B-Zelltypen, Antigenerkennung und -aktivierung

B-Zelltypen, Antigenerkennung und -aktivierung

B-Zelltypen, Antigenerkennung und -aktivierung


Einführung 


B-Zellen, ein wichtiger Bestandteil des Immunsystems, spielen eine zentrale Rolle bei der Abwehr des Körpers gegen Krankheitserreger und infizierte Zellen. Dieser Artikel bietet einen Überblick über B-Zellen, ihre Funktionen und Entwicklung.  

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1. B-Zellen sind weiße Blutkörperchen, die Antikörper produzieren und für das adaptive Immunsystem von entscheidender Bedeutung sind.
2. Sie erkennen Antigene auf Krankheitserregern und infizierten Zellen und führen zu deren Aktivierung.
3. B-Zellen können sich zu Plasmazellen für die sofortige Antikörperproduktion und zu Gedächtniszellen für eine langfristige Immunität differenzieren. 

Was sind B-Zellen?


B-Zellen sind eine Art weißer Blutkörperchen, die Antikörper produzieren (Eibel et al., 2014). B-Zellen sind ein wesentlicher Bestandteil des adaptiven Immunsystems. B-Zellen werden aus hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark produziert und wandern zu Infektionsgebieten, wo sie ihre Effektorfunktionen ausüben (Chaplin, 2010). 

Übersicht über B-Zellen 

Was ist der Unterschied zwischen B-Zellen und T-Zellen?


Lymphozyten können in zwei Kategorien eingeteilt werden: B-Zellen und T-Zellen. Sie sind beide wichtige Bestandteile des Immunsystems und müssen daher miteinander kommunizieren.
Die beiden Arten von Immunzellen, die an der Auslösung einer immunologischen Reaktion beteiligt sind, sind B-Zellen und T-Zellen. Der Hauptunterschied zwischen beiden besteht darin, dass T-Zellen nur virale Antigene auf der Außenseite infizierter Zellen erkennen können, während B-Zellen nur die Oberflächenantigene virusinfizierter Zellen erkennen können. 
Unterschied zwischen B-Zellen und T-Zellen

Wie werden B-Zellen aktiviert?


Wenn Keime in den Körper eindringen, hinterlassen sie Spuren ihrer Maschinerie auf der Zelloberfläche. Antigene sind Teile ihrer Maschinerie, die auf der Außenseite von Zellen erscheinen, wenn invasive Organismen wie Bakterien in den Körper eindringen. Wenn B-Zellen Antigene erkennen und identifizieren, werden sie aktiviert.
B-Zellen haben B-Zell-Rezeptoren (BCRs) auf ihrer Oberfläche und diese BCRs binden an spezifische Antigene. 
Aktivierung von B-Zellen

Wie erkennen B-Zellen Antigene?


B-Zellen erkennen Infektionserreger an der Form der Antigene auf ihrer Oberfläche. Die von einer einzelnen B-Zelle abstammenden Zellen produzieren die gleichen Antikörper und erinnern sich an den Eindringling und die Antigene, die zu ihrer Bildung geführt haben. Dieses Gedächtnis bedeutet, dass B-Zellen Antikörper produzieren, die dem ursprünglichen Antigen entgegenwirken und so das Immunsystem vor einem zweiten Angriff schützen.


B-Zellen produzieren im Gegensatz zu T-Zellen Antikörper. Hierbei handelt es sich um Y-förmige Proteine, die vom Immunsystem zur Abwehr von Fremdstoffen produziert werden, die dem Körper Schaden zufügen können. B-Zell-Rezeptoren (BCRs) befinden sich auf der Oberfläche von B-Zellen und ermöglichen ihnen die Bindung an ein bestimmtes Protein.


Wenn B-Zellen auf das Antigen treffen, produzieren sie Antikörper, die daran binden. Sie lösen außerdem die Freisetzung von Zytokinen durch die B-Zellen aus, um weitere Komponenten des Immunsystems anzulocken. Sie setzen Antigene auch T-Zellen aus, die sie mithilfe ihrer T-Zell-Rezeptoren (TCRs) erkennen. Die T-Zellen eliminieren Antigene. 

