Výukové materiály:

Transkript

1 RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie, PřF UP Olomouc Výukové materiály:

2 Prezentace navazuje na základní znalosti z biochemie, stavby a funkce membrán. Rozšiřuje přednášky: Funkce membrán Proteiny Symboly označující animaci resp. video (dynamická prezentace daného fyziologického procesu). Plnohodnotné animace (videa) spolu s podrobným výkladem studenti uvidí na přednáškách popř. praktických cvičeních. Varianta pro tisk, která je k dispozici na internetu obsahuje jen statické popisy těchto procesů. Symbol označující odkaz na animaci z internetu

3 Obsah přednp ednášky Definice základních imunologických pojmů imunita, imunologie imunitní systém, imunitní reakce, antigen imunogenetika Složky imunitního systému lymfatické tkáně a orgány buňky imunitního systému molekuly imunitního systému Druhy imunitních mechanismů: vrozená (nespecifická) reakce získaná (specifická) reakce : T a B lymfocyty MHC glykoproteiny: MHC glykoproteiny I. třídy MHC glykoprotteiny II. třídy

4 Schopnost jedince bránit se invazi cizorodých látek a organismů z okolního prostředí označujeme obecně slovem (lat. immunitas = odolnost)

5 Imunologie vědní obor Vědní obor zabývající se studiem procesů, spojených s obranou organismu nazýváme: Obrana organismu je zajišťována prostřednictvím imunitního systému

6 Imunitní reakce (odpověď ěď) Koordinovaný systém reakcí organismu vyvolaných přítomností nežádoucí, škodlivé částice (molekuly, buňky) Imunitní reakce (odpověď) je realizována buňkami imunitního systému mu, které pracuji buď na základ kladě přímého kontaktu nebo prostřednictv ednictvím různých látek tek, které aktivují nebo produkují (proteiny komplementu, cytokiny, protilátky aj.) Cizorodou látku, která vyvolává imunitní reakci nazýváme:

7 ANTIGEN ( Antibody generator ) Cizorodá látka, která: je rozpoznaná imunitním systémem vyvolává imunitní odpověď organismu (je imunogenní, má tzv. antigenní charakter) Typicky proteiny a polysacharidy (potenciálně ale jakákoli molekula) Obvykle větší molekuly ( > daltonů) Imunitním systémem jsou rozpoznány jako cizorodé, škodlivé Pocházejí jak z vnějšího prostředí - exoantigeny tak z organismu samotného autoantigeny (endoantigeny)

8 Nejčast astější

9 Imunitní systém: základní vlastnosti SPECIFICITA schospnost rozlišit neškodné vlastní molekuly od cizích resp. nežádoucích molekul POLYMORFISMUS Molekuly existují v mnoha variantách IMUNOLOGICKÁ PAMĚŤ Rychlejší a efektivnější reakce pokud se organismus setká s patogenem opakovaně Imunitní systém patří k základním homeostatickým mechanismům v těle

10 TOLERANCE VLASTNÍ NORMÁLNÍ BUŇKY A MOLEKULY IMUNITNÍ DOHLED VLASTNÍ, PATOLOGICKY ZMĚNĚNÉ BUŇKY Imunitní systém rozpoznává: CIZORODÉ ČÁSTICE Brání jejich vstupu do organismu. V těle pak cizorodé částice inaktivuje a ničí OBRANYSCHOPNOST

11 Imunogenetika Obor zabývající se studiem GENŮ uplatňujících se při formování složek imunitního systému se nazývá: Studuje např.: geny imunoglobulinové rodiny ( superfamily ) mechanismy uplatňující se při formování polymorfních molekul HLA systém a geny, které je kódují

12 Složky imunitního systému A. Lymfatické tkáně a orgány B. Buňky imunitního systému C. Molekuly imunitního systému

13 A. Lymfatické tkáně a orgány Lymfatické uzliny BRZLÍK slezina Peyerovy plaky v tenkém střevě Slepé střevo Lymfatické cévy KOSTNÍ DŘEŇ Kostní dřeň a brzlík jsou místem vzniku a dozrávání lymfocytů, proto jsou nazývány jako PŘIMÁRNÍ lymfatické orgány

