Immunbiológia - I

Az immunrendszer szerepe 1 Védekezés: Patogén szervezetek ellen (vírusok, baktériumok, gombák, egysejtűek, férgek) Tumor sejtek ellen Hibás működés: Autoimmun betegségek (pl. rheumatoid arthritis és 1. típusú diabetes) http://pathmicro.med.sc.edu/ghaffar/öröklött.htm

Az immunrendszer 2 típusa 1. Öröklött (természetes) Első védelmi vonal celluláris komponensek Humorális komponensek 2. Adaptív (szerzett) Második védelmi vonal

Az immunrendszer két típusa 3 Az immunrendszer két típusa Patogének Öröklött immunválasz Szerzett immunválasz Az öröklött immunválaszt közvetlenül a patogének váltják ki, s minden többsejtű élőlény rendelkezik ezzel. A gerincesekben a patogének, az öröklött immunválasszal együtt stimulálják az adaptív immunrendszert. A két immunrendszer szorosan együttműködik az immunválasz során.

Az immunrendszer 2 típusa 4 Az immunrendszer 2 típusa Features Öröklött immunrendszer Szerzett immunrendszer Antigén-független válasz Antigén-függő válasz Azonnali maximális válasz Időbeli eltolódás az antigén hatás és a maximális válasz között Nem antigén-specifikus Antigén-specifikus Immunológiai memória nem alakul ki Immunológiai memória kialakul

Az immunrendszer sejtjei 5 IMMUN- RENDSZER Mieloid sejtek Granulociták Eozinofilok Bazofilok Neutrofilok Monociták Dendritikus sejtek Kupfer sejtek Makrofágok Limfoid sejtek T sejtek Citotoxikus sejtek Szupresszor sejtek Helper sejtek B sejtek Memória sejtek Plazma sejtek NK sejtek

I. Öröklött Immunrendszer

Membrán-támadó komplex 6 Öröklött immunrendszer GÁTAK: Membrán-támadó komplex Mechanikai faktorok: bőr, csilló, perisztaltika, nyák, könny és nyálfolyás Kémiai faktorok: alacsony pH: gyomorsav és zsírok az izzadtságban Biológiai faktorok: a bőr és bélrendszer természetes flórája Anatómiai Humorális Celluláris Komplement rendszer Koagulációs rendszer Egyéb: laktoferrin, transzferrin, interferon, lizozim, foszfolipáz, defenzin, opszin, interleukin-1 Neutrofil és eozinofil granulociták Makrofágok Természetes ölő sejtek és limfokin-aktiválta ölő sejtek

A gazda komplement faktorainak 7 A gazda komplement faktorainak vírus-általi gátlása Antigénhez kötött antitest C2 konvertáz C5 konvertáz Membrán roncsolás Nem kell tudni a komponensek neveit!

Gyulladás X Szilánk Bőr Baktérium fertőzés Hízó sejt Kapilláris A sérült szövetek odavonzzák a hízósejteket, melyek hisztamint bocsátanak ki, ami a kapillárisokba diffundál

Gyulladás X Komplement proteinek Fagocita A vérplazma és a fagociták a kapillárisokból a fertőzött szövetekbe jutnak A hisztamin a kapillárisokat kitágítja és átjárhatóvá teszi őket. A komplement fehérjék elhagyják a kapillárisokat, és a sérüléshez verbuválják a makrofágokat

Gyulladás X Halott fagocita Jelmolekulák stimulálják az endotél sejtek osztódását, ezáltal sebgyógyulást okoznak Halott fagocita A fagociták bekebelezik a baktériumokat és a halott sejteket A hisztamin és a komplement megszüntetik a jelmolekulák előállítását, s ennek hiányában, a fagociták nem gyülekeznek tovább

II. Adaptív Immunrendszer

Adaptív immunválasz 2 fő osztály: LIMFOCITÁK 8 Humorális immunválasz (= antitest válasz, B sejt által közvetített válasz) Celluláris immunválasz (=T sejt által közvetített válasz) LIMFOCITÁK vírus Elsősorban extracelluláris paraziták ellen Az antitestek… blokkolják a vírusok kapcsolódását a receptorokhoz blokkolják a toxinok hatását maszkírozással megsemmisítésre jelölik ki a patogéneket vírus-fertőzött sejt Intracelluláris parazitákat ismer fel A T sejtek … apoptózis indukálnak a fertőzött sejtekben aktiválják a makrofágokat  fagocitózis aktiválják a B sejteket  antitest termelés B sejt T sejt celluláris válasz antitest Humorális válasz vírus-fertőzött sejt