Was ist die Hauptfunktion von B-Zellen?


B-Zellen sind in der Lage, Krankheitserreger anhand der antigenen Form ihrer Antigene zu identifizieren. Die Entwicklung von B-Zellen ging von einer einzelnen B-Zelle aus und erzeugte die gleichen Antikörper wie sie. Dieses Gedächtnis bedeutet, dass B-Zellen Antikörper produzieren, die das ursprüngliche Antigen zerstören und so vor zukünftigen Angriffen auf das Immunsystem schützen. 

B-Zelltypen 

Übergangs-B-Zellen


Die Verbindung zwischen unreifen und reifen B-Zellen wird durch Übergangs-B-Zellen hergestellt. Sie können nicht viel dazu beitragen, Sie vor Krankheiten zu schützen, aber sie können zwischen dem Knochenmark und dem sekundären Lymphgewebe wandern. Während dieser Zeit werden sie Untersuchungen unterzogen, um sicherzustellen, dass sie keine wirtsfeindlichen Autoantikörper produzieren. 

Naive B-Zellen


Der nächste Schritt auf dem Weg zur Plasmazelle ist das Auftreten naiver B-Zellen. Der B-Lymphozyten reift im Knochenmark oder sekundären lymphatischen Organen heran und bleibt bis zu seiner Aktivierung eine naive Blutzelle.
Wenn eine reife B-Zelle Antigen-präsentierenden Zellen ausgesetzt wird, die für ihren B-Zell-Rezeptor spezifisch sind, wird sie aktiviert. Eine naive B-Zelle kann sich nach der Aktivierung in eine Plasma-B-Zelle oder eine Gedächtnis-B-Zelle verwandeln. Naive Zellen greifen die Infektion nicht an; Stattdessen warten sie auf eine T-Zelle oder eine Antigen-präsentierende Zelle (APC).
B-Zellen können mithilfe von Biochemikalien untersucht, aktiviert und beeinflusst werden, was Wissenschaftlern dabei hilft, mehr über das Immunsystem zu erfahren. Im Vergleich zu anderen Zellen verfügen sie über eindeutige regulatorische Identifikatoren, sodass sie erkannt werden können. Nk1+CD19+, CD27– und CD38– sind Signalmoleküle für naive B-Zellen. 

Gedächtnis-B-Zellen


Die Gedächtnis-B-Zelle ist eine Art B-Lymphozyten, die für die Entwicklung einer langfristigen Immunität im Körper erforderlich ist. Diese Zellen verbleiben im Kreislauf, nachdem eine Infektion abgeheilt ist. Gedächtnis-B-Zellen können schnell aktiviert werden, wenn sie durch T-Zellen ausgelöst werden, wenn der Wirt bei zukünftigen Begegnungen erneut demselben Antigen ausgesetzt wird.


Mit verbesserten Antikörpern aus Gedächtnis-B-Zellen kann das Immunsystem hartnäckige Krankheiten oft bekämpfen, bevor sie sichtbar werden. Gedächtnis-B-Zellen haben einen CD19+-, einen CD27+- und einen CD38-Marker. Mit nur einem Biomarker können Wissenschaftler dank der vielfältigen Manifestation auf dem CD27-Marker Gedächtniszellen und naive Zellen isolieren. 

Plasma-B-Zellen


Effektor-B-Zellen, auch Plasma-B-Zellen genannt, sind große Zellen mit einem sehr großen endoplasmatischen Retikulum (ER). Das ER ist an der Proteinsynthese und dem Proteintransport beteiligt. Aufgrund dieser Zusammensetzung können Plasmazellen viele Antigen-spezifische Antikörper bilden.


Während einer Infektion reagieren Plasmazellen auf T-Zell-Signale mit der Produktion von Signalchemikalien. Sie produzieren weiterhin Antikörper, um die Krankheit zu bekämpfen, bis sie entweder besiegt oder ausgerottet ist. Plasmazellen finden sich häufig an Stellen chronischer Entzündungen.


