Ćwiczenie 2: Odporność nieswoista (wrodzona)
Czynniki mechaniczne:
· skóra- bariera fizyczna, wydzieliny zawierające kwasy tłuszczowe
· układ oddechowy - zawirowania powietrza i włosy w nosie, ruchy rzęsek,kaszel kichanie
· przewód pokarmowy- niskie pH żołądka, enzymy i przeciwciała w wydzielinie i perystaltyka
· oczy - lizozym we łzach, spłukujące działanie łez
· uszy - przeciwbakteryjne działanie woskowiny
· układ moczo-płciowy - pH pochwy i moczu, spłukujące działanie moczu
Czynniki chemiczne:
· kwasy organiczne - niskie pH gruczołów łojowych
· kwasy tłuszczowe - zaburzają funkcję błony komórkowej
· ślina - enzymy niszczące błonę komórkową, przeciwciała -> opsonizacja ->liza komórek
· łzy - lizozym -> liza bakterii (gramm +)
· Laktoferyna i tranferyna - wiązanie żelaza -> zaburzenie pobierania przez mikroorganizmy
· Laktoperoksydaza - katalizuje utlenianie ściany bakterii i błony komórkowej
· HCl - denaturacja białka
· kwasy żółciowe - zaburzają funkcję błony komórkowej
· trypsyna - hydrolizuje białka ściany i błony komórkowej
· śluz - zatrzymuje obce cząsteczki, kwas sialowy blokuje przyłączenie się wirusa grypy do kk nabłonkowych
· spermina - poliamina hamuje zrost bakterii Gram+
Czynniki fizjologiczne:
· temperatura ciała
· ciśnienie tlenu (wzrost w płucach podczas oddychania)
· równowaga hormonalna ↑stężenia kortykosterydów -> zmniejsza stan zapalny i odporność na infekcję
· wiek- <3 r.ż i > 75 rż
Rozpoznanie drobnoustrojów:
- wzorce molekularne związane z patogenami - są to najbardziej charakterystyczne struktury drobnoustrojów rozpoznawane przez komórki odpowiedzi nieswoistej (PAMP)
- mangany - w ścianach drożdży
- formylowe peptydy bakterii
- składniki ściany komórkowej (LPS< lipopeptydy, kw. tejchojowe, lipoarabinomannan)
- bakteryjne DNA zawierające nie metylowane sekwencje CpG
- dwuniciowe RNA wirusów
Receptory dla cząsteczek PAMP - receptory rozpoznające wzorce PRR
- receptory wydzielnicze - opsoniny białko wiążące mannozę, kolektyny (białka sulfaktantu A i D) składniki układu dopełniacza
- receptory powierzchniowe uczestniczące w fagocytozie - na powierzchni komórek zdolnych do prezentacji antygenów (receptory dla mannozy, receptory zmiatacze) głównie z cząsteczkami MHC klasy II
Receptory aktywujące komórki:
Lokalizacja:
- na powierzchni komórek układu odpornościowego
- na komórkach nabłonkowych (ukł oddechowy, pokarmowy, moczowo-płciowy, skóra)
- na ródbłonku naczyń
- kardiomiocytach
- fibroblastach
Niektóre komórki nabłonkowe pod wpływem PRR wytwarzają antybiotyki peptydowe - β-defensyny.
Komórki tuczne:
Lokalizacja:
- pobliże naczyń krwionośnych
- skóra
- błona śluzowa drog oddechowych
- błona śluzowa przewodu pokarmowego
- błon śluzowa narządów moczowo-płciowych
Główne zadanie komórek tucznych to amplifikacja wstępnych sygnałów o inwazji drobnoustrojów.
Jako jedyne potrafią syntetyzować i magazynować cytokiny takie jak TNF co skutkuje:
- zwiększają przepuszczalność naczyń (histamina, prostaglandyny)
- zwiększają napływ składników osocza (przeciwciała, dopełniacz, działanie chemotaktycznie na inne leukocyty)
- aktywacja docierających do tkanek komórek
- prezentują antygeny drobnoustrojów w połączeniu z cząsteczkami MHC klasy II (dzięki obecności na ich powierzchni cząsteczek kostymulujących CD80, CD88).
