DEUTSCHES ÄRZTEBLATT
Hefezellen
emBakterien Glykoproteine Polysaccharide
Milchfett - kügelchen
Erythrozyten
■—•
= Lösliche, exogene Lektine •i■C = Membran-integrierte Lektine ,e = Endständige Zuckerkette als Lektin-Rezeptor
Erst in neuester Zeit ist es gelungen, den Mechanismus der spe- zifischen Antigenerkennung durch T-Zellen aufzuklären: Die Ent- schlüsselung der Zusammenhänge zwischen Haupthistokompati- bilitätskomplex (englisch: MHC) und dem T-Zell-Rezeptor führt dazu, komplexe immunologische Vorgänge besser zu verstehen.
W
irksame Immunabwehrbedeutet, körperfrem- de Moleküle und Zel- len zu erkennen, um eine spezifische Abwehrreaktion da- gegen einzuleiten. Dazu bedarf es des geregelten Zusammenspiels der verschiedenen Zellpopulationen des Immunsystems: B-Lymphozyten dif- ferenzieren sich — meist gegen lös- liche Antigene — zu Antikörper-pro- duzierenden Plasmazellen. Dagegen spielen T-Lymphozyten eine ent- scheidende Rolle bei der Bekämp- fung von Erregern, welche Körper- zellen befallen. Dabei wirken sie re-
T-Zell- Rezeptor und MHC:
Zentrale
Erkennungsmoleküle des Immunsystems
Horst Schroten*) und Gerhard Uhlenbruck
Abbildung 1: Der menschliche Malcopha- ge und seine Beziehung zu verschiedenen endogenen und exogenen Lektinen in Wechselwirkung zu zellulären und lös- lichen Glykokonjugaten.
gulatorisch als T-Helfer- und Sup- pressorzellen, oder sie sind Effek- torzellen als zytotoxische Lympho- zyten. Über Mediatoren steuern sie die Makrophagen, eine dritte wichti- ge Zellpopulation des Immunsy- stems, ohne deren Antigen-Präsen- tation wiederum keine Lymphozy- tenstimulation zustande käme.
Da es neben dieser spezifischen Lymphozytenstimulation auch eine
„unspezifische", beispielsweise durch Lektine aus Pflanzen (PHA) gibt, ist es wichtig, daß es sich bei dem genannten System um die
Koordination mehrerer membran- integrierter Erkennungsmechanis- men handelt. So wissen wir von bio- logischen Membranen, daß sie ein- mal aus sehr kohlenhydratreichen Glykoproteinen bestehen, welche in die Lipidmembran eingepflanzt sind (1). Diese Gruppe der „Glykophori- Universitäts-Kinderklinik B Düsseldorf (Direktor: Professor Dr. med. Eberhard Schmidt) und Medizinische Universitäts- klinik 1 Köln (Direktor: Professor Dr. med. Volker Diehl)
*) Stipendiat der Deutschen Forschungs- gemeinschaft
ne" wurde erstmals von uns 1958 aus Rindererythrozyten isoliert (1) und besitzt auch eine Bedeutung als Lektin-Rezeptormolekül. Diese Glykoproteine sind Träger von spe- zifischen (zum Beispiel Blutgrup- pen, Rezeptoren für Mikroorganis- men) und unspezifischen (Ladung, Dicke, Profil) Membranmerkmalen.
Auch bei den Erkennungsrezep- toren
der Zellmembran gibt es spezi-
fische
und unspezifische Erken- nungsmechanismen. Zu den letzte- ren gehören beispielsweise Lektine, das sind Kohlenhydrat-bindende Dt. Ärztebl. 84, Heft 12, 19. März 1987 (43) A-721D 1C4, C2, Bf Chromosom 6
HLA-Komplex
14 Tr T3
= /
MHC Antigen
Klasse II
Antigen-präsentierende Zelle
T8 T3
MHC Klasse I
Antigen (Glyko-)Proteine , die in löslicher
oder membranintegrierter Form bei den verschiedensten Mikroorganis- men, Pflanzen, Avertebraten und Vertebraten vorkommen. Sie sind von großer Bedeutung als Adhä- sionsmoleküle bei Infektionen sowie als Haftmoleküle bei der Metastasie- rung von Tumoren. Als typischen Vertreter dieser Gruppe sei der Ma- krophage genannt, der mindestens drei verschiedene Formen von Lek- tinen in seiner Membran hat, denen große Bedeutung bei der Elimina- tion von Bakterien und Tumorzellen zukommt Schematisch ist dieses Er- kennungsprofil des Makrophagen in Abbildung 1 veranschaulicht. Über diesbezügliche Makrophagen-Funk- tionsteste wird von uns an anderer Stelle ausführlich berichtet werden.
