Cell Biology

# De celcyclus en mitose De celcyclus beschrijft de reeks gebeurtenissen die leiden tot celdeling en de daaropvolgende groei van de dochtercellen, met essentiële controlesystemen om de correcte voortgang te waarborgen. ### 1.1 De celcyclus: fasen en duur De tijd die verloopt tussen twee opeenvolgende celdelingen wordt de celcyclus genoemd en wordt schematisch voorgesteld als een cirkel. De duur van de celcyclus varieert aanzienlijk tussen verschillende celtypen. Cellen kunnen de celcyclus verlaten om een gespecialiseerde functie uit te oefenen, een proces dat omkeerbaar of onomkeerbaar kan zijn. Gedurende de cyclus worden specifieke moleculen geactiveerd die de voortgang controleren via controlepunten (checkpoints) [14](#page=14) [1](#page=1). De celcyclus wordt onderverdeeld in vier hoofdfasen: mitose (M-fase), G1-fase, S-fase en G2-fase. Daarnaast bestaat er de G0-fase, waar cellen de cyclus verlaten om niet meer te delen; dit kan tijdelijk zijn (bv. lymfocyten) of permanent (bv. neuronen) [14](#page=14). ### 1.2 Interfase: voorbereiding op celdeling De interfase omvat de G1-, S- en G2-fasen, waarin de cel groeit en zich voorbereidt op celdeling [14](#page=14). #### 1.2.1 G1-fase (Gap 1) In de G1-fase vindt de synthese van RNA en eiwitten plaats, die nodig zijn voor de daaropvolgende S-fase. Aan het begin van de G1-fase heeft de cel 46 strengen DNA [14](#page=14) [8](#page=8). #### 1.2.2 S-fase (Synthese) De S-fase is cruciaal voor DNA-replicatie. Tijdens deze fase wordt het complete genoom verdubbeld [14](#page=14) [8](#page=8). * **DNA-replicatie mechanisme:** * Het enzym Helicase ritst de dubbelstrengs DNA-keten open, waardoor twee enkele strengen ontstaan [8](#page=8). * Losse nucleotiden in de celkern worden vervolgens complementair gekoppeld door het enzym DNA-polymerase [8](#page=8). * Dit resulteert in de synthese van twee nieuwe dubbelstrengs DNA-moleculen [8](#page=8). * Elke nieuwe DNA-streng bestaat uit één oude streng van de moedercel en één nieuw gesynthetiseerde streng [8](#page=8). * Vóór de deling, in de S-fase, zijn de 46 chromosomen van de G1-fase elk gedupliceerd tot twee chromatiden die centraal vastzitten via een centromeer [8](#page=8). #### 1.2.3 G2-fase (Gap 2) In de G2-fase worden eiwitten gesynthetiseerd die noodzakelijk zijn voor de mitose, zoals afbraakenzymen voor de kernmembraan [14](#page=14). ### 1.3 Mitose: de eigenlijke celdeling Mitose is het proces van kerndeling waarbij dochterchromosomen over twee nieuwe cellen worden verdeeld [10](#page=10) [14](#page=14). #### 1.3.1 Profase * De chromosomen condenseren [15](#page=15). * De nucleolus verdwijnt [15](#page=15). * De kernwand begint te verdwijnen [15](#page=15). * De lamines, intermediaire filamenten van de nucleaire envelop, worden gefosforyleerd. Dit leidt tot dissociatie van lamine-heterodimeren uit het netwerk, waardoor de nucleaire wand uiteenvalt in vesikels [19](#page=19). * Ook de nucleaire poriecomplexen (NPC's) vallen uiteen in subeenheden na fosforylatie [19](#page=19). #### 1.3.2 Metafase Tijdens de metafase zijn de gecondenseerde chromosomen, elk bestaande uit twee zusterchromatiden, op één lijn gelegen op het equatoriale vlak van de cel. De spoelfiguur is gevormd [15](#page=15) [7](#page=7). #### 1.3.3 Anafase * De zusterchromatiden worden van elkaar gescheiden [10](#page=10) [7](#page=7). * De gescheiden chromatiden, nu dochterchromosomen genoemd, worden naar de tegenovergestelde polen van de spoelfiguur getrokken [15](#page=15). #### 1.3.4 Telofase * De chromosomen decondenseren [15](#page=15). * De kernwand hervormt zich rond de gescheiden chromosomen aan elke pool [15](#page=15). * De defosforylatie van lamines zorgt voor reassociatie aan het oppervlak van de chromatiden, waardoor de kernenvelop zich progressief en spontaan weer samenstelt [20](#page=20). > **Tip:** De dissociatie en reassociatie van de kernenvelop tijdens mitose is een dynamisch proces waarbij fosforylatie en defosforylatie van lamines een sleutelrol spelen [20](#page=20). ### 1.4 Controle van de celcyclus Cycline-dependent kinases (CDK's) spelen een centrale rol bij het controleren van de progressie door de celcyclus. Ze vormen complexen met cyclines die op specifieke momenten in de cyclus worden geactiveerd. Deze complexen reguleren de overgang tussen verschillende fasen, zoals G1, S en mitose [14](#page=14). ### 1.5 Detectie van celproliferatie Verschillende methoden kunnen worden gebruikt om celproliferatie, het proces van celdeling, te detecteren [22](#page=22): * **Telling van cellen in mitose of met een dubbele kern:** Kan worden uitgevoerd op histologisch gekleurde preparaten, al dan niet geautomatiseerd met deep learning [22](#page=22). * **Incorporatie van Bromodeoxyuridine (BrdU):** BrdU is een thymidine-analoog die wordt ingebouwd in het DNA van prolifererende cellen [22](#page=22). * **Kleuring voor een eiwit dat tot expressie komt tijdens celdeling:** Bijvoorbeeld ki67 [22](#page=22). * **Flowcytometrie met Propidium kleuring:** Propidium kleurt DNA en kan de DNA-hoeveelheid per cel meten, wat informatie geeft over de celcyclusfasen [22](#page=22). > **Voorbeeld:** Gebruik van BrdU is een gangbare methode om te herkennen welke cellen actief aan het delen zijn [22](#page=22). > **Voorbeeld:** Flowcytometrie kan efficiënt worden ingezet voor de detectie van proliferatie door de DNA-inhoud van grote populaties cellen te analyseren [22](#page=22). --- # Celdood: apoptose versus necrose Dit hoofdstuk beschrijft de twee primaire vormen van celdood: necrose, dat een pathologisch proces is, en apoptose, een geprogrammeerd fysiologisch proces, met een focus op hun morfologische, biochemische en fysiologische verschillen en hun rol in gezondheid en ziekte. ### 2.1 Algemene principes van celdood Celdood is een essentieel proces in multicellulaire organismen voor ontwikkeling, weefselhomeostase en de eliminatie van beschadigde of geïnfecteerde cellen. De twee belangrijkste vormen van celdood die worden besproken zijn necrose en apoptose [23](#page=23). ### 2.2 Necrose Necrose wordt geïnduceerd door afwijkende fysiologische omstandigheden. Het is een pathologische vorm van celdood die leidt tot de destructie van intracellulaire organellen door zwelling en een intense inflammatoire respons [23](#page=23). #### 2.2.1 Oorzaken en kenmerken van necrose Necrose wordt veroorzaakt door factoren zoals hypoxie, hyperthermie en membraanschade. Het proces kenmerkt zich door [23](#page=23): * Een sterke influx van water en extracellulaire ionen, wat leidt tot celzwelling (oncosis) (#page=23, 28). Dit zwelling is te wijten aan het falen van de Na/K-ATPase pomp door een ATP-tekort [23](#page=23) [28](#page=28). * Destructie van intracellulaire organellen, waaronder mitochondriën (#page=23, 28) [23](#page=23) [28](#page=28). * Ruptuur van de plasmamembraan, wat leidt tot het verlies van intracellulaire metabolieten, waaronder ATP, en celinhoud (autoantigenen) (#page=23, 28) [23](#page=23) [28](#page=28). * Matige chromatinecondensatie [28](#page=28). * Vrijstelling van de cellulaire inhoud, wat een intense inflammatoire respons veroorzaakt [23](#page=23). > **Tip:** Necrose wordt vaak geassocieerd met een verlies van celmetabolieten en een beschadiging van de celmembraan, wat leidt tot de vrijstelling van inhoud die immuunreacties kan uitlokken [23](#page=23). #### 2.2.2 Morfologie van necrose Ultrastructurele analyse van necrotische cellen toont zwelling van de cellulaire organellen en verlies van mitochondriale ultrastructuur. Bij necrose treedt er een willekeurige afbraak van het DNA op, wat resulteert in een smeerpatroon op een agarose-DNA-gel [28](#page=28) [31](#page=31). #### 2.2.3 Immunogene aspecten van necrose Bij necrose komen damage-associated molecular patterns (DAMPs) vrij, zoals calreticuline, ATP, HMGB1 en mitochondriaal DNA. Deze DAMPs activeren het immuunsysteem, wat leidt tot inflammatie en opruiming van het celafval. Necrose is daarom een immunogene vorm van celdood [46](#page=46). ### 2.3 Apoptose (geprogrammeerde celdood) Apoptose, of geprogrammeerde celdood, is een actief, genetisch gecontroleerd en evolutionair geconserveerd fysiologisch proces (#page=23, 29). Het is essentieel voor normale ontwikkeling en homeostase in multicellulaire organismen [23](#page=23) [29](#page=29). #### 2.3.1 Oorzaken en kenmerken van apoptose Apoptose wordt gekenmerkt door een reeks specifieke morfologische veranderingen en vereist energie (ATP) voor de uitvoering ervan, waardoor normale cellulaire ATP-concentraties behouden blijven (#page=23, 27). Kenmerken zijn [23](#page=23) [27](#page=27): * Inschrumping van de cel en een rondere vorm (#page=23, 27) [23](#page=23) [27](#page=27). * Minimale veranderingen in cellulaire organellen; mitochondriën blijven intact [27](#page=27). * Chromatine condensatie (karyopyknosis) (#page=23, 27) [23](#page=23) [27](#page=27). * Nucleaire en cytoplasmatische fragmentatie, waarbij het resterende materiaal wordt omringd door de plasmamembraan (blebbing) (#page=23, 27) [23](#page=23) [27](#page=27). * DNA-laddering, wat resulteert in een typisch ladderpatroon van internucleosomale DNA-fragmenten op een gel (#page=23, 31) [23](#page=23) [31](#page=31). * Vorming van apoptotische lichaampjes (apoptotic bodies) die worden opgenomen door fagocyterende cellen (#page=24, 27) [24](#page=24) [27](#page=27). * Geen vrijstelling van intracellulaire componenten, wat resulteert in een niet-immunogene respons (#page=23, 46) [23](#page=23) [46](#page=46). > **Tip:** Apoptose is een gecontroleerd proces dat leidt tot de vorming van ingekapselde celresten, die efficiënt worden opgeruimd door fagocyten, waardoor ontstekingen worden voorkomen (#page=23, 46) [23](#page=23) [46](#page=46). #### 2.3.2 Morfologie van apoptose Ultrastructureel vertonen apoptotische cellen chromatine condensatie en behoud van mitochondriale ultrastructuur. Blebbing, waarbij de plasmamembraan bulten vormt, is een kenmerkend aspect [27](#page=27). #### 2.3.3 Biochemische aspecten van apoptose: Caspasen Caspasen zijn een familie van cytosolaire proteïnasen die sleutelrollen spelen in apoptose. Ze worden gesynthetiseerd als inactieve zymogenen (procaspasen) en worden geactiveerd door andere caspasen in een "caspase-cascade". Hun naam is afgeleid van "cysteine-afhankelijke aspartaat-specifieke proteasen". Activering leidt tot afsplitsing van een prodomein en opsplitsing in grote en kleine subeenheden, die samen een heterotetrameer vormen [38](#page=38). Er zijn twee hoofdtypen caspasen: * **Regulatorische initiator-caspasen (bv. caspase 8 en 9):** Deze worden geactiveerd door adaptor-eiwitten en activeren op hun beurt de effector-caspasen [39](#page=39). * **Effector- of executie-caspasen (bv. caspase 3 en 6):** Deze verknippen tal van substraat-eiwitten, wat leidt tot de uitvoering van de celdood [39](#page=39). #### 2.3.4 Signaalroutes van apoptose Apoptose kan worden geïnitieerd via twee hoofdroutes: de extrinsieke (receptor-gemedieerde) en de intrinsieke (mitochondriale) pathway (#page=42, 44) [42](#page=42) [44](#page=44). ##### 2.3.4.1 De extrinsieke pathway De extrinsieke pathway wordt geïnitieerd door extracellulaire signalen die binden aan plasmamembraan "death receptors" (bv. TNF-α receptor of Fas receptor) (#page=42, 44). Binding van signaalmoleculen zoals TNF-α of Fas ligand activeert het death-inducing signaling complex (DISC) (#page=42, 44). Dit leidt tot de activering van initiator caspase 8, die vervolgens effector caspase 3 activeert (#page=42, 44). Ook de afwezigheid van noodzakelijke extracellulaire groeifactoren kan deze pathway activeren via dependency receptors [42](#page=42) [44](#page=44). ##### 2.3.4.2 De intrinsieke (mitochondriale) pathway De intrinsieke pathway wordt geïnitieerd door intracellulaire stresssignalen, zoals Ca$^{2+}$ overload of overmatige vorming van reactieve zuurstofsoorten (ROS) (#page=42, 44). De cascade omvat permeabilisatie van de buitenste mitochondriale membraan (MOMP), wat onomkeerbaar is. Bij MOMP wordt cytochroom c vrijgesteld in het cytosol, waar het interageert met Apaf-1 en procaspase 9 om het apoptosoom te vormen. Dit leidt tot de activering van initiator caspase 9, die op zijn beurt effector caspase 3 activeert (#page=42, 44) [42](#page=42) [44](#page=44). ##### 2.3.4.3 Verbinding tussen de pathways Het BH3-only eiwit BID kan MOMP induceren en vormt een verbinding tussen de extrinsieke en intrinsieke pathways. Hierdoor kan de extrinsieke cascade de intrinsieke cascade betrekken bij de uitvoering van apoptose [43](#page=43). #### 2.3.5 Regulatie van de intrinsieke pathway De intrinsieke pathway wordt gereguleerd door de Bcl-2 familie van eiwitten. Anti-apoptotische eiwitten zoals Bcl-2 binden aan pro-apoptotische eiwitten (Bax en Bak) om hun oligomerisatie en porievorming in de buitenste mitochondriale membraan te voorkomen (#page=40, 45). BH3-only eiwitten (zoals Bad, Bim, Puma) kunnen binden aan Bcl-2, waardoor Bax en Bak vrijkomen en poriën kunnen vormen (#page=40, 45) [40](#page=40) [45](#page=45). #### 2.3.6 Fysiologisch belang van apoptose Apoptose speelt cruciale rollen in: * **Embryonale ontwikkeling:** Coördinatie met mitose om weefsels te vormen, zoals de resorptie van het staartje van een dikkop of de vorming van vingers door het verwijderen van tussenliggend weefsel (#page=32, 33, 34). Een voorbeeld is de vorming van vingers bij een muis-embryo door apoptose in interdigitale weefsels [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34). * **Weefselhomeostase:** Handhaving van weefselstructuur en -functie bij volwassenen, zoals de afbraak van het endometrium tijdens de menstruatie, involutie van de borstklier na het spenen, of de vernieuwing van darmepitheel (#page=32, 34) [32](#page=32) [34](#page=34). * **Vorming van het immuunsysteem:** Eliminatie van autoreactieve T-lymfocyten om auto-immuunziekten te voorkomen [32](#page=32). * **Cytotoxische respons:** Voorkomen van de vermenigvuldiging van cellen met defect genetisch materiaal [32](#page=32). > **Example:** Bij de ontwikkeling van het zenuwstelsel sterven neuronen die geen functionele verbindingen vormen af door apoptose, waardoor alleen de sterkste netwerken overleven [34](#page=34). #### 2.3.7 Apoptose in pathologische processen Ontregeling van apoptose kan leiden tot ziekten: * **Te weinig apoptose:** Kan leiden tot ongecontroleerde celproliferatie, zoals bij kanker, en auto-immuunziekten [32](#page=32). * **Te veel apoptose:** Kan leiden tot celverlies en weefseldegeneratie, zoals bij de ziekte van Alzheimer door het afsterven van neuronen [32](#page=32). #### 2.3.8 Non-immunogene aspecten van apoptose Tijdens apoptose worden "find-me" (bv. ATP) en "eat-me" (bv. fosfatidylserine, PtdSer) signalen afgegeven. Fosfatidylserine, normaal aan de binnenkant van de plasmamembraan, verschijnt aan de buitenkant tijdens apoptose, wat fagocyten aantrekt voor de opname van de stervende cel (#page=46, 47). Dit geordende proces voorkomt de vrijlating van intracellulair materiaal en activeert het immuunsysteem niet [46](#page=46) [47](#page=47). ### 2.4 Vergelijking van apoptose en necrose | Kenmerk | Apoptose (geprogrammeerde celdood) | Necrose (pathologische celdood) | | :------------------------ | :----------------------------------------------------------------- | :--------------------------------------------------------------------- | | **Inductie** | Genetisch geprogrammeerd, fysiologisch | Afwijkende fysiologische condities (hypoxie, schade) | | **Celgrootte** | Krimpt in | Zwelt op | | **Plasmamembraan** | Intact, vormt blebs | Ruptuurt | | **Chromatine** | Gecondenseerd (karyopyknosis), gefragmenteerd | Gedeeltelijk gecondenseerd, willekeurig afgebroken | | **DNA-fragmentatie** | Geordend (internucleosomaal, ladderpatroon) | Willekeurig (smeerpatroon) | | **Mitochondriën** | Intact | Zwellen, ultrastructuur verliest | | **ATP-afhankelijkheid** | Ja | Nee (vaak ATP-tekort) | | **Vrijstelling celinhoud** | Nee | Ja | | **Ontstekingsreactie** | Nee (niet-immunogeen) | Ja (immunogeen, DAMPs) | | **Fagocytose** | Opname van apoptotische lichaampjes door fagocyten | Cellulaire inhoud wordt opgeruimd door immuunrespons | | **Genetische controle** | Ja | Nee | | **Proces** | Actief | Passief (als gevolg van schade) | | **Voorbeelden** | Ontwikkeling, weefselhomeostase, immuunsysteemvorming | Letsel, ischemie, toxische blootstelling | | **Caspa(t)ses** | Essentieel voor de uitvoering | Niet betrokken | | **Morfologie** | Verschrompeling, fragmentatie, blebbing, apoptotische lichaampjes | Zwelling, membraanruptuur, orgaannelysis | [24](#page=24) [28](#page=28). > **Tip:** De dosis van een cytotoxisch agens kan bepalen of een cel apoptose of necrose ondergaat: een lage dosis leidt vaak tot apoptose, terwijl een hoge dosis necrose veroorzaakt [30](#page=30). ### 2.5 Necroptose Necroptose is een vorm van geprogrammeerde necrose die wordt geïnitieerd door extracellulaire doodsignalen (zoals TNF-α en Fas-ligand) wanneer de normale apoptose-route is geremd, met name door remming van caspase-8. Het proces kan leiden tot ontsteking en weefselschade door de vrijlating van intracellulaire eiwitten [48](#page=48). ### 2.6 Detectie van celdood Verschillende methoden kunnen worden gebruikt om celdood te detecteren, waaronder: * Telling van pyknotische cellen [55](#page=55). * Detectie van DNA-fragmentatie (bv. met de TUNEL assay) (#page=31, 55) [31](#page=31) [55](#page=55). * Detectie van fosfatidylserine op het plasmamembraanoppervlak met annexine V (#page=33, 55) [33](#page=33) [55](#page=55). Deze methoden helpen bij het onderscheiden van de morfologische en biochemische kenmerken van verschillende vormen van celdood [55](#page=55). --- # De kernenvelop en zijn rol tijdens mitose De kernenvelop ondergaat significante structurele veranderingen en desintegratie tijdens de mitose, waarna deze weer wordt opgebouwd, met lamines en fosforylatie als cruciale spelers in dit proces. ### 3.1 Structuur van de kernenvelop De kernenvelop is een dubbele biologische membraan die de celkern omgeeft. Aan de buitenzijde van de kernenvelop bevinden zich ribosomen, wat aangeeft dat dit deel verbonden is met het ruw endoplasmatisch reticulum (RER). De binnenste membraan van de kernenvelop wordt ondersteund door de kernlamina, een netwerk van lamine-eiwitten. Deze lamine-eiwitten behoren tot de familie van intermediaire filamenten. De kernenvelop bevat ook kernporiën, die essentieel zijn voor het gereguleerde transport van moleculen van en naar de kern [16](#page=16). #### 3.1.1 De kernlamina De kernlamina vormt een ondersteunend skelet voor de binnenste kernmembraan. Het is opgebouwd uit lamine-eiwitten, die geassocieerd zijn met het cytoskelet in het cytoplasma via het LINC-complex. Dit complex verbindt de kernlamina met chromatine en het cytoplasmatische cytoskelet [16](#page=16) [17](#page=17). > **Tip:** Laminopathieën zijn een groep ziekten die ontstaan door mutaties in lamine-eiwitten, zoals het LMNA-gen. Ondanks de diverse fenotypes die deze ziekten vertonen, is de onderliggende oorzaak de verstoorde functie van lamine-eiwitten, die cruciaal zijn voor de structuur van de kernenvelop en de organisatie van het genoom. Een voorbeeld van een laminopathie is Progeria [17](#page=17). #### 3.1.2 Kernporiën Kernporiën zijn complexe structuren die fungeren als selectieve poorten voor moleculair transport tussen de celkern en het cytoplasma. Ze spelen een sleutelrol in de regulatie van wat de kern in en uit mag [16](#page=16). ### 3.2 De kernenvelop tijdens mitose Tijdens de mitose ondergaat de kernenvelop een dynamisch proces van desintegratie en heropbouw [15](#page=15). #### 3.2.1 Desintegratie van de kernenvelop Bij aanvang van de mitose worden de lamine-eiwitten gefosforyleerd. Deze fosforylatie leidt tot de dissociatie van lamine-heterodimeren uit het lamina-netwerk. Als gevolg hiervan valt de kernlamina uiteen. De kernenvelop wordt hierbij afgebroken tot kleine vesikels. Tegelijkertijd vallen de kernporiën ook uiteen in subeenheden na fosforylatie. De fosforylatie van zowel lamines als kernporiën is dus de drijvende kracht achter de desintegratie van de kernenvelop en de kernporiën bij het begin van de mitose [19](#page=19) [20](#page=20). > **Voorbeeld:** In anafase worden de gecondenseerde chromosomen naar de tegenovergestelde polen van de spoelfiguur getrokken. Gedurende deze fase is de kernenvelop reeds gedesintegreerd [15](#page=15). #### 3.2.2 Heropbouw van de kernenvelop Aan het einde van de mitose, tijdens de telofase, treedt een omgekeerd proces op. Defosforylatie van de lamines initieert de reassociatie van de kernenvelop aan het oppervlak van de chromatiden. De kernenvelop begint zich dan progressief en spontaan weer samen te stellen. Dit proces van heropbouw van de kernenvelop kan zelfs *in vitro* worden gereproduceerd. De decondensatie van de chromosomen gaat hand in hand met de hervorming van de kernwand [15](#page=15) [20](#page=20). > **Tip:** Het begrijpen van de rol van fosforylatie en defosforylatie van lamines is cruciaal om de dynamische veranderingen van de kernenvelop tijdens de celcyclus te doorgronden. Deze processen zijn sterk gereguleerd en essentieel voor een correcte mitose [19](#page=19) [20](#page=20). --- # Meiose en genetische variatie Meiose is een gespecialiseerd proces van celdeling dat essentieel is voor seksuele voortplanting, waarbij de genetische variatie van de nakomelingen wordt vergroot [11](#page=11). ### 4.1 De processen van meiose Meiose bestaat uit twee opeenvolgende delingen, meiose I en meiose II, die gezamenlijk leiden tot de vorming van haploïde geslachtscellen (gameten) uit een diploïde moedercel [11](#page=11). #### 4.1.1 Meiose I Meiose I wordt gekenmerkt door de scheiding van homologe chromosomen [11](#page=11). ##### 4.1.1.1 Profase I Profase I is een cruciale fase waarin genetische uitwisseling plaatsvindt door middel van crossing-over. Hierbij wisselen niet-zusterchromatiden van homologe chromosomen segmenten uit. Dit proces verhoogt de genetische diversiteit aanzienlijk door nieuwe combinaties van allelen te creëren op de chromosomen [11](#page=11). > **Tip:** De duur en complexiteit van Profase I maken het een belangrijk moment voor het ontstaan van genetische variatie. Tijdens Profase I is elk chromosoom opgebouwd uit twee zusterchromatiden, en de cel is diploïde (2n) [11](#page=11) [12](#page=12). ##### 4.1.1.2 Metafase I In Metafase I rangschikken de paren van homologe chromosomen zich langs de evenaar van de cel [11](#page=11). ##### 4.1.1.3 Anafase I Tijdens Anafase I worden de homologe chromosomen naar tegenovergestelde polen van de cel getrokken. Elk chromosoom bestaat nog steeds uit twee zusterchromatiden. Na deze deling zijn de twee dochtercellen haploïde (n) wat betreft het aantal chromosomen, maar elk chromosoom bestaat nog steeds uit twee chromatiden [11](#page=11) [12](#page=12). ##### 4.1.1.4 Telofase I en Cytokinese In Telofase I worden de chromosomen geherorganiseerd en vindt er cytokinese plaats, wat resulteert in twee haploïde dochtercellen [11](#page=11). #### 4.1.2 Meiose II Meiose II lijkt op mitose en omvat de scheiding van zusterchromatiden [11](#page=11). ##### 4.1.2.1 Profase II Profase II is een korte fase waarin de chromosomen zich opnieuw condenseren indien nodig [11](#page=11). ##### 4.1.2.2 Metafase II In Metafase II rangschikken de chromosomen zich langs de evenaar van elke dochtercel [11](#page=11). ##### 4.1.2.3 Anafase II Tijdens Anafase II worden de zusterchromatiden van elkaar gescheiden en bewegen ze naar tegenovergestelde polen van de cel. Elk van deze gescheiden chromatiden wordt nu beschouwd als een volwaardig chromosoom [11](#page=11). ##### 4.1.2.4 Telofase II en Cytokinese Telofase II en cytokinese leiden tot de vorming van vier haploïde dochtercellen (gameten), elk met de helft van het aantal chromosomen van de oorspronkelijke diploïde cel, en elk chromosoom bestaat uit één chromatide [11](#page=11) [12](#page=12). ### 4.2 Genetische variatie door meiose Meiose draagt bij aan genetische variatie op twee belangrijke manieren: crossing-over en onafhankelijke segregatie van homologe chromosomen [11](#page=11). #### 4.2.1 Crossing-over Crossing-over, zoals beschreven in Profase I, creëert nieuwe combinaties van allelen op homologe chromosomen. Dit is een fundamenteel mechanisme voor genetische recombinatie [11](#page=11). > **Example:** Als een ouderchromosoom de allelen A en B draagt, en het homologe chromosoom de allelen a en b, kan na crossing-over een chromatide de combinatie A en b dragen, en de andere de combinatie a en B. #### 4.2.2 Onafhankelijke segregatie De willekeurige rangschikking van homologe chromosomenparen tijdens Metafase I leidt tot verschillende mogelijke combinaties van chromosomen in de dochtercellen. Bij een menselijk genoom met 23 paar chromosomen zijn er $2^{23}$ mogelijke combinaties van chromosomen in de gameten, nog voordat crossing-over wordt meegerekend [11](#page=11). > **Tip:** De combinatie van crossing-over en onafhankelijke segregatie zorgt voor een enorme diversiteit aan genetische samenstellingen in de geproduceerde gameten, wat de basis vormt voor genetische variatie binnen een populatie. ### 4.3 Aantal chromosomen en chromatiden tijdens meiose Het aantal chromosomen en chromatiden verandert gedurende de verschillende fasen van meiose [12](#page=12). | Fase | Aantal chromosomen | Aantal chromatiden | Aantal centromeren | | ----------------- | ------------------- | ------------------ | ------------------ | | Diploïde cel (voor meiose) | 2n | 0 (na replicatie: 2n, elk met 2 chromatiden) | 2n (na replicatie: 2n) | | Meiose I: Profase I | 2n | 4n | 2n | | Meiose I: Metafase I | 2n | 4n | 2n | | Meiose I: Anafase I | 2n (als georganiseerde paren) | 4n | 2n | | Meiose I: Na Telofase I | n (per cel) | 2n (per cel) | n (per cel) | | Meiose II: Profase II | n | 2n | n | | Meiose II: Metafase II | n | 2n | n | | Meiose II: Anafase II | 2n (als individuele chromatiden/chromosomen) | 0 (na scheiding) | 2n | | Meiose II: Na Telofase II | n (per cel) | 0 (per cel) | n (per cel) | Tabel 1: Overzicht van het aantal chromosomen, chromatiden en centromeren tijdens meiose. > **Let op:** Een chromosoom wordt gedefinieerd door het aantal centromeren. Na DNA-replicatie bestaat een chromosoom uit twee zusterchromatiden, maar telt het nog steeds als één chromosoom. Pas na de scheiding van zusterchromatiden in Anafase II telt elk gescheiden chromatide als een individueel chromosoom [12](#page=12). --- ## 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 | |------|------------| | Celcyclus | De tijd die verloopt tussen twee opeenvolgende celdelingen, die normaliter in verschillende fasen (G1, S, G2, M) wordt onderverdeeld en periodiek terugkeert. | | Profase | De eerste fase van mitose, waarin de chromosomen beginnen te condenseren en zichtbaar worden, de spoelfiguur begint te vormen en de kernenvelop begint af te breken. | | Metafase | De fase van mitose waarin de gecondenseerde chromosomen zich op één lijn bevinden in het midden van de cel, aan de spoeldraden gehecht via hun centromeren. | | Anafase | De fase van mitose waarin de zusterchromatiden van elk chromosoom uit elkaar worden getrokken naar tegenovergestelde polen van de cel. | | Telofase | De laatste fase van mitose, waarin de chromosomen zich aan de polen bevinden, decondenseren, en nieuwe kernenvelopes zich rond de twee sets chromosomen vormen, leidend tot cytokinese. | | Interfase | De periode in de celcyclus tussen twee opeenvolgende mitotische delingen, waarin de cel groeit, DNA repliceert en zich voorbereidt op deling. | | G0-fase | Een rustfase buiten de actieve celcyclus, waarin cellen zich wel kunnen bevinden maar niet actief delen; dit kan tijdelijk of permanent zijn. | | S-fase | De synthesefase van de celcyclus, waarin DNA-replicatie plaatsvindt, wat resulteert in de verdubbeling van het genoom. | | DNA-replicatie | Het proces waarbij het DNA van een cel wordt gekopieerd, zodat bij celdeling elke dochtercel een volledige en identieke set chromosomen ontvangt. | | Helicase | Een enzym dat de dubbele helix van DNA ontwindt, waardoor de twee strengen van elkaar gescheiden worden voor replicatie of transcriptie. | | DNA-polymerase | Een enzym dat betrokken is bij de DNA-replicatie door het synthetiseren van nieuwe DNA-strengen door nucleotiden complementair aan de oude streng te koppelen. | | Centromeer | Het gecondenseerde gebied van een chromosoom dat de twee zusterchromatiden verbindt en waaraan de spoeldraden tijdens de mitose of meiose hechten. | | Karyogram | Een geordend beeld van alle chromosomen van een cel, gerangschikt naar grootte, vorm en banderingspatroon, gebruikt voor het identificeren van chromosomale afwijkingen. | | Autosomen | Elk chromosoom dat geen geslachtschromosoom is; bij mensen zijn er 22 paren autosomen die identiek zijn bij mannen en vrouwen. | | Geslachtschromosomen (heterosomen) | Chromosomen die bepalen of een organisme mannelijk of vrouwelijk is; bij mensen zijn dit X en Y chromosomen. | | Mitose | Een proces van celdeling waarbij één moedercel zich deelt tot twee genetisch identieke dochtercellen, cruciaal voor groei en herstel. | | Zusterchromatiden | Twee identieke kopieën van een gerepliceerd chromosoom die samengehouden worden door een centromeer tot het moment van scheiding tijdens mitose of meiose. | | Meiose | Een type celdeling dat leidt tot de vorming van vier haploïde dochtercellen, essentieel voor seksuele voortplanting, waarbij genetische recombinatie optreedt. | | Crossing over | Het uitwisselen van genetisch materiaal tussen homologe chromosomen tijdens de profase I van de meiose, wat leidt tot genetische recombinatie en variatie. | | Kernenvelop | De dubbele membraan die de kern van een eukaryote cel omgeeft en het genetisch materiaal scheidt van het cytoplasma. | | Kernlamina | Een netwerk van intermediaire filamenten (lamines) aan de binnenzijde van de kernenvelop, dat structurele ondersteuning biedt en betrokken is bij genregulatie. | | Lamine | Een eiwit dat deel uitmaakt van de kernlamina en intermediaire filamenten vormt, essentieel voor de structurele integriteit van de celkern. | | Laminopathie | Een groep erfelijke ziekten veroorzaakt door mutaties in genen die coderen voor lamine-eiwitten, wat leidt tot diverse symptomen door verstoring van de kernstructuur en functie. | | Progeria | Een zeldzame, fatale genetische aandoening die versnelde veroudering veroorzaakt, vaak geassocieerd met mutaties in het LMNA-gen dat codeert voor lamines. | | Vesikels | Kleine, membraanomsloten blaasjes die betrokken zijn bij transport binnen de cel, opslag of verpakking van moleculen; tijdens mitose kan de kernenvelop in vesikels uiteenvallen. | | Fosforylatie | Een posttranslationele modificatie waarbij een fosfaatgroep wordt toegevoegd aan een eiwit, wat vaak de activiteit of functie van het eiwit verandert. | | Cyclin-dependent kinases (CDK’s) | Enzymen die een cruciale rol spelen in de regulatie van de celcyclus door het fosforyleren van doelwitproteïnen, vaak in complex met cyclines. | | Necrose | Een vorm van ongecontroleerde celdood die optreedt als gevolg van fysieke schade, toxische stoffen of ischemie, gekenmerkt door celzwelling, membraanruptuur en ontstekingsreactie. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd en energie-afhankelijk proces dat essentieel is voor normale ontwikkeling en weefselhomeostase, gekenmerkt door celkrimp, chromatinecondensatie en fragmentatie zonder ontstekingsreactie. | | Cytoplasma | Het gehele inhoud van een cel tussen de celkern en de celmembraan, inclusief de organellen en het cytosol. | | Organellen | Structuren binnen een cel die gespecialiseerde functies uitvoeren, zoals mitochondriën, endoplasmatisch reticulum en lysosomen. | | Mitochondriën | De "energiecentrales" van de cel, verantwoordelijk voor ATP-productie via cellulaire ademhaling. | | Plasmembraan | De buitenste membraan van een cel die de cel omgeeft en de uitwisseling van stoffen reguleert. | | Chromatinedecondensatie | Het proces waarbij gecondenseerd chromatine losser wordt, wat typisch plaatsvindt aan het einde van de mitose of meiose. | | DNA-fragmentatie | Het uiteenvallen van DNA in kleinere stukken, wat kan optreden bij celdood, met name bij apoptose (ladderpatroon) of necrose (smeerpatroon). | | Immunogene respons | Een immuunreactie die wordt uitgelokt door de aanwezigheid van bepaalde moleculen of signalen, vaak geassocieerd met weefselschade of infectie. | | Fagocyterende cellen | Cellen, zoals macrofagen, die andere cellen, celresten of vreemde deeltjes kunnen opnemen en "opeten" (fagocyteren). | | Apoptotisch lichaampje | Kleine membraanomsloten fragmenten van een stervende cel tijdens apoptose, die snel worden opgenomen door fagocyten. | | Cytoskelet | Een netwerk van eiwitfilamenten in het cytoplasma van eukaryote cellen, dat vorm, ondersteuning en beweging biedt. | | Euchromatine | Luchtig verpakte chromatine, rijk aan genen en transcriptie-actief. | | Heterochromatine | Dicht verpakte chromatine, arm aan genen en transcriptie-inactief. | | Nucleaire poriën | Complexe proteïne structuren in de kernenvelop die selectief transport van moleculen tussen de kern en het cytoplasma regelen. | | Cytotoixsche stimuli | Stoffen of omstandigheden die schadelijk zijn voor cellen en celdood kunnen veroorzaken. | | Ladderpatroon | Een typisch patroon van gefragmenteerd DNA dat zichtbaar wordt op een gelelektroforese-gel wanneer DNA in inter-nucleosomale fragmenten wordt geknipt, zoals bij apoptose. | | Smeerpatroon | Een vlekkerig patroon op een gelelektroforese-gel dat duidt op willekeurige afbraak van DNA, zoals waargenomen bij necrose. | | Embryonale ontwikkeling | Het proces van groei en differentiatie van een embryo van een bevruchte eicel tot een volledig gevormd organisme. | | Weefselhomeostase | Het handhaven van een stabiele interne omgeving binnen weefsels door middel van regulatie van celgroei, celdeling en celdood. | | Immuunsysteem | Het netwerk van cellen, weefsels en organen dat het lichaam beschermt tegen ziekteverwekkers zoals bacteriën, virussen en schimmels. | | Autoimmuniteit | Een aandoening waarbij het immuunsysteem per ongeluk gezonde lichaamscellen aanvalt. | | Kanker | Een ziekte waarbij cellen ongecontroleerd groeien en zich delen, en zich kunnen verspreiden naar andere delen van het lichaam. | | Ziekte van Alzheimer | Een neurodegeneratieve aandoening die gekenmerkt wordt door progressief geheugenverlies en cognitieve achteruitgang, veroorzaakt door de afsterving van hersencellen. | | Caenorhabitis elegans | Een kleine rondworm die veel gebruikt wordt als modelorganisme in biologisch onderzoek, met name voor studies naar celdood en ontwikkeling. | | CED-genen | C. elegans death genes, genen die cruciaal zijn voor het reguleren van geprogrammeerde celdood in de rondworm C. elegans. | | Fagocytose | Het proces waarbij cellen, zoals macrofagen, ziekteverwekkers, celresten of andere deeltjes opnemen en verteren. | | Vertebraten | Dieren die een wervelkolom bezitten, waaronder vissen, amfibieën, reptielen, vogels en zoogdieren. | | Caspasen | Een familie van proteases die een centrale rol spelen in apoptose door het cleaven van specifieke eiwitten, wat leidt tot de gecontroleerde afbraak van de cel. | | Zymogenen | Inactieve voorlopers van enzymen, die na activering hun functionele vorm aannemen; caspasen worden gesynthetiseerd als inactieve procaspasen. | | Proteolytische activiteit | De mogelijkheid van een enzym (protease) om peptidebindingen in eiwitten te verbreken. | | Initiator-caspasen | Caspasen die de eerste stap zetten in de caspasen-cascade door het activeren van effector-caspasen, vaak gereguleerd door adaptor-eiwitten. | | Effector-caspasen (executie-caspasen) | Caspasen die de daadwerkelijke afbraak van cellulaire componenten uitvoeren, leidend tot de morfologische kenmerken van apoptose. | | Adaptor-proteïnes | Eiwitten die dienen als koppeling tussen verschillende moleculen, bijvoorbeeld het verzamelen van initiator-caspasen om hun activatie te faciliteren. | | Bcl-2 familie | Een groep eiwitten die de apoptose reguleren door interactie met de mitochondriën; zowel pro-apoptotische (bv. Bax, Bak) als anti-apoptotische (bv. Bcl-2, Bcl-XL) leden bestaan. | | Bak en Bax | Pro-apoptotische eiwitten uit de Bcl-2 familie die, na oligomerisatie, poriën vormen in de buitenste mitochondriale membraan, leidend tot cytochroom c vrijlating. | | Mitochondrial Outer Membrane Permeabilisation (MOMP) | Het proces waarbij de buitenste membraan van de mitochondriën permeabel wordt, wat cruciaal is voor de intrinsieke apoptotische route door vrijlating van cytochroom c. | | Cytochroom C (CYT C) | Een eiwit dat normaal deel uitmaakt van de elektronentransportketen in de mitochondriën; bij vrijlating in het cytoplasma initieert het apoptose. | | APAF-1 (Apoptotic Peptidase Activating Factor 1) | Een eiwit dat na binding van cytochroom c in het cytoplasma het apoptosoom vormt en helpt bij de activering van procaspase-9. | | Apoptosoom | Een multiproteïne complex dat zich vormt in het cytoplasma tijdens de intrinsieke apoptotische route, leidend tot de activering van caspase-9. | | BH3-only eiwitten | Een subklasse van de Bcl-2 familie (bv. Bad, Bim, Puma) die pro-apoptotische activiteiten kunnen initiëren door te interageren met anti-apoptotische Bcl-2 familieleden. | | Extrinsieke pathway | Een van de twee hoofdroutes die apoptose initiëren, geïnitieerd door extracellulaire signalen die binden aan celoppervlakte doodreceptoren. | | Intrinsieke pathway | Een van de twee hoofdroutes die apoptose initiëren, geïnitieerd door intracellulaire stressfactoren, zoals DNA-schade of oxidatieve stress, en gemedieerd door mitochondriale veranderingen. | | Doodreceptoren | Celoppervlaktereceptoren die, na binding van specifieke liganden (doodliganden), signalen doorgeven die leiden tot apoptose. | | DISC (Death-Induced Signaling Complex) | Een complex dat zich vormt na activatie van doodreceptoren en betrokken is bij de initiatie van de extrinsieke apoptotische cascade. | | TNF-α (Tumor Necrosis Factor alpha) | Een cytokine dat een sleutelrol speelt bij ontsteking en geprogrammeerde celdood (apoptose en necroptose). | | Fas Ligand (FasL) | Een membraangebonden eiwit dat bindt aan de Fas-receptor op andere cellen en apoptose kan induceren. | | Fas Receptor | Een celoppervlaktereceptor die, na binding van FasL, het DISC activeert en zo de extrinsieke apoptotische route initieert. | | MOMP | Mitochondrial Outer Membrane Permeabilisation (zie hierboven). | | Necroptose | Een vorm van gereguleerde necrose, een intermediair type celdood dat kenmerken deelt met zowel apoptose als necrose, en vaak optreedt wanneer caspase-8 wordt geremd. | | DAMPs (Damage Associated Molecular Patterns) | Moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende cellen en een ontstekingsreactie kunnen veroorzaken door het immuunsysteem te activeren. | | Calreticuline | Een calcium-bindend eiwit dat voornamelijk in het endoplasmatisch reticulum wordt aangetroffen en ook als een DAMP fungeert bij necrose. | | HMGB1 (High Mobility Group Box 1) | Een eiwit dat in de nucleus wordt aangetroffen en, bij vrijlating na celbeschadiging, kan fungeren als een DAMP die ontsteking bevordert. | | Fosfatidylserine (PS) | Een fosfolipide dat normaal voornamelijk op het binnenste blad van de plasmamembraan voorkomt, maar tijdens apoptose naar buiten flipt en als "eat-me" signaal fungeert. | | "Find-me" signalen | Signalen die vrijkomen uit stervende cellen om fagocyten aan te trekken naar de locatie van de celdood. | | "Eat-me" signalen | Signalen op het oppervlak van stervende cellen, zoals fosfatidylserine, die fagocyten aantrekken voor opname en opruiming. | | Annexine-V | Een eiwit dat specifiek bindt aan fosfatidylserine, en wordt gebruikt als marker voor het detecteren van apoptose. | | Autofagie | Een cellulair proces waarbij de cel zijn eigen beschadigde componenten of overbodige eiwitten afbreekt en recycleert door ze in lysosomen te transporteren. | | Lysosomale celdood | Een vorm van celdood die geïnitieerd wordt door de disfunctie of activatie van lysosomen, wat kan leiden tot de afgifte van afbrekende enzymen in het cytoplasma. | | Immunogene celdood | Een type celdood waarbij moleculen (DAMPs) vrijkomen die het immuunsysteem activeren, leidend tot ontsteking. | | TUNEL assay | Een methode die wordt gebruikt om DNA-fragmentatie te detecteren door het inbouwen van gefluoresceerde nucleotiden in DNA-breuken, wat kenmerkend is voor apoptose. | | Pyknotische kern | Een sterk gecondenseerde, gekrompen celkern die vaak wordt gezien als een kenmerk van celdood, met name apoptose. | | Extracellulaire signalen | Signalen die afkomstig zijn van buiten de cel en signaleringsroutes binnen de cel kunnen initiëren. | | Intracellulaire stress | Stressfactoren die binnen de cel optreden, zoals oxidatieve stress, DNA-schade of calciumoverload, die celdood kunnen induceren. | | Caspase-cascade | Een reeks opeenvolgende activering van caspasen, waarbij een initiator-caspase een andere activeert, die op zijn beurt effector-caspasen activeert. | | Apoptose route | De reeks stappen en moleculaire interacties die leiden tot de geprogrammeerde celdood. | | Homologe chromosomen | Een paar chromosomen die dezelfde genen bevatten in dezelfde volgorde, één geërfd van elke ouder. | | Genoom | De volledige set van genetisch materiaal van een organisme, inclusief alle genen. | | Cytokinese | Het proces van cytoplasmatische deling dat volgt op de kernmitose, waarbij de cel fysiek in twee aparte dochtercellen wordt gesplitst. | | Interfase | De periode in de celcyclus tussen twee opeenvolgende mitotische delingen, waarin de cel groeit, DNA repliceert en zich voorbereidt op deling. | | Interdigitale cellen | Cellen gelegen tussen de vingers of tenen van een embryo die, door apoptose, verdwijnen om de aparte vingers of tenen te vormen. | | Ovarium follikel atresie | Het proces waarbij follikels in het ovarium die niet uitgroeien tot een dominante follikel, worden afgebroken via apoptose. | | Granulosacellen | Cellulaire componenten van follikels in het ovarium die de eicel ondersteunen en beschermen. | | Atretische follikel | Een ovariumfollikel die ondergaat regressie door apoptose. | | Ziekte van Alzheimer | Een neurodegeneratieve aandoening die gekenmerkt wordt door progressief geheugenverlies en cognitieve achteruitgang, veroorzaakt door de afsterving van hersencellen. | | Caenorhabitis elegans | Een kleine rondworm die veel gebruikt wordt als modelorganisme in biologisch onderzoek, met name voor studies naar celdood en ontwikkeling. | | CED-genen | C. elegans death genes, genen die cruciaal zijn voor het reguleren van geprogrammeerde celdood in de rondworm C. elegans. | | Vertebraten | Dieren die een wervelkolom bezitten, waaronder vissen, amfibieën, reptielen, vogels en zoogdieren. | | Caspasen | Een familie van proteases die een centrale rol spelen in apoptose door het cleaven van specifieke eiwitten, wat leidt tot de gecontroleerde afbraak van de cel. | | Zymogenen | Inactieve voorlopers van enzymen, die na activering hun functionele vorm aannemen; caspasen worden gesynthetiseerd als inactieve procaspasen. | | Proteolytische activiteit | De mogelijkheid van een enzym (protease) om peptidebindingen in eiwitten te verbreken. | | Initiator-caspasen | Caspasen die de eerste stap zetten in de caspasen-cascade door het activeren van effector-caspasen, vaak gereguleerd door adaptor-eiwitten. | | Effector-caspasen (executie-caspasen) | Caspasen die de daadwerkelijke afbraak van cellulaire componenten uitvoeren, leidend tot de morfologische kenmerken van apoptose. | | Adaptor-proteïnes | Eiwitten die dienen als koppeling tussen verschillende moleculen, bijvoorbeeld het verzamelen van initiator-caspasen om hun activatie te faciliteren. | | Bcl-2 familie | Een groep eiwitten die de apoptose reguleren door interactie met de mitochondriën; zowel pro-apoptotische (bv. Bax, Bak) als anti-apoptotische (bv. Bcl-2, Bcl-XL) leden bestaan. | | Bak en Bax | Pro-apoptotische eiwitten uit de Bcl-2 familie die, na oligomerisatie, poriën vormen in de buitenste mitochondriale membraan, leidend tot cytochroom c vrijlating. | | Mitochondrial Outer Membrane Permeabilisation (MOMP) | Het proces waarbij de buitenste membraan van de mitochondriën permeabel wordt, wat cruciaal is voor de intrinsieke apoptotische route door vrijlating van cytochroom c. | | Cytochroom C (CYT C) | Een eiwit dat normaal deel uitmaakt van de elektronentransportketen in de mitochondriën; bij vrijlating in het cytoplasma initieert het apoptose. | | APAF-1 (Apoptotic Peptidase Activating Factor 1) | Een eiwit dat na binding van cytochroom c in het cytoplasma het apoptosoom vormt en helpt bij de activering van procaspase-9. | | Apoptosoom | Een multiproteïne complex dat zich vormt in het cytoplasma tijdens de intrinsieke apoptotische route, leidend tot de activering van caspase-9. | | BH3-only eiwitten | Een subklasse van de Bcl-2 familie (bv. Bad, Bim, Puma) die pro-apoptotische activiteiten kunnen initiëren door te interageren met anti-apoptotische Bcl-2 familieleden. | | Extrinsieke pathway | Een van de twee hoofdroutes die apoptose initiëren, geïnitieerd door extracellulaire signalen die binden aan celoppervlakte doodreceptoren. | | Intrinsieke pathway | Een van de twee hoofdroutes die apoptose initiëren, geïnitieerd door intracellulaire stressfactoren, zoals DNA-schade of oxidatieve stress, en gemedieerd door mitochondriale veranderingen. | | Doodreceptoren | Celoppervlaktereceptoren die, na binding van specifieke liganden (doodliganden), signalen doorgeven die leiden tot apoptose. | | DISC (Death-Induced Signaling Complex) | Een complex dat zich vormt na activatie van doodreceptoren en betrokken is bij de initiatie van de extrinsieke apoptotische cascade. | | TNF-α (Tumor Necrosis Factor alpha) | Een cytokine dat een sleutelrol speelt bij ontsteking en geprogrammeerde celdood (apoptose en necroptose). | | Fas Ligand (FasL) | Een membraangebonden eiwit dat bindt aan de Fas-receptor op andere cellen en apoptose kan induceren. | | Fas Receptor | Een celoppervlaktereceptor die, na binding van FasL, het DISC activeert en zo de extrinsieke apoptotische route initieert. | | MOMP | Mitochondrial Outer Membrane Permeabilisation (zie hierboven). | | Necroptose | Een vorm van gereguleerde necrose, een intermediair type celdood dat kenmerken deelt met zowel apoptose als necrose, en vaak optreedt wanneer caspase-8 wordt geremd. | | DAMPs (Damage Associated Molecular Patterns) | Moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende cellen en een ontstekingsreactie kunnen veroorzaken door het immuunsysteem te activeren. | | Calreticuline | Een calcium-bindend eiwit dat voornamelijk in het endoplasmatisch reticulum wordt aangetroffen en ook als een DAMP fungeert bij necrose. | | HMGB1 (High Mobility Group Box 1) | Een eiwit dat in de nucleus wordt aangetroffen en, bij vrijlating na celbeschadiging, kan fungeren als een DAMP die ontsteking bevordert. | | Fosfatidylserine (PS) | Een fosfolipide dat normaal voornamelijk op het binnenste blad van de plasmamembraan voorkomt, maar tijdens apoptose naar buiten flipt en als "eat-me" signaal fungeert. | | "Find-me" signalen | Signalen die vrijkomen uit stervende cellen om fagocyten aan te trekken naar de locatie van de celdood. | | "Eat-me" signalen | Signalen op het oppervlak van stervende cellen, zoals fosfatidylserine, die fagocyten aantrekken voor opname en opruiming. | | Annexine-V | Een eiwit dat specifiek bindt aan fosfatidylserine, en wordt gebruikt als marker voor het detecteren van apoptose. | | Autofagie | Een cellulair proces waarbij de cel zijn eigen beschadigde componenten of overbodige eiwitten afbreekt en recycleert door ze in lysosomen te transporteren. | | Lysosomale celdood | Een vorm van celdood die geïnitieerd wordt door de disfunctie of activatie van lysosomen, wat kan leiden tot de afgifte van afbrekende enzymen in het cytoplasma. | | Immunogene celdood | Een type celdood waarbij moleculen (DAMPs) vrijkomen die het immuunsysteem activeren, leidend tot ontsteking. | | TUNEL assay | Een methode die wordt gebruikt om DNA-fragmentatie te detecteren door het inbouwen van gefluoresceerde nucleotiden in DNA-breuken, wat kenmerkend is voor apoptose. | | Pyknotische kern | Een sterk gecondenseerde, gekrompen celkern die vaak wordt gezien als een kenmerk van celdood, met name apoptose. | | Extracellulaire signalen | Signalen die afkomstig zijn van buiten de cel en signaleringsroutes binnen de cel kunnen initiëren. | | Intracellulaire stress | Stressfactoren die binnen de cel optreden, zoals oxidatieve stress, DNA-schade of calciumoverload, die celdood kunnen induceren. | | Caspase-cascade | Een reeks opeenvolgende activering van caspasen, waarbij een initiator-caspase een andere activeert, die op zijn beurt effector-caspasen activeert. | | Apoptose route | De reeks stappen en moleculaire interacties die leiden tot de geprogrammeerde celdood. | | Homologe chromosomen | Een paar chromosomen die dezelfde genen bevatten in dezelfde volgorde, één geërfd van elke ouder. | | Genoom | De volledige set van genetisch materiaal van een organisme, inclusief alle genen. | | Cytokinese | Het proces van cytoplasmatische deling dat volgt op de kernmitose, waarbij de cel fysiek in twee aparte dochtercellen wordt gesplitst. | | Interfase | De periode in de celcyclus tussen twee opeenvolgende mitotische delingen, waarin de cel groeit, DNA repliceert en zich voorbereidt op deling. | | Interdigitale cellen | Cellen gelegen tussen de vingers of tenen van een embryo die, door apoptose, verdwijnen om de aparte vingers of tenen te vormen. | | Ovarium follikel atresie | Het proces waarbij follikels in het ovarium die niet uitgroeien tot een dominante follikel, worden afgebroken via apoptose. | | Granulosacellen | Cellulaire componenten van follikels in het ovarium die de eicel ondersteunen en beschermen. | | Atretische follikel | Een ovariumfollikel die ondergaat regressie door apoptose. |

# De celcyclus en mitose De celcyclus beschrijft de reeks gebeurtenissen die een cel ondergaat tussen twee opeenvolgende delingen, met specifieke fasen voor groei, DNA-replicatie en celdeling [14](#page=14) [1](#page=1). ### 1.1 Fasen van de celcyclus De celcyclus wordt onderverdeeld in vier hoofd fasen: G1, S, G2 en mitose (M). Tijdens deze cyclus worden specifieke moleculen geactiveerd die het correcte verloop van de cyclus controleren via "check points". Cellen kunnen de celcyclus ook verlaten en in een rusttoestand, G0, terechtkomen, wat tijdelijk kan zijn (bv. lymfocyten) of permanent (bv. neuronen) [14](#page=14) [1](#page=1). #### 1.1.1 G1 fase In de G1 fase is de cel actief in de synthese van RNA en eiwitten die nodig zijn voor de daaropvolgende S fase. Aan het begin van de G1 fase is er sprake van één chromatinedraad [14](#page=14) [8](#page=8). #### 1.1.2 S fase De S fase (synthese fase) is cruciaal voor DNA-replicatie. Tijdens deze fase wordt het complete genoom verdubbeld. Een moedercel in de G1 fase heeft 46 strengen DNA. De replicatie begint wanneer het enzym Helicase de dubbelstrengs DNA-keten opent, waardoor twee enkele strengen ontstaan. Vervolgens worden losse nucleotiden door het enzym DNA-polymerase complementair