Az ember nyirokszervei 9 Az ember nyirokszervei 2x1012 limfocita a testben Orrmandula Mandula Csecsemőmirigy (tímusz) Nyirok erek Nyirokcsomók Peyer plakkok a vékonybelekben Lép Féregnyúlvány Csontvelő

Az öröklött és az adaptív immunrendszer együttműködik 10 Az öröklött és az adaptív immunrendszer együttműködik Patogén-asszociált molekuláris mintázatok (PAMP)  mintázat-felismerő receptorok PAMP baktérium Mintázat-felismerő receptorok: A fagociták felszínén elhelyezkedők (2) Kiválasztott receptorok (kötődésükkel megjelölik a patogéneket) A dendritikus sejtek felszínén elhelyezkedők (Toll-like receptorok), intracelluláris jelmolekulákat aktiválnak, amely extracelluláris jelmolekulák kiválasztásához vezet, ez pedig elősegíti a gyulladást és segít az adaptív immunválasz aktiválásában Mintázat-felismerő receptor lizoszóma fagoszóma Fago-lizoszóma makrofág pro-imflammációs citokinek dendritikus sejt

Az öröklött és az adaptív immunrendszer együttműködik 11 Az öröklött és az adaptív immunrendszer együttműködik Az aktivált sejtek a fertőzés helyére vándorolnak a vér útján bőr 5. mikrobák maradványai a fagol-izoszómában aktivált T sejt 1. aktivált dendritikus sejt 2. mikrobák 3. 4. ko-stimulációs fehérje dendritikus sejtek mikrobiális antigén nyirokcsomó A mikrobák bejutnak a bőr sérülésein, majd a dendritikus sejtek által fagocitálódnak Az aktivált dendritikus sejt stimulálja a T sejteket, hogy azok reagáljanak a felszínén lévő mikrobiális antigénekre Az aktivált dendritikus sejt a nyirokcsomóba szállítja a mikrobiális antigéneket ÖRÖKLÖTT IMMUNRENDSZER ADAPTÍV IMMUNRENDSZER

A humorális immunválasz fázisai Y HUMORÁLIS IMMUNVÁLASZ AKTIVÁCIÓS FÁZIS MHC-II/antigén komplex Az Interleukin-1 (citokin) aktiválja a TH sejtet. Antigén Makrofág A fagocita bekebelezi az antigént és degradálja azt a lizoszómáiban T sejt receptor Helper T sejt (TH) A T sejt receptor (TCR) felismer egy antigén fragmenst , amely a makrofág MHC-II proteinjéhez kapcsolódik A TH sejt által kibocsátott citokinek stimulálják magának a TH sejtnek az osztódását

A humorális immunválasz fázisai Y HUMORÁLIS IMMUNVÁLASZ A TH sejt osztódik és egy klónt képez

A humorális immunválasz fázisai Y HUMORÁLIS IMMUNVÁLASZ EFFEKTOR FÁZIS A citokinek aktiválják a B sejt osztódását B sejt TH sejt A T sejt receptor felismeri az antigén fragmenst , amely egy B sejt MHC-II proteinjéhez kapcsolt Az antigén IgM-hez való kapcsolódása stimulálja az endocitózist, a degradációt és feldarabolt antigén bemutatását Megjegyzés: 8.lépés megelőzi a 7.-ket

A humorális immunválasz fázisai Y HUMORÁLIS IMMUNVÁLASZ Memória sejt B sejtek szaporodnak és differenciálódnak Plazma sejt A plazma sejt antitesteket termel

A celluláris immunválasz fázisai Y CELLULÁRIS IMMUNVÁLASZ AKTIVÁCIÓS FÁZIS MHC-I protein T sejt receptor Fertőzött sejt Antigén Citotoxikus T sejt (TC) A T sejt receptor felismeri az MHC-I proteinnel kapcsolt antigén fragmenst a fertőzött sejten A fertőzött sejtben keletkezett virális proteinek feldarabolódnak, s egy MHC-I proteinnel kapcsolódnak

A celluláris immunválasz fázisai Y CELLULÁRIS IMMUNVÁLASZ A TC sejt osztódik és klónt képez

A celluláris immunválasz fázisai Y CELLULÁRIS IMMUNVÁLASZ EFFEKTOR FÁZIS Fertőzött sejt A T sejt receptor ismét felismeri az antigén fragmens t egy MHC-I proteinhez kapcsolódva (másik fertőzött sejten) The TC sejt perforint bocsát ki …

A celluláris immunválasz fázisai Y CELLULÁRIS IMMUNVÁLASZ …amely apoptózist indukál a fertőzött sejtben, mielőtt a vírus szaporodni kezd

