Immunológia Hogyan működik az immunrendszer?
http://www.szote.u-szeged.hu/mdbio/oktatás/immunológia password: immun
Hogyan működik az immunrendszer? Milyen stratégiája van? Milyen szervek / sejtek alkotják? Mely gének határozzák meg működését?
Az immunológia a szervezet védekezőképességét, annak szerveit, sejtjeit, molekuláris mechanizmusait tanulmányozza. Az immunrendszer a szervezetet külső és belső kórokozóktól védő rendszer, ami molekuláris- és sejtes védőmechanizmusokból szerveződik és a neuro-endokrin rendszerrel összehangoltan működik. Az immunrendszer érzékszerv, amely a szervezet külső és belső mikrobiológiai környezetének észlelésére alkalmas és megfelelő válaszreakciókra is képes. Az immunrendszer egyes mechanizmusai már a mikróbáknál is megtalálhatók, a növények védekező rendszere fejlett, de nem olyan összetett, mint az állatoké. A gerincesek kialakulásával párhuzamosan az evolúció az immunrendszer organizációjában új szinteket hozott létre Az immunrendszer működése során alapvető jelentőségű a „saját” és az „idegen”, a „közömbös” és a „veszélyes” megkülönböztetése.
Az immunrendszer képes észlelni és megkülönböztetni molekuláris mintázatokat, amelyek egy részét az evolúció a szervezetre veszélyesnek minősítette. Ezek jelenlétére a válasz genetikailag kódolt. A gerincesek adaptív immunrendszere képes kombinatorikus receptorok előállítására, amelyek szinte bármilyen molekula specifikus felismerésére képesek. Az adaptív immunrendszer által észlelt molekulák antigénnek tekinthetők. Az antigén nem azonos a patogénnel: a saját szervezet, a táplálék, az egészséges bélflóra antigénjeit is észleli az IR. A antigén jelenlétére az immunrendszer sokféle választ adhat, ezek spektruma a teljes toleranciától a pusztító reakcióig változhat. A tolerancia aktív folyamat, nem azonos a válasz hiányával (ignorancia). Az élővilág szempontjából érdektelen molekulák is lehetnek antigének.
Az immunrendszer feladatai A soksejtű szervezeten belül „veszélyes idegen” sejtek nem fordulhatnak elő A szervezet genetikai egységének megőrzéséhez elengedhetetlen a saját és az idegen sejtek megkülönböztetése A soksejtű lények esetében különféle sejttípusok fordulnak elő egyazon szervezetben. Az eltérő módon differenciálódott sejtek azonos genommal rendelkeznek, de igen eltérő molekuláris mintázatokat (fehérjéket, anyagcsere termékeket) tartalmaznak A genom változását (mutációk, genetikai paraziták) meg kell akadályozni, „veszélyes saját” sejteket el kell pusztítani: a genom változatlanságát az immunrendszer őrzi
Megkülönböztetési stratégiák Mérettartomány alapján történő megkülönböztetés: nagyobb a makromolekuláknál, de kisebb a vörösvérsejteknél Saját sejtek jelölése: jellemző molekuláris mintázatok (szénhidrát oldalláncok, sziálsav, MHC fehérjék, stb.)
Saját sejtekre jellemző molekuláris mintázatok Extracelluláris matrix (ECM), sejtfelszíni fehérjék, sejtadhéziós fehérjék (CAM), glikoproteinek szénhidrát oldalláncai, (sejtfal alkotó molekulák) A fehérjék szénhidrát oldalláncai az endoplazmás retikulumban és a Golgiban alakulnak ki, a glikoziláló enzimek száma, specificitása a fajra (egyedre) jellemző A szénhidrát oldalláncok fontosak a sejt-sejt felismerésben (CAM) és a saját-idegen felismerésben
A szénhidrát oldalláncokat specifikusan felismerő fehérjéket lektineknek nevezzük
Megkülönböztetési stratégiák Mérettartomány alapján történő megkülönböztetés Saját sejtek jelölése: jellemző molekuláris mintázatok A kórokozók jellegzetes molekuláris mintázatának észlelésére szolgáló molekulák: receptorok, idegeneket jelző jelfolyamatok, védekezési mechanizmusok baktériumok: lipopoliszaharidok, lipopeptidek, csillók, stb. gombák: polimannán, kitin, stb. férgek, nematódák, mételyek: kitin vírusok: kristályszerű szerkezetek növények: cellulóz, klorofill
Idegenek felismerése A toll gén mutációja következtében a Drosophila érzékennyé válik gombás fertőzésekre. A toll génnek számos homológja van gerinctelenekben, gerincesekben, sőt növényekben is.
