buněčné složky získané imunity...funkce t lymfocytů - příklady buněčná imunita...
TRANSCRIPT
Buněčné složky získané
imunity
Jedinečnost specifické imunity
Zajišťuje antigenně specifickou
obranu. Využívá klonálně specifické
receptory TCR, jejichž struktura se v
hypervariabilních úsecích liší mezi
jednotlivými klony dané populace.
Jedinečnost specifické imunity
Antigenně specifickou reakci
zajišťují T a B lymfocyty
Jedinečnost specifické imunity
Mimo primární lymfatické orgány
nacházíme 3 populace lymfocytů dle
stádia maturace:
1. naivní
2. paměťové
3. efektorové
T lymfocyty
• nemají schopnost rozhodovat o
formě imunitní odpovědi
• amplifikují nebo potlačují funkci
ostatních buněk
• zabíjejí nevhodné buňky
γδT lymfocyty • během ontogeneze první T lymfocyty
• nejsou HMC I a MHC II dependentní
• mají omezenou variabilitu TCR
• vyvíjejí se mimo thymus
• některé fagocytují
T lymfocyty
Hlavní populace T lymfocytů
1. CD4 T lymfocyty
• Th1, Th2, Th17, Th9
• nTreg, iTreg, Tr, Yh3
2. CD8 T lymfocyty
3. γδ T lymfocyty
Hlavní populace T lymfocytů
Mechanismy působení T lymfocytů
Funkce T lymfocytů - příklady buněčná imunita humorální
patogen vakcínie chřipka
vzteklina Listerie
M. tuberculosis M. leprae
Leishmania Toxoplasma sp.
Trypanosoma sp.
Clostridium tetani Staphylococcus
aureus Streptococcus pneumoniae
polioviry P. carinii
jeho lokalizace
cytoplasma vezikuly MΦ extracelulární tekutiny
efektorové T cytotoxické CD8 Th1 Th1 / Th2 rozpoznání
antigenu peptid:MHC I na
infikovaných buňkách peptid:MHC II
na infikovaných MΦ peptid:MHC II
na B lymfocytech efektorová
funkce zabíjení infikovaných
buněk aktivace
infikovaných MΦ aktivace B lymfocytů k produkci Ig
Diferenciace konvenčních T lymfocytů =
TCRαβ
Diferenciace T lymfocytů • Prekurzory pocházejí z kostní dřeně.
• Migrují do thymu kde vyzrávají.
• Vyzrávání je spojené s přeskupením
segmentů genu kódujícího TCR. Buňky
začnou exprimovat buď CD4 nebo CD8.
• Thymus opouští naivní T lymfocyty.
TCR • Antigenně specifický receptor T lymfocytů
• Rozlišuje peptidy prezentované na MHC
• Heterodimerní glykoprotein podobný BCR
• Každý řetězec (α a β) kódován strukturně
jedinečným multisegmentovým genem
• Segmenty jsou uspořádány jinak pro α a β
TCR a BCR (imunoglobulin)
Segmentace genů TCR
V thymu jsou opakující se segmenty
náhodně vystřiženy z genomu buňky
Sestřihem segmentů TCR genu vzniká gen jedinečný pro každý klon
Mechanismus spojování úseků DNA – N a P nukleotidy
Klíčovou roli hrají RAG a TdT proteiny
Mechanismus spojování úseků DNA – N a P nukleotidy
Aktivitou TdT jsou do oblastí spoje DNA
připojeny nové beztemplátové ,
nepalindromatické = N nukleotidy
podobně jako u B lymfocytů ale s vyšší
výslednou variabilitou
Rekombinace segmentů genů a zejména
mechanismus spojování konců DNA jsou
hlavním zdrojem variability TCR
Vše se odehrává na úrovni genomické DNA,
proto následná klonální expanze může dát
vzniknout obrovskému množství identických
efektorových a paměťových T lymfocytů.
Rekombinace TCR genů
Srovnání variability TCR a imunoglobulinů
αβ TCR imunoglobulin α β H κ+λ
variabilní segment (V) ~70 52 40 70 diversitní segment (D) 0 2 25 0 čtení ve třech rámcích - často zřídka - spojovací segment (J) 61 13 6 5(κ), 6(λ)
spojeni N a P nukleotidy 1 2 2 polovina počet V genových párů 5,8 . 106 1,9 . 106
variabilita spojení TdT 2 . 1011 3 . 107
celková variabilita ~ 1018 ~5 . 1013
Vstupují prekurzory T lymfocytů
pozitivní selekce
MHC:autologní peptid
- slabá interakce
negative selection
MHC:autologní peptid
- silná interakce
Odcházejí zralé naivní T lymfocyty
Lokálně specifické děje v thymu
Během zrání T lymfocytů je zahájena exprese CD4/CD8 koreceptoru
• T lymfocyty jsou nejdříve dvojitě CD4+CD8+
• reakce s MHC I či MHC II:peptidy určí zda CD4+ či CD8+
Autoimmune regulator (AIRE) protein - jeho mutace jsou spojeny s autoimunitní polyendokrinopatie, kandidózy a ektodermální dystrofie (APECED)
Abass et al., Cellular and Molecular Immunology, 2014
Centrální tolerance CD4+ T lymfocytů
Negativní selekce:
T lymfocyty, jejichž TCR reaguje příliš silně s MHC prezentujícími
autologní peptidy na epitelových nebo DC meduly
thymu.
