A veleszületett és az adaptív immunrendszer alapfogalmai

A veleszületett és az adaptív immunrendszer alapfogalmai Mándi Yvette Orvosi Mikrobiológiai és Immunbiológiai Intézet Szegedi Tudományegyetem

Az immunrendszer alapvető feladatai: • A szervezet védelme a mikroorganizmusokkal, illetve a fertőzésekkel szemben • Saját és idegen (self, non-self) megkülönböztetése • Külső- és belső ”veszélyek” elleni védelem

Természetes – veleszületett-nem specifikus immun válasz

Elsőrendű védelmi vonal Barrierekepithel sejtek által alkotott barrierek: – Mechanikai – Kémiai – Mikrobiológiai (normál flóra) Antimikrobiális peptidek termelése ( pl. defenzinek, katelicidinek)

A defenzinek a legősibb antimikrobiális peptidek

Defenzinek Természetes antimikrobiális peptidek Széles spektrum: Gram-pozitiv Gram-negativ baktériumokkal szemben antimycotikus antivirális

Defenzinek a-defenzinek 1-4 (HNP) 5-6 (HD) human neutrophilek Paneth-sejtek

b-defenzinek hBD 1-40…

hBD-1 hBD-2 mucozális epithel sejtek

Defenzinek szerepe az antimikrobiális védelemben és a gyulladásban

Wehkamp J

2005

E. coli Niessle 1917 Lactobacillusok

PROBIOTIKUMOK

• A defenzinek nem csak antimikrobiális, hanem immunomoduláns és tumor ellenes hatással is rendelkeznek. • Mint alarminok gyors felszabadulásukkal azonnali védelmet biztosítanak fertőzés veszély esetén. • Csökkent termelésük számos betegség pathogenezisében jelentős tényező • A humán neutrofil peptidek (HNP1-3) nagy mennyiségben atherosclerotikus hatásúak

A humán alpha defenzinek aktiválják az immun sejteket

A természetes immunrendszer komponensei

Celluláris

Humorális

monocyták/macrophagok Neutrofil granulocyták NK sejtek Dendritikus sejtek  T sejtek Hízósejtek

komplement rdsz* cytokinek Acut fázis fehérjék

szolubilis mintázat felismerők (kollektinek, ficolinek) *alternatív, és lectin dependens út

Figure 2-44 part 1 of 3

Természetes immunrendszer

Mintázat felismerő receptorok

Specifikus immunrendszer

BCR, TCR

• A szervezet első védelmi vonala fertőzésekkel szemben • Saját-idegen megkülönböztetése • Mikroorganizmusokra jellemző molekulák Pathogen Associated Molecular Pattern (PAMP) felismerése-mintázat felismerő receptorokkal (PRR-pathogen recognizing receptor-mintázat felismerő receptor • „Veszély” jelző antigének felismerése • DAMP (damaged associated molecular patterns) • Specifikus immunválasz elindítása

A természetes immunrendszer válaszai mikrobiális komponensekre

• 1. Sejt membránhoz kötöttek: – – – – –

mannose receptor scavenger receptorok (oxidált lipoproteinekhez) CD14 (LPS-hez) Dectin receptorok (gombák) TOLL-like receptorok (TLR)

2. Intracelluláris mintázatfelismerő receptorok • NOD receptorok (NLRs) nucleotide binding domain) aktiváció eredménye cytokin, Defenzin termelés, gyulladásos reakciók ( Crohn betegség, Blau syndr.)

• RIG receptorok- vírus RNS érzékelése, IFN indukció (retinoc acid-Inducible gene) 3. Szolubilis mintázatfelismerő molekulák • MBL Mannose binding lectin MBL • Ficolin • Galektinek • C-reaktív protein

• NOD-like receptorok (NLRs) • Nucleotide oligomerization domain-containing protein. (NOD2 és Crohn!) kommenzális és pathogen baktériumok sejtfal komponenseinek érzékelése, eredmény: cytokin és defenzin indukció • RIG receptorok: virus nukleinsavat érzékelnek, IFN indukció 3.solubilis receptorok (MBL) INFLAMMASOMA signalizációért felelős komplex a cytosolban- IL-1 indukció

