Download - predavanje-7-i-8-1516
Humoralni imunski odgovor
Cilj
Upoznati se sa fazama i tipovima humoralnog imunskog odgovora
Upoznati se stimulacijom B limfocita i odgovorom na T nezavisne antigene
Upoznati se sa funkcijom CD4 T limfocita u humoralnom imunskom odgovoru na proteinske antigene
Upoznati se sa regulacijom humoralnog imunskog odgovora
Humoralni imunski odgovor
komponenta adaptivnog imuniteta
efektorski molekuli - antitela
Prepoznavanje - ekstracelularnih MO sa kapsulama bogatim polisaharidima i lipidima, kao i polisaharidnih i lipidnih toksina
aktivirani B limfociti se diferenciraju u efektorske ćelije, plazmocite, koje sekretuju antitela iste specifičnosti kao njihov BCR
Transport antigena u folikule perifernih limfoidnih organa
Prepoznavanje antigena (BCR) – pokreće se signalizacija (2 signala) – aktivacija B limfocita – produkcija antitela
Grupisanje 2 i više BCR
aktivacija B limfocita
Aktivacija B limfocita
Šta se podrazumeva pod aktivacijom B ćelija
• Go -> G1 ćelijskog ciklusa
• povećanje ekspresije– MHC klasa II
– kostimulatornih molekula (B7-2)
– adhezivnih molekula (ICAM1)
– receptora za citokine (IL-2R)
• migracija ka T zoni– promenjen odgovor hemokina
• postaju prijemčljivije za pomoć od strane T ćelija– zaštita od Fas
• ulazak u mitozu ako je obezbeđena submitogena doza drugih stimulusa (LPS, CD40L, IL-4)
Zavisi od vrste antigena i potrebe za pomoć od CD4 T limfocita neproteinski antigeni (T nezavisni) indukuju proliferaciju/diferencijaciju samo preko BCR signalizacije i nije potrebna pomoć CD4 T limfocita. To su bakterijski polisaharidi, ponavljajući površinski molekuli virusa
proteinski antigeni (T zavisni) aktivacija ide preko BCR ali zavisi od signala od CD4 T ćelija, bilo koji proteini
Tipovi humoralnog imunskog odgovora
većina patogena sadrži oba tipa antigena
poliklonalni mitogeni– indukuju
proliferaciju/diferencijaciju nezavisno od BCR
• visoke doze LPS, anti-CD40
neki plazmociti migriraju u kostnu srž i preživljavaju duži period
Karakteristike primarnog i sekundarnog humoralnog imuskog odgovora
Biohemijski signali u aktivaciji B limfocita
tokom aktivacije komplementa stvaraju se brojni fragmenti komponenti komplementa
C3d vezan za MO vezuje se i za receptor za C3d na B limfocitu (CR2, CD21)
CR2 je tesno povezan sa CD19 i CD81 i zajedno čine koreceptore na B limfocitima
istovremeno vezivanje BCR za specifičan antigen MO i CR2 za C3d koji je vezan za površinu istog MO obezbeđuje oba signala aktivacije Signal 1 - preko Ig- i Ig-β Signal 2 - preko CD19
posledica je aktivacija, proliferacija i diferencijacija B limfocita
Uloga komplementa u aktivaciji B limfocita
Promene tokom aktivacije B limfocita
Faze:
Aktivacija T limfocita proteinskim antigenom i diferencijacija u efektorske T limfocite
Aktivacija B limfocita antigenom i prezentacija antigenskih peptida efektorskim T limfocitima
Aktivacija B limfocita od strane efektorskih CD4 T limfocita
Diferencijacija aktiviranih B limfocita u efektorske plazma ćelije
Indukcija procesa promene klase teških lanaca Ig - izotipsko prekopčavanje
Indukcija procesa sazrevanja afiniteta (afinitetno sazrevanje)
Humoralni imunski odgovor na proteinske antigene
Mehanizmi migracije CD4 T i B limfocita
u zonu oko ivica folikula
CD4 T limfociti prepoznaju Ag peptide u sklopu MHC molekula II klase na B limfocitima (APĆ) Signal 1 - TcR/Ag peptid i MHCII Signal 2 - B7/CD28
nastanak efektorskih Th limfocita koji ispoljavaju CD40L i produkuju citokine
interakcija limfocita koji imaju specifičnost za isti Ag