Fagocytoza:
Jedna z forma endocytozy, polegająca na likwidacji poszczególnych czynników na drodze
wchłaniania i niszczone wewnątrzkomórkowego
Wymaga:
• energii wytwarzanej podczas metabolizmu glukozy
• syntezy nowej błony komórkowej
• aktywacji układ cytoszkieletu i białek kurczliwych
Typy komórek fagocytujących:
Neutrofile, Monocyty, Makrofagi - to najistotniejsze komórki fagocytujące
Typy poruszania się fagocytów:
• ameboidalny (diapedeza - proces komórkowej migracji z włosowatych naczyń krwionośnych)
• chemotaksja - (ruch w kierunku innych komórek i przemieszczanie cytoplazmy w odpowiedzi na czynniki zwane chemotaksynami)
Neutrofil
Największa grupa kk. fagocytujących we krwi krążącej 2,5 x1010 co stanowi 0,1% krążących elementów upostaciowanych wytwarzany jest w szpiku kostnym w cyklu procesów dojrzewania i proliferacji trwającym około 10 dni:
1. Budowa : śr. - 10-12 nm,
2. 65% cytoplazma, 20% jądro wielopłatowe, 15% grupa organelli wewnątrzkomórkowych
3. wraz z dojrzewaniem i zróżnicowaniem morfologicznym neutrofil nabiera nowych zdolności funkcjonalnych:
• adhezja do śródbłonka naczyń
• migracja z krwi do tkanek
• rozpoznanie i fagocytoza opsonizowanych cząstekdegranulacja i uwalnianie enzymów z ziarnistości wewnątrzkomórkowych.
Czynniki chemotaktyczne komórek żernych:
• bakterie- fMet-Leu-Phe (formylometionina-leucyna-fenyloalanina) - FLMP
• kwas arachidonowy - leukotrien B4
• bakterie - endotoksyny
• dopełniacz - C5a i C3a
• fibrynogen - fibropeptydy
• kk. tuczne - histamina
• kk.tuczne i neutrofile - czynnik aktywacji płytek
• kk. tuczne - czynnik chemotaktyczny eozynofili
• makrofagi - interleukina 8, Il-1, TNF, TGF-β
• komorki nabłonkowe i neutrofile - defensyny
Aktywacja leukocytów:
- czynniki pochodzenia bakteryjnego:
bakterie G(-), endotoksyny - LPS
miksobakterie - dikapeptyd muramylowy - MDP
- cytokiny
makrofagi aktywowane głównie przez IFN-γ
neutrofile aktywowane przez Il-8 oraz G-CSF (czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów i makrofagów)
eozynofile aktywowane przez MIP - 1α (białko zapalne makrofagów)
RANTES (regulowany przez aktywacje, ekspresje i wydzielanie przez prawidłowe limfocyty T)
Il-3, Il-5, PAF, GM-GFS
Procesy i mechanizmy pobudzone w aktywowanych makrofagach:
- przemiany metaboliczne
- właściwości bakteriobójcze
- cytotosyczność do komórek nowotworowych
- prezentacja antygenów limfocytom T
- odpowiedz na czynniki chemotaktyczne
- fagocytoza
- pinocytoza
- adhezja do podłoża
- zawartość enzymów w lizosomach
- wydzielanie czynników i cytokin
- czynniki dezaktywujące: TGF-β, prostaglandyna E2, Il-10.
