Immunogenetyka

cz. II

Joanna Ruszczyk
gr. 45

Celem

układu immunologicznego jest

rozpoznawanie

i

wyeliminowanie

drobnoustrojów

odpowiedzialnych

za

wywołanie infekcji.

Funkcje układu immunologicznego

Rodzaj odporności Anygeny

Komórki

Czynniki
humoralne

Pamięć
immunologiczna

Nieswoista
(wrodzona)

Ograniczona liczba
wzorców
molekularnych
patogenów
białkowych,
lipidowych, RNA i
innych

Granulocyty
Monocyty
Makrofagi
Komórki tucze
Eozynofile
Komórki NK
Komórki NKT
Komórki
nabłonków
Komórki
środbłonków

Białka
dopełniacza
Białka ostrej fazy

Brak

Schemat odpowiedzi immunologicznej

Efekt odpowiedzi nieswoitej

1)Wytworzenie stanu zapalnego, który warunkuje aktywację
komórek i ich łatwiejsze dotarcie wraz z czynnikami humoralnymi
do miejsca infekcji
2) Niszczenie patogenów w wyniku działania czynników
cytotoksycznych wydzielanych przez komorki

Schemat odpowiedzi immunologicznej

Schemat odpowiedzi immunologicznej

Swoista
(nabyta)

Ogroma liczba
wzorców
molekularnych
białkowych,
glikoproteinwyh,
lipidowych,
glikolipidowych i
innych

Limfocyty T
Limfocyty B
Komórki
prezentujące
antygeny (APC)



Monocyty



Makrofagi



Komórki
dendrytyczn
e

Wolne
sekrecyjne
przeciwciała

Obecna pod
postacią
limfocytów T
pamięci i
limfocytów B
pamięci

Efekt odpowiedzi swoistej

Ostatecznie zniszczenie patogenów i zapewnienie skutecznej odpowiedzi
immunologicznej przy powtórnym kontakcie z tym samym antygenem w tzw. Wtórnej
odpowiedzi immunologicznej w skutek wytworzenia limfocytów T i B pamięci

Komórki

APC

prezentują antygeny

zlokalizowane

są na

strukturach powierzchniowych

cząsteczek głównego układu

zgodności tkankowej MHC limfocytom T rozpoznającym
antygen przez receptor powierzchniowy TCR oraz limfocytom B
rozpoznającym antygen przez receptor powierzchniowy BCR.

Schemat odpowiedzi immunologicznej

Markery powierzierzchniowe limfocytów T

Antygen różnicowania komórkowego – określany w skrócie
jako CD

(ang. cluster of differentiation, gronko różnicowania)

jest standardem używanym w celu identyfikacji molekuł na
powierzchni komórek. CD mogą działać na wiele sposobów,
spełniając często funkcje receptora bądź ligandu (związku
aktywującego receptor).

Markery powierzchniowe limfocytów T i B

Zainicjowana przyłączeniem ligandu do receptora kaskada
sygnałowa zmienia zachowanie komórki. System CD jest
powszechnie wykorzystywany do oznaczania markerów
komórkowych umożliwiających rozpoznanie rodzaju komórki
na podstawie cząstek obecnych na jej powierzchni. Markery te
są często używane do przypisania komórkom właściwych im
funkcji immunologicznych.

Typ komórki

Marker CD

komórka macierzysta

CD34+,CD31-

Wszystkie grupy leukocytów

CD45+

Granulocyty

CD45+,CD15+

Monocyty

CD45+,CD14+

Limfocyty T

CD45+,CD3+

T helper

CD45+,CD3+,CD4+

komórka T cytotoksyczna

CD45+,CD3+,CD8+

Limfocyt B

CD45+, CD19+ ,CD20+

Trombocyt

CD45+,CD61+

komórka NK

CD16+,CD56+,CD3

Markery powierzchniowe limfocytów T i B

Markery powierzchniowe limfocytów T i B

Dwie powszechnie używane cząstki CD to CD4 i CD8 - pierwsza charakteryzująca
limfocyt T pomocniczy (T helper) oraz druga dla limfocytu T cytotoksycznego.

Ze względu na ekspresję cząsteczek CD4 i CD8 wyróżniamy:
a) Limfocyty T CD4+ - rozpoznają antygeny związane z białkami MHC klasy II
b) Limfocyty T CD8+ - rozpoznają antygeny związane z białkami MHC klasy I

 MHC obejmuje wiele genów odznaczających się

największym polimorfizmem z dotychczas poznanych.

 Maja one podstawowe znaczenie zarówno w inicjacji jak i

w fazie efektorowej odpowiedzi immunologicznej.

