AtraktivníBiologie I.Fellnerová, PřF UP Olomouc

Transkript

1

2 Definice základních imunogenetických pojmů polymorfismus, repertoár polymorfní geny, polymorfní molekuly imunogenetika Imunoglobuliny, BCR, TCR stavba, polymorfismus formování Ig (BCR) formování TCR přeskupování genů, alelická exkluze MHC glykoproteiny definice, stavba, výskyt, funkce geny kódující MHC (HLA) Transplantační imunologie

3 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

4 Základní vlastností adaptivního imunitního systému je Složky specifického imunitního systému od sebe rozpoznají dvě různé molekuly na základě velmi malých rozdílů v jejich molekulární struktuře

5 Složky (molekuly) imunitního systému, které rozpoznávají potenciální antigeny se vyskytují v obrovském množství variant (Greek: poly =mnoho, morphe =tvar, struktura) Spektrum molekul stejné funkce, které se líší svojí strukturou označujeme jako

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

7 Široký repertoár molekul imunitního systému zajišťuje POLYMORFNÍ GENY U různých jedinců téhož druhu se vyskytuje mnoho forem téhož genu, tzv. alelické varianty, resp. alely NEPOLYMORFNÍ GENY Jsou reprezentovány jedinou sekvencí nukleotidů u všech jedinců daného druhu

8 Obor zabývající se studiem GENETICKÝCH ASPEKTŮ uplatňujících se při formování polymorfních molekul IMUNITNÍHO SYSTÉMU Studuje geny zodpovědné za POLYMORFISMUS molekul imunitního systému.

9 Membránový receptor B lymfocytu Membránový receptor T lymfocytu IMMUNOGLOBULINY [ protilátky ] membránové glykoproteiny

10 Molekuly imunitního systému, které se vyznačují extrémním polymorfismem (vysoce variabilní proteiny): Membránové receptory B lymfocytů IMMUNOGLOBULINY [ protilátky ] Membránové receptory T lymfocytů Při jejich formování se uplatňují: Vysoce polymorfní geny Další specifické genetické mechanismy zvyšující polymorfismus (přeskupování genů, alelická exkluze)

11 MEMBRÁNOVÝ RECEPTOR LYMFOCYTŮ resp. struktura IMUNOGLOBULINU VARIABILNÍ OBLAST (místo pro vazbu s antigenem) LEHKÝ ŘETĚZEC Konstantní oblast TĚŽKÝ ŘETĚZEC Konstantní oblast α β B lymfocyt T lymfocyt

12 Ig resp. membránové receptory lymfocytů se liší sekvencí aminokyselin ve variabilní oblasti Účelem (cílem) dobře vybaveného imunitního systému je zajistit co nejširší spektrum (repertoár) daných imunitních molekul. Zvyšuje se tak pravděpodobnost, že patogen (antigen) napadající organismus, bude mít v hostiteli svůj receptor, resp. protilátku, která ho rozpozná. Tím může být spuštěna imunitní reakce smeřující k eliminaci patogenu.

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

14 PATOGEN Antigen A Antigen B Antigen C Antigen A obsahuje tři epitopes 1, 2, 3 Antigen B obsahuje tři epitopes 4, 5, 6 Antigen C obsahuje tři epitopes 7, 8, Lymphocyty specifické k danému antigenu resp. epitopu

15 Sekvence AMK ve variabilní oblasti receptoru (Ig) je komplementární k... antigen vážící se ke svému receptoru... sekvenci AMK v epitopu příslušného antigenu Antigenně specifický receptor resp. imunoglobulin

16 Vznikají v primárních lymfatických orgánech (kostní dřeň). Dozrávají však na různých místech: B lymfocyty Hemopoetická (červená) kostní dřeň (ploché kosti, hlavice dlouhých kostí, obratle, články prstů) T lymfocyty Thymus (brzlík)

17 Co je myšleno termínem ZRÁNÍ LYMFOCYTU? Utváření membránových receptorů resp. jejich variabilních oblastí.

18 Sekvence variabilních oblastí vznikají Aby byly z repertoáru vyloučeny případné kombinace stimulované vlastními proteiny, probíhá během zrání PŘÍSNÁ SELEKCE

