EVOLUCE IMUNITNÍHO SYSTÉMU Pavlína Opatová Imunitní systém (IS): podstata vzniku a jeho hlavní funkce • základní homeostatický mechanizmus • udržování integrity organizmu: - obranyschopnost - autotolerance - imunitní dohled • už u fylogeneticky nejstarších druhů IMUNITNÍ MECHANIZMY: Nespecifické • evolučně starší • bez imunologické paměti • r-ce na antigen (Ag) řádově v min. • bariéry – mechanické, chemické (lysozym), mikrobiální • složky: buněčná (fagocyty, NK) + humorální (komplement, interferony, lektiny, další sérové proteiny) Specifické • evolučně mladší • imunologická paměť • r-ce na Ag: dny – týdny • složky: buněčná (T-lymfocyty) + humorální (protilátky – Ab) § Úrovně –> geny –> molekuly –> buňky –> orgány (primární + sekundární) Bakterie (Bacteria) Rostliny (Plantae) • restrikční endonukleázy zničí cizí DNA • vlastní DNA chráněna metylací enzymů • klíčové obranné úlohy u rostlin plní fytoalexiny: mutanty s poruchou jejich tvorby rychle hynou na generalizací patogenů Živočichové (Animalia) Bezobratlí (Invertebrata) • až na ojedinělé výjimky (např. bílé tělísko chobotnice v úloze primitivního thymu) nemají ještě vytvořen organizovaný lymfoidní systém, přesto dokonale obstáli a trvale prosperují (představují více než 95% druhů živočišné říše) • hlavním obranným zařízením bezobratlých je fagocytóza • pro rozvoj kontrolních a obranných systému bylo důležité zdokonalování membrán, v nichž se vyvíjely jak signalizační a identifikační („antigenní“) struktury a znaky, tak receptorové struktury schopné rozlišovat své a cizí znaky • významný byl i pokrok v rozvoji přenosových dostředivých a odstředivých cest • rozpoznání „vlastního“ umožnilo vznik společenstev totožných jedinců a symbiontů (např. hub a korálů); rozpoznání „vhodného cizího“ usnadnilo spolupráci rozdílných jedinců se specializovanými funkcemi • U některých druhů bezobratlých byly prokázány i cytotoxické G-3 granulocyty (předchůdci našich NK buněk), enzymy s baktericidními a virocidními vlastnostmi a antibiotika omezující životní děje jiných jednobuněčných i mnohobuněčných jedinců. Jsou přítomny i účinné srážlivé faktory. • Význam obranných humorálních faktorů potvrdily studie u Drosophila melanogaster. U mutant, jimž chybí gen pro peptid drosomycin, dochází ke generalizované plísňové infekci, která je rychle zahubí. Obratlovci (Vertebrata) A. Bezčelistnatci (Agnatha) • 1. Sliznatky (Myxinoidea) nemají organizovaný thymus a jsou vybaveny jen jednoduchými hematopoetickými a lymfopoetickými tkáněmi; krevní „lymfoidní hemoblasty“ zajišťují funkce jak krvinek, tak zánětlivých buněk. Počáteční studie vedly k závěru, že sliznatky postrádají schopnost buněčné a humorální imunitní odpovědi. Později se však ukázalo, že při vhodném chovu jsou sliznatky schopny „senzibilizovanými lymfocyty“ vypudit cizí štěpy a projevit známky imunologické paměti. V séru se pak podařilo prokázat několik bílkovin s vlastnostmi imunoglobulinů. • 2. Mihule (Petromyzones) - v krvi hemaglutininy a antibakteriální látky ~ Ig vyšších obratlovců fylogenetický přechod mezi Ab bezobratlých a obratlovců. B. Čelistnatci (Gnathostomata) • Mají již zřetelný thymus, slezinnou bílou pulpu a dokonalejší tkáňové i krevní lymfocyty, a objevují se u nich poprvé i plazmatické buňky. Aloštěpová reakce je velmi účinná, v krvi přibylo imunoglobulinů, prudčeji probíhají reakce zprostředkované protilátkami IgM. • 1. Paryby (Chondrichthyes) - typické Ig (2 lehké + 2 těžké řetězce), 1 typ Ab – IgM. - u žraloků brzlík a slezina • 2. Ryby (Pisces) - tkáňové Ag – MHC, aktivita