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Die Geheimnisse der CD4-Struktur: Wie beeinflussen vier Immunglobulinstrukturen die Immunantwort?
Im Bereich der Molekularbiologie ist CD4 (Cluster of Differentiation 4) ein Glykoprotein, das hauptsächlich als Co-Rezeptor für den T-Zell-Rezeptor (TCR) dient. CD4 kommt hauptsächlich auf der Oberfläche von Immunzellen vor, beispielsweise T-Helferzellen, Monozyten, Makrophagen und dendritischen Zellen. CD4 ist seit seiner Entdeckung Ende der 1970er Jahre ein wichtiges Thema der Immunforschung und erhielt 1984 den offiziellen Namen CD4.
CD4+ T-Helferzellen sind wichtige weiße Blutkörperchen im menschlichen Immunsystem. Diese Zellen sind nach ihrer Fähigkeit benannt, anderen Immunzellen Signale zu senden. Wenn die Anzahl der CD4-Zellen abnimmt, verringert sich die Widerstandskraft des Körpers gegen verschiedene Infektionen, was insbesondere bei einer unbehandelten HIV-Infektion deutlich wird.
Strukturelle Eigenschaften von CD4
CD4 gehört zur Immunglobulin-Superfamilie und sein strukturelles Merkmal besteht darin, dass es vier Immunglobulinregionen (D1 bis D4) besitzt. Diese Regionen liegen auf der extrazellulären Oberfläche der Zellen frei, wobei D1 und D3 variablen Immunglobulinregionen (IgV) und D2 und D4 konstanten Immunglobulinregionen (IgC) ähneln.
Die D1-Region von CD4 interagiert mit der β2-Region des MHC-Klasse-II-Moleküls, und diese Struktur macht CD4-Zellen spezifisch für die Erkennung von Antigenen.
Die Interaktion zwischen CD4 und MHC II erleichtert nicht nur die Immunerkennung, sondern stimuliert auch den Aktivierungsprozess von T-Zellen. Der kurze intrazelluläre Schwanz von CD4 enthält eine spezifische Aminosäuresequenz, die die Tyrosinkinase Lck rekrutieren und mit ihr interagieren kann, wodurch das vom TCR übertragene Signal weiter verstärkt wird.
CD4-Funktion und Immunantwort
CD4 kann als Co-Rezeptor des T-Zell-Rezeptors die Signalübertragung zwischen TCR und Antigen-präsentierenden Zellen wirksam unterstützen. Die externe D1-Region von CD4 bindet an die β2-Region von MHC II, wodurch der TCR-Komplex und CD4 einander näher gebracht werden und die Signalverstärkung gefördert wird.
Lck phosphoryliert dann mittels Tyrosin die intrazelluläre Struktur des TCR und rekrutiert weitere Proteinkinasen, wie etwa ZAP70, um die feurige Signalgebung zu fördern und Transkriptionsfaktoren zu aktivieren, was letztendlich zur Aktivierung der T-Zelle führt.
Interaktion zwischen CD4 und HIV
HIV nutzt CD4, um in die T-Zellen des Wirts einzudringen, ein Prozess, der hauptsächlich auf dem viralen Hüllprotein gp120 beruht. Wenn gp120 an CD4 bindet, ändert sich seine Konformation, was dazu führt, dass sich das Virus an Co-Rezeptoren auf der Wirtszelle wie CCR5 oder CXCR4 anheftet und so letztendlich die Fusion der Virusmembran mit der Wirtszellmembran erleichtert.
Eine HIV-Infektion kann zu einem allmählichen Rückgang der Anzahl CD4-positiver T-Zellen führen, was ein wichtiger Indikator zur Beurteilung des Infektionsstatus ist.
Krankheitsrelevanz
Die CD4-Zahl ist bei der Behandlung einer HIV-Infektion von entscheidender Bedeutung. Mediziner haben traditionell die CD4-Zahl zur Bestimmung des Behandlungsbeginns herangezogen, aktuelle Leitlinien empfehlen jedoch, unabhängig von der CD4-Zahl bald nach der HIV-Diagnose mit der Behandlung zu beginnen.
Unter normalen Umständen sollte die CD4-Zellzahl zwischen 500 und 1200 Zellen/mm3 liegen. Wenn die CD4-Zahl unter 200 Zellen/mm3 liegt, besteht für die Patienten ein höheres AIDS-Risiko. Der Erfolg der Behandlung hängt in gewissem Maße auch von Veränderungen der CD4-Zahl ab.
Andere CD4-bedingte Krankheiten
CD4 wird noch immer in den meisten Tumoren exprimiert, die aus T-Helferzellen stammen, und kann mittels Immunhistochemie in einer Vielzahl peripherer T-Zell-Lymphome und verwandter maligner Erkrankungen identifiziert werden. Darüber hinaus wird das CD4-Antigen auch mit verschiedenen Autoimmunerkrankungen wie Vitiligo und Typ-1-Diabetes in Verbindung gebracht.
Bei der Untersuchung der Wirksamkeit von Medikamenten oder pathologischer Mechanismen ist die Quantifizierung der Anzahl der durch CD4+, CD8+ und CD3+ T-Zellen markierten Zellen ein wirksames Mittel, um die Merkmale und den Verlauf der Krankheit aufzudecken.
Die Struktur und Funktion von CD4 sind eng mit dem Immunsystem verbunden und es gibt noch viele ungeklärte Geheimnisse hinsichtlich seiner Rolle beim Schutz der menschlichen Gesundheit, die darauf warten, erforscht zu werden. Welche anderen unbekannten Wechselwirkungen und Einflüsse dieser mikroskopischen Welt lauern also in unserem Immunsystem?
