B09_specifieke_immuniteit 2024.pdf

# 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. |