T sejt-által közvetített 12 A T és B sejtek fejlődése 1. Központi nyirokszervek B sejtek nagy távolságokban hatnak, antitestek választanak ki, amelyek a véráram útján távolra eljutnak T sejtek távoli helyekre vándorolhatnak, de amint ott vannak lokálisan hatnak a környező sejtekre Hematopoetikus szövetek Tímusz 2. Perifériás nyirokszervek Közös limfoid progenitor sejt T sejt T sejt-által közvetített immunválasz Hematopoetikus őssejt timocita antigén antitest válasz Közös limfoid progenitor sejt B sejt Fejlődő B sejt Érés effektor sejtek B sejtek  plazma sejtek: - antitesteket képez  memória sejtek: - immunológiai memóriát alakítanak ki T sejtek  (1) citotoxikus T sejtek: - fertőzött gazda sejteket közvetlenül elpusztítja  (2) helper T sejtek: - citokineket választ ki, s ezáltal aktiválja a makrofágokat, dendritikus sejteket, B sejteket, és citotoxikus T sejteket  (3) szabályozó T sejtek: - gátolja a helper T sejtek, a citotoxikus T sejtek és a dendritikus sejtek funkcióját

Hematopoezis a vérsejtek képződése 13 Hematopoetikus őssejt megújulás Közös mieloid progenitor Közös limfoid progenitor kis limfocita NK sejt (nagy limfocita) vörösvértest hízósejt mieloblaszt T sejt B sejt megakariocita bazofil neutrofil eozinofil monocita plazmasejt vérlemezkék granulociták makrofág

A sejt-meghatározottság elméletei 14 A sejt-meghatározottság elméletei 1. DETERMINIZMUS ELMÉLET E hagyományos felfogás szerint különféle faktorok határozzák meg az őssejtből kiinduló sejtdifferenciálódás útvonalát. determinizmus véletlen 2. SZTOCHASZTIKUS ELMÉLET Az új elmélet szerint az őssejtből való differenciálódás útvonalát a véletlen határozza meg. Akkor mégis hogyan alakulnak ki a differenciált sejtek? Az elmélet szerint a véletlenül differenciálódott sejtek a különböző mikrokörnyezetekben eltérő arányban élnek túl.

Transzkripciós-  növekedési faktorok 15 Hematopoezis Transzkripciós-  növekedési faktorok PU.1 Ikaros, Aiolos, Helios TRANSZKRIPCIÓS FAKTOROK GATA-1 NÖVEKEDÉSI FAKTOROK A neveket nem kell megtanulni! Granulocyte macrophage colony-stimulating factor

A klónszelekció elmélet 16 X5 A klónszelekció elmélet prekurzor sejt SZAPORODÁS ÉS DIVERZIFIKÁCIÓ A CSONTVELŐBEN McFarlene Burnet Különböző nyugvó sejtek 1957 ANTIGÉN KÖTÉS SPECIFIKUS B SEJTEKHEZ (B) A PERIFÉRIÁS NYIROKSZERVEKBEN antigén A B SEJTEK SZAPORODÁSA ÉS DIFFERENCIÁCIÓJA Antitest- termelő B sejtek Kiválasztott antitestek

(antigén determinánsok Epitópok 17 = antigén determinánsok antitest A antitest B antitest C antigén antigén-kötő hely Epitópok (antigén determinánsok Epitóp: az antigének azon része, amely az antitest (vagy limfocita receptor) antigén-kötő helyéhez kapcsolódik Immundomináns epitóp: az az epitóp, amely a legerőteljesebb immunválaszt váltja ki

Immunológiai memória 18 Elsődleges immunválasz Másodlagos immunválasz Mind B és T sejtek naiv sejt AntigénneL való 1. expozíció Elsődleges immunválasz memória sejtek effektor sejtek AntigénneL való 2. expozíció memória sejtek Másodlagos immunválasz effektor sejtek

megváltozott specifitással Perifériás nyirokszerv 19 Immuntolerancia saját antigének ellen KÖZPONTI TOLERANCIA PERIFÉRIÁS TOLERANCIA Limfocita megváltozott specifitással effektor vagy memória limfociták RECEPTOR SZERKESZTÉS idegen antigén Saját antigének Érett naiv limfociták ko-stimulációs szignál KLONÁLIS DELÉCIÓ Éretlen limfociták effektor vagy memória limfociták Elpusztult limfocita idegen antigén KLONÁLIS DELÉCIÓ Elpusztult limfocita Saját antigén KLONÁLIS INAKTIVÁCIÓ Inaktivált limfocita KLONÁLIS SZUPRESSZIÓ Gátolt limfocita Központi nyirokszerv Szabályozó T sejt Perifériás nyirokszerv David Nemazee Martin Weigert  receptor szerkesztés

