Struktura a funkce imunitního systému

Transkript

1 truktura a funkce imunitního systému Igor Hochel část II

2 Hlavní histokompatibilní komplex imunologicky významná oblast genomu obratlovců funkce: presentace antigenu specifickému receptoru T lymfocytů TCR rozpoznává antigeny vázané v komplexu s polymorfními MHC glykoproteiny, nebo nepolymorfními molekulami CD1 MHC gp I výskyt: na povrchu všech jaderných buněk funkce: presentace endogenního antigenu produkované buňkou (virové antigeny) isotypy klasických MHC gp Ia: HLA-A, HLA-B, HLA-C isotypy neklasických MHC gp Ib: HLA-E, HLA-F, HLA-G CD1 (presentace lipidových molekul) MHC gp II výskyt: na povrchu APC (dendritické buňky, monocyty/makrofágy, B lymfocyty) funkce: presentace pohlceného antigenu isotypy: DR, DQ, DP

3 truktura MHC gp I

4 Vazba peptidů na vazebná místa MHC gp I a II Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 75.

5 Biosynthesa komplexů MHC gp I Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 77.

6 truktura MHC gp I a MHC gp II MHC gp I MHC gp II α 2 α 3 α 1 β 1 α 1 α 2 β 2 β 2 mikroglobulin α β

7 Vazba peptidů na vazebná místa MHC gp I a II Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 75.

8 Biosynthesa komplexů MHC gp II Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 78.

9 B C (X) E A N G F NOTCH3 CYP21B C4B CYP21A C4A BF C2 LTB TNF LTA HP70 DPB2 DPA2 DPB1 DPA1 DNA DMA DMB L8M2 TAP1 Ring9 LMP7 TAP2 DOB DQB2 DQA2 DQB1 DQA1 DRB1 DRB2 DRB3 DRA1 Lidský genový komplex MHC DP DN DM DO DQ DR centromera telomera lidský chromosom 6

10 truktura BCR DC79αβ

11 truktura imunoglobulinu CH2 CH3 CH4

12 Isotypy imunoglobulinů IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 IgD, IgE dimer IgA pentamer IgM

13 Fyzikálně-chemické vlastnosti lidských imunoglobulinů vlastnost typy a subtypy imunoglobulinů IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 IgM IgA1 IgA2 siga IgD IgE těžký řetězec γ 1 γ 2 γ 3 γ 4 μ α 1 α 2 α 1 /α 2 δ ε konc. v seru (mg ml -1 ) ,5 1,5 3,0 0,5 0,05 0, sedimentační konstanta 7s 7s 7s 7s 19s 7s 7s 11s 7s 8s mol. hmotnost ( 10 3 ) biol. poločas (dny) karbohydráty (%) ? fixace komplementu průchod placentou vazba na protein A vazba na protein G siga - dimerní forma IgA

14 Povaha interakcí antigenu s protilátkou nekovalentní krátkodosažné vazebné síly: vodíkové vazby elektrostatické interakce van der Waalsovy síly hydrofobní interakce komplementarita epitopu a vazebného místa protilátky asociační konstanta K as = k 1 /k 2 = [Ab][Ag]/[Ab-Ag] ( lmol -1 ) afinita avidita

15 Organisace lidských genů kódujících Ig řetězce V 1 V 2 V 3 V n-2 V n-1 V n D 1 D 2 D n J 1 J 2. J 9 C μ C δ C γ 3 C γ 1 ψε C α 1 ψγ C γ 2 C γ 4 C ε C α 2 ~100 V H ~50 D IgH (lidský chromosom 14) V 1 V 2 V 3 V n-2 V n-1 V n J 1 J 2. J 5 C κ ~70 V κ Igκ (lidský chromosom 2) V 1 V 2 V 3 V n-2 V n-1 V n J 1 C λ 1 J 2 C λ 2 J 3 C λ 3 ~30 V λ 9 párů J-V λ (4 funkční) Igλ (lidský chromosom 22)

16 Přeskupování genů pro těžké Ig řetězce V 1 V 2 V 3 V n-2 V n-1 V n D 1 D 2 D 3 D 4 D n J 1 J 2 J 3 J 4 J 9 C μ C δ zárodečná konfigurace V 1 V 2 V 3 V n-2 V n-1 V n D 1 D 2 D 3 J 3 J 9 C μ C δ po DJ-přeskupení V 2 D 3 J 3 J 9 C μ C δ po VDJ-přeskupení V 2 D 3 J 3 J 9 C μ C δ primární transkript RNA V 2 D 3 J 3 C μ V 2 D 3 J 3 C δ dvě možné RNA po alternativním sestřihu

17 truktura pre-bcr Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 129.

