B09_specifieke_immuniteit 2024.pdf

# Structuur en functie van antilichamen en receptoren Immunoglobulinen (Ig), B-celreceptoren (BCR) en T-celreceptoren (TCR) zijn cruciale moleculen in het immuunsysteem, verantwoordelijk voor de herkenning van antigenen en de initiatie van immuunresponsen. ### 1.1 Immunoglobulinen (Ig) en antilichamen (Ab) Immunoglobulinen (Ig) zijn macromoleculen die ofwel membraangebonden zijn als B-celreceptoren (BCR) op B-cellen, ofwel gesecreteerd worden door plasmacellen als antilichamen (Ab). Elke B-cel produceert Ig van dezelfde specificiteit, en het geheel van alle Ig in een individu vormt het immunoglobuline repertoire. Een antigeen (Ag) is doorgaans een macromolecule, meestal een eiwit of koolhydraat sequentie, dat gemerkt wordt door een antilichaam voor vernietiging [9](#page=9). #### 1.1.1 Functies van antilichamen en BCR Antilichamen hebben twee hoofdfuncties: het binden van pathogenen via hun variabele regio, en het rekruteren van immuuncellen en moleculen via hun constante regio. BCR-binding van pathogenen activeert de B-cel, waarbij de constante regio transmembranair is [10](#page=10). #### 1.1.2 Structuur van immunoglobulinen Een typisch IgG-antilichaam (ongeveer 150 kDa) bestaat uit twee identieke zware ketens en twee identieke lichte ketens, waardoor er twee antigeenbindingsplaatsen ontstaan. De Y-vormige structuur heeft een scharnierregio [10](#page=10). * **Variabele regio:** Bevat de twee armen van de Y en kenmerkt zich door enorme variabiliteit. Deze regio is opgebouwd uit [10](#page=10): * **Hypervariabele regio's (HV-regio's):** Ongeveer 10 aminozuren lang (HV1, HV2, HV3), met HV3 als de meest variabele. Deze regio's vormen discrete lussen die aan het uiteinde van de domeinstructuur liggen. De drie HV-lussen van de lichte en zware keten liggen dicht bij elkaar en vormen de antigeenbindingsplaats. Ze worden ook **complementaire-determinerende regio's (CDR)** genoemd en bepalen de antigeenspecificiteit omdat ze een oppervlak vormen dat complementair is aan het epitoop. Het antigeen wordt omsloten door zes HV-lussen (drie van de lichte en drie van de zware keten) [12](#page=12) [13](#page=13). * **Framework regio's (FR-regio's):** Minder variabele regio's die de structuur van de variabele domeinen ondersteunen [12](#page=12). * **Constante regio (C-regio):** Bevat het lichaam van de Y-vorm en codeert voor 5 verschillende Ig-klassen of isotypes: IgM, IgD, IgG, IgA en IgE. De functionele verschillen tussen isotypes worden bepaald door de C-regio van de zware keten [10](#page=10) [11](#page=11). * **Zware keten (H-keten):** 5 types, bepalend voor het isotype (μ voor IgM, δ voor IgD, γ voor IgG, α voor IgA, ε voor IgE). IgG is het meest voorkomende isotype, met vier subklassen bij mensen (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4) [11](#page=11). * **Lichte keten (L-keten):** 2 isotypes (lambda (λ) en kappa (κ)), zonder functioneel verschil. De verhouding κ/λ is ongeveer 2:1 bij gezonde mensen [11](#page=11). Zware en lichte ketens bestaan uit een aantal gelijkaardige sequenties die Ig-domeinen worden genoemd. Een Ig-domein is een stabiele eiwitstructuur die onder extreme omstandigheden functioneel blijft. De variabiliteit is beperkt tot het eerste domein (V-domein: VL en VH), terwijl de andere domeinen (C-domeinen: CL en CH) weinig variatie vertonen [11](#page=11). #### 1.1.3 Epitopen en antigeenbinding Een antilichaam herkent slechts een klein oppervlak van een molecule, een antigeen determinant of epitoop. Een pathogeen kan meerdere epitopen dragen, waardoor diverse antilichamen kunnen binden. Epitopen kunnen conformationeel (discontinu) zijn, waarbij herkende segmenten discontinu zijn in aminozuursequentie maar samenkomen in de 3D-structuur, of lineair (continu), waarbij een enkel segment van een polypeptideketen wordt herkend [14](#page=14). * **Interactie antilichaam-antigeen:** * **Oppervlakte complementariteit:** Bepaalt de specificiteit [15](#page=15). * **Niet-covalente bindingen:** Elektrostatische krachten, waterstofbruggen, van der Waalskrachten en hydrofobe interacties bepalen de affiniteit. Hoge zoutconcentraties, extreme pH-waarden of hoge epitoopconcentraties kunnen de interactie verbreken [15](#page=15). * Binding van het epitoop kan een conformationele verandering in het Ig-molecuul veroorzaken, waardoor de Fc-staart toegankelijk wordt voor complement of Fc-receptoren [15](#page=15). Lineaire epitopen van eiwitten zijn ongeveer 6 aminozuren groot. Antistoffen kunnen ook DNA- en suikerketens herkennen, zoals bij bloedgroepen (A, B, H/O). Haptenen, zoals penicilline, vormen een deel van een epitoop. Vrije haptenen kunnen geen antistoffen opwekken, maar gebonden haptenen aan een eiwit wel, mede door T-celhulp [16](#page=16). #### 1.1.4 Polymerisatie van immunoglobulinen IgM en IgA kunnen polymeriseren door cysteïne residu's in het staartstuk die disulfidebruggen vormen, met behulp van een J-keten. IgM vormt pentameren. Polymerisatie verhoogt de **aviditeit**, de totale bindingssterkte van een antilichaammolecule, wat belangrijk is voor de herkenning van repetitieve epitopen. Dit staat tegenover **affiniteit**, de bindingssterkte van één antigeenbindingsplaats. Dimerisatie van IgA is noodzakelijk voor transport door epithelia; monomeer IgA bevindt zich in de bloedbaan en weefsels [17](#page=17). #### 1.1.5 Effectorfuncties van de constante regio De constante regio (Fc-domein) is verantwoordelijk voor effectorfuncties [18](#page=18): 1. **Interactie met Fc-receptoren (FcR):** Activatie van fagocytose (FcRγ) of activatie van mestcellen en basofielen (FcRε) [18](#page=18). 