Tolerancia és autoimmunitás Tolerancia = fajlagos válaszképtelenség, az adott antigénre specifikus Centrális tolerancia - központi nyirokszervekben, éretlen limfociták válaszképtelensége sajáttal szemben Perifériás tolerancia - érett sejtekben, az antigéntől és a vele való találkozás módjától függ Tolerancia kialakulásában szerepet játszó mechanizmusok: Klonális deléció Receptor átszerkesztés „editing”: receptor specifitása megváltozik Anergia (nagy antigén dózis, hosszantartó stimulus) Klonális ignorancia (kis dózisú antigén, kis affinitású kötődés) Immunológiai szuppresszió (szupresszor sejtek, vagy faktorok Visszafordítható!

Normális immun-válasz Sejtosztódás és differenciálódás Immunogén antigén Normális immun-válasz Sejtosztódás és differenciálódás Anergia (funkcionális válaszképtelenség) Tolerancia Tolerogén antigén Immunogén antigén Nincs válasz Deléció (sejthalál)

Autoimmunitás és tolerancia autoimmun betegség: immunválasz a látszólag egészséges saját struktúra ellen tolerancia megszűnése, immunszabályozási folyamatok zavara a szabályozott autoreaktivitás fiziológiás (autoreaktív ellenanyagok, autoreaktív sejtek vannak egészségesben is, saját antigének által irányított pozitív szelekció!) tolerancia: szabályozott válaszképtelenség olyan antigénekre, (tolerogén) melyekre a válaszadási lehetőség adott Az autoreaktív limfociták jelenléte a centrális immunrendszerben biztosítja a hatékony védelmet (I. Cohen: imunrendszer belső képmása-immunological homunculus - the immune system's representation of the body ) .

A saját-felismerést szabályozó sejtes ellenőrzési pontok Központi nyirokszervek Vér Perifériás nyirokszervek (19) A csíracentrum B sejtek BCR indukált halála (20) B sejtek halála a follikuláris Th sejtekért folytatott versenyben (21) Az autoantitest termelés és gyulladás gátlása. (9) B sejtek versen- gése a BAFF-ért; (8) B sejtek follikulusokból való kizáródása 1) Éretlen B sejtek érésének leállítása; 2) BCR könnyűlánc átszerkesz- tése, V(D)J rekombináció; 3) Éretlen B sejtek halála, (6) BCR belső finomszabályozás/anergia (14) Aktivált B sejt plazmasejtté való differenciálódás gátlása Figure 2 | A map of the cellular checkpoints regulating self-reactive receptors. The range of different BCRs or TCRs, with varying degrees of avidity for self antigens, are denoted by different colours as marked in the key. Specific cellular mechanisms are shown by red numbers. BCR tolerance mechanisms in central lymphoid organs: (1) Arrest of immature B-cell maturation; (2) BCR light chain editing by V(D)J recombination; (3) Death and deletion of immature B cells. TCR tolerance mechanisms in central lymphoid organs: (4) TCR –chain editing by V(D)J recombination; (5) Death and deletion of semi-mature T cells. Intrinsic regulation of self-reactive receptors by anergy and biochemical tuning: (6) BCR tuning/anergy; (7) TCR tuning/anergy. Extrinsic regulation of self-reactive receptors by competitive mechanisms: (8) Follicular exclusion of B cells; (9) B-cell competition for BAFF; (10) T-cell competition for IL-7. Extrinsic regulation of self-reactive receptors by limiting immunogenic costimuli: (11) Controls on availability of extrafollicular T-cell help; (12) Control of TLR ligands and signalling; (13) B-cell death induced by FASL from T cells; (14) BCR inhibition of plasma-cell differentiation; (15) Control of B7 ligands and other costimulatory molecules; (16) T-cell death induced by FASL; (17) T-cell suppression by TR cells. Regulation of self-reactive receptors in follicles: (18) Control of ICOS and follicular T helper cell differentiation; (19) BCR-induced death of germinal centre B cells; (20) Germinal-centre B-cell death from competition for follicular T helper cells. Tolerance of self-reactive receptors at the final effector phase: (21) Control of autoantibody accumulation and inflammation in tissues. (18) ICOS és follikuláris Th gátlás 11) Extrafollikuláris T sejtes segítség hozzáférhetősége; (12) A TLR-L jelátvitel; 13) B sejt/ FasL által kiváltott sejthalála (7) TCR tuning/anergia (10) Kompetíció IL-7-ért (15) B7 ligandum kostimulátor molekulák szabályozása (16) FasL által indukált T sejt halál; (17) Treg sejtek közvetítette T sejt szuppresszió 4) TCR átszerkesztés V(D)J rekombináció által 5) Részlegesen érett T sejtek halála és deléciója