Demgegenüber sind die T-Lym- phozyten Träger spezifischer Erken- nungsmöglichkeiten: Sie erkennen zelluläre Fremdantigene nur, wenn sie ihnen zusammen mit membranei- genen individualspezifischen Gly- koproteinen, die im Haupthisto- kompatibilitätskomplex (englisch:
major histocompatibility complex — MHC) codiert sind, dargeboten wer- den.
Der Haupthisto- kompatibilitäts- komplex
Der MHC ist eine Gruppe von dicht gedrängten Genloci, die für Zelloberflächenmoleküle codieren.
Da sie zuerst auf weißen Blutzellen nachgewiesen wurden, erhielten sie beim Menschen die Bezeichnung Human Leucocyte System A= HLA.
Ursprünglich waren es Gewe- beunverträglichkeitsreaktionen von heterologen Organtransplantaten, die zur Entdeckung des MHC führ- ten, weil die für die Unterscheidung von „Selbst" und „Nicht Selbst"
maßgeblichen Zelloberflächenstruk- turen durch MHC-Gene gesteuert werden. Diese Gene — sie liegen beim Menschen auf dem kurzen Arm des Chromosoms 6 — lassen sich in drei Klassen aufteilen, deren Pro- dukte sich serologisch, in der Gewe- beverteilung und in ihrer Struktur unterscheiden (Abbildung 2).
Proteine der Klasse I kommen auf allen kernhaltigen Zellen vor.
Serologisch lassen sich HLA-A, HLA-B und HLA-C unterscheiden, wobei ein ausgeprägter Polymor- phismus besteht, das heißt für einen Genlocus lassen sich mit Hilfe von Antiseren mehrere unterschiedliche, mit arabischen Zahlen bezeichnete Allele (= variable Genprodukte) nachweisen, wie zum Beispiel HLA-B 27, das dem Kliniker durch seine Assoziation mit M. Bechterew (2, 3) bekannt ist.
Biochemisch lassen sich Klasse- I-Produkte durch Bindung an das Mannose-spezifische Lektin aus Lens Culinaris reinigen. Klasse-I- Proteine bestehen aus zwei Polypep- tidketten (Abbildung 5). Die größe- re wird vom MHC codiert und ist nicht-kovalent mit dem nicht vom MHC codierten f32-Mikroglobulin verbunden.
Klasse-II-Proteine kommen vor- wiegend auf Lymphozyten und Ma- krophagen vor. Sie sind HLA-D-co- diert und bestehen aus zwei als a
Abbildung 2: Anordnung der MHC-Gene auf dem Chromosom 6 des menschlichen Genoms (6)
und 13 bezeichneten, vom MHC ge- steuerten, nicht-kovalent gebunde- nen Polypeptidketten (Abbildung 5). Die Gene der Klasse III codieren für die Komplementfaktoren C2, C4 und den C3-Proaktivator (Bf). Die Aufgabe des MHC ist die Kontrolle und Überwachung des Immunsy- stems, insbesondere der Antigener- kennung durch T-Lymphozyten.
Abbildung 3: Modell zur Antigenerken- nung durch T-Zellen. A: Interaktion einer T-Helfer-Zelle (T 4) mit Antigen-präsentie- render Zelle; B: Interaktion einer zytotoxi- schen T-Zelle (T8) mit Zielzelle (6)
Menschliche T-Lymphozyten können aufgrund ihrer Zellmem- branglykoproteine in zwei große Subpopulationen aufgeteilt werden.
Dies wurde möglich durch die Ent- wicklung von Techniken zur Her- stellung monoklonaler Antikörper und zur Klonierung menschlicher T- Lymphozyten. I>
A-724 (46) Dt. Ärztebl. 84, Heft 12, 19. März 1987
Antigen- präsentierende
Zelle
C-Region V-Region J-Region LSD Region
Beta-2-Mikroglobulin
Alpha-Kette Alpha-Kette Beta-Kette
S S
Alpha-Kette Beta-Kette
(I F111 ala
MHC-Protein der Klasse I
MHC-Protein der Klasse 11
T-Zell-Rezeptor Beta-2-
Mikroglobulin Disulfid- brücke s S
ss
ss S
sl
Zell- membranDie erste Gruppe, die T-Helfer- Zellen, ist definiert durch das Ober- flächenantigen T4. Die zweite Grup- pe, Suppressor- und zytotoxische T- Zellen, exprimiert T8. T4- und T8-
Antigene werden im Thymus auf ei- ner frühen Stufe der T-Zell-Ontoge- nese erworben. Da T-Zellen spezi- fisch auf Antigene reagieren, müs- sen sie Rezeptormoleküle tragen.
Helfer- und zytotoxische T-Zellen binden aber kein freies Antigen, wie Immunglobuline dies vermögen, sondern sie erkennen Antigene, zum Beispiel Viruspartikel, nur auf Zell- membranen und nur in Verbindung mit körpereigenen MHC-Proteinen (= MHC-Restriktion).