 Cząsteczki MHC są glikoproteinami. Istnieją cząsteczki

MHC klasy I i II różniące się pod względem budowy i
funkcji, a także cząsteczki klasy III i inne.

Główny układ zgodności tkankowej

 Cząsteczki klasy I występują na powierzchni wszystkich komórek

jądrzastych, a w niewielkich ilościach również na erytrocytach.

 Cząsteczki klasy II występują głównie na limfocytach B,

makrofagach, komórkach dendrytycznych, w tym na komórkach
Langerhansa, a także na komórkach nabłonkowych grasicy.

 W wyniku aktywacji lub oddziaływania niektórych cytokin np.

IFN-γ, mogą się pojawić jednak na wielu innych komórkach np.
pobudzonych limfocytach T, komórkach śródbłonka, nabłonka
tarczycy,

komórkach

nabłonka

jelitowego,

fibroblastach,

keratynocytach.

 U człowieka cząsteczki MHC klasy II występują konstytutywnie na

komórkach śródbłonka naczyń (w niektórych narządach np. w
sercu, nerce). Mogą być syntetyzowane selektywnie np. na 90%
monocytów znajdują się cząsteczki HLA-DR, lecz brak HLA-DQ.

Główny układ zgodności tkankowej

Główny układ zgodności tkankowej

 MHC klasy III stanowią różne cząsteczki, niezwiązane z

procesem prezentacji antygenu.

 O ile między klasą I i II widoczne są wybitne podobieństwa

strukturalne, o tyle MHC klasy III nie są podobne ani do
dwóch pozostałych klas, ani do siebie nawzajem.

 Ludzkie MHC określane są mianem HLA (ang. human

leukocyte antigens – ludzkie antygeny leukocytarne).

 U człowieka geny kodujące białka MHC znajdują się na 6

chromosomie.

 Klasyczne cząsteczki MHC klasy I są kodowane przez geny

HLA-A, -B i -C, natomiast nieklasyczne – przez geny HLA-E, -

F, -G, MICA i MICB.

 Nieklasyczne cząsteczki MHC klasy I mogą być także

kodowane poza regionem MHC (np. CD1).

 Klasyczne cząsteczki MHC klasy II są kodowane przez geny,

leżące w regionach HLA-DP, -DQ i -DR, natomiast

nieklasyczne – HLA-DM i HLA-DO.

 Pomiędzy regionem MHC klasy I, a regionem MHC klasy II,

znajduje się region kodujący MHC klasy III, choć niektóre z

tych cząsteczek są kodowane przez geny leżące w locus

MHC klasy II.

Główny układ zgodności tkankowej

Główny układ zgodności tkankowej

Znaczenie medyczne MHC:
 Znaczenie medyczne MHC wynika przede wszystkim z ich udziału

w procesach odrzucania przeszczepu. Białka te są niezwykle

silnymi, immunogennymi antygenami, w związku z tym komórki,

na których występują, są natychmiast rozpoznawane jako obce.

Stąd też dopasowanie białek MHC ma kluczowe znaczenie w

doborze dawcy i biorcy przeszczepu.

 Im większa niezgodność pomiędzy allelami u dawcy i biorcy, tym

większe prawdopodobieństwo odrzucenia przeszczepu i tym

szybciej proces ten następuje



Jednak nawet wtedy, gdy MHC są idealnie dopasowane,

odrzucanie będzie zachodzić, gdyż MHC będą brały udział w

prezentacji słabych antygenów zgodności tkankowej. Jeśli będą

się one różnić (a z wyjątkiem bliźniaków monozygotycznych

będą się różnić praktycznie na pewno), to będą one

rozpoznawane jako obce i w rezultacie komórki będą niszczone

przez limfocyty Tc.

Główny układ zgodności tkankowej

Główny układ zgodności tkankowej

• Repertuar białek MHC wykazuje także powiązania z

pewnymi chorobami. W tym przypadku wystąpienie
określonych

alleli

zwiększa

prawdopodobieństwo

pojawienia

się

niektórych

chorób

(zwłaszcza

nieinfekcyjnych), np. allel HLA-B13 stwierdza się częściej u
pacjentów z łuszczycą, zaś HLA-B8 jest częstym allelem u
pacjentów z miastenią. Podłoże tego zjawiska nie jest
znane, co wiąże się z wieloczynnikową patogenezą tych
chorób oraz koniecznością analizy wielu alleli i ogromnej
liczby ich kombinacji

Oprócz cząsteczek CD swoistym markerem

limfocytów T jest receptor komórek T (TCR).
Dzięki temu receptorowi limfocyty T mają
zdolność rozpoznawania określonego
antygenu. TCR różnią się od przeciwciał w
wielu aspektach, przede wszystkim tym, że
występują jedynie w formie związanej z błoną
komórkową, natomiast przeciwciała mogą być
wydzielane przez limfocyty na zewnątrz.

