PATOFYZIOLOGIE HYPERSENZITIVITY A AUTOIMUNITY 11. 4. 2018 Beyond Gene Discovery in Inflammatory Bowel Disease: The Emerging Role of Epigenetics Gastroenterology. 2013 August;145(2):293-308. Současný pohled na patogenezi nemocí •Virulence některých parazitů podmíněna přítomností některých bakterií (E. histolytica a E. coli nebo S. dysenteriae. •Vnímavost hostitele k virové infekci je podmíněna zvláštní konfigurací mikroorganismů •Infekce herpesvirem může podmiňovat resistenci vůči některým bakteriálním infekcím. •Antibiotika mohou signifikantně změnit složení mikroflóry. •Jasná korelace zjištěna mezi mnohými nemocemi a dysbiózou. •Široké užívání antibiotik může být významné ve vztahu k dramatickému nárůstu autoimunnich nemocí v posledních letech. •Parazitární infekce naopak podporují resistenci vůči rozvoji autoimunitních nemocí. EFEKT INTERAKCE BAKTERIÍ, VIRŮ A EUKARYOT VE ZDRAVÍ A NEMOCI 25.4.2018 3 Cell 2012; 148: 1258–1270 ROZVOJ STŘEVNÍ MIKROFLÓRY 25.4.2018 4 Až do porodu je GIT plodu sterilní, po narození začíná kolonizace GIT novorozence. Podle typu porodu se tato iniciace podobá kolonizaci kůže (cisařský řez) nebo kolonizaci vaginální (vaginální porod). Během prvních týdnů života je snížena aktivita TLR, což zřejmě umožní stabilizaci střevní kolonizace. Po zavedení pevné výživy se zvyšuje diverzita střevní mirkoflóry a střevní kolonizace se začíná podobat dospělému jedinci. V té době se imunitní systém „učí“ rozlišovat mezi „hodnými“ a patogenními bakteriemi. V dospělém věku je dosaženo relativně stabilního (interindividuálně odlišného) složení střevní mikroflóry, s dominantním zastoupením Bacteroidetes a Firmicutes. Různé nemoci se signifikantně liší změnami ve střevní mikroflóře a produkci cytokinů v GIT. Cell 2012; 148: 1258–12 Probiotics demonstrating a beneficial effect in clinical studies of eczema. Type of clinical study Probiotic Treatment Lactobacillus rhamnosus GG Lactobacillus rhamnosus HN001 Lactobacillus sakei KCTC Lactobacillus acidophilus La-5 Lactobacillus acidophilus* Lactobacillus salivarius LS01 Lactobacillus fermentum VR1 Bifidobacterium lactis Bb12 Bifidobacterium lactis UABLA-12** Bifidobacterium bifidum Prevention Lactobacillus rhamnosus GG Lactobacillus rhamnosus LC705 Lactobacillus paracasei F19 Bifidobacterium breve Bb99 Propionibacterium freudenreichii*** Pivotal roles of vitamins in the maintenance of immunologic homeostasis in the gut. Vitamin A-derived retinoic acid promotes the differentiation of naive T cells to Treg cells and simultaneously inhibits the induction of Th17 cells in the steady state. Like retinoic acid, Vitamin D (as an active form1α,25-dihydroxyvitamin D3) inhibits the production of proinflammatory cytokines such as IFN-γ, IL-17 and IL-21 from T cells together with the promoted differentiation of Treg cells. It also prevents differentiation and maturation of DCs and increases the expression of tight junction protein such as claudins in the epithelial cells. Upon the differentiation of Treg cells, they express high levels of vitamin B9 receptor (folate receptor 4, FR4), which essential for their survival. α-tocopherol, an isoform of vitamin E, can inhibit T cell infiltration into intestine through the negative regulation of signal transduction from VCAM-1 and ICAM-1 by antagonizing protein kinase C. Immune Netw. 2017 Feb;17(1):13-19. Vitamin A is converted to retinoic acid by retinal dehydrogenases (RALDH) expressing dendritic cells in the Peyer's patches, which induces the expression of gut homing molecules (α4β7 integrin and CCR9) on antigenprimed cells (e.g., IgA+ B cells) and allows them to traffic into the intestinal lamina