IMUNITA ADAPTIVNÍ Antigen prezentující buňky •Dendritické buňky •Monocyty, makrofágy •B-lymfocyty Dendritické buňky •Jsou mostem mezi přirozenou a adaptivní imunitou •Presentace antigenů T lymfocytům – adaptivní imunitní reakce •Zdroj kostimulačních signálů •Podpora vrozené imunity (interakce s NK, NKT, Tlymfocyty gd) • • APC • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Populace lidských dendritických buněk •Myeloidní (dermis, dýchací cesty, střevo, thymus, slezina, játra, lymfoidní tkáně) •Plasmacytoidní (lymfoidní orgány, játra, plíce, kůže) •Langerhansovy (epidermis, slizniční epitel) • • Dendritická buňka jako antigen prezentující buňka Cesty antigenů © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Cesty antigenů © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Presentace antigenů lymfocytům T •T-lymfocyty poznávají antigeny pouze ve formě peptidových fragmentů vázaných na MHC I nebo II. • •HLA antigeny musí být stejné, jako má příslušný konkrétní jedinec (Fenomen MHC-restrikce). • •Antigen musí být nejdříve v buňkách „zpracován“ (processing)- nativní protein je proteolyticky degradován na peptidy, které se (intracelulárně) váží na molekuly MHC. Tento komplex se dostává na buněčnou membránu, kde je schopen reagovat s TCR. • •T-lymfocyty jsou schopny poznávat i lipidové a glykolipidové struktury: je to populace NK-T, která poznává tyto antigeny „neklasickými molekulami MHC“ – CD1 • •Imunogennost proteinových antigenů je určena schopností buněk předkládajích antigen vytvořit peptidy, které se budou vázat na vlastní molekuly MHC. S0241X-003-f001 Downloaded from: StudentConsult (on 18 July 2006 08:13 AM) © 2005 Elsevier top_logo Interakce TCR-polypeptid-HLA molekula Lymfocyty T a B jsou základními operačními jednotkami adaptivní imunity •T-lymfocyty jsou zaměřeny na intracelulární antigeny •B-lymfocyty na extracelulární antigeny •T-lymfocyty neprodukují imunoglobuliny Charakteristika adaptivní imunity Specifičnost Repertoár Autotolerance Paměť Přiléhavé efektorové mechanismy ANTIGEN – adaptivní imunita (Antibody generating substance) •Struktury, na něž reaguje adaptivní imunitní systém. •Receptory lymfocytů B a T poznávají epitopy antigenů (epitopy B, epitopy T). •Antigenní molekuly jsou proteiny, cukry, nukleové kyseliny a jejich komplexy, původu exogenního (mikroorganismy, alergeny, transplantované tkáně) i endogenního (krevně-skupinové substance, nádorové antigeny, „autoantigeny“). • Antigennost vs. imunogennost • Adaptivní imunita: charakteristické rysy •Specifičnost: •Přirozená imunita: Jsou rozeznávány struktury, které jsou stejné u řady cizorodých agens (PAMP) •Adaptivní imunitní systém naproti tomu •poznává a odlišuje různé epitopy antigenů (T-, B-) • • Adaptivní imunita: specifičnost Všechny fáze adaptivní imunitní reakce (poznání antigenu, aktivace lymfocytu, efektorové mechanismy) jsou zaměřeny na konkrétní antigenní determinantu (epitop) Lymfocyt má genetickou informaci pro jeden „antigenní receptor“ zajišťující tvorbu tisíce identických kopií tohoto receptoru. Adaptivní imunita: charakteristické rysy •Receptory: •U adaptivní imunity receptory lymfocytů T a B •vznikají somatickým přeskupováním genů. • • Adaptivní imunita: charakteristické rysy •Rozsah repertoáru: •Adaptivní imunitní systém je •schopen odlišit (TCR, BCR lymfocytů) více než 10 7-8 •epitopů antigenů. •Schopnost poznat různé antigeny je takřka •neomezená. Odhaduje se, že adaptivní imunitní systém dokáže odlišit cca 1012 -15 epitopů. • •Příčiny diverzity: •Somatické rekombinace (somatické přeskupování genů). •Mutační mechanismy. • • Lymfocyty B a T poznávají odlišné epitopy antigenních molekul (epitopy B lymfocytu: sekvenční i konformační na nativní molekule, epitopy T lymfocytu: většinou lineární peptidy tvořené intracelulárně při přípravě antigenu k presentaci) Imunodominantní epitopy Postuláty klonální selekční teorie (Macfarlane Burnet) •Každý lymfocyt má jeden typ receptoru s jedinečnou specificitou •Interakce mezi epitopem antigenu a receptorem schopným ji vázat vede k aktivaci lymfocytu •Buňky, které vznikly z aktivovaných lymfocytů proliferací a diferenciací mají receptory stejné specificity. •Lymfocyty, které mají receptory pro tělu vlastní antigeny jsou v časném stadiu vývoje lymfoidních buněk odstraněny a tudíž v repertoáru zralých lymfocytů chybí („forbidden clones“) schema3-01.png Klonálně selekční teorie efektorové buňky antigen paměťové buňky Eliminace autoreaktivních klonů Krev a periferie expanze Smrt buňky Smrt buňky Vrozená imunita: charakteristické rysy •Autoreaktivita: •Adaptivní imunita se vytvořila k poznávání •„cizích “, mikroorganismů, ale také vlastních •molekul. • •Paměť: •Vytvoření imunologické •paměti je pro adaptivní imunitu příznačné •– primární a sekundární reakce, „booster“. S0241X-001-f004 Downloaded from: StudentConsult (on 15 July 2006 09:09 AM) © 2005 Elsevier top_logo Dvě větve adaptivní imunity Produkce cytokinů T-lymfocyty • Receptor lymfocytů T (TCRab, TCRgd) Vývoj T a B lymfocytů • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Vývoj T-lymfocytů Vývoj lymfocytů v thymu vývoj v Thymu Vývoj T lymfocytů v thymu αβ •Dvojitě negativní pro-T lymfocyty (CD4-CD8-) přeskupují genové segmenty pro řetězce γδ a pro řetězec β a preTα •Vznik 2 heterodimerů na povrchu γδ a β preTα •Reakce s β preTα vypnutí genu pro TCR γδ, přeskupení genů pro TCRα •další maturace - vznik TcR αβ •Počátek exprese CD3 •Dvojitě pozitivní pre-T lymfocyty (CD4+CD8+) Thymová výchova T-lymfocytů •Pozitivní selekce buněk reagujících s nízkou afinitou s HLA antigeny na povrchu antigen- prezentujících buněk. Probíhá v kortikální oblasti. Zajišťuje přežití jen těch thymocytů, které později rozpoznají komplex antigen-HLA. •Negativní selekce – apoptózou hynou thymocyty reagující s vysokou afinitou s komplexy HLA-autoantigeny. Probíhá zejména v subkortikální oblasti thymu. Zajišťuje odstranění autorektivních klonů. •V průběhu obou procesů hyne více než 85% thymocytů. Vývoj T lymfocytů v thymu αβ •Dvojitě pozitivní pre-T lymfocyty (CD4+CD8+) •Pozitivní selekce – interakce s HLA kortikálních buněk thymu •Negativní selekce – rozpoznání komplexů Ag-HLA I.třídy (nebo II) prezentovaných dendr. b., makrofágy. •Pre -T lymfocyty, které reagují s molekulami HLA I.třídy postupně snižují expresi CD4 a ponechávají si CD8+ se stávají CD8+ T lymfocyty •Pre -T lymfocyty, které reagují s molekulami HLA II.třídy postupně snižují expresi CD8 a ponechávají si CD4+ se stávají CD4+ T lymfocyty • TCR receptor • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Molekulárně genetická podstata specifičnosti •Geny pro TCR (BCR) větší počet genových segmentů, které se při vývoji T- nebo B-lymfocytů přeskupují •Jsou složeny z Varibilních segmentů, Diversitních segmentů a Konstantních segmentů •Na koncích V, D a J jsou krátké sekvence nukleotidů, které jsou rozeznávány Rekombinázami RAG1 a RAG2, probíhá vyštěpení segmentů mezi vybranými D a J segmenty a poté