Niszczenie wewnątrzkomórkowe
Typy ziarnistości lizosomalnych neutofili:
• ziarnistość pierwotna - (azurofilne)- enzymy hydrolityczne, mieloperoksydazę, proteazy
obojętne, białka zasadowe bogate w argininę -białka kationowe, 33%
• ziarnistość wtórna (swoista) - lizozym, fosfataza alkaliczna, laktoferyną, białko wiążące
vit. B12, metaloproteinazę o działaniu kolagenolitycznym 67%
• ziarna trzeciorzędowe: żelatynowe (acetylotransferaza, β 2-mikroglobina)
wydzielnicze (fosfataza zasadowa, białka osocza - albuminy)
Mechanizmy niszczenia:
Niezależne od tlenu :
1. Enzymy hydrolityczne - katepsyna, fosfataza, fosfolipaza, sulfataza arylowa (trawią składniki ściany komórkowej bakterii lub wirusów)
2. Defensyny białka kationowe nie są enzymami lecz zasadowymi peptydami (tworzą kanały w błonie komórkowej -> wydobywanie się z komórek podstawowych metabolitów)
3. Lizozym - mukopeptydaza - atakuje ścianę komórki co czyni ją wrażliwą na Lizę osmotyczną
4. Laktoferyna (wiąże żelazo)
5. aktywność syntezy tlenku azotu (działanie poprzez synergistyczne działanie interferonu γ i TNF-> katalizuje przyłączenie tłenu do azotu guanidynowego L- argininy i tworzenie NO)
Defensyny:
- zlokalizowane w ziarnach azurofilnych neutrofilów -> do formujących się fagolizosomów
- należą do grupy peptydowych antybiotyków
- 9 defensyn podzielonych na dwie grupy: α i β
- do alfa należą: HNP-1 , 2, 3, 4 - wytwarzane w neutrofilach i makrofagach.
HD-1,2 = kreptydyny, wytwarzane w komórkach Panetha zlokalizowanych w kryptach jelita cienkiego
- do beta należą: HBD-1, 2, 3 wytwarzane w komórkach nabłonkowych i keratynocytach.
Funkcje defensyn:
- działanie przeciwmikrobowe
- działanie chemotaktyczne na komó®ki dendrytyczne i limfocyty T
- udział w gojeniu ran
- aktywacja dopełniacza
- aktywacja właściwości żernych makrofagów
- zahamowanie wytwarzania glikokortykosteroidów
- degranulacja komórek tucznych
- hamowanie fibrynolizy
Zależne od tlenu: jest ubocznym skutkiem wybuchu oddechowego towarzyszący fagocytozie
1. ↑ zapotrzebowanie na tlenu
2. ↑wytwarzanie nadtlenku wodoru - H2O2 reaktywny czynnik utleniający- zabija mikroorganizmy
3. tworzenie anionu nadtlenkowego (toksyczny lecz niestabilny i dyzmutaza ponatlenkowa przekształca go w nadtlenek wodoru, który rozkładany jest przez katalazę)
4. tworzenie tlenu atomowego (jeden z elektronów przeskakuje na orbitę o wyższej energii)
5. tworzenie się rodników wodorotlenkowy - OH2* (wysoce niestabilne reagującymi z większością napotkanych cząsteczek organicznych)
6. powyższe reaktywne formy tlenu (RFT) są substratami do dalszych przemian katalizowanych przez mieloperoksydazę i Fe3+
7. kwas podchlorawy, chloraminy, rodnik wodorotlenowy (*OH), tlen singletowy (1O2) (silna aktywność bakteriobójcza)
Cząsteczki receptorowe na komórkach fagocytujących
1. Integryny - rodzina receptorów adhezyjnych - glikoproteiny zbudowane z pojedynczych łańcuchów α (Ca++, Mg++) i β (sekwencja bogata w cysteinę)
• Integryna β1 (wiązanie komórek do macierzy komórek utworzona z 10 łańcuchów alfa i wspólnego łańcucha β - CD 29)
• Integryna β2 - (adhezja leukocytów do komórek śródbłonka - utworzona z 3 łańcuchów alfa i wspólnego łańcucha β2 ( CD 18)
• Integryna β3 - (wpływają na interakcję pomiędzy płytkami krwi a neutrofilami w miejscu zapalenia i uszkodzenia naczyń - zwana cytoadhezynami obejmuje dwa rodzaje receptorów o jednakowym łańcuchu β3
(CD 6 1 )
a) płytkowa adhezyna gpll/llla (CD61/CD41)
b). receptory dla witronektyny (CD61/CD51)
• lntegryna β7 - (CD29) występuje wyłącznie na leukocytach i należy do tzw. receptorów zasiedlania dla limfocytów
2. Opsoniny
• składnik dopełniacza - C3b
• przeciwciała - kk. fagocytujące posiadają receptor zdolnego do krystalizacji (fragment Rc) pewnych cząsteczek immunoglobin