aan deze strengen gekoppeld, wat resulteert in de synthese van twee nieuwe dubbelstrengs DNA-ketens. Elke nieuwe DNA-streng bestaat uit één oude streng (van de moedercel) en één nieuw gesynthetiseerde streng. Net voor de deling, na de S-fase, heeft de cel twee chromatinedraden die centraal vastzitten via een centromeer. Het centromosoom dupliceert ook tijdens de celcyclus [13](#page=13) [14](#page=14) [8](#page=8). #### 1.1.3 G2 fase In de G2 fase worden eiwitten gesynthetiseerd die noodzakelijk zijn voor de daaropvolgende mitose, zoals afbraakenzymen voor de kernmembraan [14](#page=14). #### 1.1.4 Mitose (M fase) Mitose is de fase waarin de celdeling plaatsvindt en de dochterchromosomen worden verdeeld over twee nieuwe cellen. Gedurende de mitose condenseren de chromosomen, verdwijnt de nucleolus en de kernwand [14](#page=14) [15](#page=15). > **Tip:** De duur van de celcyclus varieert per celtype [1](#page=1). ### 1.2 Processen tijdens mitose Mitose omvat de verdeling van zusterchromatiden [10](#page=10). #### 1.2.1 De kernenvelop tijdens mitose De kernenvelop ondergaat significante veranderingen tijdens de mitose. Lamines, intermediaire filamenten die 2D netwerken vormen, worden gefosforyleerd aan het begin van de mitose. Dit leidt tot de dissociatie van lamine-heterodimeren uit het netwerk, waardoor de nucleaire wand uiteenvalt in vesikels. Ook Nuclear Pore Complexes (NPCs) vallen uiteen in subeenheden na fosforylatie. Op het einde van de mitose zorgt defosforylatie van de lamines voor reassociatie aan het oppervlak van de chromatiden, waarna de kernenvelop zich progressief en spontaan weer samenstelt. Dit proces van dissociatie en reassociatie van de kernenvelop kan ook "in vitro" gereproduceerd worden. In de anafase worden de chromosomen naar de tegenovergestelde polen van de spoelfiguur getrokken, en in de telofase decondenseren de chromosomen en hervormt zich de kernwand [15](#page=15) [19](#page=19) [20](#page=20). #### 1.2.2 Controle van de celcyclus Cyclin-dependent kinases (CDK’s) spelen een centrale rol in de controle van de progressie door de celcyclus, via cycline-CDK complexen die de G1, S fase en mitose reguleren [14](#page=14). ### 1.3 Detectie van proliferatie Proliferatie, het proces van celgroei en -deling, kan op verschillende manieren gedetecteerd worden [22](#page=22): * **Telling van cellen in mitose of met een dubbele kern:** Dit kan op H/E gekleurde preparaten, eventueel geautomatiseerd met deep learning [22](#page=22). * **Incorporatie van Bromodeoxyuridine (BrdU):** BrdU is een analoog van thymidine die wordt opgenomen tijdens DNA-synthese [22](#page=22). * **Kleuring voor specifieke eiwitten:** Kleuring voor een eiwit dat tot expressie komt tijdens celdeling, zoals ki67 [22](#page=22). * **Flowcytometrie:** Met kleuring voor DNA-hoeveelheid, zoals met Propidium [22](#page=22). > **Voorbeeld:** De S-fase kan geïdentificeerd worden door de opname van BrdU, aangezien dit de fase is waarin DNA wordt gerepliceerd [22](#page=22). --- # De kernenvelop en zijn rol tijdens mitose De kernenvelop, een dubbele membraan die de celkern omgeeft, ondergaat dynamische veranderingen tijdens de mitose, waaronder ontbinding en heropbouw, om de processen van chromosomale scheiding en de herstructurering van de celkern te faciliteren. ### 2.1 Structuur van de kernenvelop De kernenvelop bestaat uit een dubbele biologische membraan: een buitenste en een binnenste kernmembraan. De buitenste kernmembraan vertoont ribosomen en is een integraal onderdeel van het ruw endoplasmatisch reticulum (RER). De binnenste kernmembraan wordt ondersteund door de kernlamina, een vezelig netwerk dat cruciaal is voor de structurele integriteit van de kern [16](#page=16). #### 2.1.1 De kernlamina en lamine-eiwitten De kernlamina wordt gevormd door lamine-eiwitten, die behoren tot de intermediaire filamenten van het cytoskelet. Deze lamine-eiwitten dimeriseren en vormen vervolgens 2D-netwerken die de binnenste kernmembraan verstevigen. De lamine is via het LINC-complex verbonden met zowel chromatine binnen de kern als met het cytoskelet in het cytoplasma [16](#page=16) [17](#page=17) [19](#page=19). > **Tip:** Lamine-eiwitten zijn essentieel voor de structurele ondersteuning van de kernenvelop en spelen een rol bij de organisatie en regulatie van het genoom. #### 2.1.2 Kernporiën De kernenvelop bevat talrijke kernporiën, die fungeren als selectieve poorten voor het transport van moleculen in en uit de celkern. Deze poriën zijn opgebouwd uit specifieke eiwitcomplexen (NPCs) die na fosforylatie aan het begin van de mitose uiteenvallen in hun subeenheden [16](#page=16) [19](#page=19). ### 2.2 De rol van de kernenvelop tijdens mitose Tijdens de mitose ondergaat de kernenvelop een gecontroleerde ontbinding om de chromosomen de vrije ruimte te geven voor scheiding naar de polen van de spoelfiguur. Vervolgens wordt de kernenvelop weer opgebouwd naarmate de cel de telofase ingaat en de chromosomen zich aan de polen bevinden [15](#page=15). #### 2.2.1 Dissociatie van de kernenvelop Aan het begin van de mitose worden de lamine-eiwitten gefosforyleerd. Deze fosforylatie leidt tot de dissociatie van lamine-heterodimeren uit het netwerk van de kernlamina. Als gevolg hiervan valt de kernlamina uiteen, en de kernenvelop wordt omgezet in kleine vesikels (#page=19, 20). Tegelijkertijd vallen ook de kernporiën uiteen in hun subeenheden [19](#page=19) [20](#page=20). > **Tip:** De fosforylatie van lamines en de subeenheden van de kernporiën is de drijvende kracht achter de ontbinding van de kernenvelop en de kernporiën bij het begin van de mitose. #### 2.2.2 Reassociatie van de kernenvelop Aan het einde van de mitose, tijdens de telofase, vindt defosforylatie van de lamine-eiwitten plaats. Deze defosforylatie maakt de reassociatie van lamines aan het oppervlak van de chromatiden mogelijk. De kernenvelop begint zich vervolgens progressief en spontaan opnieuw samen te stellen rond de decondenserende chromosomen aan de beide polen van de cel (#page=15, 20). Dit herassemblageproces is zelfs 'in vitro' reproduceerbaar [15](#page=15) [20](#page=20). ### 2.3 Laminopathieën Verstoringen in de functie van lamine-eiwitten, vaak veroorzaakt door mutaties in genen zoals LMNA, leiden tot een groep ziekten die bekend staan als laminopathieën. Hoewel deze ziekten voortkomen uit defecten in de lamine-eiwitten die de nucleaire lamina vormen en bijdragen aan de structuur van de kernenvelop en de organisatie van het genoom, vertonen ze een breed spectrum aan fenotypes. De exacte mechanismen achter de ontwikkeling en progressie van deze ziekten zijn nog grotendeels onbekend, maar Progeria is een bekend voorbeeld van een laminopathie [17](#page=17). --- # Apoptose versus necrose Celdood kan op verschillende manieren plaatsvinden, waarvan apoptose en necrose de twee meest bestudeerde vormen zijn, elk met distincte morfologische en biochemische kenmerken en fysiologische/pathologische implicaties [23](#page=23). ### 3.1 Algemene principes van celdood Celdood wordt geïnitieerd door een breed scala aan stimuli en kan onder verschillende omstandigheden optreden. Necrose wordt doorgaans veroorzaakt door schadelijke externe factoren en leidt tot cellulaire zwelling en lysis, wat een ontstekingsreactie uitlokt (#page=23, 24). Apoptose, daarentegen, is een gecontroleerd, energie-afhankelijk proces van geprogrammeerde celdood, dat essentieel is voor normale ontwikkeling en weefselhomeostase, en verloopt zonder ontstekingsreactie (#page=23, 29) [23](#page=23) [24](#page=24) [29](#page=29). ### 3.2 Necrose Necrose wordt geïnduceerd door afwijkende fysiologische condities zoals hypoxie, hyperthermie of membraanschade. Dit proces gaat gepaard met een significante opname van water en extracellulaire ionen, wat resulteert in zwelling van de cel (oncosis) en de intracellulaire organellen, waaronder de mitochondriën (#page=23, 28). De plasmamembraan scheurt uiteindelijk, wat leidt tot de vrijstelling van cellulaire inhoud, inclusief autoantigenen. Deze vrijstelling veroorzaakt een intense inflammatoire respons. Bij necrose is er sprake van matige chromatinecondensatie en ongeordende DNA-afbraak, wat resulteert in een "smeer" op een agarose-DNA-gel (#page=28, 31) [23](#page=23) [28](#page=28) [31](#page=31). > **Tip:** Necrose wordt vaak geassocieerd met pathologische processen en schade aan weefsels door externe factoren. #### 3.2.1 Morfologische kenmerken van necrose Morfologisch wordt necrose gekenmerkt door celzwelling, zwelling van organellen, verlies van mitochondriale ultrastructuur en uiteindelijk ruptuur van de plasmamembraan. De loskomende intracellulaire componenten, bekend als damage associated molecular patterns (DAMPs), activeren het immuunsysteem en leiden tot inflammatie [28](#page=28) [46](#page=46). ### 3.3 Apoptose Apoptose, of geprogrammeerde celdood, is een actief, energie-afhankelijk en genetisch gecontroleerd proces dat essentieel is voor de normale ontwikkeling en homeostasis van multicellulaire organismen (#page=23, 29). Het wordt gekenmerkt door specifieke morfologische veranderingen zonder vrijstelling van intracellulaire componenten, waardoor een immunogene respons wordt vermeden. De cellulaire inhoud wordt ordelijk verpakt in apoptotische lichaampjes, die vervolgens worden gefagocyteerd (#page=24, 46) [23](#page=23) [24](#page=24) [29](#page=29) [46](#page=46). > **Tip:** Apoptose is een "zelfmoord" proces dat cellen helpt om defecte of onnodige cellen te elimineren zonder schade aan omliggend weefsel. #### 3.3.1 Morfologische kenmerken van apoptose Bij apoptose krimpt de cel in en wordt ronder. De cellulaire organellen, inclusief de mitochondriën, blijven grotendeels intact, wat essentieel is omdat apoptose energie (ATP) vereist. Kenmerkend zijn chromatinecondensatie (karyopyknosis), nucleaire en cytoplasmatische fragmentatie, en 'blebbing' van de celmembraan, waarbij de fragmenten omgeven worden door plasmamembraan. Uiteindelijk vormen deze fragmenten apoptotische lichaampjes. Een typisch kenmerk is DNA laddering, waarbij het DNA wordt verknipt in internucleosomale fragmenten die op een gel elektroforese als een ladder zichtbaar zijn (#page=27, 31) [27](#page=27) [31](#page=31). #### 3.3.2 Fysiologisch belang van apoptose Apoptose speelt een cruciale rol in diverse fysiologische processen: * **Embryonale ontwikkeling:** Coördinatie tussen mitose en apoptose is essentieel voor de vorming van weefsels en organen, zoals de resorptie van het staart van een dikkop of de vorming van vingers bij zoogdierfoetussen (#page=32, 33). Bijvoorbeeld, in *Caenorhabditis elegans* ondergaan specifiek 131 van de 1090 gevormde somatische cellen apoptose [32](#page=32) [33](#page=33). * **Weefselhomeostase:** Bij volwassen organismen handhaaft apoptose de weefselgrootte en turnover, bijvoorbeeld tijdens de menstruatiecyclus, involutie van borstklieren, of de vervanging van darmepitheel (#page=32, 34, 35) [32](#page=32) [34](#page=34) [35](#page=35). * **Vorming van het immuunsysteem:** Eliminatie van autoreactieve T-lymfocyten (thymocyten) voorkomt auto-immuunziekten [32](#page=32). * **Cytotoxische respons:** Voorkomt de proliferatie van cellen met genetische schade, bijvoorbeeld door vrije radicalen [32](#page=32). * **Pathologische processen:** Ontregeling van apoptose kan leiden tot ziekten. Te weinig apoptose is geassocieerd met kanker en auto-immuunziekten, terwijl te veel apoptose kan bijdragen aan neurodegeneratieve aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer [32](#page=32). #### 3.3.3 Apoptotische pathways Apoptose kan worden geïnitieerd via twee hoofdroutes: de extrinsieke en de intrinsieke (mitochondriële) pathway (#page=42, 44) [42](#page=42) [44](#page=44). ##### 3.3.3.1 De extrinsieke pathway Deze route wordt geactiveerd door extracellulaire signalen die binden aan plasmamembraan "death receptors" (zoals TNF-α of Fas ligand) (#page=42, 44). Binding aan deze receptoren leidt tot de vorming van het "Death-Inducing Signaling Complex" (DISC), wat de initiator caspase-8 activeert (#page=42, 44). Ook de afwezigheid van noodzakelijke extracellulaire groeifactoren kan deze pathway activeren [42](#page=42) [44](#page=44). ##### 3.3.3.2 De intrinsieke (mitochondriële) pathway Deze route wordt geïnitieerd door intracellulaire stress, zoals DNA-schade, oxidatieve stress of Ca²⁺-overload (#page=41, 42, 44). Een sleutelgebeurtenis is de permeabilisatie van de buitenste mitochondriale membraan (MOMP), geïnduceerd door pro-apoptotische eiwitten zoals Bax en Bak (#page=42, 45). Dit leidt tot de vrijlating van cytochroom c in het cytosol, waar het, samen met Apaf-1 en procaspase-9, het apoptosoom vormt. Dit activeert de initiator caspase-9 [41](#page=41) [42](#page=42) [44](#page=44) [45](#page=45). ##### 3.3.3.3 Integratie van pathways en caspases De extrinsieke en intrinsieke pathways convergeren uiteindelijk op de activatie van effector (executie) caspasen, met name caspase-3 (#page=42, 44). Caspasen zijn een familie van cysteïne-afhankelijke aspartaat-specifieke proteasen die cruciaal zijn voor de uitvoering van apoptose (#page=38, 39). Ze worden gesynthetiseerd als inactieve procaspasen en geactiveerd via een cascade-mechanisme. Initiator caspasen (zoals caspase-8 en -9) worden geactiveerd door adaptorproteïnen en activeren op hun beurt effector caspasen (zoals caspase-3 en -6) die substraateiwitten in de cel afbreken. Eiwitten van de Bcl-2 familie spelen een centrale rol in de regulatie van de intrinsieke pathway door de permeabiliteit van de buitenste mitochondriale membraan te beïnvloeden (#page=40, 41, 45). BH3-only eiwitten zoals BID kunnen de extrinsieke pathway verbinden met de intrinsieke pathway [38](#page=38) [39](#page=39) [40](#page=40) [41](#page=41) [42](#page=42) [43](#page=43) [44](#page=44) [45](#page=45). #### 3.3.4 Fosfatidylserine als "eat-me" signaal Tijdens apoptose flipt fosfatidylserine (PS) van het binnenste naar het buitenste leaflet van de plasmamembraan (#page=46, 47). Dit wordt mogelijk gemaakt door de inactivatie van ATP-afhankelijke flippases en de activatie van fosfolipide scramblase door caspase-3, wat resulteert in het verschijnen van PS op het buitenoppervlak als een "eat-me" signaal voor fagocyten (#page=46, 47) [46](#page=46) [47](#page=47). ### 3.4 Vergelijking tussen apoptose en necrose | Kenmerk | Apoptose | Necrose | | :--------------------- | :---------------------------------------------- | :--------------------------------------------- | | **Type celdood** | Fysiologisch, geprogrammeerd | Pathologisch, geïnduceerd | | **Celgrootte** | Inkrimping | Zwelling (oncosis) | | **Plasmamembraan** | Integriteit behouden, vorming van blebs | Scheurt (ruptuur) | | **Intracellulaire inhoud** | Gefragmenteerd in apoptotische lichaampjes | Vrijgesteld (DAMPs) | | **Ontstekingsreactie** | Geen | Wel, door vrijstelling van DAMPs | | **DNA-fragmentatie** | Geordend (internucleosomale, ladderpatroon) | Ongeordend (smeer) | | **Energie (ATP)** | Vereist (ATP-afhankelijk) | Niet vereist | | **Morfologie organellen** | Over het algemeen intact | Zwelling, verlies van ultrastructuur | | **Genetische controle**| Genetisch gecontroleerd | Niet genetisch gecontroleerd | | **Proces** | Actief | Passief | | **Chromatine** | Condensatie (karyopyknosis) | Matige condensatie | | **Celonderdelen** | Vrijstelling van cytochroom C | Niet | | **Fagocytose** | Wordt gefagocyteerd door bv. macrofagen | Verdwijnt vaak met ontstekingsreactie | (#page=23, 24, 27, 28, 29, 31, 46) [23](#page=23) [24](#page=24) [27](#page=27) [28](#page=28) [29](#page=29) [31](#page=31) [46](#page=46). ### 3.5 Interactie van cytotoxische stimuli en celdood De aard van de celdoodrespons op cytotoxische stimuli kan afhangen van de dosis van het agens. Een lichte dosis leidt mogelijk niet tot celdood, een middelmatige dosis kan apoptose induceren, terwijl een hoge dosis necrose kan veroorzaken [30](#page=30). ### 3.6 Andere vormen van celdood Naast apoptose en necrose bestaan er nog andere vormen van celdood, waaronder necroptose (een vorm van geprogrammeerde necrose die door caspasen wordt gemoduleerd) autofagie, lysosomale celdood en immunogene celdood (#page=49, 50, 51, 52). In werkelijkheid is er een complex samenspel van verschillende celdoodmechanismen (#page=53, 54) [48](#page=48) [49](#page=49) [50](#page=50) [51](#page=51) [52](#page=52) [53](#page=53) [54](#page=54). > **Tip:** Bij het detecteren van celdood in experimenten kan men kijken naar pyknotische kernen, DNA-fragmentatie (bv. TUNEL assay), of de aanwezigheid van fosfatidylserine op het plasmamembraan (bv. met annexine V kleuring) [55](#page=55). --- ## 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 | |------|------------| | Celcyclus | De tijdsperiode die verloopt tussen twee opeenvolgende celdelingen, inclusief de groei- en delingsfasen van een cel. | | Mitose | Een proces van kernsplijting waarbij een moedercel zich deelt in twee genetisch identieke dochtercellen, essentieel voor groei en herstel. | | Profase | De eerste fase van mitose, waarin chromosomen condenseren en zichtbaar worden, en de kernenvelop begint af te breken. | | Metafase | De fase van mitose waarin de gecondenseerde chromosomen zich uitlijnen op het equatoriale vlak van de cel. | | Ana-fase | De fase van mitose waarin de zusterchromatiden van elkaar worden gescheiden en naar tegenovergestelde polen van de cel migreren. | | Telofase | De laatste fase van mitose, waarin de chromosomen bij de polen aankomen, decondenseren en nieuwe kernen worden gevormd. | | Interfase | De periode tussen twee mitotische delingen, waarin de cel groeit, DNA repliceert en zich voorbereidt op celdeling (bestaat uit G1, S en G2 fasen). | | S-fase | De synthesefase van de celcyclus waarin DNA-replicatie plaatsvindt, resulterend in de verdubbeling van het genoom. | | DNA-replicatie | Het proces waarbij een dubbelstrengs DNA-molecuul wordt gekopieerd om twee identieke dochtermoleculen te produceren, een essentiële stap voor celdeling. | | Helicase | Een enzym dat de dubbele helix van DNA ontwindt, waardoor de twee strengen gescheiden worden voor replicatie of transcriptie. | | DNA-polymerase | Een enzym dat verantwoordelijk is voor het synthetiseren van nieuwe DNA-strengen door complementaire nucleotiden toe te voegen aan een bestaande streng. | | Karyogram | Een geordende weergave van alle chromosomen van een cel, gesorteerd op grootte, vorm en bandingpatroon, gebruikt om chromosomale afwijkingen te identificeren. | | Zusterchromatiden | Twee identieke kopieën van een gerepliceerd chromosoom, die aan elkaar verbonden blijven door het centromeer tot de anafase van mitose of meiose. | | Meiose | Een gespecialiseerde vorm van celdeling die leidt tot de vorming van gameten (geslachtscellen) met de helft van het aantal chromosomen van de moedercel. | | Crossing over | Het uitwisselingsproces van genetisch materiaal tussen homologe chromosomen tijdens meiose, wat leidt tot genetische recombinatie. | | Centrosoma duplicatie | Het proces waarbij het centrosome, het belangrijkste microtubuli-organisatiecentrum in dierlijke cellen, wordt gedupliceerd als voorbereiding op celdeling. | | Cyclin-dependent kinases (CDK’s) | Een familie van enzymen die cyclisch worden geactiveerd en een cruciale rol spelen bij de regulatie van de celcyclus, door fosforylering van doelwitproteïnen. | | G0-fase | Een rustfase buiten de actieve celcyclus, waarin cellen gespecialiseerde functies uitoefenen en zich niet delen, wat tijdelijk of permanent kan zijn. | | Kernenvelop | De dubbele membraanstructuur die de kern van een eukaryote cel omgeeft en het genetisch materiaal scheidt van het cytoplasma. | | Nucleolus | Een dicht structuur binnen de kern die betrokken is bij de synthese van ribosomaal RNA (rRNA) en de assemblage van ribosomen. | | Spoelfiguur | Een structuur bestaande uit microtubuli die tijdens de mitose en meiose de chromosomen scheidt en naar de polen van de cel trekt. | | Kernporiën | Complexen van proteïnen die de kernenvelop doorboren en de selectieve passage van moleculen tussen de kern en het cytoplasma reguleren. | | Kernlamina | Een netwerk van intermediaire filamenten (lamines) dat de binnenste membraan van de kernenvelop ondersteunt en de architectuur van de kern helpt handhaven. | | Laminopathieën | Een groep genetische ziekten die worden veroorzaakt door mutaties in genen die coderen voor lamine-eiwitten, wat leidt tot storingen in de kernstructuur en functie. | | Progeria | Een zeldzame genetische aandoening die gekenmerkt wordt door vroegtijdige veroudering, vaak geassocieerd met defecten in de kernstructuur, zoals die veroorzaakt worden door laminopathieën. | | Vesikels | Kleine, membraanomsloten zakjes die verschillende rollen spelen in intracellulair transport en opslag. Tijdens mitose kan de kernenvelop zich opbreken in vesikels. | | Proliferatie | De snelle toename van het aantal cellen door celdeling, een fundamenteel proces in groei, ontwikkeling en weefselherstel. | | BrdU (Bromodeoxyuridine) | Een thymidine-analoog die wordt ingebouwd in het DNA tijdens de S-fase, gebruikt als marker voor celproliferatie. | | Ki67 | Een eiwit dat tot expressie komt tijdens de celcyclus (van G1 tot mitose), en wordt gebruikt als marker voor prolifererende cellen. | | Flowcytometrie | Een techniek die de fysieke en chemische eigenschappen van cellen of deeltjes analyseert terwijl ze door een vloeistofstroom gaan, vaak gebruikt om celpopulaties te kwantificeren en te sorteren. | | Necrose | Een vorm van celdood die wordt veroorzaakt door externe factoren zoals letsel of ziekte, gekenmerkt door zwelling, membraanruptuur en ontstekingsreactie. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd en energetisch proces dat essentieel is voor ontwikkeling en homeostase, gekenmerkt door celkrimp, chromatinecondensatie en fragmentatie zonder ontstekingsreactie. | | Oncosis | Celzwelling, vaak geassocieerd met necrose, veroorzaakt door een tekort aan ATP waardoor de ionenpompen niet meer functioneren. | | Gibbs-Donnan-evenwicht | Beschrijft het evenwicht tussen twee oplossingen met geladen deeltjes, gescheiden door een membraan dat permeabel is voor sommige deeltjes maar niet voor andere geladen moleculen. | | DNA laddering | Een kenmerkend patroon van DNA-fragmenten van specifieke groottes dat wordt waargenomen bij apoptose, als gevolg van geordende afbraak door endonucleasen. | | Thymocyten | Precursor T-lymfocyten die zich in de thymus ontwikkelen. Sommige worden geëlimineerd door apoptose als ze autoreactieve receptoren ontwikkelen. | | Celdood detectie | Methoden om het proces van celdood te identificeren en te kwantificeren, zoals TUNEL assay voor DNA-fragmentatie of kleuring met Annexine V voor fosfatidylserine. | | TUNEL assay | Een methode (Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP Nick End Labeling) die DNA-fragmentatie detecteert, een kenmerk van apoptose. | | Annexine V | Een calcium-afhankelijk fosfolipide-bindend eiwit dat een hoge affiniteit heeft voor fosfatidylserine, dat tijdens apoptose aan de buitenkant van de celmembraan komt te liggen. | | Caspasen | Een familie van cysteïneproteasen die een centrale rol spelen in apoptose, door het activeren van een cascade van proteolytische reacties die leiden tot cellulaire afbraak. | | Initiator-caspasen | Caspasen die aan het begin van de apoptotische cascade worden geactiveerd en vervolgens effector-caspasen activeren. | | Executie-caspasen | Caspasen die de belangrijkste cellulaire componenten afbreken en zo de uiteindelijke celdood bewerkstelligen. | | Bcl-2 familie | Een groep eiwitten die de mitochondriale route van apoptose reguleren, met zowel pro-apoptotische (bv. Bax, Bak) als anti-apoptotische (bv. Bcl-2) leden. | | MOMP (Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization) | Het proces waarbij de buitenste mitochondriale membraan permeabel wordt, wat de vrijlating van cytochroom c en de activatie van de intrinsieke apoptose route veroorzaakt. | | Cytochroom C | Een eiwit dat normaal gesproken in de mitochondriën is opgeslagen en bij mitochondriale membraanpermeabilisatie vrijkomt in het cytoplasma, waar het de vorming van het apoptosoom initieert. | | Apoptosoom | Een multiproteïnecomplex dat wordt gevormd in het cytoplasma wanneer cytochroom C zich bindt aan Apaf-1 en procaspase-9, wat leidt tot de activering van caspase-9. | | Extrinsieke pathway (van apoptose) | Een route van apoptose die wordt geïnitieerd door signalen van buiten de cel, zoals de binding van doodliganden aan doodreceptoren aan het celoppervlak. | | Intrinsieke pathway (van apoptose) | Een route van apoptose die wordt geïnitieerd door intracellulaire stressfactoren, zoals DNA-schade of oxidatieve stress, die leiden tot mitochondriale membraanpermeabilisatie. | | DAMPs (Damage Associated Molecular Patterns) | Moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende cellen en het immuunsysteem activeren, leidend tot ontsteking. | | "Find-me" signalen | Signalen die door stervende cellen worden afgegeven om fagocyten aan te trekken naar de locatie van de cel die apoptose ondergaat. | | "Eat-me" signalen | Signalen op het oppervlak van stervende cellen, zoals fosfatidylserine, die door fagocyten worden herkend en de fagocytose stimuleren. | | Fosfatidylserine (PS) | Een fosfolipide dat normaal gesproken aan de binnenkant van de celmembraan voorkomt, maar tijdens apoptose aan de buitenkant verschijnt als een "eat-me" signaal. | | Necroptose | Een vorm van geprogrammeerde necrose die wordt gemedieerd door specifieke eiwitcomplexen en kan leiden tot ontsteking en weefselschade, vaak wanneer apoptose wordt geremd. | | Autofagie | Een cellulaire proces waarbij de cel zijn eigen beschadigde componenten of overtollige eiwitten afbreekt en recyclet door deze in lysosomen te transporteren. | | Lysosomale celdood | Een vorm van celdood die wordt geïnitieerd of gemedieerd door lysosomale enzymen, wat kan leiden tot celverlies en ontsteking. | | Immunogene celdood | Een vorm van celdood die leidt tot de vrijlating van moleculen die het immuunsysteem activeren, wat ontstekingsreacties kan veroorzaken. |

# Structuur en functie van intercellulaire juncties Celleven is zelden solitair; cellen interageren continu met hun omgeving, wat essentieel is voor de vorming van functionele weefsels. Deze interacties vinden plaats via directe cel-cel contacten, gevormd door gespecialiseerde structuren genaamd intercellulaire juncties, en via cel-matrix contacten. Dit studieonderwerp focust op de structuur en functie van deze intercellulaire juncties [1](#page=1) [2](#page=2). ## 1. Structuur en functie van intercellulaire juncties Intercellulaire juncties zijn moleculaire verbindingen tussen naburige cellen die essentieel zijn voor weefselvorming en -onderhoud. Ze variëren in morfologie en functie, van het creëren van impermeabele barrières tot het faciliteren van directe communicatie tussen cellen. Gepolariseerde epitheelcellen, met hun duidelijke apicale, laterale en basale zijden, zijn een uitstekend model om de verschillende typen juncties te bestuderen [3](#page=3) [4](#page=4) [5](#page=5) [9](#page=9). ### 1.1 Overzicht van de belangrijkste intercellulaire juncties De belangrijkste intercellulaire juncties omvatten tight junctions (zonula occludens), adherens junctions (zonula adherens), desmosomen (macula adherens) en gap junctions [2](#page=2) [3](#page=3). * **Tight junctions (zonula occludens, ZO):** Deze vormen een ondoordringbare barrière die de apicale en basolaterale compartimenten van gepolariseerde cellen scheidt. Ze zijn cruciaal voor het handhaven van transepitheliale resistentie (TER) en beletten de diffusie van membraaneiwitten en lipiden tussen de compartimenten. De sleutelmoleculen zijn transmembranaire eiwitten zoals occludine, claudines en junctie-adhesiemoleculen (JAMs), ondersteund door cytoplasmatische eiwitten zoals ZO-1 en ZO-2. De dichtheid en het aantal rijen tight junctions bepalen de stringente barrière. Zonder tight junctions is de TER meetbaar, wat aantoont dat kleine ionen de epitheellaag kunnen passeren. De vorming van tight junctions is calcium-afhankelijk [10](#page=10) [11](#page=11) [12](#page=12) [7](#page=7). * **Adherens junctions (zonula adherens, ZA):** Deze juncties spelen een centrale rol bij intercellulaire adhesie, met name in de laterale wanden van epitheelcellen. Ze bevatten transmembranaire E-cadherines die homotypische celbinding mediëren via homofiele interacties. Cadherine-gemedieerde adhesie is belangrijk voor cel-uitsortering tijdens embryonale ontwikkeling en voor het onderdrukken van invasie in goedaardige tumoren. Het extracellulaire deel van E-cadherine heeft Ca2+-afhankelijke repetities, met specifieke bindingssequenties in de eerste repetitie (EC1). De versterking van de intercellulaire binding wordt bereikt door de koppeling van het cytoplasmatische cadherine-domein aan een actine-gordel via catenines (zoals β-catenine en α-catenine). α-catenine verbindt direct of indirect met F-actine. De vorming van cel-cel adhesies omvat cis-interacties (intracellulaire laterale interacties van CAMs) en trans-interacties (intercellulaire adhesieve interacties) die elkaar versterken [13](#page=13) [17](#page=17) [19](#page=19) [20](#page=20) [21](#page=21). * **Desmosomen (macula adherens):** Deze spot-vormige juncties, typerend voor epitheliale cellen zoals in de epidermis, zorgen voor sterke cel-cel adhesie en zijn geassocieerd met intermediaire filamenten. Ze omvatten desmosomale cadherines (desmogleïnes en desmocollines) die intracellulair in een "plaque" associëren met diverse eiwitten en de intermediaire filamenten (cytokeratine-cytoskelet). Pathologische auto-antilichamen tegen desmogleïnes kunnen leiden tot huidziekten zoals pemphigus vulgaris en pemphigus foliaceus, gekenmerkt door blaarvorming. Verschillende celagen in bijvoorbeeld de epidermis kunnen verschillende desmosomale eiwitten tot expressie brengen, wat invloed heeft op de aard van de ziektebeelden [25](#page=25) [26](#page=26) [27](#page=27) [28](#page=28) [29](#page=29) [30](#page=30) [31](#page=31). * **Gap junctions (GJs):** Deze juncties faciliteren elektrische en chemische uitwisseling tussen cellen door hydrofiele, transmembranaire poriën te vormen. Ze bestaan uit tegenover elkaar gelegen connexons, elk opgebouwd uit een hexameer van connexines. De centrale porie, met een diameter van ongeveer 1,5 nm, laat een weinig-selectieve passage toe van moleculen met een laag moleculair gewicht (tot 1000 dalton), zoals secundaire boodschappers (cAMP), metabolieten (suikers, aminozuren, coënzymes) en ionen (Ca2+). Gap junctions zijn essentieel voor gesynchroniseerde reacties in weefsels en voor metabole coöperatie [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34) [35](#page=35). ### 1.2 Gedetailleerde functionaliteit en componenten #### 1.2.1 Tight junctions (zonula occludens) Tight junctions vormen een continue band rondom de cel, vergelijkbaar met een gordel. Ze definiëren de scheiding tussen de apicale en basolaterale wanden van epitheelcellen. In enterocyten van de darm kan de apicale zijde uitgebreid zijn, terwijl deze bij hepatocyten, die contact maken met galkanaaltjes, beperkter kan zijn. De ondoordringbaarheid van tight junctions creëert een transepitheliale resistentie (TER), meetbaar als een elektrische weerstand over de epitheellaag. Hoe meer rijen tight junctions er zijn, hoe stringenter de junctie en hoe hoger de TER [10](#page=10) [11](#page=11) [3](#page=3) [7](#page=7) [8](#page=8). * **Sleutelmoleculen:** * **Transmembranaire eiwitten:** Occludine, claudines, en junctie-adhesiemoleculen (JAMs). Deze eiwitten interageren met elkaar over de intercellulaire ruimte en vormen de structurele basis van de barrière [10](#page=10) [7](#page=7). * **Cytoplasmatische eiwitten:** ZO-1 en ZO-2 eiwitten. Deze eiwitten associëren met de transmembranaire componenten en verbinden de junctie met het cytoskelet [10](#page=10) [7](#page=7). * **Transportregulatie:** Tight junctions verhinderen paracellulair transport (tussen de cellen door). Transport van de apicale naar de basale zijde moet daarom transcellulair gebeuren, via specifieke membraaneiwitten aan zowel de apicale als basale zijde van de cel [11](#page=11). * **Transepitheliale resistentie (TER) meting:** De TER wordt gemeten door cellen te kweken op een filter in een groeimedium dat calciumionen bevat. Wanneer een confluente monolaag ontstaat met gevormde tight junctions, kan de weerstand gemeten worden met elektrodes boven en naast de celmonolaag [12](#page=12). #### 1.2.2 Adherens junctions (zonula adherens) Adherens junctions vormen ook een continue band rondom de cel, specifiek in de laterale wanden van epitheelcellen. Ze zijn essentieel voor cel-cel adhesie en spelen een rol bij de organisatie van het cytoskelet [13](#page=13) [17](#page=17). * **Structuur en functie:** * **Cadherines:** De transmembranaire component is voornamelijk E-cadherine (epitheliaal cadherine). Cadherines zijn Ca2+-afhankelijk en mediëren homotypische celbinding, wat betekent dat gelijke cadherines van naburige cellen met elkaar interageren [13](#page=13) [20](#page=20). * **Extracellulaire domeinen:** De extracellulaire delen van cadherines bestaan uit repetitieve cadherine-specifieke domeinen (EC1-EC5) die Ca2+ binden en de conformatie voor adhesie regelen [17](#page=17) [19](#page=19) [20](#page=20). * **Intracellulaire koppeling:** Het cytoplasmatische deel van cadherine bindt aan een complex van adaptereiwitten, de catenines (zoals β-catenine en α-catenine). β-catenine kan ook worden vervangen door plakoglobine [17](#page=17) [19](#page=19). * **Actine cytoskelet:** α-catenine koppelt, direct of indirect, aan F-actine filamenten, waardoor een "actine-gordel" ontstaat die stevigheid biedt aan de cel-cel verbinding [17](#page=17) [19](#page=19). * **Rol in weefselvorming:** Cadherine-gemedieerde adhesie is cruciaal voor weefseldifferentiatie en helpt bij het voorkomen van ongecontroleerde celmigratie in tumoren [13](#page=13). * **Vorming van adhesies:** Cel-cel adhesie ontstaat door cis-interacties (intracellulaire laterale interacties binnen het membraan) en trans-interacties (intercellulaire bindingen). Deze interacties versterken elkaar om stevige "klittenbandachtige" adhesies te vormen [21](#page=21). #### 1.2.3 Desmosomen (macula adherens) Desmosomen zijn gelokaliseerde, spot-vormige juncties die een sterke mechanische weerstand bieden aan epitheliale cellen. Ze zijn vooral prominent in weefsels die mechanische stress moeten weerstaan, zoals de huid [25](#page=25) [26](#page=26) [27](#page=27). * **Morfologie en componenten:** * **Uiterlijk:** Ze verschijnen als discrete, ronde of ovale spots op de celoppervlakken, met een karakteristieke dikke cytoplasmatische plaque. De intercellulaire ruimte is ongeveer 25 nm breed [25](#page=25). * **Transmembranaire eiwitten:** Desmosomale cadherines, waaronder desmogleïnes (Dsg) en desmocollines (Dsc), vormen de verbinding tussen de membranen van aangrenzende cellen [25](#page=25) [28](#page=28). * **Cytoplasmatische plaque:** Deze plaque bevat een complex van eiwitten, waaronder desmoplakines, die een ankerpunt vormen voor intermediaire filamenten [25](#page=25) [27](#page=27). * **Intermediaire filamenten:** In tegenstelling tot adherens junctions, koppelen desmosomen aan intermediaire filamenten, typisch cytokeratines (keratines) in epitheelcellen. Deze filamenten stralen uit naar de desmosomale plaque en zorgen voor mechanische versteviging van het hele epitheelnetwerk [25](#page=25) [27](#page=27). * **Ziektebeelden:** * **Pemphigus:** Auto-antilichamen gericht tegen desmogleïnes (Dsg1 en/of Dsg3) leiden tot de afbraak van desmosomen en blaarvorming (pemphigus vulgaris en pemphigus foliaceus) [25](#page=25) [30](#page=30). * **Dsg3:** Vooral aanwezig in mucosale epithelia en diepere huidlagen. Auto-antilichamen tegen Dsg3 veroorzaken mucosale blaren en soms diepere huidblaren [31](#page=31). * **Dsg1:** Meer geconcentreerd aan het oppervlak van de huid en in epidermis van de mond. Auto-antilichamen tegen Dsg1 veroorzaken oppervlakkige huidletsels en geen blaren in de mond [31](#page=31). #### 1.2.4 Gap junctions (GJs) Gap junctions maken directe communicatie en transport van kleine moleculen tussen aangrenzende cellen mogelijk [32](#page=32) [33](#page=33). * **Structuur:** * **Connexons:** Gap junctions bestaan uit groepen van transmembranaire kanalen genaamd connexons [32](#page=32) [35](#page=35). * **Connexines:** Elk connexon is opgebouwd uit zes identieke of complementaire connexine-eiwitten die een cilindrische structuur vormen [32](#page=32) [35](#page=35). * **Poriën:** Twee tegenover elkaar liggende connexons vormen een doorlopende porie tussen de twee cellen, met een intermembranaire ruimte van slechts 2-4 nm. De diameter van de centrale porie (annulus) is ongeveer 1,5 nm [32](#page=32) [34](#page=34) [35](#page=35). * **Functie en transport:** * **Moleculair gewichtsgrens:** De GJ-poriën laten moleculen met een laag moleculair gewicht (tot 1000 dalton) door. Voorbeelden zijn secundaire boodschappers zoals cAMP, metabolieten zoals suikers en aminozuren, ionen zoals Ca2+, en experimenteel gebruikte fluorescerende moleculen zoals lucifer yellow [32](#page=32) [34](#page=34). * **Communicatie:** Gap junctions zijn essentieel voor "gap junctional intercellular communication" (GJIC), wat bijdraagt aan gesynchroniseerde reacties in weefsels (bv. spiercontractie) en metabole coöperatie. Ze maken zowel elektrische als chemische signalering tussen cellen mogelijk [32](#page=32). * **Regulatie:** De doorgankelijkheid van gap junctions kan worden gereguleerd door veranderingen in de intracellulaire ionenconcentratie of door fosforylering van connexines [33](#page=33). > **Tip:** Begrijp de specifieke cytoskelet-associatie voor elke junctietype: tight junctions en adherens junctions met actinefilamenten, en desmosomen met intermediaire filamenten. Dit is een veelvoorkomend toetsharnas. --- # Cel-cel adhesiemoleculen en hun rol Cel-cel adhesiemoleculen zijn essentieel voor celherkenning, weefselvorming en immuunrespons door het faciliteren van interacties tussen cellen [37](#page=37). ### 2.1 Inleiding tot cel-cel adhesie Cel-cel adhesie is het proces waarbij cellen zich aan elkaar hechten, wat cruciaal is voor de vorming en het behoud van weefsels, evenals voor cellulaire processen zoals differentiatie en migratie. Deze interacties kunnen plaatsvinden tussen cellen van hetzelfde type (homotypisch) of van verschillende typen (heterotypisch), en ze kunnen worden gemedieerd door moleculen van dezelfde soort (homofiel) of verschillende soorten (heterofiel) [14](#page=14) [38](#page=38). ### 2.2 Families van cel-cel adhesiemoleculen Er zijn vier belangrijke families van celadhesiemoleculen (CAMs) die betrokken zijn bij cel-cel en cel-matrix interacties. Deze moleculen zijn vaak transmembraaneiwitten die verspreid over het celmembraan voorkomen of geclusterd zijn om celjuncties te vormen. Alleen cadherines kunnen stabiele intercellulaire adhesie in goed gedifferentieerde structuren bewerkstelligen; de adhesie van andere moleculen is eerder zwak of voorbijgaand, maar desalniettemin belangrijk [37](#page=37) [38](#page=38). #### 2.2.1 Cadherines Cadherines zijn verantwoordelijk voor stabiele intercellulaire adhesie en spelen een cruciale rol bij celherkenning en weefselvorming tijdens de embryonale ontwikkeling. Ze staan doorgaans in voor homotypische, homofiele interacties [15](#page=15) [39](#page=39) [6](#page=6). * **Rol bij embryonale ontwikkeling:** Cadherine-gemedieerde celadhesie is essentieel voor uitsortering van celtypen, zoals tijdens de gastrulatie waar epitheliale cellen differentiëren tot mesenchymale cellen (EMT) en omgekeerd (MET). Veranderingen in de expressie van cadherines gaan gepaard met deze transities [15](#page=15). * **Orgaan-specifieke adhesie:** Verschillende typen cadherines worden specifiek tot expressie gebracht in bepaalde weefsels. Zo wordt E-cadherine gevonden in het ectoderm en de epidermis, terwijl N-cadherine wordt uitgedrukt in de neurale buis [16](#page=16) [18](#page=18). * **Invasie-suppressor rol:** E-cadherine fungeert als een invasie-suppressor molecuul. Inactivering ervan, bijvoorbeeld door blokkade met antilichamen of mutaties, kan leiden tot invasie en uitzaaiing van epitheliale tumoren. Verlies van E-cadherine-expressie wordt gezien in verschillende carcinomen [22](#page=22) [23](#page=23). * **Carcinogenese:** Cadherines zijn betrokken bij de stapsgewijze ontwikkeling van kanker. Tijdens EMT, een proces dat optreedt bij de vorming van invasieve carcinomen, vindt er een verlies van E-cadherine-expressie en inductie van mesenchymale cadherines plaats [24](#page=24) [25](#page=25). #### 2.2.2 Immunoglobuline-achtige adhesiemoleculen (Ig-CAMs) Ig-CAMs vormen een grote familie van transmembraaneiwitten, gekenmerkt door extracellulaire domeinen die lijken op die van immunoglobulinen [39](#page=39). * **Structuur:** Ze bezitten extracellulaire Ig-domeinen van ongeveer 100 aminozuren, die compact zijn vanwege een disulfidebinding. Prototypes hiervan komen voor in de H- en L-ketens van antilichamen. Een voorbeeld is L1, dat Ig-modules en fibronectine-modules bevat [39](#page=39) [40](#page=40). * **Functie:** Ig-CAMs staan doorgaans in voor heterotypische celbinding tussen verschillende celtypen. De binding kan homofiel of heterofiel zijn en is onafhankelijk van divalente kationen. Ze kunnen interageren met zowel andere Ig-CAMs als met integrines, wat bijdraagt aan cel-cel adhesie [39](#page=39) [43](#page=43). * **Axonale uitgroei:** Verschillende Ig-CAMs, zoals N-CAM en Ng-CAM, spelen een rol bij de axonale uitgroei van neuronen [41](#page=41). #### 2.2.3 Integrines Integrines zijn een grote eiwitfamilie die voornamelijk bekend staat om cel-substraat adhesie, maar ook meerdere cel-cel adhesiemoleculen omvat [42](#page=42). * **Structuur:** Integrines zijn transmembranaire heterodimeren, bestaande uit een $\alpha$-monomeer en een $\beta$-monomeer. Er zijn minstens 18 bekende $\alpha$-genen en 8 $\beta$-genen. De $\alpha$-subeenheid bindt divalente ionen zoals $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Mn}^{2+}$, en $\text{Ca}^{2+}$. De binding met het ligand vindt plaats aan de extracellulaire amino-termini. De cytoplasmatische domeinen zijn kort maar interageren met signaalmoleculen en zijn gekoppeld aan het actine-cytoskelet [42](#page=42) [44](#page=44) [45](#page=45). * **Functie:** Ze zijn betrokken bij cel-cel adhesie, vaak tussen witte bloedcellen en endotheelcellen. Integrines kunnen binden aan eiwitten uit de ECM, Ig-CAMs, of via een extracellulair linker molecule zoals fibrinogeen. Ze spelen ook een rol in cel-substraat interacties [42](#page=42) [43](#page=43) [47](#page=47). #### 2.2.4 Selectines Selectines zijn drie $\text{Ca}^{2+}$-afhankelijke, transmembranaire moleculen met een extracellulair lectine-domein dat suikers op membraaneiwitten van andere celtypen bindt [48](#page=48). * **Structuur en functie:** Het lectine-domein bindt specifiek aan bepaalde suikers, zoals het gesialyleerde Lewis-X antigen. De herkenning van suikerstructuren is essentieel, waarbij het voorkomen van N-acetylneuraminezuur (siaalzuur) cruciaal is. Liganden van selectines zijn doorgaans transmembraaneiwitten met veel O- en N-glycosylaties [48](#page=48) [49](#page=49) [50](#page=50). * **Expressie en rol:** Er zijn drie typen selectines: L-selectine (leukocyten), E-selectine (geactiveerde endotheelcellen), en P-selectine (endotheelcellen en bloedplaatjes). Ze zijn essentieel voor leukocytenmigratie naar ontstekingshaarden. Selectine-binding wordt gekenmerkt door een hoge aviditeit (snelle binding) maar lage affiniteit (snel verbroken binding), wat leidt tot 'leukocyte rolling' [48](#page=48) [52](#page=52). ### 2.3 Illustratie van cel-cel adhesie: Inflammatie Inflammatie is een uitstekend voorbeeld van de gecombineerde rol van verschillende adhesiemoleculen [51](#page=51) [52](#page=52). * **Rekrutering van leukocyten:** Bij ontsteking worden leukocyten (bv. neutrofiele granulocyten) gerekruteerd naar de ontstekingshaard via de vaatwand (endotheelcellen) [52](#page=52). * **Stapsgewijze extravasatie:** 1. **Rusttoestand:** Zowel leukocyten als endotheelcellen zijn in rust [55](#page=55). 2. **Geactiveerd endotheel:** Signalen van beschadigd weefsel activeren endotheelcellen, wat leidt tot expressie van ICAM-1, E- en P-selectine, en PAF [55](#page=55). 3. **Initiële herkenning en rolling:** Selectines zorgen voor een initiële, snelle maar zwakke herkenning van leukocyten (bv. neutrofielen), wat hen remt in de bloedbaan en 'trapping' en 'rolling' veroorzaakt [55](#page=55). 4. **Activering en immobilisatie:** Binding van PAF aan de PAF-receptor op de leukocyt activeert $\beta_2$-integrines (bv. LFA-1). Deze geactiveerde integrines binden met lage aviditeit maar hoge affiniteit aan geïnduceerde ICAM-1 op het geactiveerd endotheel, waardoor de leukocyten geïmmobiliseerd worden [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). 5. **Transmigratie (extravasatie):** Immobilisatie maakt transmigratie door het endotheel mogelijk, deels via homofiele binding tussen CD31 (een Ig-CAM) op endotheelcellen en leukocyten [53](#page=53) [55](#page=55). * **Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD):** Patiënten met LAD hebben mutaties in de integrine-$\beta_2$-keten en lijden aan terugkerende zware bacteriële infecties, wat het belang van dit adhesieproces benadrukt [53](#page=53) [55](#page=55). ### 2.4 Celherkenning en uitsortering Cel-cel adhesie is fundamenteel voor de herkenning van gelijkaardige of verschillende celtypen, wat leidt tot uitsortering van cellen. Dit proces is met name belangrijk in de vroege embryonale ontwikkeling. Experimenten met het mengen van gedissocieerde embryonale weefsels tonen aan dat cellen zich na verloop van tijd sorteren op type, een fenomeen dat sterk afhankelijk is van cadherines. Deze uitsortering is essentieel voor de juiste aanleg van embryo's, waar cellen zich organiseren volgens hun uiteindelijke bestemming [15](#page=15) [6](#page=6). --- # Toepassingen en pathologieën gerelateerd aan celadhesie Celadhesie speelt een cruciale rol in diverse biologische processen, waaronder embryonale ontwikkeling, weefselvorming, kanker en immuunresponsen zoals inflammatie. ### 3.1 Celadhesie in embryonale ontwikkeling en weefselvorming Cel-cel adhesie is fundamenteel voor de herkenning en interactie tussen cellen, wat essentieel is voor de vorming van specifieke weefsels tijdens de embryonale ontwikkeling. Experimenten tonen aan dat wanneer verschillende celtypen worden gemengd, ze zich na verloop van tijd sorteren, waarbij gelijke celtypen aggregeren. Dit sorteerproces is mede mogelijk gemaakt door de familie van cadherine-eiwitten [6](#page=6). #### 3.1.1 Uitsortering van cellen Celadhesiemoleculen, met name cadherines, sturen de uitsortering van cellen op basis van hun type. Dit principe is zichtbaar in de gastrulatie, waarbij epitheelcellen een epitheliale-mesenchymale transitie (EMT) ondergaan om te migreren als mesenchymale cellen. Later kunnen deze mesenchymale cellen weer aggregeren en een mesenchymale-epitheliale transitie (MET) ondergaan om structuren zoals somieten te vormen. Tijdens deze ontwikkelingsprocessen vinden er wisselingen plaats in de expressie van verschillende cadherine-moleculen [15](#page=15) [6](#page=6). * **EMT (Epitheliale-mesenchymale transitie):** Epitheliale cellen verliezen hun cel-cel adhesie, worden mobieler en nemen een mesenchymale morfologie aan [15](#page=15). * **MET (Mesenchymale-epitheliale transitie):** Mesenchymale cellen herwinnen cel-cel adhesie en differentiëren naar een epitheliale morfologie [15](#page=15). > **Tip:** Het begrip EMT en MET is cruciaal voor het begrijpen van zowel embryonale ontwikkeling als de invasie van kankercellen. ### 3.2 Celadhesie en kanker (carcinogenese, invasie, metastase) Veranderingen in celadhesie, met name in de expressie van cadherines, spelen een sleutelrol in het ontstaan en de progressie van kanker [22](#page=22). #### 3.2.1 E-cadherine als invasie-suppressor E-cadherine wordt beschouwd als een invasie-suppressor molecuul. Het is essentieel voor de adhesie van epitheliale cellen en het handhaven van weefselintegriteit. Een verlies of inactivering van E-cadherine, bijvoorbeeld door mutaties of de aanwezigheid van blokkerende antilichamen, kan leiden tot verlies van cel-cel adhesie. Dit verlies kan resulteren in veranderingen in celmorfologie en verhoogde celmigratie door bijvoorbeeld collageenlagen in vitro [22](#page=22) [23](#page=23). In vivo studies met transgene muizen tonen aan dat een verlies van E-cadherine expressie geassocieerd is met de ontwikkeling van kwaadaardige carcinomen uit goedaardige adenomen. Deze observatie wordt ondersteund door in vitro experimenten die laten zien dat het toevoegen van E-cadherine-cDNA de transformatie kan omkeren [22](#page=22). > **Voorbeeld:** In epitheliale tumoren kan een verminderde E-cadherine expressie leiden tot invasie en uitzaaiing van kankercellen [22](#page=22) [23](#page=23). #### 3.2.2 Carcinogenese als multi-stap proces Carcinogenese is een complex proces dat meerdere stappen omvat, waarbij celadhesie een belangrijke rol speelt [24](#page=24). 1. **Ongecontroleerde celgroei:** Epitheliale cellen beginnen ongecontroleerd te delen, wat leidt tot accumulatie en veranderingen in morfologie (dysplasie, goedaardig adenoom, carcinoma in situ) [24](#page=24). 2. **Invasie (EMT):** Cellulaire veranderingen, waaronder een verlies van E-cadherine en de inductie van mesenchymale cadherines, faciliteren EMT. Dit stelt tumorcellen in staat om te migreren en door de basaalmembraan te breken, wat leidt tot een invasief carcinoma [24](#page=24) [25](#page=25). 3. **Intravasatie en metastase:** Losgekomen tumorcellen kunnen bloed- of lymfevaten binnendringen (intravasatie) [24](#page=24). 