Imunitní systém
Imunitní systém (IS) – mechanismy zajišťující homeostázi organismu
obranyschopnost – rozpoznání cizích složek a škodlivin (patogeny a
jejich toxiny)
autotolerance – poznání vlastních složek
imunitní dohled – vnitřní škodliviny – odstraňuje staré, poškozené
nebo nádorové buňky
Antigen = jakákoliv substance vyvolávající imunitní odpověď
Epitop = část antigenu rozpoznávaná imunitními receptory
Druhy imunity
a) nespecifická (neadaptivní) = vrozená, evolučně starší. Nemá
imunologickou paměť.
buněčná složka: fagocyty a cytotoxické látky
humorální – komplement, interferony, lektiny, sér. proteiny
+ mechanické zábrany (kůže sliznice), pohyb řasinek, proudy vzduchu
a tekutin
+ chemické – mastné kyseliny, pH, enzymy lysozym, pepsin, defensiny
+ mikrobiální – přirozená flora, kompetice
b) specifická (adaptivní) – antigenně specifická, má imunologickou
paměť, prostřednictvím protilátek a receptorů specifických pro Ag
humorální – Ab
buněčná – T-buňky
Vznik B-lymfocytů
Primární lymfoidní
orgány
Reakce
lymfocytů
s antigeny
a jejich
aktivace
bursa
Fabricii
kostní
dřeň
thymus
(brzlík)
sekundární
lymfoidní orgány
tvorba protilátek (Ab,
imumoglobulinů)
IgM, IgD
sekretované
(krátkodobě)
++ AgAg
Klonální selekce – diferenciace B-lymfocytů
Kmenová buňka
Pre-B-lymfocyt - přeskupení subgenů pro H-řetězec, vznik IgM-cytoplazm.
Nezralé B-lymfocyty - přeskupení subgenů pro L-řetězec, vznik IgM-membr.
Zralé B-lymfocyty - první přesmyk tříd IgM -IgD (membr.)
Plazmatické b. + paměťové b. = primární odpověď
= sekundární odpověď
+ antigen
vysoká tvorba IgA, IgE, IgG
Struktura imunoglobulinů
lehkého řetězce CL
Struktura protilátky
CH2
CH3
CH4
CL
VL
VH
CH1
~~~~
pantová
oblast
C1-doména
V-doména
těžký řetězec
lehký řetězec
hypervariabilní
oblasti
C domény tvoří
Fc = oblast Ig, která
zodpovídá za
efektorové funkce
Lehký řetězec ~ 220 aa
vazba
antigenu
Těžký řetězec ~ 440 aa
C2-doména
H
L
Charakter vazeb: iontové interakce,
hydrofobní a van der Waalsovy síly,
vodíkové můstky. Síla interakce =
avidita (pevnost vazby Ag-Ab).
Oblasti hypervariability ve variabilních
doménách
HV = hypervariabilní oblast;
FR = „framework regions“
Frekvence
výskytu různých
aminokyselin
Lokalizace hypervariabilních oblastí na lehkém
řetězci Ig
Každá hypervaribilní oblast má jen 5 až 10 aa, které se
účastní vazby antigenu.