Idegenek felismerése: toll-like receptorok Mintafelismerő receptorokra jellemzőek a leucin-gazdag ismétlődő szekvenciákból (leucine-rich repeats, LRR) álló ligand-kötő ektodomének
alfa hélixek béta redők
Megkülönböztetési stratégiák Mérettartomány alapján történő megkülönböztetés Saját sejtek jelölése: jellemző molekuláris mintázatok (sziálsav, MHC fehérjék) A kórokozók jellegzetes molekuláris mintázatának észlelésére szolgáló molekulák, receptorok, idegeneket jelző jelfolyamatok, védekezési mechanizmusok indítása Membrán-roncsoló kémiai rendszerek: komplement, defenzinek terjedést gátló mechanizmusok: véralvadás szabadgyökös pusztítás: hemoglobin, hemocianin A megtámadott „saját” sejtek vészjelzéseinek észlelése: citokinek A „saját” sejtek károsodásának, pusztulásának (stressz) érzékelése, stressz-elhárító folyamatok megindulása: ATP, IL-1, hsp fehérjék
Megkülönböztetési stratégiák Mérettartomány alapján történő megkülönböztetés Saját sejtek jelölése: jellemző molekuláris mintázatok (sziálsav, MHC fehérjék) A kórokozók jellegzetes molekuláris mintázatának észlelésére szolgáló molekulák, receptorok, idegeneket jelző jelfolyamatok, védekezési mechanizmusok indítása Membrán-roncsoló kémiai rendszerek A megtámadott „saját” sejtek vészjelzéseinek észlelése A „saját” sejtek károsodásának, pusztulásának (stressz) érzékelése, védőmechanizmusok, stressz-elhárító folyamatok megindulása Egyes „saját” molekulák mennyiségének változását (vagy pl. lokális anoxiát) észlelő rendszerek hosszabb életű magasabbrendűeknél a genetikai egység védelme (intracelluláris paraziták, mutációk, tumorsejtek ellen) elengedhetetlen
Az immunrendszer „fegyvernemei” A velünk született (természetes) immunrendszer – innate immunity genetikailag meghatározott, az evolúció során alakult ki, „hagyományos” ellenségek ellen hatásos, lassan reagál új kihívásokra, nincs memóriája, genetikailag igen költséges, nagyon megbízható Adaptív (szerzett) immunrendszer – adaptive immunity gyors, rugalmas, specifikus, emlékezik, bármilyen ellenség ellen képes védeni, egyedülálló rekombinációs genetikai háttér, tanulási folyamatot igényel, önpusztító hatását korlátozni kell A két rendszer egymásra épül, együtt működik, feltételezi egymást
Az immunrendszer sejttípusai Vérképzés: az őssejtek (HSC) aszimmetrikus osztódása – a differenciálódás kivédése progenitor: folyamatos osztódás, nincs G0 a sztrómasejtek irányító szerepe a progenitorok keletkezésében programmozott sejthalál
A természetes immunrendszer sejttípusai A természetes (innate) IR ősi, az evolúció során kialakult gének termékeivel véd, nincs memóriája A természetes IR humorális (defenzinek, citokinek) és sejtes mechanizmusokkal rendelkezik, amelyek együttműködnek A természetes IR sejtjei az elpusztított kórokozók antigénjeit bemutatják az adaptív IR sejtjeinek és meghatározzák a védekezés módját
Az immunrendszer sejttípusai: a falósejtek Makrofágok és polimorf magvúak Betolakodók elpusztítása, Szövettörmelékek eltakarítása, Antigének bemutatása Az immunrendszer működésének összehangolása: Citokinek, növekedési faktorok, kemoattraktánsok termelése
–2.3. Gergely
Az immunrendszer sejttípusai: a neutrofil granulocita A neutrofil granulociták a legnagyobb számban előforduló immunsejtek Bekebelezik, elpusztítják és megemésztik a patogéneket Reaktív oxigén gyökök, NO és HClO (hipoklorit) termelő képesség
Az immunrendszer sejttípusai: a neutrofil •
Polimorf neutrofil granulocita Staphylococcus aureus sejteket fagocitál
•
A sejtek szabadgyököket és reaktív vegyületeket termelve pusztítják el a bekebelezett organizmusokat, gyakran maguk is belepusztulnak - genny
–2.3. Gergely
A monocita és a makrofág •
Szöveti makrofág (kék) S. aureus sejteket fagocitál
•
Mintafelismerő receptoraik segítségével ismerik fel a patogéneket.
•
A mikrobiális sejtek alkotórészei is képesek aktiválni a makrofágokat
•
Monocita, Kupffer-sejt, alveoláris makrofág, hisztiocita, mikroglia, mezangiális sejt, DC, stb.