Der T-Zell-Rezeptor besteht aus einem klonotypischen, für ein Antigen spezifischen Anteil (Ti oder Tr) und einem eng assoziierten auf allen Lymphozyten vorkommenden Peptid (T3), das als Überträger von Aktivierungssignalen fungiert (Ab- bildung 3).
T4- und T8-Moleküle haben in- nerhalb der Zellmembran keinen di- rekten Kontakt zum Tr-Molekül (4).
Das in neuerer Zeit sich durch- setzende „Ein-Rezeptor-Modell"
besagt, daß der T-Lymphozyt nur ei- ne einzige Sorte von Rezeptor trägt, der dann einen Komplex aus Anti- gen und MHC-Protein I bzw. II bin- det (5).
Zytotoxische Lymphozyten (T8) erkennen Antigene, zum Beispiel Viruspartikel, auf Zellen, die das Klasse-I-MHC-Protein exprimieren, also auf allen kernhaltigen Zellen.
So werden ausschließlich von Erre- gern befallene Zellen abgetötet.
T-Helfer-Zellen (T 4) dagegen erkennen Antigene auf Zellen, die Klasse-Il-Proteine exprimieren, also vorwiegend Makrophagen, aber auch B-Lymphozyten (Abbildung 3). Dies ist teleologisch gesehen äu- ßerst sinnvoll, da das Klasse-II-Pro- tein sozusagen als Wegweiser für die T-Zelle dient und so eine Fokussie- rung der Immunantwort zustande kommt Auf diese Weise werden die in geringen Mengen produzierten, hochwirksamen Mediatoren (Lym- phokine) gezielt am Wirkort ausge- schüttet.
Makrophagen nehmen das Anti- gen auf, verarbeiten es (Proteolyse)
Abbildung 4: Aktivierung von T-Zellen durch Antigen-präsentierende Zellen (6), Erläuterungen im Text
von IL-2-Rezeptoren auf der Lymphozytenoberfläche und die Abgabe von IL 2, das die Prolifera- tion der Antigen-aktivierten Lym- phozyten bewirkt (Abbildung 4). >
Abbildung 5: Struktur des T-Zell-Rezeptors und der MHC-Proteinklassen I und II (5) und präsentieren es der Helfer-Zel-
le, die einen noch unbekannten Fak- tor produziert, worauf von Makro- phagen der Botenstoff Interleukin 1 (IL 1) abgegeben wird (7, siehe auch das Editorial über Interleukine im Deutschen Ärzteblatt 50/1985, Seite 3780). IL 1 induziert die Ausbildung
Dt. Arztebl. 84, Heft 12, 19. März 1987 (49) A-727
DEUTSCHES
ÄRZTEBLATT
KONGRESSNOTIZ
Bioäquivalenz — ein Problem in der täglichen Praxis
Bau und Genetik des T-Zell-Rezeptors
Der T-Zell-Rezeptor (T r), der im Thymus erworben wird, ist ein Heterodimer mit einem Molekular- gewicht von 90 KD, bestehend aus einer a- und einer (3-Kette, die über eine Disulfidbrücke kovalent gebun- den und in der Zellmembran veran- kert sind (Abbildung 5). Auf einem T-Lymphozyt befinden sich etwa 30 000 bis 40 000 dieser Rezeptoren (9, 10). Eine sogenannte y-Kette spielt für die Differenzierung der T- Lymphozyten im Thymus eine wich- tige Rolle (8). Eine beträchtliche strukturelle Ahnlichkeit mit den Im- munglobulinen deutet auf eine ge- meinsame Herkunft in der Evolu- tion hin.
Die Antigenbindungsstelle wird von der variablen Region der a- und der (3-Kette gebildet (Abbildung 5).
Die Gene des T-Zell-Rezeptors — das Gen für die a-Kette liegt auf dem Chromosom 14, das für die (3- Kette auf Chromosom 7 — sind in V- (variable), D-(diversity), J-(joining) und C-(constant) Segmenten organi- siert. Durch unterschiedliche Kom- binationsmöglichkeiten und ver- schiedene Verknüpfungsweisen der Segmente sowie Mutationen ist die Erkennung der Vielfalt potentieller Antigene gewährleistet.
Es ist anzunehmen, daß die Aufklärung der molekularen Basis der T-Zell-Antigenerkennung und das erweiterte Verständnis komple- xer immunologischer Vorgänge mit dazu beiträgt, Abstoßungsreaktio- nen von Fremdgewebe oder Störun- gen der Immunantwort beim Men- schen (Autoimmunität, Immunman- gelkrankheiten, Infektionskrank- heiten) besser zu verstehen.