Plasma-B-Zellen ähneln Gedächtnis-B-Zellen, verfügen jedoch über einen CD38+-Biomarker. Da dieser Marker schwer zu zielen ist, werden Plasma-B-Zellen häufig mithilfe von FACS und einem Durchflusszytometer sortiert.


Mit drei verschiedenen Lasern können Wissenschaftler alle drei separaten Zelltypen (naiv, Gedächtnis und Plasma) gleichzeitig mit hohem Durchsatz erkennen. Die Wirksamkeit dieser Technik kann erheblich gesteigert werden, indem die Probe zunächst auf B-Zellen eluiert wird (mithilfe einer Probenvorbereitungsmethode wie BACS), bevor sie mit FACS in ihre Subtypen sortiert wird. 

B-Zellen und adaptives Immunsystem 

B-Zellen sind eine Art adaptiver Immun lymphozyten, die die Produktion von Antikörpern vermitteln. Zusätzlich zur Antikörperproduktion können B-Zellen auch als professionelle Antigen-präsentierende Zellen fungieren. B-Zellen exprimieren einen einzigartigen B-Zell-Rezeptor (BCR), der an ein einzigartiges Antigen binden kann. Menschliche BCRs können Millionen von Formen annehmen, und daher können B-Zellen als Gruppe an viele verschiedene Arten von Antigenen binden, denen sie begegnen können, obwohl jede einzelne B-Zelle nur für ein Antigen spezifisch ist. B-Zellen befinden sich im Allgemeinen in lymphoiden Organen und können durch direkte BCR/Antigen-Wechselwirkungen oder mit Hilfe von T-Helferzellen aktiviert werden.


Wenn eine naive B-Zelle auf ihr zugehöriges Antigen und die entsprechenden co-stimulierenden Faktoren trifft, beginnt sie sich zu vermehren und zu differenzieren. B-Zellen können sich in Plasma-B-Zellen differenzieren, die sofort mit der Produktion von Antikörpern beginnen, oder in Gedächtnis-B-Zellen, die einen dauerhaften Schutz vor dem Antigen verleihen.


Das Immunsystem ist die wichtigste Abwehr des Körpers gegen Infektionen. Um richtig zu funktionieren, muss das Immunsystem in der Lage sein, unzählige Krankheitserreger wie Viren und Bakterien sowie ungesunde oder infizierte Zellen zu erkennen und vor ihnen zu schützen. Dazu sind verschiedene Zellen erforderlich, die bestimmte Funktionen ausführen. Im folgenden Artikel wird ein Überblick über B-Zellen einschließlich ihrer Funktion und Entwicklung gegeben. 

B-Zelloberflächenmarker


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Von B-Zellen produzierte Antikörper


B-Zellen produzieren Antikörper oder Immunglobulinmoleküle. Antikörper können mit Rezeptoren verglichen werden, die den Körper nach Antigenen durchsuchen. Es handelt sich um vierkettige V-förmige Proteine, die aus einer schweren und einer leichten Kette bestehen. Die schwere Kette kann in fünf Typen unterteilt werden: IgG, IgA, IgM, IgD, IgE. Die leichte Kette ist variabel und erkennt eine Vielzahl unterschiedlicher Antigene. Es unterliegt Rekombinationsereignissen, die dabei helfen, viele verschiedene Fragmente zu produzieren, die verschiedene Antigene erkennen können (Schroeder & Cavacini, 2010).
Sobald Antigene an die dafür vorgesehenen Antikörper binden, lösen sie eine Reihe von Wirkungen aus. Dazu gehören die antikörperabhängige zelluläre Zytotoxizität, die Komplementaktivierung oder das Anhaften eines molekularen Musters vom Erreger an einen der Rezeptoren. B-Zellen können auch Zytokine produzieren, die Zellen an eine Infektionsstelle rekrutieren und gleichzeitig die Differenzierung und Proliferation von T-Zellen stimulieren können (LeBien & Tedder, 2008). 
Foto einer B-Zelle mit oberflächengebundenen Antikörpern und löslichen Antikörpern. (Aus Bailey, 2020)
Foto einer B-Zelle mit oberflächengebundenen Antikörpern und löslichen Antikörpern. (Aus Bailey, 2020)