IgM závisí na teplotě (jako u všech poikilotermů), proteiny komplementu uniformní. - plně diferencovaný brzlík a slezina 3. Obojživelníci (Amphibia) • Odpověděli v souvislosti s přechodem z vody na souš kvalitativně vyšším stupněm imunity. Jsou u nich vytvořeny uzliny a vyjádřen systém T i B lymfocytů; ve střevní tkáni lze nalézt velké množství plazmocytů. • Mloci (Urodela) - nejsou MHC, hemopoéza v kostní dřeni neprokázána, probíhá v ledvinách a játrech. • Žáby (Anura) - silný MHC, 2 druhy Ab – IgM a IgG, poprvé prokázána alergická r-ce, hemopoéza v kostní dřeni, sekundární lymfat. org. – slezina, ledviny, lymfatické uzliny. • GALT (gut associated lymphoid tissue). 4. Plazi (Reptilia) • Podobný obraz IS jako u obojživelníků lze prokázat i u plazů. Jsou zde přítomny protilátky IgM a objevují se - předchůdci IgG i „slizničního“ IgA. • Hemopoéza – kostní dřeň, slezina, thymus (s přibývajícím věkem involvuje), v hltanu tonzily, není spolehlivě prokázán MHC. • GALT v podobě kloakálního komplexu (anatomicky podobný Fabriciově burze ptáků, ale není jejím ekvivalentem). • Krokodýli (Crocodylia) mají velmi účinné baktericidní proteiny v krvi (odolnost i proti Staphylococcus aureus...) 5. Ptáci (Aves) • U ptáků dosáhl lymfoidní systém ještě dokonalejšího stupně. Vedle plně vyvinutého thymu (všechny 3 typy T lymfocytů – T[h], T[c] i T[s]) a kostní dřeně se vytvořila Fabriciova burza (bursa Fabricii) - hlavní orgán humorální imunity. • Dále slezina, lymfat. uzliny (nejsou u kurovitých), Peyerovy plaky, Harderova a pineální žláza. • Lymfat. tkáň má také difúzní podobu, její ohniska téměř ve všech orgánech – např. myokard, endokrinní org., játra, ledviny, pankreas i příčně pruhovaná svalovina. • BALT (bronchus associated lymphoid tissue) Lokalizace lymfatických orgánů ptáků Ptáci – Fabriciova burza • Objevena v roce 1956 Brucem Glickem, který zjistil, že po burzektomii nejsou kuřata schopna odolat bakterijní infekci. • Vzniká přibližně 4. den embryogeneze jako výrůstek kloakání membrány. • 8–12 tisíc folikulů (kůra + dřeň) 6. Savci • Savci včetně člověka mají dokonale vybudovaný thymus a systém buněčné imunity. Ig 5 resp. 9 typů (IG1-4, IgM, IgA1-2, IgD, IgE). • Společný původ řady významných povrchových znaků a receptorů dokazují přesvědčivě analogie a podobnosti v jejich struktuře u nízkých živočišných forem a savců (člověka). Platí to pro druhové, diferenciační i histokompatibilitní znaky i pro receptory fagocytů, dendritických buněk a NK buněk i T a B lymfocytů. • Geny pro receptory T-lymfocytů a geny pro receptory B-lymfocytů (imunoglobuliny) se začaly odštěpovat od původních pragenů asi před miliardou let a osamostatňovat se před zhruba 600 milióny let. Vývojové zmnožování a rozrůzňování probíhalo pomalu, ale trvale. K divergenci histokompatibilitních znaků I. a II. třídy došlo asi před 200 milióny let. Chceme-li pochopit podstatu historického vývoje imunitního systému a jeho funkcí, musíme se pokusit zodpovědět otázku, jaké byly jeho hlavní hnací síly. POLYFYLETICKÝ VZNIK KOMPONENT IS – selekční tlak vnějšího + vnitřního prostředí. Hlavní hnací síla: vztah parazit-hostitel. Savci - zajímavosti • IgM – 1. Ig ve fylogenezi i ontogenezi • velbloudi nemají lehké řetězce Ig • gepard – nízký polymorfizmus MHC (bottle-neck effect) => genet. homogenizace => citlivost k infekcím, vysoká úspěšnost transplantací (~inbrední kmeny laboratorních zvířat) • primáti – transplacentární přenos IgG, ostatní skupiny – IgG přes sliznice do mateř. mléka Evoluce lymfatických orgánů obratlovců: souhrn