B limfocit prepoznaje nativne (konformacione) epitope na protienskom Ag, dok CD4 T limfocit prepoznaje peptidne fragmente tog istog proteina
Prezentacija antigena CD4 T limfocita od strane B limfocita
Mehanizmi aktivacije B limfocita posredovane CD4 T limfocitima
Uloga CD40 u aktivaciji B ćelija
TCR angažman povećava ekspresiju CD40L na T ćelijama
CD40 signaling pokreće aktivaciju B ćelija
CD4 T cell
CD40L (TNF family)
CD40 (TNF-R family)
TRAF2 TRAF3B cell
Povećana ekspresija molekula ćelijskog
ciklusa, molekula za
preživljavanje, citokini,
Pokretanje izotipskog prekopčavanja
Reakcija u germinativnom centru na proteinske antigene
Organizacija imunoglobulinskog lokusa i rekombinacija varijabilnih genskih segmenata za
laki i težak lanac imunoglobilina
VDJ
55 kb
(citokini, CD40L)pomoć CD4 T ćelija
antigen
IgM+ naivne B ćelije
IgG+ memorijske ćelijel
IgGprodukujućeplazma ćelije
Promena klase teških lanaca Ig
ligacija CD40 i citokini - rekombinacija prekopčavajućih (“switch”) regiona
switch (S) regioni (S, S, S, S) - konzervisane sekvence nukleotida ispred odgovarajućih C gena
S sekvencu nema jedino C nema
u toku procesa prekopčavanja (primarni transkript) S se povezuje sa odgovarajućim S sekvencama drugih C gena (ostali nukleotidi između S sekvenci se uklanjaju)
Mehanizam promene klase teških lanaca Ig
Promena klase teških lanaca Ig
• Afinitetno sazrevanje pojavljuje se u germinalnim centerima i rezultat je somatskih hipermutacija Ig gena tokom proliferacije B ćelija i praćeno je selekcijom visoko afinitetnih ćelija pomoću antigena ispoljenih na folikularnim dendritskim ćelijama
• Visoko afinitetne B ćelije koje se jvlaju u germinalnom centru postaju dugo živeće plazma ćelije i memorijske B ćelije
Sazrevanje afiniteta u humoralnom imunskom odgovoru
Sazrevanje afiniteta
B ćelija saniskim afinitetom
mutacije selekcija
Germinativni centar
VH VL
Ag VH VL
VH VL
VH VL VH VL
Ag VH VL
B ćelija savisokim afinitetom
pri produženom ili ponovljenom izlaganju proteinskom antigenu - povećanje afiniteta antitela – germinativni centar folikula perifernih limfoidnih organa i tkiva
Tačkaste mutacije u hipervarijabilnim regionima V gena Ig - somatske hipermutacije češće nego tačkaste mutacije u mnogim drugim genima (1 mutacija na 103 baznih parova po deobi)
Aktivirani B limfociti u folikulu ubrzano proliferišu - germinativni centar - zbog somatskih hipermutacija produkuju antitela različitog afiniteta vezivanja za antigen
FDĆ - imunski kompleksi
Samo B limfociti sa BCR visokog afiniteta za antigen se vezuju za FDĆ i preko CD40L dobijaju signal za preživljavanje
B limfociti sa BCR niskog afiniteta za antigen umiru procesom apoptoze
Selekcija visokoafinitetnih B limfocita
Faza homeostaze
apoptoza plazmocita
mehanizam povratne sprege posredstvom antitela
Solubilna antitela (IgG) formiraju imunske komplekse sa preostalim Ag
Imunski kompleksi reaguju sa BCR-om i receptora za Fc fragmenta antitela, FcRIIB (CD32)
CD32 - fosfataze koje uklanjaju fosfatne grupe sa ITAM motiva Ig i Ig molekula - blokira se prenos signala preko BCR
Regulacija humoralnog imunskog odgovora
Efektorski mehanizmi humoralnog imuniteta
Cilj
Upoznati se efektorskim funkcijama antitela
Upoznati se sa funkcijom antitela na posebnim anatomskim mestima
Upoznati se sa ulogom sistema komlementa
•Antigenski receptori na površini B ćelija
•Solubilna antitela
Struktura imunoglobulina-veza sa funkcijom
Imunoglobulini su bi-funkcionalni proteini
• vezivanje Ag
• vezivanje za Fc receptor ili za komplement vezujući protein
Zašto je antitelima potreban Fc region?