propria. In the lamina propria, IgA+ B cells differentiate into IgA-producing plasma cells. IgA is then transported into the intestinal lumen, where it binds to pathogens to inhibit their invasion and function. Vitamin B1 is essential for energy metabolism, especially maintenance of TCA cycle, and therefore associates with maintenance of naive B cells which utilize predominantly TCA cycle for energy generation. Vitamin B2 also involves in the energy metabolism of immune cells. In addition, bacterial metabolite of vitamin B2 activates mucosal associated invariant T (MAIT) cells via the presentation by major histocompatibility complex (MHC) related protein MR1. Vitamin D enhances production of antimicrobial peptides from Paneth cells and macrophages via vitamin D receptor, which provides an additional immunosurveillance system. Various roles of vitamins in the regulation of gut immunity Immune Netw. 2017 Feb;17(1):13-19. IMUNITNÍ SYSTÉM A JEHO FUNKCE snížená resistence k infekcím patologická reakce na vnější antigeny patologická reakce na vnitřní antigeny snížený imunitní dohled imunodeficience alergie autoimunita onkologická onemocnění rozlišuje užitečné a škodlivé zajišťuje obranu organismu zajišťuje imunitní dohled navozuje mechanismy tolerance The loss of universal helminth infection as occurred in earlier human evolution may alter the numbers or types of bacterial and fungal commensals and thus affect normal mucosal tissue homeostasis. In susceptible or highly exposed individuals, such alterations might alter the balance between immunotolerance, immunosurveillance and nutrient extraction. This imbalance may contribute to the appearance of inflammatory systemic dysregulation at mucosal surfaces, resulting in increases in asthma and allergic diseases, particularly in the setting of environmental changes that have increased exposure to indoor allergens and pollutants, and even to increases in obesity, which can be a risk factor for severe asthma. PROTILÁTKOVÁ ODPOVĚĎ-ČASOVÝ PRŮBĚH HLA - VÝVOJ IMUNITY  HLA jsou membránové glykoproteiny, které představují vrchol organizace fungování imunitního systému  ve vývoji imunitního systému se objevují až u obratlovců HLA – MHC-6P21.3  HLA molekuly jsou zodpovědné za histokompatibilitu slučitelnost tkání  kombinace HLA molekul je unikátní u každého jedince  jediný příklad shody HLA molekul představují jednovaječná dvojčata  HLA molekuly jsou zodpovědné za odvržení transplantátu  histokompatibilní molekuly v této situaci fungují jako antigeny, které vyvolají imunitní odpověď zaměřenou na odvržení štěpu  v této souvislosti se tyto molekuly nazývají transplantační či histokompatibilní antigeny . STRUKTURA HLA MOLEKUL  HLA molekuly se dělí na 2 hlavní třídy: I. a II. třídy  HLA molekuly obou tříd jsou glykoproteiny, heterodimery, složené ze dvou řetezců  Struktura HLA molekul obou tříd umožňuje vazbu antigenu a kontakt s receptory T lymfocytů HLA GENY  mezi HLA III.třídy patří složky komplementu, TNF, HSP a další HLA oblast D HLA III.třídy B C E A G F DP DQ DR chromozom 6 HLA A ANTIGENY  antigeny, které jsou předkládány imunitnímu systému v kontextu s HLA molekulami, pocházejí jednak z extracelulárního prostředí, tak zvané vnější antigeny, jednak jsou lokalizovány uvnitř buňky, tak zvané 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 PREZENTACE ANTIGENU  Antigeny jsou molekuly, které vyvolají imunitní odpověď.  Antigeny jsou většinou proteiny či glykoproteiny, nebo polysacharidy.  Antigeny pocházející z vnějšího prostředí se do organismu dostanou přes gastrointestinální trakt, respirační trakt, kůži nebo arteficiálně např. injekčně.  