Antigen-Kreuzpräsentation

Die Antigen-Kreuzpräsentation bezeichnet in der Immunologie die Antigenpräsentation von extrazellulären Antigenen an MHC-I.

Eigenschaften

Der Großteil der extrazellulären Antigene wird als Epitope an MHC-II präsentiert, nachdem die Antigene per Endozytose bzw. Phagozytose aufgenommen und durch Peptidasen zu Peptiden fragmentiert wurden. An MHC-II binden CD4-positive T-Helferzellen, die eine humorale Immunantwort induzieren. An MHC-I binden dagegen vor allem Peptide, die aus dem Zytosol stammen. MHC-I-gebundene Peptide werden CD8-positiven zytotoxischen T-Zellen präsentiert (zelluläre Immunantwort).

Dennoch werden an MHC-I in geringem Umfang auch Peptide extrazellulären Ursprungs präsentiert (Antigen-Kreuzpräsentation). Zwar kommt dies in vielen verschiedenen Zelltypen vor, jedoch immunologisch bedeutsam ist vor allem die Kreuzpräsentation bei den verschiedenen dendritischen Zellen und bei den Makrophagen, insbesondere von CD8α-positiven dendritischen Zellen für lösliche Antigene und von Fcγ-positiven dendritischen Zellen bei an Fcγ gebundenen Immunkomplexen. Dabei können dendritische Zellen auch Antigene von anderen Zelltypen übernehmen, die virale Antigene oder Tumorantigene besitzen, indem sie deren Exosomen phagozytieren oder direkt einen Teil der Nachbarzelle phagozytieren. Die Kreuzpräsentation gegenüber naiven zytotoxischen T-Zellen (Erstkontakt) wird als cross-priming bezeichnet. Die Kreuzpräsentation dient als Ergänzung zur humoralen Immunantwort gegen extrazelluläre Antigene, insbesondere, wenn Antikörper alleine nicht ausreichend sind, wie beispielsweise bei einer Immunevasion.

Aufnahme in die dendritische Zelle

Extrazelluläre Antigene werden zunächst von dendritischen Zellen in Phagosomen aufgenommen, durch die Peptidasen Cathepsin S und anschließend durch IRAP (Insulin-regulierte Aminopeptidase) in Peptide zerlegt. Die Peptide werden über Sec61 oder über ein noch unbekanntes Transportprotein ins Zytosol entlassen, sodass die Peptide über den Weg der MHC-I-Präsentation an die Zelloberfläche kommen und CD8-positiven zytotoxischen T-Zellen zur Auslösung einer zellulären Immunantwort oder zur Induktion einer Immuntoleranz präsentiert werden können. Damit die Zerlegung der Antigene nicht zu weit geht, werden zudem Sec22b (ein fusogenes Protein aus der SNARE-Proteingruppe) oder VAMP8 in die Phagosomen rekrutiert, die wiederum NOX2 rekrutieren, wodurch die Phagosomenmembran durch reaktive Sauerstoffspezies perforiert wird und Peptide ins Zytosol freigesetzt werden. Während die Aufnahme per Pinozytose relativ ineffizient ist, führt eine rezeptorvermittelte Endozytose (beispielsweise über den Mannose-Rezeptor) oder – bei Aufnahme von toten Zellen – eine rezeptorvermittelte Endozytose über Clec9a zu einer stärkeren Kreuzpräsentation. Der effizienteste Weg der Aufnahme bei der Kreuzpräsentation erfolgt über die Phagozytose.

Präsentation auf der dendritischen Zelle

Bei der Kreuzpräsentation gibt es drei Wege, die aufgenommenen Antigene per Exozytose wieder an die Zelloberfläche zurückzubringen, damit sie präsentiert werden können: per Import vom Zytosol ins endoplasmatische Retikulum via den Antigenpeptidtransporter (TAP) und anschließender Exozytose, per direktem Import vom Zytosol in Exosomen via TAP mit anschließender Exozytose und per direkter Sekretion von außen aufgenommener Antigene in Endosomen via Exozytose ohne Beteiligung des Zytosols. Das MHC-I befindet sich in einem Kreislauf zwischen Endosomen und Zelloberfläche.

Geschichte

Die Kreuzpräsentation von Antigenen wurde erstmals 1976 von Michael J. Bevan beschrieben. Aufgrund methodischer Schwierigkeiten hinsichtlich der verschiedenen Modellsysteme (in vitro und in vivo, Tierart) und aufgrund der verschiedenen Wege der Kreuzpräsentation wurde die Existenz der Kreuzpräsentation und ihre Mechanismen in den ersten Jahrzehnten nach der Entdeckung kontrovers diskutiert. In den 1990er Jahren wurde die Antigen-Kreuzpräsentation bei viralen und Tumorantigenen gezeigt.

Literatur

• D. Corridoni, A. Simmons: Innate immune receptors for cross-presentation: The expanding role of NLRs. In: Molecular immunology. Band 113, 09 2019, S. 6–10, doi:10.1016/j.molimm.2017.11.028, PMID 29198621, PMC 6859786 (freier Volltext).
• B. Li, L. Hu: Cross-presentation of Exogenous Antigens. In: Transfusion clinique et biologique : journal de la Societe francaise de transfusion sanguine. Band 26, Nummer 4, November 2019, S. 346–351, doi:10.1016/j.tracli.2019.01.006, PMID 30797678.

