisme van HLA zorgt voor een "gebufferde" immuunrespons op populatieniveau. Als een pathogeen muteert of nieuwe varianten ontwikkelt, zullen er altijd individuen binnen de populatie zijn met HLA-allelen die de nieuwe varianten effectief kunnen presenteren en de immuunrespons kunnen initiëren. Zonder dit polymorfisme zou een populatie kwetsbaarder zijn voor nieuwe pathogenen. > **Voorbeeld:** Als een nieuw virus de wereld beïnvloedt, en individuen met een bepaald HLA-allel beter bestand zijn tegen dit virus, zullen deze individuen de infectie overleven en zich voortplanten. Dit zorgt ervoor dat het gen voor dat specifieke HLA-allel behouden blijft in de populatie. ### 3.3 HLA en auto-immuniteit De link tussen specifieke HLA-allelen en auto-immuunziekten is een belangrijk aspect van het HLA-polymorfisme. * **Onvolkomenheden in centrale tolerantie:** Hoewel de thymus een mechanisme heeft om de meeste autoreactieve T-cellen te elimineren (negatieve selectie), is dit proces niet 100% sluitend. De brede variëteit aan peptiden die door de verschillende HLA-moleculen gepresenteerd kunnen worden, draagt bij aan deze onvolkomenheid. * **Auto-antigeen presentatie:** Bepaalde gemodificeerde zelf-peptiden kunnen zeer efficiënt binden aan specifieke HLA-moleculen. Als deze peptiden vervolgens worden gepresenteerd aan T-cellen die niet adequaat zijn geselecteerd, kan dit leiden tot een immuunreactie tegen lichaamseigen weefsels. De focus op specifieke auto-antigenen bij bepaalde auto-immuunziekten, zoals insuline bij type 1 diabetes of gewrichtseiwitten bij reumatoïde artritis, benadrukt dit mechanisme. > **Tip:** Het vermogen om peptiden te presenteren is cruciaal voor zowel immuunreacties tegen pathogenen als voor het onderdrukken van auto-immuniteit. Het brede spectrum van peptiden dat door de vele HLA-allelen gebonden kan worden, is een dubbelzijdig zwaard: het beschermt tegen een breed scala aan pathogenen, maar kan ook leiden tot auto-reactiviteit indien de selectieprocessen falen. --- ## 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 | Centraal of primair lymfoïd orgaan waar B-cellen ontstaan uit stamcel/progenitorcellen door herschikking van Ig-genen, onafhankelijk van antigeen. | | Thymus | Centraal of primair lymfoïd orgaan waar T-cellen ontstaan uit stamcel/progenitorcellen door herschikking van TCR-genen en ondergaan van positieve en negatieve selectie. | | Autoreactiviteit | De reactie van het immuunsysteem tegen eigen lichaamseigen antigenen, wat kan leiden tot auto-immuunziekten. Dit wordt voorkomen door selectieprocessen in de primaire lymfoïde organen. | | Negatieve selectie | Een proces tijdens de ontwikkeling van lymfocyten (B- en T-cellen) waarbij cellen die autoreactief zijn (reageren op zelf-antigenen) worden geëlimineerd via apoptose of anergie om auto-immuniteit te voorkomen. | | Positieve selectie | Een proces tijdens de ontwikkeling van T-cellen in de thymus waarbij thymocyten die zelf-MHC moleculen kunnen herkennen (MHC-restrictie) worden geselecteerd om te overleven en te differentiëren. Dit proces bepaalt ook de CD4 of CD8 differentiatie. | | Ig genherschikking | Het proces waarbij genfragmenten voor de immuunglobuline (Ig) ketens (zwaar en licht) worden herschikt om een uniek antigeenreceptorgen te creëren voor elke B-cel. Dit is een sleutelmechanisme voor de diversiteit van antilichamen. | | TCR genherschikking | Het proces waarbij genfragmenten voor de T-celreceptor (TCR) ketens worden herschikt om een uniek antigeenreceptorgen te creëren voor elke T-cel. Dit is essentieel voor de antigeenspecificiteit van T-cellen. | | Pro-B cel | Een vroeg stadium in de ontwikkeling van B-cellen, waarin de herschikking van de zware keten van het immunoglobuline (Ig) gen aan de gang is. | | Pre-B cel | Een stadium in de ontwikkeling van B-cellen na succesvolle herschikking van de zware keten van het immunoglobuline (Ig) gen, waarbij de µ-keten in het cytoplasma aantoonbaar is. | | Immature B cel | Een B-cel die op zijn celmembraan Ig M tot expressie brengt en ondergaat negatieve selectie in het beenmerg om autoreactiviteit tegen zelf-antigenen te voorkomen. | | Mature, naïeve B cel | Een B-cel die beide Ig M en Ig D op zijn celmembraan tot expressie brengt. Deze cellen recirculeren in perifere lymfoïde organen en wachten op antigeenstimulatie. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een cruciaal mechanisme tijdens de lymfocytenontwikkeling om ongewenste cellen (bv. autoreactieve cellen of cellen met niet-productieve genherschikkingen) te elimineren. | | Anergie | Een staat van functionele inactiviteit van een lymfocyt, vaak veroorzaakt door binding aan een zelf-antigeen, wat leidt tot verlies van responsiviteit voor toekomstige antigeenstimulatie en een verkorte levensduur. | | Lymfoïde organen | Organen waar lymfocyten ontstaan, rijpen en/of hun functie uitoefenen. Primaire lymfoïde organen (beenmerg en thymus) zijn betrokken bij de productie en rijping, terwijl secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt, MALT) betrokken zijn bij de immuunrespons. | | Polypeptide | Een keten van aminozuren die door ribosomen wordt gesynthetiseerd op basis van genetische informatie. In de context van immunologie kunnen dit antigene peptiden zijn die door MHC-moleculen worden gepresenteerd. | | HLA-polymorfisme | De aanwezigheid van vele verschillende allelen (varianten) voor de genen die coderen voor humane leukocytenantigenen (HLA). Dit grote polymorfisme is cruciaal voor de diversiteit van de immuunrespons en de bescherming tegen diverse pathogenen. | | MHC-restrictie | Het fenomeen waarbij T-cellen alleen een antigeen kunnen herkennen wanneer het wordt gepresenteerd in combinatie met een specifiek Major Histocompatibility Complex (MHC) molecuul. Dit wordt bepaald tijdens de positieve selectie in de thymus. | | TCR | T-celreceptor, een membraangebonden receptor op T-cellen die een specifiek antigeen-MHC complex herkent. Er zijn twee hoofdtypen: TCR-ab en TCR-gd. | | Pre-TCR | Een vroeg stadium van de T-celreceptor die bestaat uit de herschikte T-celreceptor b-keten en een surrogaat a-keten (pT a). De pre-TCR speelt een rol bij celproliferatie en verdere ontwikkeling naar het dubbel-positieve stadium. | | Spectratyping | Een techniek die de poly- of oligoclonaliteit van T-cellen analyseert door de diversiteit van T-celreceptor (TCR) genherschikkingen te bestuderen, vaak gebruikt om het repertoire na transplantatie of bij immuundeficiënties te evalueren. | | Oligoklonaal | Verwijst naar een immuunrespons die wordt gegenereerd door een klein aantal klonen van T- of B-cellen. Dit kan wijzen op een verstoord of beperkt immuunrepertoire. | | Polyklonaal | Verwijst naar een immuunrespons die wordt gegenereerd door een groot aantal verschillende klonen van T- of B-cellen, wat duidt op een breed en divers immuunrepertoire. | | AIRE | Autoimmune Regulator, een transcriptiefactor die de expressie van een breed scala aan weefselspecifieke antigenen in thymusepitheelcellen (mTEC) induceert. Dit is cruciaal voor de negatieve selectie van autoreactieve T-cellen in de thymus. | | Naïeve T-cel | Een gematureerde T-cel die de thymus heeft verlaten maar nog geen antigeen heeft ontmoet en geactiveerd. Deze cellen recirculeren in secundaire lymfoïde organen en wachten op hun specifieke antigeen. | | Homeostatische expansie | Het proces waarbij T-cellen prolifereren in afwezigheid van specifieke antigeenstimulatie om het immuunrepertoire te behouden en de populatiegrootte te handhaven, vooral belangrijk bij een verminderde thymusproductie. | | Cytotoxische T-cellen | Een type CD8+ T-cel dat direct cytotoxische effecten uitoefent op geïnfecteerde of tumorcellen door het vrijkomen van toxische moleculen. Ze herkennen antigenen op MHC klasse I moleculen. | | Helper T-cellen (Th) | Een type CD4+ T-cel dat de immuunrespons reguleert door het afscheiden van cytokines. Verschillende subtypen (Th1, Th2, Th17, etc.) hebben specifieke functies in de immuunrespons. | | Folliculaire dendritische cellen (FDC) | Cellen die zich bevinden in de primaire en secundaire lymfoïde follikels. Ze spelen een rol bij het presenteren van antigenen aan B-cellen en het ondersteunen van hun overleving en rijping, maar zijn geen bloedcellen en presenteren geen MHC-moleculen. | | Dendritische cellen (DC) | Gespecialiseerde antigeenpresenterende cellen die antigenen capteren, migreren naar lymfoïde organen en deze presenteren aan T-cellen, waardoor ze een cruciale rol spelen in het initiëren van immuunresponsen. | | Notch-1 | Een transmembraanreceptor op T-cel precursors die een cruciale rol speelt bij de differentiatie van T-cellen door interactie met Delta-liganden op thymusepitheelcellen, en die inductie van TCR genherschikking bevordert. | | Surrogaat lichte keten | Een eiwit (bij B-cellen: l-5 en VpreB; bij T-cellen: pT a) dat tijdelijk de rol van een lichte keten van de receptor speelt tijdens de pre-receptor fase om een signaal voor proliferatie en stopzetting van verdere ketenherschikking te induceren. | | Allelische exclusie | Het mechanisme dat ervoor zorgt dat een lymfocyt (B- of T-cel) slechts één type zware en/of lichte keten van zijn receptor tot expressie brengt, door de herschikking op het andere allel te stoppen na een productieve herschikking. Dit garandeert een uniforme receptor specificiteit. | | Antigeen | Een molecuul, meestal een eiwit of polysaccharide, dat een immuunrespons kan opwekken, zoals de productie van antistoffen. | | Antigeen-onafhankelijke screening | De eerste fase van lymfocytenontwikkeling waarbij het repertoire van receptoren wordt samengesteld door genherschikkingen, onafhankelijk van de aanwezigheid van antigeen. | | Antigeen-afhankelijke screening | De tweede fase van lymfocytenontwikkeling waarbij cellen die autoreactieve receptoren hebben worden geëlimineerd, of waarbij cellen die pathogenen herkennen worden geselecteerd en geactiveerd na ontmoeting met antigeen. | | Kiemcentrum | Een structuur die ontstaat in secundaire lymfoïde organen na antigeenstimulatie van B-cellen. Hier vinden affiniteitsmaturatie en isotype switch plaats, leidend tot de vorming van plasmacellen en geheugen B-cellen. | | Affiniteitsmaturatie | Het proces dat plaatsvindt in kiemcentra waarbij de bindingsaffiniteit van B-celreceptoren (en dus antistoffen) voor het antigeen wordt verhoogd door somatische hypermutatie en selectie. | | Isotype switch | Een proces dat plaatsvindt in kiemcentra waarbij de constante regio van de zware keten van een immunoglobuline wordt veranderd, wat resulteert in de productie van verschillende klassen van antistoffen (IgG, IgA, IgE) met vergelijkbare antigenbindingseigenschappen. | | TCR-gd cellen | Een subpopulatie van T-cellen die een T-celreceptor (TCR) tot expressie brengt die is opgebouwd uit gamma- en delta-ketens. Deze cellen spelen een rol in de aangeboren immuniteit en kunnen zich ook in perifere weefsels bevinden. | | TCR-ab cellen | De meest voorkomende subpopulatie van T-cellen die een T-celreceptor (TCR) tot expressie brengt die is opgebouwd uit alfa- en bèta-ketens. Deze cellen zijn cruciaal voor de adaptieve immuniteit en ondergaan uitgebreide selectieprocessen in de thymus. | | RAG1 en RAG2 | Recombinase Activerende Genen 1 en 2, enzymen die essentieel zijn voor de V(D)J-recombinatie, het proces van genherschikking dat leidt tot de vorming van unieke antigenreceptoren op B- en T-cellen. | | TdT | Terminal Deoxynucleotidyl Transferase, een enzym dat N-nucleotiden in de juncties van herschikte immunoglobuline- en T-celreceptor-genen inbrengt. Dit draagt bij aan de diversiteit van de antigeenreceptoren. | | FDC | Folliculaire dendritische cel. Zie Folliculaire dendritische cellen. | | mTEC | Medullaire thymusepitheelcel. Cellen in de medulla van de thymus die, mede dankzij AIRE, een breed scala aan weefselspecifieke antigenen tot expressie brengen, wat essentieel is voor de negatieve selectie van autoreactieve T-cellen. | | Autoloog MHC | Het MHC-molecuul dat afkomstig is van hetzelfde individu. Naïeve T-cellen hebben autoloog MHC nodig op dendritische cellen om te overleven in de periferie. |

# T-cel activatie en differentiatie Hier volgt een gedetailleerde studiehandleiding over T-cel activatie en differentiatie. ## 1. T-cel activatie en differentiatie Het proces waarbij naïeve T-cellen worden geactiveerd door antigeenpresenterende cellen (APC's) en differentiëren tot verschillende effector T-cel subtypes, is cruciaal voor een effectieve immuunrespons. ### 1.1 Fase 5: ontmoeten van het antigeen (T-cellen) Naïeve T-cellen zijn volledig gevormd, circuleren door het lichaam en hebben nog geen antigeen ontmoet. De ontmoeting met een specifiek antigeen leidt tot proliferatie en differentiatie tot effector T-cellen. Geheugen T-cellen zijn, net als naïeve T-cellen, in een rusttoestand. #### 1.1.1 APC: antigeenpresenterende cellen Antigeenpresenterende cellen (APC's) spelen een centrale rol in de activatie van T-cellen. * **Dendritische cellen (DC's):** * Conventionele DC's (cDC's) worden in het beenmerg gevormd en verspreiden zich via het bloed. Ze zijn kortlevend en de belangrijkste APC's voor naïeve T-cellen. * Immatuur in de weefsels: DC's nemen antigenen op via fagocytose en macropinocytose. MHC-moleculen worden in fagolysosomen beladen met peptiden. * Activatie via Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs) en Damage-Associated Molecular Patterns (DAMPs) induceert maturatie en migratie via de lymfevaten naar de secundaire lymfoïde organen. * Matuur in lymfoïde weefsels: DC's presenteren het antigeen op hun MHC-moleculen (klasse I en II) in de T-cel regio van de lymfeklier. * DC's kunnen zowel aan CD4 als aan CD8 T-cellen presenteren. Opgenomen pathogenen worden via de klassieke weg op HLA klasse II gepresenteerd aan CD4 T-cellen. Via crosspresentatie kunnen DC's pathogenen ook via HLA klasse I presenteren aan CD8 T-cellen. * **Macrofaag:** * Monocyten migreren uit de bloedbaan en differentiëren tot macrofagen. * M2 macrofagen (weefselherstel) produceren IL-10 en TGF-β, geïnduceerd door IL-4 en IL-10. * M1 macrofagen (inflammatie) produceren IL-1, IL-6 en TNF, geïnduceerd door IFN-γ. Inflammatoire macrofagen zijn APC's met hoge HLA klasse I en II expressie. * Weefselmacrofagen (bijv. Kupffer-cellen, microglia) stammen af van foetale precursors en vernieuwen zichzelf lokaal. Ze zijn immuunsuppressief (IL-10). * Macrofaagagen nemen pathogenen op en presenteren ze ter plaatse, en ruimen apoptotische lymfocyten op in de cortex en medulla van lymfeklieren. * **B-lymfocyten:** B-cellen fungeren ook als APC, met name voor CD4 T-cellen, nadat ze een specifiek antigeen hebben gebonden via hun B-cel receptor (BCR). #### 1.1.2 T-cel activatie De activatie van een naïeve T-cel vereist minimaal twee signalen: 1. **Signaal 1: Antigeen-specifiek signaal:** Herkenning van een vreemd peptide gepresenteerd op een MHC-molecuul door de T-cel receptor (TCR). * De interactie tussen TCR en MHC-peptide is van lage affiniteit. * Na herkenning treedt er een conformationele verandering op in LFA-1 (een integrine) op de T-cel, wat leidt tot een hogere affiniteitsinteractie met ICAM-moleculen op de APC. Dit stabiliseert de interactie tussen T-cel en APC. * De CD4 of CD8 co-receptor op de T-cel versterkt de TCR-signaaltransductie door interactie met het MHC-molecuul. 2. **Signaal 2: Costimulatoir signaal:** Nodig voor volledige activatie, proliferatie en differentiatie. * Wordt geleverd door de interactie tussen B7-moleculen (CD80/B7.1 en CD86/B7.2) op de APC en CD28 op de naïeve T-cel. * Zonder costimulatie kan T-cel anergie optreden (het T-cel wordt niet geactiveerd en kan niet meer reageren). * Een costimulatoir signaal alleen leidt niet tot activatie. * Adjuvantia in vaccins verhogen de costimulatoire activiteit van APC's om signaal 2 te versterken. **Signaaltransductie:** * TCR-triggering activeert intracellulaire proteïne tyrosine kinasen via ITAM-sequenties op de CD3-complex. * Dit leidt tot activatie van fosfolipase Cγ (PLCγ), calciumfluxen, en transcriptie van genen die nodig zijn voor T-cel activatie, zoals interleukine-2 (IL-2). * CD28-signalering versterkt deze pathways. * Cyclosporine en tacrolimus blokkeren deze signalisatiecascade en worden gebruikt als immunosuppressiva. **Proliferatie en differentiatie:** * Na activatie ondergaan T-cellen 2-3 celdelingen per dag gedurende 4-5 dagen, resulterend in ongeveer 10^4 nakomelingen met dezelfde TCR. * IL-2, geproduceerd na activatie, is cruciaal voor de proliferatie en differentiatie van geactiveerde naïeve T-cellen. * Signaal 1 (TCR) induceert IL-2 transcriptie. * Signaal 2 (CD28) stabiliseert IL-2 mRNA, wat leidt tot een 20-30 keer hogere IL-2 synthese. * Anabole signalering via TORC (Target of Rapamycin Complex) verhoogt de IL-2 productie met wel 100 keer. **Negatieve feedback en regulatie:** * Na activatie brengen T-cellen CTLA-4 tot expressie. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen dan CD28 en remt T-cel activatie, wat een negatieve feedbacklus vormt. * Therapeutisch wordt CTLA-4 geblokkeerd met ipilimumab (anti-kanker) om T-cel activatie te bevorderen. * Abatacept (een CTLA-4-Fc fusie-eiwit) bindt B7 en verhindert interactie met CD28, wat leidt tot immuunonderdrukking (bij auto-immuunziekten). #### 1.1.3 Homing naar ontstekingshaarden en lymfeknopen * **Naïeve T-cellen:** Dragen L-selectine en VLA-4, wat homing naar lymfeknopen via high endothelial venules (HEVs) faciliteert. Chemokinen zoals CCL21 activeren LFA-1, wat sterke adhesie aan endotheel (ICAM-1) mogelijk maakt. * **Effector T-cellen:** Dragen VLA-4 en verliezen L-selectine expressie. Dit, samen met de expressie van VCAM-1, P- en E-selectine op geactiveerd endotheel, zorgt voor homing naar ontstoken weefsels. * MadCAM-1 is betrokken bij migratie naar Mucosal Associated Lymphoid Tissue (MALT). ### 1.2 Fase 6: effector functie (T-cellen) Na activatie en proliferatie differentiëren T-cellen tot effectorcellen met specifieke functies. Effectorcellen hebben geen costimulatie meer nodig voor hun effectorfunctie en kunnen worden geactiveerd door alle lichaamscellen met geschikt MHC-peptide. Ze verliezen L-selectine expressie en krijgen CD45RO in plaats van CD45RA. #### 1.2.1 CD4 T-cel fenotypes CD4 T-cellen differentiëren tot verschillende helper T-cel (Th) subtypen, elk met specifieke cytokineprofielen en functies, mede bepaald door de cytokinen die door het aangeboren immuunsysteem worden gesecreteerd. * **Th1 cellen:** * Gevormd onder invloed van IL-12 (van DC's) en IFN-γ (van NK-cellen). * Functie: Versterken macrofaagactiviteit (door IFN-γ en CD40L), NK-cellen en CD8 T-cellen. Stimuleren B-cellen tot productie van neutraliserende IgG. Cruciaal voor de respons tegen intracellulaire pathogenen zoals *Mycobacterium tuberculosis* en *Toxoplasma gondii*. * Overmatige Th1 activatie kan leiden tot schade aan gezond weefsel (bv. granuloomvorming bij tuberculose). * **Th2 cellen:** * Gevormd onder invloed van IL-4 (van basofielen, eosinofielen, NKT-cellen). * Functie: Gericht tegen meercellige pathogenen (wormen). Sturen eosinofielen aan die de parasiet kunnen vernietigen. Stimuleren B-cellen tot productie van IgE-antilichamen, die mastcellen, basofielen en eosinofielen activeren. Verhogen mucussecretie en darmperistaltiek. * Th2-cytokinen (IL-4, IL-10) kunnen Th1-differentiatie remmen. * **T folliculaire helper (Tfh) cellen:** * Gevormd in de T-cel regio van secundaire lymfoïde organen, mede gestuurd door CXCR5. * Functie: Essentieel voor antistofproductie door B-cellen. Ze bieden antigen-specifieke hulp aan B-cellen via CD40L en produceren IL-21, wat cruciaal is voor B-cel proliferatie, differentiatie en isotype switching. * Belangrijk voor de respons op geconjugeerde vaccins (eiwit-polysaccharide complexen). * **Th17 cellen:** * Gevormd onder invloed van TGF-β en IL-6. * Functie: Bevorderen neutrofielen influx, aanmaak en activatie (via IL-17). Zorgen voor epitheelintegriteit en de productie van defensines (via IL-22). Bescherming tegen gistinfecties en oppervlaktepathogenen. * Overactief bij psoriasis. * **Treg cellen (T