Macfarlane Burnet (1956 - 1960) KLÓN SZELEKCIÓS ELMÉLET I. A limfociták sokfélék és egymástól eltérő specificitású antigén felismerő receptorokat hordoznak A klonálisan megosztott antigén felismerő receptorok mintegy ~107 – 109 eltérő antigén specificitást képviselnek Az „idegen anyagok” (antigének) belépve a perifériás nyirokszervekbe vagy a lépbe szembesülnek ezzel a már létező limfocita készlettel (repertoire) Az egyes antigének a rendelkezésre álló készletből válogatják ki a nekik legmegfelelőbb limfocita klónokat

Macfarlane Burnet (1956 - 1960) KLÓN SZELEKCIÓS ELMÉLET II. Minden egyes limfocita csak egyféle specificitással rendelkező receptort hordoz (monospecifikus) Az antigén és az antigént felismerő receptor kapcsolata a limfocita aktiválásához vezet Az aktivált limfocitákból differenciálódó sejtek az elődsejttel azonos antigénspecificitással rendelkeznek Azok a limfociták, amelyek a fejlődésük mikrokörnyezetében jelen lévő saját strukturákat ismerik fel, a limfoid sejtek kialakulásának korai fázisában elpusztulnak, vagy inaktiválódnak, nem aktívak az érett limfociták populációjában

T-dependens, illetve independens B-sejt aktiváció

! A B-sejtek antigén prezentációja Az antigén megkötése a B-sejt receptor által kiváltja a B-sejt aktivációt Az antigén felvételét (endocitózisát) és ezáltal MHCII általi prezentációját A prezentáció következtében ugyanazat az antigént felismerő B és T-sejtek válogatódnak ki. A T-sejtek segítő és túlélő jeleket biztosítanak a B-sejtek számára Antigén feldolgozás és bemutatás A T-sejtek antigén felismerése

+++ Antigén prezentáció A poliszaharidok nem prezentálódnak! A prezentáció következtében ugyanazat az antigént felismerő B és T-sejtek válogatódnak ki +++ A poliszaharidok nem prezentálódnak!

! ! 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!) APC által történő bemutatás szükséges (MHC)

A B SEJTEK AKTIVÁLÁSA A T SEJTEK KÖZREMŰKÖDÉSE NÉLKÜL – „Tímusz independens antigének” ! T INDEPENDENS ANTIGÉN TI-1 T INDEPENDENS ANTIGÉN TI-2 B SEJT Az antigén különböző részei a BCR-hez és más sejtfelszíni receptorokhoz (pl. LPS-kötő receptor /CD14) egyidejűleg kötődnek Sűrűn elhelyezkedő, ismétlődő, azonos epitópok (pl. szénhidrát komponensek a mikroorganizmusok falában) BCR keresztkötéseket hoznak létre B SEJT AKTIVÁCIÓ (extra aktivációs szignál) (szuper intenzív receptor aggregáció)

Antigén determináns C3d A CR2 (CD21) KOMPLEMENT RECEPTOR A B – LIMFOCITÁKON KO-STIMULÁLÓ SZEREPET TÖLT BE ANTIGÉN CR2/CD21 CD19 Y TAPA=CD81 Fokozott B-sejt aktiválás B-SEJT

És: A B-sejt aktiváció feltétele az antigén felismerése A T-sejtek ugyanazt az antigént (annak egy peptidjét) ismerjék fel Vagy patogén felismerő receptorok is aktiválódjanak Vagy komplement rendszer aktiválódjon A T-independens 2-es válasz kivételével az immunrendszer egy másik ágának megerősítő szignáljára van szükség a B sejt aktivációhoz

TCR

! ! Antigén receptor TCR BCR Hasonlóságok az immunglobulinnal: V L H H1 Hasonlóságok az immunglobulinnal: Immunglobulin domének (amiben disszulfid hidakkal létrehozott kovalens kötések biztosítják a domén struktúrát. Illetve a láncok közti kapcsolatot) α és  lánc (vagy γ és δ) Konstans és variábilis domének minden láncban A két lánc együtt alakítja ki a kötőhelyet

A B- ÉS T-SEJTEK ANTIGÉN FELISMERŐ RECEPTORAI HASONLÓ SZERKEZETŰEK mIg H mIg L a b C V TCR Antigén receptor TCR TCR TCR =  +  A -lánc variábilis régiója V – D – J gének rekombinációjával jön létre – analóg az IgH - lánccal Az -lánc variábilis régiója V – J gének rekombinációjával jön létre – analóg az IgL - lánccal T-SEJT C