4. **Extravasatie en vorming van metastase:** Overlevende tumorcellen in de circulatie kunnen zich buiten de bloedvaten vestigen in een ander orgaan (extravasatie) en daar uitgroeien tot een metastase. Dit proces gaat vaak gepaard met een MET [24](#page=24). #### 3.2.3 Desmosomen en huidziekten Desmosomen, ook wel macula adherens genoemd, zijn typische contactpunten in epitheliale cellen, met name in de epidermis. Ze bevatten desmosomale cadherines zoals desmogleïnen (Dsg) en desmocollines (Dsc) die intracellulair interageren met eiwitten en intermediaire filamenten (cytokeratine) [26](#page=26). Pathologische aandoeningen kunnen ontstaan door auto-antilichamen tegen desmogleïnen, wat leidt tot blaarvorming in de huid en muceuze membranen. Twee belangrijke voorbeelden zijn [26](#page=26): * **Pemphigus vulgaris (PV):** Veroorzaakt door auto-antilichamen tegen Dsg3 en/of Dsg1. Kan blaren in de mond en diepe blaren in de huid veroorzaken, met een verhoogd risico op levensbedreigende infecties door aantasting van de barrièrefunctie van de huid [30](#page=30). * **Pemphigus foliaceus (PF):** Veroorzaakt door auto-antilichamen tegen Dsg1. Dit leidt tot blaren en zweren die beperkt zijn tot de huid, meestal oppervlakkig en milder van aard, zonder betrokkenheid van de mond [30](#page=30). Het klinische beeld van pemphigus wordt bepaald door het specifieke anti-desmogleïne auto-antilichaamprofiel [31](#page=31): * **Anti-Dsg1:** Veroorzaakt PF, wat resulteert in oppervlakkige huidletsels zonder mondblaren [31](#page=31). * **Alleen anti-Dsg3:** Veroorzaakt mucosale pemphigus, met beperkte huidletsels [31](#page=31). * **Zowel anti-Dsg1 als anti-Dsg3:** Veroorzaakt mucosale erosies en diepe huidblaren, kenmerkend voor PV [31](#page=31). ### 3.3 Celadhesie in immuunresponsen (inflammatie) Celadhesiemoleculen spelen een cruciale rol in het immuunsysteem, met name bij het rekruteren van leukocyten naar ontstoken weefsels. Dit proces illustreert de synergetische interactie tussen verschillende adhesiemoleculen [52](#page=52). #### 3.3.1 Extravasatie van leukocyten De rekrutering van leukocyten, zoals neutrofiele granulocyten, naar ontstoken gebieden is een complex proces dat plaatsvindt ter hoogte van de vaatwand (endotheelcellen). Wanneer endotheelcellen geactiveerd worden door mediatoren (bv. bacteriële endotoxines, TNF, IL-1, zuurstofradicalen), induceren zij de expressie van adhesiemoleculen zoals ICAM-1 en P-selectine [52](#page=52). Het proces van leukocytenextravasatie verloopt stapsgewijs: 1. **Initiële herkenning en rolling:** Selectines mediëren een binding met een hoge *aviditeit* (snelheid van binding, te wijten aan de lengte van de moleculen) maar een lage *affiniteit* (binding is snel omkeerbaar). Dit leidt tot 'leukocyte rolling' langs het geïnflammeerde endotheel. Het selectine-ligand op de leukocyt is typisch een sterk O-geglyceerd sialomucine (bv. leukosialine) [52](#page=52) [54](#page=54). 2. **Activatie van integrines:** Het rollingproces faciliteert interactie tussen fosfolipide PAF op het endotheel en de leukocyt. Dit activeert de leukocyt en initieert 'inside-out signaling' naar de $\beta_2$-integrines (bv. LFA-1) op de leukocyt [53](#page=53). 3. **Immobilisatie:** Geactiveerde $\beta_2$-integrines binden met lage aviditeit maar hoge affiniteit aan geïnduceerd ICAM-1 op het geactiveerde endotheel. Hierdoor worden de leukocyten geïmmobiliseerd ter plaatse van de ontsteking [53](#page=53) [54](#page=54). 4. **Transmigratie (extravasatie):** De immobilisatie maakt transmigratie door het endotheel mogelijk, mede door homofiele binding tussen CD31 op zowel endotheelcellen als leukocyten [53](#page=53). > **Tip:** Leukocyte adhesion deficiency (LAD) patiënten, met defecten in de integrine-$\beta_2$-keten, lijden aan terugkerende, ernstige bacteriële infecties, wat het belang van dit adhesieproces benadrukt [53](#page=53) [55](#page=55). #### 3.3.2 Rol van selectines en integrines Selectines en hun liganden zijn lange, gestrekte moleculen die snel herkenning (hoge aviditeit) mogelijk maken, maar met een zwakke binding (lage affiniteit). Dit leidt tot het rollende fenomeen van leukocyten. Integrines, daarentegen, zorgen voor langzamere maar sterkere bindingen (hoge affiniteit) die cruciaal zijn voor immobilisatie en extravasatie. Deze stapsgewijze interactie is essentieel voor een effectieve immuunrespons tegen pathogenen [54](#page=54) [55](#page=55). * **Neutrofiele granulocyten:** Deze fagocyterende cellen vallen pathogenen snel en aspecifiek aan, waarbij ze afhankelijk zijn van deze adhesiemoleculen voor rekrutering [54](#page=54). #### 3.3.3 Selectine-afhankelijke interacties Selectines zijn betrokken bij interacties tussen neutrofiele granulocyten, monocyten, endotheelcellen en bloedplaatjes. Ze dragen ook bij aan de vorming van bloedklonters (thrombi) door aggregatie van bloedplaatjes [51](#page=51). --- ## 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 | |------|------------| | Celadhesie | Het proces waarbij cellen aan elkaar of aan de extracellulaire matrix (ECM) binden, wat essentieel is voor weefselvorming, ontwikkeling en functioneren. Dit gebeurt via specifieke celadhesiemoleculen. | | Intercellulaire juncties | Gespecialiseerde structuren die cel-cel contacten mogelijk maken en de integriteit van weefsels handhaven. Ze variëren van communicatiekanalen tot mechanische ankers en barrières. | | Tight junction (zonula occludens) | Een type intercellulaire junctie dat de epitheelcellen aan elkaar sluit en zo de doorgang van moleculen tussen de cellen (paracellulair transport) voorkomt, waardoor een barrière wordt gevormd. | | Adherens junction (zonula adherens) | Een cel-cel adhesieverbinding die zorgt voor mechanische stevigheid door de verbinding van het actine cytoskelet van aangrenzende cellen. Dit gebeurt via cadherine moleculen. | | Desmosoom (macula adherens) | Een spotvormige cel-cel adhesieverbinding die cel-cel adhesie verzorgt en de cel verbindt met intermediaire filamenten, wat bijdraagt aan de mechanische weerstand van weefsels zoals de huid en het hart. | | Gap junction | Een kanaalvormige intercellulaire junctie die directe communicatie tussen naburige cellen mogelijk maakt door de passage van kleine moleculen en ionen toe te staan, wat cruciaal is voor gecoördineerde cellulaire activiteit. | | Cadherines | Een familie van transmembraan eiwitten die essentieel zijn voor calcium-afhankelijke cel-cel adhesie. Ze spelen een sleutelrol bij weefselvorming, celuitsortering tijdens de embryonale ontwikkeling en stabiliteit van epithelia. | | Intermediaire filamenten | Een type cytoskeletdraad dat structurele ondersteuning biedt aan cellen en celkernen. In epithelia zijn keratinen de meest voorkomende intermediaire filamenten, die verbonden zijn met desmosomen. | | Actinefilamenten (microfilamenten) | Dunne, flexibele filamenten die een belangrijk onderdeel vormen van het cytoskelet. Ze zijn betrokken bij celbeweging, spiercontractie en zijn verbonden aan adherens junctions. | | Transepitheliale resistentie (TER) | Een maat voor de elektrische weerstand over een epitheel heen, die aangeeft hoe goed de tight junctions de paraceullulaire doorgang van ionen en kleine moleculen belemmeren. | | Epitheel | Een weefsel dat de inwendige en uitwendige oppervlakken van het lichaam bedekt. Epitheelcellen zijn dicht op elkaar gepakt en vormen barrières, secreteren stoffen of nemen ze op. | | Extracellulaire matrix (ECM) | Een complex netwerk van macromoleculen, waaronder collageen, proteoglycanen en glycoproteïnen, dat buiten de cellen in weefsels wordt aangetroffen en ondersteuning, structuur en signalen biedt. | | Embryonale ontwikkeling | Het proces van groei en differentiatie van de bevruchte eicel tot een complex organisme. Celadhesie en cel-cel interacties zijn hierbij fundamenteel voor weefselvorming en orgaangenetwerkvorming. | | Carcinogenese | Het proces waarbij normale cellen veranderen in kankercellen. Dit omvat ongecontroleerde celgroei, verlies van differentiatie, en het vermogen om te invaseren en te metastaseren. | | Epitheliale-mesenchymale transitie (EMT) | Een cellulair proces waarbij epitheelcellen hun epitheliale kenmerken verliezen en meer mesenchymale eigenschappen verkrijgen, zoals verhoogde mobiliteit en invasiviteit. Cruciaal voor embryonale ontwikkeling en metastase. | | Mesenchymale-epitheliale transitie (MET) | Het omgekeerde proces van EMT, waarbij mesenchymale cellen weer epitheliale kenmerken aannemen. Dit is belangrijk voor de vorming van structuren tijdens de ontwikkeling en de vorming van metastasen. | | Immunoglobuline-achtige adhesiemoleculen (Ig-CAMs) | Een grote familie van celadhesiemoleculen die vaak betrokken zijn bij heterotypische celbinding en immunologische interacties, zoals de interactie tussen leukocyten en endotheelcellen. | | Integrines | Transmembraan eiwitten die fungeren als receptoren voor de extracellulaire matrix en als cel-cel adhesiemoleculen. Ze spelen een rol bij celmigratie, adhesie en signaaltransductie. | | Selectines | Een familie van Ca2+-afhankelijke adhesiemoleculen die betrokken zijn bij de initiële herkenning en binding van leukocyten aan endotheelcellen tijdens inflammatie, wat leidt tot leukocyte rolling. | | Leukocyte rolling | Het proces waarbij leukocyten langs de geïnflammeerde endotheelwand rollen, wat wordt gemedieerd door selectines en hun liganden, en een voorwaarde is voor verdere immobilisatie en extravasatie. | | Extravasatie | Het proces waarbij leukocyten vanuit de bloedbaan door de vaatwand heen migreren naar het omringende weefsel, met name bij ontstekingshaarden. | | Pemphigus vulgaris | Een auto-immuun blaarziekte waarbij autoantilichamen gericht zijn tegen desmogleïnes, wat leidt tot het verlies van cel-cel adhesie in de huid en/of slijmvliezen, en de vorming van blaren. | | Desmogleïnes (Dsg) | Een subtype van cadherines die specifiek deel uitmaken van desmosomen en essentieel zijn voor de cohesie van epitheelcellen. Mutaties of autoantilichamen hiertegen kunnen tot blaarziekten leiden. |

# Integratie van cellen in weefsels Cel-cel en cel-extracellulaire matrix (ECM) interacties zijn cruciaal voor de vorming, structuur en functie van weefsels. ## 1. Integratie van cellen in weefsels ### 1.1 Overzicht van cel-cel en cel-ECM interacties Cel-cel en cel-extracellulaire matrix (ECM) interacties zijn essentieel voor de assemblage van cellen tot weefsels, de controle van celvorm en functie, en het bepalen van de ontwikkelingsbestemming van cellen en weefsels. Cel-adhesiemoleculen (CAM's) mediëren directe cel-cel adhesies (homotypisch en heterotypisch), terwijl adhesiereceptoren cel-matrix adhesies mediëren. De ECM is een dynamisch, complex netwerk van eiwitten en polysacchariden dat bijdraagt aan de structuur en functie van een weefsel [4](#page=4). #### 1.1.1 Anatomie van cel-cel en cel-ECM adhesies Intestinale epitheelweefselcellen illustreren de organisatie van celoppervlakken en ECM-componenten: * **Apicale oppervlak:** Rijk aan microvilli die uitsteken in het darmlumen [5](#page=5). * **Basale oppervlak:** Vastgehecht aan de basale lamina [5](#page=5). * **ECM geassocieerd met epitheelcellen:** Bestaat typisch uit de basale lamina en bindweefsel met grote, in elkaar grijpende ECM-macromoleculen [5](#page=5). * **Cel-adhesiemoleculen (CAM's):** Vormen cel-cel bindingen door zich aan CAM's op aangrenzende cellen te binden [5](#page=5). * **Cel-matrix adhesie:** Adhesiereceptoren binden zich aan ECM-componenten [5](#page=5). De meeste CAM's zijn integrale membraaneiwitten waarvan de cytosolische domeinen zich binden aan intracellulaire adapter-eiwitten. Deze adapter-eiwitten verbinden CAM's met het cytoskelet (actine of intermediaire filamenten) en intracellulaire signaalwegen [5](#page=5). ### 1.2 Belangrijke families van cel-adhesiemoleculen (CAM's) en adhesiereceptoren CAM's en adhesiereceptoren spelen een cruciale rol in celadhesie en intracellulaire signalering [6](#page=6). #### 1.2.1 E-cadherine Vormt calcium-afhankelijke extracellulaire homofiele interacties met E-cadherines op aangrenzende cellen [6](#page=6). #### 1.2.2 Immunoglobuline (Ig) superfamilie CAM's Deze CAM's kunnen homofiele bindingen aangaan (zoals NCAM) of heterofiele bindingen vormen [6](#page=6). #### 1.2.3 Integrines Integrines zijn heterodimere receptoren, bestaande uit α- en β-ketens. Ze fungeren als adhesiereceptoren en binden zich aan grote, multi-adhesieve matrixeiwitten zoals fibronectine [6](#page=6). #### 1.2.4 Selectines Deze moleculen bevatten een koolhydraatbindend lectinedomein dat specifieke suikerstructuren op aangrenzende celglycoproteïnen of glycolipiden herkent. Ze vormen vaak oligomeren binnen het plasmamembraan [6](#page=6). ### 1.3 Vorming van cel-cel adhesies De vorming van cel-cel adhesies omvat zowel cis- als trans-interacties [7](#page=7). #### 1.3.1 Cis interacties Dit zijn intracellulaire, laterale interacties tussen CAM's binnen hetzelfde plasmamembraan. Cadherines zijn een voorbeeld van moleculen die cis-interacties aangaan en laterale clusters vormen. De specifieke regio's die cis-interacties vormen, variëren tussen verschillende CAM's [7](#page=7). #### 1.3.2 Trans interacties Dit zijn intercellulaire adhesieve interacties die sterke, klittenbandachtige adhesies tussen cellen genereren [7](#page=7). #### 1.3.3 Versterking van interacties Trans- en cis-interacties versterken elkaar wederzijds [7](#page=7). ### 1.4 Eiwitten van de extracellulaire matrix (ECM) De ECM bestaat uit verschillende klassen eiwitten die cruciaal zijn voor weefselfunctie [8](#page=8). #### 1.4.1 Proteoglycanen Een uniek type glycoproteïne binnen de ECM [8](#page=8). #### 1.4.2 Collagenen Vormen vezels binnen de ECM. Er zijn naar schatting 28 typen humaan collageen, die betrokken zijn bij de vorming van verschillende ECM's in diverse weefsels [20](#page=20) [8](#page=8). #### 1.4.3 Multi-adhesieve matrix eiwitten Belangrijke organisatoren van de ECM, zoals fibronectine en laminine [8](#page=8). * **Structuur:** Lange, flexibele moleculen met meerdere domeinen [8](#page=8). * **Functies:** Binden verschillende soorten collageen, andere matrixeiwitten, polysacchariden, extracellulaire signaalmoleculen en adhesiereceptoren [8](#page=8). * **Celregulatie:** Interacties met adhesiereceptoren reguleren cel-matrix adhesie, celvorm en celgedrag [8](#page=8). ### 1.5 Variatie in cel- en ECM-dichtheid in weefsels De relatieve volumes ingenomen door cellen en de omliggende matrix variëren sterk tussen verschillende weefsels [9](#page=9). * **Dicht bindweefsel:** Bevat voornamelijk ECM met dicht opeengepakte ECM-vezels, afgewisseld met fibroblasten [9](#page=9). * **Weinig bindweefsel (bv. epitheel):** Cellen zijn dicht opeengepakt met weinig ECM ertussen [9](#page=9). ### 1.6 Functies van de ECM De ECM heeft diverse belangrijke functies in weefsels [10](#page=10): 1. **Verankering en omringing van cellen:** Handhaaft de 3D-architectuur van vast weefsel en bepaalt weefselgrenzen [10](#page=10). 2. **Bepaling van biomechanische eigenschappen:** Reguleert stijfheid, elasticiteit, porositeit en vorm van het extracellulaire milieu [10](#page=10). 3. **Celregulatie:** Beïnvloedt celpolariteit, overleving, proliferatie, differentiatie en bestemming van cellen, wat cruciaal is voor ontwikkeling en volwassen functie, evenals de reactie op ziekten [10](#page=10). 4. **Celmigratie:** Faciliteert of remt celmigratie door te fungeren als een hindernis of een "spoor" [10](#page=10). 5. **Reservoiren voor groeifactoren:** Bindt en fungeert als reservoir voor groeifactoren. Kan helpen bij het creëren van extracellulaire concentratiegradiënten, fungeren als co-receptor, of de binding van groeifactoren aan hun receptoren verbeteren [10](#page=10). 6. **Activatie van signaalreceptoren:** Activeert signaalreceptoren op het celoppervlak [10](#page=10). #### 1.6.1 Impact van ECM-verstoringen Verstoringen in cel-matrix en cel-cel interacties kunnen leiden tot ernstige ontwikkelingsstoornissen. Experimenten met antilichamen tegen fibronectine blokkeren bijvoorbeeld de vertakkende morfogenese in zich ontwikkelende muisweefsels, wat aangeeft dat de integrine-fibronectine interactie essentieel is voor takvorming. Inactivering van genen voor ECM-eiwitten, zoals collageen II of perlecan, leidt tot gebrekkige skeletontwikkeling bij muizen, wat resulteert in dwerggroei en misvormde skeletelementen. Verstoringen van de hechting en ECM-functie zijn kenmerkend voor diverse pathologieën, waaronder cardiovasculaire aandoeningen, aandoeningen van het bewegingsapparaat, nier-, huid-, oog- en botziekten, evenals uitgezaaide kanker [11](#page=11) [12](#page=12). ### 1.7 Integrine-gemedieerde signaalwegen Integrines mediëren signalering van buiten naar binnen, waarbij extracellulaire ligandbinding leidt tot veranderingen in de integrineconformatie en interacties met cytoplasmatische eiwitten (#page=13,14) [13](#page=13) [14](#page=14). #### 1.7.1 Out-to-in signalering * Binding van integrines aan de ECM leidt tot clustering, wat het tyrosine-specifieke Focal Adhesion Kinase (FAK) activeert [13](#page=13). * Transfosforylatie van Tyr-resten in FAK treedt op [13](#page=13). * Het cytoplasmatische tyrosinekinase Src bindt aan deze P-Tyr residuen, wat leidt tot een toename van het aantal P-Tyr residuen [13](#page=13). * Specifieke signaliserende eiwitten kunnen aan deze P-Tyr residuen binden, waardoor het signaal wordt versterkt [13](#page=13). * CAM's zijn niet alleen belangrijk voor adhesie, maar activeren ook signaalwegen binnen de cel [13](#page=13). #### 1.7.2 Integrine signaaltransductiepaden Integrines interageren via adapter-eiwitten en signaalmoleculen met een breed scala aan intracellulaire signaalwegen. Deze interacties beïnvloeden celoverleving, gentranscriptie, cytoskeletale organisatie, celmotiliteit en celproliferatie [14](#page=14). * **Extracellulaire ligandbinding:** Verandert de conformatie van het integrine cytoplasmatische domein, wat resulteert in veranderde interacties met cytoplasmatische eiwitten. Dit omvat adapter-eiwitten (zoals talins, kindlins, paxilline, vinculin) en signaalkinasen (zoals Src-familiekinasen, FAK, integrine-linked kinase [ILK]) [14](#page=14). * **Binnenste-buiten signalering (Inside-out signalering):** Intracellulaire signaaltransductieroutes zorgen ervoor dat adapter-eiwitten het vermogen van integrine om extracellulaire liganden te binden, wijzigen [14](#page=14). ### 1.8 Mechanotransductie Mechanotransductie is de wederkerige interconversie van een mechanische kracht/stimulus en biochemische processen [15](#page=15). #### 1.8.1 Extracellulaire mechanosensoren Deze sensoren reageren op mechanische prikkels door van vorm en activiteit te veranderen. Voorbeelden zijn [15](#page=15): * **Fibronectine type III domein:** Ontvouwt zich wanneer het wordt blootgesteld aan mechanische kracht [15](#page=15). * **Talin-domein (intracellulair integrine-adapter-eiwit):** Ondergaat gedeeltelijke ontvouwing onder mechanische rek [15](#page=15). ## 2. De extracellulaire matrix I: De basale lamina De basale lamina is een gespecialiseerde ECM-laag die de meeste epithelia en andere georganiseerde celgroepen verbindt met het aangrenzende bindweefsel (#page=16,17) [16](#page=16) [17](#page=17). ### 2.1 Samenstelling van de basale lamina Vier multidomein ECM-eiwitten worden in alle basale laminae aangetroffen: laminine, collageen type IV, perlecan en nidogen. Deze ECM-eiwitten binden zich aan elkaar en aan cellulaire receptoren [16](#page=16). #### 2.1.1 Laminine Laminine is een groot, heterotrimerisch, multi-adhesief glycoproteïne dat in alle basale laminae voorkomt [19](#page=19). * **Structuur:** Bestaat uit drie polypeptiden (α, β, γ) die via disulfidebindingen aan elkaar zijn gekoppeld in een centrale 'coiled coil' regio [19](#page=19). * **Domeinen:** Globulaire domeinen op de armen en de stam binden zich aan meerdere ECM-eiwitten en laminine-receptoren, inclusief integrines. De N-terminale domeinen vormen een rasterwerk. De C-terminale LG-domeinen binden zich aan celoppervlak-lamininereceptoren, zoals integrines [19](#page=19). * **Isopvormen:** Er zijn 16 bekende laminine-isopvormen, samengesteld uit 5 α-, 3 β- en 3 γ-ketens [19](#page=19). #### 2.1.2 Collageen type IV Dit is een velvormend type collageen en een belangrijke structurele component van de basale lamina [22](#page=22). * **Structuur:** Een 400 nm lang molecuul met een N-terminale kleine globulaire domein en een C-terminale grote globulaire domein. De drievoudige collageenhelix wordt onderbroken door niet-helicale segmenten die flexibele knikken introduceren [22](#page=22). * **Assemblage:** Vormt dimeren, tetrameren en hogere-orde vel-achtige netwerken door laterale interacties van de drievoudige helixsegmenten en kop-aan-kop en staart-aan-staart interacties van de globulaire domeinen. Deze structuur verschilt van fibrillair collageen [22](#page=22). #### 2.1.3 Perlecan Een ubiquitair en sterk geconserveerd component van de basale lamina. Het is een proteoglycaan dat een rol speelt bij de verknoping van basale lamina netwerken [18](#page=18). #### 2.1.4 Nidogen (Entactine) Een ander ubiquitair en sterk geconserveerd component dat helpt bij het verknopen van basale lamina netwerken [18](#page=18). ### 2.2 Functies van de basale lamina De basale lamina vervult diverse cruciale functies: * Organiseert cellen in weefsels en afzonderlijke compartimenten [18](#page=18). * Biedt bescherming aan cellen [18](#page=18). * Speelt een rol bij weefselherstel [18](#page=18). * Vormt barrières voor permeabiliteit [18](#page=18). * Geleidt migrerende cellen tijdens de ontwikkeling [18](#page=18). ### 2.3 Verankering van de basale lamina * Eén zijde is verbonden met cellen door adhesiereceptoren, waaronder hemidesmosomale integrines die zich aan laminine in de basale lamina binden [18](#page=18). * De andere zijde is verankerd aan het aangrenzende bindweefsel door een laag collageenvezels ingebed in een proteoglycaan-rijke matrix [18](#page=18). #### 2.3.1 Syndroom van Alport Dit is een erfelijke aandoening die wordt veroorzaakt door een verandering in het DNA, leidend tot een slechte vorming van collageen type IV. Dit resulteert in vochtophoping, hoge bloeddruk en nierfunctieverlies, wat schade aan de nieren veroorzaakt [23](#page=23). ## 3. De extracellulaire matrix II: Bindweefsel Bindweefsel, inclusief pezen en kraakbeen, bestaat voor het grootste deel uit ECM [24](#page=24). ### 3.1 Assemblage van fibrillaire collagenen De assemblage van fibrillair collageen begint binnen de cel en wordt voltooid na secretie [24](#page=24). #### 3.1.1 Biosynthese van fibrillaire collagenen 1. **Procollageen α-ketens:** Gesynthetiseerd op ribosomen van het ruw ER. Asparagine-gebonden oligosacchariden worden aan het C-terminale propeptide toegevoegd [26](#page=26). 2. **Propeptiden associëren tot disulfide-gebonden trimeren:** Bepaalde prolines en lysines worden gehydroxyleerd [26](#page=26). 3. **Modificaties:** Vergemakkelijken stabilisatie van drievoudige helices via een ritssluiting-achtig mechanisme [26](#page=26). 4. **Gevouwen procollagens:** Getransporteerd naar en door het Golgi-complex [26](#page=26). 5. **Latere associatie:** Sommige procollagens vormen kleine laterale bundels [26](#page=26). 6. **Secretie:** Gevouwen procollageenbundels worden gesecreteerd [26](#page=26). 7. **Verwijdering van propeptiden:** N- en C-terminale propeptiden worden verwijderd [26](#page=26). 8. **Assemblage tot fibrillen:** Trimeren assembleren tot covalent verknoopte fibrillen. Een verspringing van 67 nm van de trimeren zorgt voor de gestreepte verschijning van de fibrillen [26](#page=26). 9. **Vorming van grotere bundels:** Fibrillen kunnen samengevoegd worden tot grotere bundels [26](#page=26). **Tip:** Tekorten aan vitamine C kunnen leiden tot onvoldoende hydroxylatie van prolines en lysines, wat resulteert in scheurbuik [28](#page=28). #### 3.1.2 Collageen structuur Collagenen zijn trimerische eiwitten bestaande uit drie polypeptiden, die identiek (homotrimer) of verschillend (heterotrimer) kunnen zijn [21](#page=21). * **α-ketens:** Gecodeerd door minstens één van de 43 menselijke genen voor de α-keten van collageen [21](#page=21). * **Gly-X-Y sequentie:** Polypeptidefragmenten bevatten zich herhalende reeksen van Gly-X-Y aminozuren [21](#page=21). * **Drievoudige helix:** Elke keten is gedraaid in een linkshandige helix; drie ketens wikkelen zich om elkaar heen in een rechtshandige drievoudige helix [21](#page=21). * **Glycine in het centrum:** De proton zijketens van glycine residuen bevinden zich in de nauwe ruimte tussen de polypeptideketens in het centrum van de drievoudige helix. Mutaties die glycine vervangen door een ander aminozuur kunnen de pakking van de ketens verstoren en de drievoudige helix destabiliseren [21](#page=21). ### 3.2 Interacties van fibrillaire collagenen met andere ECM-componenten Collageentypen associëren met elkaar en met andere ECM-componenten om diverse structuren te vormen [28](#page=28). * **Pees:** Type I fibrillen zijn georiënteerd in de spanningsrichting. Proteoglycanen en type VI collageen bedekken het oppervlak van type I fibrillen, en type VI collageen verbindt type I fibrillen tot dikkere vezels [28](#page=28). * **Kraakbeen:** Type IX collageenmoleculen zijn covalent gebonden aan type II fibrillen. Een chondroïtinesulfaatketen steekt naar buiten uit de fibril, net als de globulaire N-terminale regio [28](#page=28). ### 3.3 Proteoglycanen en Glycosaminoglycanen (GAG's) Proteoglycanen en hun samenstellende GAG's spelen diverse rollen in de ECM [29](#page=29). * **GAG's:** Bestaan uit zich herhalende disachariden. Er zijn vier klassen GAG's [29](#page=29). * **Kraakbeenaggregaten:** In kraakbeen zijn aggrecan-proteoglycanen gekoppeld aan een lange kern van hyaluronzuur. Een aggrecan bestaat uit een kerneiwit met kerataansulfaat en chondroïtinesulfaat GAG's. Het molecuulgewicht kan oplopen tot 3.000.000 dalton [30](#page=30). * **Functie van negatieve ladingen:** De negatieve ladingen in GAG's creëren een watermantel en zorgen voor de spreiding van het molecuul, wat compatibel is met de eigenschappen van kraakbeen [30](#page=30). ### 3.4 Fibronectine Fibronectine is een multi-adhesief matrixeiwit dat een sleutelrol speelt bij celmigratie en -differentiatie (#page=24,32,33) [24](#page=24) [32](#page=32) [33](#page=33). * **Structuur:** Bestaat uit twee sterk gelijkende, modulair opgebouwde ketens, verbonden door disulfidebindingen aan de C-terminus. Bevat meerdere functionele bindingsdomeinen [33](#page=33). * **Celbindingsdomein:** Bevat de RGD (Arg-Gly-Asp) sequentie, die door integrines wordt herkend en essentieel is voor cellulaire adhesie (#page=32,33,34). Experimenten met ratniercellen hebben aangetoond dat alleen peptiden met een RGD-sequentie snelle en sterke adhesie bewerkstelligen [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34). * **Varianten:** Tal van varianten ontstaan door alternatieve mRNA-splicing [33](#page=33). * **Interactie met integrines:** Fibronectine bindt aan integrines via het RGD-bevattende celbindingsdomein en het nabijgelegen 'synergie'gebied, wat bijdraagt aan een hoge affiniteitsbinding [32](#page=32). ### 3.5 Interactie tussen ECM en cytoskelet via Integrines Integrines verbinden de ECM met het cytoskelet, waardoor intracellulaire en extracellulaire signalering mogelijk wordt [35](#page=35). * **Focale adhesies:** In gecultiveerde fibroblasten toont immunofluorescentie colocalisatie tussen actine-bevattende stress fibers en het fibronectine-bindende integrine α5β1 [35](#page=35). * **EM-beelden:** Laten de juncties zien tussen fibronectine-fibrillen in de ECM en de actine-bevattende microfilamenten [35](#page=35). ### 3.6 Elastische en collageenvezels in bindweefsel * **Elastische vezels:** Maken herhaaldelijk uitrekken en terugbuigen van weefsels mogelijk. Ze bestaan uit een kern van elastinevezels geïntegreerd in een bundel van fibrilline-fibuline-LTBP microfibrillen [36](#page=36). * **Collageenvezels:** Bundels van collageenfibrillen, zoals te zien in de huid en longen [36](#page=36). #### 3.6.1 Ziekten gerelateerd aan ECM-eiwitmutaties Mutaties in genen die coderen voor ECM-eiwitten kunnen leiden tot ziekten. Het Marfan syndroom is een voorbeeld van een ziekte met een mutatie in FBN1, een gen dat codeert voor een ECM-eiwit [37](#page=37). ## 4. Adhesieve interacties in beweeglijke en niet-beweeglijke cellen #### 4.1 Integrine-bevattende complexen Veel cellen hebben integrine-bevattende clusters van eiwitten, zoals focale adhesies en 3D-adhesies. Deze complexen verbinden cellen fysiek en functioneel met de ECM en faciliteren binnenste-buiten en buitenste-binnen signalering. De vorm van deze complexen is afhankelijk van omgevingsfactoren, zoals groei op een substraat of in 3D [38](#page=38) [39](#page=39). #### 4.1.1 Dystroglycaan complex Dystroglycaan vormt een groot complex met dystrofine, andere adaptereiwitten en signaalmoleculen dat het actine-cytoskelet verbindt met de omringende matrix. Defecten in dit complex veroorzaken verschillende vormen van spierdystrofie [38](#page=38). #### 4.1.2 Dystrofine glycoproteïne complex (DGC) In skeletspiercellen vormt het DGC verbindingen tussen het ECM en het cytoskelet. Het bestaat uit drie subcomplexen [42](#page=42): * α, β dystroglycan subcomplex [42](#page=42). * Sarcoglycaan/sarcospan subcomplex van integrale membraaneiwitten [42](#page=42). * Cytosolisch adapter subcomplex van dystrofine en andere adapter-eiwitten en signaalmoleculen [42](#page=42). Dystrofine is een adapterproteïne dat het actine-cytoskelet verbindt met andere componenten van het DGC. Defecten in dystrofine zijn geassocieerd met Duchenne spierdystrofie [42](#page=42). #### 4.1.3 CAM's in leukocytenadhesie De interactie van verschillende CAM's (zoals selectines, integrines en ICAM's) is cruciaal voor de specifieke adhesie van verschillende soorten leukocyten aan endotheelcellen als reactie op signalen geïnduceerd door infectie of ontsteking [38](#page=38). #### 4.1.4 Conformaties van integrines Integrines kunnen verschillende conformaties aannemen die hun affiniteit voor liganden beïnvloeden [40](#page=40). * **Inactieve, laag-affiniteit, "gesloten gebogen" conformatie:** De standaardtoestand [40](#page=40). * **Gedeeltelijk actieve, gemiddelde affiniteit, "verlengd gesloten" conformatie:** Een tussenliggende staat [40](#page=40). * **Actieve, hoge affiniteit, "verlengde open" conformatie:** Wordt bereikt door ligandbinding of interacties met adaptereiwitten zoals taline en kindline. Deze conformatie wordt gekenmerkt door een grotere scheiding van de transmembraan en cytoplasmatische domeinen [40](#page=40). #### 4.1.5 Taline- en integrine-gemedieerde communicatie Taline speelt een sleutelrol in de intracellulaire-extracellulaire communicatie via integrines [41](#page=41). 1. **Intracellulaire signalering:** Induceert de translocatie van inactief taline naar het plasmamembraan, gevolgd door ontvouwing/activering [41](#page=41). 2. **Stabilisatie van integrine:** Binding van geactiveerd taline aan het cytoplasmatische domein van de β-keten stabiliseert de verlengde gesloten conformatie van integrine, wat binding aan de ECM bevordert [41](#page=41). 3. **Mechanische kracht:** Opengevouwen taline bindt actinefilamenten. De actinefilamenten oefenen kracht uit, waardoor spanning ontstaat over het ECM/integrine/talinecomplex [41](#page=41). 4. **Volledige integrine activatie:** Deze spanning zet de integrine om in de volledig actieve, verlengde open vorm [41](#page=41). 5. **Groei van focale adhesie:** Verdere kracht ontvouwt taline, waardoor cryptische bindingsplaatsen vrijkomen voor vinculine en andere eiwitten, wat leidt tot groei van de focale adhesie [41](#page=41). --- # De extracellulaire matrix (ECM) Hieronder volgt een gedetailleerde studiehandleiding over de extracellulaire matrix (ECM). ## 2. De extracellulaire matrix (ECM) De extracellulaire matrix (ECM) is een dynamisch en complex netwerk van eiwitten en polysacchariden dat cruciaal is voor de structuur en functie van weefsels, door interactie met cellen en het creëren van een ondersteunende omgeving [4](#page=4). ### 2.1 Structuur en componenten van de ECM De ECM bestaat uit een verscheidenheid aan eiwitten en polysacchariden die samenwerken om een ondersteunende en functionele structuur te bieden [8](#page=8). #### 2.1.1 Hoofdcomponenten Belangrijke componenten van de ECM zijn onder andere: * **Proteoglycanen:** Een uniek type glycoproteïne dat een centrale rol speelt in de structuur en hydratatie van de ECM [8](#page=8). * **Collagenen:** Vormen de vezelige componenten van de ECM, verantwoordelijk voor de treksterkte en stabiliteit van weefsels [20](#page=20) [8](#page=8). * **Multi-adhesieve matrix eiwitten:** Zoals fibronectine en laminine, die dienen als belangrijke organisatoren van de ECM [8](#page=8). #### 2.1.2 Basale lamina De basale lamina is een gespecialiseerde vorm van de ECM die de meeste epithelia en andere georganiseerde celgroepen verbindt met het aangrenzende bindweefsel [16](#page=16). * **Functie:** De basale lamina dient als basis voor de assemblage van cellen in de meeste weefsels. Het helpt bij het organiseren van cellen, het creëren van compartimenten, het beschermen van cellen, het herstellen van weefsels, het vormen van permeabiliteitsbarrières en het geleiden van migrerende cellen tijdens de ontwikkeling [17](#page=17) [18](#page=18). * **Samenstelling:** Het bevat vier ubiquitaire en sterk geconserveerde eiwitcomponenten: laminine, collageen type IV, perlecan en nidogen [16](#page=16) [18](#page=18). * **Laminine:** Een groot, heterotrimerisch, multi-adhesief glycoproteïne dat bestaat uit drie polypeptiden (α, β, γ-ketens) die een kruisvormige structuur vormen. Laminine bindt aan adhesiereceptoren op het celoppervlak en diverse matrixcomponenten [19](#page=19). * **Collageen type IV:** Vormt een tweedimensionaal netwerk binnen de basale lamina. Het is een belangrijke structurele component en de defecte vorming ervan kan leiden tot aandoeningen zoals het syndroom van Alport, wat nier-, oor- en oogproblemen veroorzaakt [18](#page=18) [22](#page=22) [23](#page=23). * **Perlecan:** Een proteoglycaan dat bijdraagt aan de structuur van de basale lamina [12](#page=12). * **Nidogen (entactine):** Knoopt de netwerken van collageen IV en laminine aan elkaar [18](#page=18). #### 2.1.3 Bindweefsel ECM Bindweefsel, inclusief pezen en kraakbeen, bestaat grotendeels uit ECM [24](#page=24). * **Collagenen in bindweefsel:** Er zijn minstens 28 typen menselijk collageen die deelnemen aan de vorming van verschillende ECM's. Collageen is een trimerisch eiwit dat bestaat uit drie polypeptiden (α-ketens). Deze ketens bevatten herhalende reeksen van Gly-X-Y aminozuren en vormen een rechtsdraaiende drievoudige helix [20](#page=20) [21](#page=21). * **Fibrillaire collagenen:** Zoals type I, II, III en V, die lange vezels vormen [20](#page=20). * **Fibril-geassocieerde collagenen:** Zoals type VI en IX, die interageren met fibrillaire collagenen om de structuur te verfijnen [20](#page=20) [29](#page=29). * **Sheet-vormende collagenen:** Zoals type IV en VII, die netwerken vormen [20](#page=20). * **Transmembraan collagenen:** Zoals type XIII en XVII, die betrokken zijn bij celadhesie [20](#page=20). * **Proteoglycanen:** Dragen bij aan de ECM-structuren en -eigenschappen door hun vermogen om grote hoeveelheden water te binden en hun negatieve ladingen [30](#page=30) [31](#page=31). * **Glycosaminoglycanen (GAG's):** Polysacchariden die de samenstellende eenheden van proteoglycanen vormen. Ze bestaan uit herhalende disachariden. Voorbeelden zijn kerataansulfaat en chondroïtinesulfaat, die aan aggrecanen in kraakbeen gebonden zijn. De hoge dichtheid aan negatieve ladingen in GAG's creëert een watermantel en zorgt voor een uitgespreide moleculaire structuur, wat essentieel is voor de eigenschappen van kraakbeen [30](#page=30) [31](#page=31). * **Fibronectine:** Een multi-adhesief matrixeiwit dat een sleutelrol speelt bij celmigratie en -differentiatie. Fibronectine bindt aan integrines op het celoppervlak via specifieke sequenties, zoals de RGD (Arg-Gly-Asp) sequentie [24](#page=24) [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34). #### 2.1.4 Elastische vezels Elastische vezels zorgen ervoor dat weefsels herhaaldelijk kunnen worden uitgerekt en terugveren. Ze bestaan uit een kern van elastinevezels, geïntegreerd in een bundel van fibrilline-fibuline-LTBP microfibrillen. Mutaties in genen die coderen voor ECM-eiwitten, zoals FBN1 (codeert voor fibrilline-1), kunnen leiden tot aandoeningen zoals het Marfan syndroom [36](#page=36) [37](#page=37). ### 2.2 Functies van de ECM De ECM vervult diverse cruciale functies in organismen: 1. **Verankering en omringing van cellen:** Handhaaft de 3D-architectuur van vast weefsel en bepaalt weefselgrenzen [10](#page=10). 2. **Bepaling van biomechanische eigenschappen:** Reguleert de stijfheid, elasticiteit, porositeit en vorm van het extracellulaire milieu [10](#page=10). 3. **Regulatie van celgedrag:** Bepaalt de polariteit, overleving, proliferatie, differentiatie en het lot van cellen, wat essentieel is voor ontwikkeling en volwassen functie, en de reactie op ziekten [10](#page=10). 4. **Beïnvloeding van celmigratie:** Kan celmigratie remmen of vergemakkelijken door als hindernis of als 'spoor' te fungeren [10](#page=10). 5. **Binding en reservoir voor groeifactoren:** Helpt bij het genereren van extracellulaire gradiënten, fungeert als co-receptor of ondersteunt de juiste binding van groeifactoren aan hun receptoren [10](#page=10). 6. **Activering van signaalreceptoren:** Interageert met receptoren op het celoppervlak om signalering te initiëren [10](#page=10). ### 2.3 Klinische relevantie Verstoringen van de celadhesie en ECM-functie zijn kenmerkend voor diverse pathologieën, waaronder cardiovasculaire aandoeningen, aandoeningen van het bewegingsapparaat, nierziekten, huidziekten, oogaandoeningen, botziekten en uitgezaaide kanker. Defecten in specifieke ECM-componenten, zoals collageen type IV bij het syndroom van Alport, kunnen ernstige gevolgen hebben voor de orgaanfunctie [12](#page=12) [23](#page=23). > **Tip:** De relatieve volumes ingenomen door cellen en de omringende ECM variëren sterk tussen verschillende dierlijke weefsels. Dicht bindweefsel bevat voornamelijk ECM, terwijl epitheelweefsel weinig ECM tussen de dicht opeengepakte cellen heeft [9](#page=9). > **Tip:** De biosynthese van fibrillaire collagenen is een complex proces dat begint in het endoplasmatisch reticulum en eindigt met de secretie en assemblage van procollageen tot stabiele, verknoopte fibrillen buiten de cel. Tekorten aan vitamine C kunnen de hydroxylatie van prolines en lysines verstoren, wat leidt tot scheurbuik [26](#page=26) [28](#page=28). > **Tip:** Integrines zijn transmembraane receptoren die een cruciale rol spelen in de interactie tussen de ECM en het cytoskelet, waardoor cellen zich kunnen hechten aan de matrix en hun vorm en beweging kunnen reguleren [35](#page=35). --- # Cel-cel en cel-matrix adhesiemoleculen Cel-cel en cel-matrix adhesiemoleculen zijn essentieel voor de opbouw van weefsels, het reguleren van celgedrag en het sturen van de ontwikkeling. ## 3 Cel-cel en cel-matrix adhesiemoleculen Cel-cel en cel-extracellulaire matrix (ECM) interacties zijn fundamenteel voor de assemblage van cellen tot functionele weefsels. Deze interacties spelen een cruciale rol in de controle van celvorm, celgedrag en de ontwikkelingsbestemming van cellen. Cel-adhesiemoleculen (CAM's) mediëren directe cel-cel adhesies, terwijl adhesiereceptoren cel-matrix adhesies mediëren. De ECM zelf is een dynamisch netwerk van eiwitten en polysacchariden dat bijdraagt aan de structuur en functie van weefsels [4](#page=4). ### 3.1 Overzicht van adhesie-interacties Cel-cel en cel-matrix adhesies zorgen ervoor dat cellen in verschillende weefsels aggregeren om gezamenlijk functies uit te oefenen. De membraaneiwitten die betrokken zijn bij adhesie, zoals CAM's en adhesiereceptoren, zijn meestal integrale membraaneiwitten. Hun cytosolische domeinen binden zich aan intracellulaire adapter-eiwitten. Deze adapter-eiwitten verbinden CAM's direct of indirect met het cytoskelet (actine of intermediaire filamenten) en intracellulaire signaalwegen [5](#page=5). #### 3.1.1 Belangrijke families van adhesiemoleculen Er zijn verschillende belangrijke families van cel-adhesiemoleculen (CAM's) en adhesiereceptoren [6](#page=6): * **Cadherines:** Vormen calcium-afhankelijke, extracellulaire homofiele interacties met cadherines op aangrenzende cellen [6](#page=6). * **Immunoglobuline (Ig) superfamilie CAM's:** Deze moleculen kunnen homofiele bindingen vormen (zoals NCAM) of heterofiele bindingen aangaan [6](#page=6). * **Integrines:** Deze zijn heterodimeren bestaande uit een $\alpha$- en een $\beta$-keten. Ze fungeren als adhesiereceptoren die binden aan grote, multi-adhesieve matrixeiwitten zoals fibronectine [6](#page=6). * **Selectines:** Bevatten een koolhydraatbindend lectinedomein dat gespecialiseerde suikerstructuren op aangrenzende celglycoproteïnen of glycolipiden herkent. Selectines vormen vaak oligomeren van hogere orde binnen het plasmamembraan [6](#page=6). #### 3.1.2 Vorming van cel-cel adhesies De vorming van cel-cel adhesies omvat twee soorten interacties [7](#page=7): * **cis-interacties:** Dit zijn intracellulaire, laterale interacties binnen hetzelfde plasmamembraan. Cadherines vormen bijvoorbeeld laterale clusters binnen het plasmamembraan; de regio's die cis-interacties vormen, variëren per CAM [7](#page=7). * **trans-interacties:** Dit zijn intercellulaire adhesieve interacties tussen moleculen op verschillende cellen. Deze interacties genereren sterke, klittenbandachtige adhesies tussen cellen [7](#page=7). cis- en trans-interacties versterken elkaar wederzijds [7](#page=7). ### 3.2 Rol van cel-matrix interacties in weefselontwikkeling Verstoringen in cel-matrix en cel-cel interacties kunnen interfereren met de weefselontwikkeling. Experimenten met onrijpe muisspeekselklieren die in vitro vertakkende morfogenese ondergaan, tonen aan dat verstoring van de integrine-fibronectine interactie (bijvoorbeeld door een antilichaam dat fibronectine blokkeert) normale takvorming belemmert. Dit onderstreept de noodzaak van deze interacties voor weefselvorming [11](#page=11). ### 3.3 Integrine-gemedieerde signaalwegen Celadhesiemoleculen zijn niet alleen belangrijk voor adhesie zelf, maar activeren ook signaalwegen binnen de cel [13](#page=13). #### 3.3.1 Out-to-in signalisatie via integrines Binding van integrines aan de ECM leidt tot hun clustering. Deze clustering activeert het tyrosine-specifieke Focal Adhesion Kinase (FAK). Hierna treedt transfosforylatie op van tyrosine-resten in FAK. Het cytoplasmatische tyrosinekinase Src verankert zich aan deze gefosforyleerde tyrosine-residuen, wat resulteert in een toename van het aantal gefosforyleerde tyrosine-residuen. Aan deze residuen kunnen specifieke signaalproteïnen binden, waardoor het signaal wordt versterkt [13](#page=13). #### 3.3.2 Diverse cel-functies gecontroleerd door integrines Integrine adhesiereceptoren mediëren signaalwegen die diverse celfuncties controleren. Ze interageren via adapter-eiwitten en signaalmoleculen met een breed scala aan intracellulaire signaalwegen. Dit beïnvloedt celoverleving, gentranscriptie, cytoskeletale organisatie, celmotiliteit en celproliferatie [14](#page=14). * **Signalen van buiten naar binnen:** Extracellulaire ligandbinding verandert de conformatie van het cytoplasmatische domein van integrines. Dit beïnvloedt de interactie met cytoplasmatische eiwitten, waaronder adapter-eiwitten (zoals talines, kindlins, paxilline, vinculin) en signaalkinasen (zoals Src-familiekinasen, FAK, integrine-linked kinase [ILK]). Deze signalen beïnvloeden celproliferatie, celoverleving, cytoskeletale organisatie, celmigratie en gentranscriptie [14](#page=14). * **Componenten van signaalwegen:** Sommige componenten zijn direct geassocieerd met het plasmamembraan. Veel van de signaalwegen worden gedeeld met andere door het celoppervlak geactiveerde signaalwegen, zoals receptor tyrosine kinases [14](#page=14). * **Inside-out signaaltransductie:** Intracellulaire signaaltransductieroutes zorgen ervoor dat adapter-eiwitten het vermogen van integrines om extracellulaire liganden te binden, wijzigen [14](#page=14). #### 3.3.3 Mechanotransductie en mechanosensor-eiwitten Mechanotransductie betreft de wederkerige interconversie van mechanische krachten/stimuli en biochemische processen. Extracellulaire mechanosensoren reageren op mechanische prikkels door van vorm en activiteit te veranderen. Een voorbeeld hiervan is het fibronectine type III domein, dat zich ontvouwt bij blootstelling aan mechanische kracht. Ook het Talin-domein, een intracellulair integrine-adapter-eiwit, kan gedeeltelijk ontvouwen onder mechanische rek [15](#page=15). ### 3.4 Structuur en functie van Fibronectine en de RGD-sequentie Fibronectine (FN) is een belangrijk ECM-eiwit dat bestaat uit twee sterk gelijkende ketens die modulair zijn opgebouwd en meerdere functionele bindingsdomeinen bevatten. De ketens zijn verbonden door disulfide-bindingen aan de C-terminus. Functionele domeinen zorgen voor binding aan bijvoorbeeld collageen of integrines. Talrijke varianten van fibronectine worden aangemaakt via alternatieve mRNA-splicing [33](#page=33). Het celbindingsdomein van fibronectine bevat de RGD (Arg-Gly-Asp) sequentie, die essentieel is voor cellulaire adhesie. Experimenten met ratniercellen tonen aan dat alleen peptiden met een RGD-sequentie snelle en sterke adhesie bewerkstelligen wanneer ze gekoppeld zijn aan een kunstmatig substraat. De twee EIII gebieden van fibronectine flankeren het integrine-bindingsgebied met de RGD-sequentie. Deze sequentie steekt uit in een lus van het compacte type-III domein, aan dezelfde zijde als het ‘synergie’gebied, wat bijdraagt aan de hoge affiniteitsbinding door integrines [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34). ### 3.5 Integrines als koppeling tussen ECM en cytoskelet Integrines vormen een cruciale link tussen de ECM en het cytoskelet van de cel. Illustraties van gecultiveerde fibroblasten tonen colocalisatie tussen actine-bevattende stressfibers en het fibronectine-bindende $\alpha$5$\beta$1 integrine. Ook microscopische beelden van juncties tussen fibronectine-fibrillen in de ECM en actine-bevattende microfilamenten benadrukken deze verbinding [35](#page=35). Veel cellen bezitten integrine-bevattende clusters, zoals focale adhesies, 3D-adhesies en podosomen. Deze clusters verbinden cellen fysisch en functioneel met de ECM en faciliteren binnenste-buiten en buitenste-binnen signalering. Dystroglycaan vormt een complex met dystrofine en andere adapter-eiwitten dat het actine-cytoskelet verbindt met de omringende matrix. Defecten in dit systeem leiden tot spierdystrofie. Interactie tussen diverse CAM's (selectines, integrines, ICAM's) is ook cruciaal voor de adhesie van leukocyten aan endotheelcellen bij infectie of ontsteking [38](#page=38). #### 3.5.1 Conformaties van integrines en hun activatie Integrines kunnen verschillende conformaties aannemen, afhankelijk van omgevingsfactoren. De vorm van het integrinecomplex is onder meer afhankelijk van of fibroblasten op een substraat of in 3D worden gekweekt [39](#page=39). * **Conformationele veranderingen:** Integrine activering omvat conformationele veranderingen, met name in de buurt van de propeller- en $\beta$A-domeinen, die de affiniteit voor liganden verhogen [40](#page=40). * **Inactieve conformatie:** Een "gesloten gebogen" conformatie met lage affiniteit voor liganden [40](#page=40). * **Gedeeltelijk actieve conformatie:** Een "verlengd gesloten" conformatie met gemiddelde affiniteit [40](#page=40). * **Actieve conformatie:** Een "verlengde open" conformatie met hoge affiniteit. Deze conformatie wordt gekenmerkt door een grotere scheiding van transmembraan- en cytoplasmatische domeinen, geïnduceerd door ligandbinding of veranderde interacties met adapter-eiwitten zoals taline en kindline [40](#page=40). Experimentele visualisaties van $\alpha$IIb$\beta$3 moleculen tonen het verschil tussen de inactieve (gebogen) en geactiveerde (rechtlijnige) conformatie, waarbij de geactiveerde vorm taline bindt [40](#page=40). #### 3.5.2 Taline- en integrine-gemedieerde communicatie Taline speelt een sleutelrol in de intracellulaire-extracellulaire communicatie via integrines [41](#page=41). * **Stap 1 & 2:** Intracellulaire signalering induceert de translocatie van inactief taline vanuit het cytoplasma naar het plasmamembraan, gevolgd door ontvouwing en activering [41](#page=41). * **Stap 3:** Binding van geactiveerd taline aan het cytoplasmatische domein van de $\beta$-keten van integrine stabiliseert de verlengde gesloten conformatie van integrine, wat de binding aan de ECM bevordert [41](#page=41). * **Stap 4:** Opgevouwen taline homodimenteert en bindt diverse eiwitten, waaronder actinefilamenten [41](#page=41). * **Stap 5:** De actinefilamenten oefenen kracht uit, waardoor spanning ontstaat over het ECM/integrine/talinecomplex [41](#page=41). * **Stap 6:** Deze spanning zet het integrine om in de volledig actieve, verlengde open vorm [41](#page=41). * **Stap 7-9:** Verdere kracht kan helicale bundels van taline ontvouwen, waardoor cryptische bindingsplaatsen vrijkomen. Deze rekruteren vinculine en andere eiwitten, zoals meer actine, wat resulteert in de groei van de focale adhesie [41](#page=41). > **Tip:** Begrijp dat integrines een cruciale brug vormen tussen de extracellulaire omgeving en het intracellulaire cytoskelet, waarbij zowel mechanische krachten als biochemische signalen worden doorgegeven. > **Voorbeeld:** De RGD-sequentie in fibronectine is een specifiek motief dat door integrines wordt herkend. Zonder dit motief kan de cel niet efficiënt aan de ECM binden, wat consequenties heeft voor celadhesie en migratie. --- # Signaaltransductie en mechanotransductie Dit onderwerp onderzoekt de rol van celadhesiemoleculen en integrines in intracellulaire signaalwegen, en hoe cellen reageren op mechanische krachten uit hun omgeving. ### 4.1 De rol van celadhesiemoleculen en integrines in signaaltransductie Celadhesiemoleculen, waaronder integrines, zijn niet alleen cruciaal voor de adhesie van cellen aan hun omgeving, maar activeren ook intracellulaire signaalwegen. Deze moleculen fungeren als adhesie-receptoren die signalen van buiten naar binnen sturen [13](#page=13). #### 4.1.1 Integrine-gemedieerde signaalwegen Integrines interageren via adapter-eiwitten en signaalmoleculen met een breed scala aan intracellulaire signaalwegen. Ze beïnvloeden diverse celfuncties, waaronder celoverleving, gentranscriptie, cytoskeletale organisatie, celmotiliteit en celproliferatie [14](#page=14). * **Extracellulaire ligandbinding:** Wanneer integrines binden aan hun extracellulaire liganden (zoals componenten van het extracellulaire matrix, ECM), verandert hun conformatie in het cytoplasmatische domein. Dit leidt tot nieuwe interacties met cytoplasmatische eiwitten [14](#page=14). * **Adapter-eiwitten:** Deze eiwitten, waaronder talins, kindlins, paxilline en vinculine, spelen een sleutelrol in het mediëren van de interactie tussen het integrine en het cytoskelet [14](#page=14). * **Signaalkinasen:** Kinasen zoals Src-familiekinasen en Focaal Adhesie Kinase (FAK) worden geactiveerd en geven signalen door via diverse signaalwegen. Bij binding van integrines aan het ECM klusteren deze receptoren, wat leidt tot de activering van het tyrosine-specifieke FAK. Er treedt transfosforylatie op van tyrosineresten in FAK, waaraan vervolgens het cytoplasmatisch tyrosinekinase Src bindt, wat het aantal gefosforyleerde tyrosines verder verhoogt [13](#page=13) [14](#page=14). * **Inside-out signaaltransductie:** Intracellulaire signaaltransductieroutes kunnen de capaciteit van integrines om extracellulaire liganden te binden, wijzigen [14](#page=14). #### 4.1.2 Extracellulaire matrix (ECM) en signaaltransductie De ECM is niet alleen een structureel element, maar speelt ook een actieve rol in celcommunicatie. De functies van de ECM omvatten [10](#page=10): * Verankering en omringing van cellen ter handhaving van de 3D-architectuur van vast weefsel [10](#page=10). * Bepaling van biomechanische eigenschappen zoals stijfheid, elasticiteit, porositeit en vorm van het extracellulaire milieu [10](#page=10). * Regulatie van celpolariteit, overleving, proliferatie, differentiatie en celbestemming, wat essentieel is voor ontwikkeling en volwassen functie [10](#page=10). * Modulatie van celmigratie, door zowel migratie te belemmeren als te faciliteren [10](#page=10). * Fungeren als bindingsplaats en reservoir voor groeifactoren, waarbij de ECM de groeifactorconcentratiegradiënt kan beïnvloeden, als co-receptor kan dienen, of de binding van de groeifactor aan zijn receptor kan ondersteunen [10](#page=10). * Activering van signaalreceptoren op het celoppervlak [10](#page=10). ##### 4.1.2.1 Fibronectine en het RGD-motief Fibronectine (FN) is een belangrijk ECM-component dat interageert met integrines. Het bestaat uit twee sterk gelijkende ketens, modulair opgebouwd met functionele bindingsdomeinen. Een cruciaal domein is het celbindingsdomein dat een RGD (Arg-Gly-Asp) sequentie bevat [32](#page=32) [33](#page=33). * **RGD-sequentie:** Deze tripeptide is essentieel voor cellulaire adhesie aan substraten. Experimenten met chemisch gesynthetiseerde peptiden met de RGD-sequentie tonen aan dat deze snelle en sterke adhesie van cellen bewerkstelligen. De RGD-sequentie bevindt zich in een lus van een type-III domein, aan dezelfde zijde als het 'synergie'gebied, wat bijdraagt aan de hoge affiniteitsbinding door integrines [32](#page=32) [34](#page=34). * **Integrine-ECM interactie:** Integrines staan in voor de interactie tussen de ECM en het cytoskelet. Immunofluorescentie van gecultiveerde fibroblasten toont colocalisatie tussen actine-bevattende stress fibers en het fibronectine-bindende integrine $\alpha5\beta1$ [35](#page=35). #### 4.1.3 Conformatieveranderingen van integrines Integrines kunnen bestaan in verschillende conformaties die hun affiniteit voor liganden bepalen [40](#page=40). * **Activatie van integrines:** Dit proces omvat conformationele veranderingen, met name in de buurt van de propeller- en $\beta$A-domeinen, wat de affiniteit voor liganden verhoogt [40](#page=40). * **Inactieve, laag-affiniteit, "gesloten gebogen" conformatie:** Dit is de standaard, niet-gebonden toestand [40](#page=40). * **Gedeeltelijk actief, gemiddelde affiniteit, "verlengd gesloten" conformatie:** Een intermediaire staat [40](#page=40). * **Actieve, hoge affiniteit, "verlengde open" conformatie:** Deze conformatie wordt bereikt door ligandbinding of door veranderingen in de interacties met adaptereiwitten zoals taline en kindline. Er is een grotere scheiding tussen de transmembraan- en cytoplasmatische domeinen [40](#page=40). * **Mechanisme van activering:** Intracellulaire signalering kan leiden tot de translocatie en activering van taline, een adapter-eiwit. Gebonden, geactiveerd taline stabiliseert de verlengde gesloten conformatie van integrine, wat de binding aan de ECM bevordert. De actinefilamenten, gebonden aan taline, oefenen vervolgens kracht uit op het ECM/integrine/taline complex. Deze spanning zet het integrine om in de volledig actieve, verlengde open vorm. Extra spanning kan leiden tot het ontvouwen van taline, waardoor nieuwe bindingsplaatsen vrijkomen voor eiwitten zoals vinculine en meer actine, wat resulteert in de groei van focale adhesies [41](#page=41). #### 4.1.4 Dystrofine glycoproteïne complex (DGC) In skeletspiercellen speelt het Dystrofine Glycoproteïne Complex (DGC) een rol in de verbinding tussen de ECM en het cytoskelet. Defecten in dit complex worden geassocieerd met spierdystrofie. Het DGC bestaat uit drie subcomplexen [42](#page=42): * $\alpha$, $\beta$ dystroglycan subcomplex [42](#page=42). * Sarcoglycaan/sarcospan subcomplex van integrale membraaneiwitten [42](#page=42). * Cytosolisch adapter subcomplex, waaronder dystrofine, dat het actine-cytoskelet verbindt met $\alpha$-dystrobrevine en het sarcoglycaan/sarcospan subcomplex [42](#page=42). ### 4.2 Mechanotransductie Mechanotransductie beschrijft de wederkerige interconversie van een mechanische kracht of stimulus en biochemische processen. Cellen reageren op mechanische krachten uit hun omgeving via mechanosensor-eiwitten [15](#page=15). * **Extracellulaire mechanosensoren:** Deze eiwitten veranderen van vorm en activiteit als reactie op mechanische prikkels. Een voorbeeld is het Fibronectine type III domein, dat zich kan ontvouwen onder invloed van mechanische kracht [15](#page=15). * **Intracellulaire mechanosensoren:** Ook intracellulaire eiwitten kunnen reageren op mechanische krachten. Het Talin-domein, een intracellulair integrine-adapter-eiwit, kan gedeeltelijk ontvouwen onder mechanische rek [15](#page=15). > **Tip:** Mechanotransductie is essentieel voor het begrijpen hoe cellen fysieke signalen uit hun omgeving interpreteren en omzetten in biochemische reacties, wat cruciaal is voor celgedrag en weefselfysiologie. > **Voorbeeld:** De spanning die cytoskeletale elementen zoals actinefilamenten uitoefenen op integrines kan de affiniteit van deze receptoren voor de ECM veranderen, wat een voorbeeld is van hoe mechanische krachten intracellulaire signalering initiëren. Dit is een sleutelmechanisme in de activering van integrines [41](#page=41). --- ## 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 | |------|------------| | Extracellulaire matrix (ECM) | Een complex netwerk van eiwitten en polysacchariden buiten de cel dat structurele ondersteuning biedt, celgedrag reguleert en bijdraagt aan de weefselfunctie. | | Cel-cel adhesiemoleculen (CAM's) | Integraal membraaneiwitten die directe bindingen tussen cellen mediëren, essentieel voor weefselvorming en organisatie. | | Integrines | Heterodimeer adhesiereceptoren op het celoppervlak die binden aan componenten van de extracellulaire matrix en een cruciale rol spelen in celadhesie, signalering en cytoskeletale integratie. | | Basale lamina | Een dunne laag ECM die de meeste epithelia en andere georganiseerde celgroepen scheidt van het onderliggende bindweefsel; dient als een steiger voor celassemblage en weefselorganisatie. | | Collageen | Een familie van vezelige eiwitten die de belangrijkste structurele componenten van de ECM vormen en bijdragen aan de treksterkte en structuur van bindweefsels. | | Proteoglycanen | Grote moleculen bestaande uit een kernproteïne waaraan glycosaminoglycanen (GAG's) zijn gebonden; spelen een rol in het waterbindend vermogen, de compressie-elasticiteit en de interactie met groeifactoren in de ECM. | | Glycosaminoglycanen (GAG's) | Lange, lineaire polysacchariden die bestaan uit herhalende disacharideenheden; ze zijn sterk negatief geladen en trekken water aan, wat bijdraagt aan de hydratatie en viscositeit van de ECM. | | Fibronectine | Een multi-adhesief matrixeiwit dat een sleutelrol speelt bij celmigratie, adhesie en weefselontwikkeling; het bevat bindingsplaatsen voor integrines en andere ECM-componenten. | | Laminine | Een belangrijk multi-domein ECM-eiwit dat voorkomt in alle basale laminae; het vormt netwerkstructuren en interageert met celadhesiereceptoren, met name integrines. | | Mechanotransductie | Het proces waarbij mechanische stimuli, zoals kracht en spanning, worden omgezet in biochemische signalen binnen de cel, wat leidt tot veranderingen in celgedrag en functie. | | Focale adhesies | Microscopische clusters van eiwitten op het celoppervlak die integrines gebruiken om de cel te verankeren aan de extracellulaire matrix en om intracellulaire signaaltransductie te mediëren. | | Syndroom van Alport | Een erfelijke nierziekte veroorzaakt door defecten in collageen type IV, wat leidt tot progressieve nierbeschadiging, gehoorverlies en oogafwijkingen. | | Dystrofine glycoproteïne complex (DGC) | Een complex van eiwitten dat de celmembraan verbindt met het extracellulaire matrix, met name in spiercellen; defecten in het DGC kunnen leiden tot spierdystrofieën zoals Duchenne. | | Scheurbuik | Een ziekte die wordt veroorzaakt door een ernstig tekort aan vitamine C, wat essentieel is voor de hydroxylering van proline- en lysine-residuen in collageenprecursoren, waardoor de vorming van stabiele drievoudige helices wordt belemmerd. | | Taline | Een intracellulair adaptereiwit dat een cruciale rol speelt in de mechanotransductie door de binding aan de cytoplasmatische staart van integrines en het verbinden ervan met het actine cytoskelet. | | Selectines | Celadhesiemoleculen die gespecialiseerde koolhydraatstructuren op aangrenzende celglycoproteïnen herkennen; ze zijn met name belangrijk voor de initiële adhesie van leukocyten aan endotheelcellen tijdens ontstekingsreacties. |

# Principes van adaptief immuunsysteem en celreceptoren Hier is een gedetailleerde samenvatting van de principes van het adaptieve immuunsysteem en celreceptoren, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 1. Principes van het adaptieve immuunsysteem Het adaptieve immuunsysteem, ook wel het specifieke immuunsysteem genoemd, kenmerkt zich door zijn vermogen om een extreem breed scala aan pathogenen te herkennen en een immunologisch geheugen te ontwikkelen. In tegenstelling tot het aangeboren immuunsysteem, dat snel reageert met een beperkt aantal receptoren, is de eerste respons van het adaptieve systeem trager (ongeveer een week) maar beschikt het over miljarden verschillende receptoren met een nagenoeg onbeperkte specificiteit. Het aangeboren immuunsysteem faciliteert de activatie van het adaptieve immuunsysteem door middel van cytokines en co-stimulatoire moleculen. Het adaptieve immuunsysteem versterkt vervolgens de effector mechanismen van het aangeboren immuunsysteem, zoals fagocytose en complementactivatie. ### 1.1 Kenmerken van aangeboren en adaptieve immuniteit * **Aangeboren immuunsysteem:** Snel, herkent DAMPs/PAMPs, heeft geen geheugen. * **Adaptief immuunsysteem:** Ontwikkelt geheugen, trage eerste respons (circa 1 week), onbeperkt aantal specificiteiten. Wanneer een pathogeen een infectie veroorzaakt, worden B- en T-cellen geactiveerd. Bij een eerste blootstelling aan een pathogeen duurt het even voordat het adaptieve immuunsysteem een respons op gang brengt. Als er eerder contact is geweest met hetzelfde pathogeen, zal de specifieke immuunrespons veel sneller optreden. Dit snelle optreden wordt mede mogelijk gemaakt door de aanwezigheid van geheugencellen die na de initiële infectie overblijven. De aanmaak van specifieke receptoren voor een eindeloos aantal antigenen is mogelijk dankzij genherschikking, een proces dat uniek is voor B- en T-cellen. ### 1.2 Lymfocyten selectie De ontwikkeling van functionele B- en T-cellen omvat strenge selectieprocessen: * **Positieve selectie:** Zorgt ervoor dat functionele receptoren worden behouden. Dit vindt plaats in de thymus voor T-cellen en in de lymfeknopen voor B-cellen. * **Negatieve selectie:** Verwijdert autoreactieve receptoren die schadelijk kunnen zijn. Dit proces is essentieel om auto-immuniteit te voorkomen en vindt plaats in de thymus voor T-cellen en in het beenmerg en de lymfeknopen voor B-cellen. ### 1.3 Genereren van diversiteit in receptoren Het adaptieve immuunsysteem kan een enorme diversiteit aan receptoren genereren met een beperkt aantal genen door middel van combinaties van genfragmenten. Dit proces is fundamenteel voor de aanmaak van B-celreceptoren (BCR) en T-celreceptoren (TCR). * **Combinatoire diversiteit:** Willekeurige combinaties van genfragmenten (V, (D), J) leiden tot een breed scala aan receptoren. * **Junctionele diversiteit:** Toevoeging van P- en N-nucleotiden tijdens het verbindingsproces verhoogt de variabiliteit. * **Somatische hypermutatie (alleen bij B-cellen):** Gericht op de variabele regio's van immunoglobulines, verhoogt de affiniteit voor antigenen na activatie. ### 1.4 De B-cel receptor (BCR) en immunoglobulines (Ig) De B-cel receptor (BCR) is een membraangebonden immunoglobuline (Ig) molecuul dat specifiek is voor één antigeen. Elke B-cel produceert Ig's met één specifieke herkenning. Na activatie door binding aan een antigeen, prolifereren en differentiëren B-cellen tot plasmacellen die grote hoeveelheden van dezelfde antistoffen (antilichamen, Ab) secreteren. Deze antistoffen zijn oplosbaar en circuleren in lichaamsvloeistoffen. **Structuur van antilichamen:** Antilichamen hebben een typische Y-vormige structuur, bestaande uit twee identieke zware ketens en twee identieke lichte ketens. De uiteinden van de 'armen' van de Y bevatten de variabele regio's (V_L en V_H), die verantwoordelijk zijn voor de antigeenbinding en de specificiteit. Het 'lichaam' van de Y bevat de constante regio's (C_L en C_H), die de effectorfuncties bepalen en overeenkomen met de vijf verschillende Ig-klassen (isotypen): IgM, IgD, IgG, IgA en IgE. De hypervariabele regio's binnen de variabele domeinen, ook wel complementair-determinerende regio's (CDR's) genoemd, vormen het antigeen-bindingsvlak. **Antigeenherkenning:** Een antilichaam herkent een specifiek deel van een macromolecuul, de antigeendeteminant of epitoop. Een antigeen kan meerdere epitopen dragen, waardoor het multivalent is. De interactie tussen antigeen en antilichaam is gebaseerd op niet-covalente bindingen (elektrostatische krachten, waterstofbruggen, van der Waals-krachten en hydrofobe interacties). **Functies van antilichamen:** De functies van antilichamen zijn divers en worden deels bepaald door het Fc-gedeelte (constant fragment). Belangrijke functies omvatten neutralisatie van pathogenen, opsonisatie (het markeren van pathogenen voor fagocytose), complementactivatie en interactie met Fc-receptoren op immuuncellen. De verschillende isotypes hebben gespecialiseerde functies en locaties: * **IgM:** Eerste respons, vaak pentameer, sterk in complementactivatie. * **IgG:** Meest voorkomend in bloed, kan door de placenta, belangrijke rol in opsonisatie en neutralisatie. * **IgA:** Belangrijk voor mucosale immuniteit, aanwezig in secreties zoals speeksel en moedermelk. * **IgE:** Betrokken bij allergische reacties en bescherming tegen parasieten, bindt aan mastcellen en basofielen. * **IgD:** Voornamelijk aanwezig op naïeve B-cellen als receptor. ### 1.5 De T-cel receptor (TCR) De T-cel receptor (TCR) is een membraangebonden receptor die T-cellen gebruiken om antigenen te herkennen. In tegenstelling tot BCR's, worden TCR's nooit gesecreteerd; ze blijven altijd membraangebonden. De TCR bestaat doorgaans uit een alfa ($\alpha$) en een bèta ($\beta$) keten ( $\alpha\beta$-TCR's), elk met een variabele en een constante regio. Er bestaan ook $\gamma\delta$-TCR's. Elke T-cel drukt slechts één type TCR uit met een uniforme specificiteit. Net als de BCR, signaleert de TCR niet zelf. Dit signaal wordt doorgegeven via geassocieerde eiwitcomplexen: * **Voor B-cellen:** Ig$\alpha$/Ig$\beta$ complex. * **Voor T-cellen:** CD3 complex (bestaande uit $\gamma$, $\delta$, $\epsilon$, $\zeta$ ketens). ### 1.6 Antigenpresentatie en MHC T-cellen herkennen geen native eiwitten of losse epitopen. Zij herkennen peptidefragmenten die gepresenteerd worden in de groeve van Major Histocompatibility Complex (MHC) moleculen op de celmembraan. Bij mensen wordt het MHC-complex het Human Leukocyte Antigen (HLA) complex genoemd. * **MHC klasse I moleculen:** Worden op vrijwel alle lichaamscellen (behalve rode bloedcellen) tot expressie gebracht. Ze presenteren peptiden afkomstig uit het cytosol, typisch van intracellulaire pathogenen zoals virussen. Interactie met CD8+ T-cellen. * **MHC klasse II moleculen:** Worden voornamelijk tot expressie gebracht op antigeenpresenterende cellen (APC's) zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen. Ze presenteren peptiden afkomstig uit het vesiculaire systeem, typisch van extracellulaire pathogenen die zijn opgenomen via fagocytose of pinocytose. Interactie met CD4+ T-cellen. Het proces van antigenpresentatie omvat twee stappen: 1. **Antigeenverwerking (processing):** Het afbreken van native eiwitten tot peptidefragmenten door proteasomen (voor klasse I) of endosomale/lysosomale proteasen (voor klasse II). 2. **Antigeenpresentatie (presentation):** Het laden van de peptidefragmenten op MHC-moleculen en transport naar het celoppervlak. Het MHC-complex is extreem polymorf, wat betekent dat er veel verschillende allelen (varianten) bestaan in de populatie. Dit polymorfisme is geconcentreerd in de peptide-bindingsgroeven en stelt individuen in staat om een breed scala aan peptiden te presenteren en dus een diverse reeks pathogenen te bestrijden. Dit polymorfisme is echter ook de oorzaak van weefselafstoting bij transplantaties, omdat T-cellen de 'vreemde' MHC-moleculen herkennen. ### 1.7 MHC en auto-immuniteit De associatie tussen specifieke HLA-types en auto-immuunziekten is een duidelijk voorbeeld van de rol van het immuunsysteem in deze aandoeningen. Verschillen in het peptide-bindingsprofiel van bepaalde HLA-moleculen kunnen ertoe leiden dat lichaamseigen peptiden worden gepresenteerd op een manier die een immuunrespons kan opwekken. Omgevingsfactoren, zoals infecties en roken, kunnen in combinatie met genetische aanleg (waaronder specifieke HLA-types en andere immuungerelateerde genen) de ontwikkeling van auto-immuniteit beïnvloeden. ### 1.8 Generatie van receptordiversiteit De generatie van miljarden verschillende B- en T-celreceptoren vindt plaats via genherschikking, voornamelijk door de RAG-enzymen (Recombination Activating Genes). * **B-cellen:** Herschikking van V-, D- en J-gensegmenten voor de zware keten en V- en J-segmenten voor de lichte keten. Dit gebeurt in het beenmerg. * **T-cellen:** Vergelijkbaar met B-cellen, met herschikking van V-, D- en J-segmenten voor de TCR-ketens. Dit vindt plaats in de thymus. Naast combinatorische diversiteit en junctionele diversiteit (inclusief de toevoeging van P- en N-nucleotiden door TdT), ondergaan B-cellen ook somatische hypermutatie. Dit proces, gemedieerd door AID (Activation-Induced Cytidine Deaminase), introduceert mutaties in de variabele regio's van immunoglobulines, wat leidt tot affiniteitsmaturatie en de selectie van B-cellen met een hogere bindingsaffiniteit voor het antigeen. ### 1.9 Isotype switching Naast somatische hypermutatie kunnen B-cellen ook een isotype switch ondergaan, eveneens gemedieerd door AID. Dit proces verandert de constante regio van de immunoglobuline, waardoor de effectorfunctie en distributie van het antilichaam veranderen (bijvoorbeeld van IgM naar IgG, IgA of IgE), terwijl de antigeenspecificiteit behouden blijft. Dit is een onomkeerbaar proces op DNA-niveau. --- # Genereren van diverse receptoren en immuunglobuline isotype switch Dit gedeelte behandelt de mechanismen die leiden tot de enorme diversiteit van B-celreceptoren (immunoglobulinen) en T-celreceptoren, inclusief combinatorische en junctionele diversiteit, en de processen van isotype switch en somatische hypermutatie die optreden bij B-cellen tijdens een immuunrespons. ### 2.1 Principes van de receptor diversiteit Het adaptieve immuunsysteem kenmerkt zich door een bijna oneindig aantal specificiteiten, wat mogelijk wordt gemaakt door de aanmaak van miljarden verschillende receptoren op B- en T-cellen. Dit in tegenstelling tot het aangeboren immuunsysteem dat een beperkt aantal receptoren heeft. De specifieke immuniteit werkt door middel van antigeen-specifieke klonale expansie en differentiatie. Eén B-cel of T-cel brengt meerdere receptoren van *dezelfde* specificiteit tot expressie, en het immuunsysteem maakt vooraf miljarden cellen aan met *verschillende* receptor-specificiteiten, om zo voorbereid te zijn op elk mogelijk pathogeen. #### 2.1.1 Mechanismen voor receptor diversiteit De enorme diversiteit van B-celreceptoren (BCR) en T-celreceptoren (TCR) wordt niet verkregen door een groot aantal genen, zoals bij bijvoorbeeld reukreceptoren, maar door genetische manipulatie van een beperkt aantal genen. Dit proces, dat uniek is voor B- en T-cellen, leidt tot DNA-veranderingen. * **Combinatorische diversiteit:** Dit mechanisme berust op de willekeurige combinatie van verschillende genfragmenten. * **Lichte ketens (B-cellen):** Het gen voor de lichte keten is opgesplitst in een variabel (V) en een joining (J) segment. Door de willekeurige combinatie van verschillende V- en J-segmenten ontstaat variabiliteit. * **Zware keten (B-cellen en TCR):** Het gen voor de zware keten (en de TCR-ketens) is verder opgesplitst in V-, D- (diversity) en J-segmenten. De combinatie van V, D en J segmenten leidt tot een nog grotere combinatorische diversiteit. * **Combinatie van ketens:** De uiteindelijke receptor ontstaat door de combinatie van verschillende lichte en zware ketens, wat de diversiteit verder vergroot. * **Junctionele diversiteit:** Dit mechanisme introduceert extra variabiliteit tijdens het proces van genherschikking. * **RAG-gemedieerde rejoining:** De Rearrangement Activating Genes (RAG1 en RAG2) zijn lymfocytspecifieke enzymen die dubbelstrengige DNA-breuken induceren bij de Recombination Signal Sequences (RSS) rond de V-, D- en J-segmenten. * **Verwijdering van DNA:** Het DNA tussen de gekozen segmenten wordt uitgeloopt. * **N-nucleotiden toevoeging:** Het enzym Terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) voegt willekeurig nucleotiden (N-nucleotiden) toe aan de uiteinden van de gebroken DNA-strengen. Dit proces vindt plaats vóór de ligatie. * **P-nucleotiden:** Bij het openknippen van haarspeldstructuren die ontstaan na de RAG-knip kunnen korte palindromische sequenties (P-nucleotiden) worden gevormd. * **DNA-herstel:** Het cel eigen DNA-herstelmechanisme (non-homologous end joining, NHEJ) zet de DNA-uiteinden aan elkaar, inclusief de toegevoegde P- en N-nucleotiden. Dit proces is cruciaal voor het ontstaan van functionele receptoren en leidt tot aanzienlijke variabiliteit, met name in het CDR3-gebied. * **Verschillen met TCR:** Hoewel TCR-genen op een vergelijkbare manier herschikken, is de junctionele diversiteit over het algemeen groter bij T-cellen dan bij B-cellen. TCR's ondergaan geen somatische hypermutatie of isotype switch. > **Tip:** De RAG-enzymen en TdT zijn cruciaal voor de diversificatie van B- en T-celreceptoren. Defecten in deze genen of in het DNA-herstelmechanisme leiden tot ernstige gecombineerde immuundeficiëntie (SCID). ### 2.2 Immunoglobuline isotype switch (Class Switch Recombination - CSR) Naast de initiële generatie van variabele receptoren via V(D)J-recombinatie, kunnen B-cellen tijdens een immuunrespons hun geproduceerde immunoglobuline (Ig) klasse veranderen. Dit proces, genaamd isotype switch of class switch recombination (CSR), stelt B-cellen in staat om Ig-klassen met verschillende effectorfuncties te produceren, terwijl de antigeenspecificiteit (bepaald door de V-regio) behouden blijft. * **Mechanisme:** * CSR vindt plaats in de lymfeklieren en wordt gemedieerd door het Activation-Induced Cytidine Deaminase (AID) enzym. * AID zet cytidine om in uridine in specifieke switch-regio's (S-regio's) die gelegen zijn tussen de constante (C) genen van de zware keten (Cμ, Cδ, Cγ, Cα, Cε). * Door DNA-breuken in deze S-regio's en de daaropvolgende DNA-herstel (NHEJ) wordt een deel van het DNA, inclusief de code voor eerdere isotypen (zoals Cμ voor IgM), uit het genoom verwijderd. * Het herschikte VDJ-segment wordt vervolgens direct gekoppeld aan het C-gen van een ander isotype (bv. Cγ voor IgG). * Dit proces is **irriversibel** en permanent op DNA-niveau. * **Begin isotype:** B-cellen produceren initieel altijd IgM en IgD, omdat hun C-genen (Cμ en Cδ) het dichtst bij het VDJ-segment liggen. * **Gevolg:** Na CSR produceert de B-cel een ander isotypes antilichaam (bv. IgG, IgA, IgE) met dezelfde antigeen-specificiteit, maar met aangepaste effectorfuncties die beter geschikt zijn voor de aard van het pathogeen of de locatie van de infectie. > **Voorbeeld:** Een B-cel die initieel IgM produceert tegen een extracellulaire bacterie, kan na interactie met T-helpercellen en cytokines een isotype switch ondergaan om IgA te produceren voor bescherming op mucosale oppervlakken, of IgG voor opsonisatie en complementactivatie. ### 2.3 Somatische hypermutatie (SHM) Somatische hypermutatie (SHM) is een proces dat uitsluitend optreedt in geactiveerde, perifere B-cellen tijdens een immuunrespons. Het introduceert puntmutaties in de V-regio's van zowel de lichte als de zware ketens van het immunoglobulinegen, wat leidt tot een toename van de bindingsaffiniteit van het antilichaam voor het antigeen. * **Mechanisme:** * SHM wordt ook gemedieerd door het AID-enzym. * AID zet cytidines om in uridines in het DNA van de V-regio's. * Tijdens DNA-replicatie wordt uridine vaak verkeerd geïnterpreteerd als thymine, wat leidt tot C-naar-T of G-naar-A transmutaties. * Deze mutaties treden voornamelijk op in de hypervariabele regio's (CDR's), die essentieel zijn voor antigeenbinding. * **Affiniteitsmaturatie:** De introductie van mutaties is een continue proces waarbij B-cellen met verbeterde antigeenbindingsaffiniteit worden geselecteerd en geprolifereerd (affiniteitsmaturatie). Dit leidt tot de productie van antilichamen met een hogere affiniteit en effectiviteit tegen het antigeen. * **Selectie:** B-cellen waarvan de antilichamen door de mutaties een verhoogde affiniteit vertonen, worden selectief bevorderd. Antilichamen met veranderde structuur of verminderde affiniteit worden weg geselecteerd. * **Onderscheid met RAG-gemedieerde processen:** In tegenstelling tot V(D)J-recombinatie, dat plaatsvindt tijdens de ontwikkeling van naïeve B-cellen en structurele variatie introduceert, vindt SHM plaats op reeds herschikte genen in reeds gedifferentieerde B-cellen om de affiniteit te optimaliseren. > **Belangrijk:** SHM is een sleutelmechanisme voor de effectiviteit van de humorale immuunrespons, met name bij de bestrijding van virale infecties waar hoge affiniteit antistoffen cruciaal zijn voor neutralisatie. Het verhoogt ook de diagnostische waarde van antistoffen, zoals bij het bepalen van de recentheid van een infectie op basis van IgG-aviditeit. ### 2.4 Genereren van miljarden verschillende receptoren (T- en B-cellen) De mechanismen van combinatorische diversiteit, junctionele diversiteit en, voor B-cellen, somatische hypermutatie, creëren samen een enorm T-celreceptor (TCR) en B-celreceptor (BCR) repertoire. * **Potentieel repertoire:** Theoretisch kan het aantal unieke receptoren dat door de combinatorische en junctionele diversiteit kan worden gegenereerd, astronomisch hoog zijn, naar schatting tot $10^{18}$ voor TCR's en $5 \times 10^{13}$ voor BCR's. * **Effectief repertoire:** In een individu is het aantal daadwerkelijk geproduceerde en circulerende B- en T-cellen met unieke receptoren kleiner, geschat op $10^7$ tot $10^8$. * **Aangesproken repertoire:** Slechts een klein percentage van deze receptoren wordt daadwerkelijk gebruikt tijdens immuunresponsen, resulterend in een aangesproken repertoire van $10^5$ tot $10^6$ geheugencellen. Ondanks de enorme potentiële diversiteit is het aantal cellen met een specifieke receptor beperkt, wat het belang onderstreept van klonale expansie na antigeenherkenning om een effectieve immuunrespons te genereren. Dit systeem is kostbaar, maar essentieel om bescherming te bieden tegen een breed scala aan pathogenen. #### 2.4.1 B-cel versus T-cel receptor kenmerken | Kenmerk | B-cel receptor (BCR/Ig) | T-cel receptor (TCR) | | :--------------------- | :---------------------------------------------------- | :------------------------------------------------------------- | | **Structuur** | Membraangebonden Ig, geassocieerd met Igα/Igβ | αβ of γδ heterodimeer, geassocieerd met CD3 complex | | **Antigeenherkenning** | Niet-peptidische structuren (suikers, lipiden, eiwitten, nucleïnezuren), native conformationeel of lineair | Peptiden gebonden aan MHC-moleculen | | **Presentatie** | Vrije antigenen | Gepresenteerd door MHC klasse I of II moleculen | | **Locatie herkenning** | Extracellulair | Intracellulair (MHC I) of extracellulair (MHC II) | | **Gesecreteerd?** | Ja, als antilichaam (Ab) | Nee, altijd membraangebonden | | **Isotypen** | Ja (IgM, IgD, IgG, IgA, IgE) | Nee | | **Isotype switch?** | Ja (CSR) | Nee | | **Somatische hypermutatie?** | Ja | Nee | | **Diversiteit generatie** | V(D)J recombinatie, junctionele diversiteit, SHM | V(D)J recombinatie, junctionele diversiteit | | **Effector functie** | Directe neutralisatie, opsonisatie, complementactivatie, cel-gemedieerde cytotoxiciteit (via ADCC) | Helperfunctie (CD4+), cytotoxische functie (CD8+), regulatie | | **Bindingsepitopen** | Meerdere epitopen op een antigeen | Eén specifiek peptide-MHC complex | --- # Major Histocompatibility Complex (MHC) en antigenpresentatie 3. Major histocompatibility complex (MHC) en antigenpresentatie Het Major Histocompatibility Complex (MHC), ook bekend als Humane Leukocyten Antigenen (HLA) bij mensen, speelt een cruciale rol in het immuunsysteem door peptiden te presenteren aan T-cellen, wat essentieel is voor de herkenning van lichaamseigen en lichaamsvreemde entiteiten. ### 3.1 Structuur en functie van MHC-moleculen Het MHC-complex is een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak, essentieel voor immuunherkenning. Bij mensen worden deze eiwitten HLA-antigenen genoemd. MHC-moleculen zijn sterk polymorf, wat betekent dat er veel verschillende varianten (allotypes) in de populatie bestaan. Dit polymorfisme is geconcentreerd in de peptide-bindende groef van het molecuul, wat leidt tot de binding van verschillende peptiden en dus een breed scala aan herkenning. Er zijn twee hoofdklassen van MHC-moleculen: * **MHC klasse I:** * Bestaat uit één zware keten die met een β₂-microglobuline-eiwit associeert. * Wordt tot expressie gebracht op vrijwel alle lichaamscellen (behalve erytrocyten). * Presenteert peptiden die afkomstig zijn uit het cytosol van de cel, zoals virale eiwitten of intracellulaire bacteriële eiwitten. * Herkent door CD8+ T-cellen (cytotoxische T-lymfocyten). * **MHC klasse II:** * Bestaat uit een α-keten en een β-keten. * Wordt voornamelijk tot expressie gebracht op antigeen-presenterende cellen (APC's), zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen, en thymusepitheelcellen. * Presenteert peptiden die afkomstig zijn uit extracellulaire omgeving, verkregen via fagocytose of pinocytose. * Herkent door CD4+ T-cellen (helper T-cellen). Het MHC-complex bevindt zich op chromosoom 6 en bevat naast de klasse I en II genen ook klasse III genen die coderen voor andere immunologisch belangrijke eiwitten, zoals complementfactoren. De genen voor MHC klasse I en II worden als haplotypes overgeërfd, wat betekent dat ze meestal samen van één ouder worden doorgegeven. ### 3.2 Antigenverwerking en -presentatie Het proces waarbij eiwitten worden afgebroken tot peptiden en gepresenteerd worden door MHC-moleculen, wordt antigenverwerking en -presentatie genoemd. Dit gebeurt via twee belangrijke routes: #### 3.2.1 MHC klasse I-route (intracellulaire peptiden) 1. **Peptidegeneratie:** Eiwitten in het cytosol, zoals virale eiwitten, worden afgebroken tot peptiden door het proteasoom. 2. **Transport naar ER:** Deze peptiden worden getransporteerd naar het endoplasmatisch reticulum (ER) via het ATP-afhankelijke transportmolecuul TAP (Transporters Associated with Antigen Processing). 3. **MHC klasse I-assemblage:** In het ER worden de α-ketens van MHC klasse I-moleculen gesynthetiseerd en geassocieerd met β₂-microglobuline. Terwijl ze nog in het ER zijn, worden ze beladen met peptiden uit het cytosol. Lege MHC klasse I-moleculen zijn instabiel. 4. **Celmembraanpresentatie:** Het peptide-MHC klasse I-complex wordt vervolgens getransporteerd naar het celoppervlak. #### 3.2.2 MHC klasse II-route (extracellulaire peptiden) 1. **Antigeenopname:** Extracellulaire antigenen worden opgenomen door APC's via fagocytose of pinocytose en komen terecht in endosomen. 2. **MHC klasse II-assemblage en peptidebinding:** MHC klasse II-moleculen worden gesynthetiseerd in het ER, geassocieerd met een invariante keten (Ii) die de peptide-bindende groef blokkeert. Dit complex wordt getransporteerd naar het endosomale compartiment. In de zure omgeving van het endosoom wordt de invariante keten afgebroken, waarbij een klein fragment, CLIP (Class II Associated Invariant chain Peptide), achterblijft. Een ander eiwit, HLA-DM, wisselt CLIP uit voor de daadwerkelijke extracellulaire peptiden. 3. **Celmembraanpresentatie:** Het peptide-MHC klasse II-complex wordt naar het celoppervlak getransporteerd. #### 3.2.3 Cross-presentatie Een speciaal mechanisme, cross-presentatie, wordt uitgevoerd door sommige dendritische cellen. Hierbij worden extracellulaire antigenen, normaal gesproken gepresenteerd via MHC klasse II, ook via de MHC klasse I-route gepresenteerd. Dit maakt het mogelijk om een CD8+ T-celrespons op te wekken tegen antigenen die normaal gesproken niet in het cytosol worden gegenereerd. ### 3.3 Herkenning door T-cellen T-cellen herkennen antigenen niet als vrije moleculen, maar als peptiden gebonden aan MHC-moleculen. De T-celreceptor (TCR) interageert met zowel het peptide als het MHC-molecuul. Dit principe staat bekend als MHC-restrictie. * **CD8+ T-cellen** (cytotoxische T-lymfocyten) herkennen peptiden gepresenteerd door MHC klasse I-moleculen. Deze T-cellen kunnen geïnfecteerde lichaamseigen cellen identificeren en elimineren. * **CD4+ T-cellen** (helper T-cellen) herkennen peptiden gepresenteerd door MHC klasse II-moleculen. Deze T-cellen helpen bij de activatie van andere immuuncellen, waaronder B-cellen en CD8+ T-cellen. ### 3.4 MHC en Ziekte Verschillen in MHC/HLA-moleculen tussen individuen spelen een belangrijke rol bij: * **Transplantatieafstoting:** Grote verschillen in MHC/HLA tussen donor en ontvanger leiden tot een sterke immuunreactie, omdat T-cellen de getransplanteerde cellen als vreemd herkennen. Dit verklaart de noodzaak van HLA-matching bij orgaantransplantaties. * **Auto-immuunziekten:** Bepaalde HLA-types zijn geassocieerd met een verhoogd risico op het ontwikkelen van auto-immuunziekten. Dit komt doordat deze specifieke HLA-moleculen endogene peptiden presenteren die ten onrechte als vreemd worden herkend door het immuunsysteem, wat leidt tot een auto-immuunreactie. Voorbeelden hiervan zijn de associatie van HLA-DR4 met reumatoïde artritis en bepaalde HLA-types met type 1 diabetes. De specifieke peptiden die aan deze risicovolle HLA-moleculen binden, kunnen een doorslaggevende rol spelen in de pathogenese. De inherente diversiteit van het MHC-systeem, zowel binnen een individu (polygenisch) als binnen de populatie (polymorfisme), is cruciaal voor de collectieve weerstand tegen een breed scala aan pathogenen. Echter, dit polymorfisme draagt ook bij aan uitdagingen zoals transplantatieafstoting en de gevoeligheid voor auto-immuunziekten. --- # Auto-immuniteit en MHC Dit gedeelte onderzoekt de link tussen het MHC-complex en de ontwikkeling van auto-immuunziekten, waarbij de rol van genetische variaties in MHC-genen in de vatbaarheid voor specifieke auto-immuunziekten wordt belicht. ## 4. Auto-immuniteit en MHC ### 4.1 De rol van het Major Histocompatibility Complex (MHC) Het Major Histocompatibility Complex (MHC), bij mensen bekend als Human Leukocyte Antigen (HLA), is een groep genen die een cruciale rol speelt in het immuunsysteem, met name bij de presentatie van antigenen aan T-cellen. Genetische variaties binnen dit complexe gengebied beïnvloeden de vatbaarheid voor auto-immuunziekten significant. #### 4.1.1 Ontdekking en structuur van MHC/HLA * **Ontdekking:** Het MHC-complex werd ontdekt tijdens transplantatie-experimenten, waarbij werd waargenomen dat weefseltransplantaties tussen individuen van verschillende stammen vaak werden afgestoten. Dit fenomeen, bekend als histocompatibiliteit, werd later gekoppeld aan de functie van T-cellen en de moleculen die op celoppervlakken werden aangetroffen. Bij mensen werd dit onderzocht via humane leukocytenantigenen (HLA), ontdekt op witte bloedcellen. * **Genetische Loci:** Het MHC-complex omvat meer dan 200 genen op chromosoom 6 en is onderverdeeld in drie regio's: klasse I, klasse II en klasse III genen. * **Klasse I genen:** Inclusief HLA-A, -B en -C, zijn zeer polymorf en coderen voor eiwitten die aanwezig zijn op de meeste lichaamscellen. * **Klasse II genen:** Inclusief HLA-DR, -DQ en -DP, zijn ook polymorf en worden voornamelijk tot expressie gebracht op antigeen-presenterende cellen (APC's) zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen. * **Klasse III genen:** Coderen voor diverse andere immunologisch belangrijke eiwitten, waaronder complementfactoren (C2, C4) en TNF. * **Polymorfisme:** Het MHC-systeem is extreem polymorf, wat betekent dat er in de populatie zeer veel verschillende varianten (allelen) van deze genen bestaan. Dit polymorfisme is geconcentreerd in de peptide-bindende groeve van de MHC-moleculen en beïnvloedt welke peptiden gebonden en gepresenteerd kunnen worden. #### 4.1.2 MHC-moleculen en hun functie MHC-moleculen zijn eiwitten die zich op het celoppervlak bevinden en dienen om peptidefragmenten van antigenen te presenteren aan T-cellen. * **MHC Klasse I:** * Bestaat uit een zware keten (gecodeerd door HLA-A, -B, -C) die geassocieerd is met $\beta_2$-microglobuline (gecodeerd op een ander chromosoom). * Presenteert peptiden afkomstig uit het cytosol, vaak van virale of intracellulaire bacteriële eiwitten. * Wordt herkend door CD8$^{+}$ T-cellen (cytotoxische T-lymfocyten), die vervolgens geïnfecteerde cellen kunnen doden. * Wordt tot expressie gebracht op vrijwel alle lichaamscellen, behalve rode bloedcellen. * **MHC Klasse II:** * Bestaat uit een $\alpha$-keten en een $\beta$-keten. * Presenteert peptiden afkomstig uit de extracellulaire ruimte, verkregen via fagocytose of pinocytose. * Wordt herkend door CD4$^{+}$ T-cellen (helper T-cellen), die de immuunrespons coördineren. * Wordt voornamelijk tot expressie gebracht op APC's. #### 4.1.3 Antigeenverwerking en presentatie * **Antigeenverwerking:** Het proces waarbij eiwitten worden afgebroken tot peptidefragmenten die aan MHC-moleculen kunnen binden. * **Voor MHC Klasse I:** Cytosolische eiwitten worden door het proteasoom afgebroken tot peptiden. Deze peptiden worden vervolgens via TAP-transporters naar het endoplasmatisch reticulum (ER) getransporteerd, waar ze aan nieuw gesynthetiseerde MHC klasse I-moleculen binden. * **Voor MHC Klasse II:** Extracellulaire antigenen worden opgenomen via endocytose en in endosomale compartimenten afgebroken. MHC klasse II-moleculen, die in het ER worden gesynthetiseerd en begeleid door de invariante keten (Ii), migreren naar deze compartimenten. De invariante keten wordt verwijderd en de MHC klasse II-groeve wordt gevuld met peptiden uit de endosomale afbraak. * **Presentatie:** De combinatie van een MHC-molecuul met een peptide wordt op het celoppervlak getransporteerd, waar het door T-celreceptoren (TCR's) kan worden herkend. ### 4.2 MHC en Auto-immuniteit Genetische variaties in MHC-genen zijn sterk geassocieerd met de vatbaarheid voor auto-immuunziekten. #### 4.2.1 Mechanismen van MHC-geassocieerde auto-immuniteit * **Veranderde peptidebinding:** Verschillende MHC-allelen hebben verschillende peptide-bindende groeven, waardoor ze een unieke set peptiden kunnen presenteren. Genetische verschillen in MHC kunnen leiden tot de presentatie van lichaamseigen peptiden die anders niet of minder efficiënt zouden worden gepresenteerd, wat een immuunrespons tegen eigen weefsels kan uitlokken. * **Cross-reactiviteit:** T-cellen die specifiek zijn voor een pathogeen peptide, kunnen mogelijk ook reageren op een lichaamseigen peptide dat structureel vergelijkbaar is met het pathogene peptide (moleculaire mimicry). * **Defecte negatieve selectie:** Tijdens de ontwikkeling in de thymus ondergaan T-cellen negatieve selectie om autoreactieve cellen te elimineren. Genetische predispositie gerelateerd aan MHC kan leiden tot onvoldoende eliminatie van autoreactieve T-cellen. * **Associatie met specifieke ziekten:** Bepaalde HLA-allelen zijn geassocieerd met een verhoogd risico op specifieke auto-immuunziekten. * **Diabetes Mellitus Type 1 (DM1):** Sterk geassocieerd met bepaalde HLA klasse II-allelen, met name HLA-DR3 en HLA-DR4. Individuen met deze allelen hebben een significant verhoogd risico op het ontwikkelen van DM1. * **Reumatoïde Artritis (RA):** Sterk geassocieerd met HLA-DR4. Specifieke subtypen van DR4 (bijv. *0401, *0404, *0405, *0408) verhogen het risico aanzienlijk, terwijl andere subtypen (bijv. *0402) geen verhoogd risico geven. De associatie ligt in specifieke aminozuurvariaties in het peptide-bindende gedeelte van de DRB1-keten. Dit suggereert dat de binding van bepaalde peptiden aan dit specifieke HLA-DR4-molecuul cruciaal is voor de ontwikkeling van RA. * **Spondylitis Ankylosans:** Zeer sterk geassocieerd met HLA-B27, met een extreem verhoogd relatief risico. * **Narcolepsie:** Sterk geassocieerd met HLA klasse II-allelen. #### 4.2.2 Multifactoriële pathogenese van auto-immuniteit Hoewel MHC-genen een belangrijke genetische component vormen, zijn auto-immuunziekten multifactorieel. Omgevingsfactoren, zoals infecties (bijvoorbeeld mondbacteriën die peptidylarginine deiminase (PAD) induceren, wat leidt tot citrullinatie van eiwitten) en roken, spelen ook een rol bij het ontstaan van auto-immuniteit. Genetische factoren buiten het MHC-gebied, zoals polymorfismen in genen die betrokken zijn bij T-celactivatie (bijv. PTPN22, CTLA4), dragen ook bij aan de vatbaarheid. De interactie tussen genetische aanleg (inclusief MHC-type) en omgevingsfactoren bepaalt uiteindelijk of een individu een auto-immuunziekte ontwikkelt. > **Tip:** Begrip van de MHC-restrictie is essentieel: T-cellen herkennen antigenen alleen wanneer ze worden gepresenteerd door specifieke MHC-moleculen. Verschillen in MHC tussen individuen verklaren waarom transplantaten worden afgestoten en waarom sommige individuen gevoeliger zijn voor bepaalde auto-immuunziekten. > **Voorbeeld:** Iemand met het HLA-DR4-alleel kan bepaalde lichaamseigen peptiden (bijvoorbeeld uit gecitrullineerde eiwitten) efficiënter presenteren aan T-cellen dan iemand zonder dit allel. Dit kan leiden tot een immuunrespons tegen deze lichaamseigen eiwitten en uiteindelijk tot de ontwikkeling van reumatoïde artritis. --- ## 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 deel van het immuunsysteem dat specifiek gericht is tegen ziekteverwekkers en een immunologisch geheugen opbouwt. Het ontwikkelt zich gedurende het leven door blootstelling aan antigenen. | | Ag | Afkorting voor Antigeen, een molecuul dat een immuunrespons kan opwekken, meestal een eiwit of polysacharide sequentie op de oppervlakte van pathogenen of abnormale cellen. | | AID | Activation-Induced Cytidine Deaminase, een enzym dat betrokken is bij somatische hypermutatie en isotype switch bij B-cellen. Het deamineert cytidine naar uridine, wat leidt tot mutaties in het DNA. | | Affiniteit | De bindingssterkte van één enkele antigeen-bindingsplaats aan een epitoop. Hoge affiniteit betekent een sterke, specifieke binding tussen het antigeen en het antilichaam. | | Affiniteitsmaturatie | Het proces waarbij de affiniteit van antilichamen voor een specifiek antigeen toeneemt tijdens een immuunrespons, voornamelijk door somatische hypermutatie en selectie van B-cellen met hoogaffiene receptoren. | | Alloreactiviteit | Een immuunreactie van een individu tegen cellen of weefsels van een ander individu van dezelfde soort, voornamelijk veroorzaakt door verschillen in MHC/HLA-moleculen. | | Allotype | Een variant van een eiwit dat bij verschillende individuen van dezelfde soort voorkomt, veroorzaakt door genetische polymorfismen. Bij MHC/HLA verwijst dit naar de verschillende vormen van de MHC-moleculen. | | Antigen-presentatie | Het proces waarbij peptidefragmenten, afkomstig van eiwitten, worden gebonden aan MHC-moleculen en aan het celoppervlak worden gepresenteerd aan T-cellen. | | Antigen-specifieke kloonexpansie | Het proces waarbij een specifiek lymfocyt (B- of T-cel) dat een bepaald antigeen herkent, wordt gestimuleerd om te prolifereren en een grote populatie van identieke cellen te vormen. | | Antigeen | Een molecuul dat een immuunrespons kan opwekken. Dit kan een deel van een bacterie, virus, schimmel, of een lichaamsvreemd molecuul zijn. | | Antilichaam | Een Y-vormig eiwit, geproduceerd door plasmacellen, dat specifiek kan binden aan antigenen. Het is de effector van humorale immuniteit en speelt een rol bij neutralisatie, opsonisatie en complementactivatie. | | Auto-immuniteit | Een aandoening waarbij het immuunsysteem ten onrechte eigen lichaamseigen weefsels en cellen aanvalt. Dit wordt veroorzaakt door een verlies van tolerantie voor zelf-antigenen. | | Aviditeit | De totale bindingssterkte van een antilichaammolecule met meerdere bindingsplaatsen aan een antigeen. Dit is het product van de affiniteiten van alle individuele bindingsplaatsen. | | B cel | Een type lymfocyt dat verantwoordelijk is voor de humorale immuniteit. B-cellen produceren antistoffen (immunoglobulinen) en ontwikkelen zich tot plasmacellen en geheugen B-cellen. | | BCR | B-celreceptor, een membraangebonden immunoglobuline op het oppervlak van B-cellen dat dient als receptor voor antigenen. Het is geassocieerd met Igα en Igβ voor signaaltransductie. | | Combinatorische diversiteit | De diversiteit in receptoren die wordt gegenereerd door de willekeurige combinatie van verschillende genfragmenten (V, (D), J) tijdens de ontwikkeling van B- en T-cellen. | | Complement | Een systeem van eiwitten in het bloed die deel uitmaken van het aangeboren immuunsysteem. Het kan pathogenen direct lyseren, fagocytose bevorderen en ontstekingsreacties mediëren. | | Cytokine | Kleine eiwitten die door immuuncellen worden geproduceerd en die communiceren tussen cellen, het immuunsysteem moduleren en celgroei, -differentiatie en -activatie reguleren. | | Cytosol | Het vloeibare gedeelte van het cytoplasma van een cel, waarin zich de organellen bevinden. Voor MHC klasse I presentatie worden peptiden uit het cytosol gegenereerd. | | CDR | Complementarity Determining Regions, de hypervariabele regio's in de variabele domeinen van immunoglobulinen en T-celreceptoren die direct interageren met het antigeen en de specificiteit bepalen. | | CD4 | Een co-receptor op T-cellen die voornamelijk interageert met MHC klasse II moleculen en de activatie van helper T-cellen ondersteunt. | | CD8 | Een co-receptor op T-cellen die voornamelijk interageert met MHC klasse I moleculen en de activatie van cytotoxische T-cellen ondersteunt. | | Cross-presentatie | Een mechanisme waarbij sommige antigeenpresenterende cellen (voornamelijk dendritische cellen) exogene antigenen via de MHC klasse I pathway presenteren, waardoor een CD8+ T-celrespons kan worden opgewekt zonder dat de cel zelf geïnfecteerd is. | | D gecombineerd met J (DJ) herschikking | Het proces waarbij een D-genfragment en een J-genfragment worden samengevoegd om een deel van de variabele regio van de zware keten van een immunoglobuline of T-celreceptor te vormen. | | Dendritische cel | Een type antigeenpresenterende cel dat een belangrijke rol speelt bij het initiëren van immuunresponsen. Ze presenteren antigenen aan T-cellen en migreren naar lymfeknopen. | | Diversiteit | De variëteit aan receptoren die het immuunsysteem kan produceren om een breed scala aan antigenen te herkennen. Dit wordt bereikt door combinatorische diversiteit, junctionele diversiteit en somatische hypermutatie. | | DNA-herstelmechanisme | Celulaire processen die dubbelstrengige DNA-breuken repareren. Dit mechanisme is essentieel voor de overleving van cellen en speelt een cruciale rol bij V(D)J-recombinatie. | | DR4 | Een specifiek allotype van het MHC klasse II molecuul HLA-DR, dat geassocieerd is met een verhoogd risico op reumatoïde artritis. | | Effector functie | De specifieke functie die een immuuncel of molecuul uitvoert om een immuunrespons te mediëren, zoals het doden van geïnfecteerde cellen, het neutraliseren van pathogenen of het activeren van andere immuuncellen. | | Epitheelcellen | Cellen die de bekledingslagen van organen en lichaamsuitgangen vormen. Ze kunnen geïnfecteerd worden door virussen en MHC klasse I moleculen tot expressie brengen. | | Epitoop | Het specifieke deel van een antigeen dat wordt herkend en gebonden door een antilichaam of T-celreceptor. Een antigeen kan meerdere epitopen bevatten. | | ER | Endoplasmatisch Reticulum, een netwerk van membranen in de cel waar eiwitten worden gesynthetiseerd, gevouwen en gemodificeerd. MHC klasse I moleculen worden hier gevormd en beladen met peptiden. | | Erytrocyten (RBC) | Rode bloedcellen, die voornamelijk zuurstof transporteren. Ze missen kernen en hebben geen MHC klasse I moleculen op hun oppervlak. | | Fagocytose | Het proces waarbij cellen, zoals macrofagen en neutrofielen, pathogenen, celresten of vreemde deeltjes "opeten" en afbreken. | | Fagolysosoom | Een organel gevormd door de fusie van een fagosoombacterie of een endosoom met een lysosoom. Het bevat verterende enzymen en speelt een rol bij de afbraak van opgenomen antigenen voor MHC klasse II presentatie. | | Genfragmente | Kleine delen van genen die, wanneer ze willekeurig gecombineerd en gemuteerd worden, leiden tot de grote diversiteit aan B- en T-celreceptoren. | | Geheugencellen | Speciale lymfocyten (B- en T-cellen) die na een immuunrespons aanwezig blijven en zorgen voor een snellere en sterkere reactie bij herhaald contact met hetzelfde antigeen. | | Gecombineerde immunodeficiëntie (SCID) | Een groep ernstige immuundeficiënties die zowel de B- als T-celrespons aantasten, vaak veroorzaakt door genetische defecten in de ontwikkeling van lymfocyten. | | Genherschikking | Het proces waarbij DNA-segmenten worden geknipt en opnieuw samengevoegd om genen te vormen die coderen voor de variabele delen van B- en T-celreceptoren. | | Genoom | Het volledige genetische materiaal van een organisme, bestaande uit DNA. | | Glomerulonefritis | Een ontsteking van de glomeruli in de nieren, die kan ontstaan als gevolg van immuuncomplexvorming en complementactivatie, vaak geassocieerd met infecties of auto-immuunziekten. | | Helper T-cellen | Een subpopulatie van T-cellen (CD4+) die helpen bij de activering van B-cellen en cytotoxische T-cellen door cytokines te produceren en directe cel-cel interacties. | | Heterozygotie | De situatie waarbij een individu twee verschillende allelen heeft voor een bepaald gen. Dit kan de diversiteit van antigenpresentatie vergroten. | | Histocompatibiliteit | De mate van genetische overeenkomst tussen weefsels van verschillende individuen, die bepaalt of een transplantatie zal worden geaccepteerd of afgestoten. | | HLA-DQ, -DP, -DR | Specifieke isotypes van MHC klasse II moleculen bij de mens, die betrokken zijn bij de presentatie van antigenen aan CD4+ T-cellen. | | HLA-A, -B, -C | Specifieke isotypes van MHC klasse I moleculen bij de mens, die betrokken zijn bij de presentatie van antigenen aan CD8+ T-cellen. | | HLA-E | Een minder polymorf MHC klasse I molecuul dat een rol speelt bij de interactie met NK-cellen. | | Humoraal immuunsysteem | Het deel van het immuunsysteem dat verantwoordelijk is voor de productie van antilichamen door B-cellen en plasmacellen. Het werkt voornamelijk tegen extracellulaire pathogenen. | | Hypervariabele regio's (HV) | Delen van de variabele domeinen van immunoglobulinen en T-celreceptoren die extreem variabel zijn en cruciaal zijn voor antigeenbinding. Ze worden ook wel CDRs genoemd. | | Hybride stammen | Nakomelingen van de kruising tussen twee genetisch verschillende ouderlijke stammen. | | Ig domein | Een gestructureerde eenheid van ongeveer 110 aminozuren, kenmerkend voor immunoglobulinen, MHC-moleculen en andere eiwitten in het immuunsysteem. Het is