Einzelnachweise

1. J. E. Grotzke, D. Sengupta, Q. Lu, P. Cresswell: The ongoing saga of the mechanism(s) of MHC class I-restricted cross-presentation. In: Current opinion in immunology. Band 46, Juni 2017, S. 89–96, doi:10.1016/j.coi.2017.03.015, PMID 28528219, PMC 5554740 (freier Volltext).
2. F. M. Cruz, J. D. Colbert, E. Merino, B. A. Kriegsman, K. L. Rock: The Biology and Underlying Mechanisms of Cross-Presentation of Exogenous Antigens on MHC-I Molecules. In: Annual review of immunology. Band 35, 04 2017, S. 149–176, doi:10.1146/annurev-immunol-041015-055254, PMID 28125356, PMC 5508990 (freier Volltext).
3. E. Gutiérrez-Martínez, R. Planès, G. Anselmi, M. Reynolds, S. Menezes, A. C. Adiko, L. Saveanu, P. Guermonprez: Cross-Presentation of Cell-Associated Antigens by MHC Class I in Dendritic Cell Subsets. In: Frontiers in immunology. Band 6, 2015, S. 363, doi:10.3389/fimmu.2015.00363, PMID 26236315, PMC 4505393 (freier Volltext).
4. E. Segura, S. Amigorena: Cross-presentation by human dendritic cell subsets. In: Immunology letters. Band 158, Nummer 1–2, 2014 Mar-Apr, S. 73–78, doi:10.1016/j.imlet.2013.12.001, PMID 24333339.
5. E. M. Muntjewerff, L. D. Meesters, G. van den Bogaart: Antigen Cross-Presentation by Macrophages. In: Frontiers in immunology. Band 11, 2020, S. 1276, doi:10.3389/fimmu.2020.01276, PMID 32733446, PMC 7360722 (freier Volltext).
6. J. D. Colbert, F. M. Cruz, K. L. Rock: Cross-presentation of exogenous antigens on MHC I molecules. In: Current opinion in immunology. Band 64, Juni 2020, S. 1–8, doi:10.1016/j.coi.2019.12.005, PMID 31927332, PMC 7343603 (freier Volltext).
7. B. Platzer, M. Stout, E. Fiebiger: Antigen cross-presentation of immune complexes. In: Frontiers in immunology. Band 5, 2014, S. 140, doi:10.3389/fimmu.2014.00140, PMID 24744762, PMC 3978348 (freier Volltext).
8. C. M. Fehres, W. W. Unger, J. J. Garcia-Vallejo, Y. van Kooyk: Understanding the biology of antigen cross-presentation for the design of vaccines against cancer. In: Frontiers in immunology. Band 5, 2014, S. 149, doi:10.3389/fimmu.2014.00149, PMID 24782858, PMC 3986565 (freier Volltext).
9. M. J. Bevan: Cross-priming. In: Nature Immunology. Band 7, Nummer 4, April 2006, S. 363–365, doi:10.1038/ni0406-363, PMID 16550200.
10. K. Nopora, C. A. Bernhard, C. Ried, A. A. Castello, K. M. Murphy, P. Marconi, U. Koszinowski, T. Brocker: MHC class I cross-presentation by dendritic cells counteracts viral immune evasion. In: Frontiers in immunology. Band 3, 2012, S. 348, doi:10.3389/fimmu.2012.00348, PMID 23189079, PMC 3505839 (freier Volltext).
11. O. P. Joffre, E. Segura, A. Savina, S. Amigorena: Cross-presentation by dendritic cells. In: Nature Reviews Immunology. Band 12, Nummer 8, Juli 2012, S. 557–569, doi:10.1038/nri3254, PMID 22790179.
12. J. M. Blander: Regulation of the Cell Biology of Antigen Cross-Presentation. In: Annual review of immunology. Band 36, 04 2018, S. 717–753, doi:10.1146/annurev-immunol-041015-055523, PMID 29490164, PMC 6430635 (freier Volltext).
13. M. J. Bevan: Cross-priming for a secondary cytotoxic response to minor H antigens with H-2 congenic cells which do not cross-react in the cytotoxic assay. In: The Journal of Experimental Medicine. Band 143, Nummer 5, Mai 1976, S. 1283–1288, doi:10.1084/jem.143.5.1283, PMID 1083422, PMC 2190184 (freier Volltext).
14. M. C. Wolkers, N. Brouwenstijn, A. H. Bakker, M. Toebes, T. N. Schumacher: Antigen bias in T cell cross-priming. In: Science. Band 304, Nummer 5675, Mai 2004, S. 1314–1317, doi:10.1126/science.1096268, PMID 15166378.
15. M. Embgenbroich, S. Burgdorf: Current Concepts of Antigen Cross-Presentation. In: Frontiers in immunology. Band 9, 2018, S. 1643, doi:10.3389/fimmu.2018.01643, PMID 30061897, PMC 6054923 (freier Volltext).
16. M. Gros, S. Amigorena: Regulation of Antigen Export to the Cytosol During Cross-Presentation. In: Frontiers in immunology. Band 10, 2019, S. 41, doi:10.3389/fimmu.2019.00041, PMID 30745902, PMC 6360170 (freier Volltext).
17. L. J. Sigal, S. Crotty, R. Andino, K. L. Rock: Cytotoxic T-cell immunity to virus-infected non-haematopoietic cells requires presentation of exogenous antigen. In: Nature. Band 398, Nummer 6722, März 1999, S. 77–80, doi:10.1038/18038, PMID 10078533.
18. A. Y. Huang, P. Golumbek, M. Ahmadzadeh, E. Jaffee, D. Pardoll, H. Levitsky: Role of bone marrow-derived cells in presenting MHC class I-restricted tumor antigens. In: Science. Band 264, Nummer 5161, Mai 1994, S. 961–965, doi:10.1126/science.7513904, PMID 7513904.