Markery limfocytów B

• Limfocyty B (szpikozależne), odpowiedzialne za humoralną

odpowiedź immunologiczną (wytwarzanie przeciwciał)
charakteryzują się obecnością na powierzchni

receptora

komórek B

(BCR), cząsteczek

MHC

klasy I i klasy II oraz

następujących cząsteczek różnicujących:

CD19

,

CD20

.

• Kompleks receptora BCR odpowiada za aktywację limfocytów

B. BCR rozpoznaje antygen i następuje przekazanie sygnału do
wnętrza komórki. Rozpoznany już obcy antygen uruchamia
całą kaskadę reakcji, których wynikiem jest produkcja przez
limfocyt wolnych immunoglobulin. Te przeciwciała sekrecyjne
są strukturami prawie identycznymi z receptorami BCR.

Zastosowanie markerów

błonowych limfocytów

• Liczebność komórek posiadających na swojej powierzchni CD

4 i CD8 jest często używana do monitorowania progresji
infekcji wirusem

HIV

.

• Badanie markerów powierzchniowych limfocytów B u dzieci z

defektem biosyntezy przeciwciał (taka analiza
immunofenotypowa pozwala na wykluczenie zaburzeń
różnicowania limfocytów stadium limfopoezy i przemawia za
czynnościami zaburzeń dojrzewania limfocytów)

• Markery powierzchniowe limfocytów B to dobry cel dla

leczenia celowanego w białaczkach limfoidalnych
pochodzących z linii B-komórkowej

• Klasyfikacja chłoniaków i stanów zapalnych

Niedobory immunologiczne

PIERWOTNE, wrodzone

Nabyte, wtórne

• Wrodzone niedobory wywołane są przez defekty

genetyczne. Objawiają się one już wzmożoną
wrażliwością na infekcje już w okresie
niemowlęcym i wczesnym dzieciństwie.

• Wtórne zaś, czyli nabyte niedobory immunologiczne

rozwijają się jako konsekwencja niedożywienia,
ogólnego procesu nowotworowego, działania leków
immunosupresyjnych i chorób zaburzających
funkcję układu immunologicznego.

Agammaglobulinemia Brutona (agammaglobulinemia sprzężona z

chromosomem X) zwana również hipoimmunoglobulinemią – zespół

związany z blokadą dojrzewania limfocytów B, ujawniający się na

etapie limfocytu pre-B charakteryzujący się całkowitym brakiem

przeciwciał i śladową obecnością limfocytów B w krążeniu (poniżej 1%).

 Przyczyną choroby są mutację lub delecja genu znajdującego się na

chromosomie X kodującego enzym kinazę tyrozynową (Btk).

 Białko kodowane przez ten gen odgrywa rolę w dojrzewaniu

prekursorów limfocytów B i aktywacji komórek tucznych.

 W szpiku kostnym wykrywa się zwiększona liczbę niedojrzałych

limfocytów pre-B, nie mających receptorów immunoglobulinowych.

Poziom limfocytów T jest prawidłowy.

 Ze względu na sprzężenie z płcią agammaglobulinemia Brutona

występuje przede wszystkim u chłopców, których matki były zdrowymi

nosicielkami defektywnego genu. Częstość występowania wynosi ok. 1

na 100 tys. narodzin chłopców.

Pierwotne niedobory odporności

Pierwotne niedobory odporności

Objawy

 Kliniczne objawy choroby pojawiają się około 4–6 miesiąca

życia, kiedy z krążenia zaczynają znikać przeciwciała matczyne.

 Dominują

nawracające

zakażenia

bakteryjne

dróg

oddechowych. Gdy nie podejmuje się leczenia, prowadzi to do
przewlekłego zapalenia zatok i zmian rozstrzeniowych oskrzeli.
Odporność przeciwwirusowa jest sprawna, z niewiadomych
przyczyn nie dotyczy to enterowirusów.

 Najczęstsza przyczyna śmierci w tym zespole jest właśnie

przewlekłe enterowirusowe zapalenia opon mózgowych i
mózgu.

Pierwotne niedobory odporności

 Leczenie agammaglobulinemii Brutona polega na okresowym

substytucyjnym

uzupełnianiu

ludzkich

immunoglobulin

dożylnie (rzadziej domięśniowo lub podskórnie).

 Leczenie powinno być prowadzone przez całe życie i prowadzi

do przedłużeniu długości i jakości życia.

