AUFGABENSAMMLUNG Lösungen. Variabilität von Antikörpern 1

Transkript

1 Variabilität von Antikörpern 1 Rezeptoren bzw. Antikörper eines noch undifferenzierten B-Lymphocyten: a) Schreiben Sie die Anzahl der variablen Exons je Chromosom auf. b) Berechnen Sie die mögliche Anzahl an verschiedenen Antikörpern, die sich aufgrund der zufälligen Kombination der Exons bzw. der leichten und schweren Ketten ergeben. c) Die Mutationsrate ist bei der Reifung der B-Lymphocyten im Vergleich zu anderen Zellen um bis zu mal erhöht und führt zu durchschnittlich einer Mutation innerhalb der variablen Domänen pro Zellgeneration. Erläutern Sie, was das für die Zahl der oben berechneten Kombinationsmöglichkeiten bedeutet. a) Anzahl möglicher Kombinationen der Exons je Kette L-Kette Chromosom 22 L-Kette Chromosom 2 H-Kette Chromosom 14 V1 V30 V1 V40 V1 V65 J1 J4 J1 J5 J1 J6 D1 D27 30 x 4 = x 5 = x 27 x 6 = b) Durch die zufällige Kombination der Exons bzw. der leichten und schweren Ketten ergeben sich Kombinationsmöglichkeiten für die Antikörper bzw. Rezeptoren auf den Lymphocyten des Menschen. Diese Zahl kommt durch die Multiplikation der Zahl der möglichen verschiedenen schweren Ketten (10 530) mit der Zahl der möglichen unterschiedlichen leichten Ketten (= 320) zustande. c) Die Zahl der über drei Millionen Kombinationsmöglichkeiten (Aufgabe b) erhöht sich extrem durch die Vielzahl an Mutationsvarianten (Punktmutation, Insertion, Deletion ) und durch die vielen möglichen Mutationsstellen (jede beliebige Stelle auf den L- und H-Ketten).

2 Variabilität von Antikörpern 2 Beschriften Sie die Abbildung.

3 Selbst-Fremd-Erkennung 1 Erläutern Sie, wie unser Immunsystem sicherstellt, dass die eigenen Antikörper nicht unseren Körper angreifen und zerstören. Der Körper entwickelt eine Selbsttoleranz, mit der körpereigene Stoffe (körpereigene Antigene) identifiziert und toleriert werden. Selbsttoleranz entsteht während der positiven und negativen Selektion bei der Entwicklung von Lymphocyten. Autoreaktive Immunzellen, die körpereigene Antigene angreifen würden, werden bei diesen Selektionsprozessen aussortiert und vernichtet. Erläuterung der Selektion am Beispiel von unreifen T-Lymphocyten: Bei der positiven Selektion bindet der T-Zell-Rezeptor der Immunzelle an MHC-Moleküle, die auf den Körperzellen (Thymus-Epithelzellen) sitzen. Ist eine Bindung an MHC möglich, überlebt die Immunzelle die T-Zelle wird positiv selektioniert (überlebt). Jede Körperzelle präsentiert mithilfe von MHC Proteinbruchstücke, auch körpereigene Antigene. Ist die Bindung der T-Vorläuferzellen an MHC zu stark, weil der T-Zell-Rezeptor auf körpereigene Antigene reagiert, kommt es zu einer Überaktivierung dieser Zelle und sie geht zugrunde die T-Zelle wird negativ selektioniert. Letztendlich können sich nur solche T-Lymphocyten voll entwickeln, die erfolgreich beide Selektionsschritte durchlaufen haben: Sie binden mit mäßiger Affinität an MHC (erkennen MHC und sind damit funktionstüchtig). Darüber hinaus werden sie nicht durch körpereigene Antigene aktiviert (sind also nicht autoreaktiv).

4 Selbst-Fremd-Erkennung 2 Sortieren Sie die unreifen T-Lymphocyten per Drag&Drop an die korrekte Stelle und begründen Sie Ihre Zuordnung.

5 Monoklonale Antikörper 1 Erläutern Sie die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen monoklonalen und polyklonalen Antikörpern. Gemeinsamkeiten: Bei den Antikörpern handelt sich um immunologisch aktive Proteine. Wie für Antikörper typisch, haben sie jeweils eine spezifische Antigenbindungsstelle, mit der sie an ein bestimmtes ( passendes ) Epitop eines Antigens binden können. Unterschiede: Monoklonale Antikörper: Monoklonale Antikörper werden von einem Zellklon produziert, der auf einen einzigen B-Lymphocyten zurückgeht. Sie richten sich lediglich gegen ein einzelnes Epitop und lassen sich nur in vitro herstellen. Polyklonale Antikörper: Polyklonale Antikörper sind ein Gemisch von Antikörpern, die gegen unterschiedliche Epitope eines Antigens gerichtet sind. Sie werden von verschiedenen B-Zellen produziert.