Antigeny vnitřní se nacházejí přímo v buňkách, může se jednat např. o proteiny kódované virovými geny nebo proteiny kódované mutovanými geny v nádorově změněných buňkách. CESTY ZPRACOVÁNÍ ANTIGENU exogenní antigeny, HLA II.třídyendogenní antigeny, HLA I.třídy CD NOMENKLATURA CD3 = T řada CD4 = T pomahače (helpery)* CD8 = cytotoxické T* CD19 = B řada CD10 = nezralé lymfoidní buňky* CD34 = progenitory* *i jiné buňky CD40/CD40L Mechanismus (kůže, sliznice, kůže) Nemoc Řízen IgE (akutní) • Akutní kopřivka (puchýře, angioedém nebo obojí) • Kontaktní kopřivka • Atopický ekzém/dermatitis • Anafylaxe • „Food-associated“, „exercise-induced“ anafylaxe • Orální alergický syndrom (potravní alergický syndrom asociovaný s přecitlivělostí na pyly) • Náhlá gastrointestinální hypoersinzitivita Řízený buňkami (opožděný/chronický začátek) • Atopický ekzém/dermatitis • Enterokolitický syndrom indukovaný proteiny • Alergická proktokolitida indukovaná potravinovými proteiny • Alergická kontaktní dermatitis • Heinerův syndrome (plicní hypersenzitivní onemocnění u dětí indukované potravními alergeny, někdy s potižením ledvin) Kombinovaný IgE a řízený buňkami (opožděný/chronický začátek) • Atopický enkzém/dermatitis • Eozinofilní esophagitis • Eozinofilní gastroenteritis ANAFYLAXE INIUKOVANÁ CVIČENÍM (EIAN)  Výskyt anafylaktických symptomů (kožní, GIT, respirační a kardiovaskulární smptomy) rozvíjejících se po fyzickém cvičení.  U třetiny případů výskyt kofaktorů [příjem potravy, teplota prostředí (teplo nebo zima) a léky (NSAIDs)].  Pokud jsou ve hře faktory ingesce potravy, jedná se o „food-dependent EIAn (FDEIAn)“. Zelenina, oříšky, maso, mořské potraviny. Přítomnost ω5gliadinu v pšenici, pokud dochází během trávení k senzitizaci na pšeničný „lipid transfer protein“ (LTP).  Patofyziologické mechanismy: zvýšená nebo porušená permeabilita v GIT, alterace tkáňové podpory IgE cross-linking transglutaminázou, zvýšená exprese cytokinů, redistribuce krve během cvičení s následnou degranulace mastocytů a změny v pH. Zatím jen hypotézy.  Prevence: zatím spekulace: pacient musí být vybaven autoinjektorem s epinefrinem. „FOOD INDUCED“ ALERGIE  Nepříznivá reakce organismu na komponenty potravy indukovaná imunitním systémeme.  Většinou řízena IgE (hypersenzitivita i. typu)  Typy: anafylaxe, „food-dependent exercise-induced“ anafylaxe (FDEIA) a „oral allergy syndrome“ (OAS).  Dvě třídy:  2. třída: pylové alergie způsobují přecitlivělost na rostliny [„pollen-food allergy syndrome“ (PFAS)].  1. třída: obvykle potravinové alergeny (glykoproteiny) reagující na teplo, enzymy a nízké pH velikosti 10 to 70 kD. Způsobují alerginizaci cestou GIT a zodpovídají za systémové reakce. Antigeny způsobující alergickou rinitidu a astma ALERGIE A ATOPIE Atopie:  Familiární výskyt  Charakteristické reakce na alergeny z prostředí  Přítomnost cirkulujících protilátek.  IgE protilátky přítomny u 30-40% populace  Korelace mezi IgE hladinami v séru a hyperreaktivitou dýchacích cest.  Genetické faktory a faktory prostředí ovlivňují hladiny IgE.  Kandidátní geny pro IL-3, IL-4, IL-5, IL-9, IL-13 a GM-CSF – cluster na 5q31-33.  Hygienická teorie vzniku astmatu J Exp Med. 2018 Apr 2;215(4):1009-1022 J Exp Med. 2018 Apr 2;215(4):1009-1022 K PŘEDCHOZÍMU OBRÁZKU:  Vlevo nahoře: zjednodušené schéma pro alergickou senzitizaci a reaktivitu s nevhodnou transkutánní expozicí imunitních buněk exogennímu alergenu v důsledku dysfunkce epiteliální bariéry. Následná aktivace epiteliálních buněk vede k expresi IL-23, Il-33, TSLP, které zahajují alergickou reakci  A aktivované dendritické buňky migrují do lymfatických uzlin, které drénují kůži, kde prezentují antigen prostřednictvím MHCII naivním CD4+T lymfocytům. Tento komplex je rozpoznán TCR komplexem , což vede k clulární aktivaci. Během aktivace T buněkdojde k mnoha intracelulárním dějům, které v důsledku mutací genů vedou k porušeníé aktivaci, proliferaci, cytoskeletální remodelaci a fitness (označeno červeně), což podporuje alergické fenotypy u člověka. Effects of allergic sensitization on antiviral responses—a complex interplay. viruses and allergens first encounter barrier epidermis or respiratory epithelium. 