B-Zell-Entwicklung 

Während der Entwicklung durchlaufen B-Zellen im Knochenmark zwei verschiedene Arten der Selektion. Dazu gehören positive Auswahl und negative Auswahl. Eine positive Selektion bestimmt, welche Zellen über einen wirksamen B-Zell-Rezeptor verfügen und induziert den Zelltod bei Zellen, die nicht effektiv an ihren Liganden binden können. Die negative Selektion bestimmt, welche B-Zellen an Selbstantigene binden, und führt so dazu, dass diese Zellen eines von vier Schicksalen erleiden: klonale Deletion, Rezeptoreditierung, Anergie oder Unwissenheit. Diese negative Selektion hilft beim Prozess der zentralen Toleranz, um zu verhindern, dass B-Zellen an Selbstantigene im Knochenmark binden (Pieper et al., 2013).


Nach diesem Auswahlprozess müssen die B-Zellen ihre Entwicklung abschließen. Nach der Selektion wandern B-Zellen in die Milz, wo sie von T1-B-Zellen zu T2-B-Zellen übergehen. T2-B-Zellen werden in Randzonen-B-Zellen und reife B-Zellen unterteilt. Diese werden dann entweder zu naiven B-Zellen oder zu reifen B-Zellen (Pieper et al., 2013).


Die B-Zell-Aktivierung erfolgt in den sekundären lymphatischen Organen wie der Milz und den Lymphknoten. Die B-Zell-Aktivierung erfolgt, wenn der B-Zell-Rezeptor entweder ein lösliches oder membrangebundenes Antigen bindet (Pierce, 2009). Darüber hinaus benötigen B-Zellen zusätzliche Signale von professionellen Antigen-präsentierenden Zellen wie einer bewaffneten T-Helferzelle oder anderen mikrobiellen Bestandteilen. Eine bewaffnete T-Helferzelle ist eine Zelle, die durch ein bestimmtes Antigen aktiviert wurde und daher die Aktivierung und Differenzierung der B-Zelle bewirken kann. Darüber hinaus verfügen B-Zellen auch über einen Co-Rezeptor auf ihrer Oberfläche, der entweder aus CD19/CD21/CD81 besteht und für die Verbesserung der Reaktionsfähigkeit der B-Zellen auf Antigene verantwortlich ist (Pierce, 2009).


Sobald B-Zellen ihre auf der Antigenerkennung basierende Funktion, wie z. B. die antikörperabhängige zelluläre Zytotoxizität, erfüllt haben, können sie zu Gedächtnis-B-Zellen werden. Diese Zellen erkennen ein Antigen, das zuvor eine Infektion im Wirt verursacht hat. Wenn das Antigen den Körper erneut infiziert, ist der Wirt mit diesen Zellen ausgestattet, um den eindringenden Krankheitserreger sofort zu erkennen und abzutöten (Eibel et al., 2014).