2. **Interactie met complement:** Activatie van de complementcascade [18](#page=18). 3. **Specifieke distributie:** IgA wordt gevonden in mucus, tranen en melk; IgG wordt transcranaal overgedragen. Micro-organismen zoals *Staphylococcus* sp. (proteïne A en G) en *Haemophilus* sp. (proteïne D) hebben mechanismen ontwikkeld om de Fc-werking te neutraliseren [18](#page=18). ### 1.2 B-celreceptor (BCR) #### 1.2.1 Structuur en signaaltransductie van de BCR De BCR is een membraangebonden immunoglobuline, geassocieerd met twee niet-variabele eiwitten, Igα en Igβ, in het endoplasmatisch reticulum. Dit complex wordt naar de celmembraan getransporteerd. Na binding van een antigeen op de BCR geven de cytoplasmatische staarten van Igα en Igβ het signaal door aan het cytoplasma; de Ig-moleculen zelf signaleren niet. Alle Ig-isotypen kunnen deel uitmaken van de BCR [20](#page=20). ### 1.3 T-celreceptor (TCR) #### 1.3.1 Vergelijking TCR met Ig/BCR De T-celreceptor (TCR) lijkt op een membraangebonden Fab-fragment van een Ig. Beide zijn disulfide-gekoppelde heterodimeren en bestaan uit twee Ig-achtige domeinen (2 V- en 2 C-domeinen). Beide hebben één antigeenbindingsplaats [21](#page=21). #### 1.3.2 Structuur en signaaltransductie van de TCR Een TCR-heterodimeer bestaat uit een α- en een β-keten (αβ T-cellen) of een γ- en een δ-keten (γδ T-cellen). Elke T-cel drukt één type TCR tot expressie, waarbij alle receptoren op een cel identiek zijn. In het endoplasmatisch reticulum associëren de α- en β-ketens met het CD3-complex, dat zorgt voor transport naar de celmembraan en signaaltransductie bij antigeenbinding. De CD3-eiwitten geven het signaal door naar het cytoplasma; de TCR-ketens zelf kunnen geen signaal doorgeven. Dit is vergelijkbaar met de BCR, die ook signaleert via Igα en Igβ [21](#page=21) [22](#page=22). #### 1.3.3 Diversiteit van TCR's Naast de αβ-TCR bestaat er ook de γδ-TCR. T-cellen drukken óf een γδ óf een αβ-TCR tot expressie. γδ T-cellen vormen een kleine subpopulatie (1-5%). Meestal wordt met 'T-cellen' αβ T-cellen bedoeld. Er zijn ook hybride B/T receptoren onderzocht, zoals TCRμ-ketens en TCRγδ-cellen die een VH gebruiken in plaats van een Vδ. Chimere antigenreceptoren (CAR) maken gebruik van dit principe [23](#page=23) [24](#page=24). #### 1.3.4 Functieverschillen tussen BCR en TCR * **BCR (Ig):** Geassocieerd met humorale immuniteit, herkent oppervlakteantigenen en extracellulaire antigenen (suikers, eiwitten, haptenen), en activeert effectoren zoals macrofagen, neutrofielen, NK-cellen en complement. Dit is genezend bij bacteriën en preventief tegen virussen vóór celintreding [25](#page=25). * **TCR:** Geassocieerd met cellulaire immuniteit, is HLA-afhankelijk, herkent niet-oppervlakte- en extracellulaire/intracellulaire antigenen (uitsluitend eiwitten), en activeert T-cellen. Dit is genezend bij virussen en intracellulaire bacteriën [25](#page=25). ### 1.4 Genereren van receptor-diversiteit De miljarden verschillende receptoren (T en B) worden gegenereerd via RAG-gemedieerde processen [26](#page=26). #### 1.4.1 Immunoglobuline genen De immunoglobuline gensegmenten zijn gelokaliseerd in drie clusters: de λ-locus, de κ-locus (voor lichte ketens) en de zware-keten locus (H-locus). De H-locus bevat verschillende CH-genen die corresponderen met de verschillende isotypes (M, D, G, A, E) [26](#page=26). * **V-regio generatie:** Het V-domein wordt gecodeerd door meerdere gensegmenten: * **Lichte keten:** V (VL) en J (JL) gensegmenten [27](#page=27). * **Zware keten:** V (VH), D (DH) en J (JH) gensegmenten [27](#page=27). * Op DNA-niveau worden V, (D) en J segmenten samengebracht via DNA-herschikking [27](#page=27). * Op RNA-niveau worden V(D)J en C-segmenten samengebracht via RNA-splicing [27](#page=27). * Een leader peptide (L) dirigeert het eiwit naar de secretoire pathway of celmembraan en wordt na translatie afgesplitst [27](#page=27). * **Herschikking van genen:** * **Lichte keten:** V en J segmenten worden samengebracht door recombinatie bij Recombinatie Signaal Sequenties (RSS). Het tussenliggende DNA wordt verwijderd en vormt een "signal joint" die verdwijnt. De ligatie van V en J vormt een "coding joint" met het VJ coderende gensegment [28](#page=28). * **Zware keten:** Eerst D-J herschikking, gevolgd door V-DJ herschikking [28](#page=28). * **RAG-complex:** RAG-1 en RAG-2 eiwitten zijn lymfocytspecifiek en essentieel voor de herschikking. Ze binden aan RSS, brengen de segmenten samen, knippen de DNA-streng en houden de DNA-eindjes bij elkaar [29](#page=29). * **Junctie diversiteit:** * **P-nucleotiden:** Palindroomsequenties worden gecreëerd [29](#page=29). * **N-nucleotiden:** Willekeurig toegevoegde of verwijderde nucleotiden door TdT (terminal deoxynucleotidyl transferase) en exonucleasen [29](#page=29). * Deze processen genereren met name het CDR3-gebied en zijn niet kiembaan-gecodeerd. TdT komt alleen tot expressie in beenmerg en thymus [29](#page=29). * **Dubbelstrengige DNA-breuken:** RAG-eiwitten induceren dubbelstrengige breuken die hersteld worden via non-homologous end joining (NHEJ). Defecten in deze enzymen leiden tot T/B immunodeficiëntie en verhoogde gevoeligheid voor ioniserende straling (SCID) [30](#page=30). #### 1.4.2 T-celreceptor genen De TCR αβ gen-segmenten zijn gelokaliseerd in twee clusters: de α-locus en de β-locus. TCR-genherschikking vertoont overeenkomsten met Ig-genherschikking (RSS, P- en N-nucleotiden, RAG-1/2) [32](#page=32). * **Verschillen TCR vs. Ig:** * **Ig:** Verschillende C-domeinen (isotypen G, M, A, E, D) bepalen de effectorfunctie [32](#page=32). * **TCR:** Geen isotypes en geen isotype switch, geen somatische hypermutatie. De variabiliteit van CDR1 en CDR2 is beperkt tot de kiembaan V-segmenten, terwijl CDR3-variabiliteit onder andere wordt gegenereerd door junctionele diversiteit [32](#page=32). #### 1.4.3 Diversiteit genererende processen Er zijn drie hoofdprocessen voor het introduceren van variabiliteit in immunoglobulinen: 1. **Combinatoire diversiteit:** Willekeurige combinatie van V-(D)-J segmenten en de combinatie van lichte en zware ketens. Dit is ongeveer gelijk bij B- en T-cellen [38](#page=38) [41](#page=41). 2. **Junctionele diversiteit:** Door toevoegen van P- en N-nucleotiden. Dit is groter bij T-cellen [38](#page=38) [41](#page=41). 3. **Somatische hypermutatie (SHM):** Introduceert bijkomende variabiliteit in mature, geactiveerde B-cellen. Dit proces vindt alleen plaats bij B-cellen en tijdens de immuunrespons [34](#page=34) [38](#page=38). #### 1.4.4 Veranderen van Ig-isotype en somatische hypermutatie Deze processen worden AID (activation-induced cytidine deaminase) gemedieerd (#page=33, 35) [33](#page=33) [35](#page=35). * **Isotype switching (Class Switch Recombination, CSR):** * Het gen voor Cμ (en Cδ) ligt het dichtst bij het J-gencluster en wordt eerst gebruikt, wat IgM en IgD als eerste isotypes verklaart [33](#page=33). * Bij isotype verandering wordt DNA door looping verwijderd, waardoor een ander C-gen direct na het herschikte VDJ-exoon komt te liggen [33](#page=33). * Dit proces is productief omdat de switch-regio's in intronen liggen [34](#page=34). * Het is irreversibel omdat DNA verloren gaat. Geheugen B-cellen hebben een IgG-, IgA- of IgE-BCR, terwijl naïeve B-cellen een IgM/IgD-receptor hebben [34](#page=34). * AID zet cytidines (C) om in deoxy-uridines (U), die vervolgens worden uitgeknipt door uracil DNA-glycosylasen (UNG). De resulterende dubbelstrengige breuk wordt hersteld via NHEJ [35](#page=35). * **Somatische hypermutatie (SHM):** * Gebeurt in de V-regio's van het herschikte gen (#page=33, 38) [33](#page=33) [38](#page=38). * AID zet een C om in deoxy-U, wat bij DNA-replicatie wordt vervangen door een T [35](#page=35). * Mutaties in framework regio's leiden meestal tot structurele veranderingen en worden geselecteerd [38](#page=38). * Mutaties in CDR's die leiden tot verhoogde affiniteit worden bevorderd, wat leidt tot affiniteitsmaturatie [38](#page=38). #### 1.4.5 Potentiële en effectieve receptorepertoire Het potentiële receptorepertoire is gigantisch (ongeveer $10^{13}-10^{18}$) [41](#page=41). * **Combinatoire diversiteit:** Ongeveer gelijk bij B en T cellen [41](#page=41). * **Junctionele diversiteit:** Groter bij T-cellen dan bij B-cellen [41](#page=41). * **Somatische hypermutatie:** Niet meegerekend in de potentiële diversiteit van TCR's [41](#page=41). Het effectieve repertoire (ongeveer $10^7-10^8$) is kleiner en wordt bepaald door het aantal T- en B-cellen/klonen in het lichaam. Het aangesproken repertoire (ongeveer $10^5-10^6$) bestaat uit geheugencellen, die uitgroei zijn van één T- en B-cel [41](#page=41). > **Tip:** Affiniteitsmaturatie is een sleutelconcept waarbij B-cellen, door somatische hypermutatie en selectie, receptoren met een hogere affiniteit voor het antigeen ontwikkelen. Dit proces kan vergeleken worden met high-throughput screening in geneesmiddelenontdekking [37](#page=37). > **Voorbeeld:** De aanwezigheid van IgM-antilichamen in combinatie met een lage aviditeit van IgG-antilichamen voor CMV kan wijzen op een recente infectie bij zwangere vrouwen, wat belangrijk is voor de diagnose van congenitale infecties [39](#page=39). --- # Majeur Histocompatibiliteitscomplex (MHC) en antigene presentatie Dit topic beschrijft het Majeur Histocompatibiliteitscomplex (MHC), ook wel bekend als HLA, en de mechanismen waarmee peptiden worden gepresenteerd aan T-cellen. ### 2.1 Het Majeur Histocompatibiliteitscomplex (MHC) Het Majeur Histocompatibiliteitscomplex (MHC) is een genetische regio die cruciaal is voor het immuunsysteem door het mediëren van afstoting en het presenteren van antigenen aan T-cellen. Bij mensen wordt het MHC aangeduid als Human Leukocyte Antigen (HLA) [42](#page=42) [44](#page=44). #### 2.1.1 Genetische basis van MHC * **Polymorfisme en polygenie:** MHC-genen zijn sterk genetisch polymorf, wat betekent dat er vele verschillende allelen in de populatie voorkomen. Bovendien is het MHC