Adaptivní (získaná) imunitní reakce závislé na protilátkách Jiří Litzman ADAPTIVNÍ SYSTÉM: - Je založen na obrovském repertoáru klonů Band T-lymfocytů, z nichž každý nese poněkud odlišné receptory (BCR resp. TCR) - “Rozpustné receptory” adaptivního systému jsou protilátky (= rozpustné BCR) - Systém je “anticipační”, klonální, “marnotratný” - Klonální receptory vznikají hlavně přeskupováním genových fragmentů a somatickými mutacemi. Pro stimulaci lymfocytů jsou vždy mutné nejméně 2 signály PAMP jsou důležité v aktivaci dendritických buněk Specifický signál Nespecifický signál Downloaded from: StudentConsult (on 4 August 2013 10:32 AM) © 2005 Elsevier Kostimulační molekuly při aktivaci T-lymfocytu antigen prezentující buňkou Pouze některé signály vedou k stimulaci T-lymfocytů a následné aktivaci a proliferaci Klonálně selekční teorie efektorové buňky antigen paměťové buňky Eliminace autoreaktivních klonů Krev a periferie expanze Smrt buňky Smrt buňky Selekce klonu antigenem Tvorba lymfocytů schopných reagovat potenciálně se všemi antigeny Klonálně selekční teorie F.M. Burnet, 1957 • V průběhu vývoje každého jedince dochází k vývoji buněk se specifickými vazebnými místy pro různé epitopy, přičemž každá buňka reaguje pouze s jedním epitopem. • Během vývoje (zejména intrauterinního) dochází k eliminaci autoreaktivních lymfocytů (zakázané klony, „forbidden clones“), čímž vziká pool buněk schopných reagovat na cizorodé antigeny. • Dojde-li k reakci epitopu s příslušným receptorem, dochází k proliferaci daného buněčného klonu. (tj k selekci klonu) • Po opakovaném dělení dosáhnou buňky stadia terminálně diferencovaných buněk (např. plazmatická buňka), ty se již dále nedělí. • U části stimulovaných a proliferujících buněk k terminální diferenciaci nedojde, přetrvávají v těle jako buňky paměťové. Variabilní oblast imunoglobulinové molekuly Hypervariabilní oblasti imunoglobulinové molekuly – přímo na sebe váží epitop Variabilní oblast Ig molekuly váže antigenní epitop VDJ rekombinace při vzniku variabilního místa imunoglobulinové molekuly Germline configuration D to J recombination V to DJ recombination transcription, splicing V segments D segments J segments Constant region exons AAA Adapted from Janeway 2001 Variabilita pro těžký řetězec: 100 × 50 × 9 = 45 000 variant, Lehký řetězec (Igκ a Igλ): 70 × 5 + 30 × 9 = 620 variant; Protože tyto lze mezi sebou libovolně kombinovat, výsledný teoretický možných kvartérních struktur variabilní čísti molekuly imunoglobulinu je 45 000 × 620 = 27 900 000. Segment (počet genů) IgH Igκ Igλ V ~ 100 ~ 70 ~ 30 D ~ 50 — — J 9 5 9 Zdroj: Wikipedie Variabilní část imunoglobulinové molekuly teoretický počet variant Izotypový přesmyk Downloaded from: StudentConsult (on 18 July 2006 11:29 AM) © 2005 Elsevier Izotypový přesmyk závisí na cytokinovém prostředí a stimulaci Th lymfocyty IMUNOGLOBULIN = PROTILÁTKA • strukturálně příbuzné glykoproteiny produkované B lymfocyty • vázané na membránu B lymfocytu – receptory zprostředkující aktivaci B lymfocytu • sekretované (rozpustné) – mediátory specifické humorální imunity Struktura molekuly protilátky • 2 identické těžké řetězce (H) a 2 identické lehké řetězce (L) spojené disulfidickými můstky • strukturně podobné domény (110-120 AK): 2 u lehkých řetězců, 4-5 domén u těžkých řetězců • lehký i těžký řetězec – variabilní oblast (VH a VL); N-konec • každá oblast obsahuje 3 hypervariabilní úseky (6-10 AK) • vazba antigenu – konstantní oblast (CL, CH1-CH3/CH4); C-konec • CL - izotyp kappa, lambda • CH - izotyp (třída) protilátky (IgG, M, A, E, D), podtřídy - membránově vázaná nebo sekretovaná forma - biologické (efektorové) funkce protilátky • flexibilita vazebné části – pantová oblast mezi CH1 a CH2 Pantová oblast Imunoglobulinové