6 Monoklonale Antikörper 2 Im Folgenden sind die Schritte dargestellt, die grob die Herstellung von monoklonalen Antikörpern zeigen. Bringen Sie die Abbildungen per Drag&Drop in die richtige zeitliche Reihenfolge und erläutern Sie kurz die Vorgänge. Abbildungen Beschreibung des Vorgangs Für die Herstellung monoklonaler Antikörper gegen ein bestimmtes Epitop wird als erstes eine Maus mit einem Antigen infiziert, das auch das gewünschte Epitop trägt. Daraufhin werden unterschiedliche B-Lymphocyten aktiviert, die zwar jeweils spezifische, aber voneinander verschiedene Antikörper gegen das Antigen produzieren.die B-Lymphocyten reichern sich in der Milz an. Aus der entnommenen Maus-Milz werden die B-Lymphocyten isoliert und mit Zellen aus einem Myelom (Krebszellen) zusammengebracht. B-Lymphocyten und Krebszellen verschmelzen miteinander und es entstehen sogenannte Hybridomzellen, die die Eigenschaften ihrer Ursprungszellen besitzen: Vom B-Lymphocyt die Eigenschaft, einen spezifischen Antikörper zu produzieren, von der Myelomzelle die Fähigkeit zu unbegrenztem Wachstum im Reagenzglas.

7 Monoklonale Antikörper 2 (Fortsetzung) Im Folgenden sind die Schritte dargestellt, die grob die Herstellung von monoklonalen Antikörpern zeigen. Bringen Sie die Abbildungen per Drag&Drop in die richtige zeitliche Reihenfolge und erläutern Sie kurz die Vorgänge. Abbildungen Beschreibung des Vorgangs Die Hybridomzellen werden isoliert. Über Tests wählt man die Hybridomzelle aus, die den gewünschten Antikörper produziert die entsprechende Zelle wird kultiviert. Durch Zellteilungen entstehen aus einer einzigen Ursprungs-B-Zelle genetisch identische Zellen (Klone). Alle von einer solchen Kultur produzierten Antikörper sind daher identisch (monoklonal) und immer für das gleiche Epitop eines Antigens spezifisch. Die monoklonalen Antikörper können nun abgesaugt und diagnostisch bzw. therapeutisch eingesetzt werden.

8 Anwendung: Schwangerschaftstest 1 Erläutern Sie, warum das Sandwich-Verfahren beim ELISA-Test den Namen Sandwich trägt. Beim Sandwich-ELISA-Test kommen zwei Antikörper zum Einsatz, die beide spezifisch an unterschiedliche Regionen des nachzuweisenden Antigens binden. Dabei liegt das Antigen zwischen den beiden Antikörpern wie in einem Sandwich. Beispiel Schwangerschaftstest: Einer der Antikörper ist mit einer festen Phase (Trägermaterial) verhaftet. Der andere Antikörper kommt frei vor. Die Probe mit dem nachzuweisenden Antigen wird auf den Teststreifen gegeben und das Antigen hcg bindet an den freien Antikörper. Dieser erste Komplex bindet nun an den im Trägermaterial fixierten Antikörper, und es entsteht der Antikörper-Antigen-Antikörper-Komplex.

9 Anwendung: Schwangerschaftstest 2 Beschriften Sie die Abbildung.

10 Autoimmunreaktion bei Diabetes Typ 1 (1) Erklären Sie kurz (fünf Stichpunkte), was Diabetes Typ 1 ist und wie es nach dem derzeitigen Stand der Forschung zu dieser Erkrankung kommt. Was ist Diabetes Typ 1? Diabetes Typ 1 ist eine Autoimmunerkrankung, bei der das körpereigene Immunsystem die insulinproduzierenden Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse zerstört. Der Verlust der Beta- Zellen führt zu einem zunehmenden Insulinmangel der Blutzuckerspiegel kann nicht mehr richtig reguliert werden und ist häufig erhöht. Wie kommt es zur Erkrankung? Man nimmt an, dass einige, eigentlich autoreaktive T-Vorläuferzellen bei der Reifungsphase im Thymus der Selektion entgehen. Sie entwickeln sich u. a. zu T-Killerzellen, deren Rezeptoren zufällig passend zu den körpereigenen Antigenen der Beta-Zellen sind. Diese T-Killerzellen werden zunächst von Regulatorischen T-Zellen gehemmt. Die potenziell autoreaktiven, noch gehemmten T-Killerzellen werden durch eine Virusinfektion aktiviert. Möglich wird dies durch die fast perfekte Passgenauigkeit zwischen den Virusantigenen und den Rezeptoren der T-Killerzellen. Aufgrund der großen Ähnlichkeit der Antigene von Virus und Beta-Zelle greifen die T-Killerzellen nicht nur das Virus, sondern auch die Beta-Zellen an, was die Lyse der insulinproduzierenden Beta-Zellen zur Folge hat.

11 Autoimmunreaktion bei Diabetes Typ 1 (2) Richtig oder falsch? Ziehen Sie die Aussagen per Drag&Drop an die korrekte Stelle.

12 Autoimmunreaktion bei Diabetes Typ 1 (2) Richtig oder falsch? Ziehen Sie die Aussagen per Drag&Drop an die korrekte Stelle.