1 genetic predisposition (polymorphisms shown in bold italics) as well as allergen-induced impaired barrier function likely increases susceptibility to infection. 2 virus infection of either the skin keratinocytes or respiratory epithelial cells results in secretion of pro-inflammatory cytokines and chemokines which recruit antigen presenting cells (dcs and monocytes) and have 3 impaired antiviral type i ifn responses. allergen stimulation of antigen presenting cells impairs anti-viral responses by 4 blocking type i ifn release from plasmacytoid dcs and 5 inhibiting virus-induced antigen presentation and th1 differentiation by monocytes. 6 ige receptor engagement also leads to additional pro-inflammatory cytokine release and impairs monocyte phagocytosis. 7 th2 cytokines promote b cell class switching to produce more ige, ehancing allergic effects. 8 this environment recruits additional allergic effector cells (ilc2, eosinophils, and basophils) further increasing th2 mediated responses and inflammation. 9 culminating in a increase in the Th2/Th1 balance ATOPIC DERMATITIS (AD)  is a chronic or chronically relapsing, eczematous, severely pruritic skin disorder mostly associated with IgE elevation and skin barrier dysfunction due to decreased filaggrin expression. The lesional skin of AD exhibits Th2- and Th22-deviated immune reactions that are progressive during disease chronicity. Th2 and Th22 cytokines further deteriorate the skin barrier by inhibiting filaggrin expression. Some IgEs are reactive to self-antigens. The IgE autoreactivity may precipitate the chronicity of AD. Upon activation of the ORAI1 calcium channel, atopic epidermis releases large amounts of thymic stromal lymphopoietin (TSLP), which initiates the Th2 and Th22 immune response. Th2-derived interleukin-31 and TSLP induce an itch sensation. Taken together, TSLP/Th2/Th22 pathway is a promising target for developing new therapeutics for AD. Enhancing filaggrin expression using ligands for the aryl hydrocarbon receptor may also be an adjunctive measure to restore the disrupted barrier function specifically for AD. Skin barrier dysfunction and Th2/Th22-deviated immune reactions are the fundamental abnormality in AD. Genetic mutations in filaggrin (FLG) cause barrier disruption and dehydration, which make the external allergens permeable. The barrier-disrupted epidermis abundantly releases thymic stromal lymphopoietin (TSLP), which triggers the Th2/Th22 immune response. The Th2/Th22 deviation is further accelerated during disease progression, for example, from acute to chronic or childhood to adult AD. In addition, Th1 but not Th17 cells tend to participate in the chronic phase of AD. Th2 cytokines (IL-4 and IL-13) stimulate B cells to produce IgE antibodies to allergens. Some IgEs react to self-antigens. IgE autoreactivity also contributes to disease activity. In addition, IL-4, IL-13 and IL-22 are strong suppressors of FLG expression. Pruritus is evoked by TSLP and Th2-derived IL-31, and the subsequent scratching further worsens skin barrier dysfunction. The release of TSLP from keratinocytes is dependent on calcium influx regulated by