Autoimmun betegségek – 2 példa 20 Autoimmun betegségek – 2 példa Az immuntolerancia összeomlása Myasthenia gravis: immunreakció az acetilkolin receptor ellen Diabetes 1. típus: immunreakció az inzulintermelő sejtek ellen a pankreászban

Membrán-kötött és kiválasztott antitestek 21 Membrán-kötött és kiválasztott antitestek antigén Szignál transzdukciós útvonalak antigén receptor nyugvó sejt SZAPORODÁS ÉS DIFFERENCIÁLÓDÁS effektor B sejtek (nem kell tudni a jelút komponenseket) szekretált antitestek

Antitestek 22 4 polipeptid lánc variábilis konstans könnyű lánc antigén-kötő hely kapocs régió könnyű lánc nehéz lánc variábilis konstans könnyű lánc nehéz lánc

Antitest – antigén kölcsönhatások 23 Antitest – antigén kölcsönhatások 3 vagy több azonos antigén determináns 3 vagy több különböző antigén determináns 1 antigén determináns 2 vagy több azonos antigén determináns

Az antitestek 5 osztálya 24 Az antitestek 5 osztálya szénhidrát diszulfid híd J lánc kapocs régió szekretoros komponens J lánc

A B sejt érésének fő stádiumai 25 Intracelluláris μ lánc μ lánc Dajka L lánc IgM IgD δ lánc Közös limfoid progenitor sejt pro-B sejt pre-B sejt Éretlen naiv B sejt Érett naiv Plazma sejt Memória sejt Érés a csontvelőben keringés a perifériás limfoid szervekben ANTIGÉN HATÁS

Egy pentamer IgM molekula 26 Egy pentamer IgM molekula Antigén-kötő hely μ nehéz lánc Könnyű lánc A komplement rendszer aktiválása J lánc Diszulfid híd

neutrofil granulocita 27 IgG: antitest-által aktivált fagocitózis IgG antitest által fedett baktérium Az IgG antitest Fc régiója Fc receptor Makrofág vagy neutrofil granulocita FAGOCITÓZIS

transzport hólyagocska 28 Dimer IgA molekula  nehéz lánc könnyű lánc szekretoros komponens J lánc EXTRACELLULÁRIS TÉR diszulfid híd EPITÉL SEJT LUMEN transzport hólyagocska antigén-kötő helyek IgA dimer Szekretoros komponens membrán-kapcsolt Fc receptor

Az IgE szerepe a hízósejtek hisztamin kiválasztásában 29 Az IgE szerepe a hízósejtek hisztamin kiválasztásában túl sok hisztamin-tartalmú szekretoros vezikulum IgE antigén hízó sejt IgE-specifikus Fc receptor IgE KÖTŐDIK AZ Fc RECEPTOROKHOZ MULTIVALENS ANTIGÉN KERESZKÖTÉST LÉTESÍT IgE MOLEKULÁKKAL HISZTAMIN KIBOCSÁTÁS EXOCITÓZISSAL

Nagy affinitású kötődés Alacsony affinitású kötődés Antigén-kötődés az antitesthez 30 Nagy affinitású kötődés Alacsony affinitású kötődés ANTIGÉN ANTIGÉN Antigén determináns Antigén kötőhely az antitesten Könnyű lánc Nehéz lánc

Molekulák többszörös antigén determinánssal 31 Molekulák többszörös antigén determinánssal Multivalens antigén Polivalens antigén Többszörös azonos antigén determináns Többszörös különböző antigén determináns

Könnyű és nehéz láncok Sajátság Antitest osztály IgM IgD IgG IgA IgE 32 Könnyű és nehéz láncok Sajátság Antitest osztály IgM IgD IgG IgA IgE Nehéz láncok      Könnyű láncok  vagy   vagy   vagy   vagy   vagy  A 4 lánc egységeinek száma 5 1 1 1 vagy 2 1 %-os előfordulás a vérben 10 <1 75 15 <1 Komplement aktiváció ++++ - ++ - - Méhlepényen át való transzport - - + - - Kapcsolódás makrofágokhoz és neutrofil g-hoz - - + - - Kapcsolódás hízósejtekhez és bazofil g-hoz - - - - +

Az Ig láncok konstans és variábilis régiói 33 Az Ig láncok konstans és variábilis régiói Variábilis régió Konstans régió (κ vagy λ típus) KÖNNYŰ LÁNC NEHÉZ LÁNC Variábilis régió Konstans régió (,  ,δ, ε vagy μ típus)

