Molekulární základy buněčné imunity
Buňky specifické a nespecifické imunity 1
Jekkyl & Hyde
2
Cíle buněčné imunity Viry Plísně Paraziti Cizí tkáně
3
Buňky - exekutoři
4
Diferenciace pluripotentní hematopoetické kmenové buňky kostní dřeně
Diferenciace a funkční aktivace subpopulací – lokální mediátory, kontaktní komunikace 5
Monocyty & Makrofágy
6
HLAVNÍ TYPY FAGOCYTUJÍCÍCH BUNĚK SAVCŮ Profesionální fagocyty neutrofily (PMN leukocyty) – žijí krátce monocyty – makrofágy (MNC) – žijí déle
Paraprofesionální fagocyty dendritické buňky - APC fibroblasty, epiteliální buňky, glie 7
Dendritické buňky nezralé – ve většině tkání – pohlcení a processing Ag zralé – nefagocytují – po migraci do lymfoidních orgánů prezentují antigen naivním T buňkám
Stimulace zrání dendritických buněk: mikrobi, jejich produkty a cytokiny
8
Dendritické buňky atrahují další imunitní buňky
Makrofágy Neutrofily NK Nezralé dendritické buňky Lymfocyty 9
Mononukleární fagocyty • Pojivová tkáň • Plíce • Trávicí ústrojí • Játra • Slezina • CNS 10
RECEPTORY FAGOCYTŮ MHC I a II CD13 (APN) Fc receptor CD14 (váže LPS) – hlavně monocyty, MF ztrácejí Receptory pro komplement Lektiny Enzymová výbava…. 11
JAK FAGOCYTY ROZPOZNAJÍ PATOGEN Detekce konservovaných molekulárních struktur, nezbytných pro mikrobiální fyziologii PAMPs = pathogen-associated molecular patterns Nejsou unikátní pro patogeny Invariantní u všech mikroorganismů určité třídy 12
Příklady PAMPs: Lipopolysacharid (LPS) – Gramnegativní bakterie Peptidoglykany – Grampozitivní bakterie Glukany, manany – kvasinky a plísně
13
PATTERN RECOGNITION RECEPTORS PRRs = Tool-like receptors (TLR 1-12) Sekretované váží PAMPs mikrobiálních povrchů, „označí“ mikroby pro destrukci komplementem nebo fagocytózou Na buněčných površích aktivují po rozpoznání PAMPs signalizační dráhy indukující antimikrobiální efektorové odpovědi a zánět (IC Ca2+ , PKC…. – sekrece CK)
14
Rozeznání „vlastního“ „vlastního Infekce, transformace a stress indukují expresi molekulárních markerů - cílů NK, CD8+ a myeloidních buněk:
„Signály asistované sebevraždy“ MICA – MHC class I-related chain A ULBP - UL16 binding protein 15
Zabíjení mikroba fagocytem
16
POHLCENÍ PATOGENU Fagosom (kyselé prostředí) + lysosom (enzymy) ⇒ fagolysosom Některé patogeny inhibují fúzi RESPIRAČNÍ (oxidační) VZPLANUTÍ: Role NADPH oxidasy a pentosového cyklu, specifická aktivace, produkce O2- , H2O2 OCl -, OH. “úklid”: spont dismut a SOD: O2- + O2- + 2H+ -> H2O2 + O2 myeloperoxidasa a glutathionperoxidasa eliminuje H2O2 Defensiny, cathepsiny, antiproteasy…… 17
Výsledek fagocytosy phagocytosis degradation
Destruction
Influenza virus
phagocytosis persistence
Persistence
HIV
phagocytosis
Replication
replication
Virulent HIV Dengue virus 18
Funkce MF: Souhrn Detekce mikrobiální invaze Zabránění šíření mikrobů, fagocytóza, tvorba granulomu, intracelulární zabití Atrakce buněk imunitního systému k místu infekce Antigen prezentující buňky (procesing a prezentace antigenu) Efektorové buňky – zvýšená fagocytóza Účast v humorální imunitě 19
FAGOCYTY – DVOUSEČNÝ MEČ
EC uvolnění oxidantů a enzymů může poškodit tkáně Prozánětlivé mediátory TNFα α a IL-1 indukují horečku, chátrání a septický šok AI onemocnění - prezentací mikrobiálních epitopů zkříženě reagujících s vlastními Ag „Trojský kůň“ – disseminace patogenů Persistentní infekce ⇒ chronický zánět 20
T-lymfocyty vývoj v thymu, osídlují sekundární lymfatika, 70% Ly krve Buněčná specifická imunita Regulují další buněčné typy Specifitu zajišťuje membránový receptor TcR s CD3 Diferenciace – vývoj CD výbavy Podle povrchových markerů a funkce - 4 subpopulace:
• Pomahačské (TH), CD4+ • Supresorové (TS), CD8+ • Cytotoxické (TC), CD8+ • Paměťové
21
TH Th1: Aktivace makrofágů s IC parazity. IFNg Th2: indukuje diferenciaci B buněk v plazmatické bb. IL4,5,10 Th1 a Th2 – antagonismus!