the ORAI1 channel. Targeting TSLP/Th2/Th22 as well as ORAI1 pathways is a promising strategy to overcome atopic inflammation. Pathogenesis of atopic dermatitis (AD) Allergol Int. 2017 Jan 2. The schematic illustration of AD etiology. Genetic and epigenetic reasons lead to the alteration of gene expression and function of AD associated genes. AD associated genes majorly belong to two pathways: skin barrier and innate/adaptive immunity. Dysregulation of innate/adaptive immune responses and impaired skin barrier reciprocally affect each other to drive AD development. Allergy Asthma Clin Immunol. 2016; 12: 52. Asian Pac J Allergy Immunol 2016; 34:98-108 Asian Pac J Allergy Immunol 2016; 34:98-108 Mutat Res. 2010 August 7; 690(1-2): 24–39. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2009.09.005 Atopické astma bronchiale Alergen proniká přes epitel dýchacích cest. Interakcí s antigen prezentující buňkou (APC) se dostává do spádové lymfatické uzliny, kde je pomocí CD4+ antigen prezentován Th2 lymfocytům. Ty se aktivují a produkují cytokiny (IL-13 – zvýšená sekrece hlenu; IL-4 –tvorba IgE B-buňkami; IL-5 eosinofilie). IgE se vážou na mastocyty a pokud se dostanou perivaskulárně (senzitizace, zánět v plicním řečišti-TLR4), čekají na opakovaný střet s alergenem. Pokud dojde k vazbě alergenu na IgE na bazofilu, dochází k jeho degranulaci a uvolňuje se histamin aj. (= vazodilatace, bronchiolokonstrikce)APC, antigen-presenting cell; EpC, epithelial cell; GM-CSF, granulocyte monocyte colony stimulating factor; MHC, major histocompatibility; TCR, T cell receptor; TSLP, thymic stromal lymphopoietin Heterogenita astmatu. Astma bronchiale je komplexní onemocnění způsobené mnoha fakotry. Rozlišujeme alergické, nealergické a intrinsické astma; u některých pacientů pozorujeme příznaky všech forem. Alergické astma je indukováno alergeny a je řízeno mechanismy TH2 imunitní odpovědi. Nealergické astma je způsobeno znečištěným ovzduším nebo infekcí. Na rozvoji této formy se nepodílí cesta TH2. Clinical asthma phenotype Requirement for TH2 cell Mechanisms or effector cells Allergen Yes IL-4, IL-5, IL-9, IL-13, TSLP, IL-25, IL-33, IL-17? CD4+ cells, DCs, eosinophils, mast cells, basophils, NKT cells Viral infection No IL-13? (TH2 cytokines?) alveolar macrophages, NKT cells (innate immune cells) Air pollution, cigarette smoke, diesel particles, smoke No IL-17, oxidative stress, small particles, neutrophils, NKT cells Aspirin No Leukotrienes, loss of prostaglandin E2 Obesity No Oxidative stress? Severe, steroid resistant No IL-17, neutrophils, NKT cells? Exercise, cold air No Heat transfer, change in mucosal osmolality, cytokines? Intrinsic ? Smooth muscle irritability? Iniciace alergické imunity je spuštěna interakcí alergenů s epiteliálními buňkami, což má za následek uvolnění cytokinů TSLP (“thymic stromal lymphopoietin“), IL-33 a IL-25. TSLP řídí pohyb a zrání dendritických buněk (DC), které podporují IL- 4 produkci (zeleně) v pomocných T-buňkách. Kompetentní buňky se posunují do folikulárních oblastí lymfatické uzliny a vyzrávají do buněk Th2, které produkují IL-4, a modulují „zapnutí“ B buněk do izotypu, který produkuje IgE. IgE se váže na mastocyty a bazofily a prodlužuje jejich přežití a facilituje pro alergen specifickou aktivaci těchto buněk. IL-33 podporuje uvolnění IL-4 z bazofilů. IL-33 a IL-25 podporuje uvolnění IL-13 a IL-5 z tkáňových IL25R+ buněk (tyto buňky také uvolňují IL-6, který podporuje maturaci B lymfocytů a zlepšuje funkci regulačních Tbuněk). IL-4, IL-5 a IL-13 z těchto buněk podporují finální diferenciaci a povolávání Th2 buněk do tkáně, alternativní aktivaci makrofágů (AAM) a povolávání eozinofilů. Tyto efekty jsou výrazně podpořeny aktivací tkáňových Th2 buněk, které dále zvyšují efekt Th2 cytokinů na epiteliální buňky, hladkou svalovinu a stromální matrix. Tvoří se paměťové T- a B-buňky, které urychlují reakci na opakovanou stimulaci alergenem. TSLP  TSLP (“thymic stromal lymphopoietin“), – uvolňován primárními lidskými epiteliálními buňkami jako odpověď na mikrobiální produkty (peptidoglycan, lipoteichoická kyselina a dvojvláknová RNA), fyzikální poškození a prozánětlivé cytokiny (IL-1β a TNF).  