T-Zellen sind eine sehr vielfältige Gruppe von Lymphozyten, die während der Leukopoese im Knochenmark entstehen. Nach ihrer Bildung wandern die noch unreifen T-Zellen in den Thymus ein, wo sie zu immunkompetenten T-Zellen heranreifen. Auf diesen Prozess geht auch die Bezeichnung „T-Zelle“ zurück, denn die Zellen reifen im Thymus heran (Thymopoese).

Im Thymus „erlernen“ die T-Zellen körpereigene von körperfremden Strukturen zu unterscheiden. Man sagt die T-Zellen werden geprägt. Dabei durchlaufen sie eine strenge Qualitätskontrolle, die nur die T-Zellen passieren lässt, die körperfremde Antigene erkennen, auf körpereigene Strukturen jedoch nicht reagieren. Die T-Zellen müssen also eine Eigentoleranz (auch Selbsttoleranz) entwickelt haben. Die T-Zellen, die nicht selbsttolerant sind, also auf körpereigene Strukturen reagieren, werden aussortiert und von Phagozyten zerstört.

T-Zellen besitzen auf ihrer Oberfläche sogenannte T-Zell-Antigenrezeptoren (T cell receptor, TCR), mit denen sie Antigene identifizieren können. Allerdings können T-Zellen nicht einfach so frei vorliegende Antigene binden und aktiv werden. Antigenpräsentierende Zellen (APC), wie dendritische Zellen oder Makrophagen, müssen zunächst ein Antigen prozessiert haben (z. B. einen Erreger aufgenommen und verdaut haben) und das Antigen auf ihrem MHC-Molekül präsentieren. Erst die auf den MHC-Molekülen präsentierten Antigene können von T-Zellen über den T-Zell-Antigenrezeptor erkannt werden.

Damit nun die T-Zelle aktiviert wird, muss die APC aber noch ein zweites Signal („Gefahrsignal“) aussenden. Dieses können Zytokine, wie Interleukine, sein, die über membrangebundene Rezeptoren an die T-Zelle bindet (Abbildung 1). Man bezeichnet dieses zweite Signal auch als Ko-Stimulation und den entsprechenden Rezeptor der T-Zelle als Ko-Rezeptor.

Die nun aktivierten T-Zellen proliferieren (vermehren sich) und leiten die weitere Abwehrreaktion ein. Durch diesen Prozess wird sichergestellt, dass bei Kontakt mit einem bestimmten Erreger nur diejenigen T-Zellen aktiviert werden, die den Erreger auch erkennen und bekämpfen können. Diese anschließende Aktivierung findet dann in entsprechender Stärke statt.

T-Zelle ist jedoch nicht gleich T-Zelle. Je nach Funktion unterteilt man verschiedene Untergruppen:

Die T-Helferzellen (T_H-Zellen) sind „Immunvermittler“ und werden durch Antigene aktiviert, die auf dem MHC-II-Molekül präsentiert werden. Um das präsentierte Antigen zu erkennen, besitzen sie auf ihrer Oberfläche, neben dem bereits erwähnten T-Zell-Antigenrezeptor, einen weiteren Rezeptor, den CD4-Rezeptor (CD für cluster of differentiation). Dieser fungiert als Ko-Rezeptor und ist spezifisch für die T-Helferzellen. Je nachdem, mit welchen weiteren Zellen die aktivierten T-Helferzellen interagieren unterscheidet man weiter die T_H1-Zellen, die Makrophagen aktivieren und die T_H2-Zellen, die B-Zellen aktivieren.

Die zytotoxischen T-Zellen erkennen zielgerichtet infizierte oder entartete Zellen und vernichten diese. Sie werden nicht über Antigene aktiviert, die auf dem MHCII präsentiert werden, sondern über die Antigene, die auf dem MHC I präsentiert werden. Dazu besitzen sie, neben dem T-Zell-Antigenrezeptor, zusätzlich den CD8-Rezeptor als Ko-Rezeptor, der für zytotoxische T-Zellen spezifisch ist. Erkennt eine aktivierte zytotoxische T-Zelle eine infizierte Körperzelle, kann sie Perforine und Granzym B sezernieren und so die Apoptose (programmierten Zelltod) in der infizierten Körperzelle auslösen (Abbildung 2).

Regulatorische T-Zellen (T_reg-Zellen, früher auch T-Suppressor-Zellen genannt) nehmen, wie der Name schon vermuten lässt, eine regulatorische Rolle ein. Dabei verhindern sie, dass es zu einer überschießenden Immunreaktion kommt. Sie hemmen die Immunaktivierung und regulieren damit auch die Selbsttoleranz. Sie verhindern dadurch auch die Ausbildung von Autoimmunerkrankungen.

Wie bereits erwähnt, differenzieren sich T-Zellen im Thymus, in dem sie auch lernen, zwischen körpereigen und körperfremd zu unterscheiden (Selbsttoleranz). Die T-Zellen, die körpereigene Strukturen erkennen und dagegen vorgehen (autoimmune T-Zellen), werden dabei „aussortiert“ und eliminiert. Es kann aber auch vorkommen, dass manche autoimmune T-Zellen durch die Qualitätskontrolle „durchrutschen“ und dann im Organismus körpereigene Antigene „angreifen“. Wenn das passiert, können Körperzellen vom Immunsystem erkannt und zerstört werden: Es stellt sich eine sogenannte Autoimmunität bzw. eine Autoimmunerkrankung ein. Gewebe und sogar ganze Organe können so geschädigt werden. Beispiele für Autoimmunerkrankungen sind unter anderem Diabetes mellitus Typ 1 (Autoimmunität gegenüber insulinproduzierende Beta-Zellen des Pankreas) und die multiple Sklerose (Autoimmunität gegen die Myelinscheide von motorischen Nerven). Betroffene sind häufig lebenslang auf die Einnahme von Immunsupressiva (Bsp. Kortisonpräparate) angewiesen, die die Immunaktivität herabsetzen.