AZ IMMUNRENDSZER SZERVEZŐDÉSE A LIMFOCITÁK SPECIÁLIS SZERVEKBEN TÖMÖRÜLNEK KÖZPONTI (ELSŐDLEGES) LIMFOID SZERVEK Csontvelő Tímusz DIFFERENCIÁLÓDÁS AZ ANTIGÉNFELISMERŐ FUNKCIÓIG PERIFÉRIÁS (MÁSODLAGOS) LIMFOID SZERVEK Lép Nyirokcsomók Bőr asszociált limfoid szövetek Skin-associated lymphoid tissue (SALT) Mukóza asszociált limfoid szövetek Mucosa-associated lymphoid tissue (MALT) Bél-asszociált limfoid szövetek Gut-associated lymphoid tissue (GALT) Légzőszervekhez asszociált limfoid szövetek Bronchial tract-associated lymphoid tissue (BALT) AKTIVÁCIÓ ÉS EFFEKTOR SEJTTÉ TÖRTÉNŐ DIFFERENCIÁCIÓ A VÉR ÉS NYIROK KERINGÉS KAPCSOLATA Nyirok rendszer – szövetekben eredő nyirok erek Nyirok – szövet közötti, interstitiális folyadék és immunsejtek Nincs pumpa – egyirányú billentyűk irányítják, testmozgás – ödéma Naponta több liter (3 – 5) nyirok visszakerül a vérbe – vena cava superior

PERIÉRIÁS NYIROKSZERVEK Lép Nyirokcsomók Epitél sejtekhez kapcsolt limfoid szövetek Bőr asszociált limfoid szövetek Skin-associated lymphoid tissue (SALT) Mukóza asszociált limfoid szövetek Mucosa-associated lymphoid tissue (MALT) Bél-asszociált limfoid szövetek Gut-associated lymphoid tissue (GALT) Légzőszervekhez asszociált limfoid szövetek Bronchial tract-associated lymphoid tissue(BALT)

Nyirokcsomó 4. Csíraközpont Élénk B sejt proliferáció 5. Medulla Makrofágok és plazma sejtek 3. Másodlagos limfoid tüsző 6. Efferens nyirokér 2. Elsődleges limfoid tüsző B sejtes terület Artéria Parakortex T sejtes terület Véna Medulláris sinus 1. Afferens nyirokér, amin át keresztül a szövetekből összegyűjtött nyirok, antigének és az antigént hordozó fagociták a szövetekből belépnek

Tok Tok allatti sinus Billentyű

Tok Trabekula Tüszők Medulláris kötegek Kéreg Medulláris sinusok

Vér és nyirokerek Artéria és véna Nyirokér

A LÉP FELÉPÍTÉSE NINCS LIMFOID KERINGÉS Pusztuló vörösvérsejtek NINCS LIMFOID KERINGÉS Feladata a vérbe kerülő antigének kiszűrése

A lép fehér pulpa Keresztmetszet Marginális sinus B sejt korona Vörös pulpa Csíraközpont Marginális zóna Periarterioláris limfocita lemezek (PALS) – T sejtes terület Központi arteriola

MUKOZÁLIS FELSZÍN 400m2 Follikulus T-sejtek B-sejtek Bélbolyhok Pathogén faktorok Antigén Szekretoros IgA MUKOZÁLIS FELSZÍN 400m2 200-szor nagyobb mint a bőrfelület MALT ellenanyag termelő sejtek = lép+nyirokcsomó+csontvelő IgA CITOKINEK IL-8 MCP-1 TNF Nyirokcsomó Follikulus T-sejtek B-sejtek Bélbolyhok

Peyer’s patch-ek

Dome terület Bolyhok GC

Intraepiteliális limfociták

LIMFOCITA RECIRKULÁCIÓ 1. Letelepedés - homing 2. Toborzás Az antigén-specifikus limfocitáknak az antigén helyére kell vándorolni A megfelelő limfocita populációknak az antigén helyére kell vándorolni NAÍV LIMFOCITÁK - ANTIGÉN FELISMERÉS (Nyirokcsomó) EFFEKTOR SEJTEK – VÉGREHAJTÁS (Szövet) 3. Vándorlás Szövetek, szervek között Nyirokcsomók egymás és a szövetek között Kemokin receptorok, kemokinek VÉRKERINGÉS – NYIROK KERINGÉS 4. Adhéziós molekulák HOMING RECEPTOROK Antigéntől független megjelenés (a limfocita aktiváltsági fokától függ) Szelektinek Integrinek Immunoglobulin szupergén család molekulái AZ ÉRFALI ENDOTÉL SEJTEK RECEPTORAINAK LIGANDJAI Adressin ligandok KÖLCSÖNHATÁS AZ EXTRACELLULÁRI KÖTŐSZÖVETTEL Kötődés, elszakadás