•detektuje antigen
•precipitira antigen
•blokira aktivna mesta toksina ili molekula vezanih za patogene
•blokira interakcije domaćina i molekula vezanih za patogene
(Fab)2 fragment može -
•inflamatorne i efektorske funkcije povezane sa ćelijama
•Inflamatorne i efektorske funkcije komplementa
•unošenje antigena i njihovu obradu
ali ne može da aktivira
(Fab)2 fragment funkcije
Fc fragment funkcije
Karakteristike antitela koje određuju efektorske funkcije
Fab fragmentom antitela vezuju i blokiraju štetne efekte MO i njihovih toksina
Fc fragmentom antitela aktiviraju različite efektorske mehanizme kojima se eliminišu MO i njihovi toksini
Protektivna antitela se produkuju u toku primarnog imunskog odgovora, a u većoj koncentraciji u toku sekundarnog imunskog odgovora
Mehanizmi promene klase antitela i afinitetnog sazrevanja povećavaju protektivne funkcije antitela i karakteristični su za odgovor na proteinske Ag
Antitela • postoji 5 klasa imunoglobulina
– Svaka klasa ima različitu ulogu u imunskom odgovoru • IgG• IgM• IgA• IgD• IgE
Zaštita od ekstracelularnih mikroorganizama i njihovih toksina: vezivanjem za mikroorganizme i toksine sprečava se infekcija i oštećenje ćelija; antitela su jedina komponenta specifičnog imuniteta koja sprečava infekciju
Antitela pomažu u eliminaciji potencijalno štetnih mikroorganizama i agenasa
Antitela obavljaju svoje efektorske funkcije udaljeno od mesta gde se stvaraju
Imaju imunomodulatorno dejstvo
Efektorske funkcije antitela
Najveći broj vakcina se zasniva na indukciji specifičnog humoralnog imuniteta
Posledice defekta humoralnog imuniteta su česte infekcije izazvane bakterijama, virusima i parazitima
1. Neutralizacija MO i njihovih toksina
2. Opsonizacija Ag i olakšana fagocitoza od strane makrofaga i neutrofila
3. Citotoksičnost zavisna od antitela (ADCC) posredovana NK ćelijama i eozinofilima
4. Aktivacija klasičnog puta komplementa
5. Mukozni i neonatalni imunitet
6. Regulacija humoralnog imunskog odgovora
7. Reakcije rane preosetljivosti
Efektorske funkcije antitela
A. Antitela sprečavaju vezivanje MO za ćelije domaćina i tako se neutralizuje sposobnost MO da inficira ćelije domaćina
B. Antitela inhibiraju širenje infekcije sa inficirane ćelije domaćina na drugu neinficiranu ćeliju
C. Antitela sprečavaju vezivanje toksina za ćelije domaćina i tako onemugaćavuju patogene efekte toksina
Fab funkcija 1. Neutralizacija MO i toksina
B. Antitela inhibiraju širenje infekcije
Opsonizacija – oblaganje MO opsoninima, antitelom Fab (najčešće IgG) ili nekim drugim molekulom - priprema za fagocitozu
Fagociti ispoljavaju receptor za Fc fragment IgG CD64 (FcRI); angažovanjem FcRI aktiviraju se fagociti nakon čega dolazi do fagocitoze i ubijanja fagocitovanih MO
Značajan mehanizam odbrane od enkapsuliranih bakterija sa polisaharidnim zidom (npr. pneumococus)
Fab/Fc funkcija 2. Opsonizacija i olakšana fagcitoza MO posredovana
antitelom
Neke potklase IgG vezuju svojim Fab fragmentom antigene na ćelijama (npr. inficirane ćelije)
NK ćelije ispoljavaju CD16 (FcRIII) kojim vežu Fc fragment antitela; angažovanjem CD16 aktivira se NK ćelija koja ubija ciljnu ćeliju
IgE se vežu Fab fragmentom za antigene na površini parazita (helminata)
Eozinofili ispoljavaju visokoafinitetne receptore za Fc fragment IgE (FcRI); angažovanjem FCRI dolazi do aktivacije eozinofila koje oslobađaju granule (toksični medijatori granula ubijaju parazite)
Fab/Fc funkcija 3. Citotoksičnost zavisna od antitela (ADCC)
