Der menschliche Körper ist von Geburt an einer Vielzahl von Krankheitserregern wie Bakterien und Viren ausgesetzt. Meist bekommst Du gar nicht mit, dass Dein Körper gegen diese vorgeht. Doch wie genau macht er das eigentlich?
Dafür gibt es das unspezifische, angeborene und schnell agierende Immunsystem. Daneben gibt es jedoch noch das spezifische Immunsystem, welches sich über einen längeren Zeitraum hinaus zur effektiveren Bekämpfung von Pathogenen entwickelt. Wichtige Zellen hierbei sind die T-Zellen, auch T-Lymphozyten genannt, welche auf die Erkennung von Antigenen spezialisiert sind.
T Zellen Definition
Die T-Zellen lassen sich dem adaptiven Teil des zellulären Immunsystems zuteilen. Adaptiv heißt, dass sich durch ständige Weiterentwicklung Mechanismen zur spezifischen Erregererkennung entwickeln. Die speziellen Reaktionen setzen deutlich langsamer ein als die der angeborenen Immunabwehr.
T-Zellen sind eine Gruppe von Lymphozyten, also Zellen, deren wichtigste Aufgabe in der Abwehr von körperfremden Strukturen liegt. Primär sind dies Krankheitserreger und krankhaft modifizierte Körperzellen. T-Lymphozyten entwickeln ihre speziellen Eigenschaften im Thymus und lassen sich in T-Helferzellen und zytotoxische T-Zellen unterteilen.
Die T-Zellen sind in der Lage, das sogenannte Immunologische Gedächtnis auszubilden und können auch andere Zellen der Immunabwehr aktivieren oder regulieren.
T Zellen im Immunsystem
Gelangen körperfremde Stoffe in den Organismus, so werden diese unter anderem anhand von Antigenen durch das Immunsystem erkannt. Dadurch wird eine Reihe von Reaktionen ausgelöst. Makrophagen (Fresszellen) sorgen für die Verdauung solcher Krankheitserreger.
Antigene sind spezielle Moleküle auf Pathogenen, also Krankheitserregern. Antikörper und Lymphozyten-Rezeptoren können an sie binden, um so das spezifische Immunsystem zu aktivieren.
Nachdem jene verdaut wurden, bleiben nur noch Bestandteile des Erregers zurück. Diese präsentieren die Makrophagen nun den T-Lymphozyten auf ihrer Oberfläche. Die T-Lymphozyten können die Antigene erkennen und werden als Reaktion darauf vom Immunsystem aktiviert.
In Folge dessen können sie als zytotoxische T-Zellen die infizierten Körperzellen eliminieren. Sie können jedoch auch als T-Helferzellen aktiviert werden und so weitere abwehrende Komponenten des Immunsystems aktivieren. Dies wären beispielsweise B-Zellen, die sich als Reaktion darauf zu Antikörper-produzierenden Plasmazellen entwickeln. Sie sind dann für den nächsten Antigenkontakt gewappnet und können dementsprechend reagieren.
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T Zellen Eigenschaften
Zunächst solltest Du einige strukturelle Besonderheiten der T-Zellen und anderer relevanter Körperzellen kennenlernen. Dazu gehören primär Rezeptoren und membranständige Moleküle. Dieses Wissen benötigst Du, um anschließend den Reifungsprozess der T-Lymphozyten nachvollziehen zu können.
CD – Cluster of Differentiation
Mit dem Überbegriff Cluster of Differentiation, kurz CD, werden bestimmte Oberflächenmerkmale von Zellen bezeichnet, die zum Beispiel als Signal oder als Rezeptor dienen können.
Anhand der CD-Ausstattung einer Zelle kann man Rückschlüsse auf ihren Typ und ihre jeweilige Funktion ziehen. Zur Unterscheidung werden die Oberflächenmerkmale durchnummeriert. Bisher sind über 370 verschiedene Cluster bekannt.
Am bedeutendsten für die verschiedenen T-Zell-Funktionen sind die Corezeptoren CD4 auf T-Helferzellen und CD8 auf zytotoxischen T-Zellen.
