Struktura a funkce imunitního systému Igor Hochel část II
Hlavní histokompatibilní komplex
imunologicky významná oblast genomu obratlovců funkce: presentace antigenu specifickému receptoru T lymfocytů – TCR rozpoznává antigeny vázané v komplexu s polymorfními MHC glykoproteiny, nebo nepolymorfními molekulami CD1 MHC gp I výskyt: na povrchu všech jaderných buněk funkce: presentace endogenního antigenu produkované buňkou (virové antigeny) isotypy klasických MHC gp Ia: HLA-A, HLA-B, HLA-C isotypy neklasických MHC gp Ib: HLA-E, HLA-F, HLA-G CD1 (presentace lipidových molekul) MHC gp II výskyt: na povrchu APC (dendritické buňky, monocyty/makrofágy, B lymfocyty) funkce: presentace pohlceného antigenu isotypy: DR, DQ, DP
Struktura MHC gp I
Vazba peptidů na vazebná místa MHC gp I a II
Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 75.
Biosynthesa komplexů MHC gp I
Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 77.
Struktura MHC gp I a MHC gp II MHC gp I
α2
α1
S
S
S
S
S
S
S
S
MHC gp II
α3
α1
α2
S
S
S
S
S
S
S
S
β1
β2
β2 mikroglobulin α
β
Vazba peptidů na vazebná místa MHC gp I a II
Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 75.
Biosynthesa komplexů MHC gp II
Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 78.
F
LTA
TNF
LTB
DRA1
DRB3
DRB2
DQ
G
DRB1
DQA1
DQB1
DQA2
DQB2
DOB
DO
N
HSP70
LMP7
C2
TAP2
Ring9
centromera
BF
TAP1
L8M2
DMB
DMA
DNA
DN DM
A
E
C4A
CYP21A
DPA1
DPB1
DPA2
DPB2
DP
(X)
CYP21B
C C4B
NOTCH3
B
Lidský genový komplex MHC DR
telomera lidský chromosom 6
Struktura BCR
S S S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
DC79αβ
S S
S S
Struktura imunoglobulinu
CH2 CH3 CH4
Isotypy imunoglobulinů
IgG1
IgG2
IgG3
IgG4
IgD, IgE
dimer IgA
pentamer IgM
Fyzikálně-chemické vlastnosti lidských imunoglobulinů typy a subtypy imunoglobulinů vlastnost
IgG1
IgG2
IgG3
IgG4
IgM
IgA1
IgA2
sIgA
IgD
IgE
těžký řetězec
γ1
γ2
γ3
γ4
μ
α1
α2
α1/α2
δ
ε
konc. v seru (mg·ml-1)
9
3
1
0,5
1,5
3,0
0,5
0,05
0,03
5·10-5
sedimentační konstanta
7s
7s
7s
7s
19s
7s
7s
11s
7s
8s
mol. hmotnost (·103)
146
146
170
146
970
160
160
385
184
188
biol. poločas (dny)
21
20
7
21
10
6
6
7
3
2
karbohydráty (%)
45
45
45
45
80
42
42
?
75
50
fixace komplementu
++
+
+++
-
+++
-
-
-
-
-
průchod placentou
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
vazba na protein A
+++
+++
-
+++
-
-
-
-
-
-
vazba na protein G
+++
+++
+++
+++
-
-
-
-
-
-
sIgA - dimerní forma IgA
Povaha interakcí antigenu s protilátkou
nekovalentní krátkodosažné vazebné síly: vodíkové vazby elektrostatické interakce van der Waalsovy síly hydrofobní interakce
komplementarita epitopu a vazebného místa protilátky
asociační konstanta Kas = k1/k2= [Ab][Ag]/[Ab-Ag] (106-1010 lmol-1) afinita avidita
Organisace lidských genů kódujících Ig řetězce V1 V2 V3
Vn-2 Vn-1 Vn
~100 VH
D1 D2… Dn
J1 J2….