Membránhoz kötött (TLR) és intracelluláris (NOD1 NOD2)mintázat felismerő receptorok

Toll-receptorok • Veleszületett immunitás evolucio során konzerválódott „specifikus” receptorai, melyek un. Pathogen-Associated Molecular Patterns’ (PAMP)-t ismernek fel • Emlősöknél jelenleg TLR1-10 ismert (egér 13,14) • Felépítésükben, szignalizációs rendszerükben nagy hasonlóság fedezhető fel • Nevük: Drosophila kutatás során alakult ki, a rovar egyedfejlődése során két funkció Dorso-ventralis tengely kialakulása C.Nüsseln-Volhard, Das ist ja TOLL!

1995

Antimikrobiális védelem JA Hoffmann 1996

humán TOLL-like: Janeway, Medzhitov 1997

• I_2_3_Pathogen_Receptors-H264.mov

TLR aktiváció következményei

A mintázat felismerő receptorok a fertőzés tényére hívják fel a figyelmet és megteremtik az alapját az adaptív immunrendszer aktiválásának A mintázat felismerő receptorok ligandkötése az MHC II molekulák, a kostimulációs molekulák és citokinek , defenzinek génexpresszióját fokozzák.

DAMP: damage associated molecular patterns • A természetes immunrendszer felismeri a sérült, vagy necrozizált sejtekből származó veszélyes molekulákat is • Ok: fertőzés, égés, trauma,stb • ..pl. HMGB1, Calprotectinek, Hsp stb.

J Pathol. 2002 198(3):369-77.

Dendritikus sejtek szerepe a természetes (és specifikus) antimikrobiális immunválaszban • ”őrszem sejtek” • antigén bemutatása T sejtek felé (adaptív immunválasz elindítása) • MHC II, CD1

Dendritic cells. (A, B, and D courtesy of Dr. Y-J Liu, M.D. Anderson Cancer Center, Houston, Texas; F courtesy of Drs. Kathryn Pape and Jennifer Walter, University of Minnesota School of Medicine, Minneapolis.) Downloaded from: StudentConsult (on 1 October 2012 01:40 PM) © 2005 Elsevier

A (Antigén)

A Antigén feldolgozás

B Antigén bemutatás

Role of dendritic cells in antigen capture and presentation.

• Dendritic.mov

Természetes imunválasz szerepe az antimikrobás védekezésben

• Azonnali reakciókészség • Specifikus immunválasz elindítása TH1 és TH2 cytokinek termelése

Antigén prezentáció costimulációs molekulák

Figure 2-49

NK Natural Killer sejtek • • • •

Limfociták 5-15 %-a LGL sejtek Nincs MHC restrikció Antigén receptorok eltérőek a B vagy T sejtekétől • Funkció: vírussal fertőzött, valamint malignus sejtek elpusztítása

NK receptorok • INHIBITOROK: • KIR –killer Ig like receptors – HLA , A, HLA B és HLA C, valamint HLA G! alléleket ismer fel defoszforilálás,inaktivációs szignálok,un ITIM immunoreceptor tyrosine inhibitorikus motivumok

• C típusú lectinek: CD94, NKG2A-HLA A, HLA B, HLA C HLA E felismerés, • Aktiválók:KAR – NKG2D • CD16 : FcIII receptor (ADCC)

• Természetes immunválasz szolubilis elemei

X

X

Acut fázis fehérjék • CRP • mannóz kötő lektin • SAA serum amyloid protein • LBP • C3 • fibrinogén • fibronectin

• • • • •

Makroglobulin, antitripsin gyökfogók cöruloplasmin transferrin

Figure 2-47

C-reactive protein • Pneumococcus tokanyagához IS!!! Kötődik • Pentraxin család tagja • Acut fázis protein • Opszonin • Complement cascade aktivációja (C1qhoz kötődik)

ALARMINOK Veszélyt jelző endogén molekulák, melyek a szervezetet érő külső (mikroorganizmusok) vagy belső (szövetkárosodás) veszélyforrások hatására indukálódnak. „stranger” and danger PAMP DAMP (damaged associated molecular patterns) Az exogén PAMP-ok és az endogén alarminok Az un danger signal molekulák, vagy DAMP-ok