Antigen
(dva hapteny)
Interakce imunoglobulinů s antigeny
Typy imunoglobulinů a jejich funkce
v organismu
<1%alergické reakceεIgE
14%
součást slin a
sekretů
αIgA
80%
aktivuje
komplement
γIgG
1%?δIgD
5%
aktivuje
komplement
µIgM
ProporceFunkceTěžký řetězec
Typy
imunoglobulinů
Komplement – systém sérových proteinů aktivovaných komplexy
protilátka-antigen nebo mikroorganismy. Pomáhá eliminovat patogenní
mikroorganismy navozením jejich lyze nebo fagocytózy
Klasifikace imunoglobulinových řetězců
Lehké řetězce (light)
VLCL ..... VκCκ nebo VλCλ (tj. 2 typy lehkých řetězců)
Těžké řetězce (heavy)
VHCH ..... VHC VHCγ VHCα VHCδ VHCε (tj. 5 typů těžkých řetězců)
IgM IgG IgA IgD IgE (5 Ig tříd)
Skupina imunoglobulinů stejného typu těžkého řetězce tvoří
imunoglobulinovou třídu
V = variabilní oblast , C = konstantní oblast
Lehký řetězec Těžký řetězec
Geny pro lehké řetězce: L-VJC
Geny pro těžké řetězce: L-VDJC
Subgeny = úseky genů pro imonoglobuliny
L-subgen V-subgen C-subgen J-subgen D-subgen
signální
peptid
konstantní
oblast
většina variabilní
oblasti
část variabilní
oblasti VL a VH
část variabilní
oblasti VH
Subgeny
Organizace lidských genů kódujících
imunoglobulinové řetězce
těžký řetězec
lehké řetězce
Lehký řetězec kappa: 250 V-subgenů + 4 J-subgeny + 1 C-subgen
250 x 4 x 1 = 1 000 kombinací (lehkých řetězců)
Těžký řetězec: 1000 V-subgenů + 15 D-subgenů + 4 J-subgeny +
+ 8 C-subgenů
1 000 x 15 x 4 x 8 = 480 000 kombinací (těžkých řetězců)
Celkem možných kombinací obou typů řetězců:
1 000 x 480 000 = 480 000 000 kombinací (kompletních řetězců)
Přeskupování subgenů a kombinace řetězců
jako zdroj variability Ig
nahodilost kombinací - dvojčata
Exprese genu pro lehký imunoglobulinový řetězec
1. přeskupení subgenů
2. transkripce
3. sestřih
4. translace
5. odstranení sign. peptidu
Přeskupování subgenů pro těžký imunoglobulinový řetězec
1. D-J
2. V- DJ
Molekulární mechanismus přeskupování subgenů
Lehký řetězec kappa v zárodečné linii
Těžký řetězec
Platí
pravidlo
12/23
mezerníky
12
nemohou se přímo spojovat V-J
vznik nepřesných spojení
Přeskupení subgenů procesem V-J somatické rekombinace
RAG1 a RAG2 proteiny = V(D)J rekombináza
(recombination-activating gene)
Heptamer-mezerník-nonamer
= recombinational signal sequence (RSS)
12 a 23 bp mezerníky
Spojování genových segmentů J a V
Schematické znázornění vzniku nepřesných
spojení mezi D a J
a) vytvoření smyčky po spárování nonamerů a heptamerů
b) vyštěpení smyčky rekombinázou
c) působením terminální transferázy, DNA-polymerázy a ligázy se konce D
a J spojí - v místě spojení je krátká náhodná (nově vytvořená) sekvence
Průběh spojování subgenů D a J – vznik variabilních spojení
komplex rekombinázy RAG vytváří na heptamerových
sekvencích vlásenky, které následně štěpí
Terminální deoxynukleotidyl transferáza připojuje
náhodně nukleotidy (N) na konce jednořetězců
Nespárované nukleotidy jsou odstraněny exonukleázou
a jsou nahrazeny reparační syntézou
P = palindromové nukleotidy tvořící vlásenku,
N = „netemplátové“ nukleotidy
Produktivní
a neproduktivní
spojení
Nepřesná spojení mezi V a J subgeny vytvářejí další zdroj
rozmanitosti protilátek
Aktivace transkripce po přeskupení subgenů
Specifický TF OCT-2 se tvoří v pre-B-
lymfocytu
Transkripce probíhá jen z promotoru toho V subgenu,
který je nejblíže zesilovači
přeskupení
P V
zesilovač
Působení
zesilovače
Izotypový přesmyk
Přesmyk tříd = přechod Ig z jedné třídy do jiné
Probíhá na úrovni těžkých řetězců
Variabilní oblast těžkého řetězce zůstává zachována, mění se konstantní
oblast, zodpovědná za efektorové funkce
A. Přesmyk na úrovni transkripce
přechod z IgM z membránového na sekretovaný
přechod z IgM na IgD
přepis překrývajících se transkripčních jednotek ze stejného
promotoru, končících různými polyadenylačními signály
B. Přesmyk na úrovni DNA
vytvořený exon L-VDJH se připojuje k různým subgenům C po
deleci mezi J a některými C
přesmyk je řízen signály přesmyku (S) = sekvence na 5´konci
CH subgenů za účasti enzymů
Průběh přeskupování subgenů a alternativní sestřih hnRNA
u těžkých řetězců
IgM IgD
M
S
DNA
RNA
Alternativní zakončení transkripce
Formy protilátek (imunoglobulinů)
Dvě formy protilátek (imunoglobulinů)
Povrchové n. transmembránové = BCR-receptor
(B-lymfocytový receptor) = receptor pro antigeny,
zajišťuje přenos signálu do buňky
Sekretované = uvolňované do prostředí
Vznik membránové formy IgM
mebránová forma
Transkripce končí na druhém (vzdálenějším) terminátoru a sestřihem je
odstraněn úsek RNA kódující hydrofilní aminokyseliny (SC). Vytváří se
protilátka, která je ukotvena v memebráně.