14 A. Lymfatické tkáně a orgány PRIMÁRNÍ Kostní dřeň Thymus (brzlík); Fabriciova burza u ptáků SEKUNDÁRNÍ Lymfatické uzliny zachycují antigeny a brání jejich rozptýlení po těle Apendix, tonzily, Payerovy plaky ve střevě (organizované shluky lymfatických uzlin Slezina vychytává antigeny a zestárlé krvinky, zprostředkovává kontakt Ag a imunitních buněk, iniciuje imunitní reakce Slizniční lymfatická tkáň (MALT resp. GALT mucosus resp. gastrointestinal associated lymphoid tissue) Lymfatické cévy - propojují všechny tkáně a orgány v těle

15 B. Buňky imunitního systému Cirkulující (v krevním a lymfatické oběhu) TKÁŇOVÉ (dočasně nebo trvale v tkáních) T lymfocyt napadený virem HIV makrofág B lymfocyt NK buňka T lymfocyt Dendritická buňka T lymfocyt makrofág

16 B. Buňky imunitního systému Kmenová buňka Myeloidní progenitor Lymfoidní progenitor B lymfocyt T lymfocyt NK buňky ( zabíječi ) erytroblast megakaryocyt p r o g e n i t o r y p r o g e n i t o r y erytrocyt Krevní destičky bazofil eozinofil neutrofil monocyt dendritická buňka

17 B: Klasifikace imunitních buněk GRANULOCYTY PHAGOCYTY bazofily (žírné b., mastocyt) neutrofily eosinofily AGRANULOCYTY Dendritické buňky T lymfocyt B Lymfocyt (plazmatické b.) Monocyty (makrofágy) CYTOTOXICKÉ b. APC

18 C. Molekuly imunitního systému Imunoglobuliny (protilátky) Antigenně specifické receptory (proteiny) na povrchu T a B lymfocytů MHC glykoproteiny (HLA molekuly) Cytokiny (mediátory): TNF, INF, CSF, interleukiny Proteiny komplementu

19 Druhy imunitních mechanismů NESPECIFICKÁ (vrozená) imunitní reakce SPECIFICKÁ (adaptivní, získaná) imunitní reakce infekce hodiny dny 5 7 Prvotní fáze imunitní odpovědi Pozdější fáze imunitní odpovědi (likvidace infekce)

20 Fyzikální a chemické bariéry Buněčné elementy (fagocyty, NK buňky, bazofily) Proteiny komplementu imunita Látková imunita: B lymfocyty Buněčná imunita: T lymfocyty imunita

21 imunita Je namířena proti širokému spektru cizorodých částic a patogenů Rozpoznává chemické struktury (hl. sacharidy) společné skupinám mikroorganismů, ale nevyskytujících se u vlastních buněk. Její buňky a molekuly jsou v organismu připraveny předem

22 Složky nespecifické imunity Fyzikální a chemické bariéry organizmu Kůže Sliznice (chráněné mukózním sekretem a řasinkovým epitelem) Sliny a slzy (obsahují lysozymy, narušující bakteriální stěnu) Žaludeční šťávy (nízké ph), dále také TEPLOTA atd Buněčná složka Profesionální fagocyty (neutrofily, monocyty resp. makrofágy) NK cytotoxické buňky ( přirození zabíječi ) Dendritické buňky (spojení nespecifické a specifické imunity) Bazofily (uvolňující histamin) Humorální (látková) složka Proteiny komplementu (tkáňové a plazmatické proteiny) Cytokiny (regulace a koordinace procesů nespecifické imunity) Adhezní molekuly (lektiny, integriny)

23 Fagocytóza Evolučně velmi starý proces pohlcování částic ( potravních) U vyšších živočichů a člověka: buňky zabezpečující obranyschopnost organismu procesem fagocytózy. Pohlcování a degradace mikroorganismů - NEUTROFILY Odstranění zbytků vlastních buněk (apoptotických tělísek) a ochrana proti intracelulárním parazitům MONOCYTY resp.makrofágy Ochrana proti mnohobuněčným parazitárním červům-eozinofily resp. ŽÍRNÉ BUŇKY (MASTOCYTY) Prezentace části pohlcené částice (antigenu) T lymfocytům DENDRITICÉ BUŇKY Fagocytující buňky rozpoznávají svoji kořist prostřednictvím RECEPTORŮ. Rozpoznávají cizorodé nebo poškozené struktury, tzv. PAMP ( pathogen associated molecular patterns ) LEKTINY receptory rozeznávající polysacharidy TLR Toll Like Receptor rozpoznávají lipopolysacharidy, lipoproteiny, NK aj. SCAVANGEROVÉ ( uklízecí ) receptory rozpoznávají pozměněné struktury apoptických buněk