18 Isotypový přesmyk V 2 D 3 J 1 J 5 C μ C δ C ε C α 2 C γ 3 C δ V 2 D 3 J 1 J 5 C μ C ε C α 2 V 2 D 3 J 1 J 5 C ε C α 2 V 2 D 3 J 1 C ε

19 Cytokiny regulující isotypový přesmyk Isotyp protilátky IgA IgG1 IgG2a IgG3 IgG4 IgE cytokin IL-5, TGF-β IL-4 INF-γ INF-γ IL-13 IL-4

20 Diferenciace B lymfocytů kmenová buňka B antigen progenitorová B buňka B bez antigenu apoptosa somatická hypermutace prekursorová B buňka B pre BCR M B sekundární lymfatický orgán nezralý B lymfocyt B IgM paměťová B buňka plasmatická buňka negativní selekce kostní dřeň

21 truktura TCR TCR CD3 ζ ζ α β γ ε δ ε

22 Organisace lidských genů kódujících řetězce TCR TCR-δ komplex V α1 V α2 V αn V δ1 V δ2 V δn D 1 D 2 D 3 J δ1 J δ2 J δ3 C δ J α1 J α2 J αn C α ~59 V α (16 rodin) V δ TCR-α/δ (lidský chromosom 14) V β1 V β2 V βn D β1 J β1.1 J β1.7 C β1 D β2 J β2.1 J β2.7 C β2 ~70 V β (15 rodin) TCR-β (lidský chromosom 7) V γ1 V γ2 V γn J γ1 C γ1 J γ2 C γ2 TCR-γ (lidský chromosom 7) 12 V γ

23 Diferenciace T lymfocytů v thymu pro-t apoptosa buněk s neproduktivním přeskupením β řetězce T pre-t CD4 + CD8 + apoptosa buněk s neproduktivním přeskupením α řetězce positivní selekce (vazba MHC) T CD4 + CD8 + T thymus negativní selekce autoreaktivních klonů T T CD4 + CD8 +

24 Klasifikace T lymfocytů TCR αβ většinová populace; vývoj probíhá v thymu; TCR rozeznává komplexy antigenu s MHC gp cytotoxické T lymfocyty (Tc) koreceptor CD8 pro MHC gp I; produkce cytokinů; regulační funkce pomocné T lymfocyty (Th) koreceptor CD4 pro MHC gp II Th1 produkce cytokinů IL-2, INF-γ Th2 produkce cytokinů IL-4, IL-5, IL-6 a IL-10 Th0 produkce směsi obou typů cytokinů Tr1 produkce THF-β Th17 produkce prozánětlivého cytokinu IL-17 intraepiteální T lymfocyty výskyt v kůži a sliznicích; regulace slizniční imunity NK-T lymfocyty disponují stimulačními a inhibičními receptory jako NK buňky; producenti cytokinů (IL-4, INF-γ); regulační funkce TCR γδ minoritní populace; vývoj probíhá mino thymus; TCR rozpoznává povrchové a rozpustné antigeny, které nejsou vázány v komplexu s MHC gp (aminy); funkce ochrana proti specifickým druhům pathogenů (mykobakterie)

25 Diferenciace Th1 a aktivace makrofágů infikovaný makrofág CD4 TCR intracelulární parazit ve vakuolách MHC CD4 prekurzor Th Th1 LFA-1 CD80 ICAM IFN-R TCR CD28 LFA-1 Th1 IL-12 eliminace intracelulárních parazitů sekrece IFN-γ Th1 aktivovaný makrofág sekrece cytokinů a antibakteriálních látek Th1 klon zralých Th1

26 Diferenciace Th2 a stimulace B lymfocytů IL-4, IL-5,.. CD4 TCR Th2 CD40L LFA-1 antigen (bakterie) B prekurzor Th pohlcení a zpracování antigenu antigen (bakterie) CD4 TCR MHC CD80 LFA-1 ICAM Th2 Th2 IL-4, IL-5,.. klon zralých Th2 B proliferace a diferenciace B lymfocyt M plazmatické a paměťové B lymfocyty APC (dendritická buňka) IL-4

27 Regulační mechanismus diferenciace Th1 a Th2 buněk B B B lymfocyt plasmatická buňka IL-4, IL-5, IL-6 makrofág INF-γ IL-12 T Th1 INF-γ IL-4, IL-10 T Th2 IL-4 IL-4 NK NK buňka basofil prekurzor Th

28 Imunologické reakce založené na Tc lymfocytech cytotoxické T lymfocyty rozpoznávají buňky infikované viry nebo jinými intracelulárními parazity a ničí je mechanismy založené na těsném kontaktu atakované buňky a Tc lymfocytu, popř. na účinku sekretovaných produktů aktivace APC dendritické buňky, makrofágy (lymfatické uzliny) cytotoxické mechanismy: degranulace Tc uvolnění granzymů, perforinu (podobný proteinu C9) a prekursory kaspas spuštění kaskády reakcí, které vedou k apoptose cílové buňky vazba ligandu FasL (na povrchu Tc) a Fas receptoru na cílové buňce apoptosa sekrece cytotoxického cytokinu lymfokinu (LT, TNF-β)