A LIMFOCITÁK VÁNDORLÁSA NAIV LIMFOCITÁK Lymfoid szövetekben A naiv limfociták homing receptora az L-selektin – szénhidrát kötés HEV ligand - Mucin-szerű adresszin - CD34 and GlyCAM-1 - sulphated sialyl-LewisX Lymph node - PNAd Mucosa - MADCAM-1 HEV CD34 L-selectin HIGH ENDOTHELIAL VENULES HEV Lymphocytes slow down and bind to HEV LFA-1 integrin – ICAM-1/2 Ig family CCL21 chemokine and CCR7 chemokine receptor

Aktivált effektor/memória limfocita EFFEKTOR/MEMÓRIA LIMFOCITÁK Visszatérnek a stimuláció helyére (antigen) Mukozális felszín MADCAM-1 Visszatartás a lépben, nyirokcsomóban LFA-1 – ICAM-1/2 integrin – sejt és extracelluláris matrix Vándorlás a gyulladt szövetbe az aktivált endotél sejtek közt Lamina propria a bélben Mukózális epitélium Dermis a bőrben Aktivált effektor/memória limfocita LFA-1 Az endotél sejteken és a T-limfocitákon megváltozik a sejtfelszíni adhéziós molekulák kifejeződése VLA-4 ICAM-1 VCAM-1 Aktivált endotél

A LIMFOCITÁK VÁNDORLÁSA A KÖZPONTI ÉS PERIFÉRIÁS NYIROKSZERVEK KÖZÖTT LÉP CSONTVELŐ TÍMUSZ VÉR MALT SALT BALT SZÖVETEK HEV NYIROKCSOMÓK Fő nyirokér Ductus thoracicus Nyirokerek A központi limfoid szervek nem kapcsolódnak a nyirokkeringéshez – elzártak a külső környezettől A lép nem rendelkezik nyirokkeringéssel – vérbe kerülő antigének elleni immunválasz HEV – High endothelial venules – a vérben keringő limfociták speciális belépési helye a perifériás nyirokszervekbe és szövetekbe 1 nyirokcsomó ciklus/óra, 25 milliárd (25x109) limfocita/nyirokcsomó/nap

B SEJT AKTIVÁCIÓ

RECEPTOR VEZÉRELT SEJTAKTIVÁCIÓ Ligand Ligand keresztkötés Konformáció változás JEL JEL

A RECEPTOR KERESZTKÖTÉSE JELÁTVITELI MECHANIZMUSOKAT INDÍT BE ligand kináz aktiváció foszforiláció adaptorok toborzása JEL Gén átírás Transzkripciós faktorok aktiválása

THE IgM B-CELL RECEPTOR a a THE IgM B-CELL RECEPTOR antigen binding mIg molecule H L V b a Ig-a/Ig-b heterodimer Signal transduction Lyn Kinases Syk Btk SHP-1 Phosphatases SLP-65/BLNK PLC HS1 Vav Adaptors + substrates

A B-SEJT RECEPTOR FELÉPÍTÉSE Ig-a/CD79a a b Y Ig-b/CD79b Ig domén + CHO ITAM ITAM: YxxL x7 YxxI ITAM: Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motif

B-SEJT RECEPTOR SZIGNÁLÚTVONAL 1. keresztkötés Ag Lyn 2. Src-family kináz activáció P és ITAM foszforiláció 3. Syk toborzás és aktiváció Syk 4. SLP foszforiláció + Ca felszabadulás SLP P Kalcium felszabadulás P = ITAM

A LIMFOCITA AKTIVÁCIÓ KINETIKÁJA ANTIGEN SIGNAL1. Nyugvó limfocita G0 proliferáció DNS szintézis Effektor sejt Memória sejt Transzport Membrán változások RNS és fehérje szintézis Ko-receptor Adhéziós molekulák Citokinek 2. jel Nyugvó limfocita G0 PTK aktiváció RNS szintézis szabad Ca++ Fehérje szintézis fehérje foszforiláció DNS szintézis Limfoblaszt 0 10sec 1min 5min 1hr 6 hrs 12 hrs 24 hrs

TCR SIGNALING

BCR SIGNALING

AZ ELLENANYAG SOKFÉLESÉG GENETIKAI HÁTTERE

AZ ELLENANYAGOK SZERKEZETE Nehéz lánc (H) VH VL CH Könnyű lánc (L) CL KOMPLEMENT AKTIVÁCIÓ SEJTHEZ KÖTŐDÉS LEBOMLÁS TRANSZPORT

AZ IMMUNOGLOBULINOK JELLEGZETES AMINOSAV SZERKEZETE Mieloma multiplex Plazmasejt tumorok – tumorsejtek a csontvelőben Monoklonális eredetű emberi immunoglobulinok a szérumban (50-100mg/ml) Rodney Porter és Gerald Edelman 1959 – 1960 fehérje tisztítás AZ IMMUNOGLOBULINOK JELLEGZETES AMINOSAV SZERKEZETE Gél elektroforézis Redukció L H 50 kDa Nehéz lánc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 25 kDa Könnyű lánc Variábilis Constans

AZ ELLENANYAG SOKFÉLESÉG GENETIKAI HÁTTERE VL VH S – S S – S A sokféleség kialakulásának mechanizmusa? Más szabályok a variábilis és konstans régiók kialakulására? Szimmetrikus molekula  két azonos VH és VL  mindkét kromoszóma ugyanazt a szekvenciát kódolja?