24 FAGOCYTÓZA: video

25 Fagocyty: diapedéza Migrace leukocytů z mikrocirkulace do tkání Fagocyty pronikají z krevního oběhu do tkání mezi endoteliálními buňkami LEKTINY= proteiny vážící se na sacharidy; Zpomalují pohyb leukocytů kolem nísta infekce endotelová buňka Řízená diapedéza místo infekce

26 Proteiny komplementu humorální složka nespecifické imunity systém cca 30 sérových a membránových proteinů (hl. C1-C9), které se po různých podnětech kaskádovitě aktivují OPSONIZACE cizorodých částic CHEMOTAXE OSMOTICKÁ LÝZA bakterií

27 Aktivace komplementu protilátka aktivovaný komplement aktivovaný komplement Lytický pór Opsonizovaná bakterie: Proteiny komplementu se aktivují vazbou na protilátky, obklopující patogen patogen fosfolipidová dvojvrstva patogenu Proteiny komplementu se aktivují Také vazbou přímo na bakteriální povrch aktivovaný komplement bakterie Kaskádovou reakcí vzniká řada dalších proteinů, které vytváří komplex, schopný zabudovat se do bakteriální stěny Aktivované proteiny komplementu vytvoří ve stěně Bakterie lytický pór Lytické póry způsobují lýzi bakterie Aktivace komplementu Kaskádová reakce Narušení bakteriální membr. Rozpad buňky

28 ZÁNĚT projev nespecifické imunity Komplex fyziologických reakcí nespecifické imunity Reakce na POŠKOZENÍ TKÁNĚ (mechanicky, chemicky, mikroorganismy, ischemií) Látky uvolněné z poškozených buněk a součásti mezibuněčné hmoty obnažené poraněním Mediátory uvolněné fagocytujícími buňkami Mediátory uvolněné degranulací bazofilů a jejich tkáňových forem (mastocytů, žírných b.) Zvýšení permeability cév umožňující prostup plazmatické tekutiny a molekul do okolních tkání (otok, zarudnutí) Zvýšení adhezivity endotelu (zachycování fagocytů ) Aktivace koagulačního a komplementového systému (zástava krvácení, destrukce bakterií) Ovlivnění nervových zakončení (bolest) Změny regulace teploty prostřednictvím pyrogenních regulátorů (zvýšená teplota)

29 ZÁNĚT projev nespecifické imunity A. Po překonání bariéry (kůže, epitel) bakterie proniká do tkání a uvolňuje škodliviny C. Uvolněné látky zvyšují propustnost cévních stěn kterými do tkání uniká tekutina a plazmatické proteiny E. Bakterie lyzují a jsou pohlcovány fakocyty A C D E B B. Bakteriální toxiny a látky uvolněné poškozenými buňkami (histamin)se hromadí v tkáni D. Plazmatické proteiny (komplement) se váží na povrch bakterií (narušují jejich membránu), přitahují fagocyty do místa infekce

30 imunita Je aktivována a specificky namířena proti konkrétnímu patogenu (antigenu). Cizorodou strukturu rozpoznávají vysoce specializované molekuly: antigenně specifické receptory ( chemicky: membránové glykoproteiny ) LÁTKOVÁ (humorální) imunita Zajišťována B lymfocyty, které produkují protilátky BUNĚČNÁ imunita Zajišťována T lymfocyty (cytotoxické b. a pomahači)

31 Membránov nové receptory lymfocytů VARIABILNÍ OBLAST (místo pro vazbu s antigenem) LEHKÝ ŘETĚZEC Konstantní oblast TĚŽKÝ ŘETĚZEC Konstantní oblast α β B lymfocyt T lymfocyt

32 PŘEHLED ZRÁNÍ LYMFOCYTŮ Primárn rní lymfatické orgány: kostní dřeň,, brzlík k (slezina u plodu) Periferní lymfatické orgány Prekurzor B lymfocytu BCR- BCR+ B lymfocyt BCR++ Kmenová buňka dřeň negativní a pozitivní selekce CD4+ TCR+ nezralý B lymfocyt kůra T h lymfocyt CD4+ TCR++ Pozitivní a negativní selekce Thymus CD4+ CD8+ TCR(+) CD8+ TCR+ T c lymfocyt CD8+ TCR++

33 EPITOP antigenní determinant Malá oblast molekuly antigenu, která je rozpoznávaná membránovými receptory B a T lymfocytů resp. protilátkami se nazývá: Antigenní determinant = antigenní determinant ANTIGEN Protilátka (receptor)

