Natürliche-Killer-Zellen

Posted on by Julia Holland

Gegenüberstellung der Aktivierung und Inhibierung einer NK-Zelle. Eine Tumor-Antigen aktiviert die NK-Zelle, wobei der fehlende MHC-Komplex der Tumor-Zelle die NK-Zelle nicht gleichzeitig inhibieren kann. Die NK-Zelle wird aktiviert und leitet den Zelltod der Tumor-Zelle ein. Der MHC-Komplex einer gesunden Körperzelle hingegen inhibiert die NK-Zelle und eine fehlende Aktivierung sorgt dafür, dass die gesunde Körperzelle in Ruhe gelassen wird.Natürliche-Killer-Zellen (NK-Zellen) sind weiße Blutkörperchen und werden durch Zytokine und Stickstoffmonooxide (NO, Stickoxide / Stickoxide) im Gewebe aktiviert. NK-Zellen sind Teil des angeborenen Immunsystem.

Funktionen

NK-Zellen haben T-Zell-ähnliche Effektor Funktionen, aber besitzen keinen T-Zell-Rezeptoren. Sie töten, mit Viren oder intrazellulären Bakterien, infizierte Zellen ab und produzieren Interferon-γ.Dieses ist für eine effiziente Immunantwort der zytotoxischen T-Zellen (TC) des adaptiven Systems essenziell. NK-Zellen können auch Krebszellen erkennen und diese eliminieren.

Aktivierung der NK-Zellen

NK-Zellen werden durch ein Gleichgewicht zwischen aktivierenden und inhibierenden Rezeptoren in ihrer Membran gesteuert. Das Maß der Reize von aktivierenden im Vergleich zu denen der inhibierenden bestimmt letztendlich ihren Aktivierungsgrad. MHC-Moleküle, also die Personalausweise körpereigener Zellen, inhibieren die Rezeptoren der NK-Zelle. Gestressten körpereigenen Zellen (z.B: infiziert durch Viren oder an Krebs erkrankt) fehlt meist der MHC-Komplex. Und körperfremde Zellen besitzen einen falschen MHC-Komplex. Beide Fälle führen zu einer fehlenden Inhibierung der NK-Zelle. Die NK-Zelle wird deutlich mehr aktiviert als inhibiert und das führt dazu, dass die NK-Zelle die Ziel-Zelle letztendlich tötet.

Mit Lizenz zum Töten körpereigener Zellen

NK-Zellen können Körperzellen erkennen, die durch Krankheitserreger infizierte und/oder durch Gendefekte veränderte sind und deren Zelltod einleiten. Damit können zum Beispiel Zellen, die von Viren gekapert wurden, zerstört werden und die Freisetzung der Viren kann somit verhindert werden.

Für alle anderen Immun-Zellen ist es schwierig körpereigene Zellen anzugreifen. Sie sind eher darauf trainiert Fremdkörper im Organismus zu finden. NK-Zellen haben sich aber darauf spezialisiert, körpereigene Zellen zu finden, die krank sind. Sie haben spezifische Methoden entwickelt diese kranken Zellen zu identifizieren.

Beseitigung Viral infizierte Zellen

Viren können zum Beispiel die viral infizierten Körperzellen veranlassen ihren MHC-Komplex von der Oberfläche zu beseitigen. Normale Immun-Zellen sind allerdings auf eine Interaktion mit dem MHC-Komplex angewiesen, um aktiviert zu werden. Sie sind also ohne einen MHC-Komplex handlungsunfähig und wissen nicht was jetzt zu tun ist. Die NK-Zellen jedoch kennen diese Marotte der Viren und können trotzdem diese kranken Zellen beseitigen. Stellen sie eine Reduktion der MHC-Komplexe auf einer körpereigenen Zelle fest, dann veranlassen sie die Apoptose (Zell-Tod) dieser Zelle.

Beseitigung von Krebs-Zellen

Aber auch Tumor-Zellen können von NK-Zellen erkannt werden. Tumor-Zellen haben meistens Gen-Defekte, die dazu führen, dass sich die Zellen ungehemmt vermehren. Die ungehemmte Vermehrung macht diese Zellen dann zum Tumor. Diese Gendefekte wirken sich aber teilweise auch auf die körpereigenen Antigene aus. Sie führen manchmal dazu, dass sich diese Antigene strukturell verändern und somit nicht mehr dem Schlüssel-Schloss-Prinzip genüge tun. Oder der MHC-Komplex, also die Antennen, die fremde Antigene präsentieren sollen sind fehlerhaft auf Grund der Gendefekte. An solchen Fehlern kann eine NK-Zelle erkennen, dass es Zeit wird diese mutierte Zelle zu beseitigen. NK-Zellen besitzen NK-Zell-Rezeptoren, die mit den MHC-Komplexen der Ziel-Zelle interagieren. Präsentiert die Krebszelle dem NK-Zell-Rezeptor ein Krebs-Antigen, dann wird die NK-Zelle aktiviert und leitet den Zelltod dieser Krebs-Zelle ein. Bei fehlerhaften MHC-Komplexen passen die NK-Zell-Rezeptoren nicht mehr zum MHC-Komplex. Die NK-Zellen erkennen dies und handeln.