Ein Corezeptor erhöht die Wahrscheinlichkeit einer spezifischen Antigenerkennung. Es ist ein Zellprotein und zusätzlich zu den Antigenrezeptoren einer T-Zelle aktiv. Corezeptoren haben daher eine unterstützende Rolle bei der Antigenerkennung.
Bei der TCR-abhängigen Antigenerkennung dient CD4 der Erkennung an MHC-II-Molekülen, während CD8 die MHC-I-Erkennung unterstützt. Was es damit auf sich hat, erfährst Du im nächsten Abschnitt.
MHC-Moleküle
Damit eine angepasste Immunreaktion stattfinden kann, muss eine T-Zelle ihrem Antigen begegnen.
Dieses Antigen kann beispielsweise auf der Oberfläche einer antigenpräsentierenden Zelle oder einer kernhaltigen Zelle gebunden an ein MHC-Molekül vorliegen. Infolge dieses Kontakts kann sich die T-Zelle differenzieren und vermehren.
Um Dir die Funktion der MHC-Proteine besser zu veranschaulichen, stell Dir die Antigen-Bruchstücke wie kleine „Probierhäppchen“ im Restaurant vor. Die Teller, auf denen sie präsentiert werden, entsprechen den MHC-Proteinen.
Von MHC-Proteinen gibt es zwei verschiedene Arten:
MHC-I-Moleküle
MHC-I-Moleküle sind auf allen kernhaltigen Zellen des Körpers zu finden. Sie werden von den zytotoxischen T-Zellen erkannt. Über sie werden "verdächtige", körperfremde oder körpereigene Peptide präsentiert, die beim Abbau intrazellulärer oder viraler Proteine entstanden sind. Da sich insbesondere Viren intrazellulär vermehren, sind sie ganz besonders für deren Abwehr relevant.
Bindet also ein MHC-I-Molekül ein Antigen, so kann es durch die nachfolgende Bindung von T-Zell-Rezeptoren auf zytotoxischen T-Zellen eine adaptive Immunantwort auslösen.
Rote Blutkörperchen (Erythrozyten) besitzen keinen Zellkern und entsprechend auch keine MHC-I-Moleküle.
MHC-II-Moleküle
MHC-II-Moleküle befinden sich nur auf speziellen Zellen, den sogenannten antigenpräsentierenden Zellen (APZ). Sie dienen der Darbiertung von phagozytiertem Material. Neben den bereits erwähnten Makrophagen gehören auch dendritische Zellen und B-Lymphozyten zu den antigenpräsentierenden Zellen.
Phagozytose beschreibt die Aufnahme und Verdauung fester Zellbestandteile.
Dies ist ein Vorgang, der vorwiegend bei Bakterien- und Pilzinfektionen zum Einsatz kommt. Die Antigene, die über MHC-II präsentiert werden, werden von CD4-T-Helferzellen erkannt.
Sich zu merken, welcher T-Zelltyp mit seiner jeweiligen CD-Ausstattung welche MHC-Moleküle lesen kann, ist gar nicht schwer. Merk Dir einfach, dass das Produkt von MHC- und CD-Nummer immer 8 ergeben muss:
MHC-I-Moleküle und CD8-T-Zellen: 1 × 8 = 8
MHC-II-Moleküle und CD4-T-Zellen: 2 × 4 = 8
T-Zell-Rezeptoren (TCR)
T-Zell-Rezeptoren, kurz TCR, sind auf der Oberfläche von T-Lymphozyten zu finden. Sie sind in der Membran der Zellen verankert und befähigen sie dazu, spezifische Antigene zu erkennen. In ihrer Nähe lassen sich, abhängig von den verschiedenen Zelltypen, Varianten der bereits erwähnten CD-Rezeptoren finden.
Das wichtigste Unterscheidungskriterium der T-Zell-Rezeptoren zu den B-Zell-Rezeptoren ist, dass sie nicht in der Lage sind, komplette Moleküle zu erkennen. Sie können nur bestimmte Peptide aus ca. 10 Aminosäuren binden. Diese müssen also vorher in der Zelle aus einem längeren Antigen-Protein „herausgeschnitten“ werden.
Zu dessen Präsentation kommen dann die MHC-Moleküle ins Spiel.
