A T sejtek ontogenezise III. Matkó János,

A timocita szelekció lefolyása: (példa: MHC A egér) Csontvelő (BM) specificitás: idegen Ag + MHC B pozitív szelekció hiánya: apoptózis T sejt prekurzorok TcR TcR repertoár (random generált) Nincs funkcionáló receptor specificitás: saját Ag + MHC A specificitás: idegen Ag + MHC A deletio: negatív szelekció (nagy affinitású saját peptid felismerés) pozitív szelekció Diff., CD4+,CD8+ SP, periféria nincs pozitív szelekció (MHC B miatt): apoptózis tímusz

Az MHC (allél) és a peptid szerepe a timocita szelekcióban peptid: H-Y MHC: H-2D b H-Y specifikus, H-2D b korlátozott T sejt TcR gén klónozás αβ nőstény, H-2D k nőstény, H-2D b hím, H-2D b fejlődő T sejtek transzgén TcR Timusz APC MHC-típus H-Y antigén H-2D b H-2D k vannincs SZELEKCIÓ pozitív negatív van nincs funkcionális T sejt : CD8+, transzgén TcR+ nincs van (H-Y specifikus)

Kvantitatív/“aviditás” szelekció-modell nincs szelekció / jel pozitív szelekció / jel pozitív szelekció / jel negatív szelekció / jel aviditás/ kummulatív szignál PS küszöb NS küszöb : antagonista peptid : gyenge/közepes agonista peptid : erős agonista peptid

A funkcionális T-sejt aviditást meghatározó tényezők

In vivo class II MHC modellek : ugyanazon peptid alacsony és magas koncentrációja pozitív vagy negatív szelekciót egyaránt indukálhat, amit FTOC vizsgálatok is megerősítettek Kísérleti modell: különböző MHC háttér alapján tenyésztett TcR-transzgén egerek  erős agonista peptid alacsony koncentrációban: pozitív szelekció  ugyanazon peptid magas koncentrációban: klonális deléció (NS)  antagonista peptid magas koncentrációja: pozitív szelekció Ovalbumin-specifikus TcR transzgén egerekből származó T sejtekkel: In vitro affinitás mérések (SPR): a pozitívan szelektáló ligandok TcR-affinitása << (10 3 x), mint a klonális deléciót kiváltó peptidek affinitása. A kvantitatív modellt alátámasztó tények:

Receptor szelekció (újraszerkesztés) fejlődő T-sejtekben  szekunder rekombináció: “használhatatlan TcR-ok lecserélése”  receptor-editing: “veszélyes TcR-ok átszerkesztése” (antigén-függő, klón-függő) használhatatlan, vagy túl alacsonyan expresszált receptorok eliminációja/ cseréje RAG+ nincs TcRnincs ligand RAG - alap szignál: közepes aviditás az érett T-sejt repertoár számára szelektált sejtek internalizált TCR RAG+ Ag-indukált szignálhiány: magas affinitás az autoreaktív T-sejt receptorok re-editálása

A negatív szelekció és szabályozása DP TcRhigh - TcRlow apoptózis DP CD8 low anergia erős TcR- aktivációs szignál SP CD8+ SP CD4+ GCR szignál Purinoreceptor szignál (ext.Ado, ATP) Notch IC NF-κB - Nurr77/Nor1 (90-95%) Notch PS/NS egyensúly AIRE-trf speciális TSA repertoár expressziója mTEC-en

“Signaling for death” death ligand (FasL, TNF, TRAIL) death receptor (Fas, TNFR, DCR1,2, DR4,5) FADD TRADD DISC (caspase 8,10) Type I. caspase 3 (6,7) mitochondrium (MOMP) ICAD/CAD, DNA fragmentation] APOPTOTIC CELL DEATH FLIP SMase ceramide GD3 ? BAX, BAK BIM Bcl-2/Bcl-xL * AIF, ? APAF-1 Cyt-C, dATP “apoptosome” Caspase 9 Type II. ? IAPs BAD AKT CSS, GF ? ? CIDP ionizing radiation, chemoterapy, stress ROS Bim ? HSP 27, 70, 90

“Mitochondria in the focus ?” mitochondrial dysfunction, cell death Bcl-2 Bcl-x L Bax Bak Bid Bad Bim Noxa,Puma death receptor growth factor T-cell receptor DNA damage or Antiapoptotic (multidomain) Bcl-2 Bcl-x L Bcl-w Diva CED-9 life death Proapoptotic (multidomain) Bax Bak (Opferman,Korsmeyer: Nature Immunol., 2003) Proapoptotic (BH3 only) Bid Bad Bim Rim Noxa Puma Bmf MOMP

Túlélés-Anergia egyensúly: A Notch- és IL-7-szignálok elősegítik a fejlődő T-sejtek túlélését 2.) a Notch-Receptor hasadási terméke a Notch-IC pl. negatívan szabályozza az apoptotikus jelátvitelt apoptózis negatív szabályozása 1. Az IL-7 szignálok emelik az anti-apoptotikus Bcl2 fehérjék szintjét

A timocita szelekció módosított “differenciált aviditás” modellje TcR-MHC aviditás IL-7R α γc TcR calpain nincs szignál sejthalál pozitív szelekció negatív szelekció Calpain: Ca 2+ -függő citoszolikus Cys-proteáz - 30 kD reg. / 80 kD katal. alegys. “PEST” szekvenciához (bázikus) köt „jelerősség szenzor” van-e egyéb szubsztrátja ?

tulajdonságpozitív szelekciónegatív szelekció helyszín érintett stróma sejtek szelekciós mechanizmus immunológiai konzekvencia kérgi állomány epitél sejtek (cTEC) a saját MHC-t felismerő T sejtek túlélése saját MHC- korlátozás kifejlődése medulla csontvelői eredetű makrofág és DC, mTEC a saját MHC+saját peptid kombinációkra nagy aviditással reagáló T sejt klónok deletioja (centrális) tolerancia kialakulása A T sejt szelekció főbb jellemzői

A T-sejt keresztreaktivitás és következményei:  Egy adott T-sejt nem 1, hanem kb egymástól kissé különböző szerkezetű peptidet képes kötni és az eltérő peptidekre kvantitatívan különböző válaszokat ad!  egy T-sejt alacsony peptid-denzitásra csak akkor válaszol, ha a TcR-affinitás magas  ha a TcR-affinitás alacsony, akkor csak magas ligand-denzitásra válaszol Egy adott Ag-peptid képes „megosztani” a T-sejt készletet: alacsony, ill. magas ligand-denzitás esetén válaszoló T- sejtekre ! Az antigén-prezentáló környezet (APC-k) szerepe nagyon fontos a szelekció “finom-hangolásában” !

Centrális – (perifériális) tolerancia és az autoreaktivitás effektor/ memória Tc és Th PERIFÉRIÁS TOLERANCIA: - anergia - apoptózis szignálok - effektor T-sejt fenotípus diverzió - regulációs T-sejtek - DC/Mf szerepe… tímusz periféria medulla PS/NS révén szelektált SP T-sejt állomány CENTRÁLIS TOLERANCIA (nem tökéletes !) CD4+ CD8+ autoreaktív T-sejt

Regulációs T-sejtek (T REG ): a tímuszban érnek (?)  T REG (CD4+, CD25+) naív T-sejtek: a perifériás CD4+ T-sejtek ~ 5%-a (egér/humán)  kialakulásuk endogén TcRα rekombinációt igényel  a tímuszban szelektálódnak, érzékenyek a TIM-függő TcR- szignálok erősségére S1: influenza hemagglutinin (HA) determináns × nagy-affinitású TcR (TS1) S1+ CD4+,CD25+ T-sejt + alacsony-affinitású TcR (SW) × S1+ CD4+,CD25+ T-sejt -

Hogyan sérülhet a tolerancia kialakulása ? 1.) Az autoantigén ‘hiánya’: Pl.: EAE (SM) állatmodell: autoimmunitás a mielin bázikus proteinnel (MBP) ill. a proteolipid proteinnel (PLP) szemben H-2 s haplotípus SJL immundomináns epitóp: PLP A perifériás T-sejtek magas hányada reagál ezen epitóppal (még nem immunizált SJL egérben is !) [1/20.000] A PLP specifikus T-sejtek deletiojának hiánya a tímuszban Ok: a PLP tímuszbeli formája:  a PLP-gén alternatív splicing-ja: DM20 izoforma aminosavak nélkül (!)  mindkét termék expresszálódik az agyban, de a tímuszban a DM20 izoforma dominál A hatékony negatív szelekció számára az autoantigén endogén expressziója kritikus a tímuszban A epitóp bevitele (kiméra Ig-vel) jelentősen lecsökkenti az autoreaktív T-sejtek számát !

2.) Alacsony aviditás:  ha az autoantigén expresszált a tímuszban: a szelekciót az aviditás kontrollálja  a magas aviditású T-sejtek negatívan szelektálódnak  az alacsony aviditású T-sejt klónok elkerülhetik a negatív szelekciót Példa: T-sejt válasz a mielin bázikus fehérje (MBP) Ac1-9 immundomináns Ag- epitópra H-2 u haplotípusú egerekben:  Az Ac1-9 kötése az MHC (H-2 u ) –hez rendkívül gyenge (detektálhatatlan)  Az Ac1-9 immunogén, de EAE-t csak jó hordozóval és adjuvánssal vált ki !  Azon APL-ok, melyek erősítik a peptid-MHC affinitást, fokozzák az MBP Ac1-9-specifikus T-sejtek negatív szelekcióját

3.) Az antigén-processzálás hatása: - az Ag-processzálásban résztvevő proteázok is befolyásolják az Ag-re specifikus T-sejtek szelekcióját: pl. belehasítanak a domináns epitópba Pl.: MBP –specifikus T-sejtek válasza  endogén tímusz APC proteázok belehasíthatnak az Ag szekvenciákba, roncsolván az epitópot az MBP specifikus T-sejtek (SM) gyengén reagálnak MBP-re, de a hasító AEP (aszparagin-endopeptidáz) gátlása fokozza a T-sejt reaktivitást. A tímusz APC-k endogén proteázai egyes Ag-epitópok hasítása révén, az aviditást csökkentve, egyes autoreaktív T-sejt klónok negatív szelekciótól való megmenekülését segíthetik elő.

Hogyan zajlik le a koreceptor termináció ? Milyen módon szabályozott a DP-SP differenciálódás ? A T sejt ontogenezis utolsó lépése... TCRαβ DP timocita (+ szelektált) CD8+ SP naiv T-sejt CD4+ SP naiv T-sejt

Az “instruktív modell ” : az egyik koreceptor transzkripciójának instrukció által kiváltott szelektív terminációja DP CD4 CD8 MHC-I MHC-II CD8-ko-kötés/szignál CD4-ko-kötés/szignál TcR CD3 CD8 hi CD4 lo CD8+CD4- SP CD4 hi CD8 lo CD4+CD8- SP

“Kinetikus szignál erősség/szignálhossz” modell (A. Singer és mtsai., Immunity 2000, 2001.) A DP timociták in vitro indukálhatók a CD4SP irányba történő érésre Az érés végső stádiumában levő pozitívan szelektált T sejtek leállítják (tranziensen) CD8-transzkripciójukat Az érő sejtek többsége IL-7 hatására “visszafordítja” koreceptor (CD8) expresszióját (ezt segítik a „gyenge/rövid TCR szignálok”) Az IL-7 által indukált koreceptor-reverzió gátolható TcR szignállal CD4+ CD8+ CD4+

A “kinetikus szignál/koreceptor reverzió” modell: (IL-7 szignál) (Notch-1 szignál) + -

És az érés vége... Posztszelektív proliferáció a medullában Az emigráció: mikor, hogyan?

Egy fontos pre-emigrációs fázis: a pozitívan szelektált timociták IL-7R-függő expanziója a medullában

- γ/δ T sejtek - naiv CD4+ és CD8+ α/β T sejtek - NKT sejtek - Treg sejtek - IEL or IEL progenitorok A tímuszból emigráló T sejt alpopulációk:  A „mature” (érett?) fenotípus lényeges tulajdonságai: apoptózis érzékenység alacsony, proliferációra képes Ag-stimuláció hatására  A fenti populációkból a konvencionális α/β T sejtek a pozitív szelekciót követően átlagosan 4-5 nap után emigrálnak: 2-3 nap alatt a tolerancia kialakulhat a medullában a TSA (szövetspecifikus antigén)+ és Aire (transzkripciós faktor)+ mTEC és a BM DC,Mf közreműködésével. A negatív szelekciót elkerülő sejtek érett fenotípust vesznek fel és emigrálnak.  Az aktivált memória α/β T sejtek és az NK T valamint Treg sejtek recirkulációra is képesek

Az emigráció helyszíne és szabályozása... A mature (S1P1+, CD62L+,CCR7+) SP T sejtek „felsorakoznak” a LV, és PVS (perivaszkuláris space) területeken és diapedizissel jutnak a vérkeringésbe ill. az efferens nyirokkeringési rendszerbe. Az S1P1 (szfingozin-1-foszfát receptor) expresszió kritikus a keringési rendszerbe való emigráció során, míg a CD62L főként a másodlagos nyirokszervekbe történő bejutás/recirkuláció során alapvető. A KLF2 transzkripciós faktor közvetlenül regulálja (promoteren keresztül) az S1P1 expressziót (és a CD62L expressziót is): transzkripciós kontrollt biztosít az emigráció és a homing számára is

Az extra-tímusz T-sejt érés helyszínei tímusz-mentes modellek - thymectomia - besugárzás - nude egér kevés érett T-sejt a periférián (pl. GALT)(Tc,Th egyaránt), diverzitás is van (!) honnan, hogyan ?

1. Béltraktus (vékony/vastagbél epitélium)/GM (gut mucosa): immun-effektor szövet Multi-Potenciális prekurzorok: csontvelői (tímusz) eredet -LPL (lamina propria lymphocytes): CD3+, Ki67+ - IEL (intraepithelial lymphocytes): CD3+, Ki67+, CD103+, L- selectin+, pre-TCRα mRNS Életkortól függetlenül folyamatosan működő „T sejt gyár”: az antigén specificitás kevésbé diverz mint a tímuszban, de azzal csekély az átfedés

2. Máj (magzati): erősen korlátozott T-sejt repertoár, és csak „időleges” a T-sejt fejlődés alternatív útvonalon megy, pl. hiányzik a DP stádium !!! nem tudja a tímuszt helyettesíteni és gyakoriak az autoreaktív klónok (pl. CD122 + TCR int fenotípus)

3. Nyirokcsomók : a nyirokcsomók a tímusz mellett be tudnak kapcsolódni a „T-sejt termelésbe” speciális körülmények között (pl. oncostatin-M indukció) de a pozitív szelekció rosszabb és a negatív szelekció jobb hatékonysága miatt a T-sejt készlet jóval szűkebb ! Oncostatin M: 4 helix bundle IL-6 citokincsalád fehérje (LIF homológia) - Indukálható: aktivált T sejtek és monociták termelik - OM és OMR expresszió: széleskörű, legmagasabb endotél és tumor sejteken

Oncostatin M erőteljes T-sejt érést vált ki a nyirokcsomókban: - OM + LN: „szupernyirokszerv” (COX-2 függő neoangiogenezis/HEV)  erőteljes tímusz-független T-sejt érés  memória T-sejt készlet expanziója  LN strómasejtek által termelt CCL20 kemokin (CCR6-on át) erősen serkenti a CD4+ memória T sejtek proliferációját

Atimikus egér modellek: tanulságok ► CD4-CD8- prekurzorok (BMe) i.v. injektálása ATE modellbe: megtelepednek az LN-ben és DP valamint SP T-sejtek detektálhatók ► Egyéb pre-tímikus (pl. magzati máj eredetű) prekurzorok nem tudnak a LN-ban megtelepedni és fejlődni ! ► Speciális körülmények között (pl. besugárzás, tímusz fejlődési rendellenességek) a nyirokcsomók részben besegíthetnek a T- sejtek érésében.

A T sejt ontogenezis újabb modellje: Új prekurzorok; elágazási pontok (2009) * * B cell

Ajánlott irodalom: H. Spits: Development of αβ T cells in the human thymus. Nature Reviews Immunol : L. Klein, B. Kyewski: Self-antigen presentation by thymic stromal cells: a subtle division of labor. Current Opinion in Immunology : SM Anderton, DC Wraith: Selection and fine-tuning of the autoimmune repertoire. Nature Reviews Immunol : A. Singer: New perspectives on a delevopmental dilemma: the kinetic signaling model and the the importance of signal duration for the CD4-CD8 lineage decision. Current Opinion in Immunology :