PD-1-Expression auf B-Zellen 

PD-1 (programmiertes Zelltodprotein 1) wird am häufigsten auf T-Zellen exprimiert, kann aber auch in anderen Zelltypen wie B-Zellen beobachtet werden. Allerdings ist die Expression von PD-1 auf B-Zellen tendenziell geringer als auf T-Zellen.
Es wurde gezeigt, dass B-Zellen die PD-1-Expression als Instrument zur Kontrolle der Antikörperproduktion und damit zur Schaffung einer Toleranzumgebung nutzen. PD-1 interagiert mit seinem Partnerliganden PD-L1, der auf verschiedenen Zelltypen wie APCs und anderen Immunzellen zu finden ist. Durch die Einschränkung der Aktivierung von B-Zellen und die Dämpfung der Antikörperbildung schafft diese Zusammenarbeit zwischen Molekülen eine Atmosphäre, in der immunologische Ausdauer möglich ist.
Studien deuten auch darauf hin, dass die PD-1-Expression auf B-Zellen bei bestimmten Autoimmunerkrankungen wie systemischem Lupus erythematodes (SLE) und rheumatoider Arthritis (RA) hochreguliert sein kann. Dies deutet darauf hin, dass PD-1 möglicherweise eine Rolle bei der Regulierung des Gleichgewichts zwischen Immunaktivierung und Toleranz bei diesen Krankheiten spielt.
Im Allgemeinen ist die PD-1-Expressionsrate auf B-Zellen im Vergleich zu T-Zellen niedriger; Es kann jedoch immer noch einen gewaltigen Einfluss auf die Modulation des Immunsystems und die Stimulierung der Immuntoleranz haben. Um zu verstehen, wie PD-1 die B-Zell-Aktivität beeinflusst und welche Rolle es bei vielen Krankheiten spielt, müssen weitere Untersuchungen durchgeführt werden.


B-Zellen und Zytokine 

Zytokin 
Produzent 
Ziel 
Makrophagen, dendritische
Zellen, Endothelzellen 
T-Helferzellen und B-Zellen
und verschiedene andere Gewebe 
TH1-Zellen 
T-Helfer, zytotoxische
T-Zellen und NK-Zellen 
T-Helfer-/zytotoxische
Zellen und NK-Zellen 
Hämatopoetische Zellen und
Mastzellen 
TH2-Zellen, Mastzellen,
NK-Zellen 
B-Zellen, T-Zellen,
Mastzellen, Makrophagen 
TH2-Zellen, Mastzellen 
Eosinophile 
Makrophagen, TH2-Zellen 
Plasmazellen, B-Zellen 
Knochenmark, Thymusdrüse 
Neutrophilen 
TH2-Zellen 
T-Helferzellen, Mastzellen,
Eosinophile 
TH2-Zellen 
Makrophagen,
Antigen-präsentierende Zellen 
Knochenmark 
B-Zell-Vorläuferzellen und
andere 
Makrophagen, B-Zellen 
Zytotoxische T-Zellen, NK-
und LAK-Zellen 
T-Helferzellen 
Makrophagen, B-Zellen 
Zytotoxische T-Zellen 
T-Helferzellen 
Hämatopoetische und
nicht-hämatopoetische Zellen der Linie 
T-Zellen, NK-Zellen 
Leukozyten  
B-Zellen, T-Zellen,
NK-Zellen 
Fibroblasten 
B-Zellen, T-Zellen,
NK-Zellen 
Th1-Zellen, zytotoxische
T-Zellen NK-Zellen 
Makrophagen 
Makrophagen 
Tumorzellen,
polymorphkernige Leukozyten, Makrophagen 
T-Zellen 
Tumorzellen, Neutrophile,
Makrophagen 

Referenzen 



  • Eibel, H., Kraus, H., Sic, H., Kienzler, A.K. und Rizzi, M. (2014) B-Zellbiologie: ein Überblick. Curr Allergy Asthma Rep 14: 434.
  • LeBien, T.W. und Tedder, T.F. (2008) B-Lymphozyten: wie sie sich entwickeln und funktionieren. Blut 112: 1570-1580.
  • Pieper, K., Grimbacher, B. und Eibel, H. (2013) B-Zellbiologie und Entwicklung. J Allergy Clin Immunol 131: 959-971.
  • Pierce, S.K. (2009) B-Zell-Aktivierung verstehen: von der Einzelmolekülverfolgung über Tolls bis hin zum Stalking-Gedächtnis bei Malaria. Immunol Res 43: 85-97.
  • Schroeder, H.W., Jr. und Cavacini, L. (2010) Struktur und Funktion von Immunglobulinen. J Allergy Clin Immunol 125: S41-52. 
13th Aug 2024 Shanza Riaz

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