• Az alarminok az aktivált, vagy pedig a sérült és necrotikus sejtekből szabadulnak fel. Endogen molekulák (J.Oppenheim), a sejtek saját komponensei.(Aequivalens az exogen PAMP-al)

Alarminok közös tulajdonságai • Gyors felszabadulás fertőzött, vagy necrotikus sejtekből • Indukció (fertőzés, cytokinek) hatására az immunrendszer sejtjei is képesek kibocsátani • Az immun sejteket megfelelő receptorokon keresztül képesek aktiválni* • PAMP és DAMP hasonló receptorok,(TOLL, RAGE) hasonló hatások (Gyulladásos cytokinek, stb) • Végső soron a homeosztázis megtartását szolgálják

S100, calgranulinok • • • • •

>20 féle fehérje Ca kötés, oldódás 100 %-os NH4SO4-ban S100A8, S100A9, S100A12 Proinflammatorikus hatásúak Fagociták cytoplazmájában, S100A12 elsősorban granulocytákban. • Stressz hatásra szekretálják • Gyulladásos folyamatokban emelkedő szérum szintek

Magas S100A8/9, S100A12* szérum szintek: • • • • • •

Rheumatoid arthritis Psoriasis Vasculitis Gyulladásos bélbetegség (IBD) 2. típusú diabetes* atherosclerosis

Arthritis Res Ther 2009

• S100 fehérjék, és ά-defenzin a synoviális folyadékban is magas RA esetén • Nemcsak a granulocytákból!

• Rheumatology 2010

CYTOKINEK • Sejtek közötti kommunikációt biztosító fehérjék, illetve glikoproteinek, . Kis molekulatömeg: 1040kDa), • Az immunrendszer futárai • Homeosztázis védelme, repair folyamatok • Elnevezés: monokinek, limfokinek, interleukinek, intecrinek

• • • • • • •

Cytokinek funkcionális csoportosítása Természetes immunitásban és gyulladásos folyamatokban résztvevők TNF a, b IL-1(család) IL-6, IL-10,(család), 16, 17, 18, 23, IL-12, IL27, IL-32, IL-33, IL-37,IL-38 IFN a,b,, MIF, HMGB-1, chemokinek (Az IL-8 CXCL8 néven is azonosítható). Limfociták aktivációját, differenciálódását (specifikus immunválaszt ) szabályozók IL-2, IL-4, IL-6, IL-13, IL-15, IL-21 Haemopoesisre, és limfociták érésére hatók: IL-3, IL-5, IL-7,IL-9,IL-11, GMCSF, SCF, IL-34!

A természetes immunválaszban szereplő legfontosabb citokinek

Figure 2-39

Baktériumok által stimulált makrofágokból felszabaduló legfontosabb cytokinek • TNF-a • IL-1 • IL-8 • IL-6 • IL-12, IL-17, IL-18, IL-24 mononukleáris fagocita sejtek, keratinocyták, fibroblastok, endothel sejtek által termelt gyulladásos cytokinek IL-6, IL-1,* a , b 11*, TGF- b * pro-infl.

TNF-a *, IFN- a,  , * IL-8, *IL-10, IL-

Figure 2-48

Az interferon antivirális hatásának mechanizmusa

Downloaded from: StudentConsult (on 29 September 2012 11:08 PM) © 2005 Elsevier

macrophag sejt

Természetes immunválasz stimulációja

Környezeti hatások Citokinek

Citokin hatások

Termelt citokinek

IL-2, TNF

TNF hatások a Systemic Inflammatory Response Syndrome (SIRS) pathogenesisében • Fehérvérsejtek: • Granulocyta aktiválás, ROS felszabadulás •

Monocyta aktiválás, iNOS aktiválás, cytokin termelés

• Endothel: • •

Endothel sejtek cytokin termelése, iNOS term. fokozódása adhéziós molekulák expressszója,

• • • • •

Fehérvérsejtek adhéziója az endothelhez Permeabilitás fokozódása Capilláris sérülés Alvadást elősegítő faktorok tulsúlya Gyulladásos mediátorok felszabadulása

Anti-TNF therápia • • • •

Crohn betegség Rheumatoid arthritis Psoriasis Infliximab, Remicade, Etanercept stb • Anti IL-17?