Afinitet za Ig
Ćelijska distribucija Funkcija
FcγRI (CD64) visok makrofagi, neutrofili; eozinofili
Fagocitoza; aktivacija fagocitoze
FcγRIIA (CD32) nizak makrofagi, neutrofili; eozinofili, trombociti
Fagocitoza; aktiavcija ćelije (nedovoljna)
FcγRIIB (CD32) nizak B limfociti Povratnom spregom inhibicija B limfocita
FcγRIIIA (CD16) nizak NK ćelija ADDC
FcγRIIIB (CD16) nizak Neutrofili, druge ćelije
Fagocitoza (nedovoljna)
Receptori za Fc fragment
imunoglobulina G (FcγR)
Uklanjanje parazita ADCC reakcijom
Afinitet za Ig Ćelijska distribucija
Funkcija
FcεRI visok Mast ćelija, bazofili, eozinofili
Aktivacija ćelije (degranulacija)
FcεRII (CD23) nizak B limfociti, eozinofili, Langerhansove ćelije
Nepoznata
Jules Bordet 1890Liza bakterija (Vibrio Cholerae)Hemoliza
Paul EhrlichKomplement “Aktivnost seruma koja kompletira
delovanje antitela”
Istorijat otkrića komplementa
4. Aktivacija klasičnog puta komplementa
Više od 30 solublnih i membranskih proteina
Učestvuju u prirodnom i adaptivnom imunitetu
Produkuju ih hepatociti (uglavnom), makrofagi jetre, monociti i epitelne ćelije gastrointestinalnog i urogenitalnog trakta
Čine 5% (težine) serumske frakcije globulina
Mnoge komponente su proenzimi (zimogeni), koji su funkcionalno neaktivni do proteolitičkog sečenja koje uklanja inhibitorni deo i oslobađa se aktivno mesto.
Reakcija počinje enzimskom kaskadom.
Komponente komplementa
Funkcije sistema komplementa
1. Liza ćelija, bakterija i
virusa – glavni efektor
humoralne grane
imuniteta
2. Opsonizacija, koja olakšava
fagocitozu partikularnih
Ag
3. Vezivanje ze specifične receptore
za komponente komplementa na
imunskim ćelijama započinje
inflamatorne kaskade
4. “Imunsko čišćenje” koje
uklanja imunske komplekse iz cirkulacije i talože ih u
slezini i jetri
Aktivacija sistema komplementa obuhvata kaskadu proteolitičke razgradnje proteina i amplifikaciju razgradnje
Nekontrolisanu aktivaciju i sprečavanje oštećenja sopstvenih ćelija vrše regulatorni proteini komplementa
Važna komponenta urođenog imuniteta je aktivacija sistema komplementa bez učešća antitela (ALTERNATIVNI I LEKTINSKI PUT)
Važan efektorski mehanizam humoralnog imuniteta je aktivacija komplementa uz učešće antitela (KLASIČNI PUT) i predstavlja vezu oba imuniteta
Aktivacija sistema komplementa
Različiti putevi
aktivacije sistema
komplementa
Različiti putevi
aktivacije sistema
komplementa
Faze delovanja sistema komplementa
1. Faza prepoznava
nja i aktivacije
(inicijacija)
2. Faza amplifikacije
3. Terminalna faza/ faza
ispoljavanja efektorskih
funkcija
1. Faza prepoznavanja i aktivacije (inicijacija)
Rana faza aktivacije
alternativnog puta
komplementa
Aktivacija klasičnog puta aktivacije komplementa
Struktura C1 komponente
Aktivacija lektinskog puta aktivacije komplementa
2. Faza amplifikacije
započinje aktivacijom C5 konvertaze i razgradnjom C5 komponente na C5a i C5b
C5b započinje formiranje membranskog atakujućeg kompleksa (MAC) vezivanjem za C6 komponentu za koju se zatim vezuje C7 komponenta
C7 omogućuje ugradnju MAC kompleksa u lipidnu membranu i vezivanje C8 komponente
C8 omogućuje vezivanje C9 i njenu polimerizaciju
Polimerizacijom C9 formira se funkcionalni MAC kompleks koji vrši perforaciju membrane ćelije i sledstvenu lizu ćelije
Kasna faza aktivacije sistema
komplementa
Opsonizacija i fagocitoza
Stimulacija zapaljenske reakcije
Komplementom posredovana citoliza
Aktivacija humoralnog imuniteta: - Interakcija C3d sa CR2 receptorom na B- limfocitu.
