Vznik a vývoj B a T lymfocytů
Lukáš Kubala
kubalal@ibp.cz
Lymfopoéza
= vznik a specializace lymfocytů
A. Centrální lymfatické orgány
> Většina vývoje B lymfocytů – kostní dřeň
> Většina vývoje T lymfocyty – thymus
B. Periferní lymfatické orgány
Finální specializace (diferenciace)
Figure 7-3
Immunobiology, 6/e.
(© Garland science 2005)
Kmenová hematopoetická
buňka
Společný prekurzor
granulocytární/
megacaryocytové/
erytrocytární linie
Časný prekurzor lymfocytů
Další vývoj v kostní dřeni
Předurčený prekurzor
lymfocytů
Pre-NK
buňky
Thymocyty
Pre-B
buňky
?
NK buňky T buňky B buňky Dendritické
buňky
Vývoj B lymfocytů
Prekurzory B lymfocytů
přeskupují geny
imunoglobulinů.
Odstraňování B lymfocytů
vážících se na vlastní
antigenní (Ag) struktury.
Aktivace zralých
B lymfocytů vážících se
na cizí Ag struktury.
Aktivované B lymfocyty se
stávají plazmatickými nebo
paměťovými buňkami.
Stromální buňky
kostní dřeně
Figure 7-1 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005)
Formace receptorů
B lymfocytů.
Negativní selekce. B lymfocyty migrují
do periferních
lymfatických orgánů.
Sekrece protilátek plazm.
buňkami a uchovávání
paměťových buněk
v kostní dřeni, epiteliích
a lymfatických orgánech.
Vývojová stádia B lymfocytů
Vývoj
Změna
morfologie
Vývojové
stádium
Přeskupení
genů pro
L a H řetězce
Exprese
receptorů
nebo
sekrece Ab
Exprese vybraných
povrchových znaků
Antigen
nezávislý
Kmenová
buňka
- CD34
Časný pro-B
lymfocyt
D-J geny
H řetězců
CD34; CD45R; IL-7R;
CD19; CD38
Pozdní pro-B
lymfocyt
V-DJ geny
H řetězců
CD45R; IL-7R; CD19;
CD38; CD20; CD40
Velký pre-B
lymfocyt
V-DJ geny
H řetězců
Pre-B-receptor
CD45R; IL-7R;
CD19; CD38; CD20;
CD25 (rec. IL-2);
CD40
Malý pre-B
lymfocyt
V-J geny
L řetězců
Intracelulární
μ řetězec IgM
CD45R; CD19; CD38;
CD20; CD40
Vývojová stádia B lymfocytů
Vývoj
Změna
morfologie
Vývojové
stádium
Přeskupení
genů pro
L a H řetězce
Exprese
receptorů
nebo
sekrece Ab
Exprese vybraných
povrchových znaků
Antigen
nezávislý
Nezralý
B lymfocyt
V-J geny
L řetězců
Membránová
exprese IgM
CD45R; CD19;
CD20; CD40
Antigen
závislý
Zralý naivní
B lymfocyt
Alternativní
sestřih μ řetězce
a tvorba δ řetězce
Membránová
exprese
IgM, IgD
CD45R; CD19; CD20;
CD21; CD40
Plazmatická
buňka s krát.
životností
Alternativní
sestřih μ řetězce
Sekrece IgM
CD45R; CD19; CD20;
CD21; CD40
Paměťová
buňka
Somatická
mutace
Membránová
exprese
IgG, IgA
CD45R; CD19; CD20;
CD21; CD40
Plazmatická
buňka s
dlouh. život.
Alternativní
sestřih
Membránová
exprese IgG,
sekrece IgG,
IgA, IgE
CD135; CD38
Princip negativní selekce vznikajících B lymfocytů
Silná vazba B-receptorů
(povrchových IgM) s vlastními Ag.
Zastavení vývoje B lymfocytů; pokračování
přeskupování genů variabilní oblasti L řetězce.
Exprese nových receptorů.
Receptor stále reaguje
s vlastními Ag =>
nezralý B lymfocyt je
eliminován apoptózou.
Receptor nereaguje s
vlastními Ag => nezralý
B lymfocyt migruje do
periferie a zraje.
Figure 7-27 Immunobiology, 6/e.
