LYMFOCYTY A SPECIFICKÁ IMUNITA SPECIFICKÁ IMUNITA = ZÍSKANÁ IMUNITA = ADAPTIVNÍ IMUNITA ZÁKLADNÍ IMUNOLOGICKÁ TERMINOLOGIE SPECIFICKÁ IMUNITA humorální - zprostředkovaná protilátkami buněčná - zprostředkovaná T lymfocyty SPECIFICKÁ IMUNITA celková, systémová - v celém organismu lokální, slizniční - na úrovni jednotlivých orgánů SPECIFICKÁ IMUNITA aktivní - vzniklá v průběhu imunitních reakcí pasivní - přenesená protilátkami, buňkami REKORDY V IMUNOLOGII Dospělý člověk produkuje v kostní dřeni kolem pěti miliard krevních buněk denně Lymfocyt je spolu se spermií nejrychleji se množící buňkou v organismu Kapacita rozpoznání specifických receptorů pro antigen převyšuje počet existujících sloučenin v přírodě
VZNIK SPECIFICKÉ IMUNITY Imunitní systém obratlovců charakterizuje především: organizace lymfoidní tkáně mezenchymálního původu existence molekul imunoglobulinové superrodiny mechanismy rekombinace genů pro diverzitu Éra specifické imunity byla zahájena před cca 500 milióny lety, kdy geny rekombináz (RAG) byly přeneseny horizontálním přenosem? z bakterií do prvních čelistnatců Tyto rekombinázy zahajují přeskupování genů pro diverzitu (VDJ) a bez nich není možná vysoká variabilita specifických receptorů pro antigen HLAVNÍ RYSY SPECIFICKÉ IMUNITY OBRATLOVCŮ (opakování z přednášky č.1) ODLIŠENÍ VLASTNÍHO A CIZÍHO schopnost odlišit molekuly (antigeny) vlastního těla a cizí SPECIFITA A DIVERZITA ROZPOZNÁNÍ schopnost specificky rozeznat sekvenci několika aminokyselin (antigenní determinanta) existence tolika klonů lymfocytů (a protilátkových molekul) kolik je (teoreticky) variant antigenní determinanty IMUNOLOGICKÁ PAMĚŤ první setkání s konkrétním antigenem vede k pomnožení a přetrvávání klonu lymfocytů s danou specifitou NOSITELÉ SPECIFICKÉ IMUNITY STRUKTURY (NOSITELÉ) SPECIFICKÉ IMUNITY Buňka = LYMFOCYT lymfocyt má schopnost konkurovat mikroorganismům krátký generační čas vysoká variabilita receptoru pro antigen T lymfocyty s receptorem pro antigen TCR B lymfocyty s receptorem pro antigen BCR Molekula = PROTILÁTKA - IMUNOGLOBULIN molekula složená ze 4 aminokyselinových řetězců specifita je dána hypervariabilní oblastí CDR vazebné místo pro antigen jedna molekula má dvě vazebná místa protilátka s určitou specifitou může existovat ve více izotypech - IgM, IgG, IgA, IgE
LYMFOCYT Lymfocyt je buňka podle své funkce různě dlouho žijící Morfologicky se jedná o menší kulatou buňku s jádrem vyplňujícím většinu buňky a menším množstvím bazicky se barvící cytoplasmy Podle funkce rozeznáváme různé subpopulace lymfocytů, které však nelze odlišit morfologicky, ale podle svých povrchových znaků Z hlediska aktivace rozeznáváme klidovou buňku lymfocyt, lymfoblast, paměťovou buňku, plasmatickou buňku... FENOTYPOVÁ CHARAKTERISTIKA LYMFOCYTŮ T LYMFOCYT CD3, (CD2, CD5), TCR k této základní charakteristice mají subpopulace T lymfocytů: T lymfocyty s TCRαβ: pomocný cytotoxický CD4 CD8 dvojitě pozitivní CD4, CD8 regulační T lymfocyty s TCRγδ: gama/delta B