19 Primární lymfatické orgány: kostní dřeň, brzlík Periferní lymfatické orgány Prekurzor B lymfocytu BCR- BCR+ B lymfocyt BCR++ Kmenová buňka Pozitivní a negativní selekce CD4+ TCR+ nezralý B lymfocyt T h lymfocyt CD4+ TCR++ Pozitivní a negativní selekce Thymus AtraktivníBiologie CD4+ CD8+ TCR(+) dřeň CD8+ TCR+ kůra T c lymfocyt CD8+ TCR++

20 Úloha imunitního systému: Dosáhnutí co nejbohatšího repertoáru s cílem rozpoznat co nejširší spektrum antigenů Každý specifický receptor (protilátka) však nemůže být z kapacitních důvodů kódován(a) samostatným genem, protože by k tomu bylo potřeba tolik genů, jako pro celý zbytek organismu

21 K odvození vysoce variabilních proteinů se evolučně vyvinuly speciální genetické mechanismy: Princip je společný při formování: Imunoglobulinů Membránového receptoru B lymfocytů Membránového receptoru T lymfocytů Geny kódující tyto vysoce polymorfní proteiny se u člověka nacházejí na chromozomech č. 2, 14, 22

22 GENY KÓDUJÍCÍ ŘETĚZCE IMUNOGLOBULINŮ (BCR) a TCR Chromozomy č. 2, 14 a 22 Variabilní oblast Konstantní oblast B Lymfocyt Ig (BCR) těžký řetězec Ig (BCR) lehký řetězec CHROMOZOM č. 14 V D J C CHROMOZOM č. 2 (κ) a 22 (λ) V J C Chromozomy obsahují genové segmenty V, D, J a C T Lymfocyt TCR βřetězec TCR αřetězec CHROMOZOM č. 7 V D J C CHROMOZOM č. 14 V J C AtraktivníBiologie

23 Každý genový segment má mnoho úseků AtraktivníBiologie variabilita > 100 diversita ~ 50 joining 9 Geny kódující konstantní část V D J C D J přeskupení V D přeskupení Sestříhání (splicing) V D J přeskupená DNA, která slouží k trankripci do mrna a translaci do proteinu

24 TĚŽKÝ ŘETĚZEC LEHKÝ ŘETĚZEC Zárodečná DNA Vyštěpení úseku D - J Vyštěpení úseku V - D Primární RNA transkript Sestřih intronů (splicing) mrna Translace Polypeptidický řetězec AtraktivníBiologie

25 Přeskupování genových segmentů kódujících řetězce imunoglobulinů probíhá současně na obou homologních chromozomech STOP Čitelná V-D-J-C sekvence Přeskupování na párovém genu se zastavuje

26 IMUNOGLOBULINY TCR CELKOVÁ DIVERZITA ~ ~ 10 18

27 = 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

28 glykoproteiny I. tř. glykoproteiny II tř. Dendritická buňka makrofág Všechny jaderné buňky těla AtraktivníBiologie Jen antigen prezentující buňky APC (fagocyty, dendritické buňky)

29 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 AtraktivníBiologie

30 MHC I Transmembránovýřetězec α se třemi doménami (α 1 α 2 α 3 ) a řetězec β 2 mikroglobulinu MHC II Transmembránovýřetězec 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

31 APC (Antigen prezentující buňka) Stimulace imunitní odpovědi Sekrece cytokinů Komplex MHC-antigen T lymfocyt T lymfocyt T cell T T cell T cell lymfocyt T lymfocyt ANTIGEN Fragmentace antigenu Prezentace antigenu Stimulace T lymfocytu Proliferace T lymfocytu

32 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 AtraktivníBiologie MHC protein antigen prezentující buňka

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

34 Jaderná buňka Komplex MHC-antigen T c lymfocyt (cytotoxický) virové proteiny mutované proteiny (nádorové buňky) T lymfocyt cytotoxický (CD 8 + T lymfocyt) AtraktivníBiologie

35 virové proteiny mutované proteiny (nádorové buňky) Komplex MHC-antigen T c lymfocyt (cytotoxický) T lymfocyt cytotoxický (CD 8 + T lymfocyt) AtraktivníBiologie

36 Prezentace antigenu vyskytujícího se ve fagosomu ( exogenní antigen )

37 APC AtraktivníBiologie

38 APC Komplex MHC-antigen T H lymfocyt (pomahač) AtraktivníBiologie T lymfocyt pomahač (CD 4 + T lymfocyt)

39 APC Komplex MHC-antigen Produkce protilátek T H lymfocyt (pomahač) B cell AtraktivníBiologie

40

41 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

42

43

44 Geny kódující MHC (HLA) glykoproteiny jsou vysoce U člověka leží na 6. chromozomu

45 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 α 20 β 107 α 25 β 56 α 3 β Počty alel na jednotlivých lokusech

