28.11.2018

1

Generell immunologi og immunforsvaretpå

45 minutt

NITO ‐ BIOINGENIØRFAGLIG INSTITUTT, Immunologi og immunologiske metoder, etterutdanningskurs 27.‐28.november 2018

Kirsti Hokland ‐ bioingeniør og universitetslektor ‐ Universitetet i Tromsø

Alle figurer fra lærebøker er gjengitt med tillatelse fra forlaget ElsevierAbul K Abbas, Andrew H.Lichtman Shiv Pillai: Basic Immunology: Functions and Disorder of the Immune System, Fifth Edition. Elsevier 2016 

Abul K Abbas, Andrew H.Lichtman Shiv Pillai: Basic Immunology: Cellular and Molecular Immunology, Ninth Edition. Elsevier 2018 

28.11.2018

2

Innhold

Et stort antall ulike celletyper og løselige molekyler deltar i immunforsvaret

Et stort antall ulike celler og molekyler samarbeider og kjemper en kontinuerlig kamp mot patogener

Vi skal se nærmere på:

Medfødt immunforsvar

Ervervede immunforsvar

Litt om

Utvikling av sentral og perifer toleranseKan vi forklare hvorfor utvikler noen mennesker cøliaki? 

Nobelprisen i medisin 2018

ImmunsystemetMedfødt og ervervet immunitet

Abul K. Abbas, Andrew H. H. Lichtman, Shiv Pillai: Basic Immunology: Functions and Disorders of the Immune System, Elsevier 

28.11.2018

3

Medfødt immunitetHumorale og cellulære forsvarsmekanismer

• Fysiske og kjemiske barrierer ‒ hud, slimhinner, magesyre, enzymer, normalflora…..

• Fagocytter (nøytrofile granulocytter, makrofager)

• NK‐celler

• Komplementproteiner

• Akutt fase reaktanter

• Cytokiner

Aktivering fører til inflammasjon

Hvordan alarmeres det medfødte immunsystemet til en infeksjon? 

→ PRRs (pattern recognition‐receptors)

→ Vevs skade

→ Cytokiner og andre signalmolekyler

28.11.2018

4

Hvordan gjenkjenner celler i det medfødte immunsystemet fremmede mikrober ? 

Celler i det medfødte immunforsvaret er utstyrt med en lang rekke reseptorer, som gjenkjenner molekylære strukturer som er karakteristiske for mikroorganismer og skadede egne celler

PAMPs (pathogen‐ associated molecular patterns) 

DAMPs (damage assosiated patterns)

Disse reseptorene er ikke variable, alle celler av en celletype bærer de samme reseptorene 

PRRs (pattern recognition‐receptors)

PRRs (pattern recognition‐receptors) i medfødt immunforsvarGjenkjenner strukturer som er karakteristiske for patogene mikroorganismer(LPS, flaggelin, CpG, dsRNA…………..)

Trine H. Mogensen. Clin Microbiol Rev. 2009 April; 22(2): 240–273 

28.11.2018

5

Toll‐like reseptorer (TLR) utgjør en stor gruppe PRR

To eksempler: 

TLR‐4 binder til LPS (lipopolysakkarid) på gram negative bakterier

TLR‐3 binder ds RNA  (virus)

Andre 

NOD‐like reseptorer

Mannosereseptor

Lektin reseptor

Flere…..

Signalveier og funksjonen til flere TLRer

TLRs aktiverer  signalveier som fører til aktivering av  transkripsjonsfaktorer. Disse transkripsjonsfaktorene stimulerer produksjon av proteiner som medierer inflammasjon og anti‐viraleresponser

28.11.2018

6

Biologiske funksjoner  for type I interferon

Type I interferon (INF‐, INF‐binder til reseptorer på virus infiserte celler og naboceller

‒Hemmer protein syntese for virus

‒Denaturerer viralt RNA

‒Hemmer uttrykk av gener og syntese av  virus

Rekruttering av leukocytteraktivering av integriner (LFA‐1) 

28.11.2018

7

Cytokiner

• Polypeptider eller glykoproteiner sekrert av leukocytter (og andre celler) 