J9
Cμ
Cδ
Cγ3
Cγ1
ψε
Cα 1
ψγ
Cγ2
Cγ4
Cε
Cα 2
~50 D
IgH (lidský chromosom 14) V1 V2 V3
Vn-2 Vn-1 Vn
J1 J2….
J5
Cκ
~70 Vκ
V1 V2 V3
Vn-2 Vn-1 Vn
~30 Vλ
Igκ (lidský chromosom 2)
J1 Cλ1
J2 Cλ2
J3 Cλ3
9 párů J-Vλ (4 funkční)
Igλ (lidský chromosom 22)
Přeskupování genů pro těžké Ig řetězce V1 V2 V3
Vn-2 Vn-1 Vn D1 D2 D3 D4…Dn
J1 J2 J3 J4
J9
Cμ
Cδ
zárodečná konfigurace
V1 V2 V3
Vn-2 Vn-1 Vn
D1 D2 D3 J3
J9
Cμ
Cδ
po DJ-přeskupení
V2D3J3
J9
Cμ
Cδ
po VDJ-přeskupení V2D3J3
J9
Cμ
Cδ
primární transkript RNA V2D3J3Cμ
V2D3J3Cδ dvě možné RNA po alternativním sestřihu
Struktura pre-BCR
Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 129.
Isotypový přesmyk V2D3J1
Cμ
J5
Cδ
Cε
Cα 2
Cε
Cα 2
Cε
Cα 2
Cγ3
V2D3J1
Cδ Cμ
J5
V2D3J1
V2D3J1Cε
J5
Cytokiny regulující isotypový přesmyk Isotyp protilátky
cytokin
IgA
IL-5, TGF-β
IgG1
IL-4
IgG2a
INF-γ
IgG3
INF-γ
IgG4
IL-13
IgE
IL-4
Diferenciace B lymfocytů B
kmenová buňka
antigen
progenitorová B buňka
bez antigenu apoptosa
B
somatická hypermutace
prekursorová B buňka
nezralý B lymfocyt
B
pre BCR M
paměťová B buňka B
IgM kostní dřeň
negativní selekce
B
plasmatická buňka
sekundární lymfatický orgán
Struktura TCR TCR
ζ
ζ S S
α
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
CD3
β
γ
ε
δ
ε
Organisace lidských genů kódujících řetězce TCR TCR-δ komplex Vα1 Vα2
Vαn
Vδ1
Vβn
Vδn D1
Dβ1
Jβ1.1
D3
Jδ1 Jδ2 Jδ3
Cδ
Jα1
Jα2
Jαn
Cα
TCR-α/δ (lidský chromosom 14) Jβ1.7
~70 Vβ (15 rodin)
Vγ1 Vγ2
D2
10 – 20 Vδ
~59 Vα (16 rodin)
Vβ1 Vβ2
Vδ2
Cβ1
Dβ2
Jβ2.1
Jβ2.7
Cβ2
TCR-β (lidský chromosom 7) Vγn
Jγ1 Cγ1
Jγ2 Cγ2
TCR-γ (lidský chromosom 7) 12 Vγ
Diferenciace T lymfocytů v thymu pro-T
apoptosa buněk s neproduktivním přeskupením β řetězce
apoptosa buněk s neproduktivním přeskupením α řetězce positivní selekce (vazba MHC)
T
pre-T CD4+ CD8+
T
CD4+ CD8+
T
thymus negativní selekce autoreaktivních klonů
T
T
CD4+
CD8+
Klasifikace T lymfocytů
TCR αβ – většinová populace; vývoj probíhá v thymu; TCR rozeznává komplexy antigenu s MHC gp cytotoxické T lymfocyty (Tc) – koreceptor CD8 pro MHC gp I; produkce cytokinů; regulační funkce pomocné T lymfocyty (Th) – koreceptor CD4 pro MHC gp II Th1 – produkce cytokinů IL-2, INF-γ Th2 – produkce cytokinů IL-4, IL-5, IL-6 a IL-10 Th0 – produkce směsi obou typů cytokinů Tr1 – produkce THF-β Th17 – produkce prozánětlivého cytokinu IL-17 intraepiteální T lymfocyty – výskyt v kůži a sliznicích; regulace slizniční imunity NK-T lymfocyty – disponují stimulačními a inhibičními receptory jako NK buňky; producenti cytokinů (IL-4, INF-γ); regulační funkce
TCR γδ – minoritní populace; vývoj probíhá mino thymus; TCR rozpoznává povrchové a rozpustné antigeny, které nejsou vázány v komplexu s MHC gp (aminy); funkce – ochrana proti specifickým druhům pathogenů (mykobakterie)
Diferenciace Th1 a aktivace makrofágů infikovaný makrofág
CD4 TCR
intracelulární parazit ve vakuolách
Th1 MHC
CD80 ICAM
prekurzor Th CD4 TCR CD28 LFA-1
Th1
IFN-R IL-12
eliminace intracelulárních parazitů
Th1 sekrece IFN-γ
Th1 sekrece cytokinů a antibakteriálních látek
klon zralých Th1 aktivovaný makrofág
LFA-1
Diferenciace Th2 a stimulace B lymfocytů IL-4, IL-5,..
CD4
TCR CD40L
Th2
antigen (bakterie)
LFA-1
B prekurzor Th
Th2 CD4
B
proliferace a diferenciace
M
TCR LFA-1 IL-4, IL-5,..
antigen MHC (bakterie)
ICAM CD80
Th2
pohlcení a zpracování antigenu
klon zralých Th2
APC (dendritická buňka)
IL-4
B lymfocyt plazmatické a paměťové B lymfocyty
Regulační mechanismus diferenciace Th1 a Th2 buněk B
B
B lymfocyt
plasmatická buňka
IL-4, IL-5, IL-6 INF-γ
INF-γ T
IL-12 makrofág
T
NK
IL-4
IL-4, IL-10 Th1
Th2
NK buňka IL-4
basofil prekurzor Th
Imunologické reakce založené na Tc lymfocytech
cytotoxické T lymfocyty rozpoznávají buňky infikované viry nebo jinými intracelulárními parazity a ničí je mechanismy založené na těsném kontaktu atakované buňky a Tc lymfocytu, popř. na účinku sekretovaných produktů aktivace APC – dendritické buňky, makrofágy (lymfatické uzliny) cytotoxické mechanismy: degranulace Tc – uvolnění granzymů, perforinu (podobný proteinu C9) a prekursory kaspas → spuštění kaskády reakcí, které vedou k apoptose cílové buňky vazba ligandu FasL (na povrchu Tc) a Fas receptoru na cílové buňce → apoptosa sekrece cytotoxického cytokinu lymfokinu (LT, TNF-β)
Cytotoxické mechanismy Tc lymfocytů
Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 149.
Aktivace T lymfocytů superantigeny
Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 151.
NK buňky
NK buňky (z angl. natural killer) jsou velké granulární lymfocyty, které postrádají antigenně specifické receptory diferencují z lymfoidního prekursoru bez předchozí aktivace zabíjejí nádorové a viry infikované buňky
výskyt: periferní krev, slezina, játra, plíce, děloha
biologická funkce: eliminace intracelulárních pathogenů (viry, metastázy) regulace krvetvorby a růstu jater
NK buňky
receptory: stimulační – rozpoznávají struktury na povrchu různých buněk FcγRIII (CD16) → spouští kaskádu signálů, která vede k degranulaci a uvolnění obsahu granul (cytotoxická reakce závislá na protilátkách ADCC z angl. antibody-dependent cellular cytotoxicity) inhibiční – rozpoznávají MHC gp I → spouští kaskádu signálů, které inhibují cytotoxickou reakci jsou asociovány s fosfatasami KIR – inhibiční receptory imunoglobulinové skupiny (pouze člověk) receptory C-lektinové skupiny (CD94/NKG2A) další receptory a povrchové proteiny: IL-2R, CD2, CD7, (společné s T lymfocyty, chybí TCR a CD3), myeloidní markery (CR3)
aktivace: IL-2, IL-12, INF-α, INF-β
produkce: INF-γ, M-CSF, IL-3 granzymy a perforin (granuly)
NK buňka cílová buňka
Imunitní reakce založené na protilátkách
jsou založeny na rozpoznání antigenu specifickým receptorem B lymfocytů (BCR) za vhodných podmínek (spolupráce s Th lymfocyty) stimulované B lymfocyty proliferují a diferencují se na plasmatické a paměťové buňky (tj. vznikají klony dceřiných buněk s identickou, nebo podobou specifitou) T-dependentní antigeny – vyvolávají protilátkovou odpověď závislou na spolupráci Th buněk s B lymfocyty T-independentní antigeny – vyvolávají diferenciaci B lymfocytů a produkci protgilátek i bez spolupráce Th buněk
Protilátková reakce vyvolaná T-independentními antigeny
tvorba nízkoafinitních protilátek třídy IgM nevznikají paměťové B lymfocyty
rozdělelní T- nezávislých antigenů podle způsobu aktivace B lymfocytů TI-1 antigeny – LPS; ve vyšších koncentracích obsazuje receptor B lymfocytů pro LPS → stimulace velkého počtu B buněk a produkce protilátek nezávisle na jejich antigenní specifitě TI-2 antigeny – polymery (polysacharidy, flagelin); reagují simultánně s velkým počtem BCR a intezivně je shlukují → vznik dostatečně velkých signálů a diferenciace B lymfocytů bez pomoci Th. Takto jsou aktivovány pouze zralé B lymfocyty, nezralé jsou působením T2 antigeny anergisovány (kojenci)
Protilátková reakce vyvolaná T-dependentními antigeny
dvoufázové reakce – primární a sekundární odpověď vznik paměťových buněk vznik vysoce afinitních protilátek
Primární fáze protilátkové reakce IL-4, IL-5,..
CD4
TCR CD40L
Th2
antigen (bakterie)
LFA-1
B prekurzor Th
Th2 CD4
B
proliferace a diferenciace
M
TCR LFA-1 IL-4, IL-5,..
antigen MHC (bakterie)
ICAM CD80
Th2 klon zralých Th2
APC (dendritická buňka)
IL-4
B lymfocyt plazmatické a paměťové B lymfocyty
Primární fáze protilátkové reakce
protilátky produkované během 3 – 4 dnů od primární infekce první vlnou plasmatocytů jsou nízkoafinitní IgM IgM blokují šíření infekce imunokomplexy jsou zachycovány v sekundárních lymfatických orgánech folikulárními dendritickými buňkami (FDC) dlouhodobě skladované antigeny na povrchu FDC jsou rozpoznávány B lymfocyty, které vznikly klonální expansí B buněk stimulovaných primárním kontaktem s antigenem
primární odpověď je málo intensivní a pomalá
Sekundární fáze protilátkové reakce
paměťové buňky přežívají převážně v lymfatických uzlinách a vlivem antigenu presentovaného na povrchu FDC dále vyzrávají zvyšuje se afinita vazebného místa BCR – afinitní maturace rozšiřuje se repertoár isotypů protilátek – isotypový přesmyk
sekundární odpověď je intensivní a rychlá
Efektorové mechanismy protilátek
neutralisace – blokování kritických epitopů nutných pro aktivitu toxinů, resp. nutných pro adhezi a pronikání virů a mikroorganismů do buněk opsonisace – usnadnění fagocytosy, aktivace destrukčních mechanismů fagocytů, cytotoxická reakce závislá na protilátkách (NK buňky) aktivace komplementu – opsonisace antigenu, chemotaxe, rozvoj zánětlivé reakce, destrukce citlivých buněk (komplement není aktivován IgG4 a IgA) indukce apoptosy
