Rozvoj adaptivní imunitní reakce Jiří Litzman ROZPOZNÁVÁNÍ PATOGENŮ A ABNORMÁLNÍCH BUNĚK POMOCÍ: - POVRCHOVÝCH RECEPTORŮ - “ROZPUSTNÝCH RECEPTORŮ” Rozpoznávání cizorodých struktur imunitním systémem Vrozená imunita: receptory rozeznávající molekulární signaturu (PAMPs) – „pattern recognition receptors“ (PRR) Adaptivní imunita: molekuly MHC I. a II. třídy (HLA) receptory lymfocytů T (TCR) receptory lymfocytů B (BCR) ADAPTIVNÍ SYSTÉM: - Je založen na obrovském repertoáru klonů Band T-lymfocytů, z nichž každý nese poněkud odlišné receptory (BCR resp. TCR) - “Rozpustné receptory” adaptivního systému jsou protilátky (= rozpustné BCR) - Systém je “anticipační”, klonální, “marnotratný” - Klonální receptory vznikají hlavně přeskupováním genových fragmentů a somatickými mutacemi. Pro stimulaci lymfocytů jsou vždy mutné nejméně 2 signály ZÁKLADNÍ SPOJENÍ MEZI PŘIROZENÝM A ADAPTIVNÍM SYSTÉMEM PŘEDSTAVUJÍ : DENDRITICKÉ BUŇKY DENDRITICKÉ BUŇKY MUSÍ BÝT PRE-STIMULOVÁNY SIGNÁLY NEBEZPEČÍ ABY BYLY SCHOPNY AKTIVOVAT T LYMFOCYTY PAMP jsou důležité v aktivaci dendritických buněk Aktivace buněk specifického imunitního systému • B-lymfocyty – vazba nativního antigenu na Bbuněčný receptor (BCR) + pro další vývoj jsou nutné další signály. Rozdílná je aktivace u Tdependentních a T-independentních antigenů. • T-lymfocyty- antigen musí být degradován a navázán na molekuly HLA. Až tento komplex simuluje T-buněčný receptor (TCR) + jsou nutné další kostimulační signály. Antigen-specifické receptory T- a B- lymfocytů L L H H lg-α lg-αlg-β lg-β γ + δ nebo α + β γ δ ε ζ ζ B cell receptor - BCR T-cell receptor - TCR T-RECEPTORY (TCR) ROZEZNÁVAJÍ HLAVNĚ KOMPLEXY MHC-PROTEINŮ S PEPTIDY NA POVRCHU JINÝCH BUNĚK ÚČEL: DETEKCE BUNĚK INFIKOVANÝCH “SKRYTÝMI” INTRACELULÁRNÍMI PARAZITY (např. VIRY) Downloaded from: StudentConsult (on 18 July 2006 08:13 AM) © 2005 Elsevier Molekuly HLA první a druhé třídy Downloaded from: StudentConsult (on 18 July 2006 08:13 AM) © 2005 Elsevier Vazba peptidů na HLA molekuly Downloaded from: StudentConsult (on 4 August 2013 10:32 AM) © 2005 Elsevier Kostimulační molekuly při aktivaci T-lymfocytu antigen prezentující buňkou Downloaded from: StudentConsult (on 4 August 2013 10:32 AM) © 2005 Elsevier Kostimlační signály při interakci T-B- lymfocyt Pouze některé signály vedou k stimulaci T-lymfocytů a následné aktivaci a proliferaci Klonálně selekční teorie efektorové buňky antigen paměťové buňky Eliminace autoreaktivních klonů Krev a periferie expanze Smrt buňky Smrt buňky Selekce klonu antigenem Tvorba lymfocytů schopných reagovat potenciálně se všemi antigeny Klonálně selekční teorie F.M. Burnet, 1957 • V průběhu vývoje každého jedince dochází k vývoji buněk se specifickými vazebnými místy pro různé epitopy, přičemž každá buňka reaguje pouze s jedním epitopem. • Během vývoje (zejména intrauterinního) dochází k eliminaci autoreaktivních lymfocytů (zakázané klony, „forbidden clones“), čímž vziká pool buněk schopných reagovat na cizorodé antigeny. • Dojde-li k reakci epitopu s příslušným receptorem, dochází k proliferaci daného buněčného klonu. (tj k selekci klonu) • Po opakovaném dělení dosáhnou buňky stadia terminálně diferencovaných buněk (např. plazmatická buňka), ty se již dále nedělí. • U části stimulovaných a proliferujících buněk k terminální diferenciaci nedojde, přetrvávají v těle jako buňky paměťové. Variabilní oblast imunoglobulinové molekuly VDJ rekombinace při vzniku variabilního místa imunoglobulinové molekuly Germline configuration D to J recombination V to DJ recombination transcription, splicing V segments D segments J segments Constant region exons AAA Adapted from Janeway 2001 http://www.antievolution.org/people/minlay/evolving_immunity1.0.html Mechanismus VDJ rekombinace Downloaded from: StudentConsult (on 18 July 2006 11:18 AM) © 2005 Elsevier Vznik variabilních oblastí T- a B- buněčných receptorů Variabilita pro těžký řetězec: 100 × 50 × 9 = 45 000 variant, Lehký řetězec (Igκ a Igλ): 70 × 5 + 30 × 9 = 620 variant; Protože tyto lze mezi sebou libovolně kombinovat, výsledný teoretický možných kvartérních struktur variabilní čísti molekuly imunoglobulinu je 45 000 × 620 = 27 900 000. Segment (počet genů) IgH Igκ Igλ V ~ 100 ~ 70 ~ 30 D ~ 50 — — J 9 5 9 Zdroj: Wikipedie Variabilní část imunoglobulinové molekuly teoretický počet variant Somatické hypermutace • Probíhají u aktivovaných B-lymfocytech v germinálních centrech sekundárních lymfatických orgánů (tj po proběhlé antigenní stimulaci). • Proces je indukován enzymem AID (activation-induced deaminase). • Frekvence mutací je až 106 x větší než v jiných oblastech genomu. • Prezentace antigenů na folikulárních dendritických buňkách B-lymfocytům vede k následné selekci klonů s nejvyšší afinitou k antigenu – celkově proces označujeme jako afinitní maturace. Downloaded from: StudentConsult (on 18 July 2006 11:29 AM) © 2005 Elsevier Selekce B-lymocytů s nejvyšší afinitou k antigenu v germinálních centrech Izotypový přesmyk Z historie imunologie • Klonálně selekční teorie: 1957 • Objeven význam brzlíku v imunitním systému -1961 • Objev funkce thymu a dichotomie imunitního systému 1969 • Organizace genů pro imunoglobuliny 1978-1980 Downloaded from: StudentConsult (on 18 July 2006 11:29 AM) © 2005 Elsevier Izotypový přesmyk závisí na cytokinovém prostředí a stimulaci Th lymfocyty Vývoj B-lymfocytů v kostní dřeni • Kmenová buňka: bez povrchových znaků B-linie, bez přeskupování imunoglobulinových řetězců • Pro-B lymfocyt – dochází k procesu vyštěpování v oblasti těžkých řetězců, exprese některých povrchových znaků B-lymfocytů (např. CD19), imunoglobulinové řetězce nejsou prokazatelné ani cytoplasmaticky. • Pre-B-lymfocyty – došlo k ukončení VDJ rekombinace těžkých řetězců, m řetězec je prokazatelný intracytoplasmaticky. Na povrchu se objevuje pre-B receptor – složený z m řetezce a náhraních (surrogare) řetězců V-preB a l5. Přenos signálu tímto receptorem je podmínkou dalšího vývoje B-lymfocytů. • Nezralý B-lymfocyt – došlo k přeskupení lehkých řetězců (V-J), na povrchu je B-cell receptor – monomerní IgM • Zralý B-lymfocyt – má na povrchu receptory IgM a IgD Downloaded from: StudentConsult (on 18 July 2006 11:18 AM) © 2005 Elsevier Vývoj B-lymfocytů v kostní dřeni B-buněčný receptor • Skládá se z monomerní molekuly IgM nebo IgD (po izotypovém přesmyku i z dalších isotypů. • Invariantní řetězce Iga, Igb. • Tyrozinkinázy přenášejí signál dovnitř buňky. B-cell receptor težký řetezec μ/δ lehký řetěze c κ/λ Igα Igβ Diferenciace Proliferace Přežití CD19 Pre B-cell receptor B-cell receptor težký řetezec μ/δ lehký řetězec κ/λ Igα Igβ Diferenciace Proliferace Přežití CD19 Brutonova tyrozinkináza (BTK) • BTK váže fosfatidylinoisitoltrifosfát (3,4,5)-(PIP3). • Navázání PIP3 indukuje fosforylaci fosfolipázy C, ta hydrolytzje phapsphatidylinositol (PIP2) na inositoltriphophate (IP3) a diacyglycerol(DAG). • Jedná se o klíčový proces v aktivaci, diferenciaci a vývoji B-lymfocytů • Mutace: X-vázaná (Brutonova) agamaglobulinémie • Blokátory BTK (např. ibrutimib) se používají k léčbě Blymfocytárních