‒ Dannet som respons på mikrober og antigen

‒ Medierer og regulerer immunresponser og inflammatoriske reaksjoner

‒ Skilles ut i løselig form, men kan også finnes i membranbundet form

‒ Virker etter binding til spesifikke reseptorer i cellemembraner

Aktivering av  makrofag

Funksjonen til NK‐celler

Celler som mangler egne HLA molekyl og celler som er dekket ned antistoff  reagerer  med  NK‐celler

28.11.2018

8

Dendrittiske celler – samarbeider med ervervet immunsystem ‐ presenterer antigen for T (og B lymfocytter)

KomplementsystemetAktiveringsveier og effektor funksjoner

28.11.2018

9

Fagocytose og intacellulært drap av mikrober

Makrofager og nøytrofile granulocytter

uttrykker mange reseptorer som kan 

bindes til mikrober

Noen reseptorer binder til mikrober som er opsonisert med C3b eller IgG

CR1 binder C3b

FcR binder Fc delen av IgG

Karakteristiske trekk ved medfødt immunitet

Reagerer raskt

Alle celler av en celletype bærer de samme reseptorene. Gjenkjenner strukturer som er karakteristiske for patogene mikroorganismer,men normalt ikke på humane celler

Ingen hukommelse

Gir regi og samarbeider tett med det ervervede immunforsvaret

28.11.2018

10

Ervervet immunitet

• B lymfocytter modnes til plasmaceller når antigen bindes

• T lymfocytter‒ T hjelper celler‒ T cytotoksiske celler‒ T regulatoriske celler

• Antistoffer og cytokiner

Karakteristiske trekk ved ervervet immunitet  

Har ikke umiddelbar effekt (dager)

Har hukommelse

Gjenkjenner  spesifikke strukturer

28.11.2018

11

Humoral immunitetTo signaler er nødvendig for å aktivere T celle avhengige B celler

B lymfocyttene overvåker det ekstracellulære miljøet. 

Etter reaksjon med frie antigen og stimuli via CD40 på B cellen med CD40L på TFH (folikkulær T hjelper celle)   modes B lymfocyttene til plasmaceller som skiller ut antistoffer med flere funksjoner

• Nøytralisering

• Opsonisering

• Fagocytose

To signaler er nødvendig for å aktivere T celler

Signal 1T hjelper celler reagerer med egne HLA klasse II molekyler som presenterer et fremmed peptid Signal 2CD28 på T hjelper cellen binder B7 = CD80/CD86på  den antigenpresenterende cellen (APC)

28.11.2018

12

Profesjonelle antigen presenterende celler (APC) uttrykker HLA klasse II molekyler og presenterer antigen for T‐hjelper celler

Proteiner som stimulerer eller hemmer signal 2 for aktivering av T celler

28.11.2018

13

MHC (Major Histocompatibility Complex Molecules)hos mennesker HLA (Human Leukocyte Antigen) har avgjørende betydning for

• Immunrespons

• Organ transplantasjon

• Disponering av sykdommer

Menneskets MHC‐molekyler ‐ HLA

• Genene som koder for HLA molekylene som er involvert i antigen presentasjon finnes på kromosom nr 6

HLA klasse I 

• HLA ‐A, HLA‐B, HLA‐C

HLA klasse II

• HLA‐DP, HLA‐ DQ, HLA‐DR 

28.11.2018

14

Struktur for HLA klasse I molekylenesom presenterer peptid antigen

• HLA-A, HLA-B, HLA-C er glykoproteinerpå overflaten av alle kjerneholdige celler

• HLA klasse I molekylene består av en tung kjede og en lett kjede (2 mikroglobulin)

• Kjeden er en transmembran polypeptid kjede med tre domener 1 2 og 3, 1 2 folder seg slik at det oppstår en grop øverst i molekylet

• CD 8 bindes til 3Den transmembrane regionen inneholder seter for fosforylering

• Består av nesten like tunge polypeptidkjeder og.

• HLA-DR HLA-DP og HLA-DQ

• Polypeptidkjedene er transmembrane og består av to domener 1, 2 og 1 og 2.

