A TERMÉSZETES ÉS SZERZETT IMMUNITÁS SAJÁTSÁGAI Természetes immunitás mechanizmusai Szerzett immunitás Mechanizmusai Gyors válasz (órák) Lassú válasz (napok, hetek) Ugyanazok a receptorok Sokféle receptor Korlátozott számú specificitásSzámos, szelektív specificitás Az immunválasz során nem változikJavul az immunválasz során KÖZÖS MECHANIZMUSOK A KÓROKOZÓK ELTÁVOLÍTÁSÁRA !! Monociták/makrofágok, granulociták, NK sejtek, komplement rendszer dendritikus sejtek B illetve T limfociták
MIT ÉS HOGYAN ISMERNEK FEL A KÉT VÉDELMI VONAL SEJTJEI? Patogén csoportokra jellemző közös mintázat Pathogen-asszociated molecular pattern PAMP felismerő receptor Pattern Recognition Receptor PRR 9-13 különböző Toll-receptor Több millió különböző antigén receptor A patogének eltérő egyedi szerkezeti egységeit felismerő antigén receptor RECEPTOROK Veleszületett immunitás Ősrégi 450 millió éve Szerzett immunitás ! !
Monocita/ makrofág DCHízó Sejt Granu locita NK sejtB-sejtT-sejtKomp lement Felis merés komm unikáci ó APC Effektor funkció
A VELESZÜLETETT/TERMÉSZETES IMMUNITÁS ÖlŐ MECHANIZMUSAI Fagocitózis, Patogén elpusztítása oldott anyagokkal (reaktív oxigén gyökök, NO, lebontó enzimek) -- gazdaszervezet károsítása Természetes ölő sejtek aktiválása Komplement aktiválás ! Minden mechanizmus fokozható opszonizáló ellenanyaggal !
AZ ANTIGÉN FOGALMA ÉS SAJÁTSÁGAI
Definíciók Antigén (Ag) - bármely olyan anyag, amelyet az érett immunrendszer felismer és vele szemben specifikus, fajlagos módon reagál. kötődése Antigenitás – az antigén specifikus kötődése a TCR- hez vagy BCR-hez/ellenanyaghoz immunogenitás – az antigén képessége az (adaptív) immunválasz beindítására tolerogenitás – az antigén képessége az immunológiai toleranciát kiváltására, specifikus „immun-nemválaszolás” !
Az antigén azon része, melyet egy meghatározott immunglobulin (B sejt receptor vagy ellenanyag) vagy T sejt receptor ismer fel. Antigén determináns (=epitóp) !
Ab1 Ab2 rejtett/feltárt determináns denaturáció új/neoantigén determináns konformációs determinánsok hasítás konformációs/lineáris determinánsok AZ ANTIGÉN DETERMINÁNSOK TÍPUSAI lineáris determináns konformációs determináns (TCR, BCR, Ig)(BCR, Ig) sejtfelszíni/hozzáférhető determináns
B sejt epitóp T sejt epitóp (B sejtek ismerik fel) fehérjék szénhidrátok lipidek DNS szteroidok stb. - mesterséges vegyület is lehet! szöveti vagy oldott (T sejtek ismerik fel) peptidek (8-23 aminosav) (szigorú méretbeli kötöttség!) sejtek általi feldolgozás és bemutatás szükséges (MHC) ! !
Az immunglobulinok szerkezete és funkciója
ellenanyag BCR (B-sejt receptor) ! !
AZ ELLENANYAGOK SZERKEZETE Könnyű lánc (L) Nehéz lánc (H) VL CL VH CH Szimmetrikus molekula két azonos könnyű lánc, két azonos nehéz lánc Konstants és variábilis domének ! ! !
AZ ELLENANYAGOK SZERKEZETE KOMPLEMENT AKTIVÁCIÓ Fagocitózis ADCC (NK sejtek aktiválása) (LEBOMLÁS TRANSZPORT) A könnyű és nehéz láncok variábilis doménjei együtt alakítják ki az antigén kötő zsebet Egy ellenanyag két azonos antigén kötő zsebbel rendelkezik Effektor funkció—neutralizáció ! Effektor funkció
Az immunoglobulin szerkezete Könnyű és nehéz láncok Diszulfid hidak – láncok közötti – láncon belüli C H1 VLVL CLCL VHVH C H2 C H3 kapocs régió szénhidrát komplement aktiváció Fc receptorhoz kötés Variabilis és konstans régiók Kapocs régió Domének – V L & C L – V H & C H1 - C H3 (C H4 pl. IgM) Oligoszaharid diszulfid híd
TÁVOLI ANTIGÉN DETERMINÁNSOK KÖZELI ANTIGÉN DETERMINÁNSOK Flexibility of antibodies Csukló
Az IgG molekula szerkezete (Szalagszerkezet modell)
ANTIGÉNKÖTÉS
Az antigén determináns és az ellenenyag antigénkötő ”zsebe” közötti kölcsönhatás elve
HIPERVARIÁBILIS RÉGIÓK nehéz lánc hipervariábilis régiója könnyű lánc hipervariábilis régiója nehéz lánc könnyű lánc
Complementary Determining Region (CDR) oldallánok száma az Ig-ban Variábilitás (a különböző oldalláncok száma)
Antigén determináns CDR1 CDR2 CDR3 CDR1 CDR2 CDR3 H L Complementary Determining Region (CDR)
felismerni az antigént precipitálni az antigént (bivalencia!) blokkolni a toxinok vagy patogénnel asszociált molekulák aktív helyét (neutralizáció) blokkolni a gazda és a patogénnel-asszociált molekulák közötti kölcsönhatásokat az F(ab’) 2 fragmentum képes
Immunkomplex Bivalencia 1
Immunkomplex Komplement fehérjék
B sejt B-sejt aktiváció BCR oligomerizációja okozza a B-sejt aktivációt Bivalencia 2
NEUTRALIZÁCIÓ sejtkárosodás sejtvédelem !
Miért szükséges az Fc régió? sejtekkel kapcsolatos gyulladásos és effektor funkciókat a komplement rendszer gyulladásos és effektor funkcióit fagocitózist és az azt követő antigén prezentációs folyamatokat
Az immunglobulinok enzimes hasítása segített a szerkezet és funkció sajátságainak vizsgálatában antigén- kötés komplement kötő hely placentális transzfer kötődés az Fc receptorokhoz
A VELESZÜLETETT/TERMÉSZETES IMMUNITÁS ÖlŐ MECHANIZMUSAI Fagocitózis, Patogén elpusztítása oldott anyagokkal (reaktív oxigén gyökök, NO, lebontó enzimek) -- gazdaszervezet károsítása Komplement aktiválás Természetes ölő sejtek aktiválása ! Minden mechanizmus fokozható ellenanyaggal !
OPSZONIZÁLÁS OPSZONIN NÉLKÜL OPSZONINNAL IDŐ fagocitózis Megkönnyíti a patogén felismerését a természetes immunrendszer sejteinek Befolyásolja a válaszreakciót. Fc vagy komplement receptor ! ! Legfőbb opszoninok: Ellenanyag Komplement fragmensek Akut fázis fehérjék
Komplement fehérjék
A KOMPLEMENT RENDSZER AKTIVÁLÁSA GYULLADÁSOS SEJTEK TOBORZÁSA PATOGÉNEK OPSZONIZÁCIÓJA PATOGÉNEK ELPUSZTÍTÁSA
NK CELL DEGRANULÁCIÓ Antibody Dependent Cellular Cytotoxicity (ADCC) Az ellenanyag kötődis a sejtfelszíni antigénhez Az NK sejtek receptorai érzkelik a kötött ellenanyagokat Az Fc-receptor keresztkötések aktiválják az NK sejt ölőmechanizmusait A célsejt apoptózissal elhal nagyméretű patogén ellenanyaggal borítva Citotixikus granulumok tartalmának ürítése membránkárosodás és nekrózis a patogén puszulásához vezet
Ellenanyag közvetített effektor funkciók: 1. Neutralizáció (variábilis domén) Fc rész: 2. Komplement aktiválás Opszonizáción keresztül: 3. Fagocitózis 4. ADCC (antitest függő celluláris citotoxicitás) ! !
Az ellenanyag molekula által indukált kommunikáció
GYULLADÁS – AKUT FÁZIS REAKCIÓ ! 1. A patogén mintázat vagy veszély jel felismerése (makrofág, DC) 2. Főként a makrofágok hatására a felismerés helyén, citokinek termelése, ezáltal Véráramlás fokozása Az immunrendszer sejtjeinek (elsőként és főként neutrofil granulocita) helyszínre toborzása, komplement aktiválás agy (pl láz) máj, (Akut fázis reakció) riasztása Csontvelő (leukocita termelés fokozása) Patogén elpusztítása TNF ɑ, IL-1, IL-6 a lefőbb gyulladási citokinek Helyi gyulladás szisztémás hatás agy csontvelő máj
Gyulladásos funkciók A fagociták Fc receptorai vagy komplement receptorai a gyulladásos reakciókat is aktiválják Aktiváció
Opszonizáció!!! Antigén prezentáció (MHCII)
Fc és komplement receptorok Komplement fehérjék Receptor mediált endocitózis Makrofág, granulocita, DC MHC/peptid A receptor (Fc/komplement) mediált endocitózis segítí az antigénprezentációt
OSZTÁLY/ALOSZTÁLY ANTIGÉNKÖTŐ HELY A H-lánc (nehézlánc) konstans régiójának típusai, eltérő aminosav szekvencia Ig osztályok: IgG, IgA, IgE, IgD, IgM; alosztályok: IgA1-2, IgG1-4 (könnyűlánc izotípusok: κ, λ) A H- és L-lánc variábilis (V) régióinak egyedi szekvencia variabilitása (klón-specifikus) (Ez felel a sokféle antigén specifikus megkötéséért!) A konstans szekvenciákban található allélikus változatok IgG – Gm allélek Egyeden belüli típusok Egyeden belüli különféle antigéneket felismerő változatok Egyedek közötti változatok
OSZTÁLY/ALOSZTÁLY ANTIGÉNKÖTŐ HELY A konstans szekvenciákban található allélikus változatok IgG – Gm allélek ugyanazt az antigént ismerik fel DE eltérő effektor funkciók különféle antigéneket felismerő változatok Egyedek közötti változatok
IZOTÍPUS VÁLTÁS
Izotípusváltás a B-sejt fejlődése során
Az ellenanyag izotípus váltás nem változik Az immunválasz során egy ellenanyag specificitása (VDJ és VJ) nem változik (az affinitás érés során változhat az affinitása) Az ellenanyagok végrehajtó (effektor) funkciói az immunválasz során jelentősen változnak Az ellenanyagok képesek a variábilis domén megtartása mellett más konstans régióra váltani, ami más effektor funkciókra teszi képessé az molekulát J regions C2C2CC C4C4C2C2C1C1C1C1C3C3CC CC Az emberi nehéz lánc gének C régióinak sorrendje, ami meghatározza az izotípus váltás lehetőségeit
Humán Immunglobulin Osztályok IgG - gamma nehézláncok IgM - mü nehézláncok IgA - alfa nehézláncok IgD - delta nehézláncok IgE - epszilon nehézláncok könnyűlánc típusok kappa lambda Izotípusok! ! !
Szabad IgM pentamer (”csillag”) Antigénhez kötött IgM (”rák”) !
Valencia: az antitestnek az antigénnel kialakított kapcsolatainak száma Affinitás: egy adott antigén és antigénkötő hely kapcsolatának erőssége Aviditás: az adott antitest összes kötőhelye affinitásainak „eredője” (nem az összege) sztérikus hatás Az ellenanyag-antitest kötődés jellemzése
AZ IMMUNOGLOBULIN TERMELÉS
Az ellenanyag termelés az első és a második immunválasz során növekvő szérum ellenanyag titer hetek X-antigén első X-ellenes válasz X-antigén második X-ellenes válasz alacsony magas antigénfüggő x erősebb az első válasznál A B-sejt antigénnel való találkozásáig eltelt idő Az antigénnel való találkozás és a válasz csúcspontja között eltelt idő Az ellenanyagtermelés mértéke A termelt izotípusok Ellenanyag affinitás B-sejt típus Tulajdonság első válasz második válasz
szekunder válasz az A antigénnel szemben primer válasz az A antigénnel szemben ellenanyagszint napok primer válasz a B antigénnel szemben
Az anyatejben található IgA áthidaló szerepű! IgG IgM IgA SZÜLETÉS UTÁN anyatej IgA 0 100% (felnőtt) 33 év 2546 felnőtt 91 hónap anyai IgG SZÜLETÉS ELŐTT
Passzív anti-D IgG
Az IgG placentális transzportja A neonatális Fc receptor A rágcsálók bélrendszerében az Fc γ Rn megköti a kolosztrumból származó anyai eredetü IgG-t (pH6.5). A receptor ezután transzcitózissal átszállítódik az epitéliumon és a megváltozott kémhatás hatására (pH 7.4) az IgG felszabadul és bekerül az újszülött állat keringésébe. Egyes adatok szerint hasonló folyamat játszódik le a humán placentában, de a pontos mechanizmus még javarészt feltáratlan. (érdekesség- Az Fc Rn és az MHC I molekula szerkezeti rokonságban áll.) Humán Fc RnHumán MHC Class I
Epitéliális sejt J C C S S S S C C S S S S C C ss A poli Ig receptor, a szekretoros IgA és a transzcitózis J C C S S S S C C S S S S C C ss J C C S S S S C C S S S S C C ss J C C S S S S C C S S S S C C ss A pIgR és az IgA internalizációja A pIgR elhasadása teszi lehetővé az IgA leválását, ami a továbbiak során ezt a receptor darabot mint – szekretoros fragmentumot hordozza J C C S S S S C C S S S S C C ss Az IgA és pIgR aktív folyamat révén vezikulákban átkerül az apikális felszínre A szubmukóza B sejtjei dimer IgA-t termelnek B A “poli Ig receptorok” (pIgR) az epiteliális sejtek bazolaterális felszínén találhatóak. Az itt található IgA (és IgM) ellenanyagokat szállítják az apikális felszínre bélrendszer, légzőrendszer nyálkahártya felszín
Monocita/ makrofág DCHízó Sejt Granu locita NK sejtB-sejtT-sejtKomp lement Felis merés komm unikáci ó Effektor funkció neutralizáció
Ellenanyag közvetített funkciók: Sejtfelszíni: B-sejtek felismeréső receptora B-sejt aktiváció Szolubilis: MHCII függő antigénprezentáció (B-sejtek-BCR, fagociták -makrofág, Dc- Fc Receptorokon-on keresztül Fc Receptorokon-on keresztül: Monocita, makrofág, Dc, Hízósejtfunkció/citokin termelés effektor funkciók 1. Neutralizáció (variábilis domén) Fc rész: 2. Komplement aktiválás Opszonizáción keresztül: 3. Fagocitózis 4. ADCC (antitest függő celluláris citotoxicitás) !
Egy B sejten több azonos sejtfelszíni immunglobulin, de Mindegyik azonos specificitással. (ugyanazt az antigént ismerik fel) ! !
A B-sejt fejlődés során a saját felismerő B-sejtek elpusztulnak vagy inaktiválódnak A periférián, -keringésben, másodlagos nyirokszervekben- elméletileg nincs aktív, sajátot felismerő B-sejt !
A MONOKLONÁLIS ELLENANYAG VÁLASZ Immunszérum Monoklonális ellenanyag B-sejt készlet Aktivált B-sejtek Ellenanyag termelő plazmasejtek Antigén-specifikus ellenanyagok (Egy klón termékei!) Ag
A mikroorganizmusoknak számos különböző sejtfelszíni epitópjuk van
A POLIKLONÁLIS ELLENANYAG VÁLASZ Ag Immunszérum Poliklonális ellenanyag Ag B-sejt készlet Aktivált B-sejtek Ellenanyag termelő plazmasejtek Antigén-specifikus ellenanyagok (Több klón termékei!)
Ellenanyag két formája -sejtfelszíni -szolubilis (Plazma sejt felszínén nincs ellenanyag!!) A sejtfelszíni és a szolubilis ellenanyag ugyanazt az antigént ismeri fel Differenciáció Plazmasejt Ellenanyag Immuno- globulin (Ig) szekréció !
Kb millió különböző ( ) antigén felismerő receptorral rendelkező egyedi B-limfocita klón Kb. 10 – 1000 millió különböző ( ) antigén felismerő receptorral rendelkező egyedi T-limfocita klón ADAPTÍV IMMUNITÁS SEJTJEI A LIMFOCITÁK SOKFÉLESÉGE Hányféle SPECIFICITÁS ?
Aktiváció Klonális expanzió AZ ANTIGÉN KÖTŐDÉSE A KIVÁLASZTOTT B- LIMFOCITÁK FELISMERŐ RECEPTORÁHOZ KLONÁLIS OSZTÓDÁST VÁLT KI B SEJT Antigén felismerő receptor BCR Ag Klonálisan megjelenő antigénreceptorok kizárólag a T- és B-limfocitákon találhatóak. ! !
A B-LIMFOCITA KLÓNOK LEHETSÉGES SORSA Aktiváció Klonális osztódás Differenciáció Plazmasejt Ellenanyag termelés Memória sejt Cirkuláció Korlátozott élettartam (néhány nap) Homeosztázis Apoptózis Átmeneti, nem végleges differenciálódási stádiumban lévő sejtek !
Aktiváció 1. Klonális expanzió 2.Differen ciáció Plazmasejt MEMÓRIA B-SEJTEK AZ ANTIGÉN KÖTŐDÉSE A KIVÁLASZTOTT B- LIMFOCITÁK FELISMERŐ RECEPTORÁHOZ KLONÁLIS OSZTÓDÁST VÁLT KI !
Egymástól elválasztott gén-szegmensekből csak egy funkcionális B-sejt receptor szerelődik össze minden B sejten Hogyan képes a genom mintegy 20,000 génje több millió Különböző specificitású ellenanyag kódolására?