V C V2 C V3 V1 A MOLEKULÁRIS BIOLÓGIAI DOGMÁJA Gén Protein 1 GÉN = 1 FEHÉRJE A MOLEKULÁRIS BIOLÓGIAI DOGMÁJA AZ IMMUNOGLOBULIN SZEKVENCIA JELLEGZETESSÉGE ELMÉLETEK 1 GÉN magas szomatikus mutációs ráta a V régióban V C Sok GÉN (10 000 – 100 000) V2 C V3 V1

AZ IMMUNOGLOBULINOK MOLEKULÁRIS GENETIKÁJA Hogyan magyarázható az ellenanyagok kettős funkciója? Dreyer & Bennett feltételezése (1965) Egy adott izotípusú ellenanyag valószínűleg: Az egyetlen C régiót kódoló gén a csíravonalban el van választva a V régió génektől A V génekből többféle áll rendelkezésre Feltételezhető egy mechanizmus, amely a V és C géneket fúzionálja egy teljes immunoglobulin génné A feltételezés ellentétben állt az akkor elfogadott nézettel, amennyiben a DNS (genetikai állomány) egy adott egyed minden sejtjében azonos

A Dreyer - Bennett hipotézis igazolása C A csíravonalban egyetlen C gén van (L-lánc), amely a sok V géntől távol helyezkedik V A B-sejtekben a V és C géneket valamilyen mechanizmus egy teljes immunoglobulin génné fúzionálja C V V Módszer a sok V gén létezésének és a V – C gén átrendeződés igazolására

Módszer C V Csíravonal DNS C V Átrendezett DNS Megközelítés: Specifikus cDNS próbák a különböző V régiók és a C régiók elkülönítéséhez DNS restrikciós enzimek a DNS fragmentáláshoz A csíravonalnak (pl. méhlepény) és az érett B-sejteknek (pl. plazmocitóma/mielóma) a DNS-ei eltérőek

Susumi Tonegawa kísérlete 1975 Restrikciós enzim hasítás DNA-kivonás Restrikciós enzim hasítás Gél elektroforézis Southern blot VC Kb 6,0 1,5 V-próba 4,0 C V C-próba B-sejt Méhlepény 6.0 Kb V C 4.0 Kb 1.5. Kb V C B-sejt

Sok variábilis gén van, de csak egy konstans gén KÖVETKEZTETÉS Sok variábilis gén van, de csak egy konstans gén V C CSÍRAVONAL A V és C gének csak a B-sejtekben kerülnek egymás mellé C V B-SEJT GÉN SZEGMENSEK SZOMATIKUS ÁTRENDEZŐDÉSE EGY GÉNNÉ Fehérje Gén

Az Ig gének szekvenálása tovább bonyolította a képet A csíravonal VL gének szerkezete hasonló volt a Vk és and Vl könnyű láncok esetében A csíravonal és az átrendezett DNS nem volt azonos CL VL ~ 95as ~ 100as L CL VL ~ 95as ~ 100as JL Az aminosavak egy része a kis számú J (Joining) régiókból származik L CL VL ~ 208as L Honnan származik a 13 extra aminosav?

Az Ig H lánc további sokféleséggel jellemezhető VH DH JH CH A nehéz lánc a JH és CH gének közötti szakaszon további (0 – 8) aminosavat tartalmaz Ezek a D (DIVERSITY) régióból származnak A nehéz lánc kialakulásához 3 rekombinációs folyamatra van szükség JH to DH , VH to JHDH, and VHJHDH to CH VL JL CL L A könnyű lénc kialakulásához 2 rekombinációs folyamatra van szükség : VL to JL and VLJL to CL

AZ IMMUNOGLOBULIN POLIPEPTID LÁNCOKAT TÖBB GÉN SZEGMENS KÓDOLJA AZ IMMUNOGLOBULIN GÉN SZEGMENSEK ELRENDEZŐDÉSE 2 kromoszóma kappa könnyű lánc gén szegmensek 22 kromoszóma lambda könnyű lánc gén szegmensek 14 kromoszóma nehéz lánc gén szegmensek AZ IMMUNOGLOBULIN GÉN SZEGMENSEK SZÁMA Variábilis (V) 40 30 65 Diverzitás (D) 0 0 27 Kapcsoló (J) 5 4 6 Gén szegmens Könnyű lánc Nehéz lánc kappa lambda