IL-2 - mocný proliferační faktor, rekrutuje bb likvidující Ag Autokrinně stimulovaná TH klonální expanse HIV usmrcuje TH - syndrom získané imunodeficience
22
Supresory potlačení imunitní reakce ukončení reakce po likvidaci Ag, ochrana před autoagresí!!!! navození imunotolerance!!!!
Cytotox
specificky ničí cíl exprimující Ag s MHC I perforin + granzym B - degradace DNA, apoptóza Fas ligand TC - vazba na FasR cíle K navození apoptosy nezbytná kontaktní interakce
Memory
produkovány během klonální expanze T dané specifity, přežívají po ukončení imunitní reakce
zásoba klidových Ly nesoucích TcR s afinitou k Ag, při opětovné exposici stejného Ag tento rozpoznán a vázán paměťovými Ly; 23 Akcelerace opakované odpovědi
B-Lymfocyty: Vývoj v tkáních analogických Bursa Fabricii ptáků, poté osídlují sec. lymfatické orgány; u savců kostní dřeň, GIT (Peyerovy plaky v ileu, appendixu) a tonzily Reakce Ag s membránovým Ig receptorem (BcR) Bez MHC restrikce, imunogenní i „nenaporcované“ Ag B buňky (CD20+) maturují v: Plazmatické buňky Paměťové B-buňky 24
Paměťové B buňky Minoritní subpopulace Osídlují přednostně slizniční povrchy, „čekají“ na Ag Po navázání Ag indukuje sec odpověď Expanze klonu potřebné specifity
Plazmatické B buňky Abs Ig stejná specifita jako BcR B-Ly, jehož blastická transformace vedla ke vzniku plazmatických bb
25
NK cells, „LGL“ Receptor? CD3-, CD8-, CD 56, CD16, Fc Krev, kostní dřeň, slezina, lymfatika Geneticky separátní – Severe Combined ImmunoDeficiency – NK OK! Cytotoxicita bez MHC restrikce (protinádorová aktivita), „dozor“ Překryvy účinků subpopulací, dynamika, Lymphokine Activated Killer activity – indukovaná protinádorová aktivita Protivirová obranafunkční spíše
a diferenciační než
Též Ab-Dependent Cellular Cytotoxicity (dříve atribut K cells, které dnes „neexistují“….) Secernují řadu cytokinů
morfologické zákonitosti a rigidní linie
26
Buněčná odpověď – Co kdo dělá s kým I. • APC – ingesce Ag, degradace, presentace v kontextu s MHC II (ne každý fragment Ag je imunogenní) • Helper T buňka rozpozná kontext s MHC II • Pouze T buňka interagující s APC exprimují IL 2R (zábrana nekontrolovanému množení klonu) • Klonální selekce T buněk autostimulována IL 2 • Klonální selekce T buněk stimulována IL1 z APC 27
Buněčná odpověď – co kdo dělá s kým II. Cytotoxická T buňka – rozpozná kontext MHC I s Ag nebo samotný „cizí“ MHC I Aktivované Ly zpětně regulují MF (CSF, Ils, IF)
Oboustranná komunikace
28
Fagocytóza Ag vázaný na MHC II je zabudován do membrány APC
Ma
rER
MHC II patogenní částice (baktérie, viry)
Ag fagolyzosom
Antigen prezentující buňka
lyzosom fagosom 29
IL-1
APC
TH-Ly
CD-3 MHC II
Ag
TCR
CD-4 30
Klíčová role TH-lymfocytů IL-2
NK
TH-Ly TC
Plazmatické buňky Paměťové buňky
B 31
Subcelulární instrumenty
32
T a B receptory
33
Analogie s imunoglobuliny: Společný předek? 2 glykosylované polypeptidické řetězce (α,β,γ,δ), C a V doména na obou Somatická rekombinace „VDJ“(RAG 1,2, rekombináza V/(D)/J ….) Klonální varianty „Konfekce pro každý případ“ T: Funkční asociace s CD3 (komplexní aktivační molekula Tcells) Stimulace BCR i TCR: – hydrolýza fosfatidylinositolbisP fofolipasou – DAG a IP3 – IC Ca2+ - PKC – transkripční faktory – sekrece cytokinů, GF 34
CD8 T cytotoxické, T supresorové S dalšími T receptory rozpoznává MHC I Tyrosinkinasová signalisace
35
CD4 Transmembránový monomerní glykoprotein TH Rozpoznává – s dalšími T receptory – MHC II Tyrosinkinasa Receptor HIV …….. A koreceptory……..CDs, ICAMs etc… … a mnoho spekulací 36
Kostimulační molekuly Pozitivní i negativní CD80, 86, 87, 40 atd Kontext a komunikace mezi APC A Tc Terapeutické cíle!
37
Downregulace T buněčné odpovědi • Aktivní proces – apoptosa • T buňky exprimují Fas • Fas ligand na stejné či jiné buňce • Porucha: chronické záněty, AI
38
Hlavní histokompatibilní komplex MHC (Human Leukocyte Ags - HLA) • Antigen předkládající buněčné znaky • Odlišení vlastního od cizího MHC I • Odlišení APC - buněk od ostatních: MHC II • Přežít jen ti, kdo správně rozpoznávají… ne vždy… • Duplikace a mutace genového rodiče? • Jednovaječná dvojčata identická • MHC III – komplement – nemembránové molekuly • Složitá nomenklatura a organisace genů…. 39
Geny HLA jsou nejvíce polymorfní ze všech známých systémů
Známy desítky alelických variant každého typu
Z těchto variant každý dědí v každém typu 2 alely, což dohromady tvoří tisíce možných kombinací. 40
klasické MHC I
– HLA-A, HLA-B, HLA-C
neklasické MHC I
– HLA-E, HLA-F, HLA-G
MHC II
– HLA-DR, HLA-DQ, HLA-DP
Haplotyp je kombinace alel každého HLA locusu na jednotlivém chromozomu.
41
Základní funkce MHC: vázat peptidové fragmenty produkované buňkou (MHC I)
vázat peptidové fragmenty pohlcené buňkou (MHC II)
navázané peptidové fragmenty prezentovat T-lymfocytům
OBRATLOVCI
42
Ag a HLA • antigeny, předkládány imunitnímu systému v kontextu s HLA molekulami, pocházejí jednak z extracelulárního prostředí (vnější antigeny), jednak jsou lokalizovány uvnitř buňky (vnitřní antigeny) • povaha vnitřních a vnějších antigenů se výrazně liší, každý indukuje zcela jiný typ imunitní reakce • vnitřní antigeny jsou prezentovány v souvislosti s HLA I. třídy • vnější antigeny jsou prezentovány v souvislosti s HLA II. třídy 43
MHC I: „Transplantační antigeny“ • Autologní transplantace: lze, allo a heterologní: těžko • Lokusy vysoce polymorfní v populaci jednoho species, udržuje genetickou rozlišnost • 2 řetězce • Transmembránové glykoproteiny všech jaderných (málo CNS) buněk • Struktura pro rozpoznávání a vazbu • Presentace IC Ags (viry, Neo) opracovaných proteasomy • Presentace Ag fragmentů pro CD8 T ly – HLA restrikce • Superrodina s MHC II, Ig, T receptory a řadou CD 44
MHC II • Heterodimer, 3 typy DR, DQ, DP • Polymorfie (interindividuální) • Exprese na B ly, aktivovaných T ly, APC, někdy anomální exprese jinými aktivovanými buňkami • Předkládání Ag pro T CD4 cells • Komunikace mezi imunitními buňkami • Presentace EC Ags opracovaných v endosomech 45
HLA a nemoc • • • •
Nejasná příčina a PF mechanismus - hypothesy Dědičné se slabou penetrací – relativní rizika Spojeny s dalšími imuno abnormitami Malý nebo žádný vliv na reprodukci
• Individuální podoba – alelická forma (zejména HLA II)– význam pro vnímavost některých chorob - IDDM, sprue, revmatologická onemocnění vs Protekce před jinými - malárie 46
47