polygenisch, waarbij individuen meerdere klasse I en klasse II genen (isotypen) bezitten die allemaal tot expressie komen op het celmembraan [44](#page=44). * **Overerving:** HLA-genen worden samen overgeërfd in een eenheid genaamd een haplotype, met slechts ongeveer 2% recombinatie tijdens de meiose. Dit verklaart waarom de beste donor voor transplantaties vaak te vinden is bij broers en zussen (25% kans op een HLA-identieke broer/zus per kind) [45](#page=45) [46](#page=46). * **Locatie:** Het MHC-complex bevindt zich op chromosoom 6 en omvat meer dan 200 genen. Deze genen worden onderverdeeld in drie regio's [45](#page=45): * **Klasse I genen:** Coderen voor HLA-A, -B, en -C. Het gen voor b2-microglobuline is gelegen op een ander chromosoom [45](#page=45). * **Klasse II genen:** Coderen voor de  en b ketens van HLA-DP, -DQ, en -DR [45](#page=45). * **Klasse III genen:** Coderen voor diverse eiwitten met immunologische functies, zoals complementfactoren C2 en C4, TNF, en lymfotoxine [45](#page=45). #### 2.1.2 MHC-moleculen en hun structuur MHC-moleculen bestaan uit een -keten en een b2-microglobuline keten voor klasse I, en twee - en b-ketens voor klasse II. De primaire functie van deze moleculen is het presenteren van peptiden aan T-cellen [43](#page=43) [45](#page=45) [50](#page=50). * **MHC klasse I:** Bindt aan CD8 op het niet-polymorfe domein van de MHC-molecule [43](#page=43) [56](#page=56). * **MHC klasse II:** Bindt aan CD4 op de b-keten van de MHC-molecule [43](#page=43) [56](#page=56). #### 2.1.3 Variatie in MHC en peptidenbinding De allotypische variatie in MHC-moleculen is geconcentreerd in de peptide-bindingsgroeve. Deze variatie beïnvloedt de sequentie van de ankeraminozuren, waardoor verschillende allotypen verschillende peptiden kunnen binden [47](#page=47). * **Bindingsmotief:** Een bindingsmotief beschrijft de vereisten waaraan een peptide moet voldoen om te kunnen binden in de groeve van een specifiek MHC-eiwit. Bijvoorbeeld, voor HLA-A2 moet een peptide 9 aminozuren lang zijn, met specifieke aminozuren op positie 2, 6 en 9 [48](#page=48). * **Sequentie-motieven:** Kennis van deze motieven is essentieel voor de ontwikkeling van peptide vaccins [47](#page=47). * **Brede specificiteit:** MHC-moleculen binden peptiden niet met hoge specificiteit zoals immunoglobulines of T-celreceptoren (TCR's), maar kunnen een breed scala aan peptiden in hun groeve binden en vasthouden via niet-covalente bindingen [51](#page=51). * **Immunologische gevolgen:** * MHC-polymorfisme zorgt ervoor dat er in een populatie meestal een aantal individuen zijn die kunnen reageren op specifieke pathogenen (responders) [47](#page=47). * Heterozygotie voor MHC verhoogt de kans om een pathogeen aan T-cellen te kunnen presenteren [47](#page=47). * Uitzonderlijk kunnen eiwitten na processing geen peptide opleveren dat bindt aan een aanwezig MHC-molecule, wat leidt tot een gebrek aan immuunrespons [47](#page=47). ### 2.2 Antigene presentatie Antigene presentatie is het proces waarbij peptidefragmenten van antigenen worden getoond op het celoppervlak in de context van MHC-moleculen, zodat T-cellen ze kunnen herkennen. T-cellen herkennen geen native of oplosbare eiwitten, maar specifiek peptidefragmenten gebonden aan MHC [50](#page=50). #### 2.2.1 Twee pathways voor antigene presentatie Er zijn twee hoofdcompartimenten in de cel die gescheiden worden door membranen: het cytosol en het vesiculaire systeem. Het compartiment waarin een peptide zich bevindt, bepaalt of het peptide wordt gepresenteerd via MHC klasse I of II [52](#page=52). * **MHC klasse I pathway (intracellulair):** * Peptiden die gebonden worden aan MHC klasse I moleculen zijn afkomstig uit het cytosol [53](#page=53). * Cytoplasmatische eiwitten of pathogenen (zoals virussen) worden door het proteasoom afgebroken tot peptiden [53](#page=53). * Deze peptiden worden via het ATP-afhankelijke transportmolecuul TAP (transporters associated with antigen processing) naar het endoplasmatisch reticulum (ER) getransporteerd [53](#page=53). * In het ER worden de peptiden gebonden aan nieuw gevormde MHC klasse I moleculen. MHC klasse I moleculen zonder peptide zijn onstabiel en komen nauwelijks tot expressie op het celmembraan [53](#page=53). * **Belang:** Een virusgeïnfecteerde cel presenteert virale peptiden via HLA-ABC [54](#page=54). * **MHC klasse II pathway (extracellulair):** * Antigenen die via pinocytose of fagocytose worden opgenomen uit de extracellulaire ruimte, worden verwerkt in endosomen en lysosomen [54](#page=54) [55](#page=55). * De endosomen bevatten proteasen die bij lage pH geactiveerd worden, en kunnen fuseren met lysosomen die eveneens zure proteasen bevatten. Deze proteasen breken de opgenomen eiwitten af tot peptiden [55](#page=55). * De vorming en transport van peptiden die aan MHC klasse II binden, vinden plaats in verzuurde endocytische vesikels [54](#page=54). * De **invariante keten** voorkomt vroegtijdige peptidebinding aan MHC klasse II voordat het de site van eiwitafbraak bereikt. Na het verdringen van het CLIP fragment worden de peptiden gebonden aan MHC klasse II [55](#page=55). * **Belang:** Een macrofaag die een pathogeen heeft opgenomen, presenteert de