34 PATOGEN Salmonella typhimurium FliC epitop epitop epitop epitop Antigen A Antigen B Antigen C Antigen A obsahuje epitopy 1, 2, 3 atd. Antigen B obsahuje např. epitopy 4, 5, 6... Antigen C obsahuje např. epitopy 7, 8, Lymfocyty specifické k danému antigenu resp. epitopu

35 REPERTOÁR celkový počet typů receptorů (protilátek) u jednoho jedince

36 KOMPLEMENTARITA: Variabilní oblast - epitop Sekvence AMK ve variabilní oblasti receptoru (Ig) je komplementární k... Antigen se specificky váže ke svému receptoru... sekvenci AMK v epitopu příslušného antigenu RECEPTOR (protilátka) Variabilní oblast je specifická k epitopu antigenu

37 Specifická látková (humoráln lní) ) imunita Rozpoznává přímo extracelulární antigen B lymfocyty jsou specializované k produkci různého typu protilátek (imunoglobulinů)

38 B lymfocyt: specificita receptorů VAZBA ANTIGENU S PROTILÁTKOU TKOU PROLIFERACE Tvorba protilátek specificita Stimulace B-lymfocytů antigenem

39 Membránový Jaký je vztah B lymfocytu? imunoglobulin

40 B lymfocyty: stimulace antigenem TVORBA PROTILÁTEK TEK = IgA IgM B lymfocyt Různ zné třídy (izotypy izotypy)

41 IZOTYPY (třídy) imunoglobulinů V séru a intersticiální tekutině Opsonizace, neutralizace Nejčastější protilátky (70-75%) V séru a intersticiální tekutině Ochrana před parazity zodpovědné za alergické r. a hypersensitivitu Povrch B lymfocytů Receptor pro antigen V séru a B lymfocytech aktivace komplementu V séru, slzy, sliny mléko, povrch sliznic Ochrana sliznic opsonizace

42 Vazba antigen-protilátka inaktivuje antigen Opsonizace Bakterií a virů Inaktivace bakt. toxinů Shlukování bakterií Precipitace původně rozpustného antigenu Aktivace komplementu Stimulace fagocytózy Rozpad buňky

43 Specifická buněč ěčná imunita Jak se T lymfocyty funkčně liší od B lymfocytů? Kdy jsou B lymfocyty pro iniciaci imunitní reakce nedostačující?

44 INFEKCE: intracelulárn rní antigen makrofág B lymfocyt Fragmentace a prezentace antigenu Komplex MHC - antigen T cell stimulace B lymfocyt

45 T lymfocyty: prezentace antigenu APC (Antigen prezentující buňka) Zprostředkování imunitní odpovědi Sekrece cytokinů Komplex MHC-antigen T cell T cell T cell T cell T cell T cell T cell ANTIGEN ZPRACOVÁNÍ antigenu PREZENTACE antigenu STIMULACE T lymfocytu PROLIFERACE T lymfocytů

46 Specifická buněč ěčná imunita Specializované k rozpoznávání intracelulárních antigenů (peptidů) S antigenem nereagují přímo ale prostřednictvím antigen prezentující buňky. Rozpoznávají komplex MHC-antigen Dozrávají v thymu

47

48 = ajor istocompatibility omplex Skupina genů na 6. chromozomu (u člověka) Kódují membránové glykoproteiny, tzv. MHC molekuly, MHC molekuly jsou u člověka označované také jako HLA systém (= Human Leukocyte Antigens) VÝSKYT MHC rep. HLA molekuly se u člověka vyskytují na všech jaderných buňkách v těle Typy MHC molekul MHC glykoproteiny I. třídy MHC glykoproteiny II. třídy

49 Dva typy MHC molekul glykoproteiny I. tř. glykoproteiny II tř. Dendritická buňka makrofág Všechny jaderné buňky těla Jen antigen prezentující buňky APC (fagocyty, dendritické buňky)

50 AtraktivníBiologie I.Fellnerová, PřF UP Olomouc Funkce MHC molekul Vázat peptidové fragmenty proteinů Prezentovat je (vystavovat) na buněčný povrch, kde je analyzují T lymfocyty imunologický dohled MOLEKULY MOLEKULY Váží proteiny endogenní, syntetizovan yntetizované buňkou (normální, patologické, virové) Aktivují cytotoxické T lymfocyty, c které mají CD8 koreceptor Váží proteiny exogenní fagocytované buňkou (proteiny patogenů) Aktivuji pomocné T lymfocyty h které mají CD4 koreceptor