T Zellen – Arten und Funktion
T-Zellen werden aufgrund ihrer Oberflächenmerkmale in unterschiedliche Gruppen eingeteilt. Diese bestimmen schlussendlich ihre Funktion.
Zytotoxische T-Zellen
Die Funktion der zytotoxischen T-Zellen besteht vorrangig in der Abtötung der Zellen, auf denen sie ein Antigen-Bruchstück gefunden haben. Dies sind insbesondere virusinfizierte oder bösartig entartete Zellen. So bilden sie einen wichtigen Träger der zellulären Immunantwort.
Dazu können sie auf verschiedenen Wegen die Apoptose, also den programmierten Zelltod, in Gang setzen:
Zum einen besitzen sie zytolytische (= die Zelle auflösende) Granula, bestehend aus Perforin und Granzymen. Nahe an der Zielzelle werden diese Granula schließlich ausgeschüttet.
Granula sind kleine Einschlüsse in Zellen. Sie dienen als Speicherort vieler Substanzen, die sie freigeben können, wenn sie benötigt werden. Granula speichern beispielsweise Glykogen, Fette oder Proteine.
Da Perforin eine zellauflösende Wirkung hat, sorgt es dafür, dass die Membran des Krankheitserregers durchlässig wird. Granzyme können dann in betroffene Zellen eindringen und die Apoptose einleiten.
Granzyme sind Proteasen, welche zur Zellzerstörung infizierter Zellen beitragen und durch das Perforin unterstützt werden. Sie leiten schlussendlich die Apoptose, also den programmierten Zelltod, ein.
Außerdem kann eine zytotoxische T-Zelle die Apoptose über die Bindung eines Zytokins an einen Rezeptor einleiten. Binden Signalstoff und Rezeptor aneinander, wird über eine Signalkaskade der programmierte Zelltod ausgelöst.
Molekulare Merkmale
Zytotoxische T-Zellen wirken über ihr CD8-Protein, welches an ein MHC-I-Protein bindet und so eine verstärkte T-Zell-Rezeptor-Bindung auslöst.
T-Helferzellen
T-Helferzellen stehen viele verschiedene Wege der Differenzierung zur Verfügung. Je nachdem, um welchen Typ es sich handelt, unterscheiden sich auch die Funktionen.
T-Helferzellen werden durch die Erkennung eines Antigens aktiviert. Dadurch schütten sie Zytokine aus, welche wiederum andere Komponenten des Immunsystems, z. B. B-Zellen oder Makrophagen, aktivieren und so die Immunabwehr unterstützen.
Im Folgenden sind einige Beispiele genannt:
| Zelle | Aktivierung von | Besonderheiten/Wirkung |
| TH1-Zelle | - Makrophagen
- zytotoxische T-Zellen
- natürliche Killerzellen
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| TH2-Zelle | - Makrophagen
- Eosinophile
- Mastzellen
| - Abwehr von Wurmparasiten
- antientzündlich
- Gewebereparatur
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| TH17-Zelle | | - Beseitigung von Bakterien und Pilzen
- Autoimmunität
- entzündungsfördernd
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| Treg (regulatorisch) | | - Immuntoleranz
- Regulation von Immunreaktionen
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| T-Gedächtniszellen | - entwickeln sich aus anderen T-Helferzellen
- verbessern die Immunabwehr
- sollte es erneut zu einer Infektion kommen, so kommt es durch sie schneller und effektiver zu einer Immunantwort → haben sich die passende Reaktion „gemerkt“
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T Zellen – Entwicklung und Reifung (Thymopoese)
T-Zellen stammen von lymphatischen, hämatopoetischen Progenitorzellen des Knochenmarks ab.
Progenitorzellen sind Vorläuferzellen bestimmter Gewebearten, die nach der Teilung von Stammzellen entstehen. Sie vermehren sich und differenzieren sich zu spezifische Zellen, womit sie zur Neubildung von Gewebe beitragen.
Vom Knochenmark aus gelangen sie über das Blut in den Thymus, wo sie eine Reifung durchlaufen, welche in drei Stadien unterteilt ist. Sie beginnen als Prä-T-Zellen in der Thymusrinde und entwickeln sich weiter im Thymusmark.
