RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie, PřF UP Olomouc

RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie, PřF UP Olomouc

Studijní materiály na: http://www.zoologie.upol.cz/zam.htm

Prezentace navazuje na základní znalosti Biochemie a cytologie. Bezprostředně navazuje na přednášku:  Specifická imunita-úvod  Specifická imunita-T a B lymfocyty

Symboly označující animaci resp. video (dynamická prezentace daného fyziologického procesu). Plnohodnotné animace (videa) spolu s podrobným výkladem studenti uvidí na přednáškách popř. praktických cvičeních. Varianta pro tisk, která je k dispozici na internetu obsahuje jen statické popisy těchto procesů.

*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

TOLERANCE

IMUNITNÍ DOHLED

VLASTNÍ NORMÁLNÍ BUŇKY A MOLEKULY

VLASTNÍ, PATOLOGICKY ZMĚNĚNÉ BUŇKY

Imunitní systém rozpoznává:

CIZORODÉ ČÁSTICE Brání jejich vstupu do organismu. V těle pak cizorodé částice inaktivuje a ničí

OBRANYSCHOPNOST



SPECIFICITA imunitního systému Základní vlastností adaptivního imunitního systému je

Složky specifického imunitního systému od sebe rozpoznají dvě různé molekuly na základě velmi malých rozdílů v jejich molekulární struktuře *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

POLYMORFISMUS imunitního systému Složky (molekuly) imunitního systému, které rozpoznávají potenciální antigeny se vyskytují v obrovském množství variant

(Greek: poly =many, morphe =shape, structure)

Spektrum molekul stejné funkce, které se líší svojí strukturou označujeme jako


GENETICKÝ POLYMORFISMUS Široký repertoár molekul imunitního systému zajišťuje

POLYMORFNÍ GENY

NEPOLYMORFNÍ GENY

U různých jedinců téhož druhu se vyskytuje mnoho forem téhož genu, tzv. alelické varianty, resp. alely

Jsou reprezentovány jedinou sekvencí nukleotidů u všech jedinců daného druhu *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Imunogenetika - interdisciplína Obor zabývající se studiem GENŮ uplatňujících se při formování složek imunitního systému se nazývá:

Studuje např.: • geny imunoglobulinové rodiny („superfamily“) • mechanismy uplatňující se při formování polymorfních molekul • HLA systém a geny, které je kódují • Vazby HLA molekul na různá onemocnění


Membránový receptor B lymfocytu

IMMUNOGLOBULINY [ protilátky ]

Membránový receptor T lymfocytu

membránové glykoproteiny *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Receptory lymfocytů, imunoglobuliny

Membránové receptory B lymfocytů

IMMUNOGLOBULINY [ protilátky ]

Membránové receptory T lymfocytů

Při formování se uplatňují:  Vysoce polymorfní geny  Další specifické genetické mechanismy zvyšující polymorfismus: přeskupování genů alelická exkluze *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Mechanismus dosažení bohatého repertoáru Každý specifický receptor (protilátka) nemůže být z kapacitních důvodů kódován samostatným genem. K odvození vysoce variabilních proteinů se evolučně vyvinuly speciální genetické mechanismy:

( gene rearrangement )

Mechanismy probíhají na genové úrovni během diferenciace lymfocytů *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

OBECNÉ ZNAKY VÝVOJE LYMFOCYTŮ Růst.faktory Inic.přesku- Proliferace pování genů

APOPTÓZA

Aktivace transkripčních regulátorů

HSC

Exprese 1 řetězce receptoru

Proliferace

Exprese kompletního receptoru

POZITIVNÍ a NEGATIVNÍ selekce

Slabá vazba s vlastním antigenem

APOPTÓZA

ZRALÝ lymfocyt

IL-7

PRO- B/T Lymfocyt (lymfoidní Prekurzor)

Diferenciace efektorových lymfocytů

PRE B/T Lymfocyt 1 řetězcový receptor

NEZRALÝ lymfocyt

EFEKTOROVÁ buňka Silná vazba s vlastním antigenem

APOPTÓZA

Vývoj na antigenu nezávislý Primární lymfatické orgány (kostní dřeň, thymus)

VLASTNÍ antigeny

CIZÍ antigeny Periferie




Náhodná somatická úprava genů zajišťující maximální diversitu podloženou relativně malým počtem genů v zárodečné DNA

 Probíhá v primárních lymfatických orgánech  Probíhá ve dvou fázích:  Přeskupení a exprese genů pro tězký řetězec (B-lymfocyt) resp. βřetězec (T-lymfocyt)  Přeskupení a exprese genů pro lehký řetězec (B-lymfocyt) resp. α řetězec (T-lymfocyt) *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