• og domene danner en gropstruktur

• HLA klasse II molekylene er polymorfe, bortsett fra a-kjeden i HLA DR – molekylene

• CD 4 bindes transmembrane regionen til 2

Den inneholder seter for fosforylering

Struktur for HLA klasse I molekylene

Struktur for HLA klasse II molekylene som presenterer peptid antigen

28.11.2018

15

Hvordan blir ekstracellulære og intracellulære patogener presentert av HLA I eller HLA II molekyler?? 

celledrap

Aktivering av T hStimulerer andre celler  ‐ B‐lymfocytter 

Ligand og reseptorer involvert i aktivering av T hjelper lymfocytter

28.11.2018

16

T celler overvåker det intracellulære miljø

• T hjelper celler stimulerer andre celler , f. eks. makrofager til å drepe mikrober

• T cytotoksiske celler dreper virus infiserte celler og fjerner dermed produksjon av nye virus

Klonal seleksjon

Hvert antigen (x) bindes til en klon som er spesifikk for antigen (x)Et antigen har flere antigene determinanter (epitoper) og stimulerer  til en polyklonalimmunrespons f. eks. mot et virus

Både B og T lymfocyttene har spesifikke reseptorer (BCR og TCR) som  har samme spesifisitet  på en celleklon

28.11.2018

17

B lymfocyttene – ulike faser i humoral immunrespons

T celle avhengig og T celle uavhengig antistoff responsImmunglobulin (Ig) tung kjede isotype(klasse)skifte ved T celle avhengig immunrespons

28.11.2018

18

T lymfocyttene reagerer med egne HLA + fremmed peptid, det utvikles effektor celler og hukommelses celler

Primær og sekundær immunrespons

28.11.2018

19

B celle seleksjon i germinale sentre i lymfeknuter under en immunrespons

Membranbundet IgG og T celle reseptor

De variable domene (V) gir det store mangfoldet av klonspesifikke reseptorer på B og T  lymfocyttene og antistoffene som produseres etter aktivering av B cellen til plasmacelle

28.11.2018

20

Få gener  ‐ mange patogenerDet humane genom: 25000 gener Mangfold av Ig: ~ 1011 TCR: ~ 1016 Hvordan er det mulig?

Mekanismene som fører til stort mangfold av antigen reseptorer

Forskjellige typer gensegmenter kan settes sammen på tilfeldig måte

Sammenkoblingsunøyaktighet

- (P- og N-nukleotidaddisjon)

En hvilken som helst tung kjede kan kobles sammen med hvilken som helst lett kjede

Somatiske mutasjoner fører til affinitetsmodning (skjer ikke i genene som koder for TCR)

28.11.2018

21

Domener av tung og lett kjede i immunglobulin

Figuren viser plasseringen av de hypervariable områdene (HV) eller 

CDR 1, 2 og 3  (complement determining regions) som  binder antigen

CDR3 omfatter stedet for sammenkobling mellom gensegmentene

HV=CDR  binder antigen stor variasjon i aminosyrer i disse områdene

Hypervariable regioner hos Ig molekyler

28.11.2018

22

Sentral og perifer toleranse for B og T lymfocyttene

Brudd på toleranse fører til autoimmunitet

95 % av B og T lymfocyttene slipper ikke ut i sirkulasjon fordi de reagerer med egne antigen

Fravær av signal 2 i perifert vev fører til utvikling av anergi (lymfocyttene reagerer ikke på stimuli)

T-celle mediert immunrespons skjer mot protein antigen som er tatt opp eller produsert i cellen og presentert på vertens HLA(MHC)

28.11.2018

23

Brudd på toleranse ved utvikling av cøliaki I

• Glutamin residuer i  gluten peptider deamideres til glutamatsom øker deres affinititet til HLA‐DQ2 og/ellerHLA‐DQ8

Gluten spaltes av enzymet  vevstransglutaminase (tTG)

Abadie V, Sollid LM et al Annu.Rev.Immunol. 2011

Brudd på toleranse ved utvikling av cøliaki I

Abadie V, Sollid LM et al Annu.Rev.Immunol. 2011

28.11.2018

25

James P. Allison fra USA og Tasuku Honjo fra Japan er årets nobelprisvinnere i medisin for deres forskning innen immunterapi i kreftbehandling. 

https://www.nito.no/aktuelt/2018/11/nobelprisen‐i‐medisin/

Lyst til å lære mer om immunologi

• Start studiesirkel på jobb

• La presentasjon av kapitlene i en lærebok presenteres av ulike medlemmer i gruppa

• I lunsjpausen en gang i uka?  

• Diskuter