Das „T“ in T-Zellen leitet sich von ihrem Reifungsort, dem Thymus, ab.
Sie beenden ihre Entwicklung schließlich als funktionsbereite CD4-T-Helferzellen oder CD8-zytotoxische T-Zellen.
Nur die wenigsten T-Zellen werden nach der Reifung tatsächlich als immunkompetente, naive (noch nicht auf ein Antigen spezialisiert) Zellen in die Peripherie entlassen. Ungefähr 98 % werden schon im Laufe des Prozesses in zwei Auswahlverfahren über Apoptose eliminiert.
- Reifestadium
- Unreife T-Progenitorzellen wandern vom Knochenmark in den Thymus
- Besitzen noch keine TCR, CD4 oder CD8 Oberflächenproteine
- Reifestadium
- Ausbildung der Oberflächenmoleküle CD4 und CD8
- Entstehung der TCR
- Positive Selektion (Test): TCR muss präsentierten MHC-Rezeptoren erkennen → ansonsten Apoptose des T-Lymphozyten
- Negative Selektion (Test): TCR darf MHC-Molekül NICHT erkennen → Ansonsten Apoptose des T-Lymphozyten (verhindert, dass das Immunsystem den eigenen Körper angreift, was zu einer Autoimmunerkrankung führen würde)
- Reifestadium
- Anpassung der Oberflächenmoleküle
- Interagiert die T-Zelle besser mit MHC-I-Rezeptoren, so bilden sich zytotoxische Zellen.
- Interagiert die T-Zelle besser mit MHC-II-Rezeptoren, so bilden sich T-Helferzellen
Die 2 % der naiven T-Zellen, die den Prozess überstanden haben, gelangen über Blut- und Lymphgefäße in sekundär lymphatische Organe (z. B. Lymphknoten ).
T Zellen Aktivierung
T-Zellen werden im Allgemeinen über präsentierte Antigene auf MHC-Molekülen aktiviert. Welche Komponenten für die Aktivierung genau benötigt werden und wie die Reaktion aussieht, unterscheidet sich je nach Zelltyp.
Die Bindung von Antigen, MHC und TCR wird durch die Zusatzfaktoren CD4/CD8 verstärkt, denn diese können an MHC binden.
Aktivierung von T-Helferzellen
Neben der Erkennung von MHC-II-Antigen-Komplexen mit dem zugehörigen TCR werden für die Aktivierung weitere Signalstoffe, die Zytokine, gebraucht. Ohne diese Stimulation unterliegt die T-Zelle der Apoptose. Beim Aktivierungsprozess wird die MHC-TCR-Verbindung durch CD4 stabilisiert.
Aktivierung von zytotoxischen T-Zellen
In diesem Fall wird die Bindung zwischen MHC-I-Antigen-Komplex und TCR von CD8 stabilisiert. Auch hier sind aktivierende Signale, z. B. von T-Helferzellen ausgeschüttete Zytokine, nötig.
T Zellen – Das Wichtigste
- T-Zellen gehören zum adaptiven Teil des zellulären Immunsystems.
- Sie lassen sich in T-Helferzellen und zytotoxische T-Zellen einteilen.
- An ihrer Oberfläche befinden sich T-Zell-Rezeptoren und verschiedene CD-Merkmale.
- T-Helferzellen exprimieren CD4, zytotoxische T-Zellen CD8.
- Die T-Zell-Rezeptoren erkennen Antigenbruchstücke auf MHC-Molekülen.
- CD4+ Zellen erkennen MHC-II-Moleküle und CD8+ Zellen erkennen MHC-I-Moleküle.
- Gebildet werden T-Zellen im Knochenmark, die Reifung erfolgt im Thymus über positive und negative Selektion.
- Die negative Selektion verhindert Autoimmunerkrankungen.
Nachweise
- pschyrembel.de: T-Lymphozyten-Reifung. (08.10.2022)
- ncbi.nlm.nih.gov: Die T-Zell-vermittelte Immunität. (09.08.2022)
- pharmazeutische-zeitung.de: Freund und Feind erkennen. (09.08.2022)
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