(© Garland science 2005)
Indukce tolerance / selekce B lymfocytů mimo kostní dřeň
Kostní dřeň
Krev a lymfatické orgány
V případě rozpoznání vlastních struktur přes BCR
vznikají sebe tolerantní B lymfocyty a B lymfocyty
neschopné odpovědi (anergní lymf. - proces klonální
anergie) = chybí kostimulace
B lymfocyty nezůstávají v lymfatických
uzlinách a mají poločas života cca 3 dny.
Bez pozitivního signálu: Pozitivní signál solubilními mediátory:
B lymfocyty zůstávají v lymfatických uzlinách.
Dlouho žijící recirkulující naivní B lymfocyty
mají poločas života 3-8 týdnů.
Stimulace antigenem
Dlouho žijící recirkulující paměťové B lymfocyty
exprimující vysoce afinitní IgG, IgA, nebo IgE.
Doplňující indukce tolerance
B lymfocyty, které nereagují s
vlastními strukturami
Aktivace B lymfocytů antigenem
Germinální
centrum (GC)
Světlá
zóna
Tmavá
zóna
TCR
Plazmatická buňka
produkující IgM
(krátká životnost)
CD 40L
CD 40
CD 28
CD 86
T lymfocyt
B lymfocyt
Dendritická buňka
prezentující Ag
Antigen
Antigen
Dendritická buňka
prezentující Ag
1
2
Následný vývoj B lymfocytů v germinálních centrech
sekundárních lymfatických orgánů
Paměťové B
lymfocyty
Centroblasty
Centrocyty
Proliferace B lymfocytů
a hypermutace genů
variabilních oblastí
Izotypový přesmyk
Folikulární
dendritické buňky
Tmavá
zóna
Světlá
zóna
Selekce/Apoptóza
= vyzrávání afinity
T
T
T
Plazmatické buňky
(dlouhá životnost)
Antigen-activated
B cell
Somatic
hypermutation
Apoptotic
B cell
Low afinity
Memory B cell
Plasma cell
DARK ZONE
LIGHT ZONE
Class
switchingT cell
FDC
Low afinity
High afinityClonal expansion
Plasma cell
long lived
Plasma cell
short lived
Tvorba germinálních center a vývoj B lymfocytů -opakování
Apoptotic
B cell
Vznik plazmatických buněk a paměťových B lymfocytů
v sekundárních lymfatických orgánech – shrnutí
B lymfocyt GCNaivní
B lymfocyt
Prekurzor
B lymfocytu
vstupující do GC
mimo germinální centra v germinálních centrech (GC)
Tmavá zóna Světlá zóna
Přesmyk izotypů protilátek
Vyzrávání afinity /selekce
Tvorba paměťových buněk
Klonální expanze
Somatická hypermutace
CD40/CD40L
Antigen
Primární protilátková odpověď
Antigen
CD40/CD40L
Plazmatická buňka
(krátká životnost)
Paměťový
B lymfocyt
Plazmatická buňka
(dlouhá životnost)
Sekundární protilátková odpověď
Dělení B lymfocytů podle lokalizace a funkce
Vlastnosti B1
B2
(obvyklé B lymfocyty)
B lymfocyty
marginální zóny
Prvně produkovány fetální období po narození po narození
Repertoár variabilních
oblastí
omezený široký částečně omezený
Primární lokalizace
tělní dutiny
(peritoneum,
pohrudnice)
sekundární
lymfatické orgány
slezina
Způsob obnovy
populace
schopnost sebeobnovy nové z kostní dřeně dlouho žijící
Spontánní produkce
protilátek
vysoká nízká nízká
Izotypová třída
sekretovaných protilátek
IgM >> IgG
částečně IgA
IgG > IgM IgM > IgG
Vyžadují podporu
od T lymfocytů
ne ano někdy
Tvorba paměťových
buněk
ne ano ?
Vývoj T lymfocytů
Prekurzory T lymfocytů
přeskupují geny
receptorů.
Nezralé T lymfocyty rozeznávající
vlastní MHC struktury dostávají
signál k přežití. Ty, které reagují
příliš silně s vlastními antigeny,
jsou však eliminovány.
Zralé T lymf. se setkávají
s cizorodým antigenem
v perif. lymf. orgánech
a jsou aktivovány.
Aktivované T lymfocyty
proliferují a migrují do
místa infekce, kde přispívají
k eliminaci patogenů.