29 Cytotoxické mechanismy Tc lymfocytů Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 149.

30 Aktivace T lymfocytů superantigeny Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 151.

31 NK buňky NK buňky (z angl. natural killer) jsou velké granulární lymfocyty, které postrádají antigenně specifické receptory diferencují z lymfoidního prekursoru bez předchozí aktivace zabíjejí nádorové a viry infikované buňky výskyt: periferní krev, slezina, játra, plíce, děloha biologická funkce: eliminace intracelulárních pathogenů (viry, metastázy) regulace krvetvorby a růstu jater

32 NK buňky receptory: stimulační rozpoznávají struktury na povrchu různých buněk Fc γ RIII (CD16) spouští kaskádu signálů, která vede k degranulaci a uvolnění obsahu granul (cytotoxická reakce závislá na protilátkách ADCC z angl. antibody-dependent cellular cytotoxicity) inhibiční rozpoznávají MHC gp I spouští kaskádu signálů, které inhibují cytotoxickou reakci jsou asociovány s fosfatasami KIR inhibiční receptory imunoglobulinové skupiny (pouze člověk) receptory C-lektinové skupiny (CD94/NKG2A) další receptory a povrchové proteiny: IL-2R, CD2, CD7, (společné s T lymfocyty, chybí TCR a CD3), myeloidní markery (CR3) NK buňka cílová buňka aktivace: IL-2, IL-12, INF-α, INF-β produkce: INF-γ, M-CF, IL-3 granzymy a perforin (granuly)

33 Imunitní reakce založené na protilátkách jsou založeny na rozpoznání antigenu specifickým receptorem B lymfocytů (BCR) za vhodných podmínek (spolupráce s Th lymfocyty) stimulované B lymfocyty proliferují a diferencují se na plasmatické a paměťové buňky (tj. vznikají klony dceřiných buněk s identickou, nebo podobou specifitou) T-dependentní antigeny vyvolávají protilátkovou odpověď závislou na spolupráci Th buněk s B lymfocyty T-independentní antigeny vyvolávají diferenciaci B lymfocytů a produkci protgilátek i bez spolupráce Th buněk

34 Protilátková reakce vyvolaná T-independentními antigeny tvorba nízkoafinitních protilátek třídy IgM nevznikají paměťové B lymfocyty rozdělelní T- nezávislých antigenů podle způsobu aktivace B lymfocytů TI-1 antigeny LP; ve vyšších koncentracích obsazuje receptor B lymfocytů pro LP stimulace velkého počtu B buněk a produkce protilátek nezávisle na jejich antigenní specifitě TI-2 antigeny polymery (polysacharidy, flagelin); reagují simultánně s velkým počtem BCR a intezivně je shlukují vznik dostatečně velkých signálů a diferenciace B lymfocytů bez pomoci Th. Takto jsou aktivovány pouze zralé B lymfocyty, nezralé jsou působením T2 antigeny anergisovány (kojenci)

35 Protilátková reakce vyvolaná T-dependentními antigeny dvoufázové reakce primární a sekundární odpověď vznik paměťových buněk vznik vysoce afinitních protilátek

36 Primární fáze protilátkové reakce IL-4, IL-5,.. CD4 TCR Th2 CD40L LFA-1 antigen (bakterie) B prekurzor Th antigen (bakterie) CD4 TCR MHC CD80 LFA-1 ICAM Th2 Th2 IL-4, IL-5,.. B proliferace a diferenciace B lymfocyt M plazmatické a paměťové B lymfocyty klon zralých Th2 APC (dendritická buňka) IL-4

37 Primární fáze protilátkové reakce protilátky produkované během 3 4 dnů od primární infekce první vlnou plasmatocytů jsou nízkoafinitní IgM IgM blokují šíření infekce imunokomplexy jsou zachycovány v sekundárních lymfatických orgánech folikulárními dendritickými buňkami (FDC) dlouhodobě skladované antigeny na povrchu FDC jsou rozpoznávány B lymfocyty, které vznikly klonální expansí B buněk stimulovaných primárním kontaktem s antigenem primární odpověď je málo intensivní a pomalá

38 ekundární fáze protilátkové reakce paměťové buňky přežívají převážně v lymfatických uzlinách a vlivem antigenu presentovaného na povrchu FDC dále vyzrávají zvyšuje se afinita vazebného místa BCR afinitní maturace rozšiřuje se repertoár isotypů protilátek isotypový přesmyk sekundární odpověď je intensivní a rychlá

39 Efektorové mechanismy protilátek neutralisace blokování kritických epitopů nutných pro aktivitu toxinů, resp. nutných pro adhezi a pronikání virů a mikroorganismů do buněk opsonisace usnadnění fagocytosy, aktivace destrukčních mechanismů fagocytů, cytotoxická reakce závislá na protilátkách (NK buňky) aktivace komplementu opsonisace antigenu, chemotaxe, rozvoj zánětlivé reakce, destrukce citlivých buněk (komplement není aktivován IgG4 a IgA) indukce apoptosy