fragmenten via HLA-DR [54](#page=54). #### 2.2.2 Rol van T-celreceptoren (TCR) De TCR van T-lymfocyten herkent aminozuurresiduen van zowel het MHC-molecuul als het gebonden peptide. De interactie tussen de TCR en het MHC:peptide complex is cruciaal voor T-celactivatie [51](#page=51) [57](#page=57). #### 2.2.3 Cross-presentation Cross-presentation is een fenomeen waarbij gefagocyteerde eiwitten, zoals virussen, toch via MHC klasse I worden gepresenteerd, zelfs als de cel zelf niet geïnfecteerd is. Sommige dendritische cellen kunnen dit doen en zo CD8 responsen tegen virussen opwekken zonder zelf geïnfecteerd te zijn. Cytoplasmatische eiwitten of pathogenen kunnen ook via autofagie worden opgenomen in het membraansysteem en na versmelting met het lysosoom, kunnen peptiden geladen worden op MHC klasse II [54](#page=54) [58](#page=58). ### 2.3 Weefseldistributie en functie van MHC Het expressiepatroon van MHC klasse I en II moleculen reflecteert de verschillende functies van CD8 en CD4 T-lymfocyten [59](#page=59). * **MHC klasse I:** * Aanwezig op alle lichaamscellen, behalve rode bloedcellen (RBC) [59](#page=59). * Hoge expressie op hematopoëtische cellen [59](#page=59). * IFN verhoogt de expressie [59](#page=59). * **Functie:** Herkenning door CD8 cellen (cytotoxisch) voor het elimineren van virusgeïnfecteerde cellen overal in het lichaam [59](#page=59). * **MHC klasse II:** * Normaal gesproken enkel aanwezig op sommige hematopoëtische cellen en thymusepitheelcellen [59](#page=59). * IFN- verhoogt de expressie en kan de expressie induceren op cellen die normaal negatief zijn [59](#page=59). * **Functie:** Herkenning door CD4 cellen (helper) voor het herkennen van antigenen op antigeenpresenterende cellen zoals dendritische cellen (DC), macrofagen en B-cellen [59](#page=59). ### 2.4 MHC-restrictie en alloreactiviteit #### 2.4.1 MHC-restrictie De T-celherkenning van antigenen is MHC-gerestricteerd, wat betekent dat de TCR het antigeen in de context van een specifiek MHC-molecuul moet herkennen. Geactiveerde cytotoxische CD8 lymfocyten van virusgeïnfecteerde muizen zijn virus-specifiek en MHC-specifiek; ze doden alleen geïnfecteerde cellen met dezelfde MHC-expressie als het oorspronkelijke dier. Deze restrictie kan te wijten zijn aan directe TCR:MHC interactie of verschillen in peptidebinding tussen MHC-allelen [61](#page=61). #### 2.4.2 Alloreactiviteit Alloreactiviteit is de immuunreactie tussen cellen van verschillende individuen, voornamelijk veroorzaakt door MHC-verschillen. Deze reactie is zeer sterk, ondanks de self-MHC restrictie van de TCR. Vreemde MHC-moleculen (allo-MHC) presenteren een andere set peptiden, waardoor veel peptiden als "vreemd" worden herkend. Dit leidt tot alloresponsen die tot wel 1000 keer krachtiger kunnen zijn dan een antivirale respons [62](#page=62). * **Minor histocompatibiliteit antigenen:** Dit zijn polymorfe peptiden die binden aan MHC-moleculen en immunogeen zijn. Verschillen tussen man en vrouw in eiwitten kunnen leiden tot H-Y minor antigenen die een cellulaire respons opwekken in HLA-identieke individuen van het andere geslacht. Deze alloresponsen zijn veel zwakker dan responsen tegen HLA-mismatched donorweefsel [63](#page=63). ### 2.5 Vergelijking met B-celherkenning * **B-cel (Ig):** * Betrokken bij humorale immuniteit [60](#page=60). * Herkent oppervlakte antigenen en extracellulaire componenten zoals suikers, eiwitten of modificaties daarvan (haptenen) [60](#page=60). * Effectoren omvatten macrofagen, neutrofielen, NK-cellen en complement [60](#page=60). * Effectief bij bacteriën en preventief tegen virussen voordat ze de cel binnendringen [60](#page=60). * **TCR:** * Betrokken bij cellulaire immuniteit [60](#page=60). * HLA-afhankelijk [60](#page=60). * Herkent (niet-)oppervlakte- en intra-/extracellulaire eiwitten [60](#page=60). * Effectoren zijn T-cellen [60](#page=60). * Effectief bij virussen en intracellulaire bacteriën [60](#page=60). > **Tip:** Begrijpen van de twee antigene presentatie pathways (klasse I en II) is essentieel voor het begrijpen van de specificiteit van T-celresponsen tegen intracellulaire versus extracellulaire pathogenen. > **Voorbeeld:** Een virusgeïnfecteerde cel presenteert virale peptiden via MHC klasse I aan CD8 T-cellen. Een macrofaag die een bacterie heeft gefagocyteerd, presenteert bacteriële peptiden via MHC klasse II aan CD4 T-cellen. --- # Mechanismen voor het genereren van diversiteit in immuunreceptoren Het immuunsysteem genereert een immense diversiteit aan receptoren door middel van recombinatie en variatie van genfragmenten, waardoor het miljarden unieke structuren kan herkennen [5](#page=5). ### 3.1 Basisprincipes van immunoglobuline en T-celreceptor genorganisatie De genetische loci voor immunoglobulines (Ig) en T-celreceptoren (TCR) zijn opgebouwd uit verschillende gensegmenten. Deze segmenten worden tijdens de lymfocytenontwikkeling herschikt om unieke receptoren te vormen [26](#page=26). #### 3.1.1 Immunoglobuline loci De menselijke immunoglobuline gensegmenten zijn georganiseerd in drie hoofdclusters [26](#page=26): * $\lambda$ locus (voor de lichte keten) * $\kappa$ locus (voor de lichte keten) * Zware keten locus (H locus) De zware keten