Adaptív/anticipatív immunrendszer Egyedi, klonális receptorok A természetes immunrendszer DANGER szignáljainak kontrollja alatt áll
EHRLICH “oldallánc-elmélete”
Alapfogalmak: antigén epitop haptén karrier
protein antigén
lineáris B sejt epitop
konformációs B sejt epitop
Haptén és carrier A haptén az immunglobulinnal kapcsolatba lépő determináns A hatékony carrier nagy méretű, önmagában is immunogén fehérje Jó, ha nagy evolúciós távolságban van az immunizálandó állattól (keyhole limpet hemocyanin)
Az immunglobulin-repertoár látszólag végtelen: bármely haptén ellen többszáz egyedi immunglobulin-típust termelhetünk. Nem képzelhető el hogy ezeket a molekulákat egyedi gének kódolják.
1974 - egy kulcskísérlet •egerek immunizálása TNP (trinitrofenil), majd DNP (dinitrofenil) hapténnel („keresztreagáló” ellenanyagból kevesebb van, így könnyebb elkülöníteni őket) •a keletkezett ellenanyagok elkülönítése izoelektromos fókuszálással, előhívás rádioaktív DNP-vel •több mint 400 TNP-re és DNP-re egyaránt specifikus egyedi ellenyagklón volt kimutatható egy beltenyésztett egértörzsből
A vérből tisztított immunglobulin frakció különböző B sejt klónok termékének keveréke, ezért kémiailag nehezen vizsgálható. A B sejtes tumorok (myelomák) klonális eredetűek, egy részük képes immunglobulin-termelésre. Myelomás betegék véréből vagy vizeletéből, illetve tumorsejtkultúrából monoklonális immunglobulinok nyerhetők, amelyek már alkalmasak kémiai vizsgálatokra.
1972 – homogén immunglobulin kappa lánc mRNS tisztítása myelomából, a tisztaság ellenőrzése in vitro transzkripcióval. 1974 – tisztított, rádioaktívan jelölt kappa lánc mRNS hibridizálása gélen elválasztott germline (csíravonal) és myeloma DNS BAMH1 fragmentekkel.
A próba a csíravonal (germline) DNS két nagy, a myeloma (érett B sejt) DNS egy kis fragmenjével hibridizált.
Következtetés: az immunglobulin gének a B sejt-érés során átrendeződnek.
Az antitestek immunoglobulin doménekből állnak. Az antigénkötö részt a variábils domén, a többit konstans domének alkotják.
Az immunglobulinok enzimatikus emésztéssel antigénkötő (Fab) és kristályosítható (Fc) régióra bonthatók Az immunglobulinok két antigénfelismerő helyét flexibilis “pánt” (hinge) kapcsolja össze
Az antigénkötő hely térszerkezete ma már ismert
Az antigén-ellenyag kötésben nem kovalens kapcsolatok játszanak szerepet
Az immunglobulinok antigénkötő helye különösen variábilis
Zsákállat
Amphyoxusnak (lándzsahal) és a zsákállatnak nem átrendeződő, kitin-kötő domént tartalmazó immunoglobulinjai (VCBP) vannak.
VCBP A populációszintű diverzitást valószínűleg szelekció tartja fenn.
Ig domének
+
V domének
+
Szomatikus átrendeződés Kapcsolási diverzitás Szomatikus hipermutáció Kiterjedt populációs polimorfizmus
+
Regionális hipervariabilitás
+
A döntő esemény: 450 milló évvel ezelőtt egy mozgékony elem épült be egy immunglubulin ős-génbe. Később a rekombinációs szignál szekvenciák (RSS) és a két, genetikailag szorosan kapcsolt, de egymással nem homológ rekombináz (RAG1 és RAG2) elváltak egymástól. A RAG gének már a tüskésbőrűekben jelen vannak, de itt funkciójuk ismeretlen.
promoter
rss
rss
Transformation with RAG-1 + RAG-2 genes
promoter
rss rss
A RAG rekombináz egy 7 és egy 9 bázispáros szignálszekvenciát ismer fel, ezeket 12 vagy 23 bázispáros spacer választja el. A génátrendeződés a szignálszekvencia irányától függően delécióval vagy inverzióval mehet végbe.
A RAG enzimrendszer csak B és T limfocitákban működik, nem transzpozázként, hanem rekombinázként. A RAG transzpozáz legközelebbi rokona a legyekban aktív HERMES traszpozon (szintén hairpin intermedierrel dolgozik).