regulatorcellen):** * Mechanismen voor suppressie van T-cel activiteit. * Vorming: In de thymus (herkenning van autoantigenen) en in de weefsels (bv. mucosa, in afwezigheid van inflammatie). * Kenmerken: Constitutieve expressie van CD25 (α-keten van IL-2 receptor) en CTLA-4. Produceren TGF-β en IL-10. * Functie: Dempen de immuunrespons, onderdrukken activatie van andere T-cellen, bevorderen tolerantie tegen weefselspecifieke antigenen en darmbacteriën. Induceren B-cellen tot IgA switch. * IL-2 is belangrijk voor het in leven houden van Treg cellen. #### 1.2.2 Negatieve feedback mechanismen Meerdere mechanismen zorgen voor de regulatie van T-cel activatie en het voorkomen van auto-immuniteit: * **Perifere tolerantie:** Anergie door afwezigheid van costimulus op niet-APC's. * **CTLA-4:** Remt T-cel activatie door competitie met CD28 voor B7-moleculen. * **Treg-cellen:** Produceren suppressieve cytokines zoals TGF-β en IL-10. * **AIRE (Autoimmune Regulator):** In de thymus bevordert expressie van weefselspecifieke antigenen voor negatieve selectie van T-cellen. #### 1.2.3 De verkeerde immuunrespons Onjuiste balans tussen Th-fenotypes kan leiden tot ineffectieve immuunresponsen. * **Lepromatous leprosy:** Overheersing van Th2-respons met onvoldoende macrofaagactiviteit tegen intracellulaire mycobacteria, resulterend in wijdverspreide infectie en antistofproductie. * **Tuberculoid leprosy:** Overheersing van Th1-respons met effectieve macrofaagactivatie. #### 1.2.4 Cytotoxische T-cel (CD8) * **Activatie:** * Herkennen peptiden van cytoplasmatische pathogenen via HLA klasse I. * Activatie in lymfoïde organen door APC's (vooral DC's) met antigeen-specifiek signaal en costimulatoir signaal. * CD8 T-cellen kunnen alleen door presentatie op DC's IL-2 productie aanzetten. * CD4-hulp (via IL-2 productie) is vaak nodig voor proliferatie en differentiatie, vooral bij suboptimale costimulatie. * **Functie:** * Lysis van virus-geïnfecteerde cellen en cytoplasmatische bacteriën (celdood via apoptose). * Productie van IFN-γ, wat virale replicatie remt en macrofagen activeert. * Effector moleculen: perforine en granzymen (geïntegreerd in lytische granules) die apoptose induceren. * Expressie van FasL, belangrijk in de homeostase van lymfocyten. * Effector CD8 T-cellen vereisen geen costimulatie meer voor hun functie en kunnen meerdere doelwitcellen achtereen doden. #### 1.2.5 NK: Natural Killer cel * **Identificatie:** TCR-, CD3-, CD56+ lymfocyten. * **Functie:** Vormen een vroege respons tegen virusinfecties en andere intracellulaire pathogenen. * **Cytotoxiciteit:** Dodentargetcellen die weinig tot geen MHC klasse I moleculen hebben (tumorcellen, virusgeïnfecteerde cellen). Dit is een vorm van "eigen" afwezigheid detectie. * **ADCC (Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity):** Kunnen IgG-geopsoniseerde cellen doden via FcγR (CD16). * **Cytokineproductie:** Geactiveerde NK-cellen (bv. door IL-12) zijn belangrijke bronnen van IFN-γ, wat de Th1-respons versterkt. * **Regulatie:** * Balans tussen activerende receptoren (bv. NKG2D, CD16) en inhiberende receptoren. * Inhiberende receptoren binden aan MHC klasse I moleculen (bv. HLA-E herkend door CD94:NKG2A). Dit voorkomt aanvallen op gezonde cellen. * Bij virale infectie of tumoren kan het verlies van MHC klasse I de balans doen doorslaan naar activatie. * NK-cel "educatie" zorgt voor calibratie van de receptoren zodat ze inactief zijn in rusttoestand. Acute verstoring in deze balans activeert de NK-cel. * KIR-receptoren binden aan HLA-allelen en kunnen belangrijk zijn bij transplantatie. ### 1.3 Interacties tussen deze cellen * DC's presenteren antigenen aan T-cellen in lymfeknopen, wat leidt tot T-cel activatie en differentiatie. * Geactiveerde CD4 Th-cellen (verschillende subtypes) coördineren de immuunrespons door interactie met andere immuuncellen en het secreren van cytokines. * Cytotoxische CD8 T-cellen elimineren geïnfecteerde cellen. * NK-cellen bieden een initiële controle op virale infecties en tumorcellen, vaak versterkt door IFN-γ geproduceerd door Th1-cellen. * Tfh-cellen zijn essentieel voor de hulp aan B-cellen bij antistofproductie. **Samenvatting T-cel activatie en differentiatie:** Naïeve T-cellen worden geactiveerd door APC's in secundaire lymfoïde organen na herkenning van een peptide-MHC complex en een costimulatoir signaal. Deze activatie leidt tot proliferatie en differentiatie tot effector T-cellen met specifieke functies, zoals Th1, Th2, Tfh, Th17, Treg en cytotoxische CD8 T-cellen, die cruciaal zijn voor de eliminatie van pathogenen en de regulatie van de immuunrespons. NK-cellen bieden een vroege, niet-TCR-afhankelijke respons. --- # Functies van T-cel subtypes T-cel immuniteit omvat de gespecialiseerde rollen van verschillende T-cel subtypes in adaptieve immuunresponsen, die cruciaal zijn voor het bestrijden van diverse bedreigingen en het handhaven van zelf-tolerantie. ### 2.1 CD4 T-cel differentiatie en functies Na activatie door antigen-presenterende cellen (APC's) in de secundaire lymfoïde organen, differentiëren naïeve CD4 T-cellen tot verschillende gespecialiseerde effectorfenotypes, elk met unieke functies. De polarisatie naar een specifiek fenotype wordt sterk beïnvloed door de door het aangeboren immuunsysteem gesecreteerde cytokines. #### 2.1.1 Th1-cellen * **Activatie:** Gestimuleerd door interleukine-12 (IL-12) geproduceerd door DC's en interferon-gamma (IFN-$\gamma$) geproduceerd door NK-cellen. * **Functie:** * Versterken de activiteit van macrofagen, waardoor deze beter in staat zijn intracellulaire pathogenen (zoals bacteriën in fagosomen) te bestrijden. Dit gebeurt door het bevorderen van de fusie van fagosomen met lysosomen, de productie van reactieve zuurstof- en stikstofverbindingen, en het verhogen van de expressie van CD40L op de macrofagen. * Activeren NK-cellen en CD8-T-cellen. * Induceren een isototype switch bij B-cellen naar de productie van neutraliserend IgG. * **Belangrijk bij:** Infecties met intracellulaire pathogenen zoals *Mycobacterium tuberculosis* en *Toxoplasma gondii*. Granuloomvorming kan optreden bij onvolledige eliminatie van pathogenen. #### 2.1.2 Th2-cellen * **Activatie:** Gestimuleerd door IL-4, voornamelijk geproduceerd door basofiele granulocyten. * **Functie:** * Belangrijk bij de immuunrespons tegen meercellige pathogenen, zoals wormen. * Sturen eosinofielen aan om parasieten te vernietigen door toxines af te scheiden. * Induceren bij B-cellen een isototype switch naar IgE-productie. IgE-antistoffen binden aan Fc-receptoren op mestcellen, basofielen en eosinofielen, wat leidt tot de afscheiding van stoffen zoals histamine. Dit verhoogt de slijmproductie en peristaltiek in de darmen, wat de uitdrijving van wormen bevordert. * Blokkeren de Th1-differentiatie. * Produceren IL-10, wat macrofaagactivatie remt. * **Klinische relevantie:** Overmatige Th2-activiteit kan leiden tot allergische reacties en astma. #### 2.1.3 Tfh-cellen (T-cellen van folliculaire helper) * **Locatie van activatie:** T-cel regio van secundaire lymfoïde organen. * **Functie:** * Cruciaal voor het activeren van B-cellen en het induceren van antistofproductie. * Na interactie migreren Tfh-cellen naar de B-cel zone van lymfeklieren. * Essentieel voor "linked recognition", waarbij Tfh-cellen die een eiwitcomponent van een antigeen herkennen, specifieke hulp bieden aan B-cellen die een ander deel van hetzelfde antigeen herkennen. Dit is met name belangrijk voor geconjugeerde vaccins. * Produceren IL-21, een groeifactor voor B-cellen, wat essentieel is voor de vorming van secundaire lymfoïde follikels en isotypeswitching. * **Klinische relevantie:** Essentieel voor effectieve vaccinatie tegen kapselpolysacchariden, met name wanneer deze geconjugeerd zijn aan eiwitten. #### 2.1.4 Th17-cellen * **Activatie:** Gevormd onder invloed van transformerende groeifactor-beta (TGF-$\beta$) in combinatie met IL-6. * **Functie:** * Bevorderen de influx en activatie van neutrofiele granulocyten door de productie van IL-17. * Versterken de integriteit van de epitheelbarrière en stimuleren de productie van antimicrobiële peptiden (defensines) door de secretie van IL-22. * Spelen een rol bij de bescherming tegen oppervlakkige gistinfecties. * **Klinische relevantie:** Overactiviteit van IL-22 kan bijdragen aan auto-immuunziekten zoals psoriasis, door hyperproliferatie van keratinocyten en ontsteking. #### 2.1.5 Treg-cellen (T-regulatorische cellen) * **Kenmerken:** Identificeerbaar door expressie van CD25 (de $\alpha$-keten van de IL-2 receptor) en CTLA-4. * **Vorming:** * **Thymus-afkomstig:** Splitsten zich af van CD4 T-cellen in de thymus bij herkenning van autoantigenen. * **Perifeer afkomstig:** Vormen zich in de weefsels, met name in de mucosa, na ontmoeting met antigenen in de afwezigheid van inflammatie, vaak in aanwezigheid van TGF-$\beta$. * **Functie:** * Onderdrukken de immuunrespons, wat essentieel is voor het voorkomen van auto-immuniteit en het handhaven van tolerantie tegen darmbacteriën en weefselspecifieke antigenen. * Secreteren immunosuppressieve cytokines zoals TGF-$\beta$ en IL-10. * Induceren bij B-cellen een isototype switch naar IgA. * Onderhouden hun eigen populatie door middel van IL-2, wat indirect de activatie van andere T-cellen remt. * **Klinische relevantie:** Deficiënties in Treg-functie kunnen leiden tot ernstige auto-immuunziekten zoals IPEX. #### 2.1.6 Negatieve feedback mechanismen * **CTLA-4:** Na T-cel activatie neemt de expressie van CTLA-4 toe. Dit molecuul heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen op APC's dan CD28 en heeft een remmend effect op T-cel activatie, waardoor een negatieve feedbacklus ontstaat. Therapeutisch wordt dit aangegrepen met anti-CTLA-4 antistoffen (zoals ipilimumab) om de immuunrespons te versterken. * **Treg-cellen:** Spelen een centrale rol in de onderdrukking van immuunresponsen door middel van cytokineproductie en directe interacties. * **Andere mechanismen:** Immunosuppressieve medicijnen zoals cyclosporine en tacrolimus blokkeren signaaltransductiecascades die essentieel zijn voor T-cel activatie. Corticosteroïden remmen signaalroutes zoals NF-$\kappa$B. #### 2.1.7 De verkeerde immuunrespons * **Gepolariseerde responsen:** Een immuunrespons waarbij één T-cel fenotype overheerst. Bij lepromateuze melaatsheid (Lepra) domineren Th2-cytokines, wat leidt tot onvoldoende activatie van macrofagen om de intracellulaire mycobacteriën te bestrijden, resulterend in een ineffectieve immuunrespons met systemische verspreiding van het pathogeen. * **Th1 versus Th2 disbalans:** Een disbalans tussen Th1 en Th2 responsen kan leiden tot ineffectieve bestrijding van pathogenen en weefselschade. ### 2.2 Cytotoxische T-cellen (CTL's, CD8 T-cellen) * **Activatie:** Herkennen antigenen gepresenteerd op MHC klasse I moleculen. Activatie kan plaatsvinden op DC's die deze antigenen presenteren. Vaak is hulp van CD4 T-cellen nodig voor optimale IL-2 productie, wat de proliferatie en differentiatie van CD8 T-cellen tot effector CTL's stimuleert. Effector CTL's hebben geen co-stimulatie meer nodig en kunnen door elke lichaamscel met een passend MHC-peptide worden geactiveerd. * **Functie:** * **Cellysis:** Vernietigen van geïnfecteerde cellen (bijvoorbeeld door virussen of intracellulaire bacteriën) en tumorcellen via gerichte celdood (apoptose). Dit gebeurt door de gepolariseerde secretie van cytotoxische moleculen uit lytische granules, waaronder perforine en granzymen. Perforine vormt poriën in de membraan van de doelwitcel, waardoor granzymen de cel kunnen binnendringen en apoptose induceren. * **IFN-$\gamma$ productie:** Secreteren IFN-$\gamma$, wat virale replicatie remt en macrofagen activeert. * **FasL expressie:** Kunnen FasL tot expressie brengen, wat een rol speelt bij de homeostase van lymfocyten. * **Mechanisme van celdood:** CTL's induceren apoptose, waarbij de celmembraan intact blijft en het DNA wordt gefragmenteerd. Dit voorkomt de vrijlating van virussen in de omgeving, waardoor verdere infectie wordt beperkt. * **Klinische relevantie:** Cruciaal voor de bestrijding van virale infecties en intracellulaire bacteriële infecties. Deficiënties in MHC klasse I presentatie verhogen de gevoeligheid voor deze infecties. ### 2.3 Natural Killer (NK) cellen * **Kenmerken:** Lymfocyten zonder TCR of BCR, die constitutief cytotoxisch zijn. Ze bezitten activerende en inhiberende receptoren. * **Functie:** * **Cellysis:** Doden van cellen die weinig of geen MHC klasse I moleculen tot expressie brengen (zoals tumorcellen of virus-geïnfecteerde cellen). Dit is gebaseerd op een balans tussen signalen van inhiberende receptoren (die herkennen MHC klasse I) en activerende receptoren. Als de signalen van de activerende receptoren de overhand krijgen, wordt de cel gedood. * **ADCC (Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity):** Doden van cellen die zijn bedekt met IgG-antistoffen via de Fc$\gamma$receptor (CD16) op de NK-cel. * **IFN-$\gamma$ productie:** Produceren IFN-$\gamma$, wat een belangrijke rol speelt in de vroege respons op virale infecties en de Th1-respons versterkt. * NK-cel activiteit wordt versterkt door cytokines zoals IFN-$\alpha$, IFN-$\beta$ en IL-12. * **Rol in de immuunrespons:** Leveren een vroege respons op virale infecties, maar de volledige virusklaring vereist vaak de inzet van CD8 CTL's. Ze zijn ook belangrijk bij infecties met intracellulaire pathogenen zoals protozoa en bacteriën. * **NK-cel educatie:** Het proces waarbij NK-cellen worden gekalibreerd om hun eigen cellen niet aan te vallen, door een balans te vinden tussen activerende en inhiberende receptoren en hun liganden. Veranderingen in de expressie van deze liganden kunnen leiden tot NK-cel activatie. > **Tip:** De differentiatie van CD4 T-cellen naar specifieke helperfenotypes (Th1, Th2, Tfh, Th17, Treg) is een cruciaal proces dat bepaalt hoe het immuunsysteem reageert op verschillende soorten pathogenen en hoe auto-immuniteit wordt voorkomen. Het begrijpen van de cytokines die deze differentiatie sturen, is essentieel. > **Tip:** Cytotoxische T-cellen (CTL's) en NK-cellen zijn beide cytotoxische lymfocyten, maar hun mechanismen van herkenning en activatie verschillen. CTL's herkennen antigenen via het TCR-MHC-complex, terwijl NK-cellen functioneren op basis van de balans tussen activerende en inhiberende receptoren, vaak in reactie op de afwezigheid van "zelf" signalen (MHC klasse I). --- # Natuurlijke killercellen (NK-cellen) Natuurlijke killercellen (NK-cellen) spelen een cruciale rol in de vroege immuunrespons door hun cytotoxische activiteit tegen geïnfecteerde of tumorcellen te reguleren via een balans van activerende en inhiberende receptoren. ### 3.1 Rol in de vroege immuunrespons NK-cellen vormen een belangrijk onderdeel van de aangeboren immuniteit en bieden een eerste verdedigingslinie tegen virale infecties en andere intracellulaire pathogenen, zoals protozoa en bacteriën. Ze zijn constitutief cytotoxisch, maar deze activiteit kan aanzienlijk worden versterkt door cytokines zoals interferon-alfa (IFN-$\alpha$), interferon-beta (IFN-$\beta$) en interleukine-12 (IL-12). * **Belangrijkheid:** NK-cellen zijn essentieel in de controle van virale replicatie en de eliminatie van cellen die geïnfecteerd zijn met virussen of intracellulaire bacteriën, zoals *Listeria monocytogenes* en *Mycobacterium tuberculosis*. Hoewel ze een vroege respons bieden, is de volledige eliminatie van virussen vaak afhankelijk van geactiveerde, virus-specifieke CD8 cytotoxische T-lymfocyten (CTL's). * **Cytokineproductie:** IL-12-geactiveerde NK-cellen zijn een significante bron van interferon-gamma (IFN-$\gamma$), wat de ontwikkeling van de Th1-respons verder versterkt. ### 3.2 Kenmerken en mechanismen NK-cellen zijn lymfocyten die geen T-cel receptor (TCR) of B-cel receptor (BCR) tot expressie brengen. Ze zijn doorgaans groter dan B- en T-cellen en bevatten granules die cytotoxische moleculen bevatten. #### 3.2.1 Receptoren op NK-cellen NK-cellen maken gebruik van een breed scala aan receptoren, waaronder: * **Activerende receptoren:** Deze receptoren, zoals Fc$\gamma$R (CD16) en NKG2D, worden op vrijwel alle NK-cellen tot expressie gebracht. Ze spelen een rol bij de herkenning van gestreste cellen, tumorcellen en cellen gecoat met IgG-antilichamen. * **Inhiberende receptoren:** Deze receptoren herkennen moleculen op lichaamseigen cellen, met name MHC klasse I moleculen. Een prominent voorbeeld is het CD94:NKG2A complex dat HLA-E herkent. De balans tussen signalen van activerende en inhiberende receptoren bepaalt de uiteindelijke activiteit van de NK-cel. > **Tip:** NK-cellen functioneren op basis van een "gebrek aan zelf" mechanisme. Terwijl CD8 T-cellen "vreemd" herkennen (via het MHC-peptide complex), herkennen NK-cellen de *afwezigheid* van "zelf" signalen, zoals de downregulatie van MHC klasse I moleculen op geïnfecteerde of tumorcellen. #### 3.2.2 Regulatie van NK-cel activatie De activatie van NK-cellen wordt gecoördineerd door een complex samenspel van receptoren: * **Basisconditie:** In een basale toestand zorgen de willekeurige expressie van zowel activerende als inhiberende receptoren, en de daaropvolgende binding aan liganden, voor een netto signaal dat de NK-cel inactief houdt. Dit proces wordt soms aangeduid als "NK-cel educatie". * **Activatie:** Wanneer een NK-cel een doelwitcel tegenkomt, kan de balans verschuiven. Dit kan gebeuren door: * Het verdwijnen van de ligand voor een inhiberende receptor (bv. afname van MHC klasse I op een geïnfecteerde cel). * Het tot expressie komen van een ligand voor een activerende receptor (bv. stress-eiwitten op een tumorcel). * Opsonisatie met IgG, waardoor de Fc$\gamma$R (CD16) op de NK-cel wordt geactiveerd voor Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity (ADCC). * **HLA-E en NK-activiteit:** HLA-E is een MHC klasse I molecuul dat peptiden bevat afkomstig van de leadersequenties van HLA-A, HLA-B en HLA-C moleculen. NK-cellen gebruiken HLA-E herkenning via CD94:NKG2A om te controleren of de cel HLA klasse I moleculen tot expressie brengt. Virale infecties, zoals HIV, kunnen HLA-B en HLA-C downreguleren, terwijl HLA-E en HLA-A intact blijven om NK-activatie te vermijden. Als er echter een afwezigheid van HLA-ABC is, zal een NK-cel met een passende inhiberende receptor (CD94:NKG2A) deze cellen doden. #### 3.2.3 Cytotoxische activiteit NK-cellen induceren celdood via geprogrammeerde celdood (apoptose). Ze kunnen dit bereiken door: * **Lytische granules:** Deze granules bevatten perforine en granzymen, die de doelwitcel programmeren voor apoptose. * **FasL expressie:** NK-cellen kunnen ook FasL tot expressie brengen, wat een rol speelt in de homeostase van lymfocyten. * **IFN-$\gamma$ productie:** NK-cellen secreren IFN-$\gamma$, wat virale replicatie kan remmen en macrofagen kan activeren. NK-cellen kunnen meerdere geïnfecteerde doelwitcellen achtereenvolgend doden. Hun activiteit vereist geen kostimulatie voor hun effectorfunctie, waardoor ze door elke cel met het juiste MHC-peptide complex geactiveerd kunnen worden. Dit zorgt voor een snelle respons op dreigingen. #### 3.2.4 Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity (ADCC) NK-cellen kunnen ook antilichaam-gecoate doelwitcellen doden via ADCC. Hierbij bindt het Fc-gedeelte van IgG-antilichamen aan de Fc$\gamma$R (CD16) receptor op de NK-cel, wat leidt tot de activatie en de daaropvolgende lysis van de doelwitcel. #### 3.2.5 Verschillen met CD8 T-cellen Hoewel zowel NK-cellen als CD8 T-cellen cytotoxische functies hebben, zijn er belangrijke verschillen: * **Herkenning:** CD8 T-cellen herkennen specifieke peptiden gebonden aan MHC klasse I moleculen. NK-cellen herkennen daarentegen de afwezigheid van normale MHC klasse I expressie of de aanwezigheid van activerende signalen. * **Activatie:** CD8 T-cellen vereisen MHC klasse I presentatie en kostimulatoire signalen voor activatie, terwijl NK-cellen direct, zonder antigen-specifieke herkenning, geactiveerd kunnen worden door veranderingen in celoppervlaktemoleculen. * **Immuniteitstype:** NK-cellen behoren tot de aangeboren immuniteit, terwijl CD8 T-cellen deel uitmaken van de adaptieve immuniteit. > **Voorbeeld:** Een virus-geïnfecteerde cel die de expressie van MHC klasse I moleculen sterk vermindert om detectie door CD8 T-cellen te ontwijken, wordt juist een aantrekkelijk doelwit voor NK-cellen, die de afwezigheid van MHC klasse I herkennen als een signaal voor celdood. --- # Regulatiemechanismen en tolerantie Hieronder volgt een studiehandleiding voor het onderwerp "Regulatiemechanismen en tolerantie", gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 4. Regulatiemechanismen en tolerantie Dit onderwerp behandelt de negatieve feedbackmechanismen op T-celactivatie, de ontwikkeling van immunologische tolerantie en de implicaties van verkeerde immuunresponsen. ### 4.1 Negatieve feedbackmechanismen op T-celactivatie T-celactivatie wordt nauwkeurig gereguleerd om overmatige immuunresponsen te voorkomen en auto-immuniteit te vermijden. Dit gebeurt door middel van verschillende negatieve feedbackmechanismen. #### 4.1.1 CTLA-4 en B7-interactie Na T-celactivatie wordt het molecuul CTLA-4 tot expressie gebracht op naïeve T-cellen. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor de B7-moleculen (B7.1 of CD80, en B7.2 of CD86) op antigen-presenterende cellen (APC's) dan het activerende CD28 molecuul. Door deze interactie remt CTLA-4 de verdere T-celactivatie, wat dient als een negatieve feedbacklus. > **Tip:** Het blokkeren van CTLA-4 met monoklonale antistoffen, zoals ipilimumab, kan de immuunrespons versterken en wordt gebruikt als antikankermiddel. Daarentegen kan het binden aan B7-moleculen met moleculen zoals abatacept, de T-celactivatie onderdrukken en wordt het gebruikt bij auto-immuunziekten. #### 4.1.2 CD45RO en alternatieve splicing CD45 is een membraangebonden fosfatase dat aanwezig is op alle witte bloedcellen. Naïeve T-cellen drukken de isovorm CD45RA uit, terwijl geactiveerde effector T-cellen de isovorm CD45RO tot expressie brengen. CD45RO speelt een rol in de regulatie van de T-celrespons. #### 4.1.3 FasL-gemedieerde celdood CD8 T-cellen, net als CD4 TH1-cellen, kunnen FasL (Fas ligand) tot expressie brengen. FasL is belangrijk voor de homeostase van lymfocyten en kan celdood induceren in doelcellen die het Fas-receptor tot expressie brengen. #### 4.1.4 Interferon-gamma (IFN-γ) en PD-L1 T-helpercellen en CD8 T-cellen produceren interferon-gamma (IFN-γ). Naast zijn immuunstimulerende werking, zorgt IFN-γ er ook voor dat PD-L1 tot expressie komt op lichaamscellen. Deze interactie kan leiden tot een gematigde immuunrespons, wat bijdraagt aan het voorkomen van auto-immuniteit. > **Tip:** Verstoringen in de balans van deze regulatiemechanismen kunnen leiden tot auto-immuniteit, terwijl therapeutische interventies deze mechanismen kunnen manipuleren voor zowel immuunstimulatie als immunosuppressie. ### 4.2 Ontwikkeling van immunologische tolerantie Immunologische tolerantie is het vermogen van het immuunsysteem om lichaamseigen structuren (zelf-antigenen) te herkennen en er niet op te reageren, om zo auto-immuniteit te voorkomen. Dit wordt bereikt via centrale en perifere tolerantie. #### 4.2.1 Centrale tolerantie * **Thymus:** In de thymus ondergaan CD4 en CD8 T-cellen negatieve selectie. Dendritische cellen (DC's) presenteren hier zelf-antigenen. T-cellen die een te sterke affiniteit hebben voor deze zelf-antigenen worden geëlimineerd. Het AIRE-gen (Autoimmune Regulator) speelt een cruciale rol bij de expressie van een breed scala aan genen in de thymus, waardoor tolerantie voor veel zelf-antigenen kan worden geïnduceerd. * **Uitsluiting:** Sommige lichaamsdelen, zoals het oog en de hersenen, missen lymfevaten. Dit fysieke isolement kan bijdragen aan de tolerantie voor antigenen die zich in deze weefsels bevinden, omdat ze minder gemakkelijk door het immuunsysteem worden bereikt. #### 4.2.2 Perifere tolerantie * **T-regulatorcellen (Treg):** Treg-cellen zijn een subklasse van effector T-cellen die de immuunrespons onderdrukken. Ze worden gevormd in de thymus (door herkenning van auto-antigenen) en in de perifere weefsels, met name in de mucosa, waar hoge concentraties van TGF-β aanwezig zijn. Treg-cellen kunnen zelf TGF-β en IL-10 produceren, die de activatie van andere T-cellen remmen. Ze kunnen ook B-cellen induceren tot IgA-switching. Treg-cellen worden in stand gehouden door interleukine-2 (IL-2), wat ook een rem zet op elke immuunactivatie. Kenmerkende markers voor Treg-cellen zijn CD25 en CTLA-4. * **Anergie door afwezigheid van costimulatie:** Lichaamseigen cellen (niet-APC's) brengen doorgaans geen costimulatoire moleculen zoals CD80/B7 tot expressie. Wanneer een T-cel een zelf-antigeen presenteert zonder deze costimulatoire signalen, kan dit leiden tot anergie, een staat van immunologische stilte. * **Tolerantie-inducerende DC's:** Dendritische cellen die zich in een niet-inflammatoire omgeving bevinden, met de aanwezigheid van retinoïnezuur, kunnen tolerantie-inducerende signalen afgeven. * **Affiniteitsmaturatie:** Tijdens de ontwikkeling van B-cellen kan affiniteitsmaturatie leiden tot de generatie van nieuwe receptoren (BCR/Ig) die potentieel autoreactief zijn. Mechanismen om dit te voorkomen zijn cruciaal voor zelf-tolerantie. > **Voorbeeld:** Muizen met een deficiëntie in het FoxP3-gen (dat essentieel is voor de ontwikkeling van Treg-cellen) ontwikkelen ernstige auto-immuunziekten zoals IPEX (polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked syndrome), wat het belang van Treg-cellen in perifere tolerantie benadrukt. ### 4.3 Implicaties van verkeerde immuunresponsen Wanneer de immuunregulatie faalt, kunnen er verschillende afwijkingen in de immuunrespons optreden, met potentieel schadelijke gevolgen. #### 4.3.1 Gepolariseerde immuunresponsen en hun gevolgen De differentiatie van CD4 T-cellen naar specifieke fenotypes (zoals TH1, TH2, TH17) wordt sterk beïnvloed door de cytokinen die worden geproduceerd door cellen van het aangeboren immuunsysteem. Een imbalans tussen deze fenotypes kan leiden tot problematische immuunresponsen. * **TH1 vs. TH2:** De balans tussen TH1 en TH2-responsen is cruciaal. Bij infecties met intracellulaire pathogenen zoals *Mycobacterium leprae*, is een TH1-respons normaal en bevordert de eliminatie van de pathogeen door macrofaagactivatie. Een overwegend TH2-respons leidt echter tot de productie van nutteloze antilichamen, onvoldoende macrofaagactivatie en verdere verspreiding van de infectie, met ernstige weefselschade tot gevolg. Dit is te zien in lepromateuze lepra, waar TH2-cytokinen dominant zijn. Tuberculoïde lepra daarentegen wordt gekenmerkt door een TH1-respons. * **TH17-cellen:** Deze cellen, gestimuleerd door de combinatie van TGF-β en IL-6, bevorderen neutrofiele granulocyteninflux en -activatie (via IL-17) en ondersteunen de integriteit van epithelia en de productie van antimicrobiële peptiden (via IL-22). Overactiviteit van IL-22 wordt gezien bij psoriasis, wat leidt tot hyperproliferatie van keratinocyten en inflammatie. #### 4.3.2 Auto-immuniteit Auto-immuniteit treedt op wanneer het immuunsysteem reactief wordt tegen lichaamseigen antigenen. Dit kan het gevolg zijn van een falen van centrale of perifere tolerantie mechanismen. Voorbeelden zijn: * **CTLA-4 blokkade:** Therapeutische blokkade van CTLA-4 kan leiden tot auto-immuunziekten zoals colitis en hypofysitis, omdat de negatieve feedback op T-celactivatie wordt verminderd. * **Treg-cel disfunctie:** Deficiënties in Treg-cellen of hun functies leiden tot ernstige auto-immuunziekten. #### 4.3.3 Verkeerde inschatting door NK-cellen NK-cellen zijn cruciaal voor de vroege respons tegen virale infecties en tumorcellen. Ze herkennen doelcellen die minder of geen MHC klasse I-moleculen tot expressie brengen, of die geöpsoniseerd zijn met IgG (via ADCC). Een verkeerde balans tussen activerende en inhiberende receptoren op NK-cellen kan leiden tot activatie, terwijl een ontbrekende ligand voor een inhiberende receptor (zoals MHC klasse I) of de expressie van stress-eiwitten de activatie kan induceren. De "educatie" van NK-cellen in de periferie, door calibratie van hun receptoren, zorgt normaal voor een netto signaal van nul, waardoor ze inactief blijven tenzij een acute verstoring optreedt. > **Voorbeeld:** Bij virale infecties downreguleren sommige virussen, zoals HIV, de expressie van HLA-B en C, maar laten HLA-E en HLA-A intact. Dit kan NK-activatie vermijden, aangezien de CD94:NKG2A receptor op NK-cellen, die HLA-E herkent, een inhiberend signaal afgeeft wanneer HLA-E aanwezig is. Dit illustreert hoe virussen proberen te ontsnappen aan immuunherkenning. --- ## 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 | |------|------------| | Naïeve T-cellen | T-cellen die nog geen specifiek antigeen hebben ontmoet en nog niet zijn geactiveerd tot effectorcellen. Ze recirculeren voortdurend tussen bloed en lymfoïde organen. | | Antigeenpresenterende cellen (APC's) | Cellen die antigenen presenteren aan T-cellen om een immuunrespons te initiëren. Dendritische cellen, macrofagen en B-cellen zijn voorbeelden van APC's. | | Dendritische cellen (DC's) | Gespecialiseerde APC's die antigenen opnemen in perifere weefsels en migreren naar lymfoïde organen om T-cellen te activeren. | | Cytokines | Kleine eiwitten die een cruciale rol spelen in cel-cel communicatie tijdens immuunresponsen, door het reguleren van celgroei, differentiatie en functie. | | Cytotoxische T-cellen (CTL's) | Een subtype van T-cellen (CD8+) die geïnfecteerde cellen of tumorcellen direct kunnen doden door het vrijgeven van toxische moleculen. | | Natuurlijke killercellen (NK-cellen) | Lymfocyten die een vroege, niet-specifieke immuunrespons bieden tegen virus-geïnfecteerde cellen en tumorcellen, zonder eerdere sensibilisatie. | | T-cel activatie | Het proces waarbij een naïeve T-cel wordt gestimuleerd door een antigeen en co-stimulatoire signalen, wat leidt tot proliferatie en differentiatie. | | Effector functie | De specifieke rol die geactiveerde immuuncellen uitvoeren om een infectie te bestrijden, zoals het doden van geïnfecteerde cellen of het produceren van antistoffen. | | Th1 cellen | Een subtype van CD4+ T-helpercellen die belangrijk zijn voor de bescherming tegen intracellulaire pathogenen, zoals virussen en bacteriën, door de activatie van macrofagen. | | Th2 cellen | Een subtype van CD4+ T-helpercellen dat betrokken is bij de bescherming tegen extracellulaire pathogenen, zoals wormen, en de inductie van antistofproductie door B-cellen. | | Tfh cellen (T-helpercellen) | Een subtype van CD4+ T-helpercellen die zich bevinden in de B-cel follikels van secundaire lymfoïde organen en cruciaal zijn voor de activatie van B-cellen en antistofproductie. | | Th17 cellen | Een subtype van CD4+ T-helpercellen dat betrokken is bij de bescherming tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, en de integriteit van epitheelbarrières ondersteunt. | | Treg cellen (T-regulatorcellen) | Een subtype van CD4+ T-cellen die een immuunsuppressieve functie hebben en helpen bij het handhaven van immunologische tolerantie en het voorkomen van auto-immuniteit. | | Negatieve feedback mechanismen | Processen binnen het immuunsysteem die de activiteit van immuuncellen remmen om overmatige reacties te voorkomen en auto-immuniteit te vermijden. | | Immunologische tolerantie | De staat waarin het immuunsysteem zich niet verzet tegen eigen antigenen, waardoor auto-immuniteit wordt voorkomen. | | Cytotoxiciteit | Het vermogen van cellen, zoals cytotoxische T-cellen en NK-cellen, om andere cellen te doden. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | Een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak die essentieel zijn voor immuunherkenning, door het presenteren van peptiden aan T-cellen. | | Lymfoïde organen | Organen die een rol spelen in de ontwikkeling en activatie van lymfocyten, zoals beenmerg, thymus, lymfeklieren en milt. | | Inflammatie | Een complexe biologische respons van weefsels op schadelijke stimuli, zoals pathogenen of beschadigde cellen, gekenmerkt door roodheid, zwelling, warmte en pijn. | | Costimulatie | Een noodzakelijk signaal naast het antigeen-specifieke signaal voor de volledige activatie van T-cellen, geleverd door interactie tussen moleculen op de APC en de T-cel. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces dat essentieel is voor weefselontwikkeling, homeostase en het verwijderen van beschadigde of geïnfecteerde cellen. |

# Risico’s van ioniserende straling Dit onderwerp behandelt de risico's van ioniserende straling en de basisprincipes van radiobiologie, inclusief de effecten op biologische systemen en factoren die deze effecten beïnvloeden [4](#page=4). ### 1.1 Basis van de radiobiologie Radiobiologie bestudeert de effecten van verschillende soorten straling op biologische systemen. De belangrijkste factoren die de effecten van straling bepalen zijn de dosis, het soort straling, en het soort weefsel dat wordt blootgesteld [5](#page=5). ### 1.2 Ioniserende straling Ioniserende straling is straling met voldoende energie om een atoom te ioniseren. De energie die hierbij vrijkomt, kan chemische verbindingen verbreken [6](#page=6). ### 1.3 Schade aan DNA Het DNA is bijzonder gevoelig voor ioniserende straling. Zelfs kleine beschadigingen op een belangrijke plaats in het DNA kunnen grote gevolgen hebben. Gelukkig beschikken cellen over DNA-herstelmechanismen die niet elke beschadiging permanent maken [7](#page=7). #### 1.3.1 Directe en indirecte schade aan DNA Schade aan het DNA door ioniserende straling kan op twee manieren optreden: direct of indirect [8](#page=8). * **Directe schade:** Dit gebeurt door de directe overdracht van energie op het DNA. De vrijkomende energie kan chemische verbindingen in het DNA verbreken. Geladen deeltjes, zoals alfadeeltjes en bètadeeltjes, worden beschouwd als direct ioniserende straling [8](#page=8). * **Indirecte schade:** Deze schade ontstaat door radicaalvorming. Bij ionisatie kunnen atomen of moleculen, zoals water, radicalen vormen. Een radicaal is een atoom of molecuul met ongepaarde valentie-elektronen, wat het chemisch zeer reactief maakt (bijvoorbeeld H• of OH•). De radiolyse van water, waarbij watermoleculen dissiëren door reactieve radicalen zoals OH•, is een belangrijke oorzaak van biologische effecten van ioniserende straling, verantwoordelijk voor ongeveer tweederde van de schade. Deze radicalen kunnen vervolgens chemische reacties aangaan met het DNA-molecuul, wat leidt tot schade [8](#page=8). > **Tip:** Het begrijpen van het verschil tussen directe en indirecte schade aan DNA is cruciaal voor het beoordelen van de risico's van verschillende soorten ioniserende straling. > **Example:** Wanneer röntgenstraling (indirect ioniserend) door weefsel gaat, ioniseert het watermoleculen, wat leidt tot de vorming van hydroxylradicalen (OH•). Deze radicalen beschadigen vervolgens het DNA. Een geladen deeltje, zoals een alfadeeltje (direct ioniserend), kan direct een binding in het DNA verbreken. --- # Deterministische en stochastische effecten van straling Dit deel van de studiehandleiding behandelt de classificatie van stralingsschade in deterministische en stochastische effecten, inclusief hun kenmerken, drempeldoses en mogelijke gevolgen voor de gezondheid [10](#page=10) [11](#page=11) [9](#page=9). ### 2.1 Indeling stralingsschade Stralingsschade kan worden ingedeeld op basis van kenmerken, moment van optreden en de getroffen generatie [10](#page=10). #### 2.1.1 Indeling naar kenmerken * **Deterministische effecten:** Deze effecten hebben een drempeldosis. De ernst van het effect neemt toe met de dosis, evenals de kans op het effect met de dosis [11](#page=11). * **Stochastische effecten:** Deze effecten hebben geen drempeldosis. De kans op het effect neemt toe met de dosis, maar de ernst van het effect is onafhankelijk van de dosis [11](#page=11). #### 2.1.2 Indeling naar moment van optreden * **Vroegtijdige effecten:** Deze treden kort na blootstelling op, vaak binnen dagen tot weken [25](#page=25). * **Laattijdige effecten:** Deze treden maanden tot jaren na blootstelling op [26](#page=26). #### 2.1.3 Indeling naar getroffen generatie * **Somatische effecten:** Deze beïnvloeden het getroffen individu zelf [10](#page=10). * **Genetische effecten:** Deze beïnvloeden de volgende generaties [10](#page=10). ### 2.2 Deterministische effecten Deterministische effecten zijn morfologische en functionele schade aan organen en weefsels [13](#page=13). #### 2.2.1 Kenmerken van deterministische effecten * **Drempeldosis:** Effecten worden pas klinisch manifest vanaf een bepaalde drempeldosis [13](#page=13). * **Variatie in gevoeligheid:** Er is verschil in gevoeligheid tussen personen [13](#page=13). * **Ernst versus dosis:** De ernst van het effect neemt toe met de dosis [11](#page=11) [13](#page=13). * **Oorzaak:** Deterministische effecten worden veroorzaakt door celdood [13](#page=13). #### 2.2.2 Totale lichaamsbestraling bij hoge doses Bij stralingsongevallen, zoals blootstelling aan atoombommen of ongevallen in kerncentrales, kan het volledige lichaam of grote delen daarvan worden blootgesteld aan hoge doses. Dit kan leiden tot een stralingsziekte met vaak een dodelijke afloop, afhankelijk van de dosis en het optredende syndroom [14](#page=14). * **Centraal-zenuwstelsel syndroom:** Overlijden binnen uren tot 2 dagen, met een minimale dosis van 50 – 100 Gray (Gy) [14](#page=14). * **Darm syndroom:** Overlijden binnen 1 – 2 weken, met een minimale dosis van 10 – 20 Gy [14](#page=14). * **Beenmergsyndroom:** Overlijden na ongeveer 1 maand, met een minimale dosis van 3 – 10 Gy [14](#page=14). #### 2.2.3 Huid als voorbeeld van deterministische effecten Stamcellen in de basale laag van de epidermis zijn zeer stralingsgevoelig. Een dosis van 2 Gy kan al 50% van deze cellen doden [15](#page=15). * **Factoren die de ernst van huidreacties beïnvloeden:** Dosis, oppervlakte, anatomische plaats (borst en abdomen zijn het meest gevoelig), bloedvoorziening/zuurstofstatus, leeftijd (kinderen herstellen sneller), hormonale status en genetische factoren [15](#page=15). **Gevolgen (vroege effecten):** * Erytheem (roodheid) [16](#page=16). * Droge en natte desquamatie (huidvernieuwing) [16](#page=16). * Epilatie (haaruitval), tijdelijk of permanent [16](#page=16). * Verandering in pigmentering [16](#page=16). **Late effecten van de huid:** * **Chronische radiodermititis:** Dit is irreversibel en wordt veroorzaakt door veranderingen in de dermis, met name beschadiging aan bloedvaten [17](#page=17). * Afsterven van huidweefsel: necrose en ulceraties [17](#page=17). * Symptomen: progressief verdwijnen van vingerafdrukken, uitvallen van haren, dunne en fragiele huid zonder soepelheid, moeilijk genezende ulceraties bij kleine trauma's door slechte vascularisatie, en longitudinale strepen op nagels [17](#page=17). * Radiologen, cardiologen en chirurgen lopen een verhoogd risico op deze effecten aan de handen [17](#page=17). #### 2.2.4 Intra-uteriene blootstelling De effecten van straling tijdens de intra-uteriene periode zijn afhankelijk van de ontwikkelingsfase van de foetus [18](#page=18). 1. **Pre-implantatie (tot ca. 2 weken):** * Prenataal overlijden. * Drempeldosis: 50 - 100 mGy (bijvoorbeeld 300 mGy geeft een kleine kans op miskraam) [18](#page=18). 2. **Organogenese (2 - 8 weken):** * Teratogene effecten (misvormingen). * Drempeldosis: 50 - 100 mGy [18](#page=18). 3. **Neurale ontwikkeling (8 - 15 weken):** * Mentale retardatie en groeistoornissen. * Bijvoorbeeld 1 Gy kan leiden tot een 40% kans op ernstige mentale retardatie [18](#page=18). 