- Selekcija visokoafinitetnih B- limfocita (vezani proteini komplementa u sklopu imunskih kompleksa bivaju prepoznati od CR ispoljenih na FDC).
3. Terminalna faza/ faza ispoljavanja efektorskih funkcija
Nekontrolisanu aktivaciju i
sprečavanje oštećenja sopstvenih ćelija vrše regulatorni proteini komplementa
Striktna regulacija sistema komplementa
Pasivni mehanizmi regulacije: visoko labilne komponente sponatno se inaktivišu ako nisu stabilizovane reakcijom sa drugim komponentama
regulatorni proteini vrše inaktivaciju različitih komponenti
Tri nivoa regulacije:•Pre formiranja konvertaza•Posle formiranja konvertaza•Formiranje MAC kompleksa
Receptor Distribucija Interakcija sa FunkcijaC1 inhibitor (C1 INH)
protein plazme; konc. 200 μg/mL
C1r, C1s Inhibitor serine proteaze; vezuje se za C1r i C1s i odvaja ih od C1q
Faktor I protein plazme; konc. 35 μg/mL
C4b, C3b Serine proteaze; seče C3b i C4b koristeći factor H, MCP, C4BP i CR1 kao kofaktore
Faktor H protein plazme; konc. 480 μg/mL
C3b Vezuje C3b i istiska BbKofaktor za faktor I posredovano sečenje C3b
C4-binding protein (C4BP)
protein plazme; konc. 300 μg/mL
C4b Vezuje se za C4b i istiskuje C2 Kofaktor za faktor I posredovano sečenje C4b
Membranski kofaktor za protein (MCP, CD46)
Leukociti, epitelne i endotelne ćelije
C3b, C4b Kofaktor za faktor I posredovano sečenje C3b i C4b
Faktor ubrzanja razgradnje (DAF)
Ćelije krvi, epitelne i endotelne ćelije
C4b2b, C3bBb Istiskuje C2b od C4b i Bb od C3b (disocijacija C3 konvertaze)
CD59 Ćelije krvi, epitelne i endotelne ćelije
C7, C8 Blokira vezivanje C9 i sprečeva formiranje MAC
Regulatori aktivacije komplementa
Regulacija aktivacije C1 komponente
C1 INH (C1 inhibitor) zaustavlja ranu aktivaciju klasičnog puta na nivou C1
HEREDITARNI ANGIONEUROTSKI EDEM: deficijencija C1 INH
DAF (faktor ubrzanja razgradnje) sprečava vezivanje faktora B za C3b ili vezivanje C4b2a za C3b - zaustavljanje aktivacije alternativnog i klasičnog puta
CR1 vrši obe funkcije koje imaju DAF i MCP
Inhibicija formiranja C3 konvertaze
Regulacija formiranja C3 konvertaze
MCP (membranski kofaktorski protein): služi kao kofaktor sa faktorom I za proteolizu C3b na inaktivne fragmente
PAROKSIZMALNA NOĆNA HEMOGLOBINURIJA: defekt u sintezi brojnih glikolipida uključujući i DAF i MCP
Regulacija formiranja MAC
Regulacija sistema
komplementa
Receptor Struktura Ligandi Ćelijska distribucija
Funkcije
Komplementni receptor Tip 1 (CR1, CD35)
160-250 kD; multipli CCPRs
C3b > C4b > iC3b
Mononuklearni fagociti, neutrofili, B i T limfociti, eritrociti, eozinofili, FDĆ
FagocitozaČišćenje imunskih kompleksa, disocijaciju C3 konvertaze (kofaktor za sečenje C3b, C4b)
Komplementni receptor Tip 2 (CR2, CD21)
145-kD; multipli CCPRs
C3d, C3dg > iC3b
B limfociti, FDC, nazofaringealni epitel
Koreceptor za aktivaciju B ćelija Filter za Ag u germinalnim centerimaReceptor za EBV
Komplementni receptor Tip 3 (CR3, Mac-1, CD11b/CD18)
Integrin, sa 165-kD α lanac i 95-kD β2 lanac
iC3b, ICAM-1; takođe vezuje MO
Mononuklearni fagociti, neutrofili, NK ćelije
Fagocitoza Adhezija leukocita za endotel ( ICAM-1)
Komplementni receptor Tip 4 (CR4, p150/95, CD11c/CD18)
Integrin, sa 150-kD α lanac i 95-kD β2 lanac
iC3b Mononuklearni fagociti, neutrofili, NK ćelije
Fagocitoza, ćelijska adhezija?