locus bevat meerdere $C_H$ genen die corresponderen met de verschillende isotypes (IgM, IgD, IgG, IgA, IgE) [26](#page=26). #### 3.1.2 T-celreceptor loci De TCR $\alpha\beta$ gensegmenten zijn georganiseerd in twee clusters: de $\alpha$ locus en de $\beta$ locus [32](#page=32). ### 3.2 Genherschikking voor V-regio variabiliteit De variabele regio (V-regio) van zowel Ig als TCR wordt gevormd door de recombinatie van verschillende gensegmenten [27](#page=27). #### 3.2.1 V(D)J recombinatie De V-regio van de lichte keten wordt gecodeerd door Variabele (V) en Joining (J) gensegmenten (VL en JL). De V-regio van de zware keten wordt gecodeerd door Variabele (V), Diversity (D) en Joining (J) gensegmenten (VH, DH en JH) [27](#page=27). * **Leader peptide (L):** Dit segment dirigeert het eiwit naar de secretoire pathway of celmembraan en wordt na translatie afgeknipt [27](#page=27). Op DNA-niveau worden V, (D) en J segmenten bij elkaar gebracht, wat resulteert in een DNA-herschikking waarbij de fragmenten één exon vormen. Op RNA-niveau worden de V(D)J-exon en de C-genen samengebracht via RNA-splicing, waarbij intronen worden verwijderd [27](#page=27). #### 3.2.2 Mechanisme van V(D)J recombinatie De V(D)J recombinatie wordt gemedieerd door het RAG-1 en RAG-2 complex (Recombination-Activating Genes). Deze lymfocyt-specifieke eiwitten binden aan Recombination Signal Sequences (RSS) op de V, D en J gensegmenten, brengen ze samen en induceren dubbelstrengige DNA-breuken [29](#page=29) [30](#page=30). * **Recombination Signal Sequences (RSS):** Dit zijn DNA-sequenties waar het RAG-complex aan bindt [8](#page=8). De herschikking vindt plaats door het samenbrengen van RSS van V en J (voor lichte ketens) of D en J, gevolgd door V-DJ recombinatie (voor zware ketens). Het DNA tussen de herschikte segmenten wordt uitgeloopt en vormt een extrachromosomale cirkel die verloren gaat bij celdeling. De ligatie van de V en J segmenten vormt een 'coding joint' [28](#page=28). > **Tip:** Defecten in RAG-genen leiden tot Severe Combined Immunodeficiency (SCID) [30](#page=30) [8](#page=8). ### 3.3 Junctionele diversiteit Naast de V(D)J recombinatie draagt junctionele diversiteit significant bij aan de receptorvariabiliteit, met name in het CDR3-gebied [29](#page=29). * **Palindroomsequenties (P-nucleotiden):** Ontstaan na het knippen van het DNA door RAG-eiwitten, wat leidt tot overhangende sequenties [29](#page=29). * **N-nucleotiden:** Willekeurig toegevoegde nucleotiden door het enzym Terminal Deoxynucleotidyl Transferase (TdT). TdT komt tot expressie in beenmerg en thymus en voegt nucleotiden toe zonder templaatstreng [29](#page=29). Deze P- en N-nucleotiden zijn niet kiembaan-gecodeerd en hun willekeurige lengte en sequentie creëren de diversiteit in CDR3 [29](#page=29). #### 3.3.1 Reparatie van DNA-breuken De door RAG geïnduceerde dubbelstrengige DNA-breuken worden hersteld via Non-Homologous End Joining (NHEJ), wat kan leiden tot mutaties [30](#page=30). > **Tip:** Defecten in de enzymen van het NHEJ-mechanisme resulteren ook in T/B-immunodeficiëntie en verhoogde gevoeligheid voor ioniserende straling [30](#page=30). ### 3.4 Combinatoire diversiteit Combinatoire diversiteit ontstaat door de willekeurige combinatie van de verschillende V, (D) en J gensegmenten. Dit is vergelijkbaar voor zowel B- als T-cellen [38](#page=38) [41](#page=41). ### 3.5 Variabiliteit in hypervariabele regio's De variabele regio's van de V-domeinen bevatten hypervariabele (HV) regio's (HV1, HV2, HV3) en minder variabele framework regio's (FR). De HV-regio's, met name HV3, zijn het meest variabel en cruciaal voor antigeenbinding [29](#page=29) [31](#page=31). ### 3.6 Verschillen tussen Ig en TCR diversiteitsgeneratie Hoewel TCR en Ig gebruik maken van RSS, P/N-nucleotiden en RAG-eiwitten, zijn er belangrijke verschillen [32](#page=32): * **Ig:** Hebben verschillende $C_H$ domeinen die isotypen bepalen en effectorfuncties modificeren. Ze ondergaan isotype switching en somatische hypermutatie [32](#page=32) [33](#page=33). * **TCR:** Hebben geen isotypes en geen isotype switch. De variabiliteit in CDR1 en CDR2 is beperkt tot de kiembaan V-gensegmenten, terwijl CDR3-variabiliteit wordt gegenereerd door junctionele diversiteit [32](#page=32). ### 3.7 Somatische hypermutatie (SHM) Somatische hypermutatie is een proces dat plaatsvindt in mature, geactiveerde B-cellen en introduceert additionele variabiliteit in de immunoglobuline genen. Dit proces wordt gemedieerd door Activation-Induced cytidine Deaminase (AID) [34](#page=34) [35](#page=35) [36](#page=36) [38](#page=38). * **AID:** Dit enzym target specifieke DNA-regio's en zet cytidines (C) om in deoxy-uridines (U). Dit leidt tot mutaties, waaronder de omzetting van C naar T [35](#page=35) [36](#page=36). Mutaties in de framework regio's veranderen meestal de structuur van het antilichaam en worden weg geselecteerd, terwijl mutaties in de CDR's die leiden tot verhoogde affiniteit worden bevorderd (affiniteitsmaturatie). SHM vindt plaats binnen een exon en is gericht op de herschikte gensegmenten die coderen voor de variabele regio [38](#page=38). ### 3.8 Isotype switching (Class Switch Recombination - CSR) Isotype switching