4. **Groeifase (> 15 weken):** * Groeiachterstand. * Drempeldosis: 500 mGy [18](#page=18). > **Tip:** Ook bij intra-uteriene blootstelling zijn stochastische effecten mogelijk [18](#page=18). ### 2.3 Stochastische effecten Stochastische effecten omvatten genetische effecten (in geslachtscellen) en tumorinductie (in somatische cellen) [19](#page=19) [20](#page=20). #### 2.3.1 Kenmerken van stochastische effecten * **Geen drempeldosis:** Er is geen veilige drempeldosis; elke blootstelling verhoogt het risico [11](#page=11) [20](#page=20). * **Kans op effect:** De kans op het ontstaan van het effect stijgt met de dosis [11](#page=11) [20](#page=20). * **Ernst van schade:** De ernst van de schade is onafhankelijk van de dosis [11](#page=11) [20](#page=20). #### 2.3.2 Genetische effecten Veranderingen in DNA in geslachtscellen van een ouder, vóór de bevruchting, kunnen leiden tot genetische effecten. Deze effecten verhogen de frequentie van reeds bekende genetische afwijkingen en treden op de lange termijn op, vergelijkbaar met reeds bestaande natuurlijke mutaties. Deze effecten zijn niet aangetoond bij diagnostische doses [21](#page=21). #### 2.3.3 Tumorinductie Dit ontstaat door beschadiging van DNA of genen in een cel. Het proces omvat drie fasen: promotie (cel is in staat te delen), progressie (doorgroei tot potentiële kankercellen), en een lange latentieperiode [22](#page=22). * **Stralingsrisico:** Ongeveer 5% per Sievert (Sv) [22](#page=22). * **Factoren die het risico beïnvloeden:** Leeftijd bij blootstelling, geslacht, blootgesteld weefsel/orgaan en mogelijk hormoonstatus [22](#page=22). ### 2.4 Dosis-effect relaties Kennis over genetische effecten en tumorinductie door straling is gebaseerd op dierproeven, in-vitro experimenten, epidemiologische studies (overlevenden atoombommen, professionele en medische blootstelling, bevolkingsgroepen met blootstelling aan radioactieve neerslag). Duidelijke dosis-effectrelaties zijn voornamelijk vastgesteld in het hoge dosisgebied [23](#page=23). * **LNT-model (Lineair No-Threshold):** Dit model gaat uit van een lineair verband tussen dosis en effect, ook voor lage doses, en stelt dat er geen veilige drempeldosis is. Elke blootstelling aan straling wordt geassocieerd met een verhoogd risico op stochastische effecten [24](#page=24). ### 2.5 Latentietijd: vroege en late effecten De latentietijd verwijst naar de periode tussen de blootstelling aan straling en het optreden van een effect [25](#page=25) [26](#page=26). #### 2.5.1 Vroege effecten * **Optreden:** Tijdens of kort na de bestraling (dagen tot weken) [25](#page=25). * **Betrokken weefsels:** Voornamelijk in snel delende weefsels met een snelle 'turnover', zoals huid en mucosa [25](#page=25). * **Herstel:** Meestal is er volledig herstel mogelijk [25](#page=25). * **Schade:** Primaire schade in het orgaan, en secundaire schade door beschadiging van bloedvaten (onvoldoende zuurstof en voeding voor parenchymale weefsels), wat immuunreacties kan veroorzaken [25](#page=25). #### 2.5.2 Late effecten * **Optreden:** Maanden tot jaren na de bestraling [26](#page=26). * **Betrokken weefsels:** In alle organen, met name weefsels met een trage 'turnover', zoals nieren, longen, hart, lever en centraal zenuwstelsel (CZS) [26](#page=26). * **Voorbeelden:** Fibrose, kanker [26](#page=26). * **Herstel:** Meestal irreversibel en vaak progressief [26](#page=26). * **Rol van genetische factoren:** Genetische factoren spelen een rol bij het optreden van late effecten [26](#page=26). --- # Cellulaire radiobiologie en DNA-schade Dit onderwerp onderzoekt de effecten van ioniserende straling op cellulair niveau, inclusief subcellulaire schade, DNA-beschadiging en de celcyclus, evenals de mechanismen van DNA-respons en herstel [27](#page=27). ### 3.1 Inleiding tot cellulaire radiobiologie Cellulaire radiobiologie bestudeert de gevolgen van ioniserende straling op cellen en de daaruit voortvloeiende schade, die kan variëren van subcellulaire effecten tot weefselschade. De keten van effecten loopt van ioniserende straling via subcellulaire schade en cellulaire schade naar weefselschade, met DNA-herstel als een cruciaal intermediair proces [28](#page=28). #### 3.1.1 Subcellulaire effecten Naast DNA en RNA kunnen ook andere cellulaire componenten, zoals eiwitten, enzymen en celmembranen, beschadigd raken door straling. Hoewel de correctie van deze beschadigde structuren efficiënt kan zijn, is herstel van DNA- en RNA-schade noodzakelijk voor het voortbestaan van de cel [29](#page=29). #### 3.1.2 DNA-schade Ioniserende straling kan diverse vormen van DNA-schade veroorzaken, waaronder: * Schade aan stikstofbasen [30](#page=30). * Enkelstrengs breuken [30](#page=30). * Dubbelstrengs breuken [30](#page=30). * Vorming van extra dwarsverbindingen [30](#page=30). Deze DNA-beschadigingen kunnen leiden tot mutaties in genen en chromosomen, zoals gen- of puntmutaties, structurele en numerieke chromosoomafwijkingen, en multifactoriële afwijkingen. Hoewel veranderingen in het erfelijk materiaal ook van nature voorkomen, verhoogt blootstelling aan hoge stralingsdoses de kans op blijvende schade [30](#page=30). #### 3.1.3 De celcyclus De celcyclus bestaat uit verschillende fasen: * G0: rust [31](#page=31). * G1: tijdelijke rust [31](#page=31). * S: fase waarin DNA wordt verdubbeld [31](#page=31). * G2: voorbereiding op mitose [31](#page=31). * M: mitose (celdeling) [31](#page=31). De cel is het meest gevoelig voor straling tijdens de S- en G2-fasen, wanneer het DNA is ontdubbeld. Zelfs een enkelstrengs breuk kan in deze fasen al tot problemen leiden [31](#page=31). ### 3.2 DNA-schaderespons en herstelmechanismen De respons van de cel op DNA-schade en de mechanismen voor herstel zijn cruciaal voor het voorkomen van genetische instabiliteit en carcinogenese [32](#page=32) [33](#page=33) [35](#page=35). #### 3.2.1 DNA-schaderespons Een belangrijke indicator van dubbelstrengs breuken (DSB) is de fosforylering van het histoneiwit H2AX, wat resulteert in de vorming van $\gamma$H2AX binnen enkele minuten na de schade. Dit $\gamma$H2AX kan zichtbaar worden gemaakt met antilichamenkleuring en toont een lineair verband met de dosis voor het aantal DSB's. Echter, het verband tussen dosis en celoverleving volgt een lineair-kwadratisch model [34](#page=34). #### 3.2.2 DNA-herstelmechanismen DNA-herstel is van vitaal belang voor het voorkomen van genetische instabiliteit en kanker. De meeste herstelmechanismen omvatten drie gemeenschappelijke stappen [35](#page=35): 1. **Nuclease:** Het beschadigde deel van het DNA wordt herkend en weggesneden [35](#page=35). 2. **DNA-polymerase:** Dit enzym synthetiseert een kopie van de ontbrekende nucleotiden, gebruikmakend van de intacte DNA-streng als sjabloon [35](#page=35). 3. **Ligase:** Dit enzym koppelt de verschillende DNA-fragmenten weer aan elkaar [35](#page=35). Kopiëren van slechts één streng is mogelijk, maar bij dubbelstrengs breuken wordt dit aanzienlijk complexer [36](#page=36). > **Tip:** Defecten in DNA-repair genen ("caretakers") komen frequent voor in tumoren en kunnen personen extreem gevoelig maken voor straling, wat leidt tot een verhoogd risico op tumorontwikkeling. Ongeveer 5-10% van de populatie kan drager zijn van dergelijke deficiënte genen [36](#page=36). #### 3.2.3 Consequenties van DNA-schade en celcycluscontrole De cel heeft diverse controlemechanismen om met DNA-schade om te gaan. De ultieme consequentie van onherstelbare schade kan leiden tot geprogrammeerde celdood, ook wel apoptose genoemd. De cel kan herstellen, muteren, of celdood ondergaan als gevolg van DNA-schade [36](#page=36) [38](#page=38). #### 3.2.4 Stralingsschade aan cellen en weefsels Het aantal overlevende cellen in weefsels en organen is cruciaal voor hun functioneren [39](#page=39). * **Repopulatie:** Indien het aantal overlevende cellen voldoende groot is, kunnen snel delende weefsels (zoals huid, slijmvliezen en beenmerg) snelle repopulatie vertonen. Echter, deze snel delende cellen zijn ook zeer gevoelig voor mitosedood [39](#page=39). * **Gevoeligheid van celtypen:** * **Meest gevoelig:** Stamcellen (huid, darm, bloedvormend systeem), mannelijke geslachtscellen, cellen tijdens een differentiatieproces (kortlevende cellen) [39](#page=39). * **Minst gevoelig:** Gespecialiseerde langlevende cellen, uitgedifferentieerde cellen (zenuwen) [39](#page=39). Traag delende cellen ondervinden over het algemeen minder schade van lage stralingsdoses [39](#page=39). --- # Klonogene overleving en stralingseffectiviteit Dit deel behandelt de analyse van klonogene celsurvival na bestraling, het lineair-kwadratische model, en factoren die de stralingseffectiviteit beïnvloeden, zoals LET en zuurstof. ### 4.1 Klonogene overleving Klonogene overleving beschrijft het vermogen van een cel om na bestraling te delen en een nieuwe kolonie te vormen. Dit principe is de basis voor het begrijpen van de effecten van straling op cellen en weefsels [41](#page=41). #### 4.1.1 Overlevingscurven De overlevingscurve visualiseert de relatie tussen de toegediende stralingsdosis en het percentage overlevende cellen. De vorm van deze curve wordt beïnvloed door diverse factoren, waaronder [42](#page=42): * Het celtype [42](#page=42). * De soort straling [42](#page=42). * Het dosistempo [42](#page=42). * De zuurstofconcentratie [42](#page=42). * De aanwezigheid van sensitizerende middelen [42](#page=42). #### 4.1.2 Het lineair-kwadratische (LQ) model Het lineair-kwadratische (LQ) model beschrijft de overlevingscurve van cellen na bestraling. Dit model stelt dat de celoverleving ($S$) afhangt van de dosis ($D$) volgens de formule [43](#page=43): $$S = e^{-(\alpha D + \beta D^2)}$$ waarbij $\alpha$ en $\beta$ parameters zijn die specifiek zijn voor het celtype en de stralingscondities [43](#page=43). * Bij lage doses ($D$ klein) domineert de lineaire term $\alpha D$, wat wijst op een proportionele afname van de overleving met de dosis. Dit effect wordt voornamelijk toegeschreven aan de directe schade aan DNA die moeilijk te herstellen is [43](#page=43). * Bij hoge doses ($D$ groot) wordt de kwadratische term $\beta D^2$ dominant, wat een snellere afname van de overleving met toenemende dosis impliceert. Dit effect wordt geassocieerd met sublethale schade die, indien niet hersteld, kan leiden tot celdood [43](#page=43). De ratio $\alpha/\beta$ is een belangrijke parameter die aangeeft welk aandeel van de totale stralingsschade wordt veroorzaakt door sublethale effecten [43](#page=43). * Een **grote $\alpha/\beta$ ratio** duidt op een dominant lineair effect en betekent dat fractionering (het verdelen van de dosis in kleinere porties) weinig invloed heeft op de overleving. Cellen met een grote $\alpha/\beta$ hebben vaak een groot herstelvermogen en worden gezien bij snel delende weefsels [43](#page=43). * Een **kleine $\alpha/\beta$ ratio** betekent dat fractionering een grote invloed heeft op de overleving. Dit wordt waargenomen bij cellen met een lange celcyclus en wordt geassocieerd met een groter aandeel sublethale schade die door fractionering hersteld kan worden [43](#page=43). > **Tip:** Het LQ-model is cruciaal voor het optimaliseren van radiotherapieprotocollen, met name bij gefractioneerde bestraling, om gezonde weefsels zoveel mogelijk te sparen terwijl tumoren effectief worden bestraald [44](#page=44). Gefractioneerde radiotherapie spaart vooral traag delende weefsels, wat verklaard kan worden door hun typisch kleine $\alpha/\beta$ ratio [44](#page=44). ### 4.2 Stralingseffectiviteit De effectiviteit van straling om biologische schade te veroorzaken, wordt beïnvloed door verschillende factoren, waaronder de Lineaire Energie Transfer (LET) en de aanwezigheid van zuurstof. #### 4.2.1 Lineaire Energie Transfer (LET) Lineaire Energie Transfer (LET) is de hoeveelheid energie die straling per lengte-eenheid afzet in het weefsel, uitgedrukt in kiloelectronvolt per micrometer (keV/µm) [46](#page=46). * **Hoge LET-straling** (bijvoorbeeld alfadeeltjes of neutronen) deponeren veel energie op een korte afstand, wat leidt tot een hoge dichtheid aan ionisaties en directe biologische schade die complex is om te herstellen [46](#page=46). * **Lage LET-straling** (bijvoorbeeld fotonen of elektronen) deponeren energie over langere afstanden en veroorzaken voornamelijk schade door de vorming van vrije radicalen [46](#page=46). #### 4.2.2 Relatieve Biologische Effectiviteit (RBE) De Relatieve Biologische Effectiviteit (RBE) is een maat die de biologische effectiviteit van een bepaalde stralingstype vergelijkt met die van een referentiestraling, meestal 250 keV röntgenstraling. Het wordt gedefinieerd als de ratio van de doses van de referentiestraling en de beschouwde straling die hetzelfde biologische effect veroorzaken [47](#page=47): $$RBE = \frac{\text{Dosis van referentiestraling (250 keV röntgen)}}{\text{Dosis van beschouwde type straling}}$$ De RBE is afhankelijk van diverse factoren: * Het type straling [47](#page=47). * De stralingsdosis [47](#page=47). * Het aantal fracties [47](#page=47). * De dosistempi [47](#page=47). * Het type biologisch systeem dat bestraald wordt [47](#page=47). > **Tip:** Bij relatief lage doses is de RBE vaak groter, omdat de efficiëntie van lage LET-straling hoger wordt bij hogere doses, wat de RBE-curve kan beïnvloeden [48](#page=48). #### 4.2.3 Invloed van zuurstof Zuurstof speelt een cruciale rol in de radiobiologie omdat het de effectiviteit van straling kan verhogen. Ongeveer tweederde van DNA-schade wordt veroorzaakt door vrije radicalen. Zuurstof kan deze DNA-schade 'fixeren' door te binden met vrije radicalen, waardoor herstel wordt voorkomen en de cel gevoeliger wordt voor bestraling (radiosensitisatie) [49](#page=49). De zuurstofversterkingsratio (Oxygen Enhancement Ratio, OER) kwantificeert dit effect: $$OER = \frac{\text{Dosis nodig in afwezigheid van zuurstof}}{\text{Dosis nodig in aanwezigheid van zuurstof}}$$ De OER neemt af bij toenemende LET. Dit betekent dat bij hoge LET-straling, de invloed van zuurstof op de radiosensitiviteit minder significant is in vergelijking met lage LET-straling [50](#page=50). --- ## 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 | |------|------------| | Ioniserende straling | Straling met voldoende energie om een atoom of molecuul te ioniseren, wat kan leiden tot chemische veranderingen en schade aan biologische moleculen zoals DNA. | | Radiobiologie | Het wetenschapsgebied dat de effecten van straling op biologische organismen bestudeert, inclusief de mechanismen van schade en herstel op verschillende niveaus, van moleculair tot organisme. | | Deterministische effecten | Stralingseffecten die een drempeldosis vereisen om zich te manifesteren en waarbij de ernst van het effect toeneemt met de dosis. Ze zijn vaak het gevolg van celdood. | | Stochastische effecten | Stralingseffecten die geen duidelijke drempeldosis hebben, waarbij de kans op het optreden van het effect toeneemt met de dosis, maar de ernst van het effect onafhankelijk is van de dosis. Kanker en genetische mutaties zijn voorbeelden. | | DNA | Deoxyribonucleïnezuur, de molecuul die de genetische instructies voor de ontwikkeling, werking, groei en reproductie van alle bekende organismen en veel virussen bevat. | | Radicaalvorming | Het proces waarbij atomen of moleculen met ongepaarde valentie-elektronen worden gevormd, die chemisch zeer reactief zijn en schade kunnen veroorzaken aan biologische macromoleculen zoals DNA. | | Radiolyse van water | Het proces waarbij watermoleculen worden gesplitst door ioniserende straling, wat leidt tot de vorming van reactieve radicalen zoals OH•, die de belangrijkste oorzaak zijn van biologische schade door ioniserende straling. | | Celdood | Het proces waarbij een cel ophoudt te functioneren en sterft, wat kan gebeuren door verschillende oorzaken, waaronder schade door ioniserende straling. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces waarbij cellen zichzelf vernietigen om de integriteit van het organisme te behouden, vaak geïnitieerd als reactie op schade of stress. | | Mutatie | Een permanente verandering in de DNA-sequentie van een organisme. Mutaties kunnen optreden door diverse oorzaken, waaronder blootstelling aan ioniserende straling. | | Celcyclus | De reeks gebeurtenissen die plaatsvinden in een groeiende cel tussen het moment van celdeling en het moment waarop de cel zich opnieuw deelt. Het omvat de G1-, S-, G2- en M-fasen. | | DNA-herstelmechanismen | Biologische processen die cellen gebruiken om schade aan hun DNA te repareren, cruciaal voor het voorkomen van mutaties, genetische instabiliteit en ziekten zoals kanker. | | Klonogene overleving | Het vermogen van cellen om na bestraling te overleven en zich te delen om een zichtbare kolonie te vormen, wat een belangrijke indicator is voor de radioresistentie van cellen. | | LET (Linear Energy Transfer) | Een maat voor de hoeveelheid energie die straling per eenheid van afgelegde afstand in een medium deponeert. Hoge LET-straling veroorzaakt dichte ionisatie langs zijn spoor. | | RBE (Relative Biological Effectiveness) | De verhouding van de dosis van een referentiestraling (meestal 250 keV röntgenstraling) tot de dosis van een andere straling, die hetzelfde biologische effect veroorzaakt. | | Zuurstof (O2) | Een gas dat een belangrijke rol speelt in de radiobiologie; in aanwezigheid van zuurstof kan schade aan DNA door vrije radicalen "gefixeerd" worden, waardoor de cel gevoeliger wordt voor straling. | | Oxigen Enhancement Ratio (OER) | De verhouding van de dosis die nodig is om een bepaald biologisch effect te bereiken in afwezigheid van zuurstof, tot de dosis die nodig is om hetzelfde effect te bereiken in aanwezigheid van zuurstof. |

# La divisione cellulare e l'apoptosi La divisione cellulare e l'apoptosi rappresentano due processi fondamentali per la vita degli organismi pluricellulari, garantendo la crescita, lo sviluppo e il mantenimento dell'omeostasi tissutale [9](#page=9). ### 1.1 La divisione cellulare e l'anello contrattile La mitosi è un processo chiave della divisione cellulare. Un elemento cruciale nella divisione cellulare è la formazione dell'anello contrattile, responsabile della scissione del citoplasma [2](#page=2) [3](#page=3). #### 1.1.1 Composizione e funzione dell'anello contrattile L'anello contrattile è costituito da filamenti di actina e miosina. Il suo ruolo è quello di contrarsi progressivamente lungo il piano mediano della cellula, portando alla separazione in due cellule figlie [3](#page=3) [4](#page=4). #### 1.1.2 Sede di formazione dell'anello contrattile I microtubuli residui del fuso mitotico, nella parte mediana della cellula, specificano il sito in cui si formerà l'anello contrattile e, successivamente, il solco di scissione [3](#page=3). ### 1.2 Apoptosi: la morte cellulare programmata L'apoptosi, o morte cellulare programmata, è un evento biologico fondamentale con ruoli critici durante lo sviluppo e nell'organismo adulto [6](#page=6) [7](#page=7). #### 1.2.1 Cause e induttori dell'apoptosi L'apoptosi può essere indotta da diversi fattori: * Danni al DNA [8](#page=8). * Infezioni virali [8](#page=8). * Condizioni di stress cellulare [8](#page=8). In questi scenari, l'apoptosi agisce come un meccanismo di difesa per rimuovere cellule potenzialmente dannose per l'organismo [8](#page=8) [9](#page=9). #### 1.2.2 Ruolo dell'apoptosi durante lo sviluppo embrionale L'apoptosi è essenziale per la corretta formazione di organi e tessuti durante lo sviluppo embrionale. Essa modella le masse cellulari attraverso la rimozione selettiva di cellule. Esempi includono [10](#page=10) [9](#page=9): * La rimozione del mesoderma interdigitale nel feto umano per consentire la formazione delle dita delle mani e dei piedi [10](#page=10). * La formazione del lume intestinale e la scolpitura di altri tessuti [10](#page=10). * Nel sistema nervoso in via di sviluppo, l'eliminazione delle cellule neuronali in eccesso per garantire la corretta formazione delle connessioni sinaptiche [10](#page=10). * Durante la metamorfosi di anfibi e insetti, l'apoptosi è responsabile dell'eliminazione di tessuti specifici [10](#page=10). #### 1.2.3 Ruolo dell'apoptosi nell'organismo adulto e mantenimento dell'omeostasi In un organismo adulto, l'apoptosi gioca un ruolo cruciale nel mantenimento dell'omeostasi tissutale, compensando la proliferazione cellulare per mantenere costante il numero di cellule. Mitosi e apoptosi sono processi finemente regolati da segnali specifici che garantiscono l'equilibrio [11](#page=11) [9](#page=9). #### 