• klonální delece (apoptóze)
• klonální inaktivace (anergie)
nTreg - se vyvíjejí v thymu
HCsTSLP
T cellreg
Death
CECs
MECs
Cortex
Medulla
No affinity
Primarypositive selection
Secondarypositive selection
Negative selection
CD4CD8
++
TSLP-DCs Immature DCs
CD4CD8
+Ð
High affinity
CD4CD8
+Ð
Naive T cell
CD4CD8
Low affinity
+Ð
CD4CD8
+Ð
(i)
(ii) (iii)
(iv)
CD4+
CD8-
CD4+
CD8-
CD4+
CD8+
CD4+
CD8- CD4+
CD8-
nTreg - se vyvíjejí v thymu
Zralé naivní T lymfocyty opouští thymus a osidlují
sekundární lymfatické orgány a sliznice,
zde budou aktivovány pomocí APC a tak se stanou
efektorovými či paměťovými.
Jak jsou v periferii udržovány naivní T lymfocyty
• zralé naivní T lymfocyty → T zóna LN
• zde v kontaktu s lymfoidními DC, ty prezentují
autoantigeny na MHC bez kostimulačních
molekul – unikátní mechanismus nenavozující
anergii, deleci a tato je přítomností antigenu
udržována
Do periferních lymfatických uzlin migrují APC ze spádové oblasti
Von Adrian et al, 2003, 3 Nature reviews Immunology
CD4 T lymfocyty
Pomocné T lymfocyty =
Th lymfocyty vznikají z naivních CD4 T lymfocytů po kontaktu s aktivovanými APC
v kontextu solubilních a membránových faktorů
Dominantní populace Th Znaky Th
T-bet Th1
GATA-3 Th2
(FoxP3) Treg
RORg t Th17
fenotypově jsou stabilní
Afzali et al, Clin Exp Immunol. 2007
IL-22
IL-10 TGF-β cAMP
Romagnani et al, 2008 Arthritis research and ther
Diferenciaci CD4 v Th realizují APC
polarizaci však určují i další faktory
• Th1 ← IL-12 ← APC ← PAMP, CCL4, CCL5, CXCL10,
IFN-γ, PGE2 ← NK, některé CD8 ← viry, bakterie
• ?IL-25 → Th2 ← OX40-L+ APC ← PGE2, TSLP, IL-7,
CCL2, CCL3 ← mastocyty, NKT, enterocyty, epidermis
← bakterie, viry
Diferenciace CD4 v Th
Diferenciace CD4 v Th1, Th2
Kadovaki, 2007 Alerg Internat
Kadovaki, 2007 Alerg Internat
Diferenciace CD4 v Th1, Th2
Kadovaki, 2007 Alerg Internat
Diferenciace CD4 v Th2, Treg
Aktivace CD4 T lymfocytů – receptory, kostimulační molekuly
Funkce Th1 lymfocytů • stimulace makrofágů k zabíjení
intracelulárních patogenů
• pomoc při aktivaci CD8 T lymfocytů
• cytotoxická funkce (granulyziny)
• pomoc B lymfocytům
• afinitní maturace
• tvorba opsonizačních a komplement fixačních protilátek
Funkce Th2 lymfocytů • pomoc při antigenně specifické aktivaci B
lymfocytů a izotypový přesmyk
• IgE, neutralizační IgG (IgG1, IgG3)
• sliznice - maturace plasmat. IgA bb (IL-6)
• aktivace obrany proti extracelulárním parazitům, atrakce a aktivace eosinofilů
• proliferace mastocytů
• inhibice aktivace makrofágů
Th17 lymfocyty
• Th17 ← IL-23 + rTh17 ← IL-6 + TGFβ ← APC
rTh17 produkuje IL-10, fenotyp není stabilní
Diferenciace CD4 v Th17
Romagnani et al, 2008 Arthritis research and ther
Diferenciace CD4 v Th17
Romagnani et al, 2008 Arthritis research and therapy
Funkce populace Th17 lymfocytů
• produkce IL-17, IL-21 a IL-6, IL-22
• stimulují neutrofilní granulocyty a obranu proti
extracelulárním bakteriím a houbám
• stimulují fibroblasty, endoteliální a epiteliální bb.
• přispívají k rozvoji autoimunitních chorob
Funkce Th17 lymfocytů
Periferní tolerance a Treg
Není jasné který mechanismus zahrnuje který antigen Abass et al., Cellular and Molecular Immunology, 2014
Perifení tolerance CD4+ T lymfocytů
• nTreg ← afinita TCR:peptid:MHCII na DC ← TSLP
• iTreg ← TGFβ, IL-10, IL-2, retionvá kyselina
• Tr ← TGFβ, IL-10, IL-2, retionvá kyselina
• Th3 ← TGFβ, IL-4, IL-10
Diferenciace CD4 v Treg
Li and Flavell, 2008 Immunity
iTreg - se vyvíjejí v periferii
• velmi heterogenní populace T lymfocytů
• regulace – potlačení imunitní reakce zánětlivé
• tlumí ostatní T lymfocyty
• klíčové buňky centrální tolerance
• zapojeny do aktivní periferní tolerance
• některé efektorové molekuly společné s Th2
(IL-10, TGF-β)
Funkce Treg lymfocytů
Treg lymfocyty a jejich regulašční funkce
Vignali et al, 2008 Nature reviews in immunology
CD39 a CD73 jsou ektoenzymy štěpící nukleotidy a uvolňující adenosin
CD8 T lymfocyty
CD8 T lymfocyty =
CD8 T lymfocyty vznikají z naivních CD8 T lymfocytů po kontaktu s
aktivovanými APC za požadavku mnohem vyšší intenzity kostimulace
než Th jako prevence tvorby autoreaktivních klonů
Aktivace CD8 T lymfocytů • Aktivace naivních CD8 T lymfocytů probíhá v
sekundárních lymfatických orgánech (jako CD4)
• Aktivovat je mohou
• předem stimulované „licensované“ APC
• APC + aktivované antigenně specifické CD4
• Aktivace vyžaduje vazbu APC a CD8 > 30 hodin
• Aktivace v efektorové cytotoxické TC > 48 hodin
Aktivace CD8 T lymfocytů
antiapoptotické signalizace
aktivované APC - CD8 T lymfocyty 4-1BBL 4-1BB
(CD137)
OX40 (CD134)
OX40L aktivované APC – aktivované CD4 T lymfocyty
Tříbuněčný model aktivace CD8 T lymfocytů - receptory
„Slabá“ aktivace CD8 T = tolerance
Anergické CD8 ly. soutěží s naivními CD8 ly. o vazbu na peptid-MHC I. Pokud cizorodý peptid podobný autolognímu → prevence autoimunity
CTL = cytotoxické CD8 T lymfocyty
Hlavní efektorová populace CD8 T Proteiny lytických
granul CTL Působení
perforin polymerují v membráně cílové buňky - vzniká kanál
granzymy serinové proteázy, aktivují apoptózu jakmile dosáhnou cytoplasmu cílové buňky
CTL vytvářejí perforace v membráně cílových buněk
CTL indukují apoptózu cílových buněk
Cullen S. Granzymes in cancer and immunity 2010
Dvojí funkce granzymů
Cytotoxické látky CTL • uložené v granulích
• sekretované: granzym A, granzym B,
perforin
• syntetizované de novo
• sekretované: TNF-α, TNF-β, IFN-γ
• povrchové: FAS-L
CTL exprimují Fas-L a sekretují TNF-α, TNF-β, IFN-γ
Funkce CD8 T lymfocytů
• zabíjení virem infikovaných a nádorových buněk
• granzym indukuje apoptózu za chorobných stavů
(kaspázy fyziologicky)
• granzymem zprostředkovaná prozánětlivá aktivace
• regulační funkce CD8 (dříve supresorové)
• potlačují expresi kostimulačních molekul na APC
• CD122+ (řetězec receptoru IL-2) podobné nTreg
Rychlost nástupu sekundární imunitní odpovědi je spojena s
populací paměťových CD4 a CD8 lymfocytů
1. migrují do periferní tkáně, zde jako CTL
(IL-7R- CD62L+/-CD45RA-)
2. migrují do LN kde dlouhodobě setrvávají (IL-7R+ CD62L+CD45RA-)
Jak jsou v periferii udržovány paměťové T lymfocyty
• na rozdíl od naivních T lymfocytů nevyžadují kontakt peptid-MHC na lymfoidních DC
• vyžadují trvalou cytokinovou podporu
molecule naive effector memory note CD44 + +++ +++ addhesion molecule
CD45RO + +++ +++ modulation of TcR signalling CD45RA +++ + +++ modulation of TcR signalling CD62L +++ - / +++ L-selectin CCR7 +++ +/- / +++ migration to LN CC69 - +++ - early activation antigen Bcl-2 ++ + / - +++ cell survival IFN-γ - +++ +++ protein translation after stimulation
granzym B - +++ +/- apoptosis induction FasL - +++ + apoptosis induction
CD122 +/- ++ ++ part of IL-2 and IL-15 receptor CD25 - ++ - part of IL-2 receptor
CD127 ++ - +++ part of IL-7 receptor Ly-6C + +++ +++ GPI binding protein
CXCR4 + + ++ CXCL12 receptor, migration to tissue CCR5 +/- ++ / +++ CCL3, 4 receptor, migration to tissue
Povrchové znaky T lymfocytů
γδ T lymfocyty
γδ TCR, CD8αα
γδ T lymfocyty - nízká diverzita TCR
• nízká frekvence N nukleotidů
• diverzita určena pozitivně
vazbou na omezené spektrum
autoantigenů (MICA -MHC class I
polypeptide-related sequence A, CD1)
• mnoho klonů má stejnou
specificitu TCR
• nejčasnější buňky během vývoje fetu CD8αα
• maturují jen z části v thymu (kryptoplaky)
• nevážou MHC (zřejmě nekomunikují s APC)
• svým TCR vážou MICA a MICB (MHC I chain-related)
exprimované na epitelových buňkách sliznic. MIC jsou
markery stresu (infekce, tepelného šoku)
• vážou CD1, F1 ATP syntázu, ???