Az immunrendszer sejttípusai: a makrofág Baktériumokat fagocitált makrofág elektronmikroszkópos képe A makrofág feladata nem a behatoló mindenáron való elpusztítása, hanem alkotórészeinek bemutatása
Az immunrendszer sejttípusai: a makrofág •
A makrofág fluoreszkáló baktériumokat emészt (UV mikroszkópos kép)
•
A makrofág dendritikus sejtté tud differenciálódni
Az immunrendszer sejttípusai: dendritikus sejtek •
A dendritikus sejtek antigén felmutatásra specializálódott makrofágok
–2.3. Gergely
Az immunrendszer sejttípusai: Langerhans sejtek •
A Langerhans sejtek (itt HLA DR ellenes ellenanyaggal festve) antigén felmutató sejtek, amelyek hálózatot alkotnak az epidermiszben
–2.3. Gergely
Az immunrendszer sejttípusai: az eozinofil • •
Az eozinofil és bazofil granulociták, a hízósejtek az eukarióta paraziták és férgek elleni védelemben játszanak meghatározó szerepet. Allergiás reakciók szereplői (IgE, IL-5, hisztamin)
A természetes immunrendszer sejttípusai A természetes ölősejtek (natural killer cell, NK) a limfoid progenitorokból alakulnak ki. A természetes IR egyetlen tagja, amely limfoid eredetű A saját MHC fehérjével meg nem jelölt sejteket elpusztítják. Döntő szerepet játszanak a DC „oktatásában” így a vírusfertőzött és tumorsejtek közvetlen vagy közvetett elpusztításában
Az immunrendszer sejttípusai: a limfociták •
A T és B-limfociták az adaptív immunrendszer sejtjei,
•
Egyedülálló genetikai enzimrendszerük segítségével szinte bármilyen antigén felismerésére képesek
–2.3. Gergely
Az immunrendszer szervei csontvelő, csecsemőmirigy: tímusz, nyirokrendszer, lép, GALT (gut-associated lymphoid tissue) mandulák, féregnyúlvány Peyer-plakk, MALT (mucosal-associated lymphoid tissue) a nyálkahártya immunrendszere BALT (bronchial-associated lymphoid tissue) a tüdő immunrendszere
–2.3. Gergely
Az immunrendszer szervei: a csontvelő •
A csontvelő vérképző őssejtjei folyamatos osztódásban vannak,
•
Differenciálatlan őssejtek és progenitor sejtek egyaránt termelődnek
•
A differenciálódást és irányát a sztrómasejtek, citokinek és növekedési faktorok határozzák meg
Az immunrendszer szervei: a csecsemőmirígy A timuszban folyik a T-sejtek érése és „oktatása”. A T-sejtek túlnyomó többsége alkalmatlannak bizonyul és elpusztul még a csecsemőmirigyben. A tímuszt alkotó lobusok kérgi állománya éretlen T-sejteket és epitélsejteket tartalmaz, a velőben érett T-sejtek, DC, makrofágok és medulláris epitélsejtek vannak. A Hassal-féle testben az elpusztult sejtek lebontása folyik
Az immunrendszer szervei: a nyirokcsomó A kéregalatti rész T-sejekben, a follikulus B-sejtekben gazdag. A medullában makrofágokat és plazmasejteket találunk. A naiv B-sejtek a vérárammal érkeznek és a venulákból lépnek ki a nyirokcsomóba, majd a nyirokkal távoznak.
Az antigének a bejáramló nyirokkal, B-sejtekkel ill. makrofágok révén kerülnek a nyirokcsomóba.
A másodlagos follikulus intenzív B-sejt osztódás helye.
Az immunrendszer szervei: a nyirokcsomó •
Az antigénnel való találkozás után az aktivált Bsejtek a csiraközpontokba (germinal center) kerülnek, ahol a follikuláris dentritikus sejtek (FDC) felszínén kötött anti-génekkel és T-sejtekkel kölcsönhatva alakulnak át nagy affinitású ellenanyagokat termelni képes plazmasejtekké vagy memória-sejtekké.
Az immunrendszer szervei: a lép
A lépet tápláló artéria öbleit (sinusok) vörös pulpa veszi körül, amelyben vvt, vérlemezkék, makrofágok, granulociták találhatók. A központi arteriolák körül fehér pulpa van, ez nyirokszövet.
Az arteriolák közelében T-sejtekben gazdag zóna található, a marginális zónák B-sejtekből álló nyiroktüszők.
Az immunrendszer szervei: a Peyer- plakk •
A nyálkahártya epitélsejtek közt elhelyezkedő különleges M-sejt bazolaterális felszínén kialakult „zsebben” makrofágokat, T- és B-sejteket találunk.
•
A felvett antigén hatására a Peyer-plakk follikulusaiban levő B-sejtek IgA termelő plazmasejtekké alakulnak. Az IgA molekulákat az epitélsejtek transzcitózissal a nyálkahártya felszínére juttatják