1.2.4 Implicazioni patologiche e terapeutiche dell'apoptosi Alterazioni nell'apoptosi sono associate a diverse patologie: * **Riduzione dell'apoptosi:** Si osserva in malattie come il cancro e alcune malattie autoimmuni. Molte terapie antitumorali mirano a stimolare la morte programmata delle cellule tumorali [11](#page=11). * **Eccesso di apoptosi:** Si riscontra in malattie neurodegenerative e cardiache. La ricerca sta esplorando l'inibizione dell'apoptosi come strategia per ridurre il danno in queste condizioni [11](#page=11). > **Tip:** L'omeostasi cellulare negli organismi pluricellulari è il risultato di un delicato equilibrio tra la proliferazione cellulare (divisione) e la morte cellulare (apoptosi) [11](#page=11). > **Example:** L'anello contrattile, composto da actina e miosina, agisce come un "laccio" cellulare che si stringe per dividere una cellula madre in due cellule figlie [3](#page=3) [4](#page=4). --- # Caratteristiche morfologiche e meccanismi dell'apoptosi L'apoptosi è un processo di morte cellulare programmata caratterizzato da modificazioni morfologiche specifiche e meccanismi molecolari controllati che portano alla fagocitosi senza indurre infiammazione [17](#page=17). ### 2.1 Caratteristiche morfologiche dell'apoptosi Le cellule che vanno incontro ad apoptosi presentano alterazioni visibili sia a livello nucleare che citoplasmatico [14](#page=14) [17](#page=17). #### 2.1.1 Modificazioni cellulari iniziali * **Contrazione cellulare:** La cellula apoptotica riduce il proprio volume [14](#page=14) [17](#page=17). * **Condensazione della cromatina:** La cromatina, il complesso di DNA e proteine nel nucleo, tende a condensarsi e a disporsi ai margini del nucleo [14](#page=14) [17](#page=17). * **Esposizione di fosfatidilserine:** La membrana plasmatica perde la sua asimmetria caratteristica. Molecole di fosfatidilserina (PS) vengono traslocate dallo strato interno a quello esterno della membrana plasmatica [14](#page=14) [15](#page=15) [17](#page=17). #### 2.1.2 Modificazioni cellulari avanzate * **Frammentazione nucleare e cellulare:** La cromatina e la cellula stessa si frammentano in vescicole più piccole, note come corpi apoptotici [14](#page=14) [17](#page=17). > **Tip:** L'esposizione delle fosfatidilserine sulla membrana plasmatica esterna è un segnale cruciale per il riconoscimento e la fagocitosi da parte delle cellule specializzate. ### 2.2 Meccanismi molecolari e fagocitosi L'apoptosi è un processo attivo che richiede energia e coinvolge specifici meccanismi molecolari che conducono alla demolizione controllata della cellula [15](#page=15). #### 2.2.1 Riconoscimento e fagocitosi Le fosfatidilserine esposte sulla superficie dei corpi apoptotici, insieme ad altre proteine, vengono riconosciute da cellule fagocitiche, principalmente i macrofagi [15](#page=15). #### 2.2.2 Eliminazione e conseguenze * **Fagocitosi e degradazione:** I corpi apoptotici vengono fagocitati e successivamente degradati all'interno dei lisosomi delle cellule fagocitiche [15](#page=15). * **Assenza di infiammazione:** Questo meccanismo di eliminazione pulita evita il rilascio di contenuti intracellulari dannosi nel tessuto circostante, prevenendo così reazioni infiammatorie [15](#page=15). > **Example:** A differenza della necrosi, dove la perdita dell'integrità della membrana plasmatica causa il rilascio di enzimi litici e infiammazione l'apoptosi porta a una "morte pulita" senza lasciare tracce [15](#page=15) [17](#page=17). --- # Basi molecolari e regolazione dell'apoptosi Questo argomento esplora i meccanismi molecolari che sottendono l'apoptosi, includendo i geni scoperti in *C. elegans* (Ced-3, Ced-4, Ced-9) e le caspasi, proteasi effettrici dell'apoptosi, analizzando la loro attivazione tramite vie estrinseche e intrinseche [18](#page=18) [19](#page=19). ### 3.1 Contesto e scoperta dei geni chiave L'apoptosi, o morte cellulare programmata, è un processo fisiologico fondamentale, caratterizzato da una morte altamente specifica delle cellule con alterazioni morfologiche ben definite. Studi condotti in *C. elegans* hanno portato all'identificazione di tre geni essenziali per il controllo e l'esecuzione dell'apoptosi: Ced-3, Ced-4 e Ced-9. Ced-3 e Ced-4 sono necessari per l'attuazione del programma di morte, mentre Ced-9 agisce come soppressore dell'apoptosi [20](#page=20) [21](#page=21). ### 3.2 Le caspasi: esecutori dell'apoptosi Geni omologhi a Ced-3, 4 e 9 sono stati identificati in altri organismi, codificando per proteine altamente conservate che fungono da effettori e regolatori del processo apoptotico in risposta a vari stimoli. Il gene Ced-3 codifica per un enzima con attività proteasica, evidenziando come la morte cellulare programmata dipenda da eventi di proteolisi [22](#page=22). Le caspasi appartengono a una famiglia di proteasi cruciali per l'inizio e l'esecuzione dell'apoptosi. Sono caratterizzate da una cisteina nel sito catalitico e tagliano specificamente in corrispondenza di un residuo di acido aspartico nella proteina bersaglio (sequenza P4-P3-P2-P1, dove P1 è un acido aspartico). Questa proteolisi è efficiente e altamente specifica in termini di sequenza [23](#page=23). #### 3.2.1 Attivazione delle caspasi Le caspasi vengono sintetizzate come proenzimi inattivi (procaspasi). La loro attivazione richiede tagli endopeptidici specifici a livello di residui di acido aspartico, che portano al rilascio del prodominio e delle subunità maggiore e minore. La caspasi attiva è un eterotetramero composto da due subunità maggiori e due minori, rendendo il meccanismo di apoptosi intrinsecamente latente nella cellula [24](#page=24). > **Tip:** L'attivazione delle caspasi è un processo a cascata, dove le caspasi iniziatrici attivano le caspasi effettrici, amplificando il segnale apoptotico. #### 3.2.2 Meccanismo d'azione delle caspasi L'attività delle caspasi porta a risultati variabili a seconda del substrato e della posizione del sito di taglio, potendo causare la perdita o il guadagno di attività biologica della proteina bersaglio. Il taglio proteolitico da parte delle caspasi può interessare oltre 400 tipi differenti di proteine, inducendo i cambiamenti morfologici e funzionali tipici dell'apoptosi [25](#page=25) [26](#page=26). Tra i bersagli delle caspasi vi sono: * Proteine coinvolte nell'adesione focale e nei siti di adesione cellula-cellula, portando alla perdita di contatto [28](#page=28). * Proteine del citoscheletro, che determinano variazioni nell'organizzazione cellulare e la formazione dei corpi apoptotici [28](#page=28). * Inibitori di enzimi come la CAD (Caspase-activated DNase), portando all'attivazione della DNasi stessa [27](#page=27). ### 3.3 Vie di attivazione delle caspasi Le caspasi iniziatrici, come la Caspasi 8 e la Caspasi 9, sono responsabili dell'attivazione delle caspasi effettrici/esecutrici (Caspasi 3, 6 e 7). Le caspasi effettrici, a loro volta, attivano altre caspasi in un ciclo di amplificazione del segnale e agiscono sui loro specifici bersagli [30](#page=30). Esistono due principali vie di attivazione delle caspasi iniziatrici: #### 3.3.1 Via estrinseca (o via del recettore) Questa via è innescata da segnali extracellulari, come i fattori di morte (ad esempio, TNF), prodotti dal sistema immunitario in risposta a stimoli quali radiazioni, agenti chimici o infezioni virali. Quando un fattore di morte si lega a specifici recettori di morte (DR) sulla superficie cellulare, porta alla formazione di un complesso proteico chiamato DISC (Death-Inducing Signaling Complex). Il DISC recluta, tramite proteine adattatrici come FADD, le procaspasi 8. In questo contesto di stretta prossimità, la bassa attività intrinseca delle procaspasi 8 è sufficiente per indursi reciprocamente tagli proteolitici e attivarsi, un fenomeno noto come "induzione per prossimità" [32](#page=32) [34](#page=34). > **Example:** Il legame del TNF al suo recettore (TNFR) induce la formazione del DISC, reclutando FADD e procaspasi 8, che infine si auto-attivano [34](#page=34). #### 3.3.2 Via intrinseca (o via mitocondriale) Questa via è attivata da segnali intracellulari che derivano da stress a carico del mitocondrio, danno al DNA, accumulo anomalo di proteine mal ripiegate (misfolded) o stress ossidativo. Questi segnali portano al rilascio di fattori pro-apoptotici dal mitocondrio, come il citocromo c, e all'attivazione della Caspasi 9 tramite la formazione di un oloenzima [30](#page=30) [33](#page=33). Le proteine coinvolte nell'attivazione della via intrinseca includono proteine come Bad, Noxa e PUMA, che agiscono in risposta a questi segnali intracellulari. Anche enzimi come EndoG sono associati a questo processo [33](#page=33). > **Tip:** Entrambe le vie (estrinseca e intrinseca) convergono sull'attivazione delle caspasi effettrici, assicurando un'efficace esecuzione del programma apoptotico. Le caspasi iniziatrici, 8 e 9, una volta attivate, danno il via alla cascata di eventi che porta alla morte cellulare, agendo sui rispettivi bersagli [30](#page=30) [31](#page=31). --- ## Errori comuni da evitare - Rivedete tutti gli argomenti accuratamente prima degli esami - Prestate attenzione alle formule e definizioni chiave - Praticate con gli esempi forniti in ogni sezione - Non memorizzate senza comprendere i concetti sottostanti

| Term | Definition | |------|------------| | Mitosi | Processo di divisione cellulare che porta alla formazione di due cellule figlie geneticamente identiche alla cellula madre, fondamentale per la crescita e la riparazione dei tessuti. | | Anello contrattile | Struttura citoplasmatica composta da actina e miosina, responsabile della citodieresi (divisione del citoplasma) durante la divisione cellulare. | | Solco di scissione | Invaginazione della membrana plasmatica che si forma durante la citodieresi, che si restringe progressivamente per separare la cellula madre in due cellule figlie. | | Apoptosi | Morte cellulare programmata, un processo attivo e controllato che elimina cellule non più necessarie o danneggiate, fondamentale per lo sviluppo embrionale, l'omeostasi tissutale e la difesa immunitaria. | | Danno al DNA | Alterazioni nella struttura del materiale genetico che possono essere causate da agenti fisici, chimici o errori durante la replicazione del DNA. | | Infezione virale | Invasione e replicazione di un virus all'interno di una cellula ospite, che può portare a danni cellulari o morte. | | Stress cellulare | Condizioni ambientali o interne che mettono a dura prova la capacità della cellula di mantenere la propria omeostasi, potendo indurre risposte adattative o morte cellulare. | | Proliferazione cellulare | Processo di rapida moltiplicazione delle cellule, essenziale durante lo sviluppo e la crescita, ma che deve essere bilanciato dalla morte cellulare per mantenere l'omeostasi. | | Sviluppo embrionale | Fase della vita di un organismo che va dalla fecondazione alla nascita, caratterizzata da intensa proliferazione, differenziamento e rimodellamento tissutale. | | Organismo adulto | Fase matura della vita di un organismo pluricellulare, in cui i processi di crescita cessano e viene mantenuta l'omeostasi dei tessuti. | | Omeostasi | Capacità di un organismo o di un sistema di mantenere un ambiente interno stabile e costante, nonostante le variazioni esterne. | | Cromatina | Complesso formato da DNA e proteine (istoni) che costituisce il materiale genetico dei cromosomi all'interno del nucleo cellulare. | | Membrana plasmatica | Struttura semipermeabile che delimita la cellula, regolando il passaggio di sostanze tra l'interno e l'esterno. | | Fosfatidilserina | Fosfolipide normalmente presente nel foglietto interno della membrana plasmatica, la cui esposizione esterna è un segnale precoce di apoptosi. | | Vescicole | Piccole sacche delimitate da membrana che si formano durante la frammentazione della cellula apoptotica (corpi apoptotici). | | Fagocitosi | Processo mediante il quale alcune cellule specializzate (fagociti) inglobano ed eliminano particelle estranee, detriti cellulari o cellule apoptotiche. | | Lisosomi | Organelli cellulari contenenti enzimi idrolitici, responsabili della digestione intracellulare di macromolecole e detriti. | | Infiammazione | Risposta complessa del corpo a lesioni o infezioni, caratterizzata da arrossamento, gonfiore, calore e dolore, mediata dal rilascio di sostanze chimiche. | | Necrosi | Forma di morte cellulare non programmata, solitamente causata da traumi acuti o tossine, che porta a rigonfiamento cellulare e infiammazione. | | Caspasi | Famiglia di proteasi (enzimi che tagliano proteine) essenziali per l'esecuzione dell'apoptosi, attivate in sequenza per degradare componenti cellulari specifici. | | Proteasi | Enzimi che catalizzano l'idrolisi dei legami peptidici nelle proteine, portando alla loro degradazione. | | Cisteina | Amminoacido contenente un gruppo sulfidrilico (-SH) nel suo gruppo R, che è spesso coinvolto nell'attività catalitica delle enzimi, comprese le caspasi. | | Acido aspartico | Amminoacido carico negativamente, il cui residuo è spesso il sito di taglio specifico per le caspasi. | | Procaspasi | Forma inattiva precursore delle caspasi, che viene attivata tramite tagli proteolitici specifici. | | Eterotetramero | Complesso proteico composto da quattro subunità proteiche diverse. Nel caso delle caspasi attive, sono due subunità maggiori e due minori. | | Proteolisi | Processo di degradazione delle proteine mediante l'idrolisi dei legami peptidici. | | CAD (Caspase-activated DNase) | Enzima DNasi attivato dalle caspasi, responsabile della frammentazione del DNA durante l'apoptosi. | | ICAD (Inhibitor of CAD) | Proteina che inibisce l'attività della CAD, impedendo la frammentazione del DNA in assenza di segnali apoptotici. | | Citoscheletro | Rete di filamenti proteici all'interno del citoplasma che fornisce supporto strutturale alla cellula, ne determina la forma e partecipa ai movimenti cellulari. | | Caspasi iniziatrici | Caspasi che si trovano all'inizio della cascata apoptotica e che attivano le caspasi effettrici (es. Caspasi 8 e 9). | | Caspasi effettrici/esecutrici | Caspasi che sono attivate dalle caspasi iniziatrici e che sono responsabili della degradazione dei substrati cellulari che portano alle manifestazioni dell'apoptosi (es. Caspasi 3, 6, 7). | | Amplificazione del segnale | Meccanismo molecolare mediante il quale un singolo evento iniziale porta alla generazione di una risposta molto più ampia, spesso attraverso cascate enzimatiche. | | Via estrinseca | Via di attivazione dell'apoptosi iniziata da segnali esterni alla cellula, che legano recettori di morte sulla membrana plasmatica. | | Via intrinseca | Via di attivazione dell'apoptosi che origina da stimoli interni alla cellula, come danno al DNA o stress mitocondriale. | | Fattore di morte (es. TNF) | Molecola segnale extracellulare che, legandosi a recettori specifici, può indurre apoptosi. | | Recettore di morte (DR) | Proteine recettoriali presenti sulla membrana cellulare che, quando attivate da specifici ligandi (fattori di morte), innescano la via estrinseca dell'apoptosi. | | DISC (Death-Inducing Signaling Complex) | Complesso proteico che si forma dopo il legame di un fattore di morte al suo recettore, reclutando e attivando le procaspasi 8. | | Proteine adattatrici (es. FADD) | Proteine che facilitano l'interazione tra altre proteine, come nel caso del DISC, dove FADD collega il recettore di morte alle procaspasi 8. | | Induzione per prossimità | Meccanismo di attivazione proteica in cui la vicinanza di più molecole inattive le porta ad attivarsi reciprocamente tramite auto-catalisi. |

# Introduzione all'apoptosi e sue caratteristiche L'apoptosi è un processo biologicamente fondamentale di morte cellulare programmata che viene riconosciuto a livello microscopico attraverso specifiche alterazioni morfologiche e molecolari [2](#page=2). ### 1.1 Definizione e scopo dell'apoptosi L'apoptosi, o morte cellulare programmata, è un meccanismo cellulare che comporta una sequenza ordinata di eventi che portano alla morte della cellula. Questo processo è essenziale per il normale sviluppo, la manutenzione dei tessuti e l'omeostasi dell'organismo. Permette la rimozione controllata di cellule danneggiate, infette o non più necessarie senza causare infiammazione o danni ai tessuti circostanti [2](#page=2). ### 1.2 Caratteristiche della cellula apoptotica Le cellule che muoiono per apoptosi presentano diverse caratteristiche distintive, osservabili sia a livello macroscopico che microscopico. Queste includono [2](#page=2): * **Compattazione della cromatina**: Il materiale genetico all'interno del nucleo si aggrega e si condensa [2](#page=2). * **Frammentazione del nucleo**: Il nucleo si rompe in piccoli frammenti [2](#page=2). * **Formazione di corpi apoptotici**: La cellula si restringe e si divide in vescicole circondate da membrana, chiamate corpi apoptotici, contenenti frammenti del citoplasma e del nucleo [2](#page=2). * **Integrità della membrana plasmatica**: Nonostante la formazione dei corpi apoptotici, la membrana plasmatica rimane intatta fino alle fasi finali del processo, impedendo il rilascio del contenuto cellulare [2](#page=2). ### 1.3 Riconoscimento microscopico dell'apoptosi Il riconoscimento di una cellula in apoptosi a livello microscopico si basa sull'identificazione di specifiche alterazioni. Uno dei marcatori chiave è la traslocazione della **fosfatidilserina** dalla membrana interna a quella esterna della membrana plasmatica [3](#page=3). > **Tip:** La fosfatidilserina è normalmente presente solo sul foglietto interno della membrana plasmatica. Durante l'apoptosi, specifici meccanismi causano la sua esposizione sulla superficie esterna della cellula [3](#page=3). Questo evento può essere rilevato utilizzando sonde molecolari specifiche. L'**Annexin V**, una proteina che lega la fosfatidilserina in presenza di calcio, viene comunemente impiegata per identificare le cellule apoptotiche. L'incorporazione di Annexin V marcata con un fluorocromo, visibile al microscopio a fluorescenza, indica che la cellula sta iniziando il processo apoptotico [3](#page=3). ### 1.4 Gli esecutori dell'apoptosi: le caspasi Le **caspasi** sono una famiglia di proteasi intracellulari che svolgono un ruolo centrale nell'esecuzione dell'apoptosi. Queste proteine sono normalmente presenti come precursori inattivi (pro-caspasi) e vengono attivate attraverso un processo di clivaggio proteolitico, innescando una cascata di eventi che portano alla degradazione dei componenti cellulari. Le caspasi sono considerate gli "esecutori" dell'apoptosi poiché sono responsabili della demolizione controllata della cellula [2](#page=2). --- # Le caspasi: esecutori dell'apoptosi Le caspasi sono enzimi proteolitici cruciali per l'esecuzione della morte cellulare programmata (apoptosi), agendo sia come iniziatori che come effettori. Il loro ruolo centrale nell'apoptosi deriva dalla loro capacità di indurre una cascata di eventi proteolitici che portano alla degradazione cellulare controllata [4](#page=4). ### 2.1 Classificazione e ruolo delle caspasi Le caspasi possono essere classificate in due gruppi principali in base alla loro funzione nell'apoptosi: * **Caspasi iniziatrici:** Queste caspasi (specificamente la Caspasi 8 e la Caspasi 9) sono le prime a essere attivate in risposta a uno stimolo apoptotico. La loro funzione primaria è quella di attivare le caspasi effettrici [5](#page=5). * **Caspasi effettrici (o esecutrici):** Queste includono la Caspasi 3, la Caspasi 6 e la Caspasi 7. Vengono attivate dalle caspasi iniziatrici e sono responsabili della degradazione delle proteine cellulari bersaglio, portando alle caratteristiche morfologiche dell'apoptosi. Le caspasi effettrici possono anche attivare altre caspasi, creando un meccanismo di amplificazione del segnale [5](#page=5). > **Tip:** La distinzione tra caspasi iniziatrici ed effettrici è fondamentale per comprendere la progressione ordinata dell'apoptosi. Le iniziatrici danno il via alla cascata, mentre le effettrici eseguono la distruzione