• zwiększenie siły interakcji
• izotopy IgG, IgG1, IgG3 aktywne IgG2, IgG4, IgA -mniej aktywne
• inne czynniki:
• fibronektyna - glikoproteina
• leukotrieny - leukotrien B4
• tuftsyna - produkt rozszczepienia leukokininy obecny w śledzionie
Czynniki humoralne w odporności nieswoistej:
1. przeciwciało i dopełniacz - (obecne w normalnej surowicy -przeciwciało jest indukowane przez niewykrywalne klinicznie infekcje i immunogenne składniki pożywienia)
• bakterioliza
• warstwa zewnętrzna bakterii - lipobiałkowa i liposacharydowa
• warstwa wewnętrzna - mukopeptyd (peptydoglikan)
• przeciwciało-dopełniacz uszkadzają warstwę lipopolisacharydową
• lizozym - (mukopeptydaza z surowicy niszczy wartwę mukopeptydową)
• kompleks ataku błonowego ( MAC) - (tworzenie porów w ścianie bakterii i utrata ważnych życiowo składników cytoplazmy)
2. nie będące przeciwciałami:
• czynniki chemotaktyczne
• properdyny - (aktywacja układu dopełniacza drogą alternatywną)
• Interferony (INF) (cytokiny antywirusowe - białka wytwarzane przez zainfekowany wirus)
• Interferon α (leukocytarny) - wydzielany przez makrofagi inne leukocyty jest indukowany przez wirusy i inne polinukleotydy
• Intrferon β (fibroblastyczny )
• Interferon γ - (immunologiczny - wytwarzany przez pobudzone komórki T i komórki naturalnie cytotoksyczne NK)
Efekty ochronne interferonów
• aktywują geny komórkowe przez indukowanie w sąsiednich komórkach produkcji białek antywirusowych, które zaburzają translację wirusowego mRNA
• blokują wirusową translację - (w wyniku dwóch procesów enzymatycznych)
1. kinaza białkowa (przenosi grupy fosforanowe z trójfosforanu adenozyny -ATP na czynnik inicjujący, konieczny do syntezy białka. Fosforyzacja inaktywuje czynnik i wirusowa synteza białka jest zahamowana)
2. polimeraza oligonukleotydowa (syntetyzuje trójnukleotydy adeninowe, któreaktywują endonukleazę trawiącą mRNA, co zapobiega replikacji wirusa)
• inne działania ochronne INF:
• zwiększenie aktywności komórek T
• aktywacja makrofagów
• zwiększenie ekspresji MHC na błonie komórkowej
• zwiększenie działania cytotoksycznego komórek NK
Komórki limfocytarne - uczestniczące w odporności nieswoistej
komórki NK - naturalne komórki zabijające naturalnie występujące limfocytycytotoksyczne w ilości 10-15% limfocytów krwi obwodowej
Funkcje:
• cytotoksyczność wobec kk. nowotworowych i zainfekowanych wirusem komórek autologicznych
• odporność na pewne infekcje bakteryjne, grzybicze i pasożytnicze
• cytotoksyczność komórkowa zależna od przeciwciał (ADCC)
Mechanizm działania:
zabijają komórki poprzez tworzenie porów w błonie komórkowej. Cząsteczki odpowiedzialne za tworzenie porów to: perforyny
1. perforyny (uwalniane z ziarnistości wewnątrzkomórkowych)
2. wnikanie do komórki docelowej (polimeryzacja w obecności Ca2+ kanałówpoliperforynowych)
3. depolaryzacja (nienormalny przepływ jonów i wyciekanie z cytoplazmy istotnychmetabolitów)
Komórki NK:
• nie podlegają restrykcji MHC (nie wymaga aby komórka NK rozpoznawała cząsteczkiMHC na komórkach docelowych)
• w czasie interacji z kk. docelowymi wydzielają liczne cytokiny (INF-α, INF-γ, IL-2,TNF- α i limotoksynę (TNF-β)
• nie wykazują swoistości antygenowej i nie nabywają pamięci
Regulacja aktywności komórek NK - stymuluje proliferację i wzmaga aktywność cytotoksyczna:
- IL-2
- IFN-α, IFN-β, IL-12, Il-15, IL-18 - naturalne czynniki hamujące aktywność lub proliferację
- prostaglandyny E
- PGE2 -zwiększa wewnątrzkomórkowe stężenie cAMP
- IL-4, TGF- β
- kortyzon (hydrokortyzon)
- PDGF - płytkowy czynnik wzrostowy
Fizjologiczna rola komórek NK:
- odporność przeciwnowotworowa - rola wspomagająca do limfocytów T
działanie NK na komórki nowotworowe o zmniejszonej ekspresji lub braku cząsteczek MHC klasy I.