malignit. K aktivaci B-lymfocytů dochází po vzájemné fosforylaci kináz asociovaných s BCR Přenos aktivačního signálu v B-lymfocytech http://www.cellsignal.com/reference/pathway/B_Cell_Antigen.html Primární fáze protilátkové reakce • Nativní nebo opsonizovaný antigen zachycen folikulárními dendritickými buňkami. • Stimulace B-lymfocytů v lymfoidních foliklech. • Současně prezentace antigenů T-lymfocytům v T-zóně – ty postupně migrují na okraj lymfoidních foliklů. • Vzniklé plazmatické buňky produkují IgM (především v kostní dřeni). Sekundární fáze protilátkové reakce • Probíhá v germinálních centrech sekundárních lymfoidních foliklů. • Tfh lymfocyty stimulují B-lymfocyty k somatickým hypermutacím a isotypovému přesmyku. • Dochází k afinitní maturaci B-lymfocytů. • Značná část B-lymfocytů s nízkou afinitou BCR hyne. Dva typy B-lymfocytární odpovědi na antigen • T-independentní odpověď – Odpověď na antigeny s řadou stejných epitopů – typicky polysacharidové antigeny. – Nahromadění B-buněčných receptorů (BCR) do jednoho místa vede k vzájemné aktivaci tyrozinkináz a následné aktivaci buňky. – Tento proces nevyžaduje pomoc T-lymfocytů. – Vytváří se pouze protilátky třídy IgM (nedochází k izotypovému přesmyku), nedojde k afinitní maturaci, nevytváří se imunitní paměť. – Tj. proběhne pouze primární fáze protilátkové odpovědi. • T dependentní odpověď – Vyžaduje souhru B-lymfocytů, antigen prezentujících buněk (mohou jimi být i Blymfocyty) a T-lymfocytů. – Dochází k isotypovému přesmyku, afinitní maturaci, vzniku paměťových buněk. – Tj. proběhne primární i sekundární fáze protilátkové odpovědi. Aktivace B-lymfocytů při T-independentní odpovědi Downloaded from: StudentConsult (on 15 July 2006 09:09 AM) © 2005 Elsevier Imunitní odpověď po prvním a opakovaném setkání se s antigenem (“primární a sekundární protilátková odpověď“) Secondary antibody response Primary antibody response IgM IgG Firstexporsure Serumantibodytiters Weeks Secondexposureto antigen Downloaded from: StudentConsult (on 15 July 2006 09:09 AM) © 2005 Elsevier Imunitní odpověď po prvním a opakovaném setkání se s antigenem (“primární a sekundární imunitní odpověď“) Imunologická paměť • Je jedním z charakteristických rysů adaptivní imunity. • Je založena na existenci dlouho žijících, antigen-specifických paměťových T- a B-lymfocytů. • Tyto buňky jsou v případě opakované antigenní stimulace schopny rychlé proliferace a terminální diferenciace v efektorové buněčné formy. • Výsledkem je rychlejší, rozsáhlejší a efektivnější odpověď po opakovaném setkání se s antigenem. Terminálně diferencované buňky adaptivní imunity • B-lymfocyty  plazmatické buňky • T-lymfocyty  efektorové formy pomocných a cytotoxických T-lymfocytů Downloaded from: StudentConsult (on 4 August 2013 10:32 AM) © 2005 Elsevier Vznik efektorových a paměťových buněk v T- a B- lymfocytární linii Biologické funkce imunoglobulinových molekul • Aktivace komplementového systému (IgG, IgM) • Opsonizace (zejména IgG) • Neuralizace antigenů (IgG, IgA, IgM) • Zábrana adherence (IgA, IgG) • Aglutinace, precipitace (IgG, IgM) • Degranulace žírných buněk (IgE) • Imunoregulace (zejména IgG) Osud antigenu v organismu a iniciace imunitní odpovědi Způsob rozvinutí imunitní reakce závisí řadě faktorů • Typ antigenu – chemické složení, rozdílná indukce imunitní odpovědi u Tdependentních a T-independentních antigenů. • Místě vstupu antigenu – vstup cestou MALT, kůží, vznik antigenu přímo v těle (např. virové partikule). • Faktu, jedná-li se o reakci primární či sekundární.