51 Stavba MHC molekul MHC I Transmembránový řetězec α se třemi doménami (α 1 α 2 α 3 ) a řetězec β 2 mikroglobulinu MHC II Transmembránový řetězec α (domény α 1 α 2 ) a transmembránový řetězec β (domény β 1 β 2 ) α 2 α 1 Místo pro vazbu s antigenem α 1 β 1 α 3 β 2 α 2 β 2 Každá jaderná buňka Antigen prezentující buňka

52 T-lymfocyt se váže s antigenním determinantem peptidu T lymfocyt Receptor T lymfocytu Polymorfní oblast MHC molekuly PEPTID Část peptidu vážící ho se s MHC molekulou Vazebné místo pro antigenní peptid na MHC molekule MHC protein antigen prezentující buňka

53 Prezentace antigenu vyskytujícího se v cytosolu ( zpravidla endogenní antigen )

54 MHC-I: Prezentace endogenního antigenu Jaderná buňka Komplex MHC-antigen T c lymfocyt (cytotoxický) virové proteiny mutované proteiny (nádorové buňky) T lymfocyt cytotoxický (CD 8 + T lymfocyt)

55 MHC-I: Prezentace endogenního antigenu virové proteiny mutované proteiny (nádorové buňky) T c lymfocyt (cytotoxický) T lymfocyt cytotoxický (CD 8 + T lymfocyt)

56 Prezentace antigenu vyskytujícího se ve fagosomu ( exogenní antigen )

57 MHC-II: Prezentace exogenního antigenu Antigen prezentující buňka

58 MHC-II: Prezentace exogenního antigenu Antigen prezentující buňka Komplex MHC-antigen T H lymfocyt (pomahač) T lymfocyt pomahač (CD 4 + T lymfocyt)

59 MHC-II: Prezentace exogenního antigenu Antigen prezentující buňka Komplex MHC-antigen Produkce protilátek T H lymfocyt (pomahač) B cell

60

61 Usmrcení buňky CD8+ jaderné buňka CD8+ CD8+ CD8+ CD8+ CD8+ CD8+ T c lymfocyty cytotoxické Stimulace fagocytózy CD4+ CD4+ CD4+ CD4+ CD4+ CD4+ APC makrofág, dendritická b. protilátky B CD4+ T h lymfocyty pomahači

62 Struktura lidských MHC genů MHC II lokus MHC I lokus MHC III (izotypy DP, DQ, DR) lokus (izotypy A, B, C) proteiny DP DQ DR komplementu B C A a cytokiny A >20 B >107 A > 25 B > 56 A > 3 B > 439 > 563 > 176 > 309 Počty alelických forem na jednotlivých lokusech

63 Identifikační kód d HLA molekul LOKUS HLA-B Lokus ALELICKÁ VARIANTA (sekvence AMK) HLA-B*1301 HLA-B*1302 HLA-B*1303 HLA-B*1304 HLA-B*1305 HLA-B*1306 HLA-B* PROTILÁTKA použitá pro detekci HLA-B13 Číslo sekvence První dvojciferné číslo udává sérologickou specificitu Více alelických variant HLA molekul může mít shodnou sérologickou specificitu

64 Kmenová buňka thymus T lymfocyt APC B lymfocyt Signály k apoptóze antigen Stimulace fagocytózy cytotoxický T lymfocyt stimulace T lymfocyt pomahač stimulace produkce cytokinů paměťový T lymfocyt plazmatická buňka protilátky paměťový B lymfocyt

65 NESPECIFICKÁ i. X SPECIFICKÁ i. FAGOCYTY [makrofágy, neutrofily] NK buňky Lymfocyty: T a B lymfocyty SLOŽKY CHARAKTERISTIKA Proteiny komplementu Kůže, mukózní sekrety epitelu ph, teplota Reaguje na struktury společné mnoha různým patogenům Nemá imunologickou paměť (reaguje vždy se stejnou intenzitou) Receptory jsou kódovány již v zárodečném vývoji Reaguje okamžitě Protilátky Lymfocyty v krvi, lymfatických uzlinách a epitelech Rozpoznává specifické mikrobiální nebo cizorodé molekuly (hl. proteiny) Při opakované infekci reaguje rychleji a silněji (imunologická paměť) Receptory vznikají náhodnou kombinací během života Aktivace trvá několik dní (je spojena s klonální expanzí lymfocytů)