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)