dochází ke spojení odstřižených konců D a J nově syntetizovaným úsekem N působením terminální transferázy a dalších enzymů •Nejprve dochází k D-J přeskupení, poté následuje V-D přeskupení VDJ rekombinace při vzniku variabilního místa Germline configuration D to J recombination V to DJ recombination transcription, splicing V segments D segments J segments Constant region exons Adapted from Janeway 2001 Co zvyšuje variabilitu specifických vazebných míst •Pro jednotlivé řetězce TcR je různý počet kombinací VDJ genových segmentů •Spojovací variabilita: po vyštěpení genových úseků během DJ a VD přeskupení – zbývající konce nejsou odstřiženy přesně a spojují se nově syntetizovaným úsekem N s náhodnou sekvencí nukleotidů •Vznik TcR řetězců s odlišnou sekvencí aminokyselin ve vazebném místě pro antigenní fragment prezentovaný v kontextu HLA molekul Alelická exkluze •T lymfocyt, který prodělal přeskupení - všechny TcR na jeho povrchu rozpoznává jediný Ag fragment •U heterozygotních jedinců přeskupení genových segmentů pouze na 1 chromosomu, na druhém se přeskupovat nemůže • Aktivace T lymfocytů •Naivní T lymfocyt putuje krevním řečištěm do sekundárních lymfatických orgánů •Reakce TCR s HLA Antigen prezentující buňky •+ další kostimulační signály – vedou k aktivaci T lymfocytu, k jeho proliferaci a vzniku efektorových buněk •Ef T lymfocyty putují do místa infekce kde pak reagují s dalšími APC prezentujícími Ag, kterým byly aktivovány Presentace antigenů lymfocytům T •T-lymfocyty poznávají antigeny pouze ve formě peptidových fragmentů vázaných na MHC I nebo II. (Fenomen MHC-restrikce). • •Antigen musí být nejdříve v buňkách „zpracován“ (processing)- nativní protein je proteolyticky degradován na peptidy, které se (intracelulárně) váží na molekuly MHC. Tento komplex se dostává na buněčnou membránu, kde je schopen reagovat s TCR. • •T-lymfocyty jsou schopny poznávat i lipidové a glykolipidové struktury: je to populace NK-T, která poznává tyto antigeny „neklasickými molekulami MHC“ – CD1 • •Imunogennost proteinových antigenů je určena schopností buněk předkládajích antigen vytvořit peptidy, které se budou vázat na vlastní molekuly MHC. Aktivace T lymfocytů • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Aktivace T-lymfocytů •T-lymfocyty mohou být stimulován pouze komplexy antigen-HLA. •HLA antigeny musí být stejné, jaké má příslušný konkrétní jedinec = fenomén HLA restrikce (syngenní preference). S0241X-003-f001 Downloaded from: StudentConsult (on 18 July 2006 08:13 AM) © 2005 Elsevier top_logo Interakce TCR-polypeptid-HLA molekula schema_2_1-01.png Aktivace TCR antigenem a superantigenem MHC class II Aktivační signál Superantigen T cell APC TRC Aktivační signál α β α β α β α β Antigen Kostimulační signály nutné pro aktivaci T lymfocytu • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Vazba CD40 – CD40L • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Role IL-2 • Změny povrchových molekul během aktivace • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Vývoj CD4+ lymfocytárních populací •Dendritické buňky předkládají Ag a zároveň produkují cytokiny •Různé mikroorganismy mohou stimulovat DB k produkci různých cytokinů •Další cytokiny produkují NK buňky a žírné buňky Efektorové CD4+ T lymfocyty •Efektorové CD4+ Th lymfocyty jsou rozděleny do několika subpopulací na základě svého cytokinového profilu a funkcí • O vývoji efektorových Th.. lymfocytů rozhoduje cytokinové prostředí IFN-γ Th1, Th2 a Th17 lymfocyty • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Vývoj Th1, Th2 a Th 17 lymfocytů •Aktivace transkripčních faktorů stimulujících produkci cytokinů pro daný subset •Tyto produkované cytokiny pak ovlivňují další produkci cytokinů stejného druhu a podporují vývoj pouze těchto buněk •Ostatní Th subpopulace lymfocyty jsou suprimovány © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Th1 odpověď • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Th1 lymfocyty •CD4+ Th1 lymfocyty rozeznávají Ag zpracované fagocytujícími buňkami •Aktivují makrofágy k zabití mikrobů •Aktivace makrofágů je zprostředkována IFNgama a CD40L – CD40 interakcí •Aktivované makrofágy –zabíjejí fagocytované mikroby za pomocí reaktivního kyslíku, dusíku a enzymů –Stimulují zánět a mohou poškozovat tkáně Th1 lymfocyty •Produkují zejména IFN-g, IL-2, IL-3. •Diferencují se pod vlivem IL-12, IL-18, IFN-g •Působí prozánětlivě, stimulují funkci makrofágů. •Snad se spolupodílejí se na patogenezi autoimunitní thyreoiditidy, roztroušené mozkomíšní sklerózy. •Produkcí IFN-g, tlumí funkci Th2 lymfocytů. •Hrají důležitou roli v akutní rekci štěpu Th2 odpověď • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Th2 lymfocyty •Rozeznávají antigeny produkované parazity a další mikroby a alergeny •IL-4 sekretovaný aktivovanými Th2 lymfocyty –podporují Izotypové přepnutí B-lymfocytů a produkci IgE, které může pokrýt parazity –Ovlivňuje degranulaci žírných buněk a zánět •IL-5 aktivuje eosinofily k uvolnění obsahu granulí ke zničení parazitů •IL-4 a IL-13 stimulují ochranu epitelové bariery Th2 lymfocyty •Produkují zejména IL-3, IL-4, IL-5, IL-10. •Diferencují se pod vlivem IL-4 •Stimulují tvorbu protilátek. •Spolupodílejí se na patogenezi atopických chorob. •Jejich predominance se objevuje během těhotenství. •Produkcí IL-10 a IL-4 tlumí funkci Th1 lymfocytů. Th17 odpověď • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Th17 lymfoycyty •Vznikají z antigenem-stimulovaných T-lymfocytů v prostředí TGF-b a IL-6. •Produkuji IL-17A , IL-17F a IL-23. •Mají význam v obraně proti extracelulárním patogenům. •Patogeneticky se uplatňují při chronických zánětlivých procesech a vzniku některých autoimunitních chorob ( ?Crohnova choroba, ?RA). Th17 T lymfocyty •Stimulují zánětlivou odpověď bohatou na neutrofily ničící extracelulární bakterie a houby •Může být důležitá u poškození tkání u autoimunitních chorob Základní typy regulačních T-lymfocytů Regulační T-ly Treg lymfocyty •Samostatná subpopulace přirozeně regulačních buněk. •Vývoj v thymu. •Jsou CD4+CD25+. •Přímo působí na jiné T-lymfocyty prostřednictvím molekuly CTLA-4 a snad i membránovou formou TGF-b. •Tvoří asi 5-10% CD4+ lymfocytů. •Je možná i indukce těchto buněk na periferii. • TR-1 lymfocyty •Jedná se o indukované regulační CD4+ buňky. •Vznikají z aktivovaných T-lymfocytů působením IL-10. •Produkují vysoké hladiny IL-10, IFN-g, TGF-b, ne však IL-2. •Není jasný vztah k obdobným tzv. Th3 buňkám. Cytotoxické T-lymfocyty •Jsou CD8+ •Rozeznávají cizorodý antigen prezentovaný na HLA-I antigenech. •Cytotoxicky působí perforin, dále různé mechanismy indikující apoptózu cílové buňky (granzymy, FasL, lymfotoxin). •Jsou i důležitými producenty cytokinů (Tc1 a Tc2 buňky) • • Diferenciace efektorových cytotoxických T lymfocytů • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Mechanismy „zabíjení“ cytotoxických T lymfocytů • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Cytotoxické CD8+ T lymfocyty •Zabíjejí