• vážou nativní antigeny (bez potřeby MHC prezentace)
γδ T lymfocyty - charakteristika
• lokalizovány jako intraepitelové T lymfocyty sliznic a ve
slezině,
• tvoří perforin, granzym, FAS-L
• sekretují IL-2, IL-3, IL-6, IFN-γ, TNF-α, samy neproliferují
• sekrecí lymfotaktinu (XCL1) atrahují CD8 T lymfocyty
• produkují TGF-β, IL-10, KGF → potlačení zánětu, hojení
epitelových vrstev, regulační funkce
• pomocí CD16 fagocytují částice opsonizované Ig a
fragmenty prezentují na MHC II
γδ T lymfocyty - funkce
γδ T lymfocyty
Casetti et al, 2008 Cellular & Molecular Immunology
NK buňky
efektorové a regulující buňky
ADCC u NK buněk
NK buňky - receptory 1. receptory pro MHC I (KIR, NKG2A/CD94)
2. rozlišení abnormálního vlastního • stressed cell protein and tumor proteins
•NKG2D recognizes MICA, MICB •natural cytotoxicity receptors
•NKp46 (NCR1, CD335) •NKp44 (NCR2, CD336) •NKp30 (NCR3, CD337)
•other tumor antigens •DNAM1 •2B4 •NTBA
•Fc receptor - mediates ADCC •CD16
Ligandy pro NKG2D jsou stresem indukované proteiny: •MICA (MHC class I polypeptide-related sequence) •MICB •ULBP (RAET1) •RAE1 (retinoic acid early-inducible protein 1) myš •H60 and MULT1 (murine ULBP-like transcript 1) myš •MULT1 myš
Natural cytotoxicity receptors (NCRs je analogie TCR, BCR, Fc receptorů) rozlišení nádorových buněk
•NKp46 (NCR1, CD335) •NKp44 (NCR2, CD336) •NKp30 (NCR3, CD337) B7 family of immunoreceptors, B7-H6
Další aktivační receptory rozlišení nádorových a virem infikovaných buněk
•DNAM1 (DNAX accessory molecule 1; CD226) •poliovirus receptor (PVR) •nectin 2 (PVRL2)
•SLAM (signalling lymphocytic activation molecule) •2B4 •NTBA
NK exprimují Fcγ receptor IIIA (FcγRIIIA; CD16) zajišťují ADCC
Aktivační receptory NK buněk a jejich ligandy
NK buňky KIRs - Killer-cell immunoglobulin-like receptors KIR Haplotypy A – převaha inhibičních KIR KIR Haplotypy B – vyšší podíl aktivačních KIR NK buňky dárce krvetvorných buněk s KIR B haplotypem (haplotypy) budou efektivněji ničit nádorové buňky
Cancer therapies targeting NK cells
NK buňky jsou výkonnými
producenty chemokinů a
cytokinů (IFN-γ) jejichž mohou
být prvním zdrojem během
iniciace infekce.
NK regulují indukci imunitní odpovědi
NK zastávají opačné role při časné a pozdní fázi virové infekce
Vyhodnocení subpopulací NK
CD16+ CD56+/- 90% NK v periferní krvi; cytotoxické, ADCC
CD56+ CD16+/- 10% NK v periferní krvi; neexprimují KIR, ILT2; produkují cytokiny Poli et al., Immunology. 2009 Apr; 126(4): 458–465.
Přímá a nepřímá aktivace NK: type I IFN nebo IL-15
Fas-FasL
perforin granzyme
Invariantní natural killer T (iNKT)
TAM produce pro-angiogenic factors