cellulare. ### 2.2 Meccanismo di attivazione delle caspasi L'attivazione delle caspasi avviene attraverso un processo di taglio proteolitico [4](#page=4). * Le caspasi iniziatrici, una volta attivate, processano e attivano le caspasi effettrici [5](#page=5) [6](#page=6). * Il taglio proteolitico operato dalle caspasi sui loro substrati può portare a due esiti principali: * Perdita dell'attività biologica di una proteina [4](#page=4). * Guadagno di un'attività biologica in una proteina, talvolta con funzioni pro-apoptotiche [4](#page=4). > **Tip:** Il meccanismo di auto-amplificazione delle caspasi (le effettrici attivano altre effettrici) assicura che la risposta apoptotica sia rapida ed efficiente, una volta che il processo è stato innescato. --- # Vie di attivazione dell'apoptosi: estrinseca e intrinseca Le due principali vie che portano all'apoptosi, o morte cellulare programmata, sono la via estrinseca, attivata da recettori di morte sulla superficie cellulare, e la via intrinseca, innescata da segnali intracellulari e che coinvolge i mitocondri. ### 3.1 Via estrinseca (via del recettore) La via estrinseca è attivata da segnali extracellulari, tipicamente proteine chiamate "fattori di morte". Uno di questi fattori è il fattore di necrosi tumorale (TNF), prodotto da cellule del sistema immunitario in risposta a stimoli come radiazioni ionizzanti, agenti chimici o infezioni virali [8](#page=8). Quando il TNF si lega a recettori di morte specifici (DR) sulla membrana cellulare, porta alla formazione di un complesso chiamato DISC (Death-Inducing Signaling Complex). Questo complesso recluta, tramite proteine adattatrici come FADD, le procaspasi 8. In queste condizioni di vicinanza stretta, le procaspasi 8 si attivano reciprocamente attraverso autoclivaggio, un processo noto come induzione per prossimità [8](#page=8). > **Tip:** La via estrinseca è un meccanismo rapido per innescare l'apoptosi in risposta a segnali esterni ben definiti. ### 3.2 Via intrinseca (via del mitocondrio) La via intrinseca, nota anche come via del mitocondrio, è attivata da segnali intracellulari. Questi stimoli includono danni genetici irreparabili, mancanza di ossigeno, elevate concentrazioni citosoliche di calcio, infezioni virali, stress ossidativo e accumulo di proteine mal ripiegate nel reticolo endoplasmatico (RE) [10](#page=10) [9](#page=9). Il punto cruciale di questa via è la permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna (MOMP - Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization). In condizioni normali, proteine come Bax sono inattive nel citosol, mentre Bak è una proteina integrale della membrana mitocondriale. In risposta a stimoli apoptotici, Bax viene traslocato nei mitocondri, subisce cambiamenti conformazionali e si inserisce nella membrana mitocondriale. Bak, cambiando conformazione, oligomerizza formando pori sulla membrana mitocondriale [13](#page=13). Il rilascio di molecole come il citocromo c (Cit c) dal mitocondrio nel citosol è un evento chiave. Il Cit c si lega ad Apaf-1, un fattore di attivazione della caspasi 9, causandone un cambiamento conformazionale. In assenza di stimoli apoptotici, Apaf-1 esiste in una forma monomerica compatta [10](#page=10). Dopo il legame con Cit c, più molecole di Apaf-1 si assemblano per formare un complesso proteico chiamato apoptosoma. L'apoptosoma assemblato lega e attiva reciprocamente le molecole di procaspasi 9, innescando la cascata delle caspasi effettrici [11](#page=11). > **Tip:** La via intrinseca è un meccanismo di "controllo qualità" che risponde a danni cellulari interni, garantendo l'eliminazione di cellule compromesse. ### 3.3 Interconnessione tra le vie Le vie estrinseca e intrinseca non sono completamente separate e possono interagire. I mitocondri possono amplificare il segnale pro-apoptotico derivante dai recettori di morte. La caspasi 8, attivata nella via estrinseca, può tagliare la proteina pro-apoptotica Bid (una proteina BH3-only) in una forma tronca (tBid). tBid ha la capacità di bloccare proteine anti-apoptotiche come Bcl-2 e di promuovere la permeabilizzazione della membrana mitocondriale. In questo modo, t-BID funge da ponte, interconnettendo la via estrinseca con quella intrinseca [24](#page=24). > **Example:** In alcuni casi di infezione virale, la cellula può ricevere sia segnali esterni (fattori di morte) che subire danni interni (stress da replicazione virale). Entrambe le vie apoptotiche possono essere attivate, portando a una più efficace eliminazione della cellula infetta. ### 3.4 Ruolo delle proteine BH3-only Proteine come Bad, Noxa e PUMA sono classi di proteine BH3-only che giocano un ruolo fondamentale nell'attivazione della via intrinseca. Queste proteine sono regolate da segnali apoptotici e agiscono interagendo con proteine della famiglia Bcl-2, che sono i regolatori centrali della MOMP. Esse possono sequestrare proteine anti-apoptotiche (come Bcl-2 e Bcl-xL) o attivano proteine pro-apoptotiche (come Bax e Bak), facilitando così il rilascio di Cit c dal mitocondrio [13](#page=13) [7](#page=7) [9](#page=9). ### 3.5 Caspasi Le caspasi sono una famiglia di proteasi a cisteina che svolgono un ruolo centrale nell'esecuzione dell'apoptosi. Esistono caspasi iniziatrici (come la caspasi 8 e la caspasi 9) che vengono attivate all'inizio della cascata apoptotica e caspasi effettrici (come la caspasi 3, 6 e 7) che mediano la degradazione dei componenti cellulari. L'attivazione reciproca delle procaspasi, sia nella via estrinseca che in quella intrinseca, porta alla formazione delle caspasi attive che demoliranno la cellula [11](#page=11) [8](#page=8). > **Tip:** Comprendere le differenze e le interconnessioni tra la via estrinseca e intrinseca è fondamentale per capire come le cellule rispondono a una vasta gamma di stimoli dannosi e per esplorare potenziali bersagli terapeutici in patologie legate alla disregolazione dell'apoptosi. --- # Regolazione dell'apoptosi: famiglia Bcl-2 e inibitori Questo argomento esplora come la famiglia di proteine Bcl-2 e gli inibitori dell'apoptosi (IAP) modulano la permeabilità della membrana mitocondriale e, di conseguenza, il destino cellulare. ### 4.1 La famiglia di proteine Bcl-2: guardiani della membrana mitocondriale La famiglia di proteine Bcl-2 svolge un ruolo cruciale nella regolazione dell'apoptosi agendo principalmente come modulatori della permeabilità della membrana mitocondriale esterna. Il loro meccanismo d'azione consiste nel controllare il rilascio di fattori pro-apoptotici, come il citocromo c, dai mitocondri. L'equilibrio tra proteine pro-apoptotiche e anti-apoptotiche determina l'esito finale della cellula: sopravvivenza o morte. È importante notare che uno stesso stimolo citotossico può indurre o meno l'apoptosi in cellule diverse, evidenziando la complessità di questa regolazione [16](#page=16) [17](#page=17). #### 4.1.1 Classificazione e funzioni dei membri della famiglia Bcl-2 Sono stati identificati 22 membri della famiglia Bcl-2, classificati in base alla presenza di sequenze conservate chiamate domini di omologia a Bcl2 (BH) [17](#page=17). * **Proteine anti-apoptotiche (es. Bcl-2, Bcl-XL):** Queste proteine si associano alla membrana mitocondriale e funzionano come "spazzini" di fattori pro-apoptotici. Sono potenti inibitori dell'apoptosi in risposta a molti, ma non tutti, insulti citotossici [18](#page=18). * **Proteine pro-apoptotiche effettrici (es. Bax, Bak):** Queste proteine contengono tipicamente tre domini BH (BH1-2-3). La loro funzione è essenziale per la formazione di pori sulla membrana mitocondriale [19](#page=19). * **Proteine BH3-only (es. Bad, Noxa, PUMA, Bid):** Queste proteine sono i principali effettori del segnale apoptotico che origina dalla famiglia Bcl-2. Esse riconoscono e si legano alle proteine anti-apoptotiche o attivano le proteine pro-apoptotiche effettrici [19](#page=19). Le interazioni tra i vari membri della famiglia sono fondamentali. Possono formare complessi in cui le proteine si inibiscono reciprocamente, favorendo o sfavorendo la formazione di pori sulla membrana mitocondriale [19](#page=19). > **Tip:** La comprensione delle specifiche interazioni tra proteine BH3-only, proteine anti-apoptotiche e proteine effettrici è cruciale per capire come le cellule decidono di attivare o inibire l'apoptosi. ### 4.2 Inibitori dell’apoptosi (IAP) e modulatori Oltre alla famiglia Bcl-2, esistono altre classi di proteine che modulano l'apoptosi, in particolare gli inibitori dell'apoptosi (IAP) e molecole come c-FLIP. #### 4.2.1 Inibitori dell’apoptosi (IAP) Le proteine IAP sono in grado di legarsi e inibire l'attività delle caspasi attivate (in particolare caspasi 3, 7 e 9). Durante la permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna, oltre al citocromo c, vengono rilasciati altri fattori, tra cui Smac/Diablo. Queste molecole hanno la funzione di inibire l'attività degli IAP, sbloccando così il processo apoptotico [21](#page=21). #### 4.2.2 Modulatori della risposta apoptotica: c-FLIP e recettori esca L'esistenza di recettori esca e di molecole come c-FLIP permette di modulare finemente la risposta apoptotica [22](#page=22). * **Recettori esca:** Questi recettori mancano del dominio citosolico funzionale o presentano un dominio troncato. La loro funzione è quella di limitare l'apoptosi sequestrando i segnali che normalmente si legherebbero ai recettori di morte [23](#page=23). * **c-FLIP (cellular FLICE-inhibitory protein):** Questa proteina limita l'apoptosi legandosi alle proteine adattatrici sui recettori di morte. Tuttavia, c-FLIP manca della cisteina essenziale nel sito attivo, il che le impedisce di agire come una caspasi attiva. Per questo motivo, c-FLIP agisce come un inibitore in grado di bloccare la cascata delle caspasi senza però essere una caspasi essa stessa [23](#page=23). > **Example:** In alcune cellule tumorali, l'iperespressione di proteine anti-apoptotiche della famiglia Bcl-2 o di c-FLIP può contribuire alla resistenza ai trattamenti che inducono l'apoptosi, come la chemioterapia [riferimenti impliciti nelle pagine 16-23. --- ## Errori comuni da evitare - Rivedete tutti gli argomenti accuratamente prima degli esami - Prestate attenzione alle formule e definizioni chiave - Praticate con gli esempi forniti in ogni sezione - Non memorizzate senza comprendere i concetti sottostanti

| Term | Definition | |------|------------| | Apoptosi | Processo di morte cellulare programmata, caratterizzato da specifici cambiamenti morfologici e biochimici, essenziale per lo sviluppo e il mantenimento dei tessuti. | | Caspasi | Famiglia di proteasi (enzimi che tagliano le proteine) che svolgono un ruolo centrale nell'esecuzione dell'apoptosi, attivate sequenzialmente per degradare componenti cellulari essenziali. | | Caspasi iniziatrici | Caspasi (come Caspasi 8 e 9) che vengono attivate per prime in risposta a segnali apoptotici e che, a loro volta, attivano le caspasi effettrici. | | Caspasi effettrici/esecutrici | Caspasi (come Caspasi 3, 6 e 7) che sono attivate dalle caspasi iniziatrici e sono responsabili della degradazione delle proteine intracellulari durante l'apoptosi. | | Fosfatidilserina | Fosfolipide normalmente presente nel sottile strato interno della membrana plasmatica, che viene esposto sulla superficie esterna della cellula durante l'apoptosi, fungendo da segnale di riconoscimento per i fagociti. | | Annexin V | Proteina che lega la fosfatidilserina con alta affinità ed è comunemente utilizzata come sonda per rilevare le cellule apoptotiche attraverso l'identificazione della fosfatidilserina esposta sulla membrana plasmatica. | | Fattore di morte (TNF) | Una citochina pro-infiammatoria (Fattore di Necrosi Tumorale) che può legarsi a recettori specifici sulla superficie cellulare e innescare la via estrinseca dell'apoptosi. | | Recettori di morte (DR) | Proteine transmembrana che, quando attivate da ligandi specifici come TNF, reclutano proteine adattatrici e iniziano la cascata di segnalazione apoptotica attraverso la via estrinseca. | | DISC (Complesso di segnalazione indotto da morte) | Complesso proteico che si forma dopo il legame di un fattore di morte al suo recettore, reclutando proteine adattatrici e pro-caspasi per promuovere l'attivazione delle caspasi. | | FADD (Fas-Associated Death Domain) | Una proteina adattatrice che lega i recettori di morte e recluta le pro-caspasi, giocando un ruolo chiave nell'assemblaggio del DISC. | | Procaspasi 8 | Forma inattiva della Caspasi 8, che viene reclutata nel DISC e attivata tramite clivaggio proteolitico per iniziare la cascata apoptotica. | | Via estrinseca | Via di attivazione dell'apoptosi mediata da recettori di morte sulla superficie cellulare, stimolata da segnali extracellulari come i fattori di morte. | | Via intrinseca | Via di attivazione dell'apoptosi mediata dai mitocondri, innescata da stimoli intracellulari come danni al DNA o stress ossidativo, e che porta al rilascio di fattori pro-apoptotici dai mitocondri. | | Mitocondrio | Organello cellulare responsabile della produzione di energia, ma che contiene anche molecole chiave per l'inizio della via intrinseca dell'apoptosi, come il citocromo c. | | Permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna (MOMP) | Processo in cui la membrana esterna del mitocondrio diventa permeabile a proteine citosoliche e intermembrane, permettendo il rilascio di molecole pro-apoptotiche nel citosol. | | Bax e Bak | Proteine della famiglia Bcl-2 che promuovono l'apoptosi. Bax è solitamente presente nel citosol e viene traslocato nei mitocondri sotto stimolo apoptotico, mentre Bak è una proteina integrale della membrana mitocondriale; entrambe oligomerizzano per formare pori nella membrana. | | Citocromo c (Cit c) | Componente della catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri, che viene rilasciato nel citosol durante la MOMP e lega Apaf-1 per formare l'apoptosoma. | | Apaf-1 | Fattore di attivazione della Caspasi 9, che lega il citocromo c rilasciato dai mitocondri e si assembla per formare l'apoptosoma. | | Apoptosoma | Complesso proteico che si forma dall'assemblaggio di Apaf-1 e citocromo c, capace di legare e attivare le pro-caspasi 9. | | Procaspasi 9 | Forma inattiva della Caspasi 9, che viene reclutata dall'apoptosoma e attivata tramite clivaggio proteolitico, iniziando la cascata delle caspasi effettrici. | | Famiglia di proteine Bcl-2 | Gruppo di proteine che regolano la permeabilità della membrana mitocondriale esterna e controllano il rilascio di fattori pro-apoptotici, includendo sia membri pro-apoptotici (es. Bax, Bak) che anti-apoptotici (es. Bcl-2). | | Domini di omologia a Bcl2 (BH) | Sequenze di amminoacidi conservate presenti nei membri della famiglia Bcl-2, che determinano le loro interazioni e funzioni regolatorie. | | Proteine BH3-only | Sottogruppo della famiglia Bcl-2 che agisce come effettori o regolatori a monte di Bax e Bak, legandosi e inibendo le proteine anti-apoptotiche o attivando indirettamente le proteine pro-apoptotiche. Esempi includono Bad, Noxa, PUMA. | | Proteine IAP (Inibitori dell'Apoptosi) | Famiglia di proteine che si legano alle caspasi attivate e ne inibiscono l'attività, agendo come freni sull'apoptosi. | | Smac/Diablo | Proteine rilasciate dai mitocondri durante la MOMP che inibiscono l'attività delle proteine IAP, promuovendo così l'apoptosi. | | c-FLIP (FLICE-inhibitory protein) | Proteina che ha una struttura simile alle caspasi ma manca dell'attività catalitica. Si lega alle proteine adattatrici nel DISC e inibisce l'attivazione della Caspasi 8, modulando la risposta apoptotica. | | Recettori esca | Proteine che possiedono domini extracellulari simili ai recettori di morte ma mancano di un dominio citosolico funzionale, agendo come "trappole" per i ligandi dei recettori di morte, sequestrandoli e impedendo l'attivazione apoptotica. | | Bid (proteina) | Proteina BH3-only che viene clivata dalla Caspasi 8 (tBid) e che interagisce con la membrana mitocondriale, promuovendo la MOMP e collegando la via estrinseca a quella intrinseca. | | tBid | La forma attiva della proteina Bid, risultante dal taglio da parte della Caspasi 8, che media la translocazione di Bax nei mitocondri e promuove la permeabilizzazione della membrana. |

# Principes van adaptieve immuniteit en receptoren Het adaptieve immuunsysteem genereert een enorm repertoire aan unieke receptoren op B- en T-cellen door genetische herschikking, waarbij selectieprocessen zorgen voor de functionaliteit en het vermijden van autoreactiviteit. ## 1. Principes van adaptief immuunsysteem Het adaptieve immuunsysteem, ook wel specifiek immuunsysteem genoemd, kenmerkt zich door het **geheugen** en een **trage eerste respons** die ongeveer een week duurt, maar leidt tot onbeperkte specificiteiten. In tegenstelling tot het aangeboren immuunsysteem, waarbij één cel meerdere receptoren met verschillende specificiteiten tot expressie brengt, brengt elke lymfocyt in het adaptieve systeem meerdere receptoren met **dezelfde specificiteit** tot expressie. Deze specificiteit van iedere lymfocyt is verschillend, wat resulteert in een **lymfo-cyten receptor repertoire** dat ontstaat door genherschikking. Het principe is dat er cellen worden aangemaakt die er weliswaar hetzelfde uitzien, maar elk een unieke receptor bezitten. Voordat deze cellen effectief kunnen reageren op een binnendringend pathogeen, moeten ze eerst prolifereren en geactiveerd worden, wat de eerste week na infectie in beslag neemt. Na het opruimen van het pathogeen blijven er **geheugencellen** over. Het aangeboren immuunsysteem speelt een cruciale rol bij het opstarten van de immuunrespons door middel van inflammatie, cytokines en costimulatoire moleculen, en het adaptieve immuunsysteem optimaliseert de effector mechanismen van het aangeboren systeem, zoals fagocytose en complement [3](#page=3) [5](#page=5) [6](#page=6). ### 1.1 Selectie van lymfocyten De selectie van lymfocyten is een stringent proces dat zorgt voor bruikbare en niet-autoreactieve receptoren [7](#page=7). * **Positieve selectie**: Behoudt bruikbare receptoren. Dit vindt plaats in de thymus voor T-cellen en in de lymfeklieren (LN) voor B-cellen [7](#page=7). * **Negatieve selectie**: Verwijdert schadelijke, autoreactieve receptoren. Dit vindt plaats in de thymus voor T-cellen en in het beenmerg en de lymfeklieren voor B-cellen [7](#page=7). ### 1.2 Generatie van receptorvariabiliteit De uitdaging ligt in het aanmaken van miljarden verschillende receptoren met een beperkt aantal genen. Dit wordt opgelost door de **combinatie van genfragmenten** [7](#page=7). ## 2. Structuur en functie van antilichamen (Immunoglobulinen - Ig) Antilichamen (Ig), ook wel immunoglobulinen genoemd, zijn macromoleculen, meestal eiwitten of koolhydraatsequenties, die door plasmacellen worden gesecreteerd. Ze kunnen fungeren als B-cel receptor (BCR) wanneer ze membraan-gebonden zijn, waarbij elke B-cel Ig van één specifieke specificiteit produceert. Gesecreteerde Ig, geproduceerd door plasmacellen na terminale differentiatie, zijn antilichamen (Ab) met dezelfde antigen-specificiteit als de BCR. Antilichamen herkennen specifieke delen van pathogenen, de zogenaamde antigenen (Ag) of epitopen en worden gemarkeerd voor vernietiging [14](#page=14) [20](#page=20). ### 2.1 Structuur van antilichamen Een IgG antilichaam is een Y-vormig molecuul van ongeveer 150 kDa, bestaande uit twee identieke zware ketens en twee identieke lichte ketens. Elk antilichaam heeft twee identieke antigeenbindingsplaatsen, wat leidt tot een stabielere binding. De Y-vormige structuur bestaat uit drie delen van vergelijkbare grootte, verbonden door een scharnierregio [16](#page=16). * **Variabele regio (V-regio)**: Bevat de antigeenbindende plaats en vertoont een enorme variabiliteit. Deze regio is opgebouwd uit Ig-domeinen [16](#page=16) [17](#page=17). * **Hypervariabele regio's (HV-regio's)**: Liggen geconcentreerd in 3 lussen binnen de V-domeinen. Deze worden ook wel **complementary-determining regions (CDR's)** genoemd. De CDR's van zowel de lichte als de zware keten bepalen samen de antigeen-specificiteit door de vorming van een oppervlak complementair aan het epitoop. Een antilichaam herkent slechts een klein oppervlak van een molecuul, een epitoop [18](#page=18) [19](#page=19) [20](#page=20). * **Constante regio (C-regio)**: Bepaalt de functionaliteit van het antilichaam. Er zijn vijf verschillende Ig-klassen (isotypen): IgM, IgD, IgG, IgA en IgE, die functionele verschillen vertonen door variaties in de C-regio van de zware keten. IgG is het meest voorkomende isotype met vier subklassen [16](#page=16) [17](#page=17). * **Lichte keten**: Kent twee isotypes (lambda - $\lambda$ en kappa - $\kappa$) zonder functioneel verschil [17](#page=17). ### 2.2 Antigeenherkenning Antigeen-antilichaam interacties zijn gebaseerd op oppervlakte-complementariteit, wat de specificiteit bepaalt, en niet-covalente bindingen (elektrostatische krachten, waterstofbruggen, van der Waalskrachten, hydrofobe interacties) die de affiniteit bepalen. Deze interacties zijn omkeerbaar en kunnen verbroken worden door hoge zoutconcentraties, extreme pH of hoge epitoopconcentraties. Antilichamen kunnen peptiden, DNA-ketens en suikerketens herkennen. Haptenen, zoals penicilline, kunnen, indien gebonden aan een eiwit, een immuunrespons opwekken [21](#page=21) [22](#page=22). ### 2.3 Polymerisatie en effectorfuncties * **Polymerisatie**: IgM en IgA kunnen polymeriseren door cysteïne-residuen in het staartstuk en de J-keten, wat de **aviditeit** (totale bindingssterkte van één antilichaammolecuul) verhoogt, vooral belangrijk voor het herkennen van repetitieve epitopen. IgM vormt pentameren en is voornamelijk in het bloed te vinden, terwijl IgA kan dimeriseren voor transport door epithelia en voorkomt in secreties [23](#page=23). * **Effectorfuncties van de C-regio**: 1. **Interactie met Fc-receptoren (FcR)**: Leidt tot activatie van fagocytose (FcR$\gamma$) of activatie van mestcellen en basofielen (FcR$\epsilon$) [24](#page=24). 