buňky exprimující peptidy virových antigenů, které jsou asociovány s molekulami MHC I. Třídy •Zabíjeno je pomocí granulí, které obsahují granzym a perforin •Perforin usnadňuje granzymu vstup do cytoplasmy cílové buňky a granzym iniciuje několik cest apoptózy •CD8+ dále sekretuje IFN gama Gama delta T lymfocyty a NKT buňky •Malé populace lymfocytů (5% periferní krev), častější výskyt mezi epteliemi •Nerozeznávají MHC asociované peptidové Ag • rozeznávající širokou škálu Ag zahrnující peptidy i nebílkovinné antigeny: malé fosforylované molekuly, alkyl aminy, stresové proteiny a lipidy •Část těchto buněk je přítomno v kůži a ve sliznicích •Určeny k obraně proti konzerovaným Ag strukturám (např. u mykobakterií) Receptor lymfocytů B (BCR) (IgM, IgD) B lymfocyty •základními buňkami specifické humorální imunity •primární funkce - produkce protilátek – imunoglobulinů (Ig) •Ig- zaměřeny proti mikroorganismům nebo jejich toxinům působících v tělních tekutinách či dutinách tj. mimo buňky BCR receptor •Skládá se ze dvou identických těžkých řetězců a dvou identických lehkých řetězců •Na každém řetězci jsou variabilní a konstantní oblasti © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Protilátky • Ig existují ve dvou formách: –membránově vázané na povrchu B-lymfocytu , kde fungují jako receptor pro antigen –sekretované , které jsou v cirkulaci, tkáních, mukóze –jsou sekretovány plazmatickými buňkami, které vznikají z B-lymfocytu po jeho aktivaci a další diferenciaci –Vážou se na Ag a aktivují efektorové mechanismy vedoucí k eliminaci Ag Vývoj B lymfocytů • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Diferenciace subpopulací B lymfocytů • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Antigeny aktivující lymfocyty B Thymus-independentní, typ 1 a 2 Typ 1: polyklonální aktivátory, mitogeny, stimulují B-bb nespecificky Typ 2: polysacharidy bakterií, aktivace je specifická (především IgM, nízká afinita, krátká paměť) Thymus-dependentní Proteiny, glykoproteiny. Vyžadují kooperaci T-B. (IgM, IgG, IgA, vysoká afinita, dlouhodobá paměť) Aktivace B lymfocytů a produkce Ig •Ag se váže na membránový IgM a IgD receptor zralého naivního B-lymfocytu – aktivaci buňky •Aktivace vede k proliferaci Ag specifických B-lymfocytů, k jejich diferenciaci a vzniku paměťových a plazmatických buněk •Jediná buňka během jednoho týdne může vyprodukovat více než 5000 plazmatických buněk, které sekretují více než 1012 molekul Ig za den • • Aktivace B lymfocytu • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com B-lymfocytární subpopulace • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com B lymfocyt jako APC a jeho stimulace T lymfocytem © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Protilátková odpověď – T dependentní • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com S0241X-001-f009 Downloaded from: StudentConsult (on 15 July 2006 09:09 AM) © 2005 Elsevier top_logo S0241X-005-f003a Downloaded from: StudentConsult (on 20 July 2006 09:34 AM) © 2005 Elsevier top_logo Vazba Ag na BCR receptor • Somatická hypermutace • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Germinální centrum • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Tucker W. LeBien and Thomas F. Tedder. Blood 2008; 112: 1570-1580 Izotypový přesmyk a funkce jednotlivých Ig • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com B-buněčná aktivace a produkce Ig u B2 lymfocytů • © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Antibodies