Allergiás reakciókat reguláló citokinek IL-3, IL-4, IL-5, IL-9, IL-13, IL-25, IL-31, IL-33 • IL-4

• Az izotípus váltást indukálja IgM/IgE irányba. Az IL-5, IL-6 és IL-9 szinergista hatásúak az IL-4gyel. Az IL-4 kimutatható az asthmában szenvedő betegek szérumában, tüdő szövetében is. A hízósejteken növeli az IgE receptor expressziót. A leukotrien syntetaze aktivitásának fokozása, mucin képzést is stimulálja.Számos közös hatás az IL-13-al

Allergiás reakciókat reguláló citokinek • IL5 Az IL-5 jelentősége az I. tipusu allergiás reakciókban elsősorban az, hogy a legjelentősebb eozinofilpoietin. Nemcsak eozinofiliát okoz, de az eozinofilek szekretoros mechanizmusát és cytotoxicitását is serkenti. Gátolja az eozinofilek apoptozisát A helper limfocitákon kívül a hízósejtek is termelik. • IL-9 hízósejt növekedési faktor. Stimulálja a hízósejtek protease enzimeit, valamint az IgE receptorok expresszióját , az eotaxin expressziót is fokozza. =TH9 sejtek?) • IL-25. stimulálja az IL-4 , IL-5 és IL-13 termelést eozinofilia • IL-31, elősegíti az IL-3, IL-5 termelést • IL-33 ( IL-1 család tagja), de TH2 választ indukál, IgE termelés

Th1és Th2 cytokinek • Legfontosabb TH1 cytokinek: IL-12,(23, 27) IFN, IL-2 , IL-18, TNF -β -celluláris immunválasz, Tc, NK, DTH • Legfontosabb TH2 cytokinek: IL-4, IL-5, IL-6, IL9, IL-10, IL-13 - humorális immunválasz, (allergia !) • keresztreguláció • T reg sejtek szerepe –TGFβ, IL-10 termelés, IL35 autocrin hatása

Fig. 2 Role for IL-34, -35, -36, -37, and -38 in the immunopathogenesis of rheumatoid arthritis. Gaëlle Clavel , Allan Thiolat , Marie-Christophe Boissier

Interleukin newcomers creating new numbers in rheumatology: IL-34 to IL-38 Joint Bone Spine Volume 80, Issue 5 2013 449 - 453

TNF-  IL-1, IL-8 promoter gén polimorfizmusok TNF-a -308GA

TNF -a -238GA hepatitisC

cerebrális malária sepsis rheumatoid arthritis* IBD  chronikus active

sclerosis multiplex IL-1b -511GA gyomor carcinoma schizophrenia IL-8-251 T A RSV fertôzés IL-4, IL-9 polimorfizmus asthma

TNF- GÉN POLIMORFIZMUS VIZSGÁLATOK RHEUMATOID ARTHRITHISES BETEGEKBEN BALOG ATTILA1, GÁL JÁNOS2, GYULAI ZSÓFIA1, SIPKA SÁNDOR3, MÁNDI YVETTE1 Szegedi Tudományegyetem 1Orvosi Mikrobiológiai Intézet, 2Kecskeméti

Megyei Kórház Reumatológiai Osztály 3DOTE

III. Bel. Klinika

A TNF2 ALLÉL HORDOZÓK GYAKORISÁGA A VIZSGÁLT POPULÁCIÓKBAN

egészséges véradós kontroll N =22 rheumatoid arthritises betegek N=40

TNF1/TNF1

TNF1/TNF2

16 (72,8%)

6 (27,2%)

17 (42,5%)

23 (57,5%)

DAS-28 > 3,5

Chi-Square teszt: p = 0,034

Természetes imunválasz jelentősége

• Azonnali reakciókészség • Specifikus immunválasz elindítása (costimulációs molekulák, TH1 és TH2 cytokinek termelése