2. **Interactie met complement**: Activeert de complementcascade [24](#page=24). 3. **Specifieke verdeling**: IgA is te vinden in mucus, traanvocht en melk; IgG wordt transplacentair overgedragen [24](#page=24). Diverse micro-organismen hebben mechanismen ontwikkeld om de effectorrol van Fc-fragmenten te neutraliseren, zoals Proteïne A en G van Staphylococcus [24](#page=24). ### 2.4 Antilichamen en immuuncomplexen Bij een eerste contact met een pathogeen verschijnen na 5-7 dagen specifieke antistoffen. Grote immuuncomplexen, gevormd bij een 1:1 verhouding van pathogenen en antistoffen, binden complementfactoren en worden door rode bloedcellen naar de milt getransporteerd voor verwijdering door macrofagen. Bij chronische infecties kunnen immuuncomplexen neerslaan en ontstekingsreacties initiëren, leidend tot aandoeningen zoals glomerulonefritis en vasculitis [25](#page=25). ## 3. De B en T celreceptor Zowel B-cellen als T-cellen bezitten unieke receptoren die essentieel zijn voor hun functie. ### 3.1 De B celreceptor (BCR) De BCR is een membraangebonden immunoglobuline, geassocieerd met de Ig$\alpha$ en Ig$\beta$ eiwitten. Deze associatie vindt plaats in het endoplasmatisch reticulum (ER) en het complex wordt naar de celmembraan getransporteerd. Na binding van antigeen op de BCR geven de cytoplasmatische staarten van Ig$\alpha$ en Ig$\beta$ het signaal door aan het cytoplasma; de Ig-moleculen zelf signaleren niet. Alle Ig-isotypen kunnen deel uitmaken van de BCR [27](#page=27). ### 3.2 De T celreceptor (TCR) De TCR is een disulfide-gekoppeld heterodimeer, vergelijkbaar met een membraan-gebonden Fab-fragment van een antilichaam [28](#page=28). * **Structuur**: TCR's bestaan uit een V- en C-domein, net als Ig, en vormen een antigeenbindingsplaats [28](#page=28). * **Ketencombinaties**: * $\alpha\beta$ TCR: Komt voor op $\alpha\beta$ T-lymfocyten (de meerderheid) [28](#page=28). * $\gamma\delta$ TCR: Komt voor op $\gamma\delta$ T-lymfocyten (een kleine subpopulatie) [30](#page=30). * **Signaaltransductie**: Net als de BCR, kan de TCR zelf geen signaal doorgeven. Dit gebeurt via het **CD3 complex**, waarmee de $\alpha\beta$ of $\gamma\delta$ ketens associëren. Dit complex zorgt voor transport naar het celmembraan en signaaltransductie na antigeenbinding [29](#page=29). ### 3.3 Verschillen en overeenkomsten met Ig TCR's en Ig's vertonen veel overeenkomsten (RSS, P- en N-nucleotiden, RAG-1 en RAG-2). Echter, TCR's kennen geen isotypes of isotype switching en ondergaan geen somatische hypermutatie. De variabiliteit in CDR1 en CDR2 is beperkt tot die van de kiembaan V-gensegmenten, terwijl CDR3-variabiliteit mede wordt gegenereerd door junctionele diversiteit [42](#page=42). ### 3.4 Experimenten van de natuur Tijdens de evolutie zijn er pogingen geweest tot hybride B/T receptoren, maar deze kwamen bij zoogdieren niet voor. Chimere antigen receptoren (CAR's) maken gebruik van dit principe voor de behandeling van bloedkankers [31](#page=31). ### 3.5 Rol van B- en T-cellen * **B-cellen (Ig)**: Verantwoordelijk voor humorale immuniteit, herkennen oppervlakte-antigenen en extracellulaire structuren zoals suikers en eiwitten. Ze werken samen met effectoren zoals macrofagen, neutrofielen, NK-cellen en complement, en zijn genezend bij bacteriële infecties en preventief tegen virussen voordat deze de cel binnendringen [32](#page=32). * **TCR**: Verantwoordelijk voor cellulaire immuniteit, HLA-afhankelijk, en herkennen zowel oppervlakte- als intra- en extracellulaire antigenen, maar **enkel eiwitten**. Ze zijn genezend bij virale en intracellulaire bacteriële infecties [32](#page=32). ## 4. Genereren van miljarden verschillende receptoren (T en B) De immense diversiteit van B- en T-celreceptoren ontstaat door een mechanisme dat mediërend wordt door RAG (Recombination-Activating Gene) [33](#page=33) [40](#page=40). ### 4.1 Genetische organisatie van Ig-loci De immunoglobuline genen zijn gelokaliseerd in drie genetische loci: $\lambda$ locus (lichte keten), $\kappa$ locus (lichte keten) en de zware keten locus (H locus). De zware keten locus bevat verschillende C-genen die corresponderen met de verschillende isotypes (M, D, G, A, E) [33](#page=33). ### 4.2 V(D)J recombinatie voor Ig Het V-domein van de immunoglobulineketens wordt gecodeerd door meerdere gensegmenten [35](#page=35): * **Lichte keten**: Variabel (V) gensegment en Joining (J) gensegment. * **Zware keten**: Variabel (V) gensegment, Diversity (D) gensegment en Joining (J) gensegment [35](#page=35). Deze gensegmenten worden op DNA-niveau herschikt door RAG-eiwitten [36](#page=36). * **DNA-herschikking**: V-(D)-J segmenten worden bij elkaar gebracht, waarbij tussenliggend DNA wordt verwijderd. Dit proces genereert de zogenaamde **coding joint** [37](#page=37). * **RNA-splicing**: De V(D)J coderende segmenten en C-segmenten worden op RNA-niveau aan elkaar gehecht, waarbij intronen worden verwijderd [35](#page=35). * **Combinatoire diversiteit**: Verschillende combinaties van V, (D) en J segmenten creëren een grote variëteit aan receptoren [34](#page=34) [48](#page=48). ### 4.3 Junctionele diversiteit Naast combinatoire diversiteit draagt **junctionele diversiteit** bij aan de receptorvariabiliteit. Dit ontstaat door: * **Palindroomsequenties (P-nucleotiden)**: Ontstaan door de herstelmachinerie na DNA-knip door RAG [38](#page=38). * **N-nucleotiden**: Willekeurig toegevoegde nucleotiden door het enzym **terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT)**, dat enkel in beenmerg en thymus actief is en nucleotiden toevoegt zonder templaatstreng. Deze P- en N-nucleotiden zijn niet kiembaan-gecodeerd en coderen voor het **CDR3-gebied**. Junctionele diversiteit is groter bij T-cellen dan bij B-cellen [38](#page=38) [51](#page=51). ### 4.4 RAG en DNA-herstel RAG-1 en RAG-2 complexen zijn lymfocyt-specifieke eiwitten die enkel geëxpresseerd worden tijdens de differentiatie van B- en T-lymfocyten. Ze binden RSS-sequenties, brengen DNA-segmenten bij elkaar en knippen de DNA-streng. De door RAG geïnduceerde dubbelstrengige DNA-breuken worden hersteld via **non-homologous end joining (NHEJ)**. Defecten in deze herstelenzymen leiden tot immunodeficiëntie (SCID) [38](#page=38) [40](#page=40). ### 4.5 Genetische organisatie en herschikking van TCR-loci De TCR $\alpha\beta$ gensegmenten zijn gelokaliseerd in twee genetische loci: de $\alpha$ locus en de $\beta$ locus. De herschikking van TCR-gensegmenten verloopt vergelijkbaar met Ig [42](#page=42): * RSS-sequenties spelen een rol [42](#page=42). * P- en N-nucleotiden worden toegevoegd, wat bijdraagt aan junctionele diversiteit [42](#page=42). * RAG-1 en RAG-2 eiwitten zijn essentieel [42](#page=42). ### 4.6 Vergelijking TCR vs Ig diversiteit | Kenmerk | B cel receptor (Ig) | T cel receptor (TCR) | | :---------------------- | :------------------------------------------------- | :----------------------------------------------------- | | Combinatoire diversiteit | V-(D)-J + lichte/zware keten combinatie | V-J/V-D-J + $\alpha/\beta$ of $\gamma/\delta$ keten combinatie | | Junctionele diversiteit | Aanwezig (P- en N-nucleotiden) | Aanwezig (groter dan bij B-cellen) | | Somatische hypermutatie | Aanwezig (AID-gemedieerd) | Afwezig | | Isotypes | 5 isotypes (IgM, IgD, IgG, IgA, IgE) | Geen isotypes | | C-domein | Bepaalt effectorfunctie, isotype switching mogelijk | Geen isotype switching | | Antigeenherkenning | Direct (eiwitten, suikers, DNA, etc.) | HLA-afhankelijk (enkel eiwitten) | ### 4.7 Potentiële repertoiregrootte De potentiële diversiteit van de T-cel receptor repertoire en de B-cel receptor repertoire, voordat contact met antigeen plaatsvindt, is enorm. Combinatoire diversiteit is ongeveer gelijk bij B- en T-cellen, terwijl junctionele diversiteit groter is bij T-cellen. Het potentiële repertoire wordt geschat op $10^{13}$ tot $10^{18}$ receptoren. Het effectieve repertoire is kleiner ($10^7$ tot $10^8$) en wordt mede bepaald door het aantal T- en B-cellen/klonen in het lichaam. Het aangesproken repertoire van geheugencellen is nog kleiner ($10^5$ tot $10^6$) [51](#page=51). ## 5. Veranderen van Ig isotype en somatische hypermutatie (AID-gemedieerd) Twee belangrijke mechanismen die enkel bij B-cellen voorkomen en de immunoglobuline-receptoren verder diversifiëren zijn **isotype switching** en **somatische hypermutatie (SHM)**, beide gemedieerd door **Activation-induced cytidine deaminase (AID)** [43](#page=43) [44](#page=44) [45](#page=45). ### 5.1 Isotype switching (Class Switch Recombination - CSR) Tijdens de differentiatie van B-cellen, na de initiële V(D)J recombinatie, kan het C-domein van het immunoglobuline veranderen. B-cellen die in het beenmerg worden aangemaakt en perifere naïeve B-cellen hebben altijd een IgM- en IgD-receptor. Na stimulatie door pathogenen en onder invloed van T-cel cytokines kunnen perifere B-cellen overschakelen naar de productie van IgG, IgA of IgE. Hierbij blijft de V-regio behouden, maar de C-regio wordt veranderd. CSR vindt plaats door recombinatie tussen specifieke switch-regio's, die in intronen liggen, en is daardoor altijd productief en irreversibel [43](#page=43) [44](#page=44). ### 5.2 Somatische hypermutatie (SHM) Somatische hypermutatie introduceert extra variabiliteit in de reeds herschikte genen die coderen voor de variabele regio van immunoglobulinen. Dit proces vindt plaats in volwassen, geactiveerde B-cellen tijdens de immuunrespons. Het doel is **affiniteitsmaturatie**: mutaties die leiden tot een verhoogde affiniteit voor het antigeen worden bevorderd. Mutaties in de framework regio's veranderen meestal de Ab-structuur en worden geselecteerd, terwijl mutaties in de CDR's die de affiniteit verhogen, behouden blijven [43](#page=43) [47](#page=47) [48](#page=48). ### 5.3 Rol van AID AID is een enzyme dat cytidines (C) omzet in deoxy-uridines (U). Bij CSR wordt de U eruit geknipt, wat leidt tot een dubbelstrengsbreuk (DSB) die via NHEJ wordt hersteld. Bij SHM wordt een C omgezet in U, wat bij replicatie leidt tot een T, resulterend in een C$\rightarrow$T mutatie. AID is ook betrokken bij de vorming van de B-cel receptor en wordt soms door virussen misbruikt [45](#page=45) [46](#page=46). ### 5.4 Drie processen voor variabiliteit in immunoglobulinen 1. **Combinatoire diversiteit**: Willekeurig combineren van V-(D)-J segmenten en lichte/zware ketens [48](#page=48). 2. **Junctionele diversiteit**: Toevoegen van P- en N-nucleotiden [48](#page=48). 3. **Somatische hypermutatie**: Introduceren van extra mutaties in de variabele regio's [48](#page=48). Deze processen, in combinatie met de selectie van B-cellen, stellen het lichaam in staat om miljoenen en miljarden unieke receptoren te genereren [41](#page=41) [48](#page=48). ### 5.5 Aviditeit en infectiedetectie De aviditeit van IgG-antilichamen, wat de bindingssterkte van een antilichaammolecuul weergeeft, kan gebruikt worden om de leeftijd van een infectie te bepalen. Bij een recente infectie is de aviditeit vaak laag, terwijl deze duidelijk verhoogd is na een jaar. Het meten van IgM en IgG antistoffen, samen met de aviditeit van IgG, is cruciaal voor het diagnosticeren van bijvoorbeeld een recente CMV-infectie tijdens de zwangerschap [49](#page=49). --- # Antigeenpresentatie en de rol van het MHC/HLA-complex Dit gedeelte bespreekt hoe peptiden worden gepresenteerd aan T-cellen via het Major Histocompatibility Complex (MHC), ook wel bekend als Human Leukocyte Antigen (HLA) bij mensen, en de cruciale rol die dit speelt in cellulaire immuniteit en de herkenning van intracellulaire pathogenen. ### 2.1 Het Major Histocompatibility Complex (MHC) en Human Leukocyte Antigen (HLA) Het Major Histocompatibility Complex (MHC), bij mensen aangeduid als Human Leukocyte Antigen (HLA), is een genetische locus die essentieel is voor de presentatie van antigenen aan T-cellen. Afstoting van transplantaten wordt primair bepaald door genetische verschillen binnen het MHC/HLA-complex tussen donor en ontvanger. Hoewel er grote genetische variatie bestaat tussen individuen, is het MHC-locus een van de sterkst selectieve loci die significante afstoting kunnen veroorzaken. Bij mensen werd dit locus ontdekt door de detectie van antistoffen specifiek gericht tegen witte bloedcellen van andere individuen, wat leidde tot de benaming Human Leukocyte Antigens (HLA) [52](#page=52). #### 2.1.1 Structuur en genetica van het MHC/HLA-complex Het MHC-complex is opgebouwd uit meerdere genen die samen worden overgeërfd als een haplotype, met slechts een lage recombinatiekans tijdens de meiose. Het complex bevat meer dan 200 genen op chromosoom 6 en is verdeeld in drie regio's: klasse I, klasse II en klasse III genen [55](#page=55). * **Klasse I genen:** Deze coderen voor de HLA-A, -B en -C moleculen. Het gen voor β2-microglobuline, een essentieel onderdeel van klasse I moleculen, bevindt zich op een ander chromosoom [55](#page=55). * **Klasse II genen:** Deze coderen voor de α- en β-ketens van HLA-DP, -DQ en -DR moleculen [55](#page=55). * **Klasse III genen:** Deze coderen voor diverse eiwitten met immunologische functies, zoals complementfactoren C2 en C4, en TNF [55](#page=55). De MHC-moleculen zijn genetisch polymorf, wat betekent dat er meerdere allelen (verschillende vormen van een gen) in de populatie bestaan, leidend tot verschillende allotypes (eiwitvarianten). Daarnaast is het polygenisch, wat inhoudt dat een individu meerdere klasse I en klasse II genen heeft die tot expressie komen. Alle individuen hebben twee kopieën van elk HLA-gen (één van elke ouder), die allemaal tot expressie komen op het celmembraan. De meest polymorfe klasse I genen zijn HLA-A, B en C, en de meest polymorfe klasse II genen zijn HLA-DR. HLA-E speelt een rol in NK-celreactiviteit [54](#page=54). > **Tip:** Begrijpen van het concept van haplotypes is cruciaal voor orgaandonatie, omdat broers en zussen een grotere kans hebben om HLA-identiek te zijn als ze dezelfde haplotypes delen [55](#page=55) [56](#page=56). #### 2.1.2 Allotypische variatie en peptidebinding De verschillen tussen MHC-allotypes zijn geconcentreerd in de peptide-bindende groeve. Deze variatie beïnvloedt de sequentie van de ankeraminozuren die de binding van peptiden mogelijk maken, waardoor verschillende allotypes verschillende peptiden kunnen binden. De set van ankeraminozuren die binding aan een bepaald MHC-molecuul toelaat, wordt een sequentiemotief genoemd. Kennis van deze motieven is belangrijk voor de ontwikkeling van peptide vaccins [57](#page=57). **Bindingsmotief:** Een specifiek sequentiemotief waaraan een peptide moet voldoen om te kunnen binden in de groeve van een bepaald HLA-eiwit [58](#page=58). > **Example:** HLA-A2 (ook bekend als HLA-A\*0201) bindt peptiden van 9 aminozuren (AA) lang, met specifieke vereisten op positie 2 (leucine of methionine), positie 6 (valine), en positie 9 (valine of leucine). Peptiden die aan deze motieven voldoen, kunnen een immuunrespons opwekken bij HLA-A2-positieve individuen, maar niet bij HLA-A2-negatieve individuen [58](#page=58). Het MHC-polymorfisme zorgt ervoor dat in een populatie meestal een aantal individuen (responders) bestaat die een immuunrespons kunnen opwekken. Heterozygotie voor MHC-genen verdubbelt de kans om een pathogeen aan T-cellen te kunnen presenteren [57](#page=57). ### 2.2 Antigeenverwerking en -presentatie T-cellen herkennen geen native of oplosbare eiwitten, maar wel peptidefragmenten in de context van MHC-moleculen. Dit proces bestaat uit twee stappen: "antigeenverwerking" (het knippen van intacte eiwitten in peptidefragmenten) en "antigeenpresentatie" (het beschikbaar stellen van deze peptiden op het celoppervlak in combinatie met MHC-moleculen) [60](#page=60). #### 2.2.1 MHC klasse I-gepresenteerde peptiden Peptiden die aan MHC klasse I-moleculen binden, zijn afkomstig uit het cytosol van de cel. Cytoplasmatische eiwitten, inclusief die van intracellulaire pathogenen zoals virussen, worden in het cytosol door het proteasoom afgebroken tot peptiden. Deze peptiden worden vervolgens via ATP-afhankelijke transportmoleculen, genaamd "transporters associated with antigen processing" (TAP), naar het endoplasmatisch reticulum (ER) getransporteerd. In het ER worden de peptiden op MHC klasse I-moleculen geladen. Ongeladen MHC klasse I-moleculen zijn instabiel en worden slechts beperkt tot expressie gebracht op het celmembraan. Als een virus een cel infecteert, ontsnappen virale componenten vaak naar het cytosol, waar ze door het proteasoom worden verwerkt tot peptiden die op klasse I MHC kunnen worden gepresenteerd [62](#page=62) [64](#page=64) [65](#page=65). > **Tip:** Het compartiment waarin een peptide zich bevindt, bepaalt of het peptide wordt geladen op MHC klasse I of klasse II moleculen [62](#page=62). #### 2.2.2 MHC klasse II-gepresenteerde peptiden Antigenen die via pinocytose of fagocytose in de cel worden opgenomen (extracellulaire pathogenen of geïnternaliseerde componenten), komen terecht in het vesiculaire systeem (endosomen, fagolysosomen). In verzurende endosomen en lysosomen worden deze eiwitten afgebroken door proteasen tot peptiden. Deze peptiden worden vervolgens geladen op MHC klasse II-moleculen die zich in deze compartimenten bevinden. De presentatie via MHC klasse II is cruciaal voor de immuunrespons tegen extracellulaire bacteriën en voor de preventie van virussen voordat ze de cel binnendringen [32](#page=32) [60](#page=60) [62](#page=62) [66](#page=66) [67](#page=67). Een speciale rol wordt gespeeld door de invariante keten (Ii), die de peptide-bindende groeve van MHC klasse II-moleculen blokkeert totdat deze zich in een antigeenverwerkend compartiment bevinden. In dit compartiment wordt het CLIP (Class II associated invariant chain peptide) fragment verdrongen door het antigeenpeptide dat vervolgens in de groeve wordt gebonden [67](#page=67). #### 2.2.3 Cross-presentatie Het dogma stelt dat gefagocyteerde eiwitten voornamelijk op HLA klasse II worden gepresenteerd en cytoplasmatische eiwitten (zoals virussen) op HLA klasse I. Echter, sommige cellen, met name dendritische cellen, kunnen gefagocyteerde antigenen toch via klasse I presenteren zonder zelf geïnfecteerd te