Number of segments Ligth chain
Heavy chain H
V
40
29
51
D
0
0
27
J
5
4
6
Segment
nehéz lánc D-J rekombináció az egyik kromoszómán nehézlánc V-DJ rekombináció nehézlánc transzkripció és transzláció
allélikus kizárás (a másik kromoszómán nem történhet génátrendeződés)
kappa könnyű lánc V-J rekombináció transzkripció és transzláció
sikertelenség esetén lambda könnyű lánc V-J rekombináció transzkripció és transzláció
A végeredmény nehéz láncból és kappa vagy lambda könnyű láncól álló IgM és IgD
Az immunglobulin sokféleség forrásai:
•VDJ rekombináció - kombinatorikus diverzitás
•kapcsolási diverzitás
•affinitásérés
Kapcsolási diverzitás: A rekombináció során a terminális dezoxirobonukleotid transzferáz (tDt) random nukleotidokat ad a láncvégekhez. A tDt az egyetlen templát nélkül dolgozó DNS-polimeráz! Termelődése szigorúan szabályzott. Működése 2/3 részben frameshift-et okoz, ilyenkor a génátrendeződés eredménytelen. A tDt enzim mellett egy ma még nem ismert nukleáz növeli a kapcsolás diverzitását, véletlenszerűenvisszaemésztve a láncvégeket.
Affinitásérés
Az aktivált B sejtek érése során az antigénfelismerő régiókban az affinitást javító mutációk halmozódnak fel. Affinitásérés csak a B sejteknél fordul elő.
A hipermutáció molekuláris mechanizmusa: Az affinitásérés során a CDR régiókban az adenozin deamináz (ADA) enzim mutációkat hoz létre, ezeket error-prone repair javítja.
Ha ti így, mi is így – a paraziták hasonlóan változatos módszerekkel variálják sejtfelszíni receptoraikat (az antitestek célpontjait)
A különböző immunglobulin izotípusok konstans régiói tandem elrendezésben követik a variábilis régiót.
Éretlen B sejtekben együtt termelődik IgM és IgD. Ezeket alternatív splicing hozza létre. Az IgD molekula funkciója (ha van ilyen) ma még nem ismert.
Alternatív splicing eredménye a menbránkötött IgM és a szolubilis IgM közti “átkapcsolás”
Az ellenanyagok osztály (izotípus) váltása génátrendeződés, deléció eredménye.
Természetes immunrendszer Alternatív komplementaktiváció
Adaptív immunrendszer komplementaktiváció klasszikus út
NK sejtek MakrofágokDendritikus sejtek
ellenanyag
B sejtek
Spontán aktiváció (sziálsav hiánya)
Lektin út (mannóz jelenéte)
Decay Activating Factor (DAF) gátlás
C3 -> C3b
Gyulladáskeltő peptidek (C3a)
Fagocitózis (opszonizáció)
Ellenanyag (adaptív immunválasz)
Membránpórus (MAC)
CD59 (MIRL) gátlás
Az MBL-hez nagyon hasonló szerkezetű C1 faktor új szerzemény - komplement-fixáló ellenanyagokhoz (pl. IgM) kötődik, így terjeszti ki a természets immunválasz specificitását új targetekre.
Természetes immunrendszer Alternatív komplementaktiváció NK sejtek
Adaptív immunrendszer komplementaktiváció klasszikus út ADCC
MakrofágokDendritikus sejtek
ellenanyag
B sejtek
Az ADCC aktivitás effektorai Fc receptorukkal a target sejthez kötődött IgG-t ismerik fel, majd szekretált enzimekkel, citotoxikus citokinekkel (a TNF család tagjai), perforinnal (NK sejtek esetében) pusztítják a targetet.
effektor sejt •NK sejtek FcR (CD16)
•makrofágok •neutrofil granulociták
IgG •eozinofil granulociták
targetsejt
Természetes immunrendszer Alternatív komplementaktiváció NK sejtek MakrofágokDendritikus sejtek
Adaptív immunrendszer komplementaktiváció klasszikus út ADCC
opszonizáció
ellenanyag
B sejtek
Opszonizáció makrofág receptor
a kapcsolat erőssége
PRR + PRR komplement-receptor
++
PRR Fc receptor
++
PRR Komplement-receptor Fc receptor
++++
Természetes immunrendszer Alternatív komplementaktiváció NK sejtek MakrofágokDendritikus sejtek
Adaptív immunrendszer komplementaktiváció klasszikus út ADCC
opszonizáció
ANTIGÉNPREZENTÁCIÓ ellenanyag
B sejtek
A különböző immunglobulin izotípusok konstans régiói tandem elrendezésben követik a variábilis régiót.
Éretlen B sejtekben együtt termelődik IgM és IgD. Ezeket alternatív splicing hozza létre. Az IgD molekula funkciója (ha van ilyen) ma még nem ismert.
Alternatív splicing eredménye a menbránkötött IgM és a szolubilis IgM közti “átkapcsolás”
A sejtfelszíni immunglobulin (BcR, B sejt receptor) komplex receptorként szignálfolyamatok kiindulópontja.
Az ellenanyagok osztály (izotípus) váltása génátrendeződés, deléció eredménye.
Az immunglobulinok konstans része (Fc rész) „adapter” a természetes immunrendszer felé. A nehézlánc határozza meg az alosztályt/izotípust. Az izotípust nagy betűvel, a megfelelő gént görög betűvel jelöljük. IgD/IgM, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgA, IgE
Az ellenanyagok osztály (izotípus) váltása génátrendeződés, deléció eredménye.
Az FcgRIIb Fc receptor által „detektált” immunglobulin gátolja a további immunglobulin-termelést (negatív feedback).