Exprese TSLP detekována a dýchacích cestách astmatiků  Exprese TSLP mRNA koreluje se závažností poškození. Indukce a efektorové mechanismy u hypersenzitivity I. typu. Antigen prezentující buňky v plicích. (a) Klíčové jsou dendritické buňky (DCs). Po zpracování antigenu DCs indukují antigen specifickou TH2 buněčnou odpověď. TCr, T cell antigen receptor. (b) Jako APC mohou působit také jiné buňky, které jsou schopny iniciovat TH2 odpovědi. Jsou to bazofily, eozionofily, mastocyty a přirození zabíječi, kteří exprimují MHC class II a kostimulační molekuly. SCF, stem cell factor; LTC4, leukotriene C4; Lin, lineage. Mastocyty s IgE uvolňují granula a mocné chemické mediátory, které způsobují charakteristické příznaky alergie. Pro patogenezu astmatu je klíčová aktivace adaptivní imunity, ale důležitá je také účast nespecifické imunity, tedy nezávislé na stimulaci alergenem. IL-25 indukuje TH2 cytokiny (IL-5 a IL-13) z přirozených helperů v nepřítomnosti f TH2 buněk a stimuluje NKT buňky k produkci IL-13, což podporuje AHr a remodelaci dýchacích cest. IL-33 acts on multiple targets; it stimulates mast cells, eosinophils, basophils, natural helper cells and NKT cells to elicit TH2 cytokines. TSLP activates mast cells and NKT cells to secrete TH2 cytokines. The finding of these cytokines, IL-25, IL- 33 and TSLP, and cells of the innate immune system greatly extends understanding of the pathogenesis of asthma. Thymic stromal lymphopoietin- TSLP SPECIFICKÁ IMUNITA V PATOGENEZI ASTMATU  The induction of adaptive immunity requires antigen-presenting cells (APCs), and dendritic cells (DCs) are the main type of APC involved in the induction of TH2 responses to allergens in asthma. In the lung,  DCs can be found throughout the conducting airways, interstitium, vasculature and pleura and in bronchial lymph nodes. Lung DCs express many receptors, including Toll-like receptors, Nod-like receptors and C-type lectin receptors and upregulate the expression of several costimulatory molecules (such as CD80 and CD86) and chemokines (such as CCL17 and CCL22) that attract T cells, eosinophils and basophils into the lungs.  In humans, monocyte-derived conventional DCs promote TH2 responses by secreting proinflammatory cytokines and upregulating the expression of costimulatory molecules after antigen stimulation. Together these findings indicate that lung DCs are the main APCs and are necessary for TH2 cell stimulation during airway inflammation. PATOGENEZE ASTMATU  Antigen-prezentující buňky (dendritické) aktivují Th2 T buňky a způsobují uvolnění cytokinů z těchto buněk, které atrahují mastocyty a eozinofily.  IL-9 a IL-4 aktivují mastocyty k uvolnění LTC4, PGD2 a histaminu, které působí na hladkou svalovinu a cévy.  IL-3, IL-5 a GM-CSF přitahují eozinofily; ty jsou přitahovány také chemokiny, které působí přes receptory typu 3 C-C (CCR-3, tj. eotaxin, RANTES, MCP-1, -3 a -4).  Aktivované eosinofily uvolňují LTC4, MBP (větší bazofilní protein), ECP (eozinofilní kationtový protein) a peroxidázu (EPX), která jsou pro epiteliální buňky toxické.  