Vznik a vývoj B a T lymfocytů Lukáš Kubala kubalal@ibp.cz Lymfopoéza = vznik a specializace lymfocytů A. Centrální lymfatické orgány > Většina vývoje B lymfocytů - kostní dřeň > T lymfocyty - thymus B. Periferní lymfatické orgány Kmenová hematopoetická buňka iß IV >/brekur Společný >/prekurzor granulocytární/ megacaryocytové/ erytrocytární línie CFU-GEMM Časný prekurzor lymfocytů O Předurčený prekurzor lymfocytů Figure 7-3 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005) NK buňky T buňky B buňky Dendritické buňky Vývoj B lymfocytů Prekurzory B lymfocytů Odstraňování B lymfocytů Aktivace zralých Aktivované B lymfocyty se přeskupují geny vážících se na vlastní B lymfocytů vážících se stávají plazmatickými nebo imunoglobulinů. antigenní (Ag) struktury. na cizí Ag struktury. paměťovými buňkami. Formace receptoru Negativní selekce. B lymfocyty migrují Sekrece protilátek plazm. B lymfocytů. do periferních buňkami a uchovávání lymfatických orgánů. paměťových buněk v kostní dřeni, epiteliích Figuře 7-1 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005) a lymfatických orgánech. Vývojová stádia B lymfocytů Vývoj Změna morfologie Vývojové stádium Přeskupení genů pro L a H řetězce Exprese receptoru nebo sekrece Ab Exprese vybraných povrchových znaků Antigen nezávislý O Kmenová buňka - CD34 Časný pro-B lymfocyt D-J geny H řetězců CD34; CD45R; IL-7R; CD19; CD38 Pozdní pro-B lymfocyt V-DJ geny H řetězců CD45R; IL-7R; CD19; CD38; CD20; CD40 O Velký pre-B lymfocyt V-DJ geny H řetězců Pre-B-receptor CD45R; IL-7R; CD19; CD38; CD20; CD25 (rec. IL-2); CD40 pre-B receptor w cytoplasmic p. Malý pre-B V-J geny Intracelulární CD45R; CD19; CD38; W lymfocyt L řetězců |i řetězec IgM CD20; CD40 Vývojová stádia B lymfocytů Vývoj Změna morfologie Vývojové stádium Přeskupení genů pro L a H řetězce Exprese receptoru nebo sekrece Ab Exprese vybraných povrchových znaků Antigen nezávislý Nezralý B lymfocyt V-J geny L řetězců Membránová exprese IgM CD45R; CD19; CD20; CD40 IgD IgM Antigen závislý Zralý naivní B lymfocyt Alternativní sestřih u. řetězce a tvorba 6 řetězce Membránová exprese IgM, IgD CD45R; CD19; CD20; CD21; CD40 Lymf oblast Alternativní sestřih u. řetězce Sekrece IgM CD45R; CD19; CD20; CD21; CD40 IgG O Paměťová buňka Somatická mutace Membránová exprese IgG, IgA CD45R; CD19; CD20; CD21; CD40 < Plazmatická buňka Alternativní sestřih Membránová exprese IgG, sekrece IgG CD135; CD38 Princip negativní selekce vznikajících B lymfocytů Silná vazba B-receptorů (povrchových IgM) s vlastními Ag. Exprese nových receptoru. Zastavení vývoje B lymfocytů; pokračování přeskupování genů variabilní oblasti L řetězce. Receptor stále reaguje s vlastními Ag => nezralý B lymfocyt je eliminován apoptózou. Receptor nereaguje s vlastními Ag => nezralý B lymfocyt migruje do periferie a zraje. Figure 7-27 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005) Indukce tolerance / selekce B lymfocytů mimo kostní dřeň Kostní dřeň Krev a lymfatické orgány Doplňující indukce tolerance _i_ V případě rozpoznání vlastních struktur vznikají sebe tolerantní B lymfocyty a B lymfocyty neschopné odpovědi. B lymfocyty, které nereagují s vlastními strukturami _i_ Bez pozitivního signálu: B lymfocyty nezůstávají v lymfatických uzlinách a mají poločas života cca 3 dny. Pozitivní signál: B lymfocyty zůstávají v lymfatických uzlinách. Dlouho žijící recirkulující naivní B lymfocyty mají poločas života 3-8 týdnů. i Stimulace antigenem Dlouho žijící recirkulující paměťové B lymfocyty exprimující vysoce afinitní IgG, IgA, nebo IgE. Aktivace B lymfocytů antigenem Plazmatická buňka produkující IgM (krátká životnost) Dendritická buňka prezentující Ag Dendritická buňka prezentující Ag \ / Tmavá ] / \*nay Germinální centrum (GC) Následný vývoj B lymfocytů v germinálních centrech sekundárních lymfatických orgánů Plazmatické buňky (dlouhá životnost) Folikulární dendritické buňky Světlá zóna Paměťové B lymfocyty O Izotypový přesmyk Centrocyty Selekce/Apoptóza = vyzrávání afinity Tmavá Proliferace B lymfocytů zona Q hypermutace