Figure 7-2 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005)
Progenitory T lymf.
migrují z kostní
dřeně do thymu.
Pozitivní a negativní
selekce v thymu.
Zralé T lymf. migrují
do periferních
lymfatických orgánů.
Aktivované T lymf.
migrují do místa
infekce.
Změny exprese řetězců receptorů T lymfocytů (TCR)
během vývoje v thymu
Dvakrát negativní T lymfocyty přeskupují γ, δ a β geny.
Signály přes γ:δ TCR vypínají geny β řetězce
a směrují lymfocyt do linie exprimující γ:δ TCR.
Signály přes pre-TCR vypínají geny γ a δ řetězců
a směrují lymfocyt do linie exprimující α:β TCR.
γ:δ T lymfocyty zrají
a migrují do periferie.
Přeskupení TCRα řetězce vytvoří funkční α:β TCR.
Lymfocyty zrají a migrují do periferie.
Figure 7-24
Immunobiology, 6/e.
(© Garland science 2005)
Změny exprese povrchových antigenů CD3, CD4 a CD8 během vývoje
T lymfocytů - Vznik pomocných a cytotoxických T lymfocytů
Nezralé CD3-(jen v cytoplasmě)4-8dvakrát-negativní
T lymfocyty
γ:δ+ CD3+4-8- provizorní α:β+ CD3+4+8+
velké aktivní dvakrát-pozitivní T lymfocyty
α:β+CD3+4+8+
malé klidové dvakrát-pozitivní T lymfocyty
malé klidové jedenkrát-pozitivní T lymfocyty
α:β+CD3+4+8- α:β+CD3+4-8+
> 95%
5%
Apoptosis
export do periferie
Změny exprese CD4 a CD8 během vývoje T lymfocytů
- změna pozice během vývoje
Figure 7-14 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005)
Nezralé CD3-4-8dvakrát-negativní
tymocyty
Nezralé CD3+4+8+
dvakrát-pozitivní tymocyty
Zralé CD3+4+8- a CD3+4-8+
T lymfocyty
Kortikální
epiteliální
buňky
Dendritické
buňky
Medulární
epiteliální
buňky
Makrofágy
Subkapsulární
oblast
Medula
Kortiko-
medulární
spojení
Význam různé afinity TCR k antigennímu
ligandu pro vývoj T lymfocytů
Eliminace Pozitivní selekce,
proliferace
Negativní selekce,
eliminace
Nízká
životnost
a proliferace
Proliferace
a stimulace
dlouhého přežití
Velmi rychlá
proliferace a tvorba
efektorových
a paměťových
lymfocytů
Během vývoje v thymu
(vlastní Ag)
Zralé T lymfocyty v periferii
(cizorodé Ag)
Žádná interakce Nízká afinita Vysoká afinita
Určení, zda vyvíjející se T lymfocyty budou dále exprimovat CD4
nebo CD8 a vzniknou tak pomocné nebo cytotoxické T lymfocyty
Receptory T lymfocytů
rozeznávají MHC I
Receptory T lymfocytů
rozeznávají MHC II
Figure 7-30 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005)
Dozrávají pouze CD8+ T lymfocyty
– cytotoxické T lymfocyty
Dozrávají pouze CD4+ T lymfocyty
– pomocné T lymfocyty
Nezralé CD3+4+8+
dvakrát-pozitivní tymocyty
Nezralé CD3+4+8+
dvakrát-pozitivní tymocyty
Specificita odpovědi CD8+ nebo CD4+ T lymfocytů
na určitý typ patogenu
Figure 5-2 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005)
Intracelulární
patogeny
Fagocytované
patogeny
Extracelulární
patogeny a toxiny
Degradovány
Antigen
prezentován
Antigen
rozeznáván
Efekty na
buňky
prezentující
antigen
MHC I
CD8+ T lymfocyty
Buněčná smrt
Cytosol
Endocytární vezikuly
(nízké pH)
MHC II MHC II
Endocytární vezikuly
(nízké pH)
CD4+ T lymfocyty CD4+ T lymfocyty
Aktivace buňky zabít
internalizovaný
patogen
Aktivace B lymfocytů
k sekreci protilátek
Cytotoxické T lymfocyty
(CD8+ T lymfocyty, Tc lymfocyty)