Antitest hiper-variábilis régiók 34 Antitest hiper-variábilis régiók A nehéz lánc variábilis régiója A nehéz lánc hiper-variábilis régiói Hiper-variábilis régiók Antigén-kötő hely A könnyű lánc variábilis régiója hiper-variábilis régiója A könnyű lánc

Immunglobulin domének 35 Immunglobulin domének Ig domén Fab régió Fc régió

A konstans régiót kódoló DNS szekvencia 36 A konstans régiót kódoló DNS szekvencia Kódoló régió CH1 kapocs CH2 CH3 DNS intron intron intron TRANSZKRIPCIÓ Pre-mRNS CH1 kapocs CH2 CH3 SPLICING mRNS CH1 kapocs CH2 CH3 TRANSZLÁCIÓ fehérje H2N COOH CH1 kapocs CH2 CH3 A nehéz lánc konstans régiója

Immungenetika

Az emberi antitest gének  Könnyű lánc 25-36  Könnyű lánc Nehéz lánc

könnyű (κ) lánc képzésében A primer antitest repertoár 1a. VJ rekombináció a könnyű (κ) lánc képzésében 37 Kombinatorikus diverzifikáció A DNS összekapcsolódó régiói Csíravonal DNS DNS újrarendeződés a B sejt érése folyamán B sejt DNS Transzkripció A primer antitest repertoár képződése Pre-mRNS 25-36 Splicing mRNS Transzláció könnyű lánc

a nehéz lánc képzésében 38 1a. VDJ rekombináció a nehéz lánc képzésében Kombinatorikus diverzifikáció Gének a nehéz lánc lokuszban A szükségtelen D és J génszegmensek eltávolítása DJ rekombináció A szükségtelen V és D génszegmensek eltávolítása VDJ rekombináció Később a konstans szegmenssel való egyesülés splicing által Emberi nehéz lánc Csíravonal DNS

RAG és a rekombinációs szignál szekvenciák 39 RAG és a rekombinációs szignál szekvenciák - 1b. Junkcionális diverzifikáció V1 szignál szekvencia J1 szignál szekvencia RAG fehérje kötődése RAG fehérje RAG fehérjék kapcsolódása A javító enzim kapcsolódása Eltávolított DNS (szignál szekvenciát tartalmaz) DNS vágás 25-38 V-J kapcsolódás Nem-homológ vég- összekapcsoló enzimek

1c. Allél kizárás 2 döntés: 40 az antitest lokusz kiválasztása a B sejt differenciálódás során a csontvelőben 40 KÖZÖS LIMFOID PROGENITOR SEJT anyai apai 2 döntés: (1)  vagy  könnyű lánc (2) Apai vagy anyai könnyű- és nehéz lánc Dajka könnyű lánc anyai apai PRE-B SEJT Anyai μ lánc A választott nehéz lánc lokusz A választott könnyű lánc lokusz dajka Apai κ könnyű lánc 25-39 anyai apai B SEJT IgM molekula Rag gének lecsapódása

2a. Szomatikus hiper-mutáció 41 Néhány mód, ahogyan az AID szomatikus hiper-mutációt okozhat vagy vagy A DNS V-régiója DNS replikáció Uracil-DNS glükoziláz A C deaminációja U-vá AID-el DNS replikáció AID: activation-induced deaminase

2b. Osztályváltó rekombináció 42 2b. Osztályváltó rekombináció DNS Váltó szekvencia (switch sequence) Transzkripció, RNS érés Transzláció DNS deléció, a váltó szekvenciákban való DNS kivágása és újra-összeillesztése által DNS A szekunder antitest repertoár képződése

Osztályváltó rekombináció 43 Osztályváltó rekombináció Gének a nehéz lánc lokuszban (egy IgM kifejező B sejtben) IgM transzkriptum A μ szegmenst is tartalmazó DNS szakasz eltávolítása (a váltó régiók közötti enzim aktivitással) A DNS szekvenciák összekapcsolódása a váltó régiókban Kivágott DNS szegmens Nehéz lánc gén egy IgG1 antitestet kifejező B sejtben IgG1 transzkriptum A szekunder antitest repertoár képződése

ÖSSZEFOGLALÁS: az antitest diverzifikáció fő mechanizmusai 5 44 ÖSSZEFOGLALÁS: az antitest diverzifikáció fő mechanizmusai 5 1a. A génszegmensek kombinatorikus összerakása 1b. Junkcionális diverzifikáció a génszegmensek összerakása során változatosság 1c. Allék kizárás: az L és H láncok kombinatorikus összerakása ember egér 2a. Szomatikus hipermutáció  Osztályváltó rekombináció 2b.