genů variabilních oblastí Centroblasty Tvorba germinálních center a vývoj B lymfocytů -opakování LIGHT ZO N E Apoptotic B cell Vznik plazmatických buněk a paměťových B lymfocytů v sekundárních lymfatických orgánech - shrnutí mimo germinální centra v germinálních centrech (GC) □ Antigen t Naivní B lymfocyt CD40/CD40L Trnava zona Klonální expanze Somatická hypermutace Prekurzor B lymfocytů vstupující do GC □ Antigen B lymfocyt GC CD40/CD40L Světlá zóna Přesmyk izotypů protilátek Vyzrávání afinity /selekce Tvorba paměťových buněk m Paměťový B lymfocyt m Plazmatická buňka (krátká životnost) □ Plazmatická buňka (dlouhá životnost) Primární protilátková odpověď Sekundární protilátková odpověď Dělení B lymfocytů podle lokalizace a funkce Vlastnosti Bl B2 (obvyklé B lymfocyty) B lymfocyty marginální zóny Prvně produkovány fetální období po narození po narození Repertoár variabilních oblastí omezený široký částečně omezený Primární lokalizace tělní dutiny (peritoneum, pohrudnice) sekundární lymfatické orgány slezina Způsob obnovy populace schopnost sebeobnovy nové z kostní dřeně dlouho žijící Spontánní produkce protilátek vysoká nízká nízká Izotypová třída sekretovaných protilátek IgM » IgG částečně IgA IgG > IgM IgM > IgG Vyžadují podporu od T lymfocytů ne ano někdy Tvorba paměťových buněk ne ano ■ Vývoj T lymfocytů Prekurzory T lymfocytů přeskupují geny receptoru. Nezralé T lymfocyty rozeznávající vlastní MHC struktury dostávají signál k přežití. Ty, které reagují příliš silně s vlastními antigény, jsou však eliminovány. Progenitory T lymf. migrují z kostní dřeně do thymu. Zralé T lymf. se setkávají s cizorodým antigenem v perif. lymf. orgánech a jsou aktivovány. Aktivované T lymfocyty proliferují a migrují do místa infekce, kde přispívají k eliminaci patogenů. Pozitivní a negativní selekce v thymu. Zralé T lymf. migrují do periferních lymfatických orgánů. Aktivované T lymf. migrují do místa infekce. Figure 7-2 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005) Změny exprese řetězců receptoru T lymfocytů (TCR) během vývoje v thymu Dvakrát negativní T lymfocyty přeskupují y, 6 a 3 geny. Signály přes y:6 TCR vypínají geny (3 řetězce a směrují lymfocyt do linie exprimující y:6 TCR. y:6 T lymfocyty zrají a migrují do periferie. Signály přes pre-TCR vypínají geny y a 6 řetězců a směrují lymfocyt do linie exprimující a:(3 TCR. Přeskupení TCRa řetězce vytvoří funkční a:(3 TCR. Lymfocyty zrají a migrují do periferie. Figure 7-24 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005) Změny exprese povrchových antigénu CD3, CD4 a CD8 během vývoje T lymfocytů - Vznik pomocných a cytotoxických T lymfocytů Nezralé CD3~(jen vcytoplasmě)4~8~ dvakrát-negativníT lymfocyty y:6+ CD3+4"8- provizorní a:(3+CD3+4+8+ velké aktivní dvakrát-pozitivníT lymfocyty i ®<-^-Q) Apoptosis a:(3+CD3+4+8+ malé klidové dvakrát-pozitivní T lymfocyty © • a:(3+CD3+4+8' a:3+CD3+4"8+ malé klidové jedenkrát-pozitivníT lymfocyty i i export do periferie Změny exprese CD4 a CD8 během vývoje T lymfocytů - změna pozice během vývoje Figure 7-14 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005) Význam různé afinity TCR k antigennímu ligandu pro vývoj T lymfocytů Během vývoje v thymu (vlastní Ag) Žádná interakce i Eliminace Nízká afinita i Pozitivní selekce, pro life race Vysoká afinita 4 Negativní selekce, eliminace Zralé T lymfocyty v periferii Nízká Proliferace Velmi rychlá (cizorodé Ag) životnost a stimulace proliferace a tvorba a proliferace dlouhého přežití efektorových a paměťových lymfocytů Určení, zda vyvíjející se T lymfocyty budou dále exprimovat CD4 nebo CD8 a vzniknou tak pomocné nebo cytotoxické T lymfocyty Receptory T lymfocytů rozeznávají MHC I Dozrávají pouze CD8+ T lymfocyty - cytotoxické T lymfocyty Receptory T lymfocytů rozeznávají MHC II Dozrávají pouze CD4+ T lymfocyty - pomocné T lymfocyty Figure 7-30 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005) Specificita odpovědi CD8+ nebo CD4+ T lymfocytů na určitý typ patogenu Intracelulární patogeny Fagocytované patogeny