 Teoretycznie trwalsze efekty mogłaby przynieść terapia

genowa, jednak obecnie nie jest ona metodą leczniczą.

Pierwotne niedobory odporności

Ciężkie złożone niedobory odporności:

 Wszystkie postacie SCID charakteryzują się albo głębokim

upośledzeniem albo całkowitym brakiem odpowiedzi humoralnej i

komórkowej.

 Występują dość rzadko (2 na 75 tys. do 100 tys. urodzeń).
 U dzieci dotkniętych SCID w ciągu kilku-kilkunastu tygodni od

urodzenia zaczynają pojawiać się kliniczne oznaki niedoboru

odporności: biegunki, nawracające zakażenia, do których później

dołącza się zatrzymanie wzrostu. Najczęściej spotykane są zakażenia

drożdżakami (Candida), adenowirusami, wirusami typu Herpes ( w

tym cytomegalowirusem oraz wirusem Epsteina-Barr), wirusem

paragrypy

typu

3,

a

także

patogenami

oportunistycznymi

(Pneumocystis carinii, Aspergillus sp.).

 Nawet szczepionki zawierające atentowane żywe mikroorganizmy, np.

BCG, stanowią dla chorego dziecka śmiertelne zagrożenie. Dzieci z

SCID ze względu na brak funkcjonującego układu odpornościowego,

nie potrafią odrzucać przeszczepów allogenicznych.

Pierwotne niedobory odporności

Ciężki złożony niedobór odporności SCID

 Wiąże się on z brakiem podstawowych receptorów komórkowych,

decydujących o odpowiedzi immunologicznej

 Dochodzi do zaburzeń rozwoju limfocytów T i B na wczesnych etapach ich

różnicowania

 Zespół SCID związany z upośledzeniem wytwarzania receptorów wiążących

antygeny może być wynikiem mutacji genów RAG-1 lub RAG-2

 Konsekwencją tych zaburzeń jest znaczny niedobór dojrzałych limfocytów T i B

we krwi i tkankach oraz niezdolność do wytwarzania wolnych immunoglobulin

Przyczyn zespołu SCID jest jednak znacznie więcej i mogą one
wynikać z głębokich zaburzeń różnych szlaków metabolicznych
na

każdym

szczeblu

rozwoju

komórek

układu

immunologicznego

 Opisano kilka przypadków SCID z mutacją genu dla łańcucha α

receptora dla IL-7. Obraz kliniczny różni się tym od mutacji γc,
że chorzy mają prawidłową liczbę komórek NK. Dojrzewanie
limfocytów T jest jednak zablokowane, co wskazuje na
niezastąpioną rolę IL-7 w różnicowaniu limfocytów T.

 Mutacja genu kodującego CD45 jest również przyczyną SCID.

Cząsteczka ta jest markerem komórek hematopoetycznych. Ta
postać SCID charakteryzuje

się głęboką limfopenią z

nieznacznym spadkiem liczby komórek NK i dużą liczbą
limfocytów B.

Pierwotne niedobory odporności

Pierwotne niedobory odporności

 Około 20% wszystkich przypadków SCID związanych jest z niedoborem

deaminazy adenozynowej (ADA).

 Najczęstsza postać SCID spośród postaci dziedziczonych autosomalnie.
 Niedobór spowodowany jest mutacją genu dla ADA, leżącym na 20

chromosomie.

 ADA jest enzymem uczestniczącym w metabolizmie puryn. ADA

przekształca adenozynę oraz 2’deoksyadenozynę odpowiednio do

inozyny oraz 2’deoksyinozyny. 2’deoksyinozyna może swobodnie

dyfundować i ulegać fosforylacji do deoksyATP (dATP). Niedojrzałe

limfocyty

nie

potrafią

przekształcić

z

powrotem

dATP

w

2’deoksyinozynę i są wyjątkowo wrażliwe na jego toksyczne działanie.

dATP hamuje reduktazę rybonukleotydową, enzym niezbędny do

syntezy deoksynukleotydów, przy ich braku synteza DNA jest

niemożliwa.

Pierwotne niedobory odporności

 Niedobór ADA charakteryzuje się wcześniejszymi objawami

klinicznymi w porównaniu do pozostałych postaci SCID.

 Defekt dotyczy limfocytów T, B oraz komórek NK, limfopenia

jest głębsza w porównaniu do innych postaci SCID.

 Oprócz klasycznych objawów w postaci zakażeń, zatrzymania

wzrostu, u połowy chorych dołączają się zaburzenia w

układzie

kostno-szkieletowym,

a

opisywane

są

też

zaburzenia neurologiczne: ślepota korowa, dystonia.