is een proces waarbij B-cellen hun immunoglobuline isotype veranderen, wat resulteert in verschillende effectorfuncties. Dit proces wordt ook gemedieerd door AID [33](#page=33) [34](#page=34) [35](#page=35). * **AID en CSR:** AID zet cytidines om in uracil, waarna uracil DNA-glycosylases (UNG) deze verwijderen. Dit leidt tot dubbelstrengige breuken die via NHEJ worden hersteld, waarbij de C-regio wordt veranderd [35](#page=35). CSR vindt plaats tussen specifieke 'switch' regio's in de intronen, waardoor het altijd productief is. Geheugen B-cellen hebben hierdoor bijvoorbeeld IgG-, IgA- of IgE-receptoren, terwijl naïeve B-cellen IgM/IgD-receptoren hebben [34](#page=34). ### 3.9 Bronnen van diversiteit samengevat Er zijn drie primaire processen die bijdragen aan de diversiteit in immunoglobulinen [38](#page=38): 1. **Combinatoire diversiteit:** Willekeurige combinatie van V-(D)-J gensegmenten en lichte-zware ketens [38](#page=38) [41](#page=41). 2. **Junctionele diversiteit:** Toevoeging van P- en N-nucleotiden tijdens de recombinatie [29](#page=29) [38](#page=38). 3. **Somatische hypermutatie:** Geïnduceerde mutaties in mature B-cellen [38](#page=38). > **Tip:** De potentiële diversiteit van het immuunrepertoire is gigantisch (tot $10^{18}$), maar het effectieve repertoire (gevormd door bestaande cellen) is kleiner ($10^{7}$-$10^{8}$) [41](#page=41). ### 3.10 Genetische oorsprong van RAG-genen De RAG-genen en RSS zijn waarschijnlijk geëvolueerd uit componenten van een transposon die zich in een voorouder van het immuunsysteem heeft geïntegreerd [8](#page=8). ### 3.11 DNA-veranderingen in B- en T-cellen Enkel B- en T-cellen vertonen veranderd DNA dat niet aanwezig is in kiembaan-DNA. Dit suggereert dat de genetische modificaties die plaatsvinden tijdens de ontwikkeling van immuunreceptoren somatisch zijn en niet worden doorgegeven aan de volgende generatie [6](#page=6) [8](#page=8). --- # Auto-immuniteit en MHC Dit topic onderzoekt de rol van het MHC bij auto-immuunziekten en de genetische factoren die hierbij een rol spelen [64](#page=64). ### 4.1 Genetische aanleg voor auto-immuniteit Auto-immuunziekten zijn gedeeltelijk genetisch bepaald, waarbij HLA-genen de belangrijkste genetische component vormen. Familiew studies kunnen ziekten correleren met specifieke chromosomen, terwijl populatiestudies specifieke genen kunnen identificeren. Figuur 16.5 toont aan hoe familieonderzoek de correlatie tussen HLA-type en de vatbaarheid voor insuline-afhankelijke diabetes mellitus (IDDM) aantoont. Figuur 16.6 illustreert de associatie van HLA-allotypes met auto-immuunziekten [64](#page=64) [65](#page=65). ### 4.2 MHC en Reumatoïde Artritis (RA) #### 4.2.1 De rol van aminozuursequenties in peptidebinding De link tussen reumatoïde artritis (RA) en genetische factoren is het sterkst geassocieerd met de coderende sequentie voor aminozuren 67, 70 en 71 van het DRB1 gen. Specifiek, allotypes zoals *0401, *0404, *0405, en *0408 zijn geassocieerd met RA, terwijl *0402 niet geassocieerd is. Deze geassocieerde allotypes hebben een sequentie met een laag (LQ) en een basisch aminozuur (arginine of lysine) op deze posities. Deze drie polymorfe aminozuren bevinden zich op de alfa-helix die gericht is naar het te binden peptide in de peptide-bindende groeve van het MHC klasse II molecuul. Dit suggereert dat de binding van specifieke peptiden in deze groeve essentieel is voor de ontwikkeling van RA. Figuur 5.33 toont aan dat variaties tussen MHC allotypes geconcentreerd zijn op de locaties die peptide en T-celreceptor binden. Figuur 5.34 toont peptide-bindende motieven van enkele MHC-isoformen en de sequenties van gebonden peptiden [66](#page=66) [67](#page=67). > **Tip:** Het precieze verschil in aminozuursequenties (slechts 2-3 aminozuren) tussen vatbare (DRB1\*0401,0404,0405,0408) en niet-vatbare (DRB1\*0402) individuen, geplaatst in het peptide-bindende gedeelte van het DR-eiwit, is cruciaal voor het begrijpen van de ziektepathogenese [67](#page=67). #### 4.2.2 Citrullinatie en de ontwikkeling van RA Een belangrijke post-translationele modificatie die geassocieerd is met RA is de conversie van arginine residuen in weefselproteïnen naar citrulline door het enzym peptidyl arginine deiminase (PAD). Patiënten met RA die antistoffen hebben tegen gecitrullineerde eiwitten, zijn vaak HLA-DR4 positief. Patiënten zonder deze antistoffen hebben een normale frequentie van DR4 [68](#page=68). Een hypothese stelt dat gecitrullineerde peptiden, die waarschijnlijk niet aanwezig zijn in de thymus (aangezien citrullinatie een post-translationele modificatie is), door PAD gemodificeerd worden. Deze gemodificeerde peptiden kunnen vervolgens binden aan het HLA-DR4 molecuul en een T-cel immuunrespons uitlokken. Deze respons kan ondersteuning bieden voor antistofproductie en T helper cel type 1 (Th1) differentiatie. Er kunnen dus T-cellen in het bloed aanwezig zijn die deze gemodificeerde eiwitten herkennen [68](#page=68). ### 4.3 Multifactoriële pathogenese van auto-immuniteit Naast HLA-genen dragen ook andere genen bij aan de vatbaarheid voor het ontwikkelen van RA. Een voorbeeld is het gen PTPN22, dat codeert voor een fosfatase. Een allel dat leidt tot minder