IL-4 a IL-13 produkované aktivovanými T buňkami udržují alergickou reakci a způsobují sekreci hlenu a kontrakci hladké svaloviny. Schematic representation of asthma pathophysiology. A range of environmental factors interact with the epithelium and dendritic cells to direct a Th2 inflammatory response, comprising mast cell activation, and eosinophil, basophil and neutrophil recruitment. Growth factors and cytokines from these cells also activate fibroblasts for new matrix deposition to remodel the airways and contribute to increased airway narrowing and asthma symptoms. Damage to the epithelium and the release of a range of cytokines and growth factors sustains the inflammation and drives remodelling of the airways in an aberrant ‘wound response’ to injury. Together, these two processes generate the hyper-responsive airway characteristic of asthma Trends Immunol. 2007 Jun;28(6):248-51. Epub 2007 Apr 27 KLINICKÉ PŘÍZNAKY ASTMATU  Bronchioly se zužují.  Rozvíjí se atelektáza (mikroskopická, segmentální nebo lobární) v důsledku kompletní obstrukce hlenovou zátkou nebo v důsledku edému dýchacích cest.  Pokles poměru ventilace/ perfúze vede ke snížené saturaci arteriální krve kyslíkem.  Hyperinflace plic a hyperexpanze hrudníku snižuje funkčnost a účinnost dýchacího svalstva.Rozvíjí se emfyzém. Interakce genů a prostředí v patogeneze astmatu Key: EpC, epithelial cell. Mutat Res. 2010 August 7; 690(1-2): 24–39. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2009.09.005 Remodelace dýchacích cest u astmatu Key: ASM, airway smooth muscle; ECM, extracellular matrix; EMTU, epithelial to mesenchymal trophic unit; Epc, EpC, epithelial cell; TGF-β, transforming growth factor-β. Mutat Res. 2010 August 7; 690(1-2): 24–39. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2009.09.005 REMODELACE DÝCHACÍCH CEST  U chronického astmatu dochází k alteraci struktury a funkce formovaných elementů dýchacích cest.  Depozice matrix proteinů, otok a celulární infiltrace vedou k expanzi submukózy, což vede ke ztluštění hladké svaloviny a zúžení dýchacích cest.  Otok adventicie vede k retrakčním silám z okolních alveolů na velké ploše, což vede k snazšímu uzávěru dýchacích cest.  Společně se zvýšením kontraktility hladké svaloviny se rozvíjí bronchiální hyperresponzivita.  Epitel. Ztráta ciliárního epitelu. Metaplazie.  Epiteliální bazální membrána.  Depozice kolagenů (typy I, III a V) v lamina reticularis.  Depozice lamininu, tenascinu a fibronektinu + kolagenů vede ke ztluštění bazální membrány REMODELACE DÝCHACÍCH CEST  Makrofágy a lymfocyty. Zmnožené ve slizničních membránách dýchacích cest a v alveolech.  Makrofágy mají roli ve vychytávání a prezentaci antigenů a alergenů lymfocytům.  Uvolňují prostaglandiny, thromboxan,leukotrieny C4 a B4 a faktor aktivující destičky). CD4 lymfocyty (helpery) jsou aktivovány. Uvolňují cytokiny, které ovlivňují migraci a aktivaci mastocytů (IL-3, IL-4, IL-9) a eosinofilů (IL-3, IL-5, GM-CSF).  Produkce Il-4 udržuje Th2 fenotyp, což podporuje produkci IgE B lymfocyty.  Selektivní upregulation Th2 T buněk.  To je zřejmě ovlivněno zejména dendritickými buňkami. AUTOIMMUNNÍ NEMOCI(AIDS)  Epidemiologie: 8,5% osob v populaci  Orgánově specifické [diabetes T1D, autoimmunní nemoc štítné žlázy (AITD)] nebo  Multiorgánové postižení nebo systémová manifestace [(systémový lupus erythematosus (SLE)].  Většina AIDs [rheumatoidní arthritis (RA), ankylózní spondylitis (AS), inflammatory bowel disease (IBD) a roztroušená skleróza (MS)] má orgánovou predilekci postižení, ale často jsou přítomny také klinické manifestace poruch mimo tento orgán.  