- odporność przeciwzakaźna - bezpośrednia cytotoksyczność oraz poprzez wydzielanie IFN-γ i TNF.
- regulacja odpowiedzi immunologicznej
- LAK - komorki zabijające aktywowane limfokinami - podobne do NK
są to spoczynkowe limfocyty, które są aktywowane do stanu cytotoksycznego przez limfokinę IL-2.
- TIL - limfocyty infiltrujące nowotwór
są swoistymi nowotworowo komórkami T, które namnażają się in vitro w obecności IL-2 i komórek nowotworowych
Układ dopełniacza
· jest złożoną grupą białek osocza, które reagują ze sobą w sposób kaskadowy i chronią organizm przed czynnikami infekcyjnymi
· głównym miejscem syntezy białek jest wątroba oraz makrofagi tkankowe i fibroblasty mogą syntetyzować niektóre białka dopełniacza
Zakres aktywności biologicznej:
· funkcja opsonizacji - ułatwia proces fagocytozy
· funkcja zapalna - uwalnianie histaminy, aktywacja leukocytów, chemotaksja, lokalizacjaantygenów w pobliżu leukocytów B
· funkcja cytotoksyczna - liza kk. Docelowych
Rola układu dopełniacza:
Korzystna dla organizmu gospodarza:
- opsonizacja (opłaszczenie komórek lub cząsteczek składowymi białek dopełniacza) ułatwia fagocytozę)
- chemotaksja i aktywacja komórek żernych
- Liza komórek bakteryjnych oraz zakażonych komórek gospodarza
- usuwanie kompleksów immunologicznych
- eliminacja komórek apoptotycznych
Szkodliwa dla gospodarza:
- stan zapalny (przewlekły)
- wstrząs anafilaktyczny
Białka dopełniacza:
- C1 (qrs), C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9.
- czynnik B, D, H, I, properdyna P
- lektyna wiążąca mannozę, MBL
proteazy serynowe: MASP-1, MASP-2.
- inhibitor C1, (C1-INH, serpina)
białko wiążace C4b, C4-BP
czynnik przyspieszający rozkład konwertaz, DAF
receptor C1, (CR1), białko S (witronektyna)
1. faza inicjacji
2. faza amplifikacji
3. faza ataku błony
· droga klasyczna - wiąże nabyty system odporności (przeciwciała) z układem odporności wrodzonej (układem dopełniacza) poprzez wiązanie C1q z kompleksem immunologicznym
· droga alternatywna - szybka odpowiedź przeciw mikroorganizmom i innym patogenom na drodze aktywacji cząsteczki C3 na powierzchni „obcego"
· droga lektynowa (Kolektyna-lelctyna wiąże mannozę (MBL) MASP- i, MASP-2 - odpowiedniki C1r i C1s
Droga alternatywna wywoływana jest:
1. immunologicznie (zagregowane IgA lub IgG4)
• aktywacja przez podgrzanie lub substancje chemiczne
2. nieimmunologicznie (produkty komórek drobnoustrojów)
• lipopolisacharydy b. Gram- (np endotoksyny), kwasy techojowe, b. Gram +,
zymosan - ze ścian komórkowych u drożdży
składniki powierzni niektórych bakterii
• inne produkty rozszczepienia C3
C3e - powstaje poprzez odszczepienie od C3c, który jest tworzony poprzez działanie czynników II i I na C3b, uwalnia neutrofile ze szpiku kostnego powodując