46 Human MHC genes are highly polymorphic August 2000 (Nomenclature Committee for Factors of HLA system) Source: CH. A. Janeway & all.: IMMUNOBIOLOGY, the immune system in health and disease 5 th eddition, 2001 April 2007: Full list of HLA alleles HLA class I : HLA class II :

47 MHC class I and MHC Class II form the particula loci were distinguished using specific antibodies which could recognize polymorphic variants at the loci Using newer antibodies it was found more and more types (variants) of MHC genes

48 Several sequences (genetic variants) can have the same LOCUS HLA-B GENETIC VARIANT (sequences) HLA-B*1301 HLA-B*1302 HLA-B*1303 HLA-B*1304 HLA-B*1305 HLA-B*1306 ANTIBODY USED for detection HLA-B13 Locus HLA-B*13 06 Two digits indicate the serological specificities Sequence number Variation of aminoacid sequences change the shape of the shape of binding groove

49 Genes coded MHC class II molecules Genes coded complement proteins Genes coded proteasomes (proteins involved in antigen processing and presentation) Class I molecules Class I-like molecules Genes induced in response to cellular stres (heat shock proteins) AtraktivníBiologie

50 Jen jednovaječná dvojčata zdědí shodnou kombinaci MHC molekul MHC moleculy jsou kódovány obrovským množstvím alel Lidé se od sebe liší spektrem (kombinací) MHC proteinů Statisticky je vysoce nepravděpodobné aby dva nepříbuzní měli stejnou kombinaci MHC proteinů

51 Konkrétní formy MHC molekul exprimované jedním člověkem mohou být druhým vnímány jako cizorodé proteiny antigeny proti kterým je iniciována imunitní odpověď (jsou rozpoznány T lymfocyty) DÁRCE NESHODA PŘÍJEMCE HLA-A1 HLA-A7 HLA-B12 HLA-B26 A7 B12!! B18 A39 HLA-A3 HLA-A39 HLA-B18 HLA-B26 B26 A1! A3 B26 MHC jsou zodpovědné za potransplantační reakce

52 Příbuzenské křížení značně zvyšuje podobnost jedinců v MHC molekulách vznikají tzv. Jedinci jsou považovaní za geneticky shodní u myší po 20ti generacích Využití ve výzkumné praxi jako snadno definovatelný experimentální materiál

53

54 TRANSPLANTATION is the process of taking cells, tissues or organs caled CRAFT, from the DONOR and placing them into a RECIPIENT AUTOLOGOUS graft (AUTOGRAFT) A graft transplanted from one individual to the same individual SYNGENIC graft A graft transplanted between two genetically identical individuals ALLOGENIC graft (ALLOGRAFT) A graft transplanted between two genetically different individuals XENOGENEIC graft (XENORAFT) A graft transplanted between two different species AtraktivníBiologie

55 The molecules that are recognized as foreign on allograft are called Alloantigens elicit both cell-mediate immunity and humoral immune response

56 Recognition of transplanted cells as or is determinate by polymorphic genes that are iherited from both parents and are expressed codominantly Codominant expression means that an (AxB)F 1 animal expressed both A and B allels

57 Allogenic MHC molecules are presented for recognition in two different ways: DIRECT presentation Foreign MHC molecule with a bound peptide activate self (recipient) T cell directly. Allogeneic MHC molecule with a bound peptide can mimic the determinant formed by e celf MHC molecule plus a foreign peptide. INDIRECT presentation Foreign MHC molecule may be processed and presented by recipient APC Processed foreign MHC are recognized by T cells like conventional foreign antigens AtraktivníBiologie

58 Abbas A. K., Lichtman A. H. (2003) Cellular and molecular immunology Janeway Ch. A. a kol. (2001) Immunibiology Roitt I. M., Delves P. J. (2001) Essential immunology Nussbaum R. L. a kol. Genetics in medicine Hořejší V., Bartůňková J. (2002) Základy imunologie Male D. et al. (2006) Immunology

59 MHC class II are synthetized in ER Through Golgi apparatus are MHC class II transported to the specialized intracellular vesicles, endosome MIIC (MHC class II compartments) In MIIC invariant chain (Ii which protect MHC form binding of protein) is degradate After proteolytic degradation of invariant chain, MHC is able binde antigenic protein AtraktivníBiologie