Literatur im Sonderdruck, zu beziehen über die Verfasser
Anschrift für die Verfasser:
Professor Dr. med.
Gerhard Uhlenbruck Abteilung Immunbiologie Medizinische Klinik 1 der Universität zu Köln Kerpener Straße 15 5000 Köln 41
Die Qualität einzelner Generika wird in letzter Zeit stark in Zweifel gezogen. Zum Schlüsselwort für die In-vitro-Studien wurde der Begriff der Bioäquivalenz. Ist Bioäquiva- lenz ein Problem in der täglichen Praxis? In einem Presseseminar der Arzneimittelkommission der deut- schen Ärzteschaft Anfang Dezem- ber in Köln bejahte Prof. Dr. Ulrich Schwabe vom Pharmakologischen Institut der Universität Heidelberg diese Frage.
Bioäquivalenz wurde von der amerikanischen Food and Drug Ad- ministration definiert: das Ausmaß und die Geschwindigkeit, mit der ein Wirkstoff aus einem Fertigarz- neimittel resorbiert und am Wirkort verfügbar wird. Die In-vitro-Verfüg- barkeit kann nicht nur innerhalb zweier verschiedener Chargen, son- dern auch innerhalb einer Charge variieren. Bioäquivalenz ist ein rein pharmakokinetischer Parameter und darf nicht mit therapeutischer Äqui- valenz gleichgesetzt werden. Schwa- be betonte jedoch, daß eine fehlen- de therapeutische Äquivalenz nur bei fehlender Bioäquivalenz über- haupt erst auftreten kann.
Auf fehlende therapeutische Äquivalenz können Ärzte in der Praxis stoßen, wenn etwa der Blut- zuckerspiegel bei Patienten, die auf ein Nachfolgepräparat umgestellt wurden, nicht in den erwarteten Be- reich absinkt. Gelegentlich, wie zum Beispiel bei den Kalziumantagoni- sten, kann die Bioverfügbarkeit ei- nes Präparates allerdings auch bes- ser sein als beim Standardpräparat.
Aber gerade auch dann müßte bei diesen Präparaten dem Arzt zumin- dest ein Hinweis gegeben werden, mit welcher Dosierung er therapeu- tische Äquivalenz zu der bisherigen Therapie erreichen kann.
Wie kann sich der ratlose Prak- tiker zur Zeit informieren, wenn wie bisher bei der Zulassung durch das Bundesgesundheitsamt bei Nachfol- gepräparaten die Bioäquivalenz nicht geprüft wird? Der Arzt, so
Prof. Schwabe, sollte die Hilfestel- lung des Apothekers in Anspruch nehmen. Überhaupt: Erst die Apo- theker haben den Anspruch der Ge- nerika-Hersteller, daß die von ihnen hergestellten Nachahmer-Präparate den Originalarzneimitteln qualitativ gleichwertig seien, ins Wanken ge- bracht. In Frankfurt und dem Main- Taunus-Kreis ist 1987 das „Frank- furter Modell" angelaufen. Ärzten und Apothekern wird mit einer Ver- öffentlichung der Ergebnisse des Zentrallabors (ZL) Deutscher Apo- theker in Eschborn ermöglicht, ih- ren Patienten ein billiges, aber quali- tativ gegenüber dem Originalpräpa- rat gleichwertiges Medikament zu verabreichen. Bewertungsgrundlage der ZL-Untersuchungen sind die Qualitätsnormen des amerikani- schen Arzneibuchs, da es in der Bundesrepublik für die getesteten Medikamente keine rechtsverbind- lichen Vorschriften hinsichtlich der In-vitro-Freisetzung gibt. Das hat zu der paradoxen Lage geführt, daß ei- nige Arzneimittel mit einer zu lang- samen In-vitro-Freisetzung zwar in der Bundesrepublik verkauft wer- den dürfen, in den Vereinigten Staa- ten jedoch nicht verkehrsfähig sind.
Multiquellenpräparate, Präpa- rate und Wirkstoffe, die von mehre- ren Herstellern vertrieben werden, sind als Problemarzneimittel keine Einzelfälle, sondern spielen für viele Gebiete der Arzneitherapie eine praktische Rolle. Prof. Schwabe geht davon aus, daß über 60 Prozent der Analogpräparate Problemarz- neistoffe mit kritischer Bioverfüg- barkeit enthalten. Die Bioäquiva- lenz von Analogpräparaten ist bis- her nur in relativ wenigen Fällen nachgewiesen worden. Bleibt zu hoffen, daß Ärzten in Zukunft aus- reichend seriöse Daten und Infor- mationen zum Thema Bioäquivalenz zugänglich gemacht werden.
Dr. med. Cornelia Herberhold Argelanderstraße 39
5300 Bonn 1 A-730 (52) Dt. Ärztebl. 84, Heft 12, 19. März 1987