• Antigén prezentáció

Az immunválasz fázisai Azonnali 0- 4 óra

Korai 4 – 96 óra

Adaptív 96 óra után

nem specifikus természetes nincs memória

nem specifikus + specifikus indukált nincs memória

specifikus indukált van memória

Barrier funkciók

bőr, epithelium nyálkahártyák

lokális gyulladás lokális TNF

IgA Gyulladás

Extracelluláris kórokozók

fagocitózis alternatív komplement aktiválás

akut fázis fehérjék T independens B sejt aktiválás komplement hatások

IgM, IgG klasszikus komplement aktiválás

Intracelluláris baktériumok

monocyták makrofág aktiváció

NK makrofág aktiváció IL-1, IL-6, TNF-α, IL-12

T sejt aktiváció

IFN, IL-12, NK

CTL, IFN-γ IgG, IgA

Vírusfertőzések

NK sejtek

IFN-γ makrofág aktiváció

Az immunválasz fázisai

Figure 2-1

Specifikus (adaptív) immunválasz • Humorális - B sejtek, aktiváció, ellenanyagot termelő plazmasejtek • Celluláris – T sejtek – Citotoxikus CD8 – Helper CD4 Th1, TH2, TH17 (Th9,TH22) – Treg

• TCR és BCR- specifikus antigén felismerés-óriási diverzitás (10 11), – Magyarázat: szomatikus génátrendeződés

Természetes immunrendszer

Mintázat felismerő receptorok

Specifikus immunrendszer

BCR, TCR

5454

61

61

Variációk: 10 11

67 67

6

7

Figure 8-9 Diversity of antigen receptor genes. From the same germline DNA, it is possible to generate recombined DNA sequences and mRNAs that differ in their V-D-J junctions. In the example shown, three distinct antigen receptor mRNAs are produced from the same germline DNA by the use of different gene segments and the addition of nucleotides to the junctions. Downloaded from: StudentConsult (on 9 September 2012 06:36 PM) © 2005 Elsevier

A T sejt az MHC-peptid komplexet ismeri fel

A humán populációban több mint 3800 allél lehet

28 136 35 106 WHO 2010

3 874

1431 569 893

•

PLoS Genet. 2008 September; 4(9): e1000184. Published online 2008 September 12. doi: 10.1371/journal.pgen.1000184PMCID: PMC2519788Copyright

• Is Mate Choice in Humans MHCDependent? • Raphaëlle Chaix,1,2* Chen Cao,3 and Peter Donnelly1,4

Antigén--ellenanyag komplexek által kiváltott reakciók Antigén

•Ag+Ea komplex lerakódáslerakódás-komplement aktiválás, C3a, C5a, chemotaxis, •vasoaktív anyagok,gyulladás, „frusztrált fagocytózis” Mikrobiális antigének:

Str.pyogenes* Yersinia enterocolitica* Campylobacter jejuni* Chlamydia trachomatis* Salmonella enteritidis* Shigella flexneri* Hepatitis B Morbilli

*reaktív arthritis + HLA B27?

Regulatorikus (Treg) sejtek szerep: a Th1/Th2 egyensúlyban, az allergiás reakciók és az autoimmun folyamatok gátlása

• Treg: CD25+ CD4+ FOXP3+ (forkhead box P3 transcriptionális repressor) • természetes reguláló T sejtek (5-10%) • indukált reguláló T sejtek negatív signál a T sejt aktivációhoz, TGF β és IL-10 termelés,

T reg sejtek elégtelen működése mind TH1 mind TH2 betegségek előidézésében fontos lehet • Természetes immunrendszer és a természetes baktérium flóra (korai „old friends” fertőzések) szerepe.Treg sejtek indukciója • „Hygiene hypothesis”

A Treg sejtek fiziológiás aktiválása szaprofita mikroorganizmusokkal („hygiene hypotézis”)

• A microbiome* szerepe a rheumatoid arthritis pathomechanizmusában Curr Rheumatol Rep 2013

*A mikroorganizmusok (microbioták) összességének genetikai állománya RA, spondyloarthritis, IBD