ADCC

Antikörper-abhängige Zellvermittelte Zytotoxizität (Englisch: antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity [ADCC]). Antikörper binden Antigene auf der Zelloberfläche von Fremdkörpern mit ihrer Antigenbindungsstelle. Das andere Ende des Antikörpers der Fc-Teil kann von dem Fc-Rezeptor (FcR) der NK-Zellen gebunden werden. Die Bindung aktiviert die NK-Zell-Funktionen, wodurch die NK-Zelle den Fremdkörper mit Hilfe zytotoxischer Moleküle in den Zell-Tod schickt.
Antikörper-abhängige Zellvermittelte Zytotoxizität (Englisch: antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity [ADCC])
Natürliche-Killer-Zellen (NK), Krebszelle (K), Fc-Rezeptor (FcR), Roter Stern = Antigen, Roter Blitz = Zytotoxische Moleküle
Da Krebszellen ja Krebs-spezifische-Antigene besitzen können, wurden Antikörper entwickelt, die an diese Antigene binden. Ist eine Zelle nun übersät mit Antikörpern, binden NK-Zellen mit ihrem FC-Rezeptor an den FC-Teil des Antikörpers. Die NK-Zelle wird durch die Bindung aktiviert und lysiert folglich diese Krebs-Zelle. Dies ist ein häufig genutzter Mechanismus in der Tumortherapie mit den bisher zugelassenen monoklonalen Antikörpern. Der Mechanismus wird Antikörper-abhängige Zellvermittelte Zytotoxizität (ADCC) genannt.

3 Wege der Zell-Eleminierung

Es gibt drei Wege die der NK-Zelle zur Verfügung stehen die mutierte Zelle zu beseitigen:

  1. Zytotoxische Moleküle freilassen, die die Zelle angreifen, schädigen und so sehr unter Stress setzten, dass die Zelle nekrotisch wird. Nekrose bedeutet die Zelle verliert ihr natürliches gesundes Gleichgewicht und deshalb schwillt sie an. Zellorganellen schwellen ebenfalls an und platzen. Daraufhin zerstören die aggressiven Inhalte dieser Zellorganellen den Rest der Zelle und die Zellmembran. Die Zelle wurde lysiert. Zytotoxische Moleküle lösen also eine Zell-Lyse aus. Die Zellinhalte gelangen ins Gewebe und alarmieren damit das Immunsystem. Dies wird als eine typische Entzündungsreaktion bezeichnet und vom Immunsystem beseitigt.
  2. Den Todes-Rezeptor-Signalweg; es gibt zwei unterschiedliche Moleküle auf der Oberfläche der NK-Zellen die die Apoptose der Ziel-Zelle einleiten können. Dies sind der FAS-Ligand und TRAI-Ligand (Tumor Necrosis Factor Related Apoptosis Inducing Ligand), die jeweils an einen entsprechenden Rezeptor auf der Ziel-Zelle binden. Liganden sind Moleküle die spezifisch an Rezeptoren binden können (nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip) und die gebundenen Rezeptoren dann aktivieren.Bitte beachte: Liganden dienen nicht der Erkennung ob fremd oder körpereigen und werden deshalb nicht als Antigene bezeichnet. (Jedes Antigen ist ein Ligand, aber nicht jeder Ligand ein Antigen.) Die Bindung der Liganden an diese Rezeptoren löst eine Kaskade in der Zelle aus, die wiederum die Ziel-Zelle spezifisch in Apoptose gehen lässt.
  3. NK-Zellen sondern Interferon-Gamma (INF-γ) in die Umgebung der Zellen ab. Dies ist ein Botenstoff/Zytokine, welches Makrophagen anzieht. Diese unterstützen dann mit Hilfe der Phagozytose und/oder Zelllyse (enzymatisches Auflösen) die mutierten oder infizierten Zellen zu beseitigen. Auch DCs werden durch das INF-γ angezogen. Sie beladen sich mit den Antigenen der lysierten Zelle, um sie T-Zellen zu präsentieren. Somit wird auch das erworbene Immunsystem in die Immunantwort mit eingebunden.

Quelle: 1, 2