Membrane-coding sequence
1. 2.
terminátor
Sekvence odstraněná
sestřihem
Vznik sekretované formy IgM
sekretovaná forma
Transkripce končí na prvním terminátoru, vzniklý transkript neobsahuje
část kódující hydrofobní aminokyseliny (MC) a vzniká protilátka, která se
uvolňuje z buňky
Secretion-coding sequence
1. terminátor
Koexprese IgM a IgD regulovaná úpravou transkriptu
Exprese IgM Exprese IgD
Ve zralých B-buňkách začíná transkripce na promotoru VH a pokračuje přes exony Cµ a Cδ.
Ukončení transkripce v pA1 a následný sestřih vede k tvorbě mRNA kódující těžký řetězec µ,
zatímco ukončení transkripce v pA2 a následný odlišný způsob sestřihu odstraní exony Cµ a
vzniklá mRNA pak kóduje těžký řetězec δ.
Oba způsoby transkripce mohou probíhat paralelně, takže v buňkách
dochází k současné produkci IgM a IgD
Přesmyk tříd (izotypový přesmyk) při
diferenciaci B lymfocytů
Genový komplex po V-D-J
přeskupení
Vyštěpení části DNA kódující
těžký řetězec
Přepis a sestřih RNA
. Signály přesmyku (S)
GAGCT)nGGGGTDNA je deletována
Regulace cytokiny
třída IgE (např)
S M
Přesmyky tříd probíhající u těžkých řetězců
Časný přesmyk probíhající
na úrovni transkripce a
sestřihu u naivních B
buněk (nejdříve vzniká jen
Cµ, později též Cδ)
Pozdní přesmyk probíhající
intrachromatidovou
rekombinací během zrání B
buněk (v jednom nebo více
krocích))
.signály přesmyku
Izotypové přesmyky mohou probíhat sekvenčně, dokud
je možné zatím nevyštěpené C subgeny eliminovat
Přesmyk v
jednom
kroku
Přesmyk
ve více
krocích
Alelická exkluze
Během vývoje B-buňky jsou aktivovány
pouze geny jednoho z rodičů (nejasný
mechanismus)
Izotypická exkluze
Z lehkých řetězců je aktivován pouze
jeden z možných typů: lambda nebo kappa
Výsledná buňka tvoří protilátku obsahující
jedinečné vazebné místo pro antigen
Alelická a izotypová exkluze
Monospecifická
protilátka
Vznik somatických hypermutací v přeskupené
variabilní oblasti imunoglobulinového řetězce
Vznikají různé typy mutací, z nichž některé vedou k zesílení vazby
antigenu protilátkou – buňky, které takové protilátky tvoří, proliferují
Příčina rozmanitosti protilátek
1. Přeskupování V-D-J-subgenů
2. Kombinace lehkých a těžkých řetězců
3. Nepřesná spojení V-J (V-D-J)
4. Somatické mutace v okolí V