Důvody této odlišné manifestace jsou nejasné; podíl genetiky a epigenetiky. Genome Medicine 2012, 4:6 AUTOIMMUNNÍ NEMOCI(AIDS)  Některé rysy společné:  Predominance výskytu u žen  Produkce autoprotilátek (např. anticitrulinátové peptidové protilátky přítomny u 70 až 80% pacientů s RA patients).  Familiární výskyt – sdílená genetická predispozice  Společný výskyt („clustering“) jistých autoimunit mezi příbuznými s RA, MS, SLE, T1D aj.  Snad inverzní clustering RA a MS.  Zřejmě extenzivní sdílení rizikových alel v rámci tohoto spektra nemocí.  Účast genů signálních cest řídících vrozenou imunitu, imunitní signalizaci diferenciaci T-buněk a cytokiny a chemokiny.  U RA je více než 50% nebo více rizikových alel sdíleno s celiakií, psoriázou, MS, SLE, T1D, AS a AITD.  Crohnova nemoc a ulcerativní kolitida společně sdílejí mnoho alel, ale relativně málo s dalšími AIDs. Genome Medicine 2012, 4:6 Autoimunitní onemocnění Hlavní fenotypické rysy Celiakie Netolarence gluténu s malabsorpčními průjmy, s vilózní atrofií střevní sliznice Diabetes I. typu (T1D) Hyperglykémie a makro- a miroangiopatií Zánětlivá onemocnění střeva (Crohnova nemoc - CN a ulcerózní kolitida - UC) Transmurální leze v GIT (CN); superficiální kontinuální ulcerace tlustého střeva (UK); Rheumatoidní artitida (RA) Chronické zánětlivé onemocnění kloubů s jejich potenciální destrukcí Juvenilní idiopatická artritida Klinicky heterogenní skupina nemocí s chronickou zánětlivou artritidou u dětí Roztroušená skleróza Chronické zánětlivé onemocnění CNS s demyelinizací Systémový lupus erytematosus Multiorgánové postižení Spondyloartropatie Chronické zánětlivé onemocnění charkteristické axiální a periferní artritidou, entesitidou, dactilitidou a extraartikulární manifestací (uveitida, postižení kůže) Genome Medicine 2012, 4:6 Genome Medicine 2012, 4:6 Anti-citrullinated protein antibodies in sera of patients with rheumatoid arthritis. Antigen Sensitiv ity (%) Specificity (%) Assay Correlation Keratine 36–59 88–99 ELISA Early disease Filaggrin 76 96 ELISA CCP-1 Unknown CCP-patients peptide libraries 75.4 94.4–99 ELISA CCP-2 Severity and erosive disease CCP- combinatorial peptide libraries 75– 81.6 92–96.8 ELISA CCP-3 Early disease Fibrinogen/fibrin 60.9– 83 95–98.7 Immuno blotting Unknown Vimentin 47 98 Immuno blotting Severity and erosive disease MCV 64–82 97–98 ELISA Severity and rapid erosive disease Collagen type II 41 94 ELISA Early acute inflammation and early radiographic damage Collagen type I 32 99 ELISA Unknown alpha-enolase 37–62 98 ELISA Unknown BiP 95 Not known Immuno blotting Unknown HSP-90 29 96 ELISA Interstitial Karbamylace se objevuje na různých aminokyselinách různými mechanismy. Homocitrulin je o jednu metylenovou skupinu delší a je tvořen z lysinových zbytků po reakci cyanátu, který je v těle přítomen v rovnováze s ureou. Většinou se tato reakce se uskutečňuje během zánětu, kdy dochází k uvolňování myeloperoxidázy z neutrofilů. MPO convertuje thiocyanát na cyanát, což zastaví karbamylaci. PTM: post-translational modification; PC: plasma cells Degree of epigenetic sharing across systemic autoimmune diseases. Venn diagram showing the number of differentially methylated CpG sites in whole blood comparing those obtained from EWAS results for SLE (blue), SjS (yellow) and RA (red). Data was obtained from supplementary materials of Yeung et al., Imgerberg-Kreuz et al. and Liu et al. Reactome pathway enrichment analyses were performed in the set of genes showing overlapped DMCs using the ToppGene Suite database https://toppgene.cchmc.org. q-value refers to adjusted P-values corrected for Benjamini & Hochberg False Discovery Rate. DMCs: Differentially methylated CpG sites. SAD: Systemic autoimmune diseases Děkuji vám za pozornost