Ellenanyag koncentráció
másodlagos (szekunder) immunválasz IgG, IgA, IgE
elsődleges (primer) immunválasz IgM
2 hét
4 hét
Valamennyi szekretált immunglobulin közös funkciója a neutralizálás, vagyis: •toxinok semlegesítése •kórokozók fertőzéshez szükséges receptorainak blokkolása
A további effektor funkciók az immunglobulin izotípusától függenek.
Az IgM soha nem megy át affinitás-érésen. affinitását (aviditását) pentamer szerkezete növeli.
Az IgM képes a leghatékonyabban beindítani a klasszikus komplementaktivációt.
Az IgG izotípusok a legnagyobb mennyiségben jelenlevő immunglobulinok a vérben. Több alosztályuk és funkciójuk van.
Klasszikus komplementaktiváció: IgG3 > IgG1 > IgG2
Az immunglobulinok további funkcióit Fc receptorok mediálják
Opszonizálás Fc receptorok (FcRI, FcRIIa)
IgG1 = IgG3
A megkötött IgG komplementet aktivál. A fagocitózisban Fc receptorok és komplementreceptorok együtt vesznek részt. IgG Fc receptor
C1q komplementreceptorok C3b
Antitest-függő sejtes citotoxicitás (antibody-dependent cellular cytotoxicity, ADCC) NK sejt
Fc receptor (FcRIII) IgG1 = IgG3
Átjutás a placentán: IgG2 = IgG4
IgM IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 szérumkoncentráció (g/l)
1,5
9
3
1
klasszikus komplement
+++
++
+
+++
0,5
alternatív komplement transzfer a placentán át
+
+
opszonizáció
+
+
ADCC
+
+
kötődés hízósejtekhez
Az IgA a testfelszíneket védő ellenyag. Dimer. Megtalálható az anyatejben. Neutralizál és képes az alternatív komplement-út aktiválására.
Az IgA receptor-mediálta szekréciója a nyálkahártyákon
A hízósejtek granulumaikban vazoaktív anyagokat (szerotonin, hisztamin), kemotaktikus faktorokat tárolnak. A hízósejtek nagy affinitású IgE receptort hordoznak. IgE mediálta aktiválódás során a granulumok kiürülnek.
Az eozinofilek FcE receptorukkal felismerik és elpusztítják az IgE-vel bevont patogént (pl. Schistosoma).
IgM IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 IgA1 IgA2 szérumkoncentráció (g/l)
1,5
9
3
1
klasszikus komplement
+++
++
+
+++
0,5
alternatív komplement
0,5 0,00005
+
transzfer a placentán át
+
+
opszonizáció
+
+
ADCC
+
+
kötődés hízósejtekhez
3
IgE
+
Az immunoglobulinok véletlenszerűen létrejövő antigénfelismerő régiójuk miatt autoreaktivak is lehetnek. Az ilyen klónok eliminálódnak (klóndeléció).
T sejtes „help” AKTIVÁCIÓ
csontvelő
éretlen B sejt
érett B sejt
multivalens saját antigén
oldható saját antigén
multivalens saját antigén
oldható saját antigén
APOPTÓZIS
ANERGIA
APOPTÓZIS
ANERGIA
Dendritikus sejt B T helper sejt A B sejtek aktiválódásához danger szignálok által aktivált dendritikus sejt által “élesített” helper T sejt szükséges.
A B sejt aktiváció a nyirokcsomóban, a ritka sejtek találkahelyén megy végbe Itt találanak egymásra a perifériáról antigénnel érkező dendritikus sejtek és a T helper sejtek Itt találkoznak a B sejtek a helper T sejtekkel
Animáció...
Az adaptív immunrendszer a természetes immunrendszer kontrollja alatt áll!
Az affinitásérés helyszíne a csíracentrum (follikulus)
Az immunkomplex
Túlsúlyban az ellenyag (oldat)
Ekvivalencia (precipitátum)
Túlsúlyban az antigén (oldat)
Az immunkomplexek képződése természetes folyamat. Az immunkomplex komplementet aktivál, majd komplementreceptorral rendelkező sejtek eltávolítják a keringésből.
komplement
A nyirokcsomóban a follikuláris dendritikus sejtek (nem rokonai a dendritikus sejteknek!) komplementreceptoraikkal kötik meg az immunkomplexet.
FDC
A különböző affinitású B sejtek versengenek az immunkomplex formájában megkötött antigénért, miközben mutációkat halmoznak fel. B sejt
BcR FDC
Egyes antigének T helper sejtek nélkül is képesek B sejteket aktiválni (tímuszfüggetlen antigének). Talán különösen nagy affinitásal képesek a B sejt receptort (és további aktiváló receptorokat) kereszt-kötni (?)
Egyes B sejtek (CD5+ B sejtek) széles specificitású, részben autoreaktív IgM ellenanyagokat termelnek. A természetes immunrendszer részei? Immunreguláló sejtek?
Niels Jerne
Az anti-idiotípus hálózat működése
antigén
anti-anti-idiotípus ellenyag
anti-idiotípus ellenyag az antigén „belső képe”
Immunológiai homunculus: az anti-idiotípus hálózat által “leképezett” egyed