A KAPPA (κ) LÁNC GÉN SZEGMENSEK SZOMATIKUS ÁTRENDEZŐDÉSE Jκ Vκ B-sejt2 80 Vκ 4 Jκ Vκ Jκ Csíravonal B-limfocita fejlődés során Jk Jκ Vκ B-sejt1 DNS

A K-LÁNC KIFEJEZŐDÉSE VκJκ Vκ Cκ J Cκ J Vκ Cκ J Vκ Cκ J Vκ pA P E E Primer RNS átirat Cκ E J Vκ mRNA Cκ J Vκ AAAA Transzláció Cκ J Vκ Fehérje

A VH GÉN SZEGMENSEK SZOMATIKUS ÁTRENDEZŐDÉSE 4 JH VH VH VH D D D D JH JH JH JH A B sejt fejlődés során JH JH D VH JH JH D VH

AZ ANTIGÉN RECEPTOROK SOKFÉLESÉGE VH D JH VL JL V-Domének C-Domének VH-D-JH VL-JL

AZ IMMUNOGLOBULIN GÉN SZEGMENSEK ÁTRENDEZŐDÉSÉNEK SORRENDJE D – J rekombináció V – DJ rekombináció VDJ – δ transzkripció δ transzláció Pót könnyű lánc V – J rekombináció VJ –  (vagy VJ - ) transzkripció  vagy  transzláció B-sejt mIgD mIgM

A kombinációs sokféleség becslése A funkcionális V, D és J gének száma: 40 VH x 27 DH x 6JH = 6,480 kombináció A D leolvasható 3 keretben: 6,480 x 3 = 19,440 kombináció 29 Vk x 5 Jk = 145 kombináció 30 Vl x 4 Jl = 120 kombináció = 265 különböző könnyű lánc Amennyiben a H és L láncok véletlenszerűen párosodnak mint H2L2 19,440 x 265 = 5,151,600 lehetőség Csak a KOMBINÁCIÓS sokféleség A valóságban bizonyos H + L kombinációk nem fordulnak elő, mert instabilak Bizonyos V és J gének gyakrabban fejeződnek ki, mint mások A POTENCIÁLIS B-SEJT KÉSZLET KIALAKULÁSA

A SZOMATIKUS GÉN ÁTRENDEZŐDÉS EREDMÉNYE A gén szegmensek kombinációja nagy számú, eltérő variábilis régióval rendelkező nehéz (H) és könnyű (L) láncot eredményez, amelyek egy adott egyedben a különböző B-sejt klónokban fejeződnek ki Az egyik kromoszómán létrejött sikeres gén átrendeződés gátolja a gén átrendeződést a másik kromoszómán ALLÉL KIZÁRÁS 3. Egy B-sejt csak egy típusú nehéz (H) és egy típusú könnyű (L) láncot termel ELKÖTELEZŐDIK EGY TÍPUSÚ ANTIGÉN KÖTŐHELY LÉTREHOZÁSÁRA 4. A teljes B sejt készlet különbözőképpen átrendezett immunoglobulin gének termékeit kifejező egyedi B-sejtekből áll

A sikeres génátrendeződés gátolja a rekombinációt a másik kromoszómán A B-SEJT ANTIGÉN FELISMERŐ RECEPTOR ÉS AZ ELLENANYAGOK SOKFÉLESÉGÉT MEGHATÁROZÓ GENETIKAI MECHANIZMUSOK Szomatikus génátrendeződés A variábilis domének kialakulása a VJ (L-lánc) és a VDJ (H-lánc) gének rekombinációjával Hogyan képes a B sejt csak egyfajta könnyű és egyfajta nehéz láncot kifejezni? Annak ellenére, hogy minden B sejtben egy apai és egy anyai Ig lókusz is jelen van A gének nagy része ko-dominánsan kifejeződik Hogyan történik a B sejtekben az egyik allél aktiválása és a másik gátlása? ALLÉL KIZÁRÁS A sikeres génátrendeződés gátolja a rekombinációt a másik kromoszómán Csak egyféle H- és L-lánc szintetizálódik A sejtfelszínre 2 H- és 2 L-láncból álló dimerek kerülnek ki AZ ANTIGÉN JELENLÉTÉTŐL FÜGGETLEN FOLYAMATOK A B-SEJT ÉRÉS SORÁN A CSONTVELŐBEN MENNEK VÉGBE

AZ IMMUNOGLOBULIN SZINTÉZIS FOLYAMATA Szekretált Ig Membrán Ig Golgi ER A H és L láncok külön riboszómákon szintetizálódnak Leader szekvencia Riboszóma mRNS