zijn. Dit fenomeen wordt cross-presentatie genoemd en stelt deze cellen in staat om CD8-responsen tegen virussen op te wekken [69](#page=69) [70](#page=70). ### 2.3 Herkenning door T-cellen T-cellen herkennen een complex van een MHC-molecuul gebonden aan een peptide. De T-cel receptor (TCR) interageert met aminozuurresiduen van zowel het MHC-molecuul als het gebonden peptide. Binding van peptiden stabiliseert de expressie van MHC-moleculen op het celoppervlak [60](#page=60) [61](#page=61) [69](#page=69) [73](#page=73). * **CD8+ T-cellen (cytotoxische T-cellen):** Deze cellen herkennen peptiden gebonden aan MHC klasse I-moleculen. Ze zijn voornamelijk gericht tegen intracellulaire pathogenen, zoals virussen, en kunnen geïnfecteerde cellen direct doden [32](#page=32) [53](#page=53) [68](#page=68). * **CD4+ T-cellen (helper T-cellen):** Deze cellen herkennen peptiden gebonden aan MHC klasse II-moleculen. Ze spelen een cruciale rol in het coördineren van de immuunrespons door het helpen van andere immuuncellen, zoals B-cellen en CD8+ T-cellen [53](#page=53) [68](#page=68) [71](#page=71). De herkenning van antigenen is MHC-beperkt (MHC-restrictie). Dit betekent dat een T-cel die getraind is om een bepaald peptide gebonden aan een specifiek MHC-molecuul te herkennen, niet zal reageren op hetzelfde peptide gebonden aan een ander MHC-molecuul, of op een ander peptide gebonden aan hetzelfde MHC-molecuul. Deze restrictie is te wijten aan de directe interactie tussen de TCR en het MHC:peptidecomplex, evenals verschillen in peptidebinding tussen MHC-allelen [73](#page=73). > **Belangrijk:** B-cellen en immunoglobulines herkennen native eiwitten en suikers, terwijl T-cellen alleen peptiden gepresenteerd door MHC-moleculen kunnen waarnemen [53](#page=53) [60](#page=60). ### 2.4 Expressiepatronen van MHC-moleculen Het expressiepatroon van MHC-moleculen op verschillende celtypen reflecteert hun respectievelijke functies: * **MHC klasse I-moleculen:** Deze zijn aanwezig op vrijwel alle lichaamscellen, met uitzondering van rode bloedcellen. Interferon (IFN) verhoogt hun expressie, met de hoogste expressie op hematopoietische cellen. Ze presenteren peptiden van intracellulaire pathogenen aan CD8+ T-cellen [32](#page=32) [71](#page=71). * **MHC klasse II-moleculen:** Deze worden normaal gesproken voornamelijk tot expressie gebracht op specifieke hematopoietische cellen, zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen, evenals op thymusepitheelcellen. IFN-γ kan de expressie van MHC klasse II verhogen en inductie ervan bewerkstelligen op cellen die normaal gesproken negatief zijn. Ze presenteren peptiden van extracellulaire pathogenen aan CD4+ T-cellen [32](#page=32) [71](#page=71). ### 2.5 Alloreactiviteit Alloreactiviteit is de immuunreactie tussen cellen van verschillende individuen, voornamelijk bepaald door verschillen in MHC. Zelfs bij zelf-MHC-restrictie van TCR's, kunnen vreemde MHC-moleculen (allo-MHC) een totaal andere set peptiden presenteren dan zelf-MHC. Dit leidt ertoe dat zelfs 'self'-antigenen zoals histonen of albumine als vreemd worden waargenomen wanneer ze gebonden zijn aan allo-MHC. De enorme hoeveelheid vreemde peptiden die door allo-MHC kunnen worden gepresenteerd, resulteert in een zeer krachtige immuunrespons, die tot wel 1000 keer krachtiger kan zijn dan een antivirale respons. Dit verklaart de sterke afstotingsreacties bij transplantaties [73](#page=73) [74](#page=74). > **Example:** Zelfs een eiwit als albumine, dat bij alle individuen identiek is, kan door een T-cel als vreemd worden herkend als het gebonden is aan een allo-MHC-molecuul van een ander individu. De interactie tussen TCR en het allo-MHC:peptidecomplex leidt tot een heftige immuunreactie [73](#page=73) [74](#page=74). --- # Mechanismen van immunologische diversiteit en autoreactiviteit Dit onderwerp onderzoekt hoe de enorme diversiteit van antilichamen en T-celreceptoren wordt gegenereerd door genetische herschikking en mutatie, en bespreekt de implicaties hiervan voor auto-immuniteit en transplantatieafstoting [7](#page=7). ### 3.1 Generatie van immunologische diversiteit Het immuunsysteem genereert een enorm repertoire aan receptoren, bestaande uit B-cel receptoren (BCR) en T-cel receptoren (TCR), om vrijwel elke structurele entiteit te kunnen herkennen. Dit wordt bereikt door een efficiënt mechanisme van genetische herschikking en mutatie, in plaats van het hebben van een gen voor elke mogelijke receptor, wat een excessief grote genomische capaciteit zou vereisen [7](#page=7). #### 3.1.1 Genetische basis van receptor diversiteit #### 3.1.1.1 V(D)J recombinatie De diversiteit van BCRs en TCRs wordt grotendeels gegenereerd door het proces van V(D)J recombinatie. Dit proces vindt plaats in de lymfoïde organen (thymus voor T-cellen, beenmerg en lymfeklieren voor B-cellen) tijdens de ontwikkeling van deze cellen [33](#page=33) [35](#page=35) [7](#page=7). * **Genlocusstructuur:** De genen die coderen voor de variabele domeinen van immunoglobulinen (antilichamen) en T-cel receptoren zijn georganiseerd in genetische loci. Deze loci bestaan uit meerdere genfragmenten [33](#page=33) [42](#page=42): * **Variabele (V) segmenten:** Deze coderen voor het grootste deel van het variabele domein van de receptor. * **Diversity (D) segmenten:** Deze segmenten komen alleen voor in de zware keten van immunoglobulinen en de $\beta$-keten van TCRs en voegen extra variabiliteit toe. * **Joining (J) segmenten:** Deze segmenten verbinden de V (en eventueel D) segmenten met de constante (C) regio's. * **Het recombinatieproces:** 1. **RAG-gemedieerde knip:** De enzymen RAG-1 en RAG-2 (recombination-activating genes) zijn cruciaal voor V(D)J recombinatie. Deze lymfoom-specifieke eiwitten herkennen en binden aan Recombination Signal Sequences (RSS) die aan de uiteinden van de V, D en J segmenten grenzen. RAG-complexen induceren dubbelstrengige DNA-breuken op deze locaties [37](#page=37) [38](#page=38) [40](#page=40). 2. **DNA-herstel en junctionele diversiteit:** De geïnduceerde DNA-breuken worden hersteld via non-homologous end joining (NHEJ). Tijdens dit herstelproces kunnen verschillende mechanismen leiden tot *junctionele diversiteit* [40](#page=40): * **Verwijdering van nucleotiden:** Exonucleasen kunnen segmenten van het DNA verwijderen [38](#page=38). * **Toevoeging van nucleotiden:** Het enzym terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) kan willekeurig nucleotiden toevoegen zonder een template. Deze toegevoegde nucleotiden, inclusief palindromische P-nucleotiden en willekeurige N-nucleotiden, zijn niet kiembaan-gecodeerd en vergroten de variabiliteit aanzienlijk. De junctionele diversiteit, met name in het CDR3-gebied, draagt significant bij aan de receptorvariabiliteit [38](#page=38) [39](#page=39) [42](#page=42). 3. **Ligatie:** De herschikte V, D en J segmenten worden samengevoegd om een functioneel V(D)J gen te vormen. Het DNA dat tussen de V en J (of D en J, en V en DJ) segmenten ligt, wordt uitgesplitst en vormt een extrachromosomale cirkel die verloren gaat bij celdeling [37](#page=37) [43](#page=43). #### 3.1.1.2 Combinatorische diversiteit De combinatie van verschillende V, D en J segmenten binnen een immunoglobuline- of TCR-locus genereert een breed scala aan unieke receptoren. Bijvoorbeeld, met 35 V-segmenten en 5 J-segmenten voor de kappa-lichte keten, kunnen al vele combinaties worden gevormd. De V(D)J recombinatie, samen met de combinatie van verschillende lichte en zware ketens, resulteert in *combinatorische diversiteit* [34](#page=34) [48](#page=48). * **B-cellen:** De zware keten locus bevat V, D, en J segmenten, evenals verschillende constante (C) genen die corresponderen met de isotypes (IgM, IgD, IgG, IgA, IgE). De lichte keten loci (kappa en lambda) bevatten V en J segmenten [33](#page=33) [34](#page=34). * **T-cellen:** TCRs hebben vergelijkbare loci en maken ook gebruik van V(D)J recombinatie [42](#page=42). #### 3.1.1.3 Somatische hypermutatie (SHM) Naast de genetische herschikking tijdens de differentiatie, ondergaan B-cellen nog een proces van additionele diversificatie in perifere lymfeklieren na antigeenstimulatie: somatische hypermutatie (SHM) [43](#page=43) [47](#page=47) [48](#page=48). * **AID-gemedieerd proces:** SHM wordt gemedieerd door het Activation-Induced cytidine deaminase (AID) enzym. AID target specifieke DNA-regio's en zet cytidines (C) om in deoxy-uridines (U). Tijdens DNA-replicatie worden deze U's vervangen door thymines (T) [45](#page=45) [46](#page=46). * **Affiniteitsmaturatie:** Mutaties in de hypervariabele regio's (CDRs) die leiden tot verhoogde affiniteit van de BCR voor het antigeen worden bevorderd, wat resulteert in *affiniteitsmaturatie*. Mutaties in de framework regio's veranderen meestal de structuur van het antilichaam en worden weg geselecteerd [47](#page=47) [48](#page=48). * **Uitzonderlijk voor B-cellen:** SHM is een proces dat uitsluitend bij B-cellen plaatsvindt en niet bij T-cellen, omdat de T-celreceptor repertoire na aanmaak vastligt [47](#page=47). #### 3.1.1.4 Verschillen in diversiteitsgeneratie tussen B- en T-cellen Hoewel beide celtypen V(D)J recombinatie gebruiken, zijn er verschillen in de bijdrage van elk diversiteitsmechanisme [51](#page=51): * **Combinatorische diversiteit:** Is ongeveer gelijk voor B- en T-cellen [51](#page=51). * **Junctionele diversiteit:** Is groter bij T-cellen dan bij B-cellen [51](#page=51). * **Somatische hypermutatie:** Vindt alleen plaats bij B-cellen en is dus niet meegerekend in de potentiële diversiteit van het T-cel repertoire [51](#page=51). Het potentiële repertoire aan receptoren is gigantisch, geschat op $10^{13}-10^{18}$. Het daadwerkelijke repertoire dat tot expressie komt (ongeveer $10^7-10^8$) is kleiner en wordt beïnvloed door het aantal beschikbare cellen en klonen [51](#page=51). #### 3.1.1.5 Evolutionaire oorsprong De RAG-genen en de Recombination Signal Sequences (RSS) van immunoglobuline- en T-celreceptor-genen zouden kunnen zijn geëvolueerd uit componenten van een transposon. Een transposon, een verplaatsbaar DNA-fragment, bezit een transposase en terminale repeatsequenties die de basis hebben gevormd voor de RAG-genen en de RSS [11](#page=11). ### 3.2 Autoreactiviteit en transplantatieafstoting #### 3.2.1 Controle van autoreactiviteit Positieve en negatieve selectie in de thymus zijn kritische processen voor het genereren van een functioneel en veilig T-cel repertoire [7](#page=7). * **Positieve selectie:** Zorgt ervoor dat T-cellen met receptoren die zwak binden aan zelf-MHC moleculen worden behouden [7](#page=7). * **Negatieve selectie:** Verwijdert T-cellen met receptoren die sterk binden aan zelf-antigenen (peptide-MHC complexen) om auto-immuniteit te voorkomen [7](#page=7). #### 3.2.2 Major Histocompatibility Complex (MHC) / Human Leukocyte Antigen (HLA) Het Major Histocompatibility Complex (MHC), bij mensen bekend als Human Leukocyte Antigen (HLA), speelt een centrale rol in de presentatie van antigenen aan T-cellen en is cruciaal voor transplantatieafstoting en auto-immuniteit [52](#page=52) [54](#page=54). * **Genetische polymorfisme:** MHC-genen zijn extreem polymorf, wat betekent dat er veel verschillende allelen (varianten) in de populatie voorkomen. Dit genetische verschil tussen donor en ontvanger is de belangrijkste oorzaak van transplantatieafstoting [52](#page=52) [54](#page=54) [74](#page=74). * **Functie:** MHC-moleculen presenteren peptiden aan T-cellen. MHC klasse I moleculen presenteren intracellulaire peptiden aan CD8+ T-cellen, terwijl MHC klasse II moleculen extracellulaire peptiden presenteren aan CD4+ T-cellen [53](#page=53). * **Alloreactiviteit:** Een sterke immuunreactie van T-cellen tegen vreemde MHC-moleculen (allo-MHC) wordt *alloreactiviteit* genoemd. Zelfs peptiden die identiek zijn tussen individuen (zoals albumine) kunnen door een ander MHC-molecuul anders gepresenteerd worden, waardoor ze als vreemd worden herkend en een immuunrespons uitlokken. Alloresponsen kunnen wel 1000 keer krachtiger zijn dan antivirale responsen [73](#page=73) [74](#page=74). * **Minor Histocompatibility Antigens:** Naast MHC-verschillen kunnen ook verschillen in andere, minder polymorfe eiwitten (minor histocompatibility antigens) leiden tot afstoting, met name door T-cellen. Dit leidt tot zwakkere immuunresponsen dan bij MHC-mismatches [75](#page=75). #### 3.2.3 MHC en auto-immuniteit Genetische factoren, met name HLA-genen, spelen een significante rol in de vatbaarheid voor auto-immuunziekten [76](#page=76). * **Associatie met ziekten:** Bepaalde HLA-allotypes zijn geassocieerd met een verhoogd risico op specifieke auto-immuunziekten, zoals diabetes mellitus type 1 (IDDM) en reumatoïde artritis (RA) [76](#page=76) [77](#page=77). * **Mechanismen van vatbaarheid:** * **Peptidebinding in RA:** Variaties in de peptide-bindende groeve van MHC-moleculen, met name HLA-DRB1, kunnen de binding van specifieke peptiden beïnvloeden, wat kan leiden tot een immuunrespons tegen zelf-eiwitten. Bij RA zijn bepaalde aminozuursequenties in de groeve geassocieerd met een verhoogd risico [78](#page=78) [79](#page=79). * **Gecitrullineerde eiwitten bij RA:** Patiënten met RA en specifieke HLA-DR-types (zoals DR4) hebben vaak antistoffen tegen gecitrullineerde eiwitten. Post-translationele modificatie door het enzyme peptidyl arginine deiminase (PAD) kan leiden tot de vorming van citrulline in eiwitten. Deze gemodificeerde peptiden kunnen, na binding aan HLA-DR4, een T-cel immuunrespons uitlokken [80](#page=80) [82](#page=82). * **Andere genetische factoren:** Naast HLA spelen ook polymorfismen in andere genen die betrokken zijn bij T-celactivatie en -regulatie, zoals PTPN22 (fosfatase) en CTLA4, een rol in de vatbaarheid voor auto-immuniteit [81](#page=81) [82](#page=82). * **Omgevingsfactoren:** Genetische predispositie wordt vaak gecombineerd met omgevingsfactoren (zoals roken of bacteriële infecties) om auto-immuunziekten te triggeren [81](#page=81) [82](#page=82). --- ## 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 | |------|------------| | Adaptief immuunsysteem | Een tak van het immuunsysteem die zich aanpast en specifieke verdedigingsmechanismen ontwikkelt tegen pathogenen door middel van geheugen. | | Aangeboren immuunsysteem | De eerste verdedigingslinie van het lichaam, die snel en algemeen reageert op pathogenen zonder specifiek geheugen te vormen. | | Antigen | Een molecuul, meestal een eiwit of koolhydraat, dat door het immuunsysteem herkend kan worden en een immuunrespons kan opwekken. | | Antilichaam (Ab) | Een Y-vormig eiwit dat door plasmacellen wordt geproduceerd om specifieke antigenen te binden en te neutraliseren of te markeren voor vernietiging. | | Autoimmuniteit | Een aandoening waarbij het immuunsysteem van het lichaam gezonde cellen en weefsels aanvalt alsof het vreemde pathogenen zijn. | | BCR (B celreceptor) | Een membraangebonden immuunglobuline op het oppervlak van B-cellen dat antigeen bindt en een signaal doorgeeft voor celactivatie. | | CDR (Complementary-Determining Region) | De hypervariabele regio"s van de antigeenbindende plaatsen op antilichamen en T-celreceptoren, die cruciaal zijn voor de specificiteit van de binding. | | Celkern | Het centrale deel van een eukaryote cel dat het genetisch materiaal (DNA) bevat en de celactiviteiten reguleert. | | Cytosol | Het vloeibare deel van het cytoplasma dat de organellen van een cel omgeeft en waar veel metabole processen plaatsvinden. | | Cytotoxische T-cel | Een type T-cel dat direct geïnfecteerde cellen of kankercellen kan doden. | | DNA-herschikking | Een proces waarbij genfragmenten worden herschikt om de diversiteit van immuunreceptoren (zoals Ig en TCR) te vergroten. | | Effector functie | De specifieke rol die een cel of molecuul speelt in het immuunrespons, zoals het doden van pathogenen of het activeren van andere immuuncellen. | | Endoplasmatisch reticulum (ER) | Een netwerk van membranen in de cel waar eiwitsynthese en lipideverwerking plaatsvinden; ook betrokken bij de assemblage van MHC-moleculen. | | Epitoop | Het specifieke deel van een antigeen dat door een antilichaam of T-celreceptor wordt herkend en gebonden. | | Genomisch polymorfisme | Verschillen in DNA-sequentie tussen individuen binnen een populatie, die kunnen leiden tot variaties in eiwitstructuur en functie. | | HLA (Human Leukocyte Antigen) | Het humane systeem van Major Histocompatibility Complex (MHC) moleculen, essentieel voor het presenteren van antigenen aan T-cellen. | | Humorale immuniteit | De tak van het immuunsysteem die voornamelijk door antilichamen wordt gemedieerd, welke circuleren in de lichaamsvloeistoffen. | | Ig (Immunoglobuline) | Een ander woord voor antilichaam; eiwitten geproduceerd door B-cellen die antigenen herkennen en binden. | | Ig-domein | Een stabiele eiwitstructuur, ongeveer 110 aminozuren lang, die kenmerkend is voor immunoglobulines en T-celreceptoren. | | Immuuncomplex | Een complex gevormd door de binding van een antigeen aan antilichamen, wat vaak leidt tot activatie van het complementsysteem en opruiming door macrofagen. | | Intracellulair | Binnenin een cel gelegen. | | Isotype | Een klasse van antilichamen (IgM, IgD, IgG, IgA, IgE) die verschillen in hun constante regio van de zware keten en gespecialiseerde functies hebben. | | Junctionele diversiteit | Variatie in de coderende sequentie van immuunreceptoren die ontstaat door de willekeurige toevoeging of verwijdering van nucleotiden op de recombina-tiepunten. | | Kiembaan DNA | Het genetische materiaal dat wordt doorgegeven aan nakomelingen; veranderingen hierin zijn erfelijk. | | Lymfocyt | Een type witte bloedcel dat betrokken is bij het specifieke immuunrespons, waaronder B-cellen, T-cellen en NK-cellen. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | Een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak die essentieel zijn voor de herkenning van zelf en niet-zelf door het immuunsysteem, met name door T-cellen. | | Monomeer | Een molecuul dat bestaat uit één enkele eenheid. | | Mutatie | Een permanente verandering in de DNA-sequentie van een organisme. | | NHEJ (Non-Homologous End Joining) | Een DNA-herstelmechanisme dat dubbelstrengs breuken in het DNA herstelt door de uiteinden direct aan elkaar te koppelen, wat kan leiden tot invoegingen of deleties. | | NK-cel | Natuurlijke killercel, een type lymfocyt dat geïnfecteerde cellen en kankercellen kan doden zonder eerdere sensibilisatie. | | Palindroomsequenties | DNA-sequenties die van links naar rechts en van rechts naar links hetzelfde lezen, wat een rol speelt bij de recombinatie van genen. | | Pathogeen | Een micro-organisme (zoals een bacterie, virus, of schimmel) dat ziekte kan veroorzaken. | | Peptide | Een korte keten van aminozuren. | | Plasmacel | Een volwassen B-cel die grote hoeveelheden antilichamen produceert en afgeeft. | | Proteasoom | Een complex eiwitcomplex in de cel dat abnormale of overbodige eiwitten afbreekt tot peptiden. | | RAG-genen | Recombination-Activating Genes; genen essentieel voor de V(D)J recombinatie die de diversiteit van B- en T-celreceptoren genereert. | | Recombinatie | Een proces waarbij genetisch materiaal wordt uitgewisseld, wat leidt tot nieuwe combinaties van genen. | | Somatische hypermutatie | Een proces waarbij tijdens de immuunrespons willekeurige mutaties worden geïntroduceerd in de variabele regio"s van Ig-genen, wat leidt tot een hogere affiniteit voor het antigeen. | | TCR (T-celreceptor) | Een receptor op het oppervlak van T-cellen die een specifiek peptide-MHC-complex herkent. | | Thymus | Een primair lymfoïde orgaan waar T-cellen rijpen en worden geselecteerd. | | Transposon | Een mobiel genetisch element dat zichzelf kan verplaatsen binnen het genoom. | | V(D)J recombinatie | Het proces van gene-herschikking dat leidt tot de vorming van functionele genen voor de variabele regio"s van antilichamen en T-celreceptoren. | | Variabele regio | Het deel van de immuunglobuline- of T-celreceptor-sequentie dat sterk varieert tussen verschillende receptoren en verantwoordelijk is voor antigeenbinding. |