een stabiele eiwitstructuur. | | Igα en Igβ | Niet-variabele eiwitten die geassocieerd zijn met het membraangebonden immunoglobuline op B-cellen, en essentieel zijn voor de signaaltransductie na antigeenbinding. | | IgM | Een isotype van immunoglobuline dat de eerste antistof is die wordt geproduceerd tijdens een primaire immuunrespons. Het komt vaak voor als een pentameer. | | IgD | Een isotype van immunoglobuline dat voornamelijk voorkomt als receptor op naïeve B-cellen en een rol speelt bij de B-celactivering. | | IgG | Een van de meest voorkomende isotypes van immunoglobuline in het bloed. Het is cruciaal voor de humorale immuniteit en speelt een rol bij opsonisatie, neutralisatie en complementactivatie. | | IgA | Een isotype van immunoglobuline dat voornamelijk voorkomt in slijmvliezen en secreties (zoals speeksel, tranen en moedermelk). Het speelt een rol bij mucosale immuniteit. | | IgE | Een isotype van immunoglobuline dat betrokken is bij allergische reacties en bescherming tegen parasieten. Het bindt aan receptoren op mestcellen en basofielen. | | Immuuncomplex | Een complex gevormd door de binding van een antigeen aan antilichamen. Deze complexen kunnen verschillende functies hebben, waaronder het activeren van complement en het faciliteren van de klaring van antigenen. | | Immuunrespons | De reactie van het immuunsysteem op de aanwezigheid van antigenen, die kan leiden tot de eliminatie van ziekteverwekkers of de ontwikkeling van tolerantie. | | Immuundeficiëntie | Een verzwakte toestand van het immuunsysteem, waardoor het lichaam vatbaarder wordt voor infecties. | | Invasie | Het binnendringen van pathogenen in het lichaam of in cellen. | | Inteeltstammen | Genetisch identieke dieren die verkregen zijn door herhaaldelijke zelfbestuiving of terugkruising, gebruikt in onderzoek om genetische variatie te minimaliseren. | | Interferon (IFN) | Een groep cytokines die een belangrijke rol spelen bij de antivirale respons en de regulatie van het immuunsysteem. IFN kan de expressie van MHC-moleculen verhogen. | | Intracellulair | Binnenin een cel. T-cellen met CD8+ receptoren herkennen antigenen die afkomstig zijn van intracellulaire pathogenen (zoals virussen) die gepresenteerd worden via MHC klasse I moleculen. | | Intronen | Niet-coderende sequenties in een gen die tijdens de transcriptie worden verwijderd. | | Junctionele diversiteit | Diversiteit die ontstaat door de willekeurige toevoeging of verwijdering van nucleotiden (P- en N-nucleotiden) op de kruispunten tussen genfragmenten tijdens V(D)J-recombinatie. | | Kiembaan DNA | Het DNA in geslachtscellen (sperma en eicellen) dat wordt doorgegeven aan de volgende generatie. In tegenstelling tot B- en T-cellen, ondergaat kiembaan DNA geen V(D)J-recombinatie. | | Kloon | Een groep identieke cellen die afkomstig zijn van één enkele vooroudercel. | | Lichte keten (lichte Ig-keten) | Eén van de twee soorten polypeptideketens waaruit een immunoglobuline is opgebouwd. Er zijn twee isotypes van lichte ketens: kappa (κ) en lambda (λ). | | Lymfeknoop | Een klein, boonvormig orgaan dat deel uitmaakt van het lymfestelsel. Lymfeknopen spelen een centrale rol bij immuunresponsen door lymfocyten te filteren en antigenen te presenteren. | | Lymfocyten | Een type witte bloedcel dat een sleutelrol speelt in het immuunsysteem. De belangrijkste types zijn B-cellen, T-cellen en NK-cellen. | | Lymfotoxine | Een cytokine die een rol speelt bij de immuunrespons en de ontsteking. | | Lysosoom | Een organel in de cel dat verterende enzymen bevat en wordt gebruikt voor de afbraak van afvalstoffen, celresten en pathogenen. | | Macropinocytose | Een vorm van endocytose waarbij grote hoeveelheden extracellulaire vloeistof en daarin opgeloste moleculen worden opgenomen door de cel. | | Macrofaag | Een type fagocyterende witte bloedcel die een belangrijke rol speelt bij het opruimen van pathogenen, celresten en het presenteren van antigenen aan T-cellen. | | MHC klasse I | MHC-moleculen die peptidefragmenten van intracellulaire eiwitten presenteren aan CD8+ T-cellen. Ze komen tot expressie op bijna alle lichaamscellen. | | MHC klasse II | MHC-moleculen die peptidefragmenten van extracellulaire eiwitten presenteren aan CD4+ T-cellen. Ze komen voornamelijk tot expressie op gespecialiseerde antigeenpresenterende cellen (zoals macrofagen, dendritische cellen en B-cellen). | | Mieloom | Een maligniteit van plasmacellen, gekenmerkt door de productie van grote hoeveelheden monoklonale antistoffen. | | Monomeer | Een enkele moleculaire eenheid. Antilichamen kunnen als monomeren of als polymeren voorkomen. | | Motief | Een patroon van aminozuren dat kenmerkend is voor de peptidebindingsgroeve van een specifiek MHC-molecuul en bepaalt welk type peptiden kan binden. | | Mucosale immuniteit | Het immuunsysteem van de slijmvliezen, dat bescherming biedt tegen pathogenen die het lichaam via deze oppervlakken binnendringen. IgA is hierbij cruciaal. | | Mutatie | Een permanente verandering in de DNA-sequentie van een gen. Somatische hypermutatie is een proces waarbij mutaties selectief worden geïntroduceerd in de variabele genen van immunoglobulinen. | | Natieve eiwitten | Eiwitten in hun oorspronkelijke, driedimensionale structuur. B-cellen herkennen natieve eiwitten, terwijl T-cellen peptidefragmenten herkennen die door MHC-moleculen worden gepresenteerd. | | NK-cellen | Natural Killer-cellen, een type lymfocyt dat een rol speelt bij de aangeboren immuniteit en het doden van geïnfecteerde of tumorcellen. | | Non-homologous end joining (NHEJ) | Een mechanisme voor DNA-herstel dat dubbelstrengige DNA-breuken repareert door de uiteinden direct aan elkaar te verbinden, vaak met kleine inserties of deleties. Dit mechanisme wordt gebruikt bij V(D)J-recombinatie. | | N-nucleotiden | Willekeurig toegevoegde nucleotiden tijdens junctionele diversiteit, die de variabiliteit in de CDR3-regio van receptoren vergroten. | | Opsonisatie | Het proces waarbij pathogenen worden bedekt met moleculen (zoals antilichamen of complementeiwitten) die de fagocytose ervan door immuuncellen vergemakkelijken. | | P-nucleotiden | Palindromische nucleotiden die ontstaan door het openknippen van haarspeldstructuren tijdens junctionele diversiteit. | | Palindroomsequenties | DNA-sequenties die van links naar rechts en van rechts naar links hetzelfde lezen, en vaak betrokken zijn bij DNA-herstel en recombinatie. | | Pathogeen | Een ziekteverwekkende micro-organisme, zoals een bacterie, virus, schimmel of parasiet. | | Peptide | Een korte keten van aminozuren, gevormd door de afbraak van grotere eiwitten. Peptiden die door MHC-moleculen worden gepresenteerd, worden door T-cellen herkend. | | Peptide-bindingsgroeve | De groef op het oppervlak van MHC-moleculen waar peptidefragmenten binden. De structuur van deze groeve bepaalt de specificiteit voor peptidebinding. | | Plasmacel | Een gespecialiseerde B-cel die grote hoeveelheden antilichamen produceert en uitscheidt. | | Pluripotente stamcel | Een stamcel die het vermogen heeft om zich te differentiëren tot elk celtype van het embryo. | | Polymorfisme | Het voorkomen van meerdere allelen (varianten) van een gen in een populatie. Het MHC/HLA-complex is extreem polymorf. | | Porphyromonas gingivalis | Een bacterie die geassocieerd is met parodontitis en het enzym peptidyl arginine deiminase (PAD) kan induceren, wat leidt tot citrullinatie van eiwitten. | | Post-translationele modificatie | Chemische veranderingen aan een eiwit na de synthese ervan, zoals citrullinatie, die de eigenschappen en functie van het eiwit kunnen beïnvloeden. | | Proteasoom | Een complex eiwitcomplex in de cel dat verantwoordelijk is voor de afbraak van ongewenste of beschadigde eiwitten in peptiden. | | Proteïne A en G | Bacteriële eiwitten geproduceerd door Staphylococcus en Streptococcus die de Fc-regio van antilichamen kunnen binden, waardoor de interactie met Fc-receptoren wordt gemedieerd of geneutraliseerd. | | Proteïnen | Lange ketens van aminozuren die de bouwstenen van cellen vormen en een breed scala aan functies uitvoeren. | | Proteolytische activiteit | Het vermogen van enzymen, zoals proteasen, om eiwitketens te knippen. | | Recombinant DNA | DNA dat is gevormd door de combinatie van DNA-fragmenten uit verschillende bronnen. | | Recombinatie | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt uitgewisseld of opnieuw gerangschikt, zoals bij V(D)J-recombinatie in lymfocyten of crossing-over tijdens meiose. | | Recombinatie signaal sequenties (RSS) | Specifieke DNA-sequenties die als herkenningsplaatsen dienen voor de RAG-enzymen tijdens V(D)J-recombinatie. | | Receptoren | Moleculen op het celoppervlak of binnenin de cel die specifieke signalen of moleculen kunnen binden, wat leidt tot een cellulaire respons. | | Regulaire T-cellen (Treg) | Een subpopulatie van T-cellen die een immunosuppressieve rol spelen door de activiteit van andere immuuncellen te onderdrukken, wat essentieel is voor het handhaven van immuuntolerantie. | | Reumatoïde artritis (RA) | Een chronische auto-immuunziekte die voornamelijk de gewrichten aantast, gekenmerkt door ontsteking en pijn. Associaties met specifieke HLA-typen zijn bekend. | | Rood hond | Rubella, een virale infectie die ernstige aangeboren afwijkingen kan veroorzaken als deze tijdens de zwangerschap optreedt. Vaccinatie is beschikbaar. | | Ruggengraat | Het centrale deel van het skelet, bestaande uit wervels. Spondylitis ankylosans is een auto-immuunziekte die de ruggengraat aantast. | | RVH | Rechter Ventrikel Hypertrofie, een verdikking van de wand van de rechterhartkamer. | | S-fase | De fase van de celcyclus waarin DNA-replicatie plaatsvindt. | | Secundaire structuur | De lokale vouwing van een polypeptideketen tot structuren zoals α-helices en β-plooibladen, bepaald door waterstofbruggen. | | Seroconversie | Het punt waarop specifieke antistoffen (meestal IgM en IgG) tegen een bepaald pathogeen detecteerbaar worden in het bloed, wat wijst op een recente infectie. | | Signaaltransductie | Het proces waarbij een extracellulair signaal (zoals antigeenbinding aan een receptor) wordt omgezet in een intracellulair signaal dat leidt tot een cellulaire respons. | | Somatische hypermutatie (SHM) | Een proces dat plaatsvindt in B-cellen tijdens een immuunrespons, waarbij mutaties selectief worden geïntroduceerd in de variabele genen van immunoglobulinen, wat leidt tot affiniteitsmaturatie. | | Spondylitis ankylosans | Een inflammatoire auto-immuunziekte die voornamelijk de wervelkolom aantast, sterk geassocieerd met het HLA-B27 type. | | Stamcel | Een ongedifferentieerde cel die zich kan vermenigvuldigen en differentiëren tot gespecialiseerde celtypen. | | Systeem | Een groep organen of structuren die samenwerken om een specifieke functie uit te voeren. | | T cel | Een type lymfocyt dat een centrale rol speelt bij de cellulaire immuniteit. Er zijn verschillende subpopulaties, waaronder helper T-cellen (CD4+) en cytotoxische T-cellen (CD8+). | | T celreceptor (TCR) | Een receptor op het oppervlak van T-cellen die specifiek peptidefragmenten gebonden aan MHC-moleculen herkent. Het is altijd membraangebonden en nooit gesecreteerd. | | TdT | Terminal deoxynucleotidyl transferase, een enzym dat willekeurige nucleotiden toevoegt aan de uiteinden van DNA-strengen tijdens junctionele diversiteit, voornamelijk in B- en T-cellen. | | Thymus | Een primair lymfoïde orgaan waar T-cellen rijpen en waar positieve en negatieve selectie plaatsvinden om te zorgen voor functionele en zelf-tolerante T-cellen. | | Transplantatie | De overbrenging van weefsel of organen van de ene persoon naar de andere. MHC/HLA-compatibiliteit is cruciaal voor succes. | | Transposon | Een DNA-segment dat zichzelf kan verplaatsen en vermenigvuldigen binnen het genoom. Genen die hieruit zijn afgeleid, spelen een rol bij V(D)J-recombinatie. | | Tumor | Een abnormale groei van cellen, vaak veroorzaakt door ongecontroleerde celdeling. Immuuncellen kunnen tumorcellen herkennen en doden. | | Tuberculose | Een infectieziekte veroorzaakt door de bacterie Mycobacterium tuberculosis, die voornamelijk de longen aantast. Cellulaire immuniteit is cruciaal voor de bestrijding ervan. | | Ubiquitin | Een klein eiwit dat aan andere eiwitten wordt gebonden om ze te markeren voor afbraak door het proteasoom. | | Uridyl-DNA glycosylase (UNG) | Een enzym dat uracil uit DNA verwijdert, betrokken bij DNA-reparatie en class switch recombination. | | V-genfragment | Het genfragment dat codeert voor het variabele domein van de lichte en zware keten van immunoglobulinen en T-celreceptoren. | | V(D)J-recombinatie | Het proces waarbij de variabele genen (V, D, J) voor immunoglobulinen en T-celreceptoren worden herschikt om een functioneel gen te vormen dat codeert voor de variabele regio van de receptor. | | Variabele regio | Het deel van de immunoglobuline- of T-celreceptor dat het antigeen bindt. De aminozuursequentie in deze regio is zeer variabel en bepaalt de specificiteit van de binding. | | Virus | Een microscopisch klein infectieus agens dat zich alleen binnen levende cellen kan repliceren. T-cellen spelen een cruciale rol bij de bestrijding van virusinfecties. | | Viraal | Betrekking hebbend op virussen. | | Virale eiwitten | Eiwitten die worden geproduceerd door virussen nadat ze een cel hebben geïnfecteerd. Deze eiwitten kunnen worden afgebroken tot peptiden die door MHC klasse I moleculen worden gepresenteerd. | | VWO | Voorbereidend Wetenschappelijk Onderwijs, een niveau van middelbaar onderwijs in Nederland. | | VWO-niveau | Het academische niveau dat vereist is voor het voorbereidend wetenschappelijk onderwijs. | | Xanthomatose | Een aandoening waarbij vetachtige afzettingen (xantomen) zich in de huid of onderhuids weefsel vormen, vaak geassocieerd met lipidenmetabolisme stoornissen. | | Ziekte | Een abnormale toestand die gekenmerkt wordt door symptomen en die het normale functioneren van het lichaam aantast. | | Zuur milieu | Een omgeving met een lage pH. Lysosomen en endosomen hebben een zuur milieu waarin enzymen actief zijn voor de afbraak van moleculen. | | Zwarte Six muis | Een veelgebruikte laboratoriummuizenstam die wordt gebruikt voor onderzoek naar immunologie en transplantatie, vanwege hun bekende genetische kenmerken. | | Zuurstof | Een chemisch element dat essentieel is voor de ademhaling van de meeste organismen. Rode bloedcellen transporteren zuurstof. | | Zweetklieren | Klieren in de huid die zweet produceren. IgA kan aanwezig zijn in zweet. |

# Ontwikkeling van B-cellen Het proces van B-celontwikkeling omvat meerdere fasen, beginnend met het samenstellen van een uniek repertoire van antigeenreceptoren, gevolgd door strenge selectieprocessen om autoreactiviteit te elimineren en nuttige cellen te behouden, waarna de cellen recirculeren om antigenen te ontmoeten en een immuunrespons te initiëren. ### 1.1. Fase 1: Samenstellen van het repertoire De ontwikkeling van B-cellen start bij CD34$^+$ hematopoëtische stamcellen in het beenmerg. Deze multipotente stamcellen differentiëren tot B-cel precursors. De vorming van een uniek B-cel receptor (BCR) repertoire is gebaseerd op de herschikking van immunoglobuline (Ig) genen. * **Pro-B cel:** Herschikking van de zware keten genen begint, specifiek de D-J en vervolgens V-DJ segmenten. In deze fase vinden DNA-herschikkingen plaats, maar er is nog geen $\mu$-keten op eiwitniveau. De cel is "B-cel gecommitteerd". * **Pre-B cel:** De zware keten is succesvol herschikt en de $\mu$-keten is aantoonbaar in het cytoplasma. Daarna volgt de herschikking van de lichte keten. * **Immature B cel:** Na een succesvolle herschikking van zowel de zware als de lichte keten, wordt de functionele BCR op het celmembraan tot expressie gebracht, bestaande uit $\operatorname{IgM}$ en een surrogaat lichte keten. **Genherschikking en diversiteit:** De herschikking van Ig genen wordt uitgevoerd door de expressie van RAG1 en RAG2 enzymen, geholpen door transcriptiefactoren zoals Pax-5, dat de B-cel specificiteit handhaaft. Herschikkingen kunnen productief of niet-productief zijn. Een productieve herschikking leidt tot de stopzetting van verdere herschikkingen van dat locus (allelische exclusie), wat resulteert in cellen met slechts één specificiteit. Niet-productieve herschikkingen, waarbij het leesraam niet gerespecteerd wordt, leiden tot apoptose. De zware keten heeft twee kansen voor productieve herschikking (één per chromosoom), en de lichte keten vier kansen (twee per $\kappa$ en $\lambda$ locus). Ongeveer 50% van de B-cellen sterft door niet-productieve herschikkingen. **Pre-B cel receptor:** De pre-BCR, bestaande uit de herschikte zware keten en een surrogaat lichte keten, speelt een cruciale rol. De vorming ervan geeft een overlevingssignaal, voorkomt verdere herschikking van de zware keten (allelische exclusie) en induceert proliferatie, wat resulteert in ongeveer 100 cellen met dezelfde zware keten. Dit mechanisme waarborgt dat elke B-cel uiteindelijk één type BCR tot expressie brengt, wat de aviditeit van de binding verhoogt. **Belangrijke moleculen tijdens ontwikkeling:** * **CD19:** Vroeg op de pro-B cel tot plasmacel. * **CD20:** Wordt later geëxpresseerd op perifere B-cellen. * **RAG-1 en RAG-2:** Essentieel voor Ig genherschikking; expressie geïnhibeerd door (pre-)BCR signalering. * **TdT:** Voegt N-nucleotiden toe voor junctionele diversiteit. * **$\boldsymbol{l}$5 en VpreB:** Nodig voor pre-BCR expressie. * **Ig$\boldsymbol{\alpha}$ en Ig$\boldsymbol{\beta}$:** Nodig voor expressie en signalering van pre-BCR en BCR. > **Tip:** Begrijp het sequentiële proces van genherschikking en de rol van de checkpoints die zorgen voor functionele eenheid en diversiteit. ### 1.2. Fase 2: Negatieve selectie Na het samenstellen van het repertoire ondergaat de B-cel selectie om autoreactiviteit te voorkomen. Dit proces vindt voornamelijk plaats in het beenmerg. * **Klonale deletie (apoptose):** B-cellen die multivalent zelf-antigeen herkennen, zoals zelf-MHC, worden geïnduceerd tot apoptose. * **Anergie:** B-cellen die oplosbaar zelf-antigeen herkennen, ondergaan geen apoptose maar worden anergisch, wat resulteert in verlies van functionaliteit en een verkorte levensduur. Ze kunnen niet geactiveerd worden door antigeen. In het beenmerg zijn diverse zelf-antigenen aanwezig (bloed- en membraaneiwitten). B-cellen die deze herkennen, worden geëlimineerd. Het is echter niet 100% sluitend, aangezien niet alle zelf-antigenen (bv. intracellulaire eiwitten) in het beenmerg aanwezig zijn. > **Tip:** De negatieve selectie in het beenmerg is een cruciale stap, maar niet perfect. Tolerantie tegenover sommige zelf-antigenen wordt later, in de periferie, door T-cellen gereguleerd. ### 1.3. Fase 3/4: Positieve selectie en recirculatie Na negatieve selectie rijpen de B-cellen verder uit en gaan ze recirculeren. * **Immature B-cellen:** Na succesvolle selectie en met expressie van $\operatorname{IgM}$ en $\operatorname{IgD}$ op hun oppervlak, migreren immature B-cellen naar de periferie, met name naar primaire lymfoïde follikels in secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt). * **Positieve selectie (maturatie):** Toegang tot en verblijf in de primaire follikels, met interactie met folliculaire dendritische cellen (FDC's), is essentieel voor maturatie. FDC's scheiden BAFF (B cell activating factor) af, wat de maturatie tot volwassen, naïeve B-cellen bevordert. B-cellen die geen toegang krijgen tot de follikels sterven na enkele dagen. * **Recirculatie:** Volwassen, naïeve B-cellen recirculeren continu tussen bloed en secundaire lymfoïde organen. Ze zoeken naar antigenen. Dit zorgt voor een continue screening van het lichaam en een constante turnover van het B-cel repertoire. B-cellen hebben een levensduur van enkele weken tot maanden. ### 1.4. Fase 5: Ontmoeten van het antigeen Wanneer een B-cel een specifiek antigeen ontmoet in een secundair lymfoïd orgaan, wordt het geactiveerd. * **Antigeenbinding en activatie:** Binding van antigeen aan de BCR, vaak in combinatie met hulp van T-helpercellen (vooral voor proteïne-antigenen), leidt tot activatie. * **Differentiatie:** Gevolg is proliferatie en differentiatie tot plasmacellen die antistoffen (Ab) secreteren. Er vindt ook isotype switch plaats naar $\operatorname{IgG}$, $\operatorname{IgA}$, of $\operatorname{IgE}$, en affiniteitsmaturatie via somatische hypermutatie in kiemcentra van secundaire lymfoïde organen. ### 1.5. Fase 6: Immuniteit Na activatie en differentiatie keren cellen terug naar het beenmerg als plasmacellen of recirculeren als geheugen B-cellen. * **Plasmacellen:** Secreteren grote hoeveelheden antistoffen gedurende lange tijd. * **Geheugen B-cellen:** Langlevende cellen die bij een volgende blootstelling aan hetzelfde antigeen een snellere en sterkere respons kunnen opwekken. > **Tip:** De ontwikkeling van B-cellen is een proces van repertoirevorming, strenge selectie en differentiatie, waarbij zowel centrale tolerantie (in beenmerg) als perifere mechanismen een rol spelen. Celmembraanmoleculen zoals CD19 en CD20 zijn belangrijke markers voor de verschillende ontwikkelingsstadia en worden ook therapeutisch gebruikt. --- # Ontwikkeling van T-cellen Het proces van T-celontwikkeling in de thymus omvat het samenstellen van het T-celreceptorrepertoire, positieve en negatieve selectie, en de recirculatie en activatie van T-cellen na ontmoeting met antigenen. ### 2.1 De reis naar T-celmaturiteit T-cellen, essentieel voor cellulaire immuniteit, ondergaan een complex ontwikkelingsproces dat primair plaatsvindt in de thymus. Dit orgaan is cruciaal voor de vorming van een functioneel en veilig T-celrepertoire. #### 2.1.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire Het proces begint met hematopoëtische stamcellen die vanuit het beenmerg naar de thymus migreren. Deze voorlopers ondergaan differentiëring, aangestuurd door signalen zoals Notch-1 en IL-7, om T-cel-specifieke trajecten te volgen. * **Genherschikking van TCR-ketens:** T-cellen ontwikkelen hun unieke T-celreceptor (TCR) door middel van genetische herschikkingen. Dit proces begint met de $\beta$-keten, vergelijkbaar met de zware keten bij B-cellen, waarbij eerst D/J en vervolgens V/DJ segmenten worden herschikt. Succesvolle herschikking van de $\beta$-keten leidt tot de vorming van een pre-TCR. * **Pre-TCR vorming en proliferatie:** Het pre-TCR bestaat uit de herschikte $\beta$-keten geassocieerd met een surrogaat $\alpha$-keten (pT$\alpha$). Dit signaal induceert de stopzetting van verdere $\beta$-keten herschikkingen (allelische exclusie) en stimuleert de proliferatie van de thymocyten, wat leidt tot een toename in het aantal cellen met dezelfde $\beta$-keten. * **$\alpha$-keten herschikking:** Na de proliferatie ondergaan de cellen verdere herschikking van de $\alpha$-keten. Dit proces kan, net als bij de lichte keten van B-cellen, meerdere keren plaatsvinden om een functionele receptor te verkrijgen. * **TCR $\gamma\delta$ versus TCR $\alpha\beta$:** T-cellen kunnen zich ontwikkelen tot twee hoofdtypen: TCR $\gamma\delta$ of TCR $\alpha\beta$. Als de $\gamma$- en $\delta$-ketens eerder succesvol herschikken dan de $\beta$-keten, worden $\gamma\delta$ T-cellen gevormd, die doorgaans dubbel negatief zijn voor CD4 en CD8. Eerst succesvolle herschikking van de $\beta$-keten leidt tot de vorming van pre-TCR en differentiatie naar dubbel-positieve (DP) CD4+CD8+ thymocyten, die vervolgens de $\alpha$-keten herschikken. > **Tip:** De ontwikkeling van het T-celrepertoire is een proces met aanzienlijke celsterfte; slechts ongeveer 2% van de gevormde thymocyten rijpt uit tot functionele T-cellen. Dit is veel inefficiënter dan bij B-cellen. #### 2.1.2 Fase 2: Positieve selectie Positieve selectie vindt plaats in de cortex van de thymus en is cruciaal om te garanderen dat de T-cellen specifieke peptiden kunnen herkennen in de context van het individuele humaan leukocytenantigeen (HLA) complex. * **MHC restrictie en CD4/CD8 differentiatie:** Tijdens positieve selectie interageren thymocyten met peptiden gebonden aan HLA-moleculen op thymusepitheelcellen. Een zwakke interactie tussen de TCR en een zelf-MHC/peptide complex triggert een positief signaal. Dit signaal bepaalt of de thymocyt verder zal differentiëren tot een CD4+ T-cel (herkend in de context van MHC klasse II) of een CD8+ T-cel (herkend in de context van MHC klasse I). * Als de TCR bindt aan MHC klasse I, zal de cel de CD8 coreceptor behouden en de CD4 verliezen. * Als de TCR bindt aan MHC klasse II, zal de cel de CD4 coreceptor behouden en de CD8 verliezen. * **Tonic signaal en MHC-afhankelijkheid:** Het signaal voor positieve selectie is een tonisch signaal – continu aanwezig – dat de T-cellen in leven houdt zonder ze te activeren. Dit proces vereist de aanwezigheid van zowel HLA-moleculen als de bijbehorende peptiden. Individuen met defecten in HLA klasse I expressie missen CD8+ T-cellen, en die met defecten in klasse II expressie missen CD4+ T-cellen, wat het belang van positieve selectie onderstreept. * **Definitieve stopzetting van $\alpha$-keten herschikking:** Positieve selectie leidt ook tot de definitieve stopzetting van verdere $\alpha$-keten herschikkingen. > **Tip:** Positieve selectie past het primaire T-celrepertoire aan de genetische achtergrond (MHC-locus) van het individu aan, waardoor een efficiënte herkenning van pathogenen in de context van het eigen MHC-profiel mogelijk wordt. #### 2.1.3 Fase 3: Negatieve selectie Negatieve selectie, dat kan plaatsvinden in de cortex, de corticomedullaire overgang en voornamelijk in de medulla van de thymus, is gericht op het elimineren van autoreactieve T-cellen. * **Eliminatie van autoreactieve T-cellen:** T-cellen die een te sterke affiniteit vertonen voor zelf-antigenen gepresenteerd op zelf-MHC moleculen, worden geïnduceerd tot apoptose. Dit proces voorkomt auto-immuunziekten. * **Rol van AIRE:** Het AIRE (Autoimmune Regulator) gen speelt een cruciale rol in de medulla van de thymus. Het zorgt ervoor dat medullaire thymus epitheelcellen (mTECs) willekeurig een breed scala aan weefselspecifieke eiwitten tot expressie brengen. Deze eiwitten worden vervolgens door dendritische cellen (DCs) gepresenteerd aan de T-cellen. * **Agonistische selectie en nTreg:** Soms kunnen T-cellen die sterk reageren met zelf-antigenen juist een suppressieve functie meekrijgen, resulterend in de vorming van natuurlijke regulatoire T-cellen (nTregs). Dit is een vorm van 'agonist selectie'. nTregs zijn de enige T-helperpopulatie die al in de thymus wordt gevormd; andere T-helpertypes worden in de periferie aangemaakt. * **Dood door verwaarlozing ('death by neglect'):** T-cellen die geen interactie aangaan met MHC-moleculen (zelfs zonder peptide) worden beschouwd als niet-functioneel en gaan eveneens in apoptose. #### 2.1.4 Fase 4-6: Recirculatie, ontmoeten van het antigeen en immuniteit Na succesvolle positieve en negatieve selectie verlaten de rijpe, naïeve T-cellen de thymus en circuleren ze door het lichaam om na te kijken naar antigenen. * **Recirculatie in perifere lymfoïde organen:** Naïeve T-cellen, die nog geen functie hebben vervuld, hebben een laag metabolisme en recirculeren constant tussen het bloed en secundaire lymfoïde organen zoals lymfeknopen, milt en Peyerse platen. Ze worden in leven gehouden door interacties met dendritische cellen (die zelf-MHC presenteren) en cytokines zoals IL-7. * **Antigeenherkenning en activatie:** Wanneer een naïeve T-cel een specifiek antigeen herkent dat gepresenteerd wordt door een antigeen-presenterende cel (APC) in een secundair lymfoïd orgaan, wordt deze geactiveerd. Deze activatie vereist naast de TCR-MHC interactie ook co-stimulatoire signalen. * **Differentiatie tot effectorcellen:** Na activatie ondergaan T-cellen klonale expansie en differentiëren ze tot effectorcellen. * CD4+ T-cellen differentiëren tot diverse helper T-cel subpopulaties (zoals Th1, Th2, Th17, Tfh) die cruciale rollen spelen in het coördineren van immuunresponsen, waaronder de activatie van B-cellen en de orchestratie van ontstekingsreacties. * CD8+ T-cellen differentiëren tot cytotoxische T-lymfocyten (CTLs) die geïnfecteerde cellen kunnen doden. * **Geheugenvorming:** Na de immuunrespons differentiëren sommige geactiveerde T-cellen tot langdurige geheugen T-cellen, die zorgen voor een snellere en sterkere respons bij een herinfectie met hetzelfde pathogeen. In tegenstelling tot B-cellen, die in plasmacellen en geheugen B-cellen kunnen differentiëren, blijven T-cellen altijd cellen. > **Tip:** De meeste T-cellen die de thymus verlaten, zullen nooit een antigeen ontmoeten en een effectorfunctie vervullen. Hun overleving in de periferie is afhankelijk van tonische signalen en homeostatische mechanismen. ### 2.2 Belang van HLA-polymorfisme Het HLA-complex is extreem polymorf, wat betekent dat er duizenden verschillende allelen bestaan binnen de menselijke populatie. Dit polymorfisme biedt een evolutionair voordeel door de kans te vergroten dat individuen in een populatie een breed scala aan peptiden kunnen presenteren aan hun T-cellen, wat de weerstand tegen diverse pathogenen verhoogt. Heterozygotie voor HLA-genen is geassocieerd met een betere controle over infectieziekten zoals HIV. Er is echter een evenwicht: te veel MHC-isoformen kunnen leiden tot excessieve negatieve selectie, waardoor het T-celrepertoire te sterk wordt uitgedund. --- # Immunogenetica en HLA-polymorfisme Hier is een samenvatting van de immunogenetica en HLA-polymorfisme, geoptimaliseerd voor studie: ## 3. Immunogenetica en HLA-polymorfisme Dit onderwerp verkent de genetische diversiteit van het HLA-systeem en de implicaties daarvan voor de immuunrespons, inclusief de rol van heterozygotie en de associatie met infectieziekten en auto-immuunziekten. ### 3.1 De rol van HLA in de immuunrespons Het Major Histocompatibility Complex (MHC), bij mensen bekend als Human Leukocyte Antigen (HLA), speelt een cruciale rol in het immuunsysteem door peptiden te presenteren aan T-cellen. Dit proces is essentieel voor het onderscheiden van zelf van niet-zelf, en dus voor het activeren van een immuunrespons tegen pathogenen of het tolereren van eigen lichaamseigen componenten. #### 3.1.1 HLA-polymorfisme en diversiteit Het HLA-systeem is extreem polymorf, wat betekent dat er een zeer groot aantal verschillende allelen bestaat voor de verschillende HLA-genen binnen de menselijke populatie. Dit polymorfisme is evolutionair zeer oud en dateert van vóór de soort *Homo sapiens* ontstond. * **Omvang van polymorfisme:** Er zijn tienduizenden beschreven allelen voor de verschillende HLA-genen. * **Evolutionair voordeel:** De grote diversiteit aan HLA-allelen zorgt ervoor dat een individu een breed scala aan peptiden kan presenteren. Heterozygotie (het bezitten van twee verschillende allelen voor een HLA-gen, één van elke ouder) vergroot de capaciteit om peptiden te binden en te presenteren. Dit biedt een evolutionair voordeel tegen pathogenen, aangezien verschillende allelen verschillende sequentiemotieven van peptiden kunnen herkennen. * **Beperking door negatieve selectie:** Hoewel een grotere diversiteit aan HLA-moleculen gunstig is voor de peptidepresentatie, is er een limiet. Elk HLA-molecuul induceert negatieve selectie van een percentage T-cellen dat te sterk reageert. Een extreem groot aantal allelen zou leiden tot een te grote reductie van het T-celrepertoire. Een "sweet spot" lijkt te zijn gevonden met ongeveer 6 klasse I en 6 klasse II moleculen. * **Associatie met ziekten:** * **Infectieziekten:** De resistentie of gevoeligheid voor bepaalde infectieziekten (zoals chronische HBV of HIV) is sterk geassocieerd met specifieke HLA-allelen. Mensen met een grotere HLA-heterozygotie (met name bij HIV-infectie) vertonen vaak een tragere progressie naar AIDS, omdat ze een breder scala aan virale peptiden kunnen presenteren. * **Auto-immuunziekten:** Veel auto-immuunziekten (zoals reumatoïde artritis, type I diabetes) hebben een sterke genetische component die gelokaliseerd is in de HLA-regio. Dit suggereert dat auto-immuniteit vaak wordt uitgelokt door specifieke gemodificeerde zelf-peptiden die goed binden aan bepaalde HLA-moleculen, wat leidt tot autoreactieve T-cellen. #### 3.1.2 HLA klasse I en klasse II Er zijn twee hoofdklassen van HLA-moleculen die fungeren als presentatieplatforms: * **HLA klasse I moleculen (HLA-A, -B, -C):** Presenteren peptiden van endogene oorsprong (zoals virale eiwitten of tumorantigenen) aan CD8+ T-cellen. Deze interactie leidt tot de cytotoxiciteit van de geïnfecteerde of maligne cel. * **HLA klasse II moleculen (HLA-DR, -DQ, -DP):** Presenteren peptiden van exogene oorsprong (afkomstig van extracellulaire pathogenen die door fagocytose worden opgenomen) aan CD4+ T-cellen (helper T-cellen). Deze interactie helpt bij het coördineren van de immuunrespons, inclusief de activatie van B-cellen en cytotoxische T-cellen. Het polymorfisme van deze genen is cruciaal voor de effectiviteit van het immuunsysteem in het aanpakken van een breed scala aan pathogenen. ### 3.2 Genetische basis van T-cel ontwikkeling en selectie De ontwikkeling van T-cellen vindt plaats in de thymus en is een complex proces van genherschikking, positieve en negatieve selectie. #### 3.2.1 Repertoirevorming van T-cel receptoren (TCR) * **Hematopoëtische stamcellen migreren naar de thymus:** Vroege voorlopers van T-cellen migreren vanuit het beenmerg naar de thymus. * **T-cel specifieke differentiatie:** Onder invloed van signalen zoals Notch-1 en IL-7, geïnduceerd door thymus-epitheelcellen, differentiëren deze stamcellen tot T-cel precursors. * **Genherschikking van TCR-ketens:** Net als bij B-cellen worden de genen voor de T-cel receptor (TCR) herschikt om een unieke receptor op elke T-cel te creëren. Dit omvat de herschikking van de $\beta$-keten (en de $\gamma/\delta$-ketens voor $\gamma\delta$ T-cellen) en vervolgens de $\alpha$-keten (voor $\alpha\beta$ T-cellen). * **Allelische exclusie:** Vergelijkbaar met B-cellen, zorgt allelische exclusie ervoor dat er slechts één functionele $\beta$-keten per cel wordt gevormd. Een pre-TCR, bestaande uit de $\beta$-keten en een surrogaat $\alpha$-keten (pT$\alpha$), speelt een rol bij het stoppen van verdere $\beta$-herschikking, inductie van celproliferatie, en differentiatie naar dubbel-positieve (DP) CD4+CD8+ thymocyten. * **Dubbel-positief (DP) stadium:** In dit stadium (ongeveer 80% van de thymocyten) herschikken de cellen de $\alpha$-keten. De expressie van een functionele $\alpha\beta$-TCR op het celoppervlak, geassocieerd met CD3-moleculen, is noodzakelijk voor verdere selectie. #### 3.2.2 Positieve selectie * **Doel:** Zorgen dat T-cellen in staat zijn om zelf-MHC moleculen te herkennen, en tegelijkertijd de specificiteit voor CD4 of CD8 te bepalen. * **Mechanisme:** Dubbel-positieve thymocyten interageren met zelf-peptiden gebonden aan zelf-MHC moleculen op de thymus-epitheelcellen. * Een **zwakke interactie** tussen de TCR en een MHC klasse I molecuul leidt tot het behoud van CD8 en verlies van CD4 (vorming van CD8+ enkel-positieve cellen). Deze cellen zijn geprogrammeerd om MHC klasse I te herkennen. * Een **zwakke interactie** met een MHC klasse II molecuul leidt tot het behoud van CD4 en verlies van CD8 (vorming van CD4+ enkel-positieve cellen). Deze cellen zijn geprogrammeerd om MHC klasse II te herkennen. * **Resultaat:** T-cellen die geen herkenning hebben met zelf-MHC moleculen ofwel te zwak of te sterk interageren, worden geëlimineerd via apoptose (ongeveer 98% van de thymocyten sterft in dit proces). Positieve selectie is afhankelijk van het genetische profiel van het individu (het eigen HLA). De interactie met MHC is nodig voor het voortbestaan van de T-cel. Zonder MHC klasse I of II moleculen, verdwijnen respectievelijk CD8+ of CD4+ T-cellen. #### 3.2.3 Negatieve selectie * **Doel:** Elimineren van T-cellen die een te sterke affiniteit hebben voor zelf-antigenen (peptiden gebonden aan zelf-MHC moleculen) om auto-immuniteit te voorkomen. * **Mechanisme:** Dit proces vindt plaats in de thymus (vooral in de medulla) en wordt deels gereguleerd door het AIRE (Autoimmune Regulator) gen. AIRE induceert de expressie van een breed scala aan weefselspecifieke eiwitten in de medullaire thymus-epitheelcellen, die vervolgens worden gepresenteerd op MHC moleculen door deze cellen en dendritische cellen. * **Sterke interactie** tussen de TCR en een zelf-antigeen/zelf-MHC complex leidt tot apoptose van de T-cel (klonale deletie). * **Agonist selectie:** Sommige cellen die een sterke stimulus ervaren, worden niet gedood, maar ontwikkelen een onderdrukkende functie. Dit kan leiden tot de vorming van natuurlijke regulatoire T-cellen (nTreg) in de thymus, die auto-immuniteit helpen voorkomen. #### 3.2.4 Recirculatie en activatie in de periferie * **Naïeve T-cellen:** T-cellen die de thymus succesvol verlaten (ongeveer 2% van de gevormde thymocyten) zijn naïef; ze hebben nog geen pathogeen herkend en zijn niet geactiveerd. Ze recirculeren continu tussen het bloed en de secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt). * **Overleving en homeostase:** Naïeve T-cellen worden in leven gehouden door "tonische" signalen, vergelijkbaar met de signalen tijdens positieve selectie, waarbij contact met MHC moleculen op dendritische cellen en groeifactoren zoals IL-7 een rol spelen. Dit zorgt voor een constante populatie van T-cellen, hoewel het repertoire niet verrijkt wordt (homeostatische expansie). * **Antigeenherkenning en activatie:** Wanneer een naïeve T-cel een specifiek peptide presenteert op een MHC molecuul, waarmee de TCR met hoge affiniteit bindt (vaak met co-stimulatoire signalen van de presenterende cel), wordt de T-cel geactiveerd. Dit leidt tot proliferatie en differentiatie tot effectorcellen (bijv. cytotoxische T-cellen, helper T-cellen zoals Th1, Th2, Th17) of geheugen T-cellen. ### 3.3 B-cel ontwikkeling en tolerantie Hoewel de focus hier ligt op immunogenetica en HLA, is het belangrijk om de B-cel ontwikkeling kort te benoemen voor context. #### 3.3.1 Repertoirevorming van B-cel receptoren (BCR) * **Beenmerg:** B-cellen ontwikkelen zich in het beenmerg, waarbij Ig-genen worden herschikt om een unieke B-cel receptor (BCR) te vormen. Eerst de zware keten, gevolgd door de lichte keten. * **Pre-BCR en positieve selectie:** Vorming van een pre-BCR na succesvolle herschikking van de zware keten induceert proliferatie en het stoppen van verdere zware-keten herschikking (allelische exclusie). Na succesvolle lichte-keten herschikking, vormt de BCR, wat het tweede selectiepunt markeert. #### 3.3.2 Negatieve selectie van B-cellen * **Doel:** Elimineren van B-cellen die autoreactieve receptoren hebben. * **Mechanisme:** * **Apoptose (klonale deletie):** B-cellen die multivalent zelf-antigeen herkennen in het beenmerg worden vernietigd. * **Anergie:** B-cellen die oplosbaar zelf-antigeen herkennen, worden anergisch (functioneel inactief) en hebben een korte levensduur. * **Beperkingen:** De tolerantie-inductie bij B-cellen is minder sluitend dan bij T-cellen, mede omdat intracellulaire eiwitten en laag-geconcentreerde stoffen niet altijd effectief worden gescreend. #### 3.3.3 Maturatie en recirculatie * **Secundaire lymfoïde organen:** Immature B-cellen moeten primaire follikels in secundaire lymfoïde organen passeren om te rijpen tot mature B-cellen (met oppervlakte IgM en IgD). Hier verkrijgen ze overlevingssignalen van folliculaire dendritische cellen (FDC's). * **Antigeen-afhankelijke activatie:** Na ontmoeting met antigeen in de secundaire lymfoïde organen ondergaan B-cellen activatie, klasse-switches, affiniteitsmaturatie en differentiatie tot plasmacellen (antistof-secreterend) of geheugen B-cellen. ### 3.4 Immunogenetica en heterozygotie De genetische diversiteit van het immuunsysteem, met name het HLA-systeem, is essentieel voor de adaptieve immuniteit. * **Heterozygotie als voordeel:** Het hebben van verschillende allelen voor HLA-genen (heterozygotie) is cruciaal voor het effectief bestrijden van een breed scala aan pathogenen. Dit komt doordat het de kans vergroot dat een individu peptiden van een pathogeen kan presenteren aan T-cellen. * **Associatie met ziekteresistentie:** Individuen met hogere HLA-diversiteit, vooral heterozygoten, kunnen resistenter zijn tegen bepaalde infectieziekten en een tragere progressie van bepaalde chronische ziekten vertonen. * **HLA-genetica en auto-immuniteit:** Het polymorfisme van HLA-genen speelt een sleutelrol in de genetische predispositie voor auto-immuunziekten. De specifieke HLA-allelen van een individu bepalen mede welke zelf-peptiden worden gepresenteerd, wat de drempel voor het ontstaan van auto-reactieve T-cellen kan beïnvloeden. **Tip:** Begrijpen hoe het HLA-polymorfisme de interactie tussen het immuunsysteem en pathogenen of lichaamseigen componenten beïnvloedt, is fundamenteel voor het begrijpen van zowel immuunrespons als immuundeficiënties en auto-immuunziekten. De diversiteit in HLA-genen is een evolutionair antwoord op de constante dreiging van pathogenen. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Beenmerg | Het primaire lymfoïde orgaan waar B-cellen worden gevormd en waar de eerste stappen van genherschikking en selectie plaatsvinden. Het beenmerg bevat stamcellen die differentiëren tot B-cel voorlopers. | | Thymus | Een primair lymfoïd orgaan, cruciaal voor de ontwikkeling en rijping van T-cellen. Hier vindt de samenstelling van het T-celreceptorrepertoire plaats, evenals positieve en negatieve selectie. | | Autoreactiviteit | De capaciteit van immuuncellen, zoals B- of T-cellen, om eigen lichaamsbestanddelen (zelf-antigenen) te herkennen en erop te reageren, wat kan leiden tot auto-immuunziekten. | | B-cel | Lymfocyten die worden geproduceerd en gerijpt in het beenmerg en een sleutelrol spelen in de humorale immuniteit door antistoffen te produceren. Ze ontwikkelen een unieke B-celreceptor (BCR). | | T-cel | Lymfocyten die worden geproduceerd in het beenmerg en rijpen in de thymus. Ze spelen een rol in de cellulaire immuniteit (cytotoxische T-cellen) en de regulatie van immuunresponsen (helper T-cellen). Ze herkennen antigenen in de context van MHC-moleculen. | | Negatieve selectie | Een proces waarbij immuuncellen die reageren met zelf-antigenen worden geëlimineerd om auto-immuniteit te voorkomen. Dit gebeurt in zowel het beenmerg (B-cellen) als de thymus (T-cellen). | | Positieve selectie | Een proces in de thymus waarbij T-cellen die een functionele T-celreceptor (TCR) hebben en in staat zijn om MHC-moleculen te herkennen, worden geselecteerd voor verdere rijping. Dit proces is cruciaal voor MHC-restrictie. | | Repertoire | De verzameling van alle verschillende B-celreceptoren (BCRs) of T-celreceptoren (TCRs) die een individu kan produceren. Dit repertoire wordt gevormd door genetische herschikking en is cruciaal voor de herkenning van een breed scala aan antigenen. | | Antigeen | Een molecuul dat een immuunrespons kan opwekken, meestal een vreemd stof zoals een deel van een bacterie of virus. B- en T-cellen herkennen specifieke antigenen via hun receptoren. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een essentieel proces in de ontwikkeling van immuuncellen om ongewenste cellen, zoals autoreactieve cellen of cellen met niet-functionele receptoren, te verwijderen. | | Klonale deletie | Het proces waarbij immuuncellen die autoreactieve receptoren hebben, worden vernietigd door apoptose. Dit is een vorm van negatieve selectie om tolerantie tegen zelf-antigenen te induceren. | | Anergie | Een staat van niet-responsiviteit van immuuncellen, zoals B-cellen, wanneer ze zelf-antigenen tegenkomen die niet leiden tot celdood maar wel tot verlies van functionaliteit. | | Immuunrespons | De gecoördineerde reactie van het immuunsysteem op de aanwezigheid van een antigeen, waarbij cellen en moleculen worden ingezet om het antigeen te neutraliseren of te elimineren. | | HLA (Human Leukocyte Antigen) | Een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak die betrokken zijn bij de presentatie van antigenen aan T-cellen. HLA-moleculen zijn essentieel voor de herkenning van "zelf" versus "niet-zelf" en spelen een cruciale rol bij orgaantransplantaties. | | Polymorfisme | Het voorkomen van meerdere varianten (allelen) van een bepaald gen in een populatie. Het HLA-gebied is extreem polymorf, wat bijdraagt aan de diversiteit van de immuunrespons. | | TCR (T-celreceptor) | Het receptoreiwit op het oppervlak van T-cellen dat antigenen herkent, meestal in de context van een MHC-molecuul. De TCR is cruciaal voor T-cel functionaliteit en specificiteit. | | BCR (B-celreceptor) | Het receptoreiwit op het oppervlak van B-cellen dat antigenen herkent. De BCR is een membraangebonden antistof die de activatie van de B-cel induceert bij binding met een specifiek antigeen. | | Hematopoëtische stamcel | Een pluripotente stamcel in het beenmerg die zich kan differentiëren tot alle typen bloedcellen, inclusief lymfoïde voorlopers voor B- en T-cellen. | | RAG1 en RAG2 | Enzymen die essentieel zijn voor de herschikking van gensegmenten tijdens de ontwikkeling van B- en T-cellen. Deze enzymen maken DNA-breuken en -verbindingen mogelijk die leiden tot de vorming van unieke receptoren. | | AIRE (Autoimmune Regulator) | Een transcriptiefactor die tot expressie komt in medullaire thymus epitheelcellen. AIRE reguleert de expressie van een breed scala aan zelf-antigenen in de thymus, wat cruciaal is voor de negatieve selectie van T-cellen. | | Kiemcentrum | Een structuur die zich vormt in secundaire lymfoïde organen, zoals lymfeknopen en milt, na activatie van B-cellen. Hier vindt affiniteitsmaturatie en isotype switch plaats. | | Cynokines | Kleine eiwitten die signalen overbrengen tussen cellen, met name in het immuunsysteem. Ze reguleren celgroei, differentiatie en activatie. Voorbeelden zijn IL-7 en BAFF. | | Naïeve T-cellen | T-cellen die de thymus hebben verlaten na succesvolle positieve en negatieve selectie, maar nog geen antigeen hebben ontmoet in de periferie. Ze zijn klaar om te reageren op een antigeen. | | Homeostatische expansie | Een proces waarbij lymfocyten die zich in de periferie bevinden, prolifereren in afwezigheid van antigeenstimulatie, om het aantal T-cellen constant te houden en het repertoire te behouden. |

# T-cel activatie en functie Dit onderwerp beschrijft het proces van T-cel activatie na interactie met antigenen, hun differentiatie in verschillende celtypen, en de uiteindelijke uitvoering van effectorfuncties. ## 1. T-cel immuniteit: een overzicht T-cellen zijn cruciaal voor de adaptieve immuunrespons en circuleren 'slapend' in het lichaam totdat ze een specifiek antigeen tegenkomen. De activatie van deze naïeve T-cellen is een complex proces dat de kern vormt van een effectieve immuunrespons tegen specifieke bedreigingen. Het immuunsysteem past zijn respons aan de aard van de bedreiging aan, wat leidt tot diverse soorten T-cel responses. Regulatie, negatieve feedbackmechanismen en de differentiatie van CD4 T-cellen in specifieke helperfenotypes (Th-cellen) zijn essentieel voor het handhaven van homeostase en het voorkomen van auto-immuniteit. ## 2. Fase 5: ontmoeten van het antigeen (T-cellen) ### 2.1. Antigen-presenterende cellen (APC's) De eerste ontmoeting tussen een naïeve T-cel en een antigeen vindt plaats in de secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt, MALT), waar antigenen worden verzameld en gepresenteerd door gespecialiseerde APC's. #### 2.1.1. Dendritische cellen (DC's) * **Rol:** Dendritische cellen zijn de meest potente APC's voor de activatie van naïeve T-cellen. Ze komen oorspronkelijk uit het beenmerg en verspreiden zich via het bloed naar de weefsels. * **Functie in weefsels:** In de weefsels zijn immature DC's actief in het opnemen van antigenen via fagocytose en macropinocytose. Ze verwerken deze antigenen in lysosomen en laden MHC klasse II moleculen met peptiden. * **Activatie en migratie:** Bij detectie van pathogene geassocieerde moleculaire patronen (PAMP's) of damage-associated molecular patterns (DAMP's) ondergaan DC's maturatie. Deze maturatie omvat migratie via lymfevaten naar de T-cel regio van de drainerende lymfeknopen. * **Functie in lymfoïde organen:** In de lymfeknoop presenteren mature DC's de peptide-geladen MHC-moleculen op hun oppervlak aan naïeve T-cellen. Ze drukken ook co-stimulatoire moleculen (zoals CD80 en CD86) tot expressie, wat essentieel is voor T-cel activatie. * **Antigeenpresentatie:** DC's kunnen antigenen presenteren op zowel MHC klasse I (voor CD8 T-cellen) als MHC klasse II (voor CD4 T-cellen). Door middel van *crosspresentatie* kunnen DC's ook antigenen die normaal via MHC klasse II worden gepresenteerd, toch via MHC klasse I presenteren, waardoor ze zowel CD4 als CD8 T-cellen kunnen activeren. #### 2.1.2. Macrofagen * **Rol:** Macrofagen zijn verspreid in de weefsels en spelen een rol bij zowel immuunrespons als weefselherstel. * **M1 en M2 macrofagen:** Gematureerde monocyten kunnen differentiëren tot inflammatoire M1 macrofagen (APC-functie, productie van inflammatoire cytokines) of weefselherstel bevorderende M2 macrofagen (productie van anti-inflammatoire cytokines en groeifactoren). * **APC-functie:** M1 macrofagen kunnen T-cellen activeren, maar hun potentie is over het algemeen lager dan die van DC's, tenzij ze extreem geactiveerd zijn. #### 2.1.3. B-cellen * **Rol:** B-cellen kunnen, naast hun rol in antistofproductie, ook antigenen presenteren op MHC klasse II moleculen aan T-helpercellen, met name T-folliculaire helpercellen (TFH). Dit is een cruciaal onderdeel van de humorale immuunrespons. ### 2.2. T-cel activatie De activatie van een naïeve T-cel vereist meerdere signalen: 1. **Signaal 1: Antigeenherkenning:** Dit is de interactie tussen de T-celreceptor (TCR) op de T-cel en het peptide-MHC complex op de APC. Dit signaal is specifiek voor het antigeen. * De TCR-signaaltransductie verloopt via het CD3-complex, dat intracellulaire ITAM-sequenties bevat. Fosforylatie van deze sequenties activeert kinases, wat leidt tot een verhoogde intracellulaire calciumconcentratie en activatie van transcriptiefactoren. * De affiniteit van de TCR/MHC-interactie is laag. 2. **Signaal 2: Co-stimulatie:** Dit is een essentieel signaal voor volledige T-cel activatie en voorkomt tolerantie of anergie. * De interactie tussen B7-moleculen (CD80 en CD86) op de APC en CD28 op de naïeve T-cel levert dit signaal. * Co-stimulatie leidt tot proliferatie en productie van interleukine-2 (IL-2). * *Anergie*: In afwezigheid van co-stimulatie, zelfs bij herkenning van het antigeen (signaal 1), kan de T-cel anergisch worden (functioneel inactief). Dit is een mechanisme om te voorkomen dat T-cellen reageren op lichaamseigen antigenen buiten de context van inflammatie. 3. **Signaal 3: Cytokines:** Cytokines, geproduceerd door APC's en andere immuuncellen, beïnvloeden de differentiatie van geactiveerde T-cellen naar specifieke effectorfenotypes. #### 2.2.1. Lymfocytenmigratie en adhesie * **Naïeve T-cellen:** Deze recirculeren continu tussen bloed en lymfoïde organen. Ze maken gebruik van L-selectine en CCR7-receptoren om naar de lymfeknopen te homing. In de lymfeknoop binden ze via LFA-1 aan ICAM-1 op de endotheelcellen. * **Geactiveerde T-cellen (effectorcellen):** Na activatie veranderen ze van homing-patroon. Ze verliezen L-selectine en CCR7, en gaan VLA-4 tot expressie brengen, waardoor ze naar inflammatoire sites gemigreerd worden via binding aan VCAM-1 op geactiveerd endotheel. * **Stabilisatie van interactie:** De initiële interactie tussen T-cel en APC is kortstondig. Antigeenherkenning (TCR-triggering) leidt tot een conformationele verandering van LFA-1, wat resulteert in een sterkere en langdurigere adhesie aan ICAM-1, wat essentieel is voor effectieve signaaloverdracht. #### 2.2.2. Negatieve feedback mechanismen * **CTLA-4:** Na T-cel activatie wordt het inhibitie-molecuul CTLA-4 tot expressie gebracht. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen dan CD28 en remt T-cel activatie, wat een cruciale negatieve feedbacklus vormt. * **Treg cellen:** Deze cellen spelen een sleutelrol in het onderdrukken van overmatige immuunresponsen en het handhaven van tolerantie. Ze produceren immunosuppressieve cytokines zoals TGF-$\beta$ en IL-10, en consumeren IL-2. ### 2.3. T-cel specialisatie na activatie: CD4 fenotypes Na activatie prolifereren CD4 T-cellen en differentiëren ze tot verschillende helperfenotypes (Th-cellen), elk gespecialiseerd in het bestrijden van specifieke soorten pathogenen. De keuze van het fenotype wordt sterk beïnvloed door de cytokines die in de micro-omgeving aanwezig zijn. #### 2.3.1. Th1 cellen * **Ondersteuning:** Gericht tegen intracellulaire pathogenen (virussen, sommige bacteriën zoals *Mycobacterium tuberculosis*). * **Belangrijkste cytokines:** Interferon-gamma (IFN-$\gamma$). * **Functie:** Ze activeren macrofagen om microben te doden, stimuleren de productie van neutraliserend IgG door B-cellen, en versterken CD8 T-cel activiteit. * **Mechanismen:** Stimulatie door IL-12 (geproduceerd door DC's) en IFN-$\gamma$ (geproduceerd door NK-cellen). Ze binden via CD40L aan macrofagen. * **Pathologie:** Overmatige Th1-activiteit kan leiden tot granuloomvorming, zoals gezien bij tuberculose. #### 2.3.2. Th2 cellen * **Ondersteuning:** Gericht tegen extracellulaire pathogenen, met name meercellige parasieten (wormen), en speelt een rol bij allergische reacties. * **Belangrijkste cytokines:** Interleukine-4 (IL-4), IL-5, IL-13. * **Functie:** Stimuleren eosinofielen en basofielen om parasieten te bestrijden. Stimuleren B-cellen om IgE te produceren, wat mastcellen en eosinofielen kan activeren tegen wormen. Verhoogde slijmproductie en peristaltiek in de darm ter eliminatie van parasieten. * **Mechanismen:** Geïnduceerd door IL-4 (geproduceerd door o.a. basofielen). Th2-cytokines remmen Th1-differentiatie. * **Pathologie:** Betrokken bij allergische aandoeningen zoals astma en eczeem. #### 2.3.3. Tfolliculaire helpercellen (TFH) * **Ondersteuning:** Cruciaal voor de humorale immuunrespons en de ontwikkeling van efficiënte antistoffen. * **Functie:** Migreren naar de B-cel gebieden in de lymfeknopen en helpen B-cellen bij de activatie, proliferatie, somatische hypermutatie en isotype switching. * **Belangrijkste cytokines:** IL-21. * **Mechanismen:** Geactiveerd in de T-cel zone en migreren naar B-cel gebieden via de CXCR5 receptor. Werken samen met B-cellen (cognate interactie) en leveren hulp via CD40L en IL-21. Essentieel voor de vorming van immunologisch geheugen. #### 2.3.4. Th17 cellen * **Ondersteuning:** Belangrijk voor de bescherming tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, vooral op slijmvliezen. * **Belangrijkste cytokines:** IL-17, IL-22. * **Functie:** Bevorderen de rekrutering en activatie van neutrofielen. IL-22 speelt een rol bij het behoud van de integriteit van de epitheelbarrière door proliferatie van epitheelcellen te stimuleren en de productie van antimicrobiële peptiden (defensines) te bevorderen. * **Mechanismen:** Geïnduceerd door IL-6 en TGF-$\beta$. * **Pathologie:** Overmatige activiteit is betrokken bij auto-immuunziekten zoals psoriasis en inflammatoire darmziekten. #### 2.3.5. Treg cellen (T regulator cellen) * **Rol:** Essentieel voor immunologische tolerantie en het voorkomen van auto-immuniteit. * **Functie:** Onderdrukken de activiteit van andere T-cellen en immuuncellen. Spelen een rol bij het temperen van de immuunrespons tegen darmbacteriën en het handhaven van tolerantie tegen lichaamseigen antigenen. * **Mechanismen:** Uiten constitutief de $\alpha$-keten van de IL-2 receptor (CD25) en CTLA-4. Produceren immunosuppressieve cytokines zoals TGF-$\beta$ en IL-10. Kunnen zowel in de thymus als perifeer gevormd worden. #### 2.3.6. Negatieve feedback mechanismen (samenvatting) De regulatie van T-cel activiteit is cruciaal voor het voorkomen van auto-immuniteit. Dit gebeurt via diverse mechanismen: * **Tolerantie in de thymus:** Negatieve selectie van autoreactieve T-cellen door APC's (met hulp van AIRE). * **Perifere tolerantie:** * **Anergie:** Inductie van functionele inactiviteit van T-cellen bij herkenning van antigenen zonder co-stimulatie. * **Exclusie:** Anatomische barrières (bv. bloed-hersenbarrière, oog) beperken blootstelling aan antigenen. * **Treg cellen:** Actieve onderdrukking van autoreactieve T-cellen. * **CTLA-4:** Remming van co-stimulatoire signalen. * **PD-L1 expressie:** Geïnduceerd door IFN-$\gamma$, remt T-cel activatie. #### 2.3.7. Verkeerde immuunrespons Een ongepaste of verzwakte T-cel respons kan leiden tot ernstige ziekte. Dit wordt geïllustreerd door de verschillende vormen van lepra: * **Tuberculoïde lepra:** Gekenmerkt door een sterke Th1-respons, effectief in het bestrijden van *Mycobacterium leprae*. * **Lepromateuze lepra:** Gekenmerkt door een overwegend Th2-respons, die ineffectief is tegen intracellulaire bacteriën en leidt tot wijdverspreide infectie. Dit is een voorbeeld van een "verkeerde" immuunrespons waarbij de effectorfuncties niet adequaat zijn voor het specifieke pathogeen. ## 3. Fase 6: effector functie (T-cellen) Na activatie en proliferatie differentiëren T-cellen tot effectorcellen die hun specifieke functies uitvoeren op de plaats van infectie of ontsteking. ### 3.1. Cytotoxische T-cellen (CD8 T-cellen) * **Rol:** Belangrijk voor de eliminatie van geïnfecteerde lichaamseigen cellen (bv. viraal geïnfecteerde cellen) en tumorcellen. * **Activatie:** Vereisen signalen van APC's, met name DC's, op MHC klasse I moleculen. CD8 T-cellen zijn vaak afhankelijk van hulp van CD4 T-cellen voor voldoende proliferatie, met name door gedeelde IL-2 productie. * **Effectorfunctie:** Effector CD8 T-cellen (Cytotoxische Lymfocyten, CTL's) vereisen geen co-stimulatie meer om hun functie uit te oefenen. Ze herkennen geïnfecteerde cellen via de presentatie van peptiden op MHC klasse I. * **Mechanismen van celdood:** * **Perforine en granzymen:** CTL's scheiden deze moleculen uit lytische granules. Perforine vormt poriën in het membraan van de doelcel, waardoor granzymen de cel kunnen binnendringen en apoptose induceren. * **FasL:** CTL's kunnen ook FasL tot expressie brengen, wat bindt aan de Fas-receptor op de doelcel en eveneens apoptose induceert. * **Voordelen van apoptose:** De geprogrammeerde celdood voorkomt de vrijlating van pathogenen uit de cel, wat verdere verspreiding zou kunnen bevorderen. * **Specificiteit:** CTL-gemedieerde lysis is zeer specifiek en veroorzaakt minimale schade aan naburige, niet-geïnfecteerde cellen ("no collateral damage"). * **Productie van IFN-$\gamma$:** Net als Th1-cellen produceren CD8 T-cellen IFN-$\gamma$, wat virale replicatie remt en macrofagen activeert. ### 3.2. NK-cellen (Natural Killer cellen) * **Rol:** Behoren tot het aangeboren immuunsysteem, maar werken nauw samen met het adaptieve immuunsysteem. Ze bieden een vroege respons tegen virale infecties en tumorcellen. * **Mechanisme:** NK-cellen zijn constitutief cytotoxisch. Ze doden cellen die weinig of geen MHC klasse I moleculen tot expressie brengen (vaak door virale infectie of tumorale transformatie). Ze kunnen ook antilichaam-gecoate cellen doden via Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity (ADCC), waarbij ze Fc-$\gamma$ receptoren (CD16) gebruiken om antilichamen te binden. * **Receptoren:** NK-cellen hebben een diverse set van activerende en inhiberende receptoren (bv. NKG2D, KIRs). De balans tussen signalen van deze receptoren bepaalt of de NK-cel een doelwitcel aanvalt. * **Productie van IFN-$\gamma$:** Geactiveerde NK-cellen (vaak gestimuleerd door IL-12) zijn een belangrijke bron van IFN-$\gamma$, wat de Th1-respons versterkt. * **Educatie:** NK-cellen ondergaan 'educatie' in het beenmerg, waarbij hun receptoren worden gekalibreerd om zelf-cellen te tolereren, terwijl ze cellen met een verstoorde balans van activerende/inhiberende signalen herkennen en doden. ### 3.3. Interacties tussen cellen en effectorfuncties (samenvatting) * **CD4 T-cellen (helperfuncties):** * Activeren macrofagen (Th1). * Assisteren B-cellen voor antistofproductie en geheugen (TFH). * Induceren neutrofiele responsen en epitheelintegriteit (Th17). * Onderdrukken immuunresponsen (Treg). * **CD8 T-cellen (cytotoxische functies):** * Dodenn geïnfecteerde en tumorcellen. * Produceren IFN-$\gamma$. * **NK-cellen (aangeboren cytotoxiciteit):** * Doden tumorcellen en geïnfecteerde cellen (minder MHC klasse I). * ADCC. * Produceren IFN-$\gamma$. Deze complexe interacties en de differentiatie van T-cellen zorgen voor een gedifferentieerde en doelgerichte immuunrespons die is afgestemd op de specifieke aard van de bedreiging. --- # Antigeen-presenterende cellen (APC) Antigeen-presenterende cellen (APC's) spelen een cruciale rol in het initiëren van adaptieve immuunresponsen door antigenen te presenteren aan T-cellen. ### 2.1 Dendritische cellen Dendritische cellen (DC's) zijn de meest gespecialiseerde APC's en zijn essentieel voor de activatie van naïeve T-cellen. #### 2.1.1 Locatie en functie van immature dendritische cellen * Immature DC's bevinden zich verspreid in weefsels, zoals de huid (Langerhanscellen) en de slijmvliezen. * Hun voornaamste functie in deze staat is het opnemen van antigenen uit de omgeving via fagocytose en macropinocytose (het opnemen van kleine vloeistofdruppels met daarin antigenen). Ze nemen geen volledige pathogenen op, maar fragmenten hiervan. * Immature DC's hebben een beperkte expressie van MHC klasse II moleculen op hun oppervlak. #### 2.1.2 Maturatie en migratie van dendritische cellen * Na detectie van gevaar (via PAMP's en DAMP's) of ontsteking, ondergaan DC's maturatie. * Tijdens maturatie migreren DC's via lymfevaten naar de secundaire lymfoïde organen, zoals de lymfeklieren. * Maturation leidt tot een significante toename van de expressie van MHC klasse II moleculen en de expressie van co-stimulatoire moleculen, zoals CD80 (B7.1) en CD86 (B7.2). * Deze gematureerde DC's bevinden zich in de T-cel regio van de lymfeklieren, waar ze naïeve T-cellen kunnen ontmoeten. #### 2.1.3 Antigeenpresentatie door dendritische cellen * DC's presenteren antigenen op MHC klasse II moleculen aan CD4$^{+}$ T-cellen. Dit proces vindt plaats in het lysosoom, waar MHC klasse II moleculen worden beladen met peptidefragmenten van opgenomen pathogenen. * DC's kunnen ook antigenen presenteren op MHC klasse I moleculen aan CD8$^{+}$ T-cellen, via een proces genaamd *cross-presentatie*. Hierbij worden antigenen die initieel via de lysosomale route worden verwerkt, naar het cytoplasma getransloceerd en op MHC klasse I gepresenteerd. Dit stelt DC's in staat om zowel CD4$^{+}$ als CD8$^{+}$ T-cellen te activeren, zelfs bij infecties waarbij het pathogeen de cel niet direct infecteert. ### 2.2 Macrofagen Macrofagen zijn ook belangrijke APC's, hoewel over het algemeen minder krachtig in het activeren van naïeve T-cellen dan DC's. #### 2.2.1 Oorsprong en typen macrofagen * Macrofagen ontstaan uit monocyten die uit de bloedbaan migreren naar weefsels. * Er zijn twee functionele typen: * **M1 macrofagen (inflammatoir):** Geïnduceerd door inflammatoire cytokines (zoals IFN-$\gamma$). Ze hebben een hoge expressie van MHC klasse I en II en co-stimulatoire moleculen, waardoor ze effectieve APC's zijn, vooral tijdens ontsteking. Ze spelen een rol in het bestrijden van pathogenen. * **M2 macrofagen (weefselherstel/immunosuppressief):** Geïnduceerd door IL-4, IL-10, en steroïden. Ze produceren anti-inflammatoire cytokines (zoals IL-10 en TGF-$\beta$) en groeifactoren (zoals VEGF) en bevorderen weefselherstel. Ze hebben een lagere APC-functie. * Sommige weefselmacrofagen, zoals Kupffer-cellen in de lever en microglia in de hersenen, hebben een foetale precursor en regenereren lokaal onafhankelijk van beenmergmonocyten. #### 2.2.2 Functie van macrofagen als APC's * Macrofagen kunnen antigenen presenteren op MHC klasse I en II moleculen. * Hun vermogen om T-cellen te activeren is over het algemeen beperkter dan dat van DC's, tenzij ze sterk geactiveerd zijn (bv. M1 macrofagen onder invloed van IFN-$\gamma$). * Macrofaag-gemedieerde activatie van T-cellen vindt vaak plaats op de plaats van infectie of inflammatie. ### 2.3 B-lymfocyten als APC's B-lymfocyten kunnen ook als APC's fungeren, met name in de context van humorale immuniteit. * B-cellen hebben een hoog-specifieke B-celreceptor (BCR) die antigenen bindt. * Na binding van een antigeen neemt de B-cel dit op via endocytose. * Het antigeen wordt vervolgens verwerkt en gepresenteerd op MHC klasse II moleculen. * Deze presentatie is essentieel voor de interactie met T-helpercellen (Th) om volledige activatie en productie van antistoffen te bewerkstelligen. ### 2.4 Vereisten voor T-cel activatie De initiële activatie van naïeve T-cellen door APC's vereist meerdere signalen: #### 2.4.1 Signaal 1: Antigeen-specifieke herkenning * Dit signaal wordt geleverd door de interactie tussen de T-celreceptor (TCR) op de T-cel en het peptide-MHC complex op de APC. * De affiniteit van deze interactie is relatief laag. #### 2.4.2 Signaal 2: Co-stimulatoire signalen * Dit signaal is cruciaal voor volledige T-cel activatie, proliferatie en differentiatie. * Het wordt geleverd door de interactie tussen co-stimulatoire moleculen op de APC en hun receptoren op de T-cel. De belangrijkste interactie is tussen: * **B7-moleculen (CD80/CD86) op de APC** en **CD28 op de naïeve T-cel**. * De expressie van B7-moleculen op APC's wordt sterk verhoogd tijdens infectie en inflammatie. * Het ontbreken van signaal 2, zelfs bij aanwezigheid van signaal 1, kan leiden tot T-cel *anergie* (functionele inactivatie) of tolerantie. #### 2.4.3 Signaal 3: Cytokinen * Cytokinen, geproduceerd door APC's (vooral DC's) en andere immuuncellen, beïnvloeden de proliferatie, differentiatie en functie van T-cellen. * Specifieke cytokinen sturen de differentiatie van CD4$^{+}$ T-cellen naar verschillende T-helper (Th) subtypen (zoals Th1, Th2, Th17, Tfh, Treg). ### 2.5 Cellulaire interactie en migratie * Naïeve T-cellen en DC's ontmoeten elkaar in de secundaire lymfoïde organen (lymfeklieren, milt). * T-cellen recirculeren continu tussen bloed en lymfoïde organen via hoog-endotheliale venules (HEVs). * DC's migreren vanuit perifere weefsels naar de lymfeklieren, waar ze hun geconcentreerde antigenen presenteren in de T-cel gebieden. * De interactie tussen T-cel en APC wordt gestabiliseerd door de activatie van adhesiemoleculen zoals LFA-1 op de T-cel, dat bindt aan ICAM-1 op de APC. Deze interactie is noodzakelijk voor de lange duur die nodig is voor de signaaltransductie. ### 2.6 Negatieve feedback en tolerantie * **CTLA-4:** Na T-cel activatie wordt het inhiberende molecuul CTLA-4 (cytotoxisch T-lymfocelet-geassocieerd antigeen 4) tot expressie gebracht. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen dan CD28 en remt T-cel activatie, wat fungeert als een negatieve feedbackmechanisme. * **Tolerantie:** Er zijn verschillende mechanismen om auto-immuniteit te voorkomen: * **Centrale tolerantie:** In de thymus worden autoreactieve T-cellen vernietigd of geïnactiveerd. * **Perifere tolerantie:** * Inductie van *anergie* door het ontbreken van co-stimulatoire signalen op niet-APC's. * De rol van regulatoire T-cellen (Treg) die de immuunrespons onderdrukken, o.a. door productie van TGF-$\beta$ en het opslurpen van IL-2. * Het uitsluiten van antigenen uit immuunprivileges zones (bv. hersenen, ogen). ### 2.7 Professionele APC's Dendritische cellen, macrofagen en B-lymfocyten worden beschouwd als *professionele* antigeen-presenterende cellen omdat ze essentieel zijn voor de initiële activatie van naïeve T-cellen en de expressie van de benodigde co-stimulatoire moleculen. Andere lichaamscellen kunnen ook antigenen presenteren, maar dit gebeurt meestal op MHC klasse I aan geactiveerde T-cellen en vereist geen co-stimulatie voor effectorfuncties. ### 2.8 Rol in ziekte en therapie * De disfunctie of verkeerde activatie van APC's kan leiden tot auto-immuniteit, immunodeficiëntie, allergieën of ontoereikende afweer tegen infecties. * Therapeutische interventies richten zich op het moduleren van APC-functie, zoals het blokkeren van co-stimulatoire signalen (bv. met anti-CD28 antilichamen) of het stimuleren van immuunresponsen (bv. met adjuvans in vaccins die de activiteit van APC's versterken). * Het begrijpen van de interactie tussen APC's en T-cellen is cruciaal voor de ontwikkeling van nieuwe immuuntherapieën, bijvoorbeeld in kankerbehandeling (bv. checkpoint-remmers die CTLA-4 blokkeren). --- # Regulatie van immuunresponsen en tolerantie **3. Regulatie van immuunresponsen en tolerantie** Het immuunsysteem wordt nauwkeurig gereguleerd om een effectieve respons tegen pathogenen te garanderen zonder autoreactiviteit te veroorzaken. ### 3.1 Fase 5: ontmoeten van het antigeen (T cellen) #### 3.1.1 Dendritische cellen (DC) als antigeenpresenterende cellen (APC) * Dendritische cellen (DC) zijn de belangrijkste antigeenpresenterende cellen (APC) en spelen een cruciale rol bij de activatie van naïeve T-cellen. * **Locatie en functie:** Immature DC bevinden zich in weefsels, nemen antigenen op via fagocytose en macropinocytose, en migreren na activatie via lymfevaten naar secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen). In de lymfeknopen presenteren mature DC de antigenen op hun MHC-moleculen aan T-cellen. * **Antigeenpresentatie:** DC presenteren geprocessede antigenen op MHC klasse II-moleculen aan CD4+ T-cellen en via cross-presentatie op MHC klasse I-moleculen aan CD8+ T-cellen. * **Activatie van DC:** DC worden geactiveerd door 'danger-associated molecular patterns' (DAMPs) en 'pathogen-associated molecular patterns' (PAMPs). Deze activatie leidt tot expressie van co-stimulatoire moleculen zoals CD80 en CD86, wat essentieel is voor T-celactivatie. #### 3.1.2 T-celactivatie De activatie van naïeve T-cellen vereist twee signalen: 1. **Signaal 1 (antigeenspecifiek signaal):** De T-celreceptor (TCR) van de T-cel herkent een peptide-MHC-complex op de APC. De interactie tussen TCR en MHC-peptide is van lage affiniteit. 2. **Signaal 2 (co-stimulatoir signaal):** Een interactie tussen co-stimulatoire moleculen op de APC (zoals CD80/B7.1 en CD86/B7.2) en de T-cel (voornamelijk CD28) is noodzakelijk voor volledige activatie, proliferatie en productie van interleukine-2 (IL-2). * **Anergiek:** De afwezigheid van signaal 2, zelfs bij aanwezigheid van signaal 1, leidt tot T-celanergie, een staat van functionele suppressie die een vorm van perifere tolerantie is. * **LFA-1 en ICAM-1:** De adhesiemolecule LFA-1 op T-cellen kan na activatie door chemokines of TCR-triggering een sterkere interactie aangaan met ICAM-1 op APC, wat de duur van de interactie verlengt en T-celactivatie faciliteert. * **IL-2 productie en proliferatie:** Beide signalen zijn nodig voor de inductie van IL-2 transcriptie en de stabilisatie van IL-2 mRNA, resulterend in een aanzienlijke stijging van IL-2 productie. IL-2 is een cruciale groeifactor die de proliferatie van geactiveerde T-cellen stimuleert. > **Tip:** Co-stimulatie is cruciaal om overmatige activatie van T-cellen door 'zelf'-antigenen te voorkomen. Dit verklaart waarom adjuvans in vaccins nodig is; het zorgt voor de inductie van co-stimulatoire signalen op APC. ### 3.2 Fase 6: effector functie (T cellen en NK cellen) Na activatie en proliferatie differentiëren T-cellen tot effectorcellen met gespecialiseerde functies. De aard van de immuunrespons wordt mede bepaald door de cytokinewereld waarin de differentiatie plaatsvindt. #### 3.2.1 CD4+ T-helper (Th) cel fenotypes CD4+ T-cellen differentiëren zich tot verschillende Th-subtypen, elk met specifieke cytokinesproductie en functies: * **Th1 cellen:** * Geïnduceerd door cytokinen zoals IL-12 en IFN-$\gamma$. * Productie van IFN-$\gamma$, wat macrofagen activeert om intracellulaire pathogenen (virussen, bacteriën zoals *Mycobacterium tuberculosis*) te bestrijden. * Versterken NK-cellen, CD8+ T-cellen en de IgG-isotypeswitch bij B-cellen. * **Functie:** Bescherming tegen intracellulaire pathogenen. * **Pathologie:** In geval van een maladaptieve of overmatige Th1-respons kunnen granulomen ontstaan. * **Th2 cellen:** * Geïnduceerd door IL-4. * Productie van IL-4, IL-5, IL-6, IL-10 en IL-13. * Stimuleren eosinofielen voor de bestrijding van meercellige pathogenen (wormen). * Bevorderen de IgE-isotypeswitch bij B-cellen, wat leidt tot activatie van mestcellen, basofielen en eosinofielen. * **Functie:** Bescherming tegen extracellulaire, meercellige pathogenen en betrokken bij allergische reacties. * **Pathologie:** Geassocieerd met astma, allergieën en atopische aandoeningen. Th1 en Th2 responses zijn mutueel exclusief; de ene onderdrukt de ander. * **Tfh (T-folliculaire helper) cellen:** * Belangrijk voor humorale immuniteit. * Geactiveerd in T-celgebieden van lymfoïde organen en migreren naar de B-cel gebieden. * Productie van IL-21, wat essentieel is voor de proliferatie en differentiatie van B-cellen, inclusief somatische hypermutatie en isotype switching. * **Functie:** Helpen B-cellen bij het ontwikkelen van een hoog-affiene antistofrespons en geheugen B-cellen. Dit is cruciaal voor de effectiviteit van veel vaccins. * **Th17 cellen:** * Geïnduceerd door IL-6 en TGF-$\beta$ in inflammatoire omgevingen. * Productie van IL-17 en IL-22. * **IL-17:** Bevordert neutrofiele influx, productie en activatie. * **IL-22:** Ondersteunt de integriteit van epitheelbarrières door epitheelcelproliferatie, secretie van defensines en slijm. * **Functie:** Bescherming tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, met name bij epitheelbarrières. * **Pathologie:** Overactieve Th17-responsen worden geassocieerd met auto-immuunziekten zoals psoriasis. * **Treg (T-regulatorische) cellen:** * Spelen een cruciale rol in het handhaven van tolerantie en het onderdrukken van immuunresponsen. * Vorming vindt plaats in de thymus (thymus-derived Treg, tTreg) en in de periferie, met name in mucosae (peripherally-induced Treg, iTreg). * Kenmerken: constitutieve expressie van CD25 (alfa-keten van IL-2 receptor) en CTLA-4. * Effectormechanismen: Secretie van immunosuppressieve cytokinen zoals TGF-$\beta$ en IL-10, en competitie voor IL-2. * **Functie:** Voorkomen van auto-immuniteit, beheersen van immuunresponsen tegen darmbacteriën, en het onderdrukken van overmatige immuunactivatie. > **Tip:** De differentiatie van CD4+ T-cellen is niet absoluut; er is sprake van een spectrum waarbij de cytokineomgeving de doorslaggevende factor is. #### 3.2.2 Cytotoxische T-cellen (CTL, CD8+) * CD8+ T-cellen herkennen antigenen gepresenteerd op MHC klasse I-moleculen, die aanwezig zijn op vrijwel alle lichaamscellen. * **Activatie:** Naïeve CD8+ T-cellen vereisen activatie door DC, wat vaak CD4+ T-celhulp (via IL-2 productie) nodig heeft. Effector CD8+ T-cellen hebben echter geen co-stimulatie meer nodig voor hun effector functie. * **Functie:** CTL elimineren geïnfecteerde cellen (met name virus-geïnfecteerde cellen en tumorcellen) en intracellulaire bacteriële infecties door middel van cytotoxische moleculen zoals perforines en granzymes, die apoptose induceren. Dit proces is zeer specifiek en veroorzaakt minimale schade aan omliggende gezonde cellen. Ze produceren ook IFN-$\gamma$. * **Belang:** Essentieel voor de controle van virale infecties en kanker. #### 3.2.3 Natural Killer (NK) cellen * NK-cellen behoren tot het aangeboren immuunsysteem en bieden een vroege respons tegen virale infecties en tumorcellen. * **Mechanisme:** Ze zijn constitutief cytotoxisch en hun activiteit wordt versterkt door cytokinen zoals IFN-$\gamma$ en IL-12. * **Receptorherkenning:** NK-cellen herkennen cellen die een verminderde expressie van MHC klasse I-moleculen hebben (een strategie die virussen gebruiken om CTL te ontwijken). Ze bezitten een balans van activerende en inhiberende receptoren. * **Inhiberende receptoren:** Herkennen 'zelf'-MHC klasse I-moleculen. Als deze binding sterk genoeg is, wordt NK-celactivatie geremd. * **Activerende receptoren:** Reageren op stress-eiwitten of op de afwezigheid van 'zelf'-MHC klasse I. * **ADCC (Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity):** NK-cellen kunnen ook antibody-gecoate doelwitten doden via Fc-$\gamma$-receptoren (CD16). * **Functie:** Controle van virale replicatie, elimineren van tumorcellen en bijdragen aan de Th1-respons door IFN-$\gamma$ productie. ### 3.3 Negatieve feedback mechanismen en perifere tolerantie Het immuunsysteem heeft diverse mechanismen om overmatige activatie te voorkomen en tolerantie te handhaven. #### 3.3.1 Negatieve feedback op T-celactivatie * **CTLA-4:** Na T-celactivatie wordt CTLA-4 tot expressie gebracht. Dit molecuul heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen op APC dan CD28 en remt de T-celactivatie. Dit is een belangrijke negatieve feedbacklus. * **Regulatie door T-regulatorische cellen:** Treg-cellen spelen een centrale rol in de onderdrukking van immuunresponsen via TGF-$\beta$, IL-10 en competitie om IL-2. #### 3.3.2 Perifere tolerantie * **Anergiek:** Zoals eerder genoemd, leidt het ontbreken van co-stimulatie (signaal 2) bij T-celactivatie tot anergie, waardoor T-cellen functioneel worden uitgeschakeld zonder te prolifereren. Dit is cruciaal om reacties tegen zelf-antigenen te voorkomen die op lichaamseigen cellen worden gepresenteerd zonder inflammatoire signalen. * **Exclusie:** Sommige weefsels, zoals de ogen en hersenen, zijn immunologisch bevoorrechte gebieden met beperkte lymfatische drainage, wat bijdraagt aan tolerantie. * **De rol van AIRE:** In de thymus zorgt het AIRE-eiwit voor de expressie van een breed scala aan weefselspecifieke antigenen, wat leidt tot de negatieve selectie van autoreactieve T-cellen. #### 3.3.3 De verkeerde immuunrespons (bv. bij Lepra) * Gepolariseerde immuunresponsen kunnen leiden tot ziekte. Bij lepra toont tuberculoid lepra een sterke Th1-respons, wat effectief is in het controleren van de infectie. Lepromateuze lepra daarentegen wordt gekenmerkt door een Th2-respons, die ineffectief is tegen intracellulaire bacteriën en leidt tot verlies van controle over het pathogeen en weefselschade. Dit illustreert het belang van de juiste differentiatie van T-helpercellen voor een effectieve immuunrespons. #### 3.3.4 Tolerantie voor zelfstructuren * **Centrale tolerantie:** In de thymus worden autoreactieve T-cellen verwijderd via negatieve selectie, geholpen door AIRE. * **Perifere tolerantie:** Mechanisme zoals anergie, inductie van Treg-cellen en immunologische exclusie zorgen ervoor dat resterende autoreactieve T-cellen niet tot een immuunreactie leiden. * **Affiniteitsmaturatie:** Tijdens de ontwikkeling van B-cellen kan autoreactiviteit ontstaan, maar deze B-cellen vinden doorgaans geen T-celhulp omdat de T-cellen die de zelf-antigenen herkennen niet in een inflammatoire context worden geactiveerd. Het handhaven van een delicate balans tussen immuunactivatie en suppressie is essentieel voor het voorkomen van auto-immuniteit en het effectief bestrijden van infecties. --- # NK-cellen en vroege immuunresponsen Hier volgt een gedetailleerd en omvattend studiemateriaal over NK-cellen en vroege immuunresponsen, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 4. NK-cellen en vroege immuunresponsen Natural Killer (NK) cellen vormen een cruciaal onderdeel van de aangeboren immuunrespons en bieden een eerste verdedigingslinie tegen intracellulaire pathogenen zoals virussen, evenals tegen tumorcellen. ### 4.1 De rol van NK-cellen in de vroege immuunrespons NK-cellen behoren niet tot het adaptieve immuunsysteem en beschikken niet over T-cel receptoren (TCR) of B-cel receptoren (BCR). In plaats daarvan hebben ze een reeks specifieke NK-receptoren op hun oppervlak die hen in staat stellen pathogenen te herkennen en te bestrijden. * **Vroege detectie:** NK-cellen spelen een sleutelrol in de initiële fase van een immuunrespons, met name tegen virale infecties. De eerste paar dagen na een infectie worden gekenmerkt door de productie van interferonen (type I), TNF-$\alpha$ en IL-12. Deze factoren activeren NK-cellen, die vervolgens virale replicatie helpen controleren. Hoewel deze aangeboren respons de infectie niet altijd volledig kan elimineren, is deze essentieel voor de eerste bescherming totdat de meer specifieke adaptieve immuunrespons (T- en B-cellen) op gang komt. * **Constitutieve cytotoxiciteit:** NK-cellen zijn van nature cytotoxisch, wat betekent dat ze reeds geactiveerd zijn om cellen te doden. Deze activiteit wordt echter nog verder versterkt door cytokines zoals IFN-$\alpha$, IFN-$\beta$, en IL-12. * **Productie van IFN-$\gamma$:** Na activatie door IL-12, een cytokine dat door dendritische cellen wordt geproduceerd, zijn NK-cellen een belangrijke bron van IFN-$\gamma$. Dit cytokine speelt een cruciale rol in het versterken van de Th1-respons, de activatie van macrofagen en de controle van virale replicatie. ### 4.2 NK-cel activatie en herkenningsmechanismen NK-cellen herkennen hun doelwitten op basis van een complex samenspel van activerende en inhiberende receptoren. * **Receptor diversiteit:** NK-cellen dragen een grote diversiteit aan receptoren (ongeveer 30 verschillende types), waaronder de lectine-achtige CD94:NKG2A receptor en Killer-cell immunoglobulin-like receptors (KIRs). Deze receptoren zijn polymorf in de bevolking en bepalen mede de specificiteit van de NK-cel. * **Inhiberende receptoren:** Deze receptoren herkennen doorgaans "zelf"-moleculen, zoals MHC klasse I moleculen. Wanneer een NK-cel een "zelf"-molecuul herkent via een inhiberende receptor, wordt het signaal voor cytotoxiciteit geblokkeerd, wat voorkomt dat gezonde lichaamseigen cellen worden aangevallen. Elke NK-cel drukt minstens één inhiberende receptor uit die "zelf" herkent. * **Activerende receptoren:** Deze receptoren herkennen moleculen die tot expressie komen op gestreste of geïnfecteerde cellen, of wanneer "zelf"-moleculen, zoals MHC klasse I, afwezig zijn. Voorbeelden zijn NKG2D en de Fc$\gamma$ receptor (CD16). Wanneer de signalen van de activerende receptoren de overhand krijgen op de signalen van de inhiberende receptoren, wordt de NK-cel geactiveerd. * **Balans van signalen:** De activiteit van een NK-cel wordt bepaald door de balans tussen de signalen die afkomstig zijn van de activerende en inhiberende receptoren. Tijdens de differentiatie van NK-cellen in het beenmerg wordt deze balans gekalibreerd, waardoor het netto signaal op nul wordt gezet (inactieve toestand). Een verstoring van deze balans, zoals het verdwijnen van MHC klasse I moleculen (vaak door virale infectie) of de expressie van stress-eiwitten, leidt tot NK-cel activatie. * **Herkenning van MHC klasse I afwezigheid:** Veel virussen downreguleren de expressie van MHC klasse I moleculen op geïnfecteerde cellen om detectie door cytotoxische T-cellen te ontlopen. Dit maakt de cellen juist gevoeliger voor NK-cel activatie, omdat de inhiberende signalen wegvallen. * **HLA-E als controlemechanisme:** De CD94:NKG2A receptor op NK-cellen herkent HLA-E, een MHC klasse I-achtig molecuul. HLA-E bindt peptiden die afkomstig zijn van de leadersequenties van HLA-A, -B en -C moleculen. Door HLA-E te monitoren, kan een NK-cel indirect controleren of de cellen voldoende MHC klasse I moleculen tot expressie brengen. Een afname van HLA-E kan wijzen op een probleem met de productie van HLA klasse I moleculen, zoals bij virale infecties. ### 4.3 Cytotoxische mechanismen van NK-cellen Eenmaal geactiveerd, doden NK-cellen hun doelwitten op verschillende manieren: * **Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC):** NK-cellen beschikken over Fc$\gamma$ receptoren (CD16) die antistoffen van het IgG-type kunnen binden. Wanneer een doelwitcel bedekt is met IgG, kan de NK-cel via deze receptoren binden en de cel doden. Dit mechanisme is ook relevant voor therapeutische toepassingen, zoals antilichaamtherapie bij kanker. * **Directe cellysis:** Geactiveerde NK-cellen scheiden cytotoxische moleculen uit zoals perforines en granzymes. Perforines vormen gaten in het celmembraan van de doelwitcel, waardoor granzymes de cel kunnen binnendringen en apoptose (geprogrammeerde celdood) induceren. Apoptose is een gecontroleerd proces dat voorkomt dat virussen vrijkomen in de interstitiële ruimte, in tegenstelling tot necrose. NK-cellen kunnen meerdere doelwitcellen na elkaar doden. * **Productie van cytokines:** Naast hun cytotoxische functie produceren geactiveerde NK-cellen ook cytokines, met name IFN-$\gamma$, dat de antivirale respons en de activiteit van andere immuuncellen, zoals macrofagen en CD8 T-cellen, verder versterkt. ### 4.4 Overeenkomsten en verschillen met CD8 cytotoxische T-cellen (CTL's) Hoewel zowel NK-cellen als CTL's cytotoxische functies uitvoeren, zijn er belangrijke verschillen: * **Specificiteit:** CTL's herkennen specifieke peptiden gepresenteerd op MHC klasse I moleculen, wat een hoog niveau van antigen-specificiteit vereist. NK-cellen herkennen daarentegen afwezigheid van "zelf"-moleculen of stress-moleculen, wat een meer algemene, aangeboren herkenning is. * **Activatie:** Naïeve T-cellen vereisen een complexe activatieprocedure met zowel een antigeen-specifiek signaal als een co-stimulatoir signaal van een antigeen-presenterende cel (APC). CTL's profiteren vaak van hulp van CD4 T-cellen voor hun proliferatie en differentiatie. NK-cellen zijn daarentegen al relatief snel na infectie actief en vereisen geen uitgebreide co-stimulatie zoals T-cellen. Echter, hun cytotoxische activiteit wordt wel sterk versterkt door cytokines zoals IL-12 en IFN. * **Effectormechanismen:** Beide celtypes kunnen doelwitcellen doden door middel van inductie van apoptose. CTL's maken hierbij gebruik van perforines en granzymes, en synthetiseren daarnaast cytokines. NK-cellen gebruiken ook perforines en granzymes, en kunnen via ADCC antistof-gemedieerd doden. Bovendien produceren beide celtypes IFN-$\gamma$, wat de antivirale respons versterkt. ### 4.5 Rol van APC's in de activatie van T-cellen en NK-cellen Antigeen-presenterende cellen (APC's), met name dendritische cellen (DC's), spelen een cruciale rol in de activatie van zowel T-cellen als NK-cellen. * **Dendritische cellen (DC's):** DC's zijn de meest potente APC's. In weefsels nemen zij pathogenen op en migreren, na maturatie, naar de lymfeknopen om daar naïeve T-cellen te presenteren. Tijdens dit proces presenteren DC's peptiden op zowel MHC klasse I als MHC klasse II moleculen, wat de activatie van respectievelijk CD8 en CD4 T-cellen mogelijk maakt. DC's produceren ook cytokines, zoals IL-12, die NK-cellen activeren en sturen richting een Th1-respons. DC's kunnen antigenen ook via cross-presentatie op MHC klasse I presenteren, waardoor ze zowel CD4 als CD8 T-cellen kunnen activeren. * **Macrofaag activatie:** Macrofagen zijn ook APC's, met name in weefsels. Ze kunnen pathogenen fagocyteren en presenteren, maar hun rol in de initiële activatie van naïeve T-cellen is minder krachtig dan die van DC's, tenzij ze sterk geïnflammeerd zijn. Macrofagen kunnen door NK-cellen worden geactiveerd om microbicidaal te worden, wat cruciaal is voor de bestrijding van intracellulaire pathogenen zoals mycobacteriën. * **B-cellen als APC's:** B-cellen kunnen, in specifieke gevallen, ook als APC fungeren om T-cellen te activeren, met name tijdens de humorale immuunrespons. Deze informatie vormt een stevige basis voor het begrip van NK-cellen en hun rol in de vroege immuunresponsen. Succes met studeren! --- ## 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 | |------|------------| | T cel immuniteit | Het immuunsysteem onderdeel dat zich richt op de werking van T-lymfocyten, cruciaal voor de cellulaire immuniteit tegen pathogenen en abnormale cellen. | | Antigen | Een molecuul, meestal een eiwit of polysacharide, dat door het immuunsysteem wordt herkend als vreemd en een immuunrespons kan uitlokken. | | Antigen-presenterende cel (APC) | Cellen die antigenen presenteren aan T-lymfocyten, zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen, om een immuunrespons te initiëren. | | Dendritische cel (DC) | Een type antigeen-presenterende cel die een cruciale rol speelt bij het activeren van naïeve T-cellen en het initiëren van specifieke immuunresponsen. | | Macrophage (macrofaag) | Fagocyterende cellen die een rol spelen bij het opruimen van pathogenen, celresten en het presenteren van antigenen aan T-cellen. | | Lymfeknoop | Secundaire lymfoïde organen waar immuuncellen migreren en elkaar ontmoeten om pathogenen te detecteren en immuunresponsen te initiëren. | | Cytokines | Signaalmoleculen die door immuuncellen worden geproduceerd om de communicatie en interactie tussen cellen te reguleren, wat essentieel is voor de immuunrespons. | | Cytokine receptor | Receptoren op het celoppervlak die specifieke cytokines binden om signalen te ontvangen en celrespons te induceren, zoals celgroei, differentiatie of secretie van andere moleculen. | | CD4 T-cel | Een subtype van T-helpercellen die, na activatie, differentiëren tot verschillende fenotypes (bv. Th1, Th2, Th17, Tfh, Treg) en diverse functies uitvoeren in de immuunrespons. | | CD8 T-cel | Cytotoxische T-lymfocyten die voornamelijk virus-geïnfecteerde cellen en tumorcellen doden door middel van directe cel-lysis en productie van cytokines. | | Cytotoxische T-cel (CTL) | Een type CD8 T-cel dat gespecialiseerd is in het herkennen en doden van geïnfecteerde of abnormale lichaamseigen cellen. | | Natural Killer (NK) cel | Een type lymfocyt dat deel uitmaakt van de aangeboren immuniteit en cel-lysis kan induceren tegen virus-geïnfecteerde cellen en tumorcellen zonder eerdere sensibilisatie. | | Adhesiemoleculen | Moleculen op het celoppervlak die cel-cel interacties en celmigratie faciliteren door binding aan specifieke liganden op andere cellen of de extracellulaire matrix. | | Co-stimulatoir signaal | Een tweede signaal, naast de antigen-MHC interactie, dat nodig is voor de volledige activatie van T-cellen, vaak geleverd door moleculen zoals B7 op APCs die binden aan CD28 op T-cellen. | | Naïeve T-cel | Een volwassen T-cel die nog geen antigeen heeft ontmoet en nog niet geactiveerd is; deze cellen circuleren continu in het lichaam en wachten op herkenning van hun specifieke antigeen. | | Effector T-cel | Een T-cel die na activatie en differentiatie in staat is om specifieke functies uit te voeren, zoals cytotoxiciteit, cytokineproductie of hulp aan andere immuuncellen. | | T-cel activatie | Het proces waarbij een naïeve T-cel, na herkenning van een specifiek antigeen op een APC en ontvangst van co-stimulatoire signalen, begint te prolifereren en te differentiëren tot een effector T-cel. | | Proliferatie | Het proces waarbij cellen zich vermenigvuldigen door celdeling, wat essentieel is voor het opbouwen van een effectieve immuunrespons met voldoende effectorcellen. | | Differentiatie | Het proces waarbij een cel verandert van een algemeen type naar een meer gespecialiseerd type, zoals de differentiatie van naïeve T-cellen tot specifieke T-helper subtypes. | | Th1 cel | Een subtype van T-helpercellen dat voornamelijk betrokken is bij de immuunrespons tegen intracellulaire pathogenen, zoals virussen en bacteriën, door de productie van IFN-gamma. | | Th2 cel | Een subtype van T-helpercellen dat een belangrijke rol speelt bij de immuunrespons tegen extracellulaire pathogenen, zoals wormen, en bij allergische reacties, door de productie van IL-4 en IL-13. | | Tfolliculaire helper cel (Tfh) | Een subtype van T-helpercellen dat zich bevindt in de lymfoïde follikels en essentieel is voor de activatie en differentiatie van B-cellen, leidend tot antistofproductie. | | Th17 cel | Een subtype van T-helpercellen dat voornamelijk betrokken is bij de immuunrespons tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, en de integriteit van epitheelbarrières ondersteunt door de productie van IL-17 en IL-22. | | Treg cel (T regulator cel) | Een subtype van T-cellen die een immunosuppressieve rol spelen, essentieel zijn voor het handhaven van perifere tolerantie en het voorkomen van auto-immuniteit. | | Negatieve feedback | Een biologisch regelmechanisme waarbij het product van een proces de verdere productie ervan remt, wat helpt om overmatige of schadelijke immuunresponsen te voorkomen. | | Auto-immuniteit | Een immuunreactie tegen de eigen lichaamseigen weefsels en cellen, resulterend in schade en ziekte, die kan optreden wanneer tolerantiemechanismen falen. | | Tolerantie | Het vermogen van het immuunsysteem om niet te reageren op lichaamseigen antigenen, wat essentieel is om auto-immuniteit te voorkomen. | | Perifere tolerantie | Tolerantie die buiten de primaire lymfoïde organen (thymus en beenmerg) wordt geïnduceerd, bijvoorbeeld door anergie of suppressie door Treg-cellen. | | Anergie | Een staat van T-cel inactiviteit die optreedt wanneer een T-cel een antigeen herkent zonder de benodigde co-stimulatoire signalen, waardoor de cel niet meer kan worden geactiveerd. | | Immuunsuppressiva | Medicijnen die de activiteit van het immuunsysteem onderdrukken, gebruikt om auto-immuunziekten, afstotingsreacties na transplantatie en overmatige ontstekingsreacties te behandelen. | | Cytotoxiteit | Het vermogen van een cel om andere cellen te doden, zoals de cytotoxiciteit van CD8 T-cellen en NK-cellen die geïnfecteerde of kankercellen elimineren. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces dat essentieel is voor weefselontwikkeling, homeostase en het elimineren van schadelijke cellen, zoals virus-geïnfecteerde cellen. | | Necrose | Ongecontroleerde celdood, meestal veroorzaakt door beschadiging of ziekte, waarbij de celinhoud vrijkomt en een ontstekingsreactie kan veroorzaken. | | MHC klasse I | Moleculen op het oppervlak van de meeste lichaamseigen cellen die peptiden uit het cytoplasma presenteren aan CD8 T-cellen, cruciaal voor de detectie van virus-geïnfecteerde cellen. | | MHC klasse II | Moleculen op het oppervlak van antigeen-presenterende cellen (APC's) die peptiden uit geëndocyteerde antigenen presenteren aan CD4 T-cellen, essentieel voor het initiëren van adaptieve immuunresponsen. | | Intercellular pathogenen | Micro-organismen die zich binnenin lichaamseigen cellen vermenigvuldigen, zoals virussen en sommige bacteriën en parasieten. | | Extracellular pathogenen | Micro-organismen die buiten de lichaamseigen cellen leven en zich vermenigvuldigen, zoals veel bacteriën en schimmels. | | IL-2 | Interleukine-2, een cytokine dat cruciaal is voor de proliferatie en differentiatie van T-cellen, en voor de overleving van Treg-cellen. | | IFN-gamma | Interferon-gamma, een cytokine dat een belangrijke rol speelt in de immuunrespons tegen intracellulaire pathogenen, de activatie van macrofagen en de differentiatie van Th1-cellen. | | IL-4 | Interleukine-4, een cytokine dat een belangrijke rol speelt bij de immuunrespons tegen wormen, allergische reacties en de differentiatie van Th2-cellen. | | IL-12 | Interleukine-12, een cytokine dat voornamelijk wordt geproduceerd door APC's en belangrijk is voor de differentiatie van Th1-cellen en de activatie van NK-cellen. | | IL-17 | Interleukine-17, een cytokine dat betrokken is bij de immuunrespons tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, en de rekrutering van neutrofielen bevordert. | | IL-21 | Interleukine-21, een cytokine dat essentieel is voor de groei en differentiatie van B-cellen en de isotypische switch van antistoffen, voornamelijk geproduceerd door Tfh-cellen. | | TGF-beta | Transforming Growth Factor beta, een cytokine met diverse functies, waaronder immunosuppressie, celgroei en weefselherstel; belangrijk voor de functie van Treg-cellen. | | AIRE | Autoimmune Regulator, een transcriptiefactor die de expressie van weefselspecifieke antigenen in de thymus mogelijk maakt, wat essentieel is voor de negatieve selectie van autoreactieve T-cellen. | | ADCC (Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity) | Een mechanisme waarbij NK-cellen cytotoxische activiteit uitoefenen tegen cellen die bedekt zijn met IgG-antilichamen, via binding aan de Fc-receptor op de NK-cel. | | L-selectine | Een adhesiemolecuul op naïeve T-cellen dat interactie met het endotheel in lymfeknopen faciliteert, waardoor T-cellen de lymfeknopen kunnen betreden. | | VLA-4 | Very Late Antigen-4, een adhesiemolecuul op geactiveerde T-cellen dat migratie naar ontstekingsplaatsen faciliteert door interactie met VCAM-1 op het endotheel. | | CD80 (B7.1) en CD86 (B7.2) | Co-stimulatoire moleculen op APC's die binden aan CD28 op T-cellen, wat essentieel is voor de volledige activatie van T-cellen. | | CD28 | Een co-stimulatoire receptor op T-cellen die bindt aan CD80 en CD86 op APC's, cruciaal voor T-cel activatie, proliferatie en IL-2 productie. | | CTLA-4 | Cytotoxic T-Lymphocyte Associated protein 4, een remmende receptor op T-cellen die met hogere affiniteit bindt aan B7-moleculen dan CD28, en zo de T-cel activatie onderdrukt (negatieve feedback). | | LFA-1 | Lymphocyte Function-Associated Antigen-1, een integrine op T-cellen dat essentieel is voor sterke en langdurige celadhesie met APC's tijdens T-cel activatie. | | MHC-peptide complex | Een complex gevormd door een MHC-molecuul (klasse I of II) gebonden aan een peptide, dat door T-cellen wordt herkend. | | Glycoproteïne | Een eiwit met een daaraan gebonden koolhydraatketen, vaak betrokken bij cel-cel herkenning en adhesie. | | Hematopoëtische stamcel | Stamcellen in het beenmerg die de voorlopers zijn van alle bloedcellen, inclusief lymfocyten, erytrocyten en granulocyten. | | Somatische hypermutatie | Een proces dat optreedt in B-cellen, waarbij mutaties worden geïntroduceerd in de genen die coderen voor de variabele regio's van antilichamen, wat leidt tot een verhoogde affiniteit voor het antigeen. | | IgA | Immunoglobuline A, een type antistof dat voornamelijk wordt gevonden in slijmsecretie en slijmvliezen, en bescherming biedt tegen pathogenen op de oppervlakken van het lichaam. | | IgG | Immunoglobuline G, het meest voorkomende type antistof in het bloed, dat een cruciale rol speelt bij de humorale immuniteit en de bescherming tegen bacteriële infecties en virussen. | | IgE | Immunoglobuline E, een type antistof dat betrokken is bij allergische reacties en de afweer tegen parasieten. | | Defensines | Kleine, kationische peptiden die antimicrobiële eigenschappen bezitten en deel uitmaken van de aangeboren immuniteit, die epitheelcellen en immuuncellen helpen beschermen tegen pathogenen. | | Granuloom | Een structurele formatie van geactiveerde macrofagen en lymfocyten die ontstaat rondom intracellulaire pathogenen die niet volledig geëlimineerd kunnen worden, om verdere verspreiding te beperken. | | APC's | Antigeen-presenterende cellen. | | PAMPs | Pathogen-Associated Molecular Patterns, moleculen die kenmerkend zijn voor pathogenen en herkend worden door receptoren van het aangeboren immuunsysteem. | | DAMPs | Damage-Associated Molecular Patterns, moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende lichaamseigen cellen en een ontstekingsreactie kunnen induceren. | | ITAM | Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motif, een signaalmotief in intracellulaire delen van immuunreceptoren dat cruciaal is voor signaaltransductie na receptorbinding. | | Calcineurine | Een fosfatase dat een belangrijke rol speelt in de signaaltransductie van T-cellen, geactiveerd door calciuminflux na TCR-triggering, en een doelwit is voor immunosuppressiva zoals cyclosporine. | | Cyclosporine | Een krachtig immunosuppressivum dat de T-celactivatie remt door de activiteit van calcineurine te blokkeren, gebruikt om afstotingsreacties na transplantatie te voorkomen. | | Tacrolimus | Een immunosuppressivum dat, net als cyclosporine, calcineurine-gemedieerde signaaltransductie remt, en wordt gebruikt na orgaantransplantaties. | | Steroïden | Hormonen die de immuunrespons kunnen moduleren, vaak gebruikt als ontstekingsremmers. | | IL-10 | Interleukine-10, een cytokine met immunosuppressieve eigenschappen dat de productie van andere pro-inflammatoire cytokines remt en de activatie van T-cellen en APC's kan onderdrukken. | | TGF-β | Transforming Growth Factor beta. | | VEGE | Vascular Endothelial Growth Factor, een groeifactor die de vorming van nieuwe bloedvaten (angiogenese) stimuleert, belangrijk voor wondgenezing en weefselherstel. | | Cytokine storm | Een overmatige en ongecontroleerde release van cytokines die kan leiden tot ernstige systemische ontsteking en orgaanschade, vaak geassocieerd met ernstige infecties zoals sepsis of influenza. | | FoxP3 | Een transcriptiefactor die essentieel is voor de ontwikkeling en functie van T-regulatorcellen (Treg). | | TCR | T-celreceptor, de receptor op het oppervlak van T-cellen die specifieke antigenen presenteert in combinatie met MHC-moleculen. | | BCR | B-celreceptor, de receptor op het oppervlak van B-cellen die specifieke antigenen bindt. | | Chemokine | Een type cytokine dat de migratie van immuuncellen naar specifieke locaties in het lichaam stuurt. | | Epitheliale integriteit | De stabiliteit en functionaliteit van de epitheellaag die het lichaam bedekt en beschermt tegen pathogenen en fysieke schade. | | Defensines | Antimicrobiële peptiden die worden geproduceerd door immuuncellen en epitheelcellen, en een rol spelen bij de aangeboren immuniteit. | | Psoriasis | Een chronische auto-immuunziekte die zich manifesteert als huidlaesies, gekenmerkt door overmatige proliferatie van huidcellen en ontsteking. | | MALT | Mucosa-Associated Lymphoid Tissue, lymfoïde weefsel geassocieerd met de slijmvliezen van het spijsverterings-, ademhalings- en urogenitale systeem, belangrijk voor de lokale immuunrespons. | | IgG-switch | Het proces waarbij B-cellen de productie van antistoffen van het isotypes IgM of IgD omzetten naar IgG, wat wordt gestimuleerd door cytokines zoals IFN-gamma. | | Sepsis | Een levensbedreigende toestand die wordt veroorzaakt door een ontregelde immuunrespons op een infectie, wat leidt tot orgaanschade en disfunctie. | | Isotype switching | Het proces waarbij B-cellen de productie van antistoffen van het ene isotype (bv. IgM) omzetten naar een ander isotype (bv. IgG, IgA, IgE), wat de functie van de antistoffen aanpast aan de aard van het pathogeen. | | Affiniteitsmaturatie | Het proces waarbij B-cellen die antistoffen produceren met hogere affiniteit voor het antigeen worden geselecteerd en geprolifereerd, wat leidt tot een sterkere humorale immuunrespons. | | Adjuvans | Een stof die aan vaccins wordt toegevoegd om de immuunrespons tegen het antigeen te versterken, vaak door het induceren van een ontstekingsreactie of het stimuleren van APC's. |

# Basisprincipes