AZ IMMUNVÁLASZ TERMÉSZETÉT ÉS ERŐSSÉGÉT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK Stimulációnak kedvező faktorok Az immunválasz gátlásának, vagy hiányának (tolerancia) kedvező faktorok Felismerés fázisa: limfocita repertoár idegen antigénekre diverz repertoár sajáttal reagáló limfociták deléciója, anergia, ignorancia antigén prezentáció MHC jelenléte MHC hiánya Indukció és aktiváció fázisa: antigén természete immunogén forma tolerogén forma „ mennyisége optimális dózis (eltérő) magas dózis a toleranciának kedvez „ bejutás helye subcutan, intradermalis iv, orális adjuváns jelenléte járulékos sejtek toborzása és aktiválása, ko-stimulátorok indukálása adjuváns nélkül antigének nem immunogének (tolerogének) járulékos sejtek ko-stimulátorok jelenléte (T sejtek számára) ko-stimulátorok hiánya antigén spec. T sejtek helper T reguláló T sejtek ellenanyagok antigén felvétel és prezentálás (makrofágok által) fokozása ellenanyag közvetített feed-back: FcgRIIb citokinek pozitív sokszorozó hurok citokinek antagonista hatása, immunszuppresszív hatás

Az immunológiai tolerancia kialakulása . X B C Sejtek a B törzsből A B törzsből való bőr- transzplantátum megmarad, a C törzsből való kilökődik Újszülött A Peter Medawar The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1960 Immunological Tolerance Tolerancia Saját = magzati fejlődés alatt találkozott az immunrendszerrel

Immunológiailag kiváltságos helyek: Az immunprivilegizált helyeken a beültetett szövet megmarad, nem lökődik ki, nem alakul ki immunválasz agy szem herék Méh (magzat) Immunológiailag privilegizált helyek: Nyirokkeringés hiánya, fizikai határ Immunszuppresszív faktorok (pl. TGFb) Alacsony MHC expresszió sFasL

Genetikai saját nem azonos az immunológiai sajáttal! Immunológiailag privilegizált helyek sérülése autoimmun válaszhoz vezethet Egy szem sérülése következtében az üvegtest anyagából fehérjék jutnak a keringésbe Az effektor T sejtek visszajutnak a keringéssel mindkét szembe, ahol találkoznak az antigénnel A felszabadult fehérjék a környéki nyirokcsomóba jutva T sejteket aktiválnak Szimpátiás oftalmia Damage to an immunologically privileged site can induce an autoimmune response. In the disease sympathetic ophthalmia, trauma to one eye releases the sequestered eye antigens into the surrounding tissues, making them accessible to T cells. The effector cells that are elicited attack the traumatized eye, and also infiltrate and attack the healthy eye. Thus, although the sequestered antigens do not induce a response by themselves, if a response is induced elsewhere they can serve as targets for attack. Genetikai saját nem azonos az immunológiai sajáttal!