 Zdarzają się przypadki niedoboru ADA o opóźnionych

objawach klinicznych ( występują nawet po kilku latach od

urodzenia). U chorych limfocytopenia rozwija się stopniowo,

nierzadko

obserwuje

się

towarzyszące

choroby

autoimmunizacyjne.

Pierwotne niedobory odporności

Ataksja teleangiektazja (zespół Louis-Bar)

 Choroba

dziedziczona

autosomalnie

recesywnie,

spowodowana mutacją w genie ATM, zlokalizowanym na
chromosomie 11, którego produktem jest kinaza ATM
(

serynowo

-

treoninowa

)

 Enzym ten jest regulatorem odpowiedzi komórkowej i

bierze udział w naprawie DNA

 Częstość występowania 1:40 000 urodzeń

Objawy:

- zanik kory móżdżku, czego wynikiem jest postępująca

niezborność możdżkowa (ataksja)- dyslokomocja

- teleangiektazje

w obrębie skóry i gałki ocznej- rozszerzenie

naczyń włosowatych w małżowinach usznych, na spojówkach i
w innych okolicach twarzy

Pierwotne niedobory odporności

- zwiększona częstość bielactwa i plam typu cafe au lait

- spadek odporności humoralnej i komórkowej ze zwiększoną

wrażliwością na występowanie infekcji (głównie układu
oddechowego)

- wzrost zachorowania na białaczki i chłoniaki
- podwyżone stężęnie α-fetoproteiny (AFP) oraz obecność

antygenu kanceroembrionalnego (CEA)

- występowanie wielkocząsteczkowego białka należącego do

klasy IgM

- cukrzyca insulinozależna

Zespół Wiskotta-Aldricha
 Zespół ten dziedziczy się z płcią.
 Jego najbardziej charakterystyczną cechą jest skaza

krwotoczna.

 Pierwszymi objawami są zazwyczaj krwawe biegunki i

wybroczyny skórne.

 W pierwszym roku życia dołączają się zmiany skórne o

charakterze atopowego zapalenia skóry oraz infekcje

bakteryjne

(najcześciej

paciorkowce),

zakażenia

wirusowe

(przeważnie

z

grupy

Herpes)

oraz

oportunistyczne (Pneumocytis carinii).

 W

późniejszych

latach

obserwuje

się

choroby

autoimmunizacyjne oraz nowotwory.

Pierwotne niedobory odporności

Pierwotne niedobory odporności

Zespół Wiskotta-Aldricha

 Średni czas życia chłopców z tym zespołem nie przekracza 15

lat.

 Najczęstszą przyczyną zgonów są krwawienia, zakażenia,

nowotwory, głównie chłoniaki (zwłaszcza chłoniaki Burkitta).

 Obok trombocytopenii we krwi obwodowej obserwuje się

zmniejszoną liczbę limfocytów T, ale prawidłowe stężenie

przeciwciał.

 Zaburzenia dotyczą zakresu antygenów rozpoznawanych

przez przeciwciała.

 Molekularną przyczyną jest mutacja białka nazwanego WASP

(Wiskott-Aldricha syndrome protein), którego wybiórczą

ekspresję obserwuje się w limfocytach i megakariocytach.

Pierwotne niedobory odporności

Zespół DiGeorge’a



Zespół ten jest spowodowany wrodzoną malformacją grasicy, której
przyczyną w 90% przypadków są delecje (a częściej mikrodelecje)
fragmentu chromosomu 22.

 Powoduje to selektywny brak limfocytów T przy normalnej liczbie

limfocytów B i

obniżonym stężeniu immunoglobulin w surowicy

 Takie delecje

zaburzają rozwój struktur wywodzących się z 3 i 4

kieszonki

gardłowej.

Objawy:

deformacje części twarzowej czaszki

wrodzone wady serca i dużych naczyń

zaburzenia rozwoju podniebienia

trudności w uczeniu

spadek odporności pojawiający się w

pierwszych 6 miesiącach życia

Hipokalcemia spowodowana

niedorozwojem przytarczyc

Objawy infekcji w niedoborach

immunologicznych

Cechy niedoboru

Niedobór limfocytów B

Niedobór limfocytów T

Stężenie immunoglobulin
w surowicy

normalne lub

Reakcja nadwrażliwości
późnej obrazująca
odpowiedź zależną od
limfocytów T

normalna

morfologia

narządów

limfatycznych

brak lub zredukowana
wielkość

zazwyczaj normalna

wrażliwość na infekcje
wywołane przez patogeny

bakterie ropne

wirusy, grzyby

Dziękuję za uwagę