van microscopie en resolutie Hier is een samenvatting van de basisprincipes van microscopie en resolutie, bedoeld als studiemateriaal voor examens. ## 1. Basisprincipes van microscopie en resolutie Dit onderwerp duikt in de fundamentele principes van licht- en elektronenmicroscopie, met speciale aandacht voor de werking van lenzen, de definitie van resolutie en de factoren die deze beïnvloeden, zoals numerieke apertuur en golflengte, evenals het concept van lege vergroting. ### 1.1 Algemene principes van microscopie Microscopen maken gebruik van lenzensystemen om objecten te vergroten, waardoor details zichtbaar worden die met het blote oog niet waarneembaar zijn. De eindvergroting van een lichtmicroscoop wordt bepaald door de vermenigvuldiging van de vergroting van het objectief en de vergroting van het oculair. Het objectief speelt een cruciale rol in het bepalen van de resolutie. ### 1.2 Resolutie De resolutie wordt gedefinieerd als de kleinst mogelijke afstand tussen twee punten waarbij deze twee punten nog steeds als afzonderlijk van elkaar waargenomen kunnen worden. * **Blote oog:** De resolutie van het blote oog is ongeveer $0.1$ millimeter. * **Lichtmicroscoop:** Een lichtmicroscoop kan een resolutie bereiken van ongeveer $0.2$ micrometer. * **Elektronenmicroscoop:** Een elektronenmicroscoop kan een aanzienlijk hogere resolutie bereiken, tot ongeveer $0.1$ nanometer. De maximale resolutie die theoretisch haalbaar is, is ongeveer de helft van de golflengte van de gebruikte straling. * **Zichtbaar licht:** De golflengte van zichtbaar licht ligt tussen $390$ en $700$ nanometer. * **Versnelde elektronen:** Versnelde elektronen in een elektronenmicroscoop hebben een effectieve golflengte van ongeveer $0.2$ nanometer. ### 1.3 Factoren die resolutie beïnvloeden De resolutie van een microscoop wordt voornamelijk bepaald door de optische eigenschappen van het objectief. Twee belangrijke factoren zijn de numerieke apertuur (NA) en de golflengte van het gebruikte licht of deeltjes. #### 1.3.1 Numerieke apertuur (NA) De numerieke apertuur is een maat voor het vermogen van een lens om licht op te vangen. Het wordt gedefinieerd als het product van de brekingsindex van het medium tussen het object en de lens ($N$) en de sinus van de halve openingshoek van de lens ($\alpha$). $$ NA = N \cdot \sin \alpha $$ Een hogere NA betekent dat de lens meer licht kan opvangen, wat resulteert in een betere resolutie. #### 1.3.2 Golflengte ($\lambda$) De resolutie ($R$) van een microscoop is omgekeerd evenredig met de numerieke apertuur en recht evenredig met de golflengte van de gebruikte straling. De relatie wordt vaak beschreven door de volgende formule, waarbij $K$ een constante is die afhangt van de gebruikte microscopietechniek: $$ R = K \cdot \frac{\lambda}{NA} $$ Dit betekent dat kortere golflengtes, zoals die van elektronen in een elektronenmicroscoop, leiden tot een hogere resolutie vergeleken met zichtbaar licht. ### 1.4 Lege vergroting Lege vergroting treedt op wanneer een beeld optisch wordt vergroot zonder dat dit leidt tot een toename van de resolutie. Met andere woorden, het vergrote beeld toont geen nieuwe details, maar maakt bestaande details simpelweg groter. De zinvolle vergroting van een microscoop wordt bepaald door de resolutie van de microscoop in combinatie met de resolutie van het menselijk oog. De relatie die de zinvolle vergroting aangeeft is: $$ \text{Resolutie oog} = \text{Resolutie microscoop} \times \text{Vergroting} $$ Een typisch voorbeeld is: * **Lichtmicroscoop:** $0.2$ micrometer resolutie microscoop $\times 500$ vergroting $\approx 0.1$ millimeter resolutie oog. * **Elektronenmicroscoop:** $0.1$ nanometer resolutie microscoop $\times 1000000$ vergroting $\approx 0.1$ millimeter resolutie oog. Als de vergroting hoger is dan wat nodig is om de limieten van de resolutie van de microscoop te tonen, spreken we van lege vergroting. ### 1.5 Contrastmicroscopie Contrastmicroscopie is essentieel voor het visualiseren van structuren in ongekleurde preparaten, die vaak weinig inherent contrast hebben. Verschillende technieken verhogen het contrast: * **Helderveld microscopie:** Dit is de standaardmethode waarbij licht door het preparaat schijnt en de absorptie door het preparaat voor contrast zorgt. * **Fasecontrast microscopie:** Deze techniek maakt gebruik van faseverschuivingen van licht dat door verschillende delen van het preparaat gaat. Het resulteert vaak in een karakteristiek halo-effect rond de structuren. * **Interferentiecontrast microscopie (Nomarski):** Deze methode maakt gebruik van interferentie van lichtgolven om topografische details te visualiseren, wat leidt tot een pseudo-reliëf-effect. Voor het observeren van levende cellen wordt vaak een **omgekeerde microscoop (inverted microscope)** gebruikt, waarbij de lenzen zich onder het monster bevinden. ### 1.6 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorochromen die licht van een specifieke golflengte absorberen en vervolgens licht van een langere golflengte uitzenden. * **Epifluorescentie:** Dit is de meest basale vorm waarbij excitatie- en emissielicht door dezelfde lens gaan. * **Photobleaching:** Een nadeel kan zijn dat fluorochromen na verloop van tijd vervagen onder de excitatie. * **Overlay van opnames:** Door opnames met verschillende fluorochromen te combineren, kunnen meerdere structuren in één beeld worden weergegeven. Vaak wordt het celkern aangetoond met blauwe kleuringen zoals DAPI of Hoechst. ### 1.7 Confocale microscopie Confocale microscopie maakt optische coupes van een preparaat mogelijk. Het principe berust op het gebruik van een **pinhole** die licht dat niet uit het focusvlak komt, blokkeert. Dit resulteert in scherpere beelden en de mogelijkheid om een stapel van verschillende optische coupes (een **stack**) te combineren tot een 3D-reconstructie. > **Tip:** Confocale microscopie is zeer nuttig voor het bestuderen van de driedimensionale structuur van cellen en weefsels. --- # Technieken voor contrastverhoging en fluorescentie Dit deel van de studiehandleiding behandelt methoden om het contrast in microscopische preparaten te verhogen, met een focus op helderveld-, fasecontrast- en interferentiecontrastmicroscopie, evenals de principes en toepassingen van fluorescentiemicroscopie. ### 2.1 Contrastverhogende technieken Om de zichtbaarheid van structuren in ongekleurde preparaten te verbeteren, worden verschillende contrastverhogende technieken toegepast: * **Helderveldmicroscopie:** Dit is de meest basale vorm van lichtmicroscopie, waarbij het preparaat wordt verlicht vanuit de onderzijde. Het contrast ontstaat door absorptie van licht door de specimen. Levende cellen kunnen hierdoor echter moeilijk zichtbaar zijn vanwege hun lage inherent contrast. * **Fasecontrastmicroscopie:** Deze techniek is met name geschikt voor het visualiseren van levende, ongekleurde cellen en weefsels. Het maakt gebruik van faseverschuivingen die optreden wanneer licht door structuren met verschillende brekingsindices gaat. Deze faseverschuivingen worden omgezet in zichtbare helderheidsverschillen. Een kenmerkend artefact van fasecontrastmicroscopie is het "halo-effect" rondom de gedetailleerde structuren. > **Tip:** Fasecontrastmicroscopie is cruciaal voor het bestuderen van dynamische cellulaire processen zonder de cellen te beschadigen met kleurstoffen. * **Interferentiecontrastmicroscopie (DIC - Differential Interference Contrast):** Deze methode produceert een pseudo-3D-beeld door interferentie van lichtstralen die langs verschillende paden door het preparaat lopen. Het biedt een hoge resolutie en een uitstekende beeldkwaliteit, waarbij details van het oppervlak van de specimen goed zichtbaar worden gemaakt. Een typisch kenmerk is het pseudo-relief effect, dat diepte suggereert. ### 2.2 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorochromen (fluorescerende moleculen) die licht absorberen bij een specifieke golflengte en dit weer uitzenden op een langere golflengte. Dit maakt de visualisatie van specifieke moleculen of structuren mogelijk. * **Epifluorescentie:** Bij epifluorescentiemicroscopie wordt de excitatie- en emissiebundel door dezelfde optische weg geleid. Het licht wordt via de objectieflens op het preparaat gericht. > **Tip:** Het gebruik van meerdere fluorochromen in één preparaat, met elk een eigen excitatie- en emissiespectrum, maakt het mogelijk om verschillende cellulaire componenten gelijktijdig te visualiseren. Dit kan leiden tot een "overlay" van de verschillende beelden. * **Voorbeelden van fluorochromen en hun toepassingen:** * **DAPI/Hoechst:** Deze kleurstoffen binden aan DNA en worden gebruikt voor nucleaire kleuring, meestal resulterend in een blauwe fluorescentie. * **MitoTracker Red CMXRos:** Kleurt de mitochondriën in cellen rood. * **Alexa Fluor 488:** Wordt vaak geconjugeerd aan fylloïde om cytoskeletale actinefilamenten groen te kleuren. * **Photobleaching:** Dit is het proces waarbij fluorochromen permanent worden beschadigd door langdurige blootstelling aan excitatie-licht. Dit kan de signaalsterkte verminderen en beperkt de duur van de observatie. * **Confocale microscopie:** Dit is een geavanceerde vorm van fluorescentiemicroscopie die optische coupes van het preparaat maakt. Het principe is gebaseerd op het gebruik van een "pinhole" (kleine opening) in de detectiebaan, die ervoor zorgt dat alleen licht afkomstig uit het brandpunt van de objectief wordt geregistreerd. Licht van buiten het brandpunt wordt onderdrukt, wat resulteert in een hogere resolutie en de mogelijkheid om scherpere beelden te verkrijgen, zelfs in dikkere monsters. * **Stack (gecombineerde optische coupes):** Door meerdere optische coupes (z-stack) van een monster te maken op verschillende dieptes en deze te combineren, kan een gedetailleerd 3D-model van het preparaat worden opgebouwd. > **Voorbeeld:** Een z-stack verkregen met confocale microscopie kan worden gebruikt om de driedimensionale distributie van eiwitten, zoals Tubulin-GFP, GPI-YFP en H2B-mCherry, in HeLa Kyoto cellen te bestuderen. Deze technieken voor contrastverhoging en fluorescentiemicroscopie zijn essentieel voor de gedetailleerde studie van cellulaire structuren, moleculaire lokalisatie en dynamische processen in biologische preparaten. --- # Methoden voor weefsel- en celbereiding Dit onderwerp behandelt de fundamentele technieken voor het verkrijgen en prepareren van weefsels en cellen voor microscopisch onderzoek. ### 3.1 Het verkrijgen van weefsels en cellen Er zijn diverse methoden om weefselmateriaal te verkrijgen voor analyse: * **Operatieve wegname:** Dit omvat het chirurgisch verwijderen van organen of grotere weefselstukken. * **Biopsie:** Een minder ingrijpende methode waarbij een klein deel van het weefsel wordt weggenomen. Dit kan op verschillende manieren gebeuren: * **Endoscopische biopsie:** Weefsel wordt tijdens een endoscopie verwijderd. * **Naaldbiopsie (punchbiopsie):** Met een holle naald of een ponsinstrument wordt een cilindervormig stukje weefsel verkregen. * **Incisie/excisie biopsie:** Een klein incisie- of excisiebiopt wordt genomen. * **Verzamelen van individuele cellen:** Cellen kunnen ook direct verkregen worden uit: * **Lichaamsvloeistoffen:** Zoals bloed, urine of sereuze vloeistoffen. * **Directe afname van oppervlakken:** Via methoden zoals een cervixbrush of mondschraper. ### 3.2 Paraffine techniek De paraffine techniek is een veelgebruikte methode voor het prepareren van weefselcoupes, waarbij de structuur van het weefsel zo goed mogelijk wordt behouden. Het proces bestaat uit de volgende stappen: 1. **Fixatie:** * **Doel:** Het stoppen van de cellulaire activiteit en het behouden van de weefselstructuur. Fixatie helpt de eiwitfunctie te beëindigen en de moleculen op hun plaats te houden. * **Veelgebruikt fixatiemiddel:** Formaldehyde is een veelgebruikte fixatief. * **Soorten fixatoren:** Er bestaan zowel enkelvoudige als samengestelde fixatoren, die elk specifieke neveneffecten kunnen hebben. 2. **Dehydratatie:** * Het weefsel wordt stapsgewijs ontwaterd door het te onderdompelen in alcoholen van oplopende concentratie (bijvoorbeeld van 70% naar 100%). 3. **Transparantisering/Ontvetting:** * Na dehydratatie wordt het weefsel transparant gemaakt, vaak met oplosmiddelen zoals tolueen of xyleen, om de alcohol te vervangen en het weefsel voor te bereiden op de inbedding. 4. **Inbedden:** * Het gedehydrateerde en getransparant gemaakte weefsel wordt ingebed in gesmolten paraffine. Na afkoeling vormt de paraffine een vaste blok waarin het weefsel zich bevindt. 5. **Snijden (sectie maken):** * De paraffineblokken worden met een microtoom gesneden tot zeer dunne coupes (doorgaans enkele micrometers dik). 6. **Deparaffinering:** * De dunne coupes moeten worden ontdaan van de paraffine om kleuringen mogelijk te maken. Dit gebeurt door de coupes opnieuw te behandelen met oplosmiddelen zoals xyleen/tolueen, gevolgd door het terugbrengen van de alcoholconcentratie in water (dalende % alcohol in water). 7. **Kleuren:** * De ontparaffineerde coupes worden gekleurd met specifieke kleurstoffen om structuren zichtbaar te maken. 8. **Monteren:** * De gekleurde coupes worden op een objectglaasje gemonteerd, bedekt met een dekglaasje en soms afgedicht met een mountant. **Tip:** De paraffine techniek is uitstekend voor het verkrijgen van gedetailleerde structurele informatie, maar kan componenten die gevoelig zijn voor oplosmiddelen of hitte (zoals bepaalde eiwitten of vetten) degraderen of oplossen. ### 3.3 Cryosectie techniek De cryosectie techniek is een snellere methode waarbij weefsel direct wordt ingevroren om coupes te maken. * **Invriezen:** Het weefsel wordt zeer snel ingevroren met behulp van vaste kooldioxide (droogijs, bij ongeveer -70°C) of vloeibare stikstof (bij ongeveer -180°C). * **Inbedden (optioneel):** Vaak wordt het ingevroren weefsel ingebed in een cryoprotectieve medium, zoals OCT (Optimal Cutting Temperature) compound. * **Bewaren en snijden:** Het bevroren weefsel of het met OCT ingebedde weefsel wordt bewaard en gesneden op een temperatuur van ongeveer -20°C met behulp van een cryostaat. * **Kwaliteit van coupes:** De coupes die met cryosectie worden verkregen, zijn doorgaans van lagere kwaliteit wat betreft fijne structurele details in vergelijking met de paraffine techniek. * **Voordelen:** * **Snelheid:** De techniek is aanzienlijk sneller dan de paraffine techniek. * **Behoud van oplosbare/labiele componenten:** Ideaal voor de detectie van componenten die door de paraffine techniek worden opgelost (bijvoorbeeld vetten) of gedenatureerd (zoals groen fluorescent proteïne - GFP). * **Detectie van enzymactiviteit:** De cryotechniek is beter geschikt voor het behouden van enzymatische activiteit. * **Mogelijkheid tot verdere analyse:** Eiwitten, RNA en DNA kunnen na cryosectie nog steeds worden geanalyseerd. **Voorbeeld:** Als men de distributie van vetten in een weefsel wil bestuderen, is cryosectie de aangewezen methode, omdat paraffine inbedding de vetten zou oplossen. ### 3.4 Kleuringen (contrasteren) Na het maken van coupes is kleuring essentieel om structuren zichtbaar te maken, aangezien de meeste biologische weefsels transparant zijn. * **Hematoxyline & Eosine (H&E):** * Dit is een van de meest gebruikte kleuringen in de histologie. * **Hematoxyline:** Kleurt zure componenten, voornamelijk de celkernen, in paars-blauw. * **Eosine:** Kleurt basische componenten, zoals het cytoplasma en intercellulaire materie, in roze. * **PAS kleuring (Periodic Acid-Schiff):** * Deze kleuring is specifiek voor koolhydraten (suikers) en slijm. * **Werkingsmechanisme:** Perjoodzuur oxideert diolen tot aldehyde groepen, die vervolgens reageren met Schiff's reagent om een roze-rode kleur te produceren. * **Toepassing:** Vaak gebruikt om slijmbekercellen in het darmkanaal te visualiseren, of om de basaalmembraan aan te tonen. **Voorbeeld:** Een darmvillus gekleurd met PAS zal de slijmbekercellen in de epitheellaag duidelijk laten zien door de gekleurde suikers in het geproduceerde slijm. De pijl op de afbeelding zou kunnen wijzen naar de basaalmembraan. ### 3.5 Gespecialiseerde technieken voor cel- en weefselanalyse Naast de basiskleuringen zijn er diverse geavanceerde technieken voor specifieke analyses: * **Autoradiografie:** * **Principe:** Radioactief gelabelde moleculen (bv. $^3\text{H}$-thymidine, dat wordt opgenomen door delende cellen) worden toegediend aan het biologische systeem. * **Detectie:** Een coupe wordt blootgesteld aan een fotografische emulsie. Zwarte zilverkorrels in de emulsie geven de locaties aan waar radioactiviteit is gedetecteerd. * **Toepassing:** Wordt gebruikt om celproliferatie of de opname van specifieke moleculen te bestuderen. **Voorbeeld:** In een lymfeknooppreparaat kunnen pijlen wijzen naar delende cellen die zichtbaar zijn gemaakt met autoradiografie na toediening van $^3\text{H}$-thymidine. * **Enzymhistochemie:** * **Principe:** Detecteert de aanwezigheid en lokalisatie van specifieke enzymen in weefselcoupes door een biochemische reactie die een zichtbaar product oplevert. * **Voorbeeld:** De detectie van peroxidase activiteit. Waterstofperoxide ($H_2O_2$) reageert in aanwezigheid van peroxidase en DAB (3,3'-diaminobenzidine) om een bruin precipitaat te vormen. Peroxidase wordt ook vaak gebruikt als label in immunocytochemie. **Voorbeeld:** Een coupe van coloncarcinoom die gekleurd is voor FANCD2, een merker die geassocieerd wordt met lymfeklier metastase, kan enzymhistochemie gebruiken. * **Immunocytochemie/Immunohistochemie:** * **Principe:** Maakt gebruik van antilichamen die specifiek binden aan bepaalde antigenen (eiwitten) in cellen of weefsels. * **Labels:** De antilichamen zijn gekoppeld aan detecteerbare labels, zoals: * **Fluorochroom:** Bijvoorbeeld FITC, TRITC, Alexa dyes. * **Enzymen:** Zoals peroxidase. * **Colloïdaal goud:** Vaak gekoppeld aan Proteïne A van *Staphylococcus aureus*. * **Soorten antilichamen:** Er wordt gebruik gemaakt van zowel polyclonale als monoclonaal antilichamen. * **Types:** * **Directe immunocytochemie:** Het primaire antilichaam is direct gelabeld. * **Indirecte immunocytochemie:** Een gelabeld secundair antilichaam bindt aan het primaire antilichaam, wat resulteert in een sterkere signaalversterking. * **In situ hybridisatie (ISH):** * **Principe:** Detecteert specifieke nucleïnezuursequenties (DNA of RNA) binnen cellen of weefsels met behulp van complementaire, gelabelde probe-moleculen. * **Voorbeeld:** Een weefselcoupe van een goedaardige tumor kan worden onderzocht met ISH om de aanwezigheid van humaan papillomavirus (HPV) DNA te detecteren. Een bruine kleur duidt op de aanwezigheid van het virus-DNA. Vaak wordt een tegenkleuring met hematoxyline gebruikt om de celkernen te visualiseren. * **FISH (Fluorescentie In Situ Hybridisatie):** Een variant waarbij fluorescente labels worden gebruikt om nucleïnezuren te detecteren. Dit is met name nuttig voor de detectie van chromosoomaberraties. **Voorbeeld:** FISH kan gebruikt worden om trisomie 21 te detecteren, waarbij chromosoom 21 (rood) en chromosoom 13 (groen) worden gevisualiseerd. Een normaal individu zou een normale hoeveelheid van elk chromosoom laten zien. * **Elektronenmicroscopie (TEM & SEM):** * **Preparatie:** Vereist specifieke fixatie (bijvoorbeeld met glutaaraldehyde en $OsO_4$), inbedding in kunstharsen, snijden van zeer dunne coupes (ongeveer 50 nm voor TEM) op metalen gridjes, en contrasteren met zware metalen (zoals uranium en lood) om contrast te verhogen. * **TEM (Transmission Electron Microscopy):** Levert beelden van de ultrastructuur van de cel. * **SEM (Scanning Electron Microscopy):** Levert beelden van het oppervlak van het preparaat, met een hoge diepteperceptie. ### 3.6 Geavanceerde microscopietechnieken Naast de standaard licht- en elektronenmicroscopie zijn er diverse geavanceerde technieken die hogere resolutie, betere optische coupes of specifieke analyses mogelijk maken: * **Atomic Force Microscopy (AFM):** Meet de topografie van een oppervlak door een zeer fijne naald ('veer') langs het oppervlak te scannen. * **2-Foton microscopie:** Vergelijkbaar met confocale microscopie, maar met minder photobleaching door het gebruik van langere golflengtes en een specifieke excitatieprocedure. * **Lightsheet microscopie:** Geschikt voor het beeldvormen van grotere 3D-specimens met minimale fototoxiciteit. * **Superresolutie microscopie technieken:** Deze technieken doorbreken de diffractielimiet van de lichtmicroscopie, waardoor visualisatie op moleculair niveau mogelijk wordt. Voorbeelden zijn: * SIM (Structured Illumination Microscopy) * SMI (Spatially Modulated Illumination Microscopy) * PALM (PhotoActivated Localization Microscopy) * STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) * NSOM (Near-Field Scanning Optical Microscopy) * STED (Stimulated Emission Depletion) microscopie --- # Kleuringstechnieken en immunomarkering Deze sectie bespreekt diverse technieken voor het visualiseren van microscopische structuren en moleculen in cellen en weefsels, met een focus op kleuringsmethoden, enzymhistochemie en immunomarkering. ### 4.1 Kleuringstechnieken Kleuringen worden gebruikt om contrast te creëren in ongekleurde preparaten, waardoor structuren beter zichtbaar worden onder de microscoop. #### 4.1.1 Hematoxyline en Eosine (H&E) H&E is een veelgebruikte kleuringstechniek in de histologie. * **Hematoxyline:** Kleurt zure componenten, zoals celkernen, paars-blauw. * **Eosine:** Kleurt basische componenten, zoals cytoplasma en extracellulaire matrix, roze. #### 4.1.2 PAS kleuring De Periodic Acid-Schiff (PAS) kleuring is specifiek voor het detecteren van koolhydraten (suikers). Het mechanisme berust op de reactie van perjoodzuur met aldehyde-groepen, die vervolgens reageren met Schiff's reagent om een gekleurd product te vormen. > **Tip:** Deze kleuring is uitermate geschikt voor het visualiseren van slijmbekercellen in het darmepitheel, waar suikers in het slijm geproduceerd worden. Het kan ook gebruikt worden om de basale membraan aan te tonen. #### 4.1.3 Autoradiografie Autoradiografie maakt het mogelijk om de locatie van radioactief gelabelde moleculen in een preparaat te visualiseren. 1. Radioactief gelabelde moleculen (bijvoorbeeld $^3$H-thymidine) worden toegediend aan het levende organisme of de celcultuur. 2. Een weefselcoupe wordt vervolgens blootgesteld aan een fotografische emulsie. 3. De radioactiviteit veroorzaakt een reactie in de emulsie, resulterend in de vorming van zwarte zilverkorrels op plaatsen waar het label aanwezig is. > **Voorbeeld:** Autoradiografie kan gebruikt worden om delende cellen in een lymfeknoop te identificeren door het toedienen van $^3$H-thymidine, dat wordt opgenomen door cellen in S-fase van de celcyclus. ### 4.2 Enzymhistochemie Enzymhistochemie maakt gebruik van enzymatische reacties binnen weefselcoupes om specifieke enzymen te lokaliseren. > **Voorbeeld:** Peroxidase-activiteit kan worden gedetecteerd door de reactie met waterstofperoxide ($H_2O_2$) en 3,3'-diaminobenzidine (DAB). Hierbij wordt water gevormd en een bruin neerslag van DAB, dat vervolgens onder de microscoop zichtbaar is. Peroxidase wordt vaak gebruikt als label in andere technieken. ### 4.3 Immunocytochemie en Immunohistochemie Immunocytochemie en immunohistochemie maken gebruik van antilichamen om specifieke antigenen (moleculen van interesse) in cellen en weefsels te detecteren. #### 4.3.1 Principes * **Antilichamen:** Dit zijn eiwitten die specifiek binden aan antigenen. Men onderscheidt: * **Polyclonale antilichamen:** Geproduceerd door verschillende B-celklonen, herkennen meerdere epitopen op hetzelfde antigeen. * **Monoclonale antilichamen:** Geproduceerd door een enkele B-celkloon, herkennen een specifiek epitoop. * **Labels:** Om de antilichaam-antigeenbinding zichtbaar te maken, worden verschillende labels gebruikt: * **Fluorochromen:** Moleculen die licht emitteren na excitatie met een specifieke golflengte (bv. FITC, TRITC, Alexa dyes). * **Enzymen:** Zoals peroxidase (bv. HRP) of alkalinische fosfatase (AP), die een substraat omzetten in een gekleurd product. * **Colloïdaal goud:** Vaak gekoppeld aan Proteïne A (van *Staphylococcus aureus*), dat kan worden gedetecteerd met specifieke methoden. #### 4.3.2 Directe immunocytochemie Bij de directe methode wordt een antilichaam direct gekoppeld aan een label. Dit antilichaam bindt aan het antigeen in het preparaat. De detectie van het label geeft de locatie van het antigeen aan. #### 4.3.3 Indirecte immunocytochemie De indirecte methode maakt gebruik van een primair antilichaam dat aan het antigeen bindt, en een secundair antilichaam dat gelabeld is en bindt aan het primaire antilichaam. Dit leidt tot signaalamplificatie omdat meerdere secundaire antilichamen aan één primair antilichaam kunnen binden. > **Tip:** Indirecte methoden bieden vaak een hogere gevoeligheid dan directe methoden vanwege de signaalamplificatie. #### 4.3.4 Immunohistochemie Immunohistochemie is specifiek de toepassing van immunocytochemische technieken op weefselcoupes. ### 4.4 In situ hybridisatie (ISH en FISH) In situ hybridisatie is een techniek om de locatie van specifieke nucleïzuursequenties (DNA of RNA) in cellen of weefsels te visualiseren. * **Nucleïnezuur sondes:** Korte, enkelstrengs stukjes DNA of RNA die complementair zijn aan de doelsequenties. * **Labels:** Deze sondes kunnen worden gelabeld met bijvoorbeeld fluorochromen of enzymen. #### 4.4.1 In situ hybridisatie (ISH) Bij de standaard ISH worden de gelabelde sondes gebruikt om de aanwezigheid van DNA of RNA te detecteren. De detectie van het label geeft de locatie van de doelsequenties aan. > **Voorbeeld:** ISH kan gebruikt worden om het DNA van virussen in geïnfecteerde cellen aan te tonen. Een tegenkleuring (bv. met hematoxyline) kan gebruikt worden om de celstructuur beter zichtbaar te maken. #### 4.4.2 Fluorescentie In Situ Hybridisatie (FISH) FISH maakt gebruik van fluorescente labels op de sondes. Dit maakt het mogelijk om verschillende sequenties tegelijkertijd te detecteren met behulp van verschillende kleuren fluorescente labels. > **Voorbeeld:** FISH kan worden toegepast voor de detectie van chromosoomaberraties. Groene en rode fluorescentie kunnen bijvoorbeeld gebruikt worden om de aanwezigheid van chromosoom 13 en chromosoom 21 aan te geven, wat nuttig is voor de diagnose van trisomie 21. --- # Geavanceerde microscopietechnieken en superresolutie Dit gedeelte behandelt geavanceerde microscopietechnieken die een hogere resolutie en meer gedetailleerde visualisatie van biologische structuren mogelijk maken, evenals methoden om de beperkingen van de klassieke lichtmicroscopie te overwinnen. ### 5.1 Geavanceerde microscopietechnieken Deze technieken bouwen voort op de principes van lichtmicroscopie, maar introduceren specifieke methoden om dieper in weefsels te kijken, het contrast te verbeteren, of specifieke structuren te isoleren. #### 5.1.1 Confocale microscopie Confocale microscopie maakt het mogelijk om optische coupes van een preparaat te verkrijgen, wat resulteert in scherpere beelden zonder de noodzaak van fysieke sneden. * **Principe:** Het kernprincipe is de introductie van een **pinhole** (klein gaatje) in de optische paden van zowel de excitatielichtbron als de detectie. * Het excitatielicht wordt gefocusseerd tot een klein puntje op het preparaat. * Fluorescentie die uit dit focuspunt komt, wordt verzameld. * Een tweede pinhole, die zich op dezelfde optische as bevindt als het focuspunt, laat alleen licht door dat afkomstig is van het punt van interesse. Licht dat uit andere, niet-gefocuste delen van het preparaat komt, wordt door deze pinhole geblokkeerd. * **Beeldvorming:** Door het preparaat punt voor punt of lijn voor lijn af te tasten en de fluorescentie-intensiteit op te nemen, kan een 2D optische coupe worden geconstrueerd. Een **stack** van deze optische coupes, verkregen door de focuspositie van de microscoop te variëren, maakt 3D-reconstructies mogelijk. * **Voordelen:** Significante verbetering van het contrast en de resolutie in de z-as (diepte) vergeleken met conventionele fluorescentiemicroscopie, waardoor de visualisatie van gedetailleerde structuren binnen cellen en weefsels mogelijk wordt. #### 5.1.2 Twee-foton microscopie (2-photon microscopy) Deze techniek is vergelijkbaar met confocale microscopie qua principe, maar maakt gebruik van twee fotonen met een lagere energie die tegelijkertijd door het preparaat dringen. * **Principe:** Twee fotonen met een golflengte die niet zelf fluorescente excitatie veroorzaakt, kunnen gezamenlijk de energie leveren om een fluorofoor te exciteren. Dit proces treedt alleen op in het zeer kleine gebied waar de twee lichtbundels elkaar kruisen en de fotondichtheid hoog genoeg is. * **Voordelen:** * **Minder fotobleaching:** Omdat excitatie alleen optreedt in het focusvlak, is er minder schade aan het omringende weefsel en minder fotobleaching van fluorochromen. * **Diepere penetratie:** De langere golflengten van het excitatielicht kunnen dieper in biologische weefsels doordringen dan kortere golflengten die in confocale microscopie worden gebruikt. Dit maakt de visualisatie van structuren in grotere, dikkere weefselmonsters mogelijk. #### 5.1.3 Lightsheet microscopie (Vlouwmicroscopie) Lightsheet microscopie, ook bekend als Vlouwmicroscopie, biedt een efficiënte manier om grote 3D biologische specimens te visualiseren met hoge resolutie en minimale fototoxiciteit. * **Principe:** Het monster wordt verlicht door een dunne "sheet" van licht, loodrecht op de kijkrichting van de detector. Alleen het deel van het monster dat door de lightsheet wordt geëxciteerd, zendt fluorescentie uit en wordt door de camera geregistreerd. * **Voordelen:** * **Hoge snelheid:** Door het monster parallel aan de lichtsheet te scannen, kunnen 3D-datasets snel worden verkregen. * **Minimale fototoxiciteit:** Slechts een dunne laag van het monster wordt tegelijkertijd geëxciteerd, wat de schade aan het monster aanzienlijk vermindert, vooral bij levende organismen of cellen die over langere perioden moeten worden gevolgd. * **Hoge resolutie:** De combinatie van efficiënte excitatie en detectie leidt tot beelden met een hoge signaal-ruisverhouding en goede resolutie. #### 5.1.4 Atomic Force Microscopie (AFM) AFM is een scanning probe microscoop die de fysieke topografie van een oppervlak op atomair niveau kan afbeelden. * **Principe:** Een scherpe punt, bevestigd aan een flexibele cantilever (een soort veertje), scant het oppervlak van het monster. De interacties tussen de punt en het oppervlak oefenen krachten uit op de cantilever, waardoor deze buigt. Een laserstraal die op de cantilever weerkaatst, detecteert deze buiging, die vervolgens wordt omgezet in een topografisch beeld. * **Voordelen:** * **Hoge resolutie:** Kan structuren met een resolutie in de nanometer- tot picometerbereik afbeelden. * **Geen labeling nodig:** Vereist geen fluorescentie- of andere markers. * **Kan meten in verschillende omgevingen:** Kan worden gebruikt in lucht, vloeistoffen of vacuüm. * **Kan mechanische eigenschappen meten:** Naast topografie kan AFM ook informatie geven over de mechanische eigenschappen van het oppervlak. ### 5.2 Superresolutie microscopie Superresolutie microscopie technieken overwinnen de diffractielimiet van licht, die de resolutie van conventionele lichtmicroscopen beperkt tot ongeveer 200-250 nanometer. Deze technieken maken het mogelijk om individuele moleculen te visualiseren en structuren op een resolutie die significant lager is dan de golflengte van het gebruikte licht. #### 5.2.1 Structured Illumination Microscopy (SIM) SIM verhoogt de effectieve resolutie door gebruik te maken van gestructureerde belichting patronen. * **Principe:** Het monster wordt belicht met patronen van licht (bijvoorbeeld lijnen of rasters) onder verschillende oriëntaties en posities. Deze gestructureerde patronen creëren moiré-patronen met de fijne structuren in het monster. Door de moiré-patronen op te nemen en deze met geavanceerde algoritmen te analyseren, kunnen hogere frequenties (die overeenkomen met fijnere details) worden gereconstrueerd die normaal gesproken buiten het diffractielimiet vallen. * **Resolutieverbetering:** SIM kan de resolutie tot ongeveer 100-140 nanometer verbeteren. * **Voordelen:** Relatief eenvoudig te implementeren op bestaande microscopen en geschikt voor het beeldvormen van levende cellen met beperkte fototoxiciteit. #### 5.2.2 Spatially Modulated Illumination Microscopy (SMI) SMI is een variant van SIM die ook gebruik maakt van gepatroonde belichting. Het kan een resolutieverbetering tot ongeveer 130 nanometer bereiken. #### 5.2.3 Stimulated Emission Depletion (STED) Microscopy STED microscopie bereikt superresolutie door gebruik te maken van een gefocuste laserbundel die, naast de excitatiebundel, een donutvormige "depletion" bundel genereert. * **Principe:** * Een conventionele excitatiebundel brengt fluorofoor moleculen in een aangeslagen toestand. * Een tweede, donutvormige **depletion** bundel (met een langere golflengte) wordt tegelijkertijd aangezet. Deze bundel dooft de fluorescentie van moleculen die zich buiten het centrum van de donut bevinden door gestimuleerde emissie. * Alleen de moleculen in het kleine, centrale gebied van de donut kunnen fluoresceren. * Door de excitatie- en depletionbundels systematisch over het monster te scannen, kan een beeld worden gevormd met een resolutie die afhankelijk is van de intensiteit van de depletion bundel, en die veel hoger is dan de diffractielimiet. * **Resolutieverbetering:** STED kan resoluties bereiken van ongeveer 20-50 nanometer. * **Voordelen:** Hoge resolutie en relatief snelle beeldvorming, wat het geschikt maakt voor het bestuderen van dynamische processen in levende cellen. #### 5.2.4 Photoactivated Localization Microscopy (PALM) en STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) PALM en STORM zijn technieken die berusten op het probabilistisch aan- en uitzetten van individuele fluorescente moleculen in het monster en het nauwkeurig lokaliseren van hun positie. * **Principe:** * Het monster wordt gelabeld met speciale fluorescente eiwitten of moleculen die onder specifieke omstandigheden kunnen worden geactiveerd om te fluoresceren, en vervolgens weer kunnen worden uitgezet. * In plaats van alle moleculen tegelijk te exciteren, wordt slechts een kleine, willekeurige subset van moleculen tegelijkertijd geactiveerd om te fluoresceren. * De exacte positie van elk emitterende molecuul wordt bepaald door de positie van zijn diffractiepiek te analyseren. De nauwkeurigheid van deze lokalisatie kan tot enkele nanometers bedragen. * Door duizenden van deze beelden te verzamelen van verschillende sets van geactiveerde moleculen, wordt een superresolutiebeeld opgebouwd door de gelokaliseerde posities van alle moleculen samen te voegen. * **Resolutieverbetering:** PALM en STORM kunnen resoluties bereiken van ongeveer 10-20 nanometer. * **Voordelen:** Bieden extreem hoge resolutie, waardoor individuele moleculen en hun onderlinge posities kunnen worden bestudeerd. * **Nadelen:** Vereisen langere opnametijden omdat veel afzonderlijke beelden moeten worden verzameld, wat de toepassing op levende cellen kan beperken. PALM maakt gebruik van foto-activeerbare eiwitten, terwijl STORM vaak foto-omschakelbare fluorochromen gebruikt. > **Tip:** Hoewel alle superresolutie technieken de diffractielimiet doorbreken, hebben ze verschillende sterke en zwakke punten. De keuze van de techniek hangt af van de specifieke onderzoeksvraag, de aard van het monster en de vereiste tijdsresolutie. --- ## 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 | |------|------------| | Condensor | Het lenzencollectief onder het objectglas dat het licht bundelt en de verlichting van het preparaat regelt. Het zorgt voor een geconcentreerd en uniform licht dat door het monster schijnt. | | Objectief | De lens die zich het dichtst bij het te observeren preparaat bevindt en het primaire vergrote beeld vormt. De kwaliteit van het objectief is cruciaal voor de resolutie van de microscoop. | | Oculair | Het lenzencollectief waardoor de observator kijkt; het vergroot het door het objectief gevormde tussenbeeld verder. De totale vergroting van de microscoop is het product van de vergroting van het objectief en het oculair. | | Resolutie | De kleinste afstand tussen twee afzonderlijke punten die nog als zodanig waargenomen kunnen worden. Een hogere resolutie betekent dat fijnere details zichtbaar zijn. | | Numerieke apertuur (NA) | Een maat voor het lichtverzamelend vermogen van een lens, met name het objectief. De NA is afhankelijk van de brekingsindex van het medium tussen het objectief en het preparaat en de halfgrootte van de openingshoek van de lens. Een hogere NA leidt tot een betere resolutie. | | Lege vergroting | Vergroting waarbij het beeld groter wordt weergegeven, maar er geen nieuwe details meer zichtbaar worden. Dit gebeurt wanneer de vergroting verder gaat dan wat de resolutie van het optische systeem toelaat. | | Helderveldmicroscopie | Een standaard microscopietechniek waarbij het preparaat wordt verlicht vanuit een heldere achtergrond. Monsters die licht absorberen of verstrooien, verschijnen donker tegen een heldere achtergrond. | | Fasecontrastmicroscopie | Een techniek die verschillen in brekingsindex en optische dikte in doorschijnende monsters zichtbaar maakt, wat leidt tot een contrast dat niet zichtbaar zou zijn in helderveldmicroscopie. Het kan een halo-effect rond de structuren veroorzaken. | | Interferentiecontrastmicroscopie | Een geavanceerde techniek die het contrast in doorzichtige monsters verhoogt door gebruik te maken van interferentieprincipes. Dit kan leiden tot een pseudo-reliëfeffect op het beeld, waardoor oppervlaktestructuren beter zichtbaar worden. | | Fluorescentiemicroscopie | Een microscopietechniek die gebruik maakt van de fluorescentie van stoffen in het preparaat. Deze stoffen, fluorochromen, absorberen licht van een bepaalde golflengte en zenden het weer uit op een langere golflengte, wat resulteert in een helder beeld tegen een donkere achtergrond. | | Epifluorescentie | Een methode binnen de fluorescentiemicroscopie waarbij de excitatie- en emissielichtpaden van het monster gescheiden zijn. Het licht wordt van bovenaf op het monster gericht en de fluorescentie wordt van dezelfde kant gedetecteerd. | | Photobleaching | Het proces waarbij fluorochromen beschadigd raken door langdurige blootstelling aan excitatie licht, waardoor hun fluorescentie permanent afneemt of verdwijnt. Dit kan de levensduur van fluorescentie-experimenten beperken. | | Confocale microscopie | Een optische beeldvormingstechniek die beelden genereert door een punt-voor-punt scan van het monster. Een pinhole filter verwijdert onscherp licht, waardoor een optische coupe met hoge resolutie en contrast wordt verkregen. | | Optische coupe | Een dunne, scherpe doorsnede van een specimen verkregen door confocale microscopie of vergelijkbare technieken, waarbij onscherpte van boven- en onderliggende lagen wordt geëlimineerd. | | Paraffine techniek | Een methode voor weefselbereiding waarbij weefsel wordt gefixeerd, gedehydrateerd, ingebed in gesmolten paraffine, ingevroren en vervolgens in dunne coupes gesneden. Dit maakt langdurige conservering en gedetailleerde kleuring mogelijk. | | Fixatie | Het proces waarbij biologisch materiaal wordt behandeld met chemicaliën om de cellulaire structuur te preserveren en de afbraak door enzymen te stoppen. Dit stabiliseert eiwitten en andere moleculen op hun plaats. | | Dehydratatie | Het verwijderen van water uit weefselmonsters, meestal door opeenvolgende stappen in oplopende concentraties alcohol, voordat het monster wordt ingebed in een medium zoals paraffine of hars. | | Deparaffinering | Het omgekeerde proces van dehydratatie, waarbij paraffine uit weefselcoupes wordt verwijderd met behulp van oplosmiddelen zoals xyleen, zodat de coupes kunnen worden gekleurd in een waterige oplossing. | | Cryosectie techniek | Een methode waarbij weefsel snel wordt ingevroren en vervolgens in dunne plakjes wordt gesneden zonder fixatie of inbedding in paraffine. Dit is sneller en beter voor het detecteren van componenten die gevoelig zijn voor oplosmiddelen of denaturatie. | | Hematoxyline en Eosine (H&E) | Een veelgebruikte dubbele kleuring in de histologie. Hematoxyline kleurt celkernen paars-blauw (basofiel), terwijl eosine de cytoplasma en extracellulaire componenten roze kleurt (eosinofiel). | | PAS kleuring (Periodiek-zuur-Schiff) | Een kleuringstechniek die specifieke koolhydraten, zoals glycogeen en mucines, in weefsels detecteert. Het reageert met aldehydegroepen die na oxidatie met periodiek zuur worden gevormd. | | Autoradiografie | Een techniek waarbij radioactief gelabelde moleculen aan een organisme worden toegediend en hun verdeling in weefsels wordt gevisualiseerd met behulp van fotografische emulsie die reageert op de radioactiviteit. | | Enzymhistochemie | Een techniek die de lokalisatie van enzymactiviteit in weefsels of cellen bestudeert door een specifieke biochemische reactie te laten plaatsvinden die leidt tot een detecteerbaar product, zoals een kleuring of een neerslag. | | Immunocytochemie | Een techniek die antilichamen gebruikt om specifieke antigenen (eiwitten of andere moleculen) binnen cellen te detecteren en te lokaliseren. Dit kan direct of indirect gebeuren met behulp van labels. | | Immunohistochemie | Vergelijkbaar met immunocytochemie, maar dan toegepast op weefselcoupes om de lokalisatie van antigenen in de weefselstructuur te bestuderen. | | In situ hybridisatie (ISH) | Een techniek die wordt gebruikt om de aanwezigheid van specifieke nucleïnezuursequenties (DNA of RNA) binnen cellen of weefsels te detecteren met behulp van complementaire, gelabelde sondes. | | FISH (Fluorescentie In Situ Hybridisatie) | Een variant van ISH die fluorescerende labels gebruikt om nucleïnezuren te detecteren. Het wordt vaak gebruikt om chromosoomafwijkingen, genamplificatie of de lokalisatie van specifieke genen te identificeren. | | TEM (Transmissie Elektronenmicroscopie) | Een microscopietechniek die elektronenbundels gebruikt om een beeld te vormen van een ultradun specimen. Elektronen die door het specimen heen gaan, worden gedetecteerd, waardoor hoge resolutie beelden van interne structuren mogelijk zijn. | | SEM (Scanning Elektronenmicroscopie) | Een microscopietechniek waarbij een gefocuste elektronenbundel het oppervlak van een specimen aftast. De gedetecteerde secundaire of teruggekaatste elektronen creëren een beeld van het oppervlak van het monster met een grote scherptediepte. | | AFM (Atomic Force Microscopie) | Een type scanning probe microscopie dat met een uiterst fijne punt (probe) het oppervlak van een monster aftast en topografische informatie genereert op atomair of moleculair niveau. | | Superresolutie microscopie | Een groep geavanceerde microscopietechnieken die de limieten van de klassieke optische resolutie overwinnen, waardoor structuren kleiner dan de diffractielimiet van licht zichtbaar worden gemaakt. Voorbeelden zijn STED, PALM en STORM. |

# Basisprincipes van microscopie Hieronder vindt u een gedetailleerd studieoverzicht van de basisprincipes van microscopie, gebaseerd op de verstrekte documentatie en gericht op de gevraagde pagina's. ## 1\. Basisprincipes van microscopie Dit onderwerp introduceert de fundamentele concepten die ten grondslag liggen aan lichtmicroscopie, met een focus op de instrumentele componenten, vergroting, en de cruciale beperkingen en bepalende factoren van resolutie. ### 1.1 Componenten van een lichtmicroscoop Een standaard lichtmicroscoop is samengesteld uit drie essentiële lenssystemen die samenwerken om een vergoot beeld van een preparaat te creëren: * **Condensor:** Dit lenssysteem bevindt zich onder het objectplatform en heeft als functie het licht van de lichtbron te bundelen en te concentreren op het te observeren preparaat. * **Objectief:** Dit is de lens die zich het dichtst bij het preparaat bevindt. Het objectief creëert de primaire vergroting van het object en speelt een cruciale rol in de resolutie van het beeld. * **Oculair:** Deze lens bevindt zich bij het oog van de waarnemer. Het oculair neemt het door het objectief gecreëerde beeld over en vergroot dit verder. De totale vergroting die door een lichtmicroscoop wordt bereikt, is het product van de vergroting van het objectief en de vergroting van het oculair. Dit kan wiskundig worden uitgedrukt als: $$ \\text{Eindvergroting} = \\text{Vergroting objectief} \\times \\text{Vergroting oculair} $$ ### 1.2 Resolutie en vergroting Resolutie, de kleinste afstand tussen twee punten waarbij deze punten nog als afzonderlijk kunnen worden waargenomen, is een fundamentele beperking van elk optisch instrument. In tegenstelling tot vergroting, die de schijnbare grootte van een object vergroot, bepaalt resolutie de mate van detail die zichtbaar is. De minimale resolutie van het menselijk oog ligt rond de $0.1$ millimeter. Een standaard lichtmicroscoop kan objecten tot ongeveer $0.2$ micrometer scheiden, terwijl een elektronenmicroscoop een resolutie kan bereiken van ongeveer $0.1$ nanometer. De maximale nuttige vergroting wordt bepaald door de resolutie van de microscoop. Zonder voldoende resolutie resulteert verdere vergroting in "lege vergroting", waarbij het beeld wel groter wordt, maar geen nieuwe details worden onthuld. De relatie tussen de resolutie van het oog en de microscoop is als volgt: $$ \\text{Resolutie oog} = \\text{Resolutie microscoop} \\times \\text{Vergrotingsfactor} $$ ### 1.3 Factoren die de resolutie bepalen De resolutie van een lichtmicroscoop is hoofdzakelijk afhankelijk van de eigenschappen van het objectief en de eigenschappen van het gebruikte licht. Twee belangrijke factoren zijn: * **Numerieke apertuur (NA):** De numerieke apertuur van een objectief is een maat voor het vermogen om licht te verzamelen en een object op te lossen. Het wordt gedefinieerd als het product van de brekingsindex van het medium tussen het objectief en het preparaat ($N$) en de sinus van de halve openingshoek van het objectief ($\\alpha$). $$ NA = N \\cdot \\sin \\alpha $$ Een hogere NA leidt tot een betere resolutie. * **Golflengte van het licht ($\\lambda$):** De resolutie is omgekeerd evenredig met de golflengte van het gebruikte licht. Kortere golflengten resulteren in een hogere resolutie. De resolutie ($R$) kan worden benaderd met de volgende formule: $$ R = K \\cdot \\frac{\\lambda}{NA} $$ Hierbij is $K$ een constante die afhangt van de gebruikte microscopische techniek. Het zichtbare lichtspectrum heeft golflengten variërend van ongeveer $390$ tot $700$ nanometer. Voor elektronenmicroscopen worden versnelde elektronen gebruikt, die effectieve golflengten hebben die aanzienlijk korter zijn (rond $0.2$ nanometer), wat de extreem hoge resolutie van deze instrumenten verklaart. > **Tip:** Begrijp het onderscheid tussen vergroting en resolutie. Vergroting maakt iets groter, maar resolutie bepaalt hoeveel detail u kunt zien. Een microscoop met hoge vergroting maar lage resolutie zal ongedetailleerde, "korrelige" beelden produceren. ### 1.4 Contrastverhogende technieken In veel biologische preparaten, met name levende cellen, is het contrast laag. Om deze structuren beter zichtbaar te maken, worden diverse microscopische technieken toegepast: * **Helderveldmicroscopie:** De standaardmethode waarbij het monster tegen een heldere achtergrond wordt bekeken. * **Fasecontrastmicroscopie:** Deze techniek zet faseverschillen in licht, veroorzaakt door variaties in de optische dichtheid van het preparaat, om in helderheidsverschillen. Dit resulteert vaak in een kenmerkend halo-effect rond structuren. * **Interferentiecontrastmicroscopie:** Vergelijkbaar met fasecontrast, maar gebruikt interferentie van licht om pseudo-reliëf effecten te creëren, wat een meer driedimensionaal ogend beeld oplevert. * **Fluorescentiemicroscopie:** Maakt gebruik van fluorescerende moleculen (fluorochromen) die licht van een bepaalde golflengte absorberen en vervolgens licht met een langere golflengte uitzenden. Dit maakt de detectie van specifieke moleculen of structuren mogelijk. Verschillende kleuringen met verschillende fluorochromen kunnen worden gecombineerd om meerdere componenten tegelijk te visualiseren (bv. nucleus met DAPI/Hoechst, mitochondriën met MitoTracker Red CMXRos, cytoskelet met Alexa Fluor 488). * **Confocale microscopie:** Deze geavanceerde techniek maakt het mogelijk om optische coupes van een preparaat te verkrijgen door gebruik te maken van een pinhole die verstrooid licht elimineert. Door meerdere optische coupes te "stapelen", kan een gedetailleerd driedimensionaal beeld worden gereconstrueerd. Voor het observeren van levende cellen worden vaak omgekeerde (inverted) microscopen gebruikt, waarbij de objectieven zich onder het monster bevinden, wat de manipulatie van cellen op het objectplatform vergemakkelijkt. * * * # Contrastverhogende technieken en fluorescentiemicroscopie Dit deel behandelt methoden om het contrast in ongekleurde preparaten te verbeteren en introduceert de principes van fluorescentiemicroscopie. ### 2.1 Technieken voor contrastverbetering in ongekleurde preparaten Voor het visualiseren van structuren in cellen en weefsels die inherent weinig kleur absorberen, zijn er specifieke technieken ontwikkeld om het contrast te verhogen. Zonder kleuring zijn veel biologische preparaten transparant, wat de observatie bemoeilijkt. #### 2.1.1 Fasecontrastmicroscopie Fasecontrastmicroscopie is een techniek die gebruikmaakt van interferentie om verschillen in brekingsindex van verschillende delen van het preparaat om te zetten in helderheidsverschillen. Dit is met name nuttig voor het observeren van levende, ongekleurde cellen en weefsels. De techniek maakt gebruik van een speciaal ontworpen condensor met een faseplaat en een objectief met een ringvormige apertuur. * **Principe:** Verschillende delen van een biologisch preparaat, zoals organellen binnen een cel, hebben verschillende brekingsindices. Wanneer licht door deze structuren gaat, wordt het niet alleen verzwakt, maar ook uit fase gebracht ten opzichte van het licht dat eromheen gaat. De faseplaat in het objectief en de ringvormige apertuur in de condensor manipuleren de faseverschillen op zodanige wijze dat ze interfereren en resulteren in zichtbare helderheidsverschillen. * **Kenmerkend effect:** Typisch wordt een halo-effect waargenomen rondom de structuren die geobserveerd worden. #### 2.1.2 Interferentiecontrastmicroscopie Interferentiecontrastmicroscopie, ook bekend als differentiële interferentiecontrast (DIC) microscopie, is een geavanceerdere techniek die nog meer gedetailleerde pseudo-relief beelden kan produceren dan fasecontrast. Deze methode maakt gebruik van gepolariseerd licht en interferentie om kleine hoogte- en brekingsindexverschillen te detecteren. * **Principe:** Twee lichtbundels worden door het preparaat gestuurd, waarbij één bundel door een referentiedeel gaat en de andere door het preparaat zelf. Eventuele faseverschillen die ontstaan door verschillen in optische dikte (product van dikte en brekingsindex) worden gedetecteerd door interferentie wanneer de bundels weer worden samengevoegd. * **Kenmerkend effect:** Produceert