A magzat mint allograft Trofoblasztok: csak HLA-G és HLA-E –t expresszálnak, korlátozott polimorfizmus, nincsenek allodeterminánsok Nincs Tc és NK aktivitás – sHLA-G gátló hatása. HLA-G a beágyazódásban is. Vδ1 TCR (deciduában) - TH2, Vγ9 δ2 TCR (anyai vér): HLA-E felismerés – KIR gátlás TH2 irányú eltolódás kedvező, Treg sejtek, deciduális NK sejtek Progeszteron indukált blokkoló faktor

A magzati és anyai felszínek találkozása

A tolerancia kialakulásának és fenntartásának mechanizmusai Tolerancia indukció: a veszélyes immunválasz kialakulásának megelőzése terápiás céllal

A sajáttal szemben kialakuló tolerancia típusai

Centrális T-sejt tolerancia Negatív szelekció: deléció Regulátor T-sejtek kifejlődése Tímusz Periféria

A „véletlenszerű” (promiscuous) génexpresszió Nature Reviews Immunology 4, 688-698 (2004); doi:10.1038/nri1436  Diverse tissues are represented by promiscuous gene expression in medullary thymic epithelial cells (mTECs).   Genes identified as overexpressed in mouse mTECs compared with cortical TECs using gene chip analysis were assigned to tissues according to their predominant expression (where applicable) using combined information from the public databases GNF Gene Expression Atlas and Swissprot (see online links box) and the literature. About one quarter of all mTEC-overexpressed genes could be categorized as tissue-restricted according to this approach and are shown. Note the diversity of tissues that meet these criteria. The fraction of tissue-restricted genes is probably underestimated given their low expression levels in mTECs and the limited sensitivity of the gene array method. A tímusz az epitél sejteken kifejezésre jutó, valamint a vérben keringő saját antigénekel szemben kialakuló tolerancia kialakulásának a fő helye. A szövetspecifikus antigénekkel szemben tolerancia a periférián alakulhat ki – Ez a régi elképzelés A saját antigének sokaságának megjelenése medulláris tímusz epitél sejteken („ promiscuous expression ”) megváltoztatta az elképzeléseket a centrális tolerancia kialakulásáról és ennek szerepéről az autoimmunitás kivédésében. Újabb bizonyítékok jelzik, hogy mind genetikus mind epigenetikus mechanizmusok felelősek e furcsa génexpresszióért. APECED: AIRE mutáció Autoimmune polyendocrinopathy-Candidiasis-Ectodermal distrophy Nature Reviews Immunology 4, 688-698 (2004);

 Differenciálódási modell - sokféle (promiscuous) szöveti gén expressziója a tímusz epitél sejtjeiben (mTEC) cortex Figure 3 | The differentiation model of promiscuous gene expression in thymic epithelial cells.   Thymic epithelial cells (TECs) consist of two main lineages, cortical TECs (cTECs) and medullary TEC (mTECs), whereby mTECs can be further subdivided into subsets according to their phenotype and level of autoimmune regulator (AIRE) expression, with the most mature mTECs expressing the highest level of AIRE. These mTEC subsets presumably represent different differentiation stages. When TEC subsets were compared by RT-PCR and gene array, the complexity in number and level of promiscuous gene expression increased in ascending order from cTECs to immature mTECs to mature mTECs. It is of note that these different gene pools are not mutually exclusive, with the more complex pool including the less complex one. Promiscuous gene expression is therefore a basal feature of TECs that has been further extended by the mTEC lineage. At present, it is unclear whether cTECs and mTECs originate from and are replenished by a common, bipotential, self-renewing progenitor or by lineage-committed self-renewing progenitor pools. MTS20/24, epithelial-subset-specific antibodies. medulla AIRE= autoimmun regulator Az éréssel növekvő sokféleségű szövetspecifikus gén expressziója a TEC-en Érett mTEC

Az AIRE szerepe a centrális tolerancia kialakításában

Autoreaktív T sejtek kijuthatnak a perifériára, Antigén felimerés T-sejtes válasz Perifériás tolerancia Immunogén DC Normális válasz Autoreaktív T sejtek kijuthatnak a perifériára, a dendritikus sejtek szerepe a T-sejtes anergia kialakulásában Idegen antigén felismerése kostimulációval T-sejt proliferáció és differenciálódás Tolerogén DC T-sejt anergia Sajátantigén felismerése kostimulációval Válaszképtelen (anergiás) T-sejt Éretlen APC Gátló receptorok (pl. CTLA4) bekapcsolódása

A CTLA4-gátlás mechanizmusa

A Treg-sejtek által közvetített szuppresszió A tolerancia fenntartása Foxp3 mutation  IPEX: Immune dysregulation, Polyendocrinopathy,Enteropathy, X-linked syndrome

A Treg-sejtek által közvetített szabályozási mechanizmusok A Treg sejt által közvetített szabályozási lehetőségek 4 csoportra oszthatók: 1) Gátló citokineken keresztüli szabályozás ( IL-10, IL-35, TGF-β). 2). 2) Közvetlen sejtpusztítás (citolízis): granzim-A- and granzim-B-függő (GrzB/A) és perforin-függő (Pfr)mechanizmusok. 3) Anyagcsere gátlás: nagy affinitású IL-2R-függő (CD25) citokin elvonás-közvetített apoptózis, cAMP-közvetitett ill. adenozin-közvetített immunszuppresszió. 4) A dendritikus sejtek célzása (olyan mechanizmusokat foglal magába, mint LAG-3 (leukocita aktivációs gén) expressziója, vagy az immunszuppresszáló hatásu indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) termelése).

Perifériás limfociták saját antigén által indukált sejthalála (AICD) Perifériás T és B-sejtek saját-antigén által indukált sejthalála. a) A saját-antigén felismerése kostimulációs jel nélkül pro-apoptotikus fehérjék megjelenését indukálja a T-sejtekben, ami az apoptózis mitokondriumtól függő útját indítja el. b) A saját-felismerés Fas (CD95) és Fas ligandum megjelenését váltja ki T sejteken. Ez a szomszédos sejten jelenlevő molekulákkal kapcsolódva Fas receptortól függő apoptózist indukál. Hasonló folyamat zajlik le saját-antigénnel folyamatosan stimulált B-sejtekben is.

A B-sejtek által közvetített tolerancia kialakulása Sajátot felismerő B-sejt a T-sejtből érkező jel hiányában elpusztul

Az autoreaktív B sejtek nem elég hatékonyak a primer follikulusba való bejutásért folytatott versenyben. Autoreaktív B sejtek a perifériára kerülhetnek, a nyirokcsomók T sejtes zónájába Versengés az antigén specifikus B sejtek között a limfoid follikulusokba lépésért– az autoreaktív sejtek a vesztesesek (CXCR5 expresszió alacsony?) Autoreactive B cells do not compete effectively in peripheral lymphoid tissue to enter primary lymphoid follicles. In the top panel, B cells are seen entering the T-cell zone of a lymph node through high endothelial venules (HEVs). Those with reactivity for foreign antigens are shown in yellow; autoreactive cells are gray. The autoreactive cells fail to compete with B cells specific for foreign antigens for exit from the T-cell zone and entry into primary follicles (center panel). The autoreactive B cells that fail to receive survival signals most likely undergo apoptosis in situ in the T-cell zone (bottom panel). Az autoreaktív B sejtek a túlélési szignál hiányában elpusztulnak (apoptózis)

Regulátor B sejtek hatása az (auto)immun válaszra Figure 2. B10 cell regulatory eff ects in autoimmune disease. In this model, unidentifi ed autoantigens (auto-Ags) drive early development of B10PRO cells. Following exposure to CD40 ligation and/or Toll-like receptor (TLR) ligands (lipopolysaccharide (LPS), CpG), B10PRO cells mature into B10 cells that can actively secrete IL-10 and regulate both innate and adaptive immune responses. IL-21R signaling along with major histocompatibility complex class II (MHC-II) and CD40 cognate interactions with CD4+ T cells, although not needed for B10 cell development, are necessary for B10 cell eff ector functions and result in antigen-specifi c responses. B10 cells regulate macrophage function by decreasing their activation, phagocytosis and cytokine and nitric oxide (NO) production. In antigen-presenting cells (APCs), B10-cell-negative regulation of antigen presentation, expression of co-stimulatory molecules (such as CD86) and proinfl ammatory cytokine production limits T cell activation. In CD4+ T helper (TH) cells, B10 cells skew responses towards a TH2 phenotype and away from TH1 and TH17 responses. The negative regulatory eff ects of B10 cells thereby limit infl ammatory responses and subsequent tissue damage. Arrows with solid outline, known associations; arrows with dashed outline, speculated associations Kalampokis et al. Arthritis Research & Therapy 2013.

B SEJTEK ÉLETIDEJÉT, VAGY AZ AKTIVÁCIÓS KÜSZÖBÉRTÉKéT BEFOLYÁSOLó molekulák Keio J Med 2004; 53 (3): 151–158

A B sejtek negatív szabályozása a Lyn tirozin kináz közvetítésével A jelpályákban bekövetkezett változás a tolerancia megszűnéséhez vezethet

Az Fcg receptorok szerepe az autoimmunitás kialakulásában Inkomplett imkomplex eltávolítás Spontán autoimmun betegség Hibás effektorsejt aktiváció Imkomplex közvetített autoimmun betegség Kontroll nélküli ellenanyag termelés Figure 3 | Overall view of activating Fc receptors and inhibitory Fc RIIB, and related autoimmune diseases.   Fc receptors (FcRs) can initiate or augment an immune response at the initial antigen-presentation step (a) by facilitating immune complex (IC) uptake, and can drive cellular (b) and humoral (c) immune responses. In both cascades, Fc RIIB is crucial for inhibiting several activation loops of ITAM-containing FcRs (d,e). In humans, several FcR polymorphisms induce incomplete IC clearance, which leads to the sustained activation of effector cells and provokes IC-induced autoimmune diseases, such as systemic lupus erythematosus (SLE), rheumatoid arthritis (RA) and multiple sclerosis (MS) (f). In mice, Fc RIIb deletion leads to autoantibody production (g) and activation of effector cells (h), which also induce IC-mediated autoimmune diseases (i), such as Goodpasture's syndrome, collagen-induced arthritis and glomerulonephritis. IVIG treatment (j; see also Box 2) results in upregulation of the expression of Fc RIIB on macrophages. Fc RIIB engagement inhibits B-cell antigen presentation113, 114. The negative regulation of the antigen-presentation process by FcRs on dendritic cells is not known. DC, dendritic cell; IFN- , intereferon- ; IL, interleukin; ITAM, immunoreceptor tyrosine-based activation motif; IVIG, intravenous immunoglobulin; TH, T helper.

Spontán autoimmunitás FcgRIIb hiányos egér: C57BL/6 BALB/c anti-DNA rezisztencia nukleáris glomerulonephritis antigénekre szuszceptibilitás lókusz: chr 12 és 17 FcRg eltávolítása: NZB/W F1: lupus nephritis ” FcRg -/-: IC depozíció, C aktiváció, de kevesebb vese károsodás ” FcgRIIb -/-: súlyosabb betegség FcR defektus NOD egérben és EAE modellben .

Indukált autoimmunitás Kollagén indukált arthritis: C-II DBA/1 egér, FcRg -/-  protected FcgRIIb -/- : fokozott IgG, anti-CII fokozott arthritisz C57BL/6 érzékeny arthritiszre FcgRII deléció után Goodpasture’s szindróma: . . a-CII . a-CII . a-CII FcgRIIb -/- Tüdő haemorhages Glomerulonephritis Emelkedett ellenanyag szint C-IV . Kollagen-IV: vad típus, FcRg deficiens egér: no evidence of disease

FcgR polimorfizmus autoimmun betegségekben (ember) Autoimmun betegség FcgRIIa FcgRIIb FcgRIIIa FcgRIIIb -------------------------------------------------------------------------------------------------- SLE 131 Arg - - - - - 158 Phe - - 232 Thr 158 Phe - - - - NA2 RA - - 158 Phe - Wegener’s granulomatosis - - - NA1 Guillain-Barre syndroma 131 Arg - - NA2 Multiple Sclerosis 131 Arg - - NA2