LYMFOCYT CD4, CD25, FoxP3 různá míra exprese CD8 aj. BCR, CD19, CD20, CD21, CD79, MHC II LYMFOCYTY LYMFOCYTY T lymfocyty zajišťují a) regulaci imunity b) výkonnou buněčnou imunitu cytotoxické reakce Th CD4+ pomocné zajišťují regulační funkce Tc CD8+ cytotoxické likvidují buňky napadené viry, nádorové apod. dvojitě pozitivní CD4+ CD8+ pravděpodobně pomocné, paměťové (podrobně popsány zejm. u prasete) Treg CD4+ CD25+ supresorické, inhibující γδ T lymfocyty na sliznicích, ne zcela jasné funkce významné u přežvýkavců a prasat B lymfocyty zajišťují protilátkovou imunitu po aktivaci s antigenem se diferencují se v plazmatické buňky CD3 + CD5 + CD56 + CD4 + CD8 CD8 + CD21 + CD79α + γδ CD4 + CD8 + Th APC schéma CD znaků na lymfocytech psa
ORGÁNY SPECIFICKÉ IMUNITNÍ REAKCE PRIMÁRNÍ diferenciace lymfocytů Thymus T lymfocyty Burza fabrícií / kostní dřeň (lymfatická tkáň poblíž tlustého střeva B lymfocyty aktivity bez účasti antigenů (autoantigeny indikují zkázu autoreaktivních klonů) SEKUNDÁRNÍ centrální slezina, míznmí uzliny, tonzily periferní MALT lymf. tkáň v orgánech se slizničními povrchy, které komunikují z vnějším prostředím specifita je dána hypervariabilní oblastí CDR vazebné místo pro antigen aktivity po setkání s antigenem hlavní místa tvorby protilátek apod. RECEPTORY SPECIFICKÉHO ROZPOZNÁNÍ ANTIGENU SCHÉMA SPECIFICKÉHO ROZPOZNÁVÁNÍ Specifické rozpoznání v imunitním systému zprostředkují speciální proteinové molekuly jediné, které nejsou vytvářeny podle genetické matrice, ale nahodilým přeskupováním genových segmentů
SPECIFICKÉ RECEPTORY LYMFOCYTŮ PRO ANTIGEN Igβ Igα BCR CD 79 Igα Igβ ζ ζ TCR α β CD3 γ ε δ ε schéma protilátkové molekuly sigm TCR PRINCIP VYTVOŘENÍ VAZEBNÉHO MÍSTA PRO ANTIGEN RAG geny kódují rekombinázy pro přeskupování genů Přeskupování - rearrangement genů VDJ (VJ) které kódují hypervariabilní oblast Specifický receptor pro antigen TCR na T lymfocytu Specifický receptor pro antigen BCR na B lymfocytu Vazebné místo - hypervariabilní oblast na protilátce K vytvoření místa dochází během diferenciace lymfocytů bez závislosti na antigenu Variabilita takto vytvořených molekul se odhaduje na 10 11 10 12, což je více než skutečný počet sloučenin v přírodě
VZNIK VARIABILITY VAZEBNÉHO MÍSTA GENETICKÝ ZÁKLAD TĚŽKÉHO ŘETĚZCE Genetický podklad tvoří geny VDJ (pro var. část těžkého řetězce) resp. geny VJ (pro var. část lehkého řetězce) primární protilátková variabilita vzniká kombinatorním spojování VDJ subgenů kombinací těžkého a lehkého řetězce mutacemi uvnitř subgenů alelickou exkluzí alternativní protilátková variabilita vzniká genovou konverzí sekundární protilátková variabilita vzniká po styku s antigenem genovou konverzí somatickou hypermutací Při kombinatorním spojování se k subgenům V(D)J připojí gen C pro konstantní část, který kóduje izotypovou charakteristiku VH (~100) D1 - D30 JH1 - JH6 Cµ Cγ Cε Cα V5 D3 J2 Cµ Cγ Cε Cα Zárodečná linie BLy (IgM) ALTERNATIVNÍ VZNIK VARIABILITY VAZEBNÉHO MÍSTA U ptáků a některých savců (kde není dostatečná variabilita VDJ genů) existuje náhradní mechanismus GENOVÁ KONVERZE Intrachromozomální genová konverze je mechanismus, při kterém dojde k přenosu sekvencí z množství nefunkčních pseudogenů na jeden funkční (V) gen Genová konverze je charakteristickým mechanismem u ptáků, u savců se jedná většinou o kombinaci genové konverze a VDJ rekombinace skot králík prase Výše uvedené mechanismy se uskutečňují v diferenciaci bez účasti antigenu, postnatálně po styku s antigenem se zvýšení variability realizuje prostřednictvím SOMATICKÉ HYPERMUTACE DIFERENCIACE LYMFOCYTŮ
Pluripotentní kmenová buňka STRUKTURA THYMU Lymfatická kmenová buňka Myeloidní kmenová buňka CFU-GEMM dělící se thymocyty apoptotická buňka thymocyty pečovatelská buňka Pro-Ly CFU-GM NK T B Pt Ery interdigitální dendritická buňka korová epiteliální buňka T c T h Mφ Mo DC Ne Eo Ba MC Hassallovo tělísko makrofág krevní céva dřeňová epiteliální buňka DIFERENCIACE T LYMFOCYTŮ DIFERENCIACE T LYMFOCYTŮ nediferencovaný progenitor - migruje do korové vrstvy thymu pro-t progenitor - pod vlivem Il-7 získává znaky T buňky pre-t lymfocyt dvojitě negativní - CD4 - CD8 - transkripce genů pro CD3 dvojitě pozitivní - transkripce genů pro TCR - vznik γδtcr lymfocytů vznik pre-tcr s βřetězcem - CD4 + CD8 + přeskupení αřetězce, vznik TCR s αβ řetězcem pozitivní selekce - selekce buněk schopných vazby na vlastní MHC negativní selekce - probíhá již ve dřeni odstranění autoreaktivních klonů buněk T lymfocyt - oddělení subpopulací CD4 + CD8 - a CD4 - CD8 + (podle afinity k MHCI nebo MHCII)
DIFERENCIACE B LYMFOCYTŮ DIFERENCIACE B LYMFOCYTŮ nediferencovaný progenitor - zahajuje diferenciaci v kontaktu s retikulem kostní dřeně pro-b progenitor - přestavba VDJ genů, vznik těžkého µ řetězce pre-b lymfocyt nezralý B ly - vznik prebcr s definitívním těžkým a prozatímním lehkým řetězcem spojený s Igα a Igβ - pod vlivem IL-3 a IL7 vznik BCR s definitivním κ nebo λ řetězcem negativní selekce - odstranění autoreaktivních klonů buněk B lymfocyt B lymfoblast - zralé buňky s definitivním BCR vstupují do sekundárních lymfatických orgánů - po styku s antigenem dochází v germinativních centrech k somatické hypermutaci a selekci vysokovazebných variant, z nich vzniká plazmatická buňka nebo paměťový B lymfocyt VÝZNAMNÉ DĚJE V PRŮBĚHU DIFERENCIACE Z lymfoidních prekurzorů vznikají zralé lymfocyty Dochází k přeskupování genů (VDJ) a vytváření základního repertoáru lymfocytárních klonů V průběhu pozitivní selekce se u T lymfocytů vybírají klony, které umějí reagovat s vlastním MHC V průběhu negativní selekce se vytváří imunologická tolerance vůči vlastním antigenům Tyto procesy se uskutečňují před setkáním s vnějšími antigeny Variabilita protilátky je dána variabilitou klonů B lymfocytů Primární protilátkový repertoár se vytváří na úrovni diferenciace B lymfocytů - tedy v primárních lymfatických orgánech Přirozené protilátky se tvoří již ve fetálním období, a to buď spontánně nebo reakcí na autoantigeny