dom Proteinová doména • Úsek na polypetidovém řetězci s určenou stabilizovanou strukturou oddělenou od zbylých částí řetězce. Obvykle se jedná globulární útvary držené dohromady disulfidickými můstky. • Proteolytickým štěpením (trypsinem, papainem) můžeme rozdělit molekulu IgG na 2 fragmenty: – Fab (antigen binding) – je zodpovědný především za specifickou vazbu na antigen – Fc (krystalizabilní) . Je na něj vázána řada funkcí imunoglobuliné molekuly (třeba vazba na Fc receptory) Třídy imunoglobulinů, formy výskytu IgA dimer (monomer, trimer) IgM pentamer (hexamer) IgG, IgE, IgD monomery Oligomery jsou spojeny J řetězcem. Membránové formy vždy jako monomer. Třídy a podtřídy imunoglobulinů Izotyp Podtřídy Koncentrace v séru Biol. poločas Funkce IgM - 0,9-2,5 g/l 6 d Receptor pro antigen (naivní B lymfocyty); primární odpověď; aktivace komplementu IgD - Stopa 3 d Receptor pro antigen (naivní B lymfocyty) IgG IgG1-4 8-18 g/l (převaha IgG1) 21 d Sekundární odpověď; neonatální imunita; aktivace komplementu; opsonizace; neutralizace IgA IgA1,2 0,9-3,5 g/l 6 d Slizniční imunita; opsonizace IgE - 0,0003 g/l 2 d Obrana proti parazitům; reakce časné přecitlivělosti IgM • vázaný na membránu ve formě monomeru – receptor na B lymfocytech – po navázání antigenu zprostředkuje aktivaci B lymfocytů, důležitý pro vývoj B lymfocytů • rozpustný ve formě pentameru (hexameru) – 10 (12) vazebných míst • Neprochází placentou • Je prvním imunoglobulinem tvořícím se při imunitní odpovědi, stejně jako prvním imunoglobulinem, který si aktivně novorozenec nebo i plod. • zajišťuje primární imunitní odpověď • účinná aktivace komplementu IgM sekretovaná forma Imunitní odpověď po prvním a opakovaném setkání se s antigenem (“primární a sekundární protilátková odpověď“) Secondary antibody response Primary antibody response IgM IgG Firstexporsure Serumantibodytiters Weeks Secondexposureto antigen IgG1-4 • nejhojnější protilátka v séru, intersticiální tekutině • největší zastoupení má podtřída IgG1 • výskyt ve formě monomeru • nejdelší poločas (21 d) • sérové hladiny bývají kolem 10 g/l • přestup přes placentu • klíčová úloha v sekundární imunitní odpovědi • aktivace komplementu, opsonizace, neutralizace IgA1,2 • slizniční forma (dimer) – významná úloha ve slizniční imunitě (neutralizace, opsonizace; neaktivuje C) – produkován plazmatickými buňkami a B lymfocyty v submukóze – transportován na slizniční povrch pomocí transportního Fc receptoru (poly-Ig-receptor) – transport přes epitel transcytózou: endocytóza – přeprava v transportním váčku – fúze s luminální membránou – odštěpení z receptoru proteolýzou – část poly-Ig-receptoru zůstává po uvolnění na slizniční povrch součástí dimeru IgA = sekreční komponenta – zajišťuje rezistenci vůči proteázám • sérová forma (monomer, dimer, trimer) – opsonizace Transcytóza IgA IgE • Sérové hladiny jsou velmi nízké, udávají se v UI/ml (10-3 g/l). • Váže se na receptor pro IgE ( FcεR ) na žírných buňkách a bazofilech. • Vazba antigenu na takto navázaný IgE žírnou buňku aktivuje, dojde k uvolnění granulí. • Z patologického hlediska známe tuto reakci především při alergických chorobách, • Fyziologicky se uplatňuje v reakci na mnohobuněčné parazity. IgD • Sérové hladiny jsou velmi nízké, o fyziologických funkcích sérového IgD víme velmi málo. • IgD je přítomen na B-lymfocytech, kde tvoří B-buněčný receptor ( BCR) (obdobně jako monomerní IgM). Biologické funkce imunoglobulinových molekul • Aktivace komplementového systému (IgG, IgM) • Opsonizace (zejména IgG, též IgA) • Neutralizace antigenů (IgG, IgA, IgM) • Zábrana adherence (IgA, IgG) • Aglutinace, precipitace (IgG, IgM) • Degranulace žírných buněk (IgE) • Přechod placentou (IgG) • Imunoregulace (zejména IgG) • Fenomén ADCC ( IgG) Biologické funkce imunoglobulinových molekul Přenos aktivačního signálu v B-lymfocytech http://www.cellsignal.com/reference/pathway/B_Cell_Antigen.html Dva typy B-lymfocytární odpovědi na antigen • T dependentní odpověď – Jedná se o nejčastější formu protilátkové odpovědi – Vyžaduje souhru B-lymfocytů, antigen prezentujících buněk (mohou jimi být i Blymfocyty) a T-lymfocytů. – Dochází k isotypovému přesmyku, afinitní maturaci, vzniku paměťových buněk. – Tj. proběhne primární i sekundární fáze protilátkové odpovědi. • T-independentní odpověď – Odpověď na antigeny s řadou stejných epitopů – typicky polysacharidové antigeny. – Nahromadění B-buněčných receptorů (BCR) do jednoho místa vede k vzájemné aktivaci tyrozinkináz a následné aktivaci buňky. – Tento proces nevyžaduje pomoc T-lymfocytů. – Vytváří se pouze protilátky třídy IgM (nedochází k izotypovému přesmyku), nedojde k afinitní maturaci, nevytváří se imunitní paměť. – Tj. proběhne pouze primární fáze protilátkové odpovědi. Downloaded from: StudentConsult (on 15 July 2006 09:09 AM) © 2005 Elsevier Imunitní odpověď po prvním a opakovaném setkání se s antigenem (“primární a sekundární imunitní odpověď“) Imunologická paměť • Je jedním z charakteristických rysů adaptivní imunity. • Je založena na existenci dlouho žijících, antigen-specifických paměťových T- a B-lymfocytů. • Tyto buňky jsou v případě opakované antigenní stimulace schopny rychlé proliferace a terminální diferenciace v efektorové buněčné formy. • Výsledkem je rychlejší, rozsáhlejší a efektivnější odpověď po opakovaném setkání se s antigenem. POLYKLONÁLNÍ a MONOKLONÁLNÍ PROTILÁTKY • POLYKLONÁLNÍ PROTILÁTKY o Směs imunoglobulinových molekul, jejichž vazebná místa nesou specificitu vůči různým epitopům na celé molekule antigenu o Získávají se obvykle imunizací zvířat • MONOKLONÁLNÍ PROTILÁTKY o Produkt jednoho klonu B-lymfocytů, vykazují jedinečnou specificitu proti jednomu epitopu na molekule antigenu o Získávají se obvykle metodikami in vitro Příprava monoklonálních protilátek Využití monoklonálních protilátek • V diagnostice, jedná se o vysoce specifická diagnostická agens používaná v různých oblastech především imunologie a mikrobiologie. • V terapii, k zacílení buněk a molekul důležitých v patogenezi nemocí. Tvoří velkou část tzv. biologických terapií. • Ve výzkumu Typy monoklonálních protilátek používaných k terapii Hohlfeld R et al. (2005) Drug Insight: using monoclonal antibodies to treat multiple sclerosis; Nat Clin Pract Neurol 1 34-44 [doi: 10.1038/ncpneuro0016] Příklady klinického využití monoklonálních protilátek v léčbě imunopatologických chorob • Imunosuprese: anti-CD3 (OKT3), – anti CD20 (rituximab) • Blokáda prozánětlivých cytokinů: – anti –TNF-a (infliximab, adalimumab) – revmatoidní artitida, Crohnova choroba, • Blokáda adhezivních molekul: – anti integrin a4b1 (natalizumab) – roztroušená mozkomíšní skleróza – Anti-CD11a (efalizumab) - psoriáza • Protialergická léčba: – anti-IgE (omalizumab): těžké formy astmatu Příklady využití monoklonálních protilátek v léčbě zhoubných nádorů • Protilátky proti anigenům bílých krvinek: – anti CD-20 (rituximab) léčba lymfomů, – anti-CD52 (Alemtuzumab) – léčba lymfomů • Anti-receptorové protilátky: – anti-epidermal growth factor (receptor HER-2) (trastuzumab) – mamární karcinom – anti-epidermal growth factor (receptor EGFR) (cetuximab) – kolorektální karcinom Další příklady využití monoklonálních protilátek v medicíně – Antiagregační léčba: • trombocytární receptor gpIIb/IIIa (abciximab) – Antivirová léčba: • RS virus (palivizumab), • SAR-Cov2 – Osteoporóza • RANKL (Denosumab) – Hyrelipidémie • protein PCSK9 (alirocumab, evolocumab) – Migréna • CGRP nebo jeho receptor (Eptinezumab Erenumab Fremanezumab Galcanezumab)