actieve fosfatase-activiteit kan de ontwikkeling van RA bevorderen. Fosfatases remmen normaal gesproken de T-celactivatie. Andere geassocieerde genen omvatten CTLA4, dat betrokken is bij costimulatie [69](#page=69) [70](#page=70). De pathogenese van auto-immuniteit is multifactorieel en wordt bepaald door een combinatie van genetische factoren en omgevingsfactoren [70](#page=70). > **Voorbeeld:** Omgevingsfactoren zoals roken en infecties met de mondbacterie *Porphyromonas gingivalis* (die PAD kan induceren) kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van auto-immuunziekten. Peptiden afkomstig van eiwitten zoals collageen type II, $\alpha$-enolase en fibrine, vimentine, wanneer gepresenteerd op HLA-DR4, kunnen in combinatie met genetische factoren (zoals verminderde T-celactivatie door lage activiteit van tyrosine fosfatases zoals PTPN22) leiden tot auto-immuniteit [70](#page=70). | Gen/Factor | Rol in Auto-immuniteit | Referentie | |---|---|---| | HLA-DR4 | Presentatie van gecitrullineerde peptiden | | [68](#page=68) [70](#page=70). | PTPN22 | Regulatie van T-celactivatie (fosfatase) | | [69](#page=69) [70](#page=70). | CTLA4 | Costimulatie van T-cellen | | [69](#page=69). | Peptidyl arginine deiminase (PAD) | Conversie van arginine naar citrulline | | [68](#page=68) [70](#page=70). | Roken | Omgevingsfactor | | [70](#page=70). | *Porphyromonas gingivalis* | Induceert PAD | | [70](#page=70). | Collageen Type II, $\alpha$-enolase, Fibrinogen, vimentin | Antigenen | | [70](#page=70). --- ## 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 | |------|------------| | Immunoglobuline (Ig) | Immunoglobulinen, ook wel antistoffen genoemd, zijn glycoproteïnen die een cruciaal onderdeel vormen van het adaptieve immuunsysteem. Ze worden geproduceerd door B-cellen en kunnen specifieke antigenen binden, wat leidt tot de eliminatie van pathogenen of geïnfecteerde cellen. | | B-celreceptor (BCR) | De B-celreceptor is een membraangebonden immunoglobuline die zich op het oppervlak van B-cellen bevindt. Het is verantwoordelijk voor de herkenning van specifieke antigenen en initieert de activering en differentiatie van de B-cel. | | T-celreceptor (TCR) | De T-celreceptor is een membraangebonden receptor op T-cellen die, in combinatie met het MHC-molecuul, specifieke antigenen herkent. Het is essentieel voor cellulaire immuniteit en de regulatie van immuunreacties. | | Majeur Histocompatibiliteitscomplex (MHC) | Het MHC is een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak die een belangrijke rol spelen bij de immuunrespons. Bij mensen wordt dit ook wel het Humane Leukocyten Antigeen (HLA) genoemd. MHC-moleculen presenteren peptidefragmenten aan T-cellen. | | Antigeen (Ag) | Een antigeen is een molecuul, meestal een eiwit of koolhydraat, dat door het immuunsysteem wordt herkend als vreemd en dat een immuunrespons kan opwekken. | | Epitoop | Een epitoop is het specifieke deel van een antigeen waaraan een antilichaam of T-celreceptor bindt. Het is de "target" voor de immuunrespons. | | Somatische hypermutatie (SHM) | Somatische hypermutatie is een proces waarbij B-cellen tijdens een immuunrespons mutaties in de genen van hun antistoffen ondergaan, wat leidt tot een hogere affiniteit voor het antigeen. | | Combinatoire diversiteit | Dit is een mechanisme dat bijdraagt aan de grote diversiteit van antilichamen en T-celreceptoren. Het ontstaat door de willekeurige combinatie van verschillende V (variabele), D (diversity) en J (joining) gensegmenten tijdens de genherschikking. | | Junctionele diversiteit | Junctionele diversiteit draagt bij aan de variabiliteit van antilichamen en T-celreceptoren door de willekeurige toevoeging of verwijdering van nucleotiden op de overgangspunten (junctions) van de V, D en J gensegmenten tijdens de genherschikking. | | Klasse-omschakeling (CSR) | Klasse-omschakeling is een proces waarbij de constante regio van een immunoglobuline gen verandert, wat resulteert in de productie van verschillende isotypes (bijv. IgM naar IgG). Dit proces beïnvloedt de effectorfunctie van het antilichaam. | | HLA-restrictie | HLA-restrictie betekent dat T-cellen een antigeen alleen kunnen herkennen wanneer het gepresenteerd wordt door een specifiek MHC-molecuul. Dit is cruciaal voor de specificiteit van de T-celgemedieerde immuunrespons. | | Auto-immuniteit | Auto-immuniteit is een aandoening waarbij het immuunsysteem lichaamseigen weefsels aanvalt als vreemd. Dit kan leiden tot chronische ontsteking en weefselbeschadiging. | | Alloreactiviteit | Alloreactiviteit verwijst naar de immuunrespons van een individu tegen allo-antigenen (antigenen van een ander individu van dezelfde soort), voornamelijk veroorzaakt door verschillen in MHC-moleculen. | | Cytosol | Het cytosol is het vloeibare gedeelte van het cytoplasma van een cel, waar veel metabolische processen plaatsvinden en dat een belangrijke rol speelt bij de presentatie van antigenen via MHC klasse I-moleculen. | | Endoplasmatisch reticulum (ER) | Het endoplasmatisch reticulum is een organel in eukaryote cellen dat betrokken is bij de synthese, vouwing en modificatie van eiwitten, inclusief MHC-moleculen die bestemd zijn voor presentatie op het celoppervlak. |