Proliferace/diferenciace
T lymfocytů
Usmrcení infikovaných buněk
cytotoxickými T lymfocyty
Figure 8-22 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005)
Stimulace naivních
T lymfocytů
TH1 TH2 TH9 TH17 TFH Treg
TGF-β
IL-21
IL-18
IL-27
IL-4
IL-4
TGF-β
TGF-β
IL-6
IL-1β
IL-21
IL-23
IL-21
IFN-γ
IL-4
IL-5
IL-13
IL-9
IL-10
IL-6
IL-8
IL-17
IL-22
IL-26
IL-21
IL-10
TGF-β
IL-35
Dendritická
buňka
Naivní TH
lymfocyt
Podpora funkcí IS
Intracelulární
patogeny,
apoptóza
infikovaných
buněk
Podpora B-lymf
Tvorba IgE
defense against
helminthic
infections,
Produkce hlenu
Zánětlivá odpověď,
extracelulární
patogeny
Syntéza
protilátek
Potlačení
zánětu
Diferenciační
cytokiny:
Efektorové
cytokiny:
Subpopulace Th lymfocytů
Aktivované Th1 lymfocyty
IFN-γ a CD40
ligand
Fas ligand
nebo TNF-β IL-2 IL-3 + GM-CSF TNF-α + TNF-β CCL-2
Figure 8-41 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005)
Aktivují
makrofágy
likvidovat
pohlcené
bakterie.
Zabíjí
chronicky
infikované
buňky.
Indukují
proliferaci
T lymfocytů.
Indukují
diferenciaci
makrofágů.
Aktivují
endotelium
a prostup
makrofágů.
Akumulaci
makrofágů
v místě infekce.
Figure 7-13 Immunobiology, 6/e.
(© Garland science 2005)
Přeskupování genů, změny povrchové exprese charakteristických
molekul a intracelulárních
proteinů během vývoje
T lymfocytů
Cirkulace lymfocytů
Figure 1-11 Immunobiology, 6/e.
(© Garland science 2005)
Lymfocyty spolu s lymfou
vstupují do krevního oběhu
přes hrudní mízovod.
Naivní lymfocyty vstupují
do lymfatických uzlin
z krevního řečiště.
Antigeny nebo antigen prezentující
buňky z místa infekce se lymfou
dostávají do lymfatických uzlin.
Cirkulace lymfocytů
KLIDOVÉ STÁDIUM
ZÁNĚT
MECA79
CCL21
Naivní
lymfocyty
CXCL9
E-selektin
P-selektin
Aktivované
lymfocyty
Myeloidní
buňky
HEV
Cirkulace lymfocytů v mízní uzlině díky HEV
rolování
transmigrace
CCR7
CCL21
LFA1
ICAM1/2
LYMFOCYT
přichycení
plazení
Migrace lymfocytů do mízní uzliny přes HEV
Cirkulace lymfocytů
Figure 8-4
Immunobiology, 6/e.
(© Garland science 2005)
T lymfocyty vstupují do
lymfatických uzlin přes cévy
s vysokým endotelem.
T lymfocyty monitorují antigeny
prezentované makrofágy
a dendritickými buňkami.
T lymfocyty, které nerozpoznaly
antigen, odcházejí z lymfatických
uzlin přes lymfatické cévy.
T lymfocyty rozpoznávající
antigen proliferují a stávají se
efektorovými lymfocyty.
Spolupráce T a B lymfocytů – shrnutí
> Cirkulující B lymfocyty vstoupí do lymfoidního orgánu přes HEV.
> B lymfocyty rozeznávající specifický Ag a a) dávají vznik plazmatickým buňkám s krátkou
životností, b) jsou zachyceny na hranici mezi T zónou a folikulem a jsou stimulovány
k proliferaci.
> Proliferující B lymfocyty migrují do nejbližšího folikulu, kde formují GC, dále intenzívně
proliferují a somaticky mutují.
> B lymfocyty s vysokou vazebnou aktivitou k Ag přežívají, zbylé B buňky odumírají apoptózou.
> B lymfocyty opouštějí GC jako lymfoblasty a migrují do kostní dřeně nebo do lamina propria
střeva a jiných epiteliálních povrchů, diferencují do plasmatických buněk nebo přežívají
měsíce až roky jako paměťové buňky.
Figure 10-15 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005)