beelden met een schijnbaar reliëf, wat de driedimensionale structuur van het preparaat benadrukt. > **Tip:** Beide technieken, fasecontrast en interferentiecontrast, zijn essentieel voor de studie van levende cellen omdat ze geen kleuring vereisen, wat de levensvatbaarheid van de cellen niet aantast. Omkeer (inverted) microscopen worden vaak gebruikt in combinatie met deze technieken voor het observeren van cellen die op de bodem van een kweekfles groeien. ### 2.2 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie is een krachtige techniek die gebruikmaakt van fluorescentie, het verschijnsel waarbij een stof licht van een bepaalde golflengte absorbeert en vervolgens licht van een langere golflengte uitzendt. #### 2.2.1 Epifluorescentie Epifluorescentie is de meest voorkomende vorm van fluorescentiemicroscopie. Bij deze techniek wordt het excitatie-licht via de objectieflens op het preparaat gericht. Het uitgezonden fluorescentielicht wordt vervolgens ook door dezelfde objectieflens opgevangen en naar de detector geleid. * **Werking:** Een specifieke golflengte van licht (excitatie licht) wordt door een filter geselecteerd en door de condensor op het preparaat gericht. Moleculen in het preparaat die de juiste eigenschappen hebben (fluorochromen, autofluorescentie) absorberen dit licht en zenden vervolgens licht uit met een langere golflengte (emissielicht). Een tweede filter, het emissiefilter, scheidt dit emissielicht van het excitatie licht, zodat alleen het fluorescentie signaal gedetecteerd kan worden. * **Belangrijke fenomenen:** * **Photobleaching:** Langdurige blootstelling aan intens licht kan leiden tot het onherstelbaar afbreken van de fluorochromen, waardoor het fluorescentiesignaal afneemt. > **Tip:** Om photobleaching te minimaliseren, gebruik zo min mogelijk lichtintensiteit en blootstellingstijd, en overweeg het gebruik van anti-fade reagentia in de preparaten. #### 2.2.2 Analyse van overlappende beelden (Overlay) Bij het gebruik van meerdere fluorescentiemarkeringen (fluorochromen) in één preparaat, kan men beelden van de verschillende kanalen combineren om de ruimtelijke relaties tussen verschillende moleculen of structuren te bestuderen. * **Principe:** Elk fluorchroom zendt licht uit in een specifiek golflengtebereik. Met behulp van specifieke filters voor elk fluorchroom worden aparte beelden verkregen. Deze beelden worden vervolgens digitaal samengevoegd, waarbij elke kleur een ander fluorchroom vertegenwoordigt. * **Voorbeeld:** Een cel kan worden gekleurd met: * DAPI of Hoechst voor de nucleus (blauw fluorescentie). * Alexa Fluor 488 voor cytoskeletale structuren zoals actine filamenten (groen fluorescentie). * MitoTracker Red voor mitochondriën (rood fluorescentie). Door deze beelden te overlappen, kan men de locatie van de mitochondriën ten opzichte van de celkern en het cytoskelet bestuderen. Dit is cruciaal voor het begrijpen van cellulaire processen zoals celbeweging, energieproductie en celdeling. > **Voorbeeld:** Een analyse van menselijke longcellen (MRC-5 lijn) met MitoTracker Red CMXRos, Alexa Fluor 488-geconjugeerd aan phalloidine, en DAPI. Deze kleuringen visualiseren respectievelijk het intracellulaire mitochondriale netwerk, cytoskeletale actine filamenten, en de nucleus. De overlay van deze beelden maakt het mogelijk om de interactie en locatie van deze cellulaire componenten te bestuderen. #### 2.2.3 Confocale microscopie Confocale microscopie is een geavanceerde vorm van fluorescentiemicroscopie die optische coupes van een preparaat kan maken, waardoor beelden met een hoge resolutie en zonder de storende achtergrondfluorescentie verkregen worden. * **Principe:** Het kernprincipe is de 'pinhole' (kleine opening) in de detectiepad. Alleen licht dat afkomstig is uit het brandpunt van de objectieflens wordt door de pinhole doorgelaten. Licht dat van boven of onder het brandpunt komt, wordt effectief geblokkeerd. Door het preparaat punt voor punt af te tasten en de verzamelde signalen te combineren, wordt een optische coupe gecreëerd. * **Stack:** Een verzameling van opeenvolgende optische coupes, genomen op verschillende dieptes binnen het preparaat, vormt een 'stack'. Deze stack kan vervolgens worden gebruikt om een driedimensionale reconstructie van het preparaat te maken, wat gedetailleerde inzichten biedt in de ruimtelijke organisatie van cellulaire structuren. > **Voorbeeld:** Beelden van HeLa Kyoto cellen met Tubuline-GFP, GPI-YFP, en H2B-mCherry, verkregen met confocale microscopie, tonen de distributie van verschillende eiwitten en celonderdelen in 3D. Deze technieken vormen de basis voor veel hedendaags biologisch onderzoek, waardoor onderzoekers fundamentele inzichten verkrijgen in de complexe structuren en processen binnen levende organismen. * * * # Weefsel- en celpreparatie voor microscopie Dit deel beschrijft de methoden voor het verkrijgen van weefsels en cellen en de daaropvolgende preparatietechnieken voor microscopisch onderzoek. ### 3.1 Verkrijgen van weefsels en cellen Weefsels en cellen kunnen op verschillende manieren worden verkregen voor microscopisch onderzoek. #### 3.1.1 Chirurgische wegname en biopsie * **Operatieve wegname van organen/weefsels:** Dit is een invasieve methode waarbij organen of delen van weefsels chirurgisch worden verwijderd. * **Biopsie:** Dit is een minder invasieve procedure waarbij een klein stukje weefsel wordt weggenomen voor onderzoek. Er zijn verschillende typen biopsieën: * **Endoscopische biopsie:** Weefsel wordt weggenomen via een endoscoop. * **Naaldbiopsie:** Weefsel wordt verkregen met behulp van een naald. * **Excisie biopsie:** Het gehele afwijkende weefsel wordt chirurgisch verwijderd. * **Punch biopsie:** Een ronde stans wordt gebruikt om een cilindervormig stukje weefsel te verkrijgen. * **Incisie biopsie:** Een deel van een grotere laesie wordt weggenomen. #### 3.1.2 Verkrijgen van afzonderlijke cellen Afzonderlijke cellen kunnen worden verkregen via diverse methoden: * **Operatief:** Dit kan verwijzen naar cellen die vrijkomen tijdens chirurgische procedures. * **Biopsie:** Soms kunnen cellen ook direct worden verkregen uit biopsiemateriaal. * **Fijne naald aspiratie (cytologie):** Cellen worden opgezogen uit een laesie of orgaan met een fijne naald. * **Cervixborstel (cytobrush):** Gebruikt voor het verkrijgen van cellen van de cervix. * **Mondschraper:** Voor het afnemen van cellen uit de mondholte. * **Lichaamsvloeistoffen:** Cellen kunnen worden geïsoleerd uit vloeistoffen zoals bloed, urine, of ascitesvocht. ### 3.2 Paraffine techniek De paraffine techniek is een veelgebruikte methode voor het prepareren van weefsels voor histologisch onderzoek. Het proces bestaat uit de volgende stappen: #### 3.2.1 Fixatie * **Doel:** Het conserveren van de weefselstructuur, het stoppen van cellulaire functies en het op zijn plaats houden van cellulaire componenten. * **Veelgebruikt fixativum:** Formaldehyde. * **Werking:** Fixatoren voorkomen autolyse (zelfvertering) en postmortale veranderingen door weefselcomponenten te stabiliseren, vaak door cross-linking van eiwitten. * **Typen fixatoren:** Enkelvoudige en samengestelde fixatoren worden gebruikt, afhankelijk van de specifieke vereisten. #### 3.2.2 Inbedding Na fixatie ondergaat het weefsel een proces van dehydratatie en infiltratie: * **Dehydratatie:** Het weefsel wordt geleidelijk aan blootgesteld aan oplopende concentraties alcohol (bijvoorbeeld van 70% naar 100%) om het water te verwijderen. * **Overbrenging naar infiltratiemiddel:** Vervolgens wordt het weefsel overgebracht naar een oplosmiddel zoals tolueen of xyleen, dat de alcohol vervangt en compatibel is met paraffine. * **Infiltratie met paraffine:** Het weefsel wordt geïmpregneerd met gesmolten paraffine. * **Inbedden:** Het geïnfiltreerde weefsel wordt in een mal geplaatst en de paraffine wordt gestold, waardoor een vaste blok ontstaat waarin het weefsel is ingesloten. #### 3.2.3 Snijden * Het paraffineblok met het ingebedde weefsel wordt vervolgens met een microtoom in zeer dunne coupes (typisch 3-5 micrometer dik) gesneden. #### 3.2.4 Monteren en kleuren * **Deparaffineren:** De paraffinecoupes worden eerst ontdaan van de paraffine door ze opnieuw bloot te stellen aan oplosmiddelen zoals xyleen, gevolgd door een reeks dalende alcoholconcentraties terug naar water. * **Kleuringsprocedure:** De coupes worden vervolgens gekleurd met specifieke kleurstoffen om verschillende cellulaire en weefselstructuren zichtbaar te maken. * **Monteren:** Na kleuring worden de coupes op een objectglas gemonteerd en afgedekt met een dekglaasje, vaak in een medium dat de kleuring conserveert. ### 3.3 Cryosectie techniek De cryosectie techniek is een snelle methode om weefselcoupes te verkrijgen, vooral nuttig wanneer fixatie en inbedding in paraffine niet wenselijk zijn. #### 3.3.1 Invriezen * Het weefsel wordt snel ingevroren met behulp van vloeibare stikstof (ongeveer -180°C) of droogijs (vaste CO₂, ongeveer -70°C). #### 3.3.2 Inbedden en snijden * **Inbedden:** Het ingevroren weefsel wordt vaak ingebed in een cryoprotectief medium zoals OCT (Optimal Cutting Temperature) compound. * **Bewaren en snijden:** Het ingebedde weefsel wordt bewaard en gesneden op een cryostaat bij temperaturen rond -20°C. #### 3.3.3 Voordelen en toepassingen * **Snelheid:** Cryosectie is aanzienlijk sneller dan de paraffine techniek, wat essentieel is tijdens chirurgische ingrepen voor snelle diagnostiek. * **Kwaliteit:** De coupes zijn over het algemeen van lagere kwaliteit dan bij paraffine coupes, met minder detail. * **Geschikt voor:** * Detectie van componenten die oplossen (bv. vetten) of denatureren (bv. bepaalde eiwitten zoals GFP) tijdens de paraffine techniek. * Detectie van enzymactiviteit. * Bewaring van RNA, DNA en bepaalde eiwitstructuren die gevoelig zijn voor de paraffinefixatie en -inbedding. * **Vervolgonderzoek:** Cellen en weefsels geprepareerd via cryosectie kunnen vaak nog worden gebruikt voor verdere moleculaire analyses. ### 3.4 Kleuren (contrasteren) Kleuring is essentieel om structuren in weefselcoupes zichtbaar te maken, aangezien de meeste weefselcomponenten kleurloos zijn. #### 3.4.1 Hematoxyline en Eosine (H&E) * **Hematoxyline:** Kleurt zure componenten zoals de celkern in paars-blauw. Het is een basofiele kleurstof. * **Eosine:** Kleurt basische componenten zoals cytoplasma en extracellulaire matrix in roze. Het is een acidofiele kleurstof. * **Toepassing:** H&E is de meest gebruikte standaardkleuring in de histologie voor algemene morfologische analyse. #### 3.4.2 PAS kleuring (Periodiek zuur - Schiff's reagent) * **Werking:** Perjoodzuur breekt koolhydraten af, waarbij aldehydegroepen vrijkomen. Deze aldehyden reageren vervolgens met Schiff's reagent, wat resulteert in een fuchsia-rode kleuring. * **Toepassing:** Kleurt suikers en slijm, zoals in slijmbekercellen van de darmvillus. Het kan ook worden gebruikt om basale membranen aan te tonen. #### 3.4.3 Overige speciale kleuringsmethoden Er zijn talloze speciale kleuringsmethoden beschikbaar om specifieke weefselcomponenten, eiwitten, vetten, mineralen, etc. aan te tonen. Voorbeelden zijn kleuringsmethoden voor bindweefsel, vetten, pigmenten en micro-organismen. ### 3.5 Speciale technieken voor microscopie Naast standaard kleurtechnieken zijn er diverse geavanceerde methoden om specifieke moleculen of structuren te visualiseren. #### 3.5.1 Autoradiografie * **Principe:** Radioactief gelabelde moleculen (bijvoorbeeld $^3$H-thymidine, dat wordt opgenomen door delende cellen) worden toegediend aan levende cellen of weefsels. * **Procedure:** Een coupe van het behandelde weefsel wordt blootgesteld aan een fotografische emulsie. * **Visualisatie:** Zwarte zilverkorrels verschijnen in de emulsie op plaatsen waar radioactiviteit is gedetecteerd, wat de locatie van de radioactief gelabelde moleculen aangeeft. * **Toepassing:** Identificatie van delende cellen of de lokalisatie van specifieke moleculen na toediening van een radioactieve precursor. #### 3.5.2 Enzymhistochemie * **Principe:** Detecteert de aanwezigheid en activiteit van specifieke enzymen in weefselcoupes. * **Voorbeeld (Peroxidase):** In aanwezigheid van waterstofperoxide ($H\_2O\_2$) en een substraat zoals DAB (3,3'-diaminobenzidine), produceert peroxidase een onoplosbaar bruin neerslag op de plaats van enzymactiviteit. * **Toepassing:** Wordt vaak gebruikt als label in immunohistochemie en voor het detecteren van enzymatische activiteit. #### 3.5.3 Immunocytochemie en Immunohistochemie * **Principe:** Maakt gebruik van antilichamen die specifiek binden aan doelantigenen (eiwitten) in cellen of weefsels. * **Labels:** Het antilichaam is gekoppeld aan een marker die zichtbaar wordt gemaakt: * **Fluorochroom:** (bv. FITC, TRITC, Alexa dyes) voor fluorescentiemicroscopie. * **Enzym:** (bv. peroxidase, alkaline fosfatase) dat een kleurreactie genereert. * **Colloïdaal goud:** Gekoppeld aan proteïne A (uit \_Staphylococcus aureus), wat zichtbaar is onder de elektronenmicroscoop of na zilverversterking. * **Typen antilichamen:** * **Polyclonale antilichamen:** Geproduceerd tegen meerdere epitopen van een antigen. * **Monoklonale antilichamen:** Geproduceerd tegen één specifiek epitoop, wat meer specificiteit biedt (vaak verkregen via hybridoma technologie). * **Direct vs. Indirect:** * **Directe immunocytochemie:** Het primaire antilichaam is direct gelabeld. * **Indirecte immunocytochemie:** Een gelabeld secundair antilichaam bindt aan het primaire antilichaam, wat de signaalintensiteit versterkt. #### 3.5.4 In situ hybridisatie (ISH) * **Principe:** Detecteert de aanwezigheid van specifieke nucleïnezuren (DNA of RNA) in cel- of weefselcoupes door gebruik te maken van complementaire, gelabelde sondes. * **Procedure:** Een gelabelde probe (bv. met een fluorochroom of een enzym) hybridiseert met het doel-nucleïnezuur in de cel of het weefsel. * **Toepassing:** * Detectie van virale DNA of RNA in geïnfecteerde cellen (bv. humaan papillomavirus). * Detectie van mRNA-expressie van specifieke genen. * **FISH (Fluorescentie In Situ Hybridisatie):** Een variant van ISH waarbij fluorescerende labels worden gebruikt om chromosoomaberraties te detecteren, zoals trisomie 21 (Downsyndroom) of afwijkingen van specifieke chromosoomregio's. ### 3.6 Elektronenmicroscopie preparatie Voor elektronenmicroscopie (TEM en SEM) zijn zeer gespecialiseerde preparatiemethoden vereist vanwege de hoge resolutie en de aard van de gebruikte elektronenbundels. #### 3.6.1 Fixatie * **Fixatie:** Er wordt gebruik gemaakt van chemische fixatie met fixatieven zoals glutaaraldehyde en osmiumtetroxide ($OsO\_4$), die eiwitten en lipiden zeer effectief stabiliseren en contrast toevoegen. #### 3.6.2 Inbedden en snijden (TEM) * **Inbedden:** Het weefsel wordt ingebed in kunstharsen (bv. epoxyharsen) die geschikt zijn voor ultramicrotomie. * **Snijden:** Met een ultramicrotoom worden coupes van zeer geringe dikte (typisch 50-100 nanometer) gesneden. #### 3.6.3 Monteren en contrasteren (TEM) * **Monteren:** De ultradunne coupes worden gemonteerd op metalen gridjes. * **Contrasteren:** De coupes worden vervolgens behandeld met zware metalen zouten (bv. uranielacetaat en loodcitraat) om de contrasten te verhogen, aangezien biologisch materiaal weinig contrast heeft voor elektronen. #### 3.6.4 SEM preparatie Voor Scanning Electron Microscopy (SEM) wordt meestal het gehele oppervlak van het object bekeken. Het object wordt gefixeerd, gedroogd (vaak via kritisch punt drogen om artefacten te minimaliseren) en vervolgens bedekt met een dunne laag geleidend metaal (bv. goud of platina) om ladingopbouw te voorkomen. ### 3.7 Geavanceerde microscopie technieken Naast de klassieke licht- en elektronenmicroscopie zijn er diverse geavanceerde technieken ontwikkeld voor specifieke toepassingen. * **Atomic Force Microscopy (AFM):** Meet het oppervlak van een monster met een uiterst fijne naald die over het oppervlak "aftast". Biedt topografische informatie op nanoschaal. * **Tweedelige (2-photon) microscopie:** Vergelijkbaar met confocale microscopie maar maakt gebruik van twee fotonen van lagere energie om exciteren te veroorzaken, wat leidt tot minder fotobleaching en diepere penetratie in dikkere monsters. * **Lightsheet microscopie:** Verlicht het monster met een dunne "sheet" van licht, wat zorgt voor efficiënte 3D-beeldvorming met minimale fototoxiciteit. Ideaal voor grotere 3D-specimens. * **Superresolutie microscopie:** Technieken zoals SIM (Structured Illumination Microscopy), PALM (PhotoActivated Localization Microscopy) en STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) maken het mogelijk om structuren te visualiseren met een resolutie die de diffractielimiet van licht overstijgt, waardoor individuele moleculen kunnen worden waargenomen. * **NSOM (Near-Field Scanning Optical Microscopy):** Maakt gebruik van een zeer kleine apertuur of punt om licht te emitteren of te detecteren dichtbij het monsteroppervlak, wat een hogere resolutie mogelijk maakt. * **STED (Stimulated Emission Depletion) microscopie:** Een techniek die de excitatie van fluorochromen selectief onderdrukt rond de randen van de excitatiebundel, waardoor een kleinere effectieve excitatiezone ontstaat en een hogere resolutie wordt bereikt. * * * # Geavanceerde microscopietechnieken Dit onderwerp introduceert diverse geavanceerde microscopiemethoden die verder gaan dan de conventionele lichtmicroscopie om structuren met hogere resolutie en meer detail te visualiseren. ### 4.1 Confocale microscopie Confocale microscopie is een techniek die een optische coupe van een preparaat creëert, wat resulteert in beelden met een verbeterd contrast en een hogere resolutie. Het principe is gebaseerd op het gebruik van een 'pinhole' (klein gaatje) in de beeldvormingsweg. Alleen licht dat door het specimen komt en zich op hetzelfde scherptevlak bevindt als het pinhole, bereikt de detector. Licht dat afkomstig is van buiten het scherptevlak, wordt effectief weggefilterd. * **Principe:** Door optische coupes te maken, wordt achtergrondverstrooiing geminimaliseerd. * **Stack:** Een combinatie van meerdere optische coupes kan worden samengesteld tot een driedimensionale reconstructie van het specimen. ### 4.2 Elektronenmicroscopie Elektronenmicroscopie maakt gebruik van een bundel elektronen in plaats van fotonen om beelden te genereren, wat een aanzienlijk hogere resolutie mogelijk maakt. Dit komt doordat elektronen een veel kortere golflengte hebben dan zichtbaar licht. * **Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM):** * **Principe:** Elektronenstralen gaan \_door het ultradunne preparaat. Verschillen in absorptie en verstrooiing door de atomen in het preparaat creëren het contrast. * **Preparatie:** 1. **Fixatie:** Met fixatiemiddelen zoals glutaaraldehyde en osmiumtetroxide ($OsO\_4$) om de structuur te behouden en eiwitfunctie te stoppen. 2. **Inbedden:** In kunsthars om het specimen te ondersteunen voor het snijden. 3. **Snijden:** In zeer dunne coupes (typisch 50 nm). 4. **Monteren:** Op metalen gridjes. 5. **Contrasteren:** Met zware metalen om de zichtbaarheid te vergroten. * **Beeld:** Levert gedetailleerde beelden van de interne structuur van cellen en materialen. * **Scanning elektronenmicroscopie (SEM):** * **Principe:** Een bundel elektronen scant het \_oppervlak van het preparaat. Secundaire elektronen die door het oppervlak worden uitgestoten, worden gedetecteerd om een beeld te vormen. * **Preparatie:** Vereist ook fixatie en vaak een geleidende coating (bijvoorbeeld goud) om ladingophoping te voorkomen. * **Beeld:** Levert beelden met een groot scherptediepte, waardoor de driedimensionale morfologie van het oppervlak duidelijk zichtbaar wordt. ### 4.3 Atoomkrachtmicroscopie (AFM) Atoomkrachtmicroscopie is een contactloze of contact-afhankelijke techniek die de topografie van een oppervlak op atomair niveau kan scannen. * **Principe:** Een scherpe punt, bevestigd aan een flexibele cantilever (een soort veertje), scant het oppervlak. De interactiekrachten tussen de punt en het oppervlak veroorzaken een uitslag van de cantilever, die wordt gedetecteerd door een laser. ### 4.4 Superresolutiemicroscopietechnieken Deze technieken overstijgen de diffractielimiet van lichtmicroscopie (ongeveer 200-250 nm) en maken visualisatie van moleculen mogelijk. Verschillende methoden zijn ontwikkeld: * **Near-field Scanning Optical Microscopy (NSOM) / Scanning Near-field Optical Microscopy (SNOM):** * **Principe:** Maakt gebruik van een microscopische apertuur die zich zeer dicht (in het nabije veld) boven het preparaat bevindt om verstrooid licht op te vangen, waardoor resoluties onder de diffractielimiet mogelijk zijn. * **Structured Illumination Microscopy (SIM) en Spatially Modulated Illumination Microscopy (SMI):** * **Principe:** Gebruikt patronen van belichting (gestructureerde verlichting) om ruimtelijke frequentie-informatie te 'verschuiven' naar een bereik dat door de detector kan worden vastgelegd. * **Resultaat:** Verbetering van de resolutie met een factor 2. * **Stimulated Emission Depletion (STED) Microscopy:** * **Principe:** Een fluorescerende molecuul wordt eerst geëxciteerd met een bepaalde golflengte. Vervolgens wordt een tweede laserbundel met een hogere golflengte gebruikt om de excitatie van de fluorescerende moleculen in een ringvormige zone te 'depleteren' (uitdoven) via gestimuleerde emissie. Alleen het centrale gebied van de fluorescente emissie blijft over, wat leidt tot een kleinere effectieve emissiebron en dus hogere resolutie. * **Photoactivated Localization Microscopy (PALM) en Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (STORM):** * **Principe:** Deze technieken maken gebruik van speciale fluorescerende moleculen die met tussenpozen 'aan' en 'uit' gezet kunnen worden. Door slechts een kleine fractie van de moleculen tegelijkertijd te laten fluoresceren, kan hun positie met hoge precisie worden bepaald. Door dit proces vele malen te herhalen en de posities van alle gelokaliseerde moleculen te combineren, wordt een superresoluut beeld opgebouwd. * **STORM:** Maakt gebruik van 'switchable' fluorochroomen. * **PALM:** Maakt gebruik van fotogeactiveerde fluorochroomen. ### 4.5 Andere Geavanceerde Technieken * **2-Photon Microscopy:** * **Principe:** Vergelijkbaar met confocale microscopie, maar maakt gebruik van twee fotonen met de helft van de energie om excitatie te bewerkstelligen. Dit heeft als voordeel dat de excitatie plaatsvindt in het focuspunt, wat leidt tot minder photobleaching en betere penetratie in diepere weefsels. * **Lightsheet Microscopy:** * **Principe:** Het specimen wordt van opzij belicht met een dunne 'lichtschaaf' bundel, terwijl het beeld vanuit een loodrechte hoek wordt opgenomen. Dit is zeer geschikt voor het beeldvormen van grotere 3D-specimens met minimale schade en snel. > **Tip:** De keuze van de microscopietechniek hangt sterk af van het type specimen, de gewenste resolutie, de aard van de te bestuderen structuren (oppervlak versus interne structuur, levend versus gefixeerd) en de benodigde informatie (morfologie, lokalisatie van moleculen, dynamiek). * * * ## 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 | |------|------------| | Condensor | Een optisch element in een microscoop dat licht focust op het preparaat, essentieel voor het creëren van een gelijkmatig verlicht beeld en het maximaliseren van de resolutie. | | Objectief | Het lenzensysteem in een microscoop dat zich het dichtst bij het preparaat bevindt en het primaire vergrote beeld produceert, cruciaal voor de resolutie van het beeld. | | Oculair | Het lenzensysteem in een microscoop dat het beeld van het objectief verder vergroot en direct bekeken wordt door de gebruiker, de eindvergroting bepaalt. | | Eindvergroting | De totale vergroting die een microscoop kan bereiken, berekend door de vergroting van het objectief te vermenigvuldigen met de vergroting van het oculair. | | Resolutie | De kleinste afstand tussen twee punten waarbij deze punten nog als afzonderlijk waargenomen kunnen worden; een hogere resolutie betekent een gedetailleerder beeld. | | Numerieke Apertuur (NA) | Een maat voor het lichtverzamelend vermogen van een objectief; een hogere NA leidt tot een betere resolutie en een helderder beeld. Het wordt berekend met de formule $NA = n \cdot \sin(\alpha)$, waarbij $n$ de brekingsindex van het medium is en $\alpha$ de halve openingshoek. | | Lege vergroting | Een situatie waarbij de vergroting van de microscoop wordt verhoogd zonder dat de resolutie verbetert, wat resulteert in een groter, maar minder gedetailleerd beeld. | | Heldeveld microscopie | Een standaard microscopietechniek waarbij het preparaat wordt verlicht door een heldere lichtbundel, waarbij structuren zichtbaar worden door absorptie of reflectie van licht. | | Fasecontrast microscopie | Een techniek die gebruikt wordt om contrast te creëren in transparante, ongekleurde monsters door faseverschuivingen van licht die door verschillende delen van het monster gaan, om te zetten in amplitudeverschillen. Het wordt vaak gekenmerkt door een halo-effect rond de structuren. | | Interferentiecontrast microscopie | Een techniek die interferentie van lichtgolven gebruikt om het contrast in transparante monsters te verhogen, wat leidt tot een pseudo-reliëf uiterlijk dat de diepte en structuur van het preparaat benadrukt. | | Fluorescentiemicroscopie | Een microscopietechniek die gebruik maakt van fluorescentie, waarbij specifieke moleculen in het monster licht van een bepaalde golflengte absorberen en dit uitzenden op een langere golflengte, wat leidt tot een beeld dat oplicht. | | Epifluorescentie | Een veelgebruikte methode binnen de fluorescentiemicroscopie waarbij de excitatie- en emissiebundels door hetzelfde objectief paden. | | Photobleaching | Het fotochemische proces waarbij een fluorofoor onherstelbaar beschadigd raakt door blootstelling aan licht, wat resulteert in een afname van de fluorescentie-intensiteit. | | Confocale microscopie | Een optische microscopietechniek die een optische coupe van een preparaat maakt door middel van een pinhole die ongewenste licht van buiten het focusvlak elimineert, wat resulteert in verhoogd contrast en resolutie. Een stack van deze coupes kan een 3D reconstructie vormen. | | Fixatie | Het proces waarbij biologische monsters worden behandeld om hun structuur te behouden en de biochemische activiteit te stoppen, vaak met behulp van chemicaliën zoals formaldehyde om eiwitten op hun plaats te houden en denaturatie te voorkomen. | | Paraffine techniek | Een veelgebruikte methode voor weefselvoorbereiding waarbij weefsel wordt gefixeerd, gedehydrateerd via oplopende alcoholconcentraties, ingebed in paraffine, gesneden in dunne coupes, gedeparaffineerd, gekleurd en gemonteerd. | | Dehydratatie | Het proces waarbij water uit een weefselmonster wordt verwijderd, meestal door opeenvolgende onderdompelingen in oplopende alcoholconcentraties, voorafgaand aan inbedding in een oplosmiddel zoals tolueen of xyleen. | | Deparaffineren | Het verwijderen van paraffine uit weefselcoupes, meestal door onderdompeling in oplosmiddelen zoals xyleen of tolueen, gevolgd door het terugbrengen van alcoholconcentraties in water, zodat de coupes kunnen worden gekleurd. | | Cryosectie techniek | Een snelle methode voor weefselvoorbereiding waarbij weefsel snel wordt ingevroren, vaak met vaste CO2 of vloeibare N2, en vervolgens wordt gesneden op lage temperaturen, ideaal voor het bestuderen van componenten die gevoelig zijn voor oplosmiddelen of denaturatie. | | OCT (Optimal Cutting Temperature) compound | Een wateroplosbaar medium dat wordt gebruikt bij cryosectie om weefsels te ondersteunen en te stabiliseren tijdens het invriezen en snijden, waardoor de kwaliteit van de secties wordt verbeterd. | | Kleuren (contrasteren) | Het proces waarbij kleurstoffen worden gebruikt om specifieke structuren of componenten in biologische monsters zichtbaar te maken, wat essentieel is voor hun waarneming onder de microscoop. | | Hematoxyline en Eosine (H&E) | Een veelgebruikte dubbele kleuring waarbij hematoxyline (paars-blauw) zure componenten zoals celkernen kleurt, en eosine (roze) basische componenten zoals cytoplasma kleurt. | | PAS kleuring (Periodic Acid-Schiff) | Een histologische kleuringstechniek die specifieke koolhydraten en slijmproducten identificeert door hun reactie met perjoodzuur en Schiff's reagens, resulterend in een magenta kleur. | | Autoradiografie | Een techniek die gebruik maakt van radioactief gelabelde moleculen om hun locatie en activiteit in biologische monsters te volgen, waarbij de radioactiviteit wordt gedetecteerd met fotografische emulsie. | | Enzymhistochemie | Een techniek die de locatie van enzymen in weefsels of cellen bepaalt door middel van een biochemische reactie die een zichtbaar product oplevert, zoals de peroxidase-gebaseerde reactie met DAB. | | DAB (3,3'-diaminobenzidine) | Een chromatogene substraat dat, in aanwezigheid van peroxidase en waterstofperoxide, een bruin precipitaat vormt dat zichtbaar is onder de microscoop, vaak gebruikt in immunohistochemie en enzymhistochemie. | | Immunocytochemie | Een techniek die antilichamen gebruikt om specifieke antigenen (eiwitten) in cellen of weefsels te detecteren en te visualiseren, wat kan worden gedaan via directe of indirecte methoden. | | Immunohistochemie (IHC) | Een uitbreiding van immunocytochemie die specifieke antigenen in weefselcoupes identificeert en visualiseert met behulp van antilichamen, vaak gelabeld met enzymen of fluorochromen. | | Polyclonaal antilichaam | Een antilichaam geproduceerd door meerdere B-celklonen die gericht zijn tegen verschillende epitopen van een antigeen. | | Monoclonale antilichamen | Antilichamen geproduceerd door een enkele B-celklon, die allemaal gericht zijn tegen hetzelfde specifieke epitoop op een antigeen. | | Hybridoma | Een cel die ontstaat door de fusie van een B-cel en een myeloomcel, gebruikt voor de productie van monoklonale antilichamen. | | In situ hybridisatie (ISH) | Een techniek die complementaire nucleïnezuursequenties (DNA of RNA) in cellen of weefsels detecteert door gebruik te maken van gelabelde sondes. | | FISH (Fluorescentie In Situ Hybridisatie) | Een specifieke vorm van ISH die fluorescerende probes gebruikt om DNA of RNA-sequenties in chromosomen of intacte cellen te visualiseren, vaak gebruikt voor de detectie van chromosoomaberraties. | | Elektronenmicroscoop | Een microscoop die een bundel van elektronen gebruikt om een beeld van een monster te creëren, waardoor veel hogere resoluties en vergrotingen mogelijk zijn dan met lichtmicroscopen. | | TEM (Transmission Electron Microscopy) | Transmissie-elektronenmicroscopie, waarbij elektronen door een ultradunne coupe van het monster worden gestuurd om een gedetailleerd intern beeld te verkrijgen. | | SEM (Scanning Electron Microscopy) | Scanning-elektronenmicroscopie, waarbij een elektronenbundel over het oppervlak van het monster scant en de gereflecteerde of secundaire elektronen detecteert om een 3D-beeld van het oppervlak te creëren. | | AFM (Atomic Force Microscopy) | Atoomkrachtmicroscopie, een type rastertunnelmicroscoop dat de fysieke interactie tussen een scherpe punt en het oppervlak van een monster analyseert om gedetailleerde topografische beelden te verkrijgen. | | Superresolutie microscopie | Een groep microscopietechnieken die de diffractielimiet van licht overschrijden, waardoor het mogelijk wordt om structuren te visualiseren die kleiner zijn dan de golflengte van het gebruikte licht. |

# Introduzione all'apoptosi e sue caratteristiche Questo argomento introduce il concetto di morte cellulare programmata, nota come apoptosi, descrivendone le caratteristiche distintive e i metodi per identificarla. ### 1.1 Definizione e contesto dell'apoptosi L'apoptosi è un processo di morte cellulare programmata. Si verifica in risposta a vari stimoli interni o esterni che segnalano la necessità di eliminare una cellula [2](#page=2). ### 1.2 Caratteristiche di una cellula in apoptosi Le cellule che subiscono apoptosi presentano caratteristiche morfologiche e biochimiche specifiche. Queste includono [2](#page=2): * **Condensazione della cromatina:** Il materiale genetico all'interno del nucleo si aggrega [2](#page=2). * **Frammentazione del nucleo:** Il nucleo si divide in piccoli frammenti [2](#page=2). * **Formazione di corpi apoptotici:** La cellula si ritira, formando vescicole o corpi contenenti organelli e materiale nucleare [2](#page=2). * **Integrità della membrana plasmatica:** Inizialmente, la membrana plasmatica rimane intatta, impedendo il rilascio del contenuto cellulare nell'ambiente circostante [2](#page=2). * **Rilevamento della fosfatidilserina:** La fosfatidilserina, un fosfolipide normalmente confinato al lato interno della membrana plasmatica, viene traslocata sulla superficie esterna della cellula. Questo spostamento è un segnale precoce e importante per il riconoscimento e la fagocitosi della cellula apoptotica da parte delle cellule immunitarie [3](#page=3). > **Tip:** L'integrità della membrana plasmatica durante l'apoptosi è cruciale per evitare l'infiammazione, a differenza della necrosi, dove la membrana si rompe rilasciando il contenuto cellulare. ### 1.3 Gli esecutori dell'apoptosi: le caspasi Le caspasi sono una famiglia di proteasi (enzimi che degradano le proteine) che svolgono un ruolo centrale nell'induzione e nell'esecuzione dell'apoptosi. Queste proteine agiscono come "forbici molecolari", scindendo substrati cellulari specifici e guidando così il processo di morte cellulare [2](#page=2). ### 1.4 Metodi di riconoscimento dell'apoptosi Il riconoscimento di una cellula in apoptosi può avvenire attraverso diverse tecniche: * **Analisi al microscopio:** L'osservazione microscopica può rivelare i cambiamenti morfologici caratteristici delle cellule apoptotiche, come la condensazione nucleare e la formazione di corpi apoptotici [2](#page=2). * **Rilevamento della fosfatidilserina:** Test biochimici e citofluorimetrici possono identificare la presenza di fosfatidilserina sulla superficie cellulare, spesso utilizzando la proteina Annexin V, che ha un'elevata affinità per questo fosfolipide. L'Annexin V marcata con un fluorocromo può quindi essere utilizzata per etichettare le cellule apoptotiche [3](#page=3). > **Example:** L'uso dell'Annexin V in combinazione con un colorante che rileva cellule con membrane danneggiate (come la Propidium Iodide) permette di distinguere cellule vive (negative per entrambi), cellule apoptotiche precoci (Annexin V positive, Propidium Iodide negative) e cellule necrotiche (positive per entrambi) tramite citometria a flusso. --- # Ruolo delle caspasi nell'apoptosi Le caspasi sono una famiglia di proteasi cisteiniche essenziali che svolgono un ruolo centrale nella morte cellulare programmata (apoptosi). La loro attività è fondamentale per innescare e perpetuare la cascata di eventi che portano alla disgregazione cellulare [4](#page=4). ### 2.1 Classificazione delle caspasi nell'apoptosi Le caspasi coinvolte nell'apoptosi sono generalmente classificate in due gruppi principali in base alla loro funzione: #### 2.1.1 Caspasi iniziatrici Queste caspasi sono le prime ad essere attivate e agiscono come sensori di segnali apoptotici. Una volta attivate, esse, a loro volta, tagliano e attivano le caspasi effettrici [5](#page=5). * **Esempi:** Le caspasi 8 e 9 sono considerate caspasi iniziatrici [5](#page=5). #### 2.1.2 Caspasi effettrici (esecutrici) Le caspasi effettrici sono substrati delle caspasi iniziatrici e vengono attivate da queste ultime. La loro funzione principale è quella di tagliare una vasta gamma di substrati cellulari, portando all'esecuzione dei processi morfologici e biochimici caratteristici dell'apoptosi. L'attivazione delle caspasi effettrici genera un'amplificazione del segnale apoptotico [5](#page=5). * **Esempi:** Le caspasi 3, 6 e 7 sono esempi di caspasi effettrici [5](#page=5). ### 2.2 Meccanismo di attivazione e cascata apoptotica Il processo apoptotico mediato dalle caspasi segue una cascata ben definita: 1. **Iniziazione:** Segnali apoptotici attivano le caspasi iniziatrici [5](#page=5). 2. **Attivazione delle effettrici:** Le caspasi iniziatrici attivate tagliano e attivano le caspasi effettrici [5](#page=5). 3. **Esecuzione:** Le caspasi effettrici attivate eseguono l'apoptosi tagliando i loro bersagli cellulari [5](#page=5). > **Tip:** L'attivazione delle caspasi è un processo altamente regolato e specifico. L'attivazione delle caspasi iniziatrici è il passo chiave per innescare la cascata. ### 2.3 Conseguenze dell'attività delle caspasi Il taglio proteolitico operato dalle caspasi sui loro substrati può portare a diversi esiti funzionali all'interno della cellula, influenzando sia la perdita che il guadagno di attività biologica di specifiche proteine. Questo amplio spettro di azioni contribuisce alla complessa dinamica della morte cellulare programmata [4](#page=4). > **Tip:** È importante notare che l'attività proteolitica delle caspasi non è solo distruttiva; in alcuni casi, può portare alla generazione di nuove attività biologiche che facilitano il processo apoptotico. --- # Vie di attivazione dell'apoptosi: estrinseca e intrinseca Le due principali vie di attivazione dell'apoptosi sono la via estrinseca, mediata da recettori di morte, e la via intrinseca, legata al mitocondrio. ### 3.1 La via estrinseca (o via del recettore) La via estrinseca di attivazione dell'apoptosi è innescata da segnali extracellulari. Lo stimolo primario è costituito da proteine denominate fattori di morte, come il TNF (fattore di necrosi tumorale). Queste proteine sono prodotte da cellule del sistema immunitario in risposta a condizioni quali radiazioni ionizzanti, agenti chimici o infezioni virali [7](#page=7) [8](#page=8). Quando un fattore di morte si lega a specifici recettori di morte (DR) presenti sulla superficie cellulare, si verifica la formazione di un complesso di segnalazione intracellulare noto come DISC (Death-Inducing Signaling Complex). Questo complesso recluta, attraverso proteine adattatrici come FADD, le procaspasi 8. In questo ambiente di stretta associazione, la bassa attività intrinseca delle procaspasi 8 è sufficiente per innescare l'autoclivaggio reciproco, portando alla loro attivazione [8](#page=8). > **Tip:** La via estrinseca è spesso definita "via del recettore" poiché inizia con il legame di ligandi extracellulari ai recettori di morte cellulare. > **Example:** Il TNF-alfa che si lega al suo recettore TNFR1 è un classico esempio di innesco della via estrinseca. ### 3.2 La via intrinseca (o via del mitocondrio) La via intrinseca dell'apoptosi è avviata da segnali intracellulari. Questa via è fortemente influenzata dal mitocondrio e viene innescata da una varietà di stimoli interni, tra cui danni genetici irreparabili, ipossia (mancanza di ossigeno), elevate concentrazioni citosoliche di calcio, infezioni virali, stress ossidativo e accumulo di proteine mal ripiegate nel reticolo endoplasmatico [10](#page=10) [9](#page=9). #### 3.2.1 Permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna (MOMP) Uno degli eventi chiave della via intrinseca è la permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna (MOMP - Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization). In condizioni fisiologiche, la proteina Bax è inattiva nel citosol come monomero. Tuttavia, in risposta a stimoli apoptotici, Bax viene traslocato nei mitocondri, subisce cambiamenti conformazionali e si inserisce nella membrana mitocondriale. Bak, invece, è una proteina integrale della membrana mitocondriale che, durante l'apoptosi, cambia conformazione e oligomerizza, portando alla formazione di pori sulla membrana [13](#page=13). > **Tip:** La MOMP è un punto di non ritorno nell'apoptosi, poiché porta al rilascio di fattori pro-apoptotici dal compartimento intermembrana mitocondriale nel citosol. #### 3.2.2 Assemblaggio dell'apoptosoma Il rilascio di citocromo c (Cit c) dal mitocondrio nel citosol è un evento critico. Il Cit c si lega ad Apaf-1, una proteina che funge da fattore di attivazione della procaspasi 9, inducendo un cambiamento conformazionale in Apaf-1. Questo legame promuove l'assemblaggio di multiple molecole di Apaf-1, formando un complesso proteico chiamato apoptosoma. L'apoptosoma, una volta assemblato, recluta le molecole di procaspasi 9, che vengono attivate reciprocamente attraverso l'autoclivaggio [10](#page=10) [11](#page=11). > **Example:** L'Apaf-1, in presenza di Cit c e dATP, forma un heptamero che costituisce il nucleo dell'apoptosoma. ### 3.3 Interconnessione tra le vie estrinseca e intrinseca Le due vie dell'apoptosi non sono completamente indipendenti, ma possono interagire e amplificarsi a vicenda. I mitocondri possono amplificare il segnale pro-apoptotico proveniente dalla via estrinseca. Questo avviene attraverso l'attivazione della proteina Bid (una proteina BH3-only pro-apoptotica) da parte della caspasi 8, prodotta nella via estrinseca. La forma troncata di Bid (tBid) è in grado di inibire le proteine anti-apoptotiche della famiglia Bcl-2 e di indurre la permeabilizzazione della membrana mitocondriale. In questo modo, la via estrinseca può innescare la via intrinseca, creando un segnale pro-apoptotico amplificato [24](#page=24). > **Tip:** La proteina Bid funge da ponte cruciale tra la via estrinseca e quella intrinseca, permettendo una risposta apoptotica più robusta in condizioni di stress cellulare severo. --- # Regolazione dell'apoptosi da parte delle proteine Bcl-2 e IAP La regolazione dell'apoptosi è un processo fondamentale per mantenere l'omeostasi tissutale, e le proteine della famiglia Bcl-2 e le proteine IAP giocano ruoli cruciali nel determinare l'equilibrio tra la sopravvivenza e la morte cellulare [16](#page=16). ### 4.1 La famiglia di proteine Bcl-2 La famiglia delle proteine Bcl-2 è composta da numerosi membri che agiscono principalmente come regolatori della permeabilità della membrana mitocondriale esterna. Queste proteine controllano il rilascio di fattori pro-apoptotici, come il citocromo c, dai mitocondri verso il citosol [17](#page=17). #### 4.1.1 Classificazione e domini BH I membri della famiglia Bcl-2 sono classificati in base alla presenza di sequenze a-elicoidali conservate, note come domini di omologia a Bcl2 (BH). Esistono diversi tipi di domini BH [17](#page=17): * **BH1-2-3**: Proteine come Bax e Bak che sono considerate proteine effettrici pro-apoptotiche [19](#page=19). * **BH3-only**: Un gruppo di proteine che include Bad, Noxa, PUMA e Bid, che agiscono come sensori di stress e danni cellulari, attivando la via apoptotica [19](#page=19). * **Bcl2**: Le proteine effettive come Bcl-2, che sono anti-apoptotiche [19](#page=19). #### 4.1.2 Meccanismo d'azione Le proteine Bcl-2 si associano alla membrana mitocondriale esterna, dove operano come "spazzini" di fattori pro-apoptotici. Esse sono potenti inibitori dell'apoptosi in risposta a molti insulti citotossici. I vari membri della famiglia sono capaci di interagire tra loro, formando complessi molecolari. Queste interazioni possono modulare la funzione reciproca delle proteine, favorendo o inibendo la formazione di pori sulla membrana mitocondriale [18](#page=18) [19](#page=19). > **Tip:** La complessità delle interazioni all'interno della famiglia Bcl-2 è fondamentale. Una proteina anti-apoptotica (come Bcl-2) può inibire una proteina pro-apoptotica (come Bax), prevenendo così l'apertura del poro mitocondriale e il rilascio del citocromo c. ### 4.2 Le proteine IAP (Inibitori dell’Apoptosi) Le proteine IAP rappresentano un'altra classe di regolatori negativi dell'apoptosi. Il loro meccanismo d'azione principale consiste nel complessarsi alle caspasi attivate (in particolare le caspasi 3, 7 e 9) e nell'inibire la loro attività proteolitica, bloccando così la cascata di eventi che portano alla morte cellulare [21](#page=21). #### 4.2.1 Interazione con fattori pro-apoptotici Durante la permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna, oltre al citocromo c, vengono rilasciati altri fattori dal mitocondrio. Tra questi vi sono proteine come Smac/Diablo, che hanno la funzione di inibire l'attività delle proteine IAP. Questo meccanismo assicura che l'attivazione delle caspasi non venga indefinitamente bloccata da IAP, permettendo all'apoptosi di procedere una volta innescata [21](#page=21). ### 4.3 Altri meccanismi di modulazione dell'apoptosi Oltre alle proteine Bcl-2 e IAP, esistono altri meccanismi che contribuiscono a modulare la risposta apoptotica [22](#page=22). #### 4.3.1 Recettori esca e c-FLIP L'esistenza di recettori esca e di molecole come c-FLIP (FLICE-inhibitory protein) permette una fine regolazione della risposta apoptotica, in particolare nelle vie estrinseche che coinvolgono i recettori di morte [22](#page=22). * **Recettori esca**: Questi recettori mancano del dominio citosolico necessario per l'induzione dell'apoptosi, o presentano un dominio troncato. La loro funzione è quella di sequestrare i segnali che normalmente si legherebbero ai recettori di morte attivi, limitando così la propagazione del segnale apoptotico [23](#page=23). * **c-FLIP**: Questa proteina limita l'apoptosi legandosi alle proteine adattatrici sui recettori di morte. Sebbene strutturalmente simile alle caspasi, c-FLIP manca della cisteina essenziale nel sito attivo, impedendole di esercitare attività proteolitica. Di conseguenza, c-FLIP può competere con la pro-caspasi 8 per il legame alle proteine adattatrici, ma senza essere in grado di attivarla efficacemente o di attivarla in maniera inefficace. Questo permette una modulazione della risposta apoptotica indotta dai recettori di morte, prevenendo l'attivazione incontrollata delle caspasi effettrici [23](#page=23). > **Example:** In alcune cellule T, l'espressione di c-FLIP può prevenire l'apoptosi indotta da segnali estrinseci, consentendo ai linfociti di sopravvivere a stimoli che altrimenti porterebbero alla loro morte. --- ## 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, fondamentale per lo sviluppo e il mantenimento degli organismi, che porta alla rimozione ordinata delle cellule danneggiate o non più necessarie. | | Caspasi | Una famiglia di proteasi a cisteina che svolgono un ruolo centrale nell'apoptosi, agendo come esecutori della degradazione cellulare attraverso il taglio proteolitico di specifici substrati. | | Fosfatidilserina | Un fosfolipide normalmente localizzato sul lato citosolico della membrana plasmatica, la cui esposizione sulla superficie esterna della cellula è un segnale distintivo precoce dell'apoptosi. | | Annexin V | Una proteina legante il calcio che ha un'elevata affinità per la fosfatidilserina, utilizzata comunemente in esperimenti per identificare le cellule in apoptosi in base all'esposizione della fosfatidilserina. | | Caspasi iniziatrici | Caspasi che si attivano in risposta a segnali apoptotici iniziali e che, a loro volta, attivano le caspasi effettrici. Esempi includono la Caspasi 8 e la Caspasi 9. | | Caspasi effettrici/esecutrici | Caspasi che vengono attivate dalle caspasi iniziatrici e che svolgono il lavoro effettivo di degradazione cellulare durante l'apoptosi, tagliando substrati cellulari chiave. Esempi includono le Caspasi 3, 6 e 7. | | Fattore di morte (TNF) | Una citochina pro-infiammatoria, prodotta da alcune cellule immunitarie, che può legarsi ai recettori di morte cellulare e innescare la via estrinseca dell'apoptosi. | | Recettori di morte (DR) | Una famiglia di recettori transmembrana (come TNFR1) che, una volta attivati da specifici ligandi (come il TNF), possono avviare la cascata apoptotica attraverso la formazione del complesso DISC. | | DISC (Death-Inducing Signaling Complex) | Un complesso proteico multifunzionale che si forma nel citoplasma in seguito al legame di un ligando a un recettore di morte, reclutando pro-caspasi e proteine adattatrici per attivare le caspasi iniziatrici. | | FADD (Fas-Associated Death Domain) | Una proteina adattatrice che lega il dominio di morte del recettore di morte e recluta le pro-caspasi 8 nel DISC, facilitando la loro attivazione. | | Via estrinseca dell'apoptosi | Una via di attivazione dell'apoptosi che inizia con il legame di ligandi specifici (fattori di morte) a recettori di morte presenti sulla superficie cellulare. | | Via intrinseca dell'apoptosi | Una via di attivazione dell'apoptosi che origina da stimoli intracellulari, come danno al DNA o stress ossidativo, che portano a modifiche della permeabilità della membrana mitocondriale esterna. | | Mitocondrio | Organello cellulare deputato alla produzione di energia e coinvolto in diversi processi cellulari, inclusa la via intrinseca dell'apoptosi attraverso il rilascio di fattori pro-apoptotici. | | Citocromo c (Cit c) | Una proteina della catena di trasporto degli elettroni mitocondriale che, in seguito alla permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna, viene rilasciata nel citoplasma dove partecipa all'assemblaggio dell'apoptosoma. | | Apaf-1 (Apoptotic protease activating factor 1) | Una proteina citosolica che, in presenza di citocromo c e dATP, si assembla formando l'apoptosoma, il complesso che attiva la Caspasi 9. | | Apoptosoma | Un complesso proteico a forma di ruota formato da molecole di Apaf-1 assemblate in seguito al rilascio di citocromo c dal mitocondrio. È responsabile del reclutamento e dell'attivazione delle pro-caspasi 9. | | MOMP (Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization) | Permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna, un evento chiave nella via intrinseca dell'apoptosi che permette il rilascio di molecole pro-apoptotiche dal compartimento intermembrana mitocondriale nel citoplasma. | | Bax e Bak | Proteine pro-apoptotiche della famiglia Bcl-2 che si inseriscono nella membrana mitocondriale esterna e formano pori, contribuendo alla MOMP e al rilascio di citocromo c. | | Famiglia di proteine Bcl-2 | Una famiglia di proteine che regolano la permeabilità della membrana mitocondriale esterna, essenziali nel controllo del bilancio tra sopravvivenza e morte cellulare; comprende sia proteine pro-apoptotiche (come Bax, Bak) sia anti-apoptotiche (come Bcl-2, Bcl-XL). | | Domini di omologia a Bcl2 (BH) | Sequenze di amminoacidi conservate presenti nei membri della famiglia Bcl-2, che mediano le interazioni proteina-proteina e sono importanti per la funzione regolatoria di queste proteine. | | Proteine IAP (Inibitori dell'Apoptosi) | Una famiglia di proteine che possono legarsi e inibire direttamente l'attività delle caspasi attivate, agendo come regolatori negativi dell'apoptosi. | | Smac/Diablo | Proteine rilasciate dai mitocondri durante la MOMP che inibiscono le proteine IAP, antagonizzando la loro azione inibitoria sulle caspasi e promuovendo così l'apoptosi. | | c-FLIP (FLICE-inhibitory protein) | Una proteina che assomiglia alle caspasi ma manca dell'attività catalitica, che può interferire con l'attivazione della Caspasi 8, agendo come un inibitore dell'apoptosi mediata dai recettori di morte. | | Bid (pro-apoptotica BH3 only) | Una proteina della famiglia Bcl-2 che funge da ponte tra la via estrinseca e quella intrinseca dell'apoptosi. Viene tagliata dalla Caspasi 8 (formando tBid) e transloca sulla membrana mitocondriale per promuovere la MOMP. |