Receptori za fragmente C3 komponente
U sluzokoži gastrointestinalnog i respiratornog trakta plazmociti (lamina propria) produkuju i sekretuju IgA i vezni (J) lanac za formiranje dimera
Epitelne ćelije mukoze sekretuju poli-Ig receptor koji veže IgA (može i IgM)
Kompleks IgA poli-Ig receptor se transportuje kroz epitelnu ćeliju; na površini epitelne ćelije dolazi do delimične proteolize poli-Ig receptora i transporta IgA dimera i dela poli-Ig receptora u lumen
5A. Mukozni imunitet Fab funkcija
Antitela majke (IgG) se aktivno transportuju kroz placentu do fetusa; ćelije placente sekretuju neonatalni Fc receptor (FcRn) i kroz epitel digestivnog trakta novorođenčeta
Antitela majke (IgG) iz mleka se aktivno transportuju kroz epitel digestivnog trakta novorođenčeta; ćelije epitela digestivnog trakta novorođenčeta ispoljavaju Fc receptor kojim vezuju antitela iz majčinog mleka
5B. Neonatalni imunitet i imunitet novorođenčeta (pasivni prirodni imunitet)
IgG Opsonizacija Ag za fagocitozu od strane makrofaga i neutrofila
Aktivacija klasicnog puta komplementa
Citotoksičnost zavisna od antitela (ADCC) posredovana NK ćelijama
Neonatalni imunitet: transfer majčinih At kroz placentu i creva
Povratnom spregom inhibicija aktivacije B limfocita
IgM Aktivacija klasicnog puta komplementa
Antigeni receptor na naivnim B limfocitima
IgA Mukozni imunitet: sekrecija IgA u lumenu gastrointestinalnog i respiratornog trakta
Aktivacija alternativnog ili lektinksog puta komplementa
IgE Degranulacija mast ćelija (reakcija rane preosetljivosti tip I)
Citotoksičnost zavisna od antitela (ADCC) posredovana eozionofilima
IgD Antigeni receptor na naivnim B limfocitima
Efektorske fukcije antitela specifične za izotip
Memorijske B ćelije
• Nastaju u germinativnim centrima– Stoga imamo samo jak humoralni memorijski odgovor na T
zavisne antigene
• Male cirkulišuće ćelije
• često dolazi do izotipskog prekopčavanja (npr u IgG+ ili IgA+)
• Obično imaju veći afinitet za indukujući antigen
• Duže žive u odnosu na naivne B ćelije– Perzistentno prisustvo memorijskih B ćelija nakon imunskog
odgovora obezbeđuje povećan broj B ćelija specifičnih za antigen spremnih za odgovor pri ponovnom kontaktu sa istim antigenom
Karakteristike naivnih, efektorskih i memorijskih B limfocita
Kratka istorija života B limfocitaNovonastale B ćelije napuštaju kostnu srž i ulaze u
cirkulaciju
Migriraju kroz sekundarne limfne organe i proveravaju ih na prisustvo specifičnih antigena
Prepoznavanje antigena; interakcije sa CD4 T ćelijama;
klonska ekspanzija; (izotipsko prekopčavanje)
nisko-afinitetne plazma ćelije
-> Antitela
formiranje germinalnog centra: somatske mutacije i sazrevanje afiniteta
visko afinitetne plazma ćelije (->Antitela) imemorijske B ćelije
(kontinuirano)
(kontinuirano)
(nekoliko dana) (1-2 nedelje)
(nedelje)