GENY KÓDUJÍCÍ ŘETĚZCE IMUNOGLOBULINŮ (BCR) a TCR Chromozomy č. 2, 7, 14 a 22

Variabilní oblast

Konstantní oblast

CHROMOZOM č. 14

Ig (BCR) těžký řetězec (μ)

B Lymfocyt

V

D

J

C Chromozomy obsahují

genové segmenty V, D, J a C

CHROMOZOM č. 2 () a 22 ()

Ig (BCR) lehký řetězec (κ a λ )

V

J

C

J

C

J

C

CHROMOZOM č. 7

TCR  řetězec

T

V

D

Lymfocyt CHROMOZOM č. 14

TCR  řetězec V


STRUKTURA GENOVÝCH SEGMENTŮ H-řetězce Segment V kóduje AMK č. 1-101

Segment D kóduje AMK č. 102-106

„variabilita“ > 100

„diversita“ ~ 50

V

5´konec

D

Segment J kóduje AMK č. 107-123 „joining“ 9

J

Geny kódující konstantní část

C

3´konec

Charakteristické sekvence nukleotidů na konci jednotlivých úseků Jsou rozpoznávány enzymy provádějícími přeskupování


PŘESKUPOVÁNÍ GENOVÝCH SEGMENTŮ „variabilita“ > 100

„diversita“ ~ 50

V

„joining“ 9

D

J

Geny kódující konstantní část

C

D–J přeskupení V – D přeskupení Sestříh intronů (splicing) V – D – J přeskupená DNA, která slouží k trankripci do mRNA a translaci do proteinu *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

SPOJOVACÍ VARIABILITA  Lymfocyt-specifický enzym rekombináza (recombination-activating gene Rag-1, Rag-2) odstřihne část DNA mezi určitými úseky

V segment C

G

A

A

T

G

C

C

G

C

G

C

G

T

A

T

A

T

A

A

T

A

T

A

T

G

C

G

C

G

C

C

G

C

G

C

G

T

A

T

A

T

A

T

A

T

A

T

A

G

D segment G

T

A

C

G

A

G

T

A

C

G

A

C

A

A

G

T

T

A

 V případě asymetrie je podle delšího vlákna DNA syntetizováno vlákno komplementární – tzv. P úsek  Další nukleotidy (bez komlementárního vlákna) můžou být náhodně vloženy meri spojované části zárodečné DNA – tzv. N úsek (TdT – terminal deoxynucleotidyl transferase) *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

TĚŽKÝ ŘETĚZEC

LEHKÝ ŘETĚZEC

Zárodečná DNA Vyštěpení úseku D - J Vyštěpení úseku V - D Primární RNA transkript Sestřih intronů (splicing)

mRNA Translace

Polypeptidický řetězec




Proces umožňující expresi jen jedné z rodičovských alel kódujících řetězce receptorů T a B lymfocytů

 Zajišťuje existenci výhradně jedné varianty receptoru u jednoho klonu lymfocytů


ALELICKÁ EXKLUZE Přeskupování genových segmentů kódujících řetězce imunoglobulinů probíhá současně na obou homologních chromozomech

STOP

Čitelná V-D-J-C sekvence

Přeskupování na párovém genu se zastavuje

Po dosažení čitelné sekvence u jedné alely, dochází k zastavení procesu u homologního chromozomu (proteinový produkt první úspěšně rekombinované alely zastavuje rekombinaci na homologním chromosomu) *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*



Testování síly vazby lymfocytu s vlastními antigeny a MHC molekulami



Eliminace potenciálních autoreaktivních resp. nefunkčních klonů lymfocytů


SELEKCE během zrání lymfocytárních receptorů

Sekvence variabilních oblastí BCR resp. TCR vznikají

Aby byly z repertoáru vyloučeny případné autoreaktivní kombinace, probíhá během zrání přísná

NEGATIVNÍ a POZITIVNÍ SELEKCE Většina nově vzniklých lymfocytů zaniká ještě v primárních lymfatických orgánech (jejich receptor je testován buď jako autoreaktivní nebo nefunkční) *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Negativní a pozitivní selekce B a T lymfocytů

Neváže vlastní antigeny

Silná vazba s vlastním antigenem

Negativní selekce

Žádná vazba s vlastní MHC a antigenem

Negativní selekce

EFEKTOROVÁ buňka

APOPTÓZA Eliminace autoreaktivních klonů


APOPTÓZA Eliminace nefunkčních klonů

Slabá vazba s vlastní MHC a antigenem

Silná vazba s vlastní MHC a antigenem

Pozitivní selekce

Negativní selekce

APOPTÓZA Eliminace autoreaktivních klonů



Probíhá u zralých B lymfocytů v periferii (lymfoidních folikulech)

 Preference mutantů s vysokou afinitou k antigenu


SOMATICKÁ MUTACE (jen u BCR) Probíhá v lymfoidních folikulech, pokud dojde ke styku zralého B lymfocytu s antigenem na povrchu folikulárních dendritických buněk.

Aktivací indukovaná cytidin deamináza (AID) během transkripce úseku genů kódující variabilní část Ig řetězců Odstraňuje v transkribovaném vláknu DNA aminoskupiny Tato změna vede finálně k náhradě páru

C-G za pár T-A Během tohoto mutačního procesu jsou selektovány mutanty s vysokou afinitou k danému antigenu *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

NAVÝŠENÍ VARIABILITY BCR a TCR Růst.faktory Inic.přesku- Proliferace pování genů

Exprese 1 řetězce receptoru

Proliferace

Exprese kompletního receptoru

POZITIVNÍ a NEGATIVNÍ selekce

Diferenciace efektorových lymfocytů Somatická Mutace (B cell)

APOPTÓZA

Aktivace transkripčních regulátorů

Slabá vazba s antigenem

APOPTÓZA

ZRALÝ lymfocyt

IL-7

EFEKTOROVÁ buňka Silná vazba s antigenem

HSC

PRO- B/T Lymfocyt (lymfoidní Prekurzor)

PRE B/T Lymfocyt 1 řetězcový receptor

NEZRALÝ lymfocyt

Přeskupování genových segmentů Spojovací variabilita Alelická exkluze Vývoj na antigenu nezávislý Primární lymfatické orgány (kostní dřeň, thymus)

APOPTÓZA

VLASTNÍ antigeny

CIZÍ antigeny Periferie


CELKOVÁ DIVERZITA

IMUNOGLOBULINY

TCR ()

~ 1014

~ 1018 *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*


= ajor

istocompatibility

omplex

 Skupina genů na 6. chromozomu (u člověka)  Kódují membránové glykoproteiny, tzv. MHC molekuly,  MHC molekuly jsou u člověka označované také jako HLA systém (= Human Leukocyte Antigens)

VÝSKYT

MHC rep. HLA molekuly se u člověka vyskytují na všech jaderných buňkách v těle

Typy MHC molekul

MHC glykoproteiny I. třídy MHC glykoproteiny II. třídy *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

AtraktivníBiologie I.Fellnerová, PřF UP Olomouc

Funkce MHC molekul  Vázat peptidové fragmenty proteinů  Prezentovat je (vystavovat) na buněčný povrch, kde je analyzují T lymfocyty – imunologický dohled MOLEKULY

MOLEKULY

Váží proteiny endogenní, syntetizované buňkou (normální, patologické, virové)

Váží proteiny exogenní fagocytované buňkou (proteiny patogenů)

Aktivují cytotoxické Tc lymfocyty, které mají CD8 koreceptor

Aktivuji pomocné Th lymfocyty které mají CD4 koreceptor


Stavba MHC molekul *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

MHC II

MHC I Transmembránový řetězec  se třemi doménami (1 2 3) a řetězec 2 mikroglobulinu

2

Transmembránový řetězec  (domény 1 2) a transmembránový řetězec  (domény 1 2)

1

1

1

2

2

Místo pro vazbu s antigenem

3

2

Každá jaderná buňka

Antigen prezentující buňka

T lymfocyty: prezentace antigenu *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

APC (Antigen prezentující buňka)

Zprostředkování imunitní odpovědi

Komplex MHC-antigen

Sekrece cytokinů

T cell

T cell

T cell

T cell T cell T cell T cell

ANTIGEN

ZPRACOVÁNÍ

PREZENTACE

STIMULACE

PROLIFERACE

antigenu

antigenu

T lymfocytu

T lymfocytů

T lymfocyt T-lymfocyt se váže s antigenním determinantem peptidu

Receptor T lymfocytu

Polymorfní oblast MHC molekuly

PEPTID

Část peptidu vážící ho se s MHC molekulou Vazebné místo pro antigenní peptid na MHC molekule

MHC protein antigen prezentující buňka *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Geny kódující MHC (HLA) glykoproteiny jsou vysoce

U člověka leží na 6. chromozomu


Struktura lidských MHC genů

MHC II

lokus

(izotypy DP, DQ, DR)

DP

DQ

DR

A 20 B 107

A  25 B  56

A3 B  439

MHC I lokus „MHC III“ lokus

proteiny komplementu a cytokiny

(izotypy A, B, C)

B

C

A

 563

 176

 309

Počty alelických forem na jednotlivých lokusech *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Genes coded MHC class II molecules

Genes coded complement proteins

Genes coded proteasomes (proteins involved in antigen processing and presentation) Class I molecules

Class I-like molecules

Genes induced in response to cellular stres (heat shock proteins) *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Identifikační kód HLA molekul LOKUS

ALELICKÁ VARIANTA (sekvence AMK)

PROTILÁTKA použitá pro detekci

HLA-B

HLA-B*1301 HLA-B*1302 HLA-B*1303 HLA-B*1304 HLA-B*1305 HLA-B*1306

HLA-B13

Lokus

HLA-B* 13 06

Číslo sekvence

První dvojciferné číslo udává sérologickou specificitu

Více alelických variant HLA molekul může mít shodnou sérologickou specificitu *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Extrémní polymorfismus lidských MHC genů

Srpen 2000 (Nomenclature Committee for Factors of HLA system)

Zdroj: CH. A. Janeway & all.: IMMUNOBIOLOGY, the immune system in health and disease

5th eddition, 2001

Říjen 2009: Úplný seznam HLA alel HLA 1. tř. :

http://hla.alleles.org/class1.html

HLA 2. tř. :

http://hla.alleles.org/class2.html *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Jen jednovaječná dvojčata zdědí shodnou kombinaci MHC molekul

MHC moleculy jsou kódovány obrovským množstvím alel

Lidé se od sebe liší spektrem (kombinací) MHC proteinů

Statisticky je vysoce nepravděpodobné aby dva nepříbuzní měli stejnou kombinaci MHC proteinů *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Příbuzenské křížení značně zvyšuje podobnost jedinců v MHC molekulách vznikají tzv.

Jedinci jsou považovaní za geneticky shodní – u myší po 20ti generacích Využití ve výzkumné praxi jako snadno definovatelný experimentální materiál



PRAKTICKÝ VÝZNAM MHC MOLEKUL Konkrétní formy MHC molekul exprimované jedním člověkem mohou být druhým vnímány jako cizorodé proteiny – antigeny – proti kterým je iniciována imunitní odpověď (jsou rozpoznány T lymfocyty)

DÁRCE

PŘÍJEMCE

NESHODA

HLA-A1 HLA-A7 HLA-B12 HLA-B26

!

A7

B12

!

A39

B18

B26 A1

!

HLA-A3 HLA-A39 HLA-B18 HLA-B26

A3

B26

MHC jsou zodpovědné za postransplantační reakce *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

ZÁKLADNÍ POJMY TRANSPLANTACE je přenos buněk, tkání nebo orgánů (tzv. ŠTĚP), mezi DÁRCEM a PŘÍJEMCEM  AUTOLOGNÍ štěp Štěp transplantovaný z jednoho místa na jiné místo téhož jedince  SYNGENNÍ štěp Štěp transplantovaný mezi geneticky identickými jedinci (jednovaječná dvojčata, imbrední linie)

 ALLOGENNÍ štěp Štěp transplantovaný mezi dvěma jedinci téhož druhu  XENOGENNÍ štěp Štěp transplantovaný mezi dvěma jedinci různých živočišných druhů *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

MHC jako ALOANTIGENY Molekuly alogenního štěpu, které jsou příjemcem rozpoznány jako cizorodé jsou označovány jako

Aloantigeny stimulují jak buněčnou, tak humorální imunitní odpověď *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Rozpoznání cizích MHC molekul Cizorodé MHC molekuly (alogenní molekuly dárce) jsou prezentovány imunitnímu systému příjemce dvěma způsoby:

 PŘÍMÁ prezentace Cizorodé MHC proteiny (pocházející ze štěpu dárce) spolu s navázaným proteinem přímo stimulují T lymfocyty příjemce. Alogenní MHC molekuly dárce s navázaným peptidem napodobují (imitují) v tomto případě antigenní determinant formovaný vlastními MHC molekulami příjemce vázanými na cizorodý protein.

 NEPŘÍMÁ prezentace Cizorodé MHC molekuly dárce jsou fragmentovány a prezentovány antigen prezentujícími buňkami příjemce. Cizorodé MHC glykoproteiny Jsou prezentovány T lymfocytům příjemce jako běžný cizorodý protein.


RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie, PřF UP Olomouc

Recommend Documents