! ! Nincs szolubilisTCR, csak sejtfelszíni A B- ÉS T-SEJTEK ANTIGÉN FELISMERŐ RECEPTORAI HASONLÓ SZERKEZETŰEK, DE: Nincs szolubilisTCR, csak sejtfelszíni ‘egy karú’ Egy kötőhely! B-sejt plazmasejt Antigén receptor TCR

! citotoxicitás citokin termelés A szolubilis ellenanyag jelentősége: 1. Immunkomplex v 2. Effekor funkciók ---- makrofágok, neutrofilek, monociták, NK sejtek, hízósejtek, komplement rendszer aktiválása Mivel nincs szolubilis TCR, a T-sejt közvetlenül végzi a végrehajtó funkciókat citotoxicitás citokin termelés

A TCR GÉNEK ELHELYEZKEDÉSE TCR1 =  TCR2 = δ -lánc locus Chr 7 L1 V1 Ln Vn D1 J1 C1 D2 J2 C2 -enhancer  és δ-lánc locus Chr 14 TCR1 =  -silencer, enhancer L1 Vδ1 L2 Vδ2 L3 Vδ3 Dδ1Dδ2Dδ3Jδ1Jδ2Jδ3 Cδ L4 Vδ4 TCR2 = δ Az -gén átrendeződés a δ gén eliminációját eredményezi -lánc locus Two Cbeta, but only one C alpha gene segment Chr 7 L1 V1 Ln Vn J1 C1 J2 C2 A D gének szekvenciája 3 olvasó keretet enged meg A δ-geneknél nincs szigorú 12 – 23 bázis szabály (DJ és VD rekombináció is) 15

SZOMATIKUS HIPERMUTÁCIÓ AZ IMMUNOGLOBULINOK ÉS T-SEJT RECEPTOR GÉNEK SOKFÉLESÉGÉNEK ELMÉLETI LEHETŐSÉGEI GÉNEK/ KAPCSOLÓDÁS IMMUNOGLOBULIN H  /  VARIÁBILIS (V) 65 70 DIVERZITÁS (D) 27 D (3 keret) ritka - JOINING (J) 6 5/4 JOINING + P + N 2 1 50% V GENE PÁROK 3.4x106 KAPCSOLÁS ~3x107 TELJES ~1014 T SEJT RECEPTOR   52 ~70 2 gyakran - 13 61 1 5.8x106 ~2x1011 1018 NINCS SZOMATIKUS HIPERMUTÁCIÓ

Hiper variábilis régiók---Complementary Determining Region (CDR) B-sejteken és T-sejteken oldallánok száma az Ig-ban

A T-SEJTEK ANTIGÉN FELISMERŐ MŰKÖDÉSÉNEK JELLEGZETESSÉGEI ! ! A TCR közvetlenül nem lép kölcsönhatásba az oldott vagy sejthez kötött antigénekkel A T-sejt aktiváció „járulékos sejtek” jelenlétében sokféle antigénnel kiváltható JÁRULÉKOS SEJT (APS) NO INTERACTION ANTIGÉN KÖTÉS T-SEJT AKTIVÁCIÓ T-SEJT Antigén receptor B-SEJT

Sejtfelszíni MHC-peptid komplex A T-SEJTEK MHC MOLEKULÁKAT HORDOZÓ ANTIGÉN PREZENTÁLÓ SEJTEK JELENLÉTÉBEN A SEJTFELSZÍNEN MEGJELENŐ ANTIGÉN EREDETŰ PEPTID – MHC KOMPLEXEKET ISMERNEK FEL AZ Nincs T-sejt válasz T-sejt válasz T Y Sejtfelszíni MHC-peptid komplex oldott Ag Peptid antigének Sejtfelszíni natív Ag Sejt felszíni peptidek APC

A T-sejtek képesek a fertőzött sejtek felismerésére Humorális immunválasz, ellenanyag függő Celluláris immunválasz a fertőzött sejt elpusztítása (főként citotoxikus T sejtek, NK sejtek, makrofágok aktválása)

! ANTIGÉN-SPECIFIKUS T – SEJT AKTIVÁCIÓ RÉSZTVEVŐK Antigénből származó peptideket bemutató sejt A T limfocita készletből szelektált peptid-specifikus T sejt KÖLCSÖNHATÁS MHC – peptid komplex (ligand) T sejt receptor !

A MEGFELELŐ MHC – PEPTID KOMPLEXEK FELISMERÉSE T-SEJTEK ÁLTAL Szöveti sejt A MEGFELELŐ MHC – PEPTID KOMPLEXEK FELISMERÉSE T-SEJTEK ÁLTAL Fertőzött sejt T APC ÉS T SEJT KÖLCSÖNHATÁS HOL ÉS MIKOR? HOGYAN?

A T SEJT ANTIGÉN RECEPTOR ÉS AZ MHC – PEPTID KOMPLEX KÖLCSÖNHATÁSA TCR - MHC1 C N TCR - MHC1 CDR3 - peptide A TCR monovalens, csak egy MHC – peptid komplexet köt Milyen a TCR – peptid – MHC kölcsönhatás erőssége? 10-5 10-6 M Egy adott MHC – peptid komplex a sejtfelszínen sok más MHC -peptid komplex-szel együtt jelenik meg Mennyi MHC – peptid komplex kell a T-sejt aktiváláshoz?

TCR-BCR hasonlóság: Immunglobulin domén szerkezet VDJ ---- nagyszámú, véletlenszerűen létrejövő specificitás Egy sejt egy féle specificitású receptort hordoz Antigén megjelenése --- csak a felismerő sejtek klonális osztódását váltja ki Utódsejtek specificitása megegyezik (--affinitás érés a B sejtek esetében) a kiindulási sejtével Saját felsimerő sejtek az elsődleges nyirokszervekben (csontvelő-tímusz) elpusztulnak DE Nem ismeri fel az csak prezentált peptideket Csak fehérje antigéneket ismer fel Nincs szolubilis forma A TCR egykarú Más effektor funkciók BCR TCR Neutralizáció Citotoxicitás Opszonizáció, fagocitózis fokozás Citokin termelés Komplement aktiválás NK-sejt aktiválás

T-sejt aktiváció

! A T-sejt aktiváció két lépcsőben történik: 1. Naiv T-sejtek aktivációja és effektor sejtté differenciálódása 2. Effektor T-sejtek aktivációja

! T-sejt válasz naiv T-sejt: A nyirokcsomókba vagy lépbe szállított, prezentált (csak professzionális, DC) antigén felismerése (1.felismerés) Klonális osztódás Memória sejt Az immunválasz helyére vándorlás Effektor sejtté differenciálódás A prezentált (MHC-I bármely sejt) antigén újbóli felismerése (2.) Effektor funkciók (helper v citotoxikus)

! Naiv T-sejt antigén felismerése a nyirokcsomókban T-sejt osztódás Differenciáció A differenciált effektor T-sejtek a keringésbe kerülnek Effektor T-sejtek felismerik az antigént A periférián (a naiv illetve az effektor T-sejtek más-más sejtfelszíni molekulákat, adhézios molekulákat, kemokin receptorokat fejeznek ki. ) Az effektor T-sejtek és leukociták a periférián az antigén helyére vándorolnak Antigens that are transported by dendritic cells to lymph nodes are recognized by naive T lymphocytes that recirculate through these lymph nodes. The T cells are activated to differentiate into effector and memory cells, which may remain in the lymphoid organs or migrate to nonlymphoid tissues. At sites of infection, the effector cells are again activated by antigens and perform their various functions, such as macrophage activation.

AZ EXOGÉN ÉS ENDOGÉN ANTIGÉNEK FELISMERÉSE ! ! Az endogén fehérjékből (saját, vírus, tumor) származó peptideket az I. típusú MHC molekulák kötik Citotoxikus, CD8+ T-sejtek ismerik fel Tc Th Az exogén fehérjékből származó peptideket (extracelluláris saját, patogén, allergén) a II. típusú MHC molekulák kötik A CD4+ helper T-sejtek ismerik fel CD8 CD4 MHCI MHCII Exogén Ag Endogén Ag

A naiv T-sejtek aktivációja

! A naiv T-sejtek aktivációja második, kostimuláló szignált igényel a TCR-anitgén kapcsolaton kívül, amit a professzionális antigénprezentáló sejtek biztosítanak. Az effektor T-sejtek aktivációja már nem igényel kostimulációs szignált

! A naiv T-sejtek ‘klasszikus’ aktivátorai a dendritikus ejtek Naiv T-sejt aktiválás Klonális osztódás, Effektor sejtté differenciálódás Effektor sejt aktiváció Makrofág aktiváció Sejtes immunválasz Effektor sejt aktiváció B-sejt aktiváció Humorális immunválasz

! DC-k Antigén felvétele DC-k Aktiválódása, érése DC vándorlása Érett DC-k Antigén prezentációja, A naiv T-sejteknek A klasszikus T-sejt válasz az érett dendritikus sejtek antigén prezentációját igényli

ÉRETLEN/ÉRETT dendritikus sejtek A DC-eken aktiváció hatására nő az MHCmennyisége, kostimulátor molekulák jelennek meg, elengedi a környezetét Megjelenik egy kemokin receptor (CCR7) (A naiv T sejtek ugyanezt a kemokin receptort hordozzák, azaz az érett DC-k és a naiv T-sejtek egy helyre vándorolnak) A DC míg beér a nyirok csomóba érett DC-té differenciálódik Éretlen DC Érett Elsődleges funkció Antigén felvétel Antigén prezentáció Fc és mannóz receptor expresszió ++ - T-sejt kostimulátorok -, alacsony MHCII féléletidő szám 10óra 1M >100óra 7M

A naiv T-sejtek aktivációja második szignált –kostimulációt- igényel a TCR anitgén kapcsolaton kívül ! Antigén felismerés T-sejt válasz APC Kostimulátor nélkül Nincs válasz, anergia APC Kostimulátor molekulákkal Citokin termeléssel T-sejt túlélés, Proliferáció, differenciáció

! Th APC A T sejtek kostimulációja Signal 1 antigén & antigén receptor AKTIVÁCIÓ Signal 2 B7 CSALÁD (CD80 & CD86) CD28 A hivatásos antigén prezentáló sejtek (dendritikus sejt, makrofág, B-sejt) aktiváció hatására kostimuláló molekulákat fejeznek ki. A szöveti sejtek nem fejeznek ki kostimuláló molekulákat

A KOSTIMULÁCIÓ SZEREPE A SEGÍTŐ T-LIMFOCITÁK AKTIVÁCIÓJÁBAN CD28 APC CD40 APC APC CD40L B7 AKTIVÁCIÓ

AZ ANTIGÉNT BEMUTATÓ ÉS T SEJTEK EGYÜTTMŰKÖDÉSÉT ADHÉZIÓS ÉS KOSTIMULÁLÓ MOLEKULÁK SEGÍTIK MHCI – CD8 MHCII – CD4 CD40 – CD40L B7 – CD28 * B SEJT T SEJT

A T-SEJT AKTIVÁLÁS JELÁTVITELI FOLYAMATAI EGYMÁST ERŐSÍTŐ JELPÁLYÁK TCR ÉS KOSTIMULÁCIÓ CD4/8 koreceptorok CD28 kostimuláció EGYMÁST ERŐSÍTŐ JELPÁLYÁK

1. A naiv T-sejtek kostimulációt igényelnek az aktivációjukhoz ! 1. A naiv T-sejtek kostimulációt igényelnek az aktivációjukhoz 2. Csak a hivatásos antigénprezentáló sejteken jelennek meg kostimulátor molekulák Csak a hivátasos antigénprezentáló sejtek képesek a naiv T-sejteket aktiválni (Mind MHCI, mind MHCII)

AZ IL-2 RECEPTOR CSALÁD Affinitás alacsony közepes magas közepes Nagy affinitású Kis affinitású Affinitás alacsony közepes magas közepes nincs jel nincs jel jelátvitel jelátvitel α β γ α β γ α β γ γ γ γ IL-2R IL-15RI IL-7R IL-9R IL-4RI

A KOSTIMULÁCIÓ MECHANIZMUSA T SEJTEKBEN 1 Antigen IL-2R IL-2R IL-2 IL-2R IL-2 IL-2R Nyugvó T sejt 1. JEL NFAT kötődése az IL-2R a-lánc promoter régióhoz Nagy affinitású IL-2R megjelenése Nincs IL-2 termelés Kis affinitású βγ IL-2 receptor-

2 1 A KOSTIMULÁCIÓ MECHANIZMUSA T SEJTEKBEN 2. JEL Kostimuláció Antigén 2. JEL Az AP-1 és az NFkB aktivációja háromszorosára emeli az IL-2 gén átírást Az IL-2 mRNS stabilizálódik és a citokin életideje 20-30-szorosára nő Az IL-2 termelés összességében 100-szorosára nő IL-2 IL-2R Az immunszuppresszív szerek hatékonysága igazolja az IL-2 kiemelt szerepét az immunválaszban A Cyclosporin & FK506 gátolja az IL-2 szintézist (NF-AT) és ezáltal a TCR általi jelátvitelt A rapamycin gátolja az IL-2R általi jelátvitelt

Az effektor T sejtek aktiválása Klonális szelekció és differenciáció APC T IL-2 A NAIV T sejtek aktivációja az 1 és 2 jelek által nem elegendő az effektor funkció kiváltásához, de az aktivált T sejtek az autokrin IL-2 hatására effektor T sejtekké differenciálódnak Mind a nagy affinitású IL-2 receptor mind az IL-2 termelés az aktivált sejtekre jellemző !

Antigén+kostimuláció T-sejt aktiváció Antigén+kostimuláció IL-2 termelés Nagy affinitású IL-2 Receptor megjelenése a sejtfelszínen IL-2 kiváltott T-sejt proliferáció

A KOSTIMULÁCIÓ ELENGEDHETETLEN A NAIV T-LIMFOCITÁK AKTIVÁLÁSÁHOZ ! Az antigén-specifikus és kostimulációs jeleknek egy időben és egymással együttműködésben kell hatniuk ahhoz, hogy a T-sejt aktiváció elinduljon Az antigén-specifikus és kostimulációs jelek szimultán elindítását csak a hivatásos antigén prezentáló sejtek képesek közvetíteni Az antigén-specifikus és kostimulációs jeleket ugyanannak az antigén prezentáló sejtnek kell biztosítani

A HIVATÁSOS ANTIGÉN PREZENTÁLÓ SEJTEK LOKALIZÁCIÓ ANTIGÉN FELVÉTEL MÓDJA MHC ANTIGÉN PREZENTÁCIÓ ANTIGÉN/ KÓROKOZÓ B-sejt nyirokszövet, perifériás vér BCR-közvetített endocitózis, pinocitózis MCII/CIIV Sejtfelszín (aktiváció) kis antigén dózis kostimuláció toxinok, vírusok, baktériumok, bármely fehérje Makrofág nyirokszövet, kötőszövet, testüregek fagocitózis FcgR, CR MCII Sejtfelszín (aktiváció) nagy antigén dózis intracelluláris baktériumok, egyéb patogének részecskék Éretlen DC epitélium, bőr, szövetek fagocitózis, Makro- pinocitózis, pinocitózis kismértékű vírusok, allergének, baktériumok, lipidek, bármely fehérje Érő DC afferens nyirok nem jelentős CIIV Érett DC Nyirokcsomó T-sejtes terület nincs sejtfelszín nagyon hatékony

AZ IMMUNOLÓGIAI SZINAPSZIS

AZ IMMUNOLÓGIAI SZINAPSZIS ANTIGÉNT BEMUTATÓ SEJT ICAM – Intercellular Adhesion Molecule ICAM-1 LFA-1 B7 CD28 CD58 CD4 T SEJT CD2 JELÁTVIVŐ KOMPLEX adaptor ACTIVÁLT T SEJT

APC T CELL

Az T-sejt és az antigén prezentáló sejt kapcsolata felismerés 1 2 3 4 5 6 7 8 stabilizáció elválás Negulescu P.A. et. al. Immunity 4: 421-430, 1996

! Jellemző Immun Jellemző szerepe EFFEKTOR T LIMFOCITÁK Jellemző Immun Jellemző szerepe Citokin reakció patogén betegségekben Makrofág aktiválás IgG produkció CD8+ Tsejt Intracelluláris patogének Autoimmun betegségek Kronikus fertőzések Hízósejt Eozinofil B-sejt aktivál IgE válasz Férgek, paraziták allergia Neutorfil, Monocita gyulladás Extracelluláris baktériumok gombák Szerv specifikus autoimmunitás

A kostimuláció mellett megjelenő citokin termelés meghatározza az immunválasz irányát

! A Th1 differenciáció kulcs lépése a makrofágok vagy DC-ek IL-12 termelése és az ezáltal kiváltott INFy produkció (NK, T-sejt) Makrofág aktiváció IgG termelés

! A Th2 differenciáció kulcs lépése az IL-4 termelés. A kezdeti IL4-et a hízósejtek illetve eozinofil granulociták termelik, majd a legfőbb foráás az Th2 T-sejt

! A Th17 differenciáció kulcs lépése DC-ek IL-1 és IL-6 termelése, a TGFb megjelenése. (valamint az IL-4 és INFy hiánya)

CITOTOXIKUS T LIMFOCITÁK EFFEKTOR T LIMFOCITÁK CITOTOXIKUS T LIMFOCITÁK CD8+ T SEJTEK CD8+ citotoxikus T-sejt Vírussal fertőzött vagy tumoros sejt