VELESZÜLETETT IMMUNITÁS, AZ IMMUNRENDSZER EVOLÚCIÓJA Keddenként 14.00-16.00-ig (5-202-es szeminárium szoba) Előadók: Dr.Bajtay Zsuzsa, Dr. Erdei Anna, Dr.Józsi Mihály, Dr. Prechl József, Dr. Papp Krisztián Szept.20.
- szünet: UNESCO sportnap
Szept. 27. - Bevezetés - a veleszületett és az adaptív immunitás jellemzői, összefonódása Okt.4.
- Molekuláris felismerési mechanizmusok
Okt. 11.
- Gyulladás, akutfázis reakció, plazma enzimrendszerek
Okt.18.
- Neutrofil granulociták
Okt.25.
- Komplementaktiválás, a C3 komplementfehérje szerkezete és működése
Nov.1.
- Tanítási szünet
Nov.8.
- Komplementrecerptorok fajtái és szerepük az immunválasz során
Nov.15.
- Mintázatfelismerő receptorok megjelenése, szerkezete és funkciója
Nov.22.
- A hivatásos antigénbemutató sejtek jellemzői és szerepük az adaptív immunválasz során
Nov.29.
- NK-sejtek és veleszületett limfociták
Dec. 6.
- Az immunrendszer evolúciója
Dec.13.
- konzultáció
http://www.tankonyvtar.hu/hu/ tartalom/tamop425/2011_0001_524_ Immunologia/adatok.html
Medicina Kiadó
MTA Tudomány Napja - film
A veleszületett immunitás nélkülözhetetlen a magasabbrendű szervezetek védelmében veleszületett immunrendszer nélkül (IFNg KO) a kórokozók száma
adaptív immunrendszer nélkül (IL-12 KO)
egészséges egerek
1 hét
a fertőzés időtartama
2 hét
Charles A. Janeway Jr.
Két egymásra épülő immunrendszerünk van
veleszületett (öröklött) immunitás első immunológiai védelmi vonal:
azonnal működő, pusztító mechanizmusok
A veleszületett immunrendszer elemei
citokinek
fagociták makrofágok, granulociták
IFN TNF
IL NK sejtek
dendritikus sejt (DC)
Komplement-rendszer
Anti-bakteriális peptidek
Két egymásra épülő immunrendszerünk van
veleszületett (öröklött) immunitás első immunológiai védelmi vonal:
azonnal működő, pusztító mechanizmusok
szerzett (adaptív) immunitás második immunológiai védelmi vonal:
1-2 hét alatt kialakuló, memóriát biztosító mechanizmusok
T- és B-limfociták – T-sejt alpopulációk
limfociták
V
TCR
Tc
Tc sejtpusztító molekulák
V
TCR
Th
Th aktiváló, szabályozó limfokinek
V
Y
BCR
Treg
B
Treg
Y B Y Y Y YY Y Y
gátló, szabályozó limfokinek
ellenanyagok
A veleszületett és a szerzett immunitás jellemzői
Mindkét rendszer képes felismerni az „idegent”
A veleszületett és az adaptív immunrendszer „idegent” (nem saját struktúrát) felismerő receptorai
1.3. ábra A veleszületett és az adaptív immunrendszer receptorainak jellemzői
A veleszületett immunitás
humorális tényezői
Defenzinek - antimikrobiális peptidek - kis méretű (20-50- as), kationos peptidek; - konzervált ciszteinek (6-8) – jellegzetes szerkezet; - pórust-formálnak a mikroba felszínén; - hatékonyak baktériumok, gombák, egyes vírusok ellen; - antibiotikum-szerű hatásuk miatt gyakorlati hasznuk lehet
15.2. ábra A Drosophila zsírtestje által termelt gomba-pusztító és antibakteriális peptidek
Emlősök defenzin molekulái α-defenzinek: - elsősorban neutrofilek és NK-sejtek szekretálják; - egyes T-alpopulációkban, Paneth-sejtekben is kifejeződnek; - a bélüreg mikrobiális egyensúlyát biztosítják β-defenzinek: leggyakoribbak - neutrofil granulociták, epithelsejtek szekretálják - nyelv, bőr, vese, tüdő, légutak etc. védelmében fontosak; - az anyatejben is jelen van.
Defenzinek hasonló harmadlagos szerkezete növény
Raphanus sativus
Figure rovar 15-2
Drosophila
emlős
Homo sapiens
Vad retek Raphanus sativus
Emlősök defenzin molekulái (a, b, t) – főként granulociták termelik Kis méretű, kationos peptidek, antibiotikum-szerű hatásúak, kemokin-receptorokhoz kötődhetnek (kemokinek – antimikrobiális peptidek - adaptív iv.!) adjuváló hatásúak
Defenzinek – kemokinek átfedése – szerkezet és funkció Aminosav-szinten nincs homológia – ?evolúciós rokonság?
konvergens evolúció
b-defenzin
MIP3
harmadlagos szerkezet
Pentraxinok – a gyulladás biomarkerei, - akut fázis fehérjék Rövid pentraxinok: - C-reaktív protein (CRP) - Serum Amyloid P (SAP) Hosszú pentraxin - PTX3
A SAP – CRP jellemzői • májsejtek termelik, egérben a makrofágok is • a pentraxin („5 bogyó”) fehérjecsalád tagja • pentamer vagy dekamer szerkezet, kalciumfüggő ligandumkötés • számos ligandumát leírták • valamennyi amyloid depozitumban előfordul • kötődik az influenzavírus HA-hoz és megakadályozza a fertőzést • egérben a SAP, emberben a CRP akut fázis fehérje • gyulladásos marker
Pentraxinok opszonizálás, komplement aktiválás (elpusztult sejtek, részecskék, etc. eliminálása) májban termelődik
szisztémásan - vérben
rövid pentraxinok: CRP, SAP
gyulladásos szövetekben termelődik
lokálisan - szövetekben
hosszú pentraxin: PTX3 Martine Szyper Kravitz and Yehuda Shoenfeld Nature Clinical Practice Rheumatology (2006) 2, 481-490
Kollektinek MBL Mannose Binding Lectin
HIV St. aureus Str. Pneumoniae C.Albicans HSV-1
fikolin Gram+ baktériumok Salmonella typhimurium Escherichia coli Fujita, 2002, Nat.Rev.
4.5. ábra CLR (C-type Lectin Receptors), C-típusú lektinreceptorok szolubilis
Az MBL szénhidrátfelismerése – mintázat-felismerés (Pattern recognition) Kötődik N-acetilglukózaminhez, glukózhoz, fukózhoz, mannózhoz: LPS-hez, lipoteikolsavhoz, mannánhoz A kötődésben részt vesznek: a terminális cukormolekula C3 és C4 atomjainak OH csoportjai Nem kötődik: sziálsavhoz, galaktózhoz : emlős glikoproteinek jellemző utolsó/utolsó előtti cukra
Komplementfehérjék, komplementrendszer
Baktérium, vírussal fertőzött sejt lízise komplement által
Komplement aktiválás
Kórokozó, fertőzött sejt pusztulása
7.2. ábra A komplementrendszer aktiválása
17.7. ábra A komplementrendszer aktiválódása vírusfertőzés során a veleszületett és az adaptív immunválasz során
mannóz-függő és alternatív út
klasszikus út
Citokinek
A veleszületett immunrendszer citokinjei A veleszületett immunitásban és gyulladásos folyamatokban résztvevő citokinek
IFNa, IFNb, IFNg, TNFa, TNFb, IL-1a, IL-1b, IL-6, IL-10, IL-12, MIF, kemokinek
17.7. ábra A vírusfertőzés alatt lezajló veleszületett és adaptív immunreakciók időkinetikája
Interferonok (IFN)
vírussal fertőzött sejt
interferonok a környező sejtekben anti-virális rezisztenciát indukálnak a fertőzött sejtben apoptózist indukálnak fokozzák az MHCI expressziót, citotoxikus (CD8+ T-ly) keletkeznek aktiválják az NK-sejteket a vírussal fertőzött sejtek pusztítása
5.8. ábra Az interferonok forrása és antivirális hatása
IFNa/b
IFNg
(I-es típusú, virális)
(II-es típusú, immun)
bármely vírussal fertőzött sejt termelheti
főként NK-sejtek és T-limfociták termelik
5.9. ábra Az IFNα és β hatásai
5.1. ábra Az IL-1 autokrin, parakrin és endokrin hatása
17.11. ábra Gyulladási citokinek kaszkádja Gram-negatív bakteriális fertőzést követően Makrofágok, erek endotélsejtjeink aktiválása
Szisztémás hatás: szeptikus sokk
5.12. ábra Az akutfázis válasz kiváltásában fontos citokinek („gyulladási citokinek”) és átfedő hatásaik
A veleszületett immunitás
sejtmembrán receptorai Mintázatfelismerő receptorok: PRR (Pathogen Recognition Receptors)
Felismerő és felismert struktúrák
mintázatfelismerés a sejt felszínén: PRR: Pathogen Recognition Receptors
fagocita
PRR
a felismert molekuláris mintázat a patogén felszínén: PAMP PAMP: baktérium Pathogen Associated Molecular Pattern
1.4. ábra Patogénnel asszociált molekuláris mintázatot (PAMP) felismerő receptorok (PRR)
Toll Like Receptorok (TLR) (jelátvitel, NFκB akt., gyulladási citokinek) NFkB - transzkripciós faktor NFkB aktiválás – kulcsfontosságú, univerzális számos védelmi rendszer aktiválását indítja el
A TLR-ek, NLR-ek klinikai szerepe -Túlzott aktiválás TLR-okon keresztül szerepet játszik számos autoimmun betegség kórfejlődésében, - TLR-aktiválás fokozza az autoantitestek termelését, - túlzott / szisztémás TLR-szignalizáció (LPS – TLR4) döntő szerepű a szepszis kórélettani folyamatában, - NLR – inflammaszóma – gyulladás létrejötte
Gyulladás - inflammaszóma
8.3. ábra Az inflammaszóma a kaszpáz-1 aktiválása révén segíti a gyulladási citokinek szekrécióját Inflammaszóma - „molekuláris állványzat” a kaszpáz-1 aktiválásához - Az NLR nekrotizált sejteket, idegen anyagokat (pl. ureát kristály) ismernek fel; gyulladás-keltés.
A gyulladási citokinek termeléséhez 2 jel szükséges
- Egyes komponenseinek mutációja az öröklött auto-inflammatórikus szindrómát okozza (láz,bőr-elváltozás, etc.) kontrollálatlan IL-1 termelés; IL-1 agonista hatékony
Az inflammaszóma aktiválódása gyakori gyulladásos betegségek során
Köszvény, álköszvény; Ureát kistályok felsmerése; IL-1 mediált akut gyulladás
Metabolikus szindróma; Lipidek és szabad zsírsavak felismerése; IL-1 termelés, inzulin rezisztencia 2-es típusú diabetes?
Koleszterolkristályok felismerése; gyulladás szerepe az atherosclerosis kialakulásában?
Abnormális fehérje-depozitumok felismerése; Alzheimer-kór?
Terápia: a gyulladás gátlása és a - limfocita aktiválás megakadályozása Abbas, A. nyomán 2013.
3.5. ábra Mintázatfelismerő és fagocitótikus receptorok kifejeződése fagocitákon
2.
Mannóz receptorok (MR) (fagocitózis)
4.5. ábra CLR (C-type Lectin Receptors), C-típusú lektinreceptorok makrofágokon, dendritikus sejteken
A patogének szénhidrátmintázatát ismerik fel
Carbohydrate Recognition Domain
Mannóz receptor (MR) család „Multilektin receptorok” 8-10 lektin-szerű domén -szénhidrát kötés
makrofágokon, dendritikus sejteken
Cystein-rich domain
A patogének szénhidrátmintázatát ismerik fel Részt vesznek a sejtek lipid-metabolizmusában, Modifikált LDL-t kötnek
Fibronectin typeII domain
Carbohydrate binding domains
Mannose PLA2 DEC 205 Mannose receptor receptor Receptor X Stahl and Ezekowitz, 1998.)
3.
Scavenger-receptorok (SR) (fagocitózis)
Scavenger receptorok (SR)
makrofágokon, dendritikus sejteken, epitélsejteken, etc..
E.coli S.aureus Cystein-rich
LTA LPS Gram+bact. Gram- bact. Bacterial DNA
E.coli S.aureus
Ligandumok:
C-type lectin
E.coli S.aureus
collagenous
SCR E.coli S.aureus
a-helix
apoptotikus sejtek, megváltozott saját molekulák felvétele, eliminálása Részt vesznek a sejtek lipid-metabolizmusában, modifikált LDL-t kötnek
Receptor neve
SR-A
SR-A?
SR-C
SR-E
(Peiser and Gordon, 2002)
A PRR-ek döntő szerepe az adaptív immunválasz kialakításában
1.5. ábra Mintázatfelismerő receptorok (PRR) szerepe fagociták aktiválásában, az adaptív válasz elindításában
1.7. ábra A PRR-ok szerepe az adaptív immunválasz kialakításában
Az adaptív immunválasz kulcsszereplői: a B- és a T-limfociták
T- és B-limfociták – T-sejt alpopulációk
limfociták
V
TCR
Tc
Tc sejtpusztító molekulák
V
TCR
Th
Th aktiváló, szabályozó limfokinek
V
Y
BCR
Treg
B
Treg
Y B Y Y Y YY Y Y
gátló, szabályozó limfokinek
ellenanyagok
Az antigén-specifikus limfocita-klón (B-sejt klón) szelekciója
Y
ag
Y
Y
Y
Y
B
Y Y Y
BCR
ag
Y Bm
Y B Y Y Y YY Y Y YY Y ag
ag
109-10
ag
ag
a kórokozót felismerő ellenanyagok
3.24. ábra A limfocitaklónok szelekciója
negatív szelekció
pozitív szelekció
Klónszelekció, specificitás Repertoár: 109-1010
baktérium
Poliklonális válasz
Monoklonális ellenanyagtermelés - egyetlen ag-determinánssal reagáló klónt szelektálunk – in vitro
YY Y Y YY Y Y Y
különböző antigének/ kórokozók
Fontos eszköz: -Diagnosztikum -Klinikum - terápia -Kutatás-fejlesztés
1.6. ábra A limfociták aktiválásához legalább két jelre van szükség
A veleszületett immunrendszer által indukált kostimulátor vagy ligandum
Patogén/ antigén 1. jel 2. jel
limfociták klonális osztódás, az adaptív válasz beindítása
1.1. ábra A veleszületett és az adaptív immunrendszer együttműködik az immunhomeosztázis fenntartásában
A veleszületett immunrendszer elemei nélkül nem jön létre az adaptív immunválasz
1.8. ábra A veleszületett és az adaptív immunrendszer együttműködése a kórokozó ellen kialakuló immunválasz során
15.5. ábra A veleszületett és az adaptív immunrendszer legfontosabb molekuláinak megjelenése az evolúció során
Veleszületett immunrendszer veleszületett immunitás a fertőzések kivédésre • alacsonyabbrendűekben csak ez van • születéstől fogva jelen van • kisebb mértékű fajlagosság • többszöri találkozás után nem javul a válasz • nincs mermória • sejtes és humorális elemeket tartalmaz A gerincesek adaptív immunválaszának kialakításában fontos szerepet játszik;
e nélkül nincs adaptív válasz!
Adaptív immunrendszer A fertőzések leküzdésére kialakult immunitás • „tanulás” eredménye
• nagy mértékű fajlagosság • többszöri találkozás után hatékonyabb • memóriát biztosít • sejtes és humorális elemeket tartalmaz • a veleszületett immunrendszer nélkül nem hatékony A szervezetben jelenlévő antitestek tükrözik
s fertőzéseket, amelyeket az adott egyed leküzdött (mikroba-ellenes ab) - diagnosztikai jelentőségű