Extracelulární patogeny a toxíny \^JJany cell / ^^^^^/^ O U B cell/J Degradovány Cytosol Endocytární vezikuly (nízké pH) Endocytární vezikuly (nízké pH) Antigen prezentován MHCI MHCII MHC II Antigen rozeznáván CD8+ T lymfocyty CD4+ T lymfocyty CD4+ T lymfocyty Efekty na buňky prezentující antigen Buněčná smrt Aktivace buňky zabít internalizovaný patogen Aktivace B lymfocytů k sekreci protilátek Figure 5-2 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005) Cytotoxické T lymfocyty (CD8+ T lymfocyty, Tc lymfocyty) Stimulace naivních T lymfocytů Proliferace/diferenciace Usmrcení infikovaných buněk T lymfocytů cytotoxickými T lymfocyty Figure 8-22 Immunobiology, 6/e. (© Garland seien ce 2005) Subpopulace Th lymfocytů Diferenciační c y to kiny: ILr21 ILrl8 ILr27 Tm De nd litická buňka Naivní lymfocyt T ILr4 T ILr4 TGF-p T ti 7 T 1 ILr21 TGF-p Podpora funkcílS I patologické stavy Efe ktorové c y to kiny: Intracelulá mí patogeny, apoptóza infíko va nýc h buněk IFN-Y Tvorba IgE, alergický / eozinofOní zánět ILr4 ILr5 ILrl3 Produkc e hle nu, zánět tkáně ILr9 ILrlO Fic tru c e lulá mí patogeny, c hro nic ký ne utro filní zánět ILr6 ILr8 IL-17 ILr22 ILr26 Synté za protilátek ILr21 Potlačení zánětu ILrlO TGF-p ILr35 Aktivované Thl lymfocyty IFN-Y a CD40 Fas ligand ligand neboTNF-ß IL-2 IL-3 + GM-CSF TNF-a + TNF-ß CCL-2 Aktivují Zabíjí Indukují Indukují Aktivují Akumulaci makrofágy chronicky proliferaci diferenciaci endotelium makrofágů likvidovat infikované T lymfocytů. makrofágů. a prostup v místě infekce, pohlcené buňky. makrofágů. bakterie. Figure 8-41 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005) Přeskupování genů, změny povrchové exprese charakteristických molekul a intracelulárních proteinů během vývoje T lymfocytů Rearrangement D-J P V-DJ V-Jt Figure 7-13 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005) Surface molecule Function CD2 Signaling Kit CD44 Adhesion molecule CD25 IL-2 receptor CD3 Signaling CD4 Co-receptor CD8 CD24 Unknown Protein Function RAG-1 Lymphoid-speciftc recombinase RAG-2 TdT N-nucleotide addition pTtt Surrogate a chain Double-negative Double-positive Single-positive CD44«-CD25- dít pre-TCR proliferation CD8 CD4 TCR IS lo o Cirkulace lymfocytů Lymfocyty spolu s lymfou vstupují do krevního oběhu přes hrudní mízovod. Naivní lymfocyty vstupují do lymfatických uzlin z krevního řečiště. _ lymph JT node infected peripheral \^ tissue Figure 1-11 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005) Antigény nebo antigén prezentující buňky z místa infekce se lymfou dostávají do lymfatických uzlin. Cirkulace lymfocytů Hrudní mízo vod Lymf uzliny Lymfocyty v krevním řečišti Eferentní lymf. cévy Aferentní lymf. cévyx^1 Q Orgány Cirkulace lymfocytů v mízní uzlině díky HEV KUDO VÉ STÁDIUM ZÁNĚT Migrace lymfocytů do mízní uzliny přes HEV LYMFOCYT Cirkulace lymfocytů T lymfocyty vstupují do lymfatických uzlin přes cévy s vysokým endotelem. T lymfocyty monitorují antigény prezentované makrofágy a dendritickými buňkami. T lymfocyty které nerozpoznaly antigén, odcházejí z lymfatických uzlin přes lymfatické cévy. T lymfocyty rozpoznávající antigén proliferují a stávají se efektorovými lymfocyty. Figure 8-4 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005) Spolupráce T a B lymfocytů - shrnutí > Cirkulující B lymfocyty vstoupí do lymfoidního orgánu přes HEV. > B lymfocyty rozeznávající specifický Ag a a) dávají vznik plazmatickým buňkám s krátkou životností, b) jsou zachyceny na hranici mezi T zónou a folikulem a jsou stimulovány k proliferaci. > Proliferující B lymfocyty migrují do nejbližšího folikulu, kde formují GC, dále intenzívně proliferují a somaticky mutují. > B lymfocyty s vysokou vazebnou aktivitou k Ag přežívají, zbylé B buňky odumírají apoptózou. > B lymfocyty opouštějí GC jako lymfoblasty a migrují do kostní dřeně nebo do lamina propria střeva a jiných epiteliálních povrchů, diferencují do plasmatických buněk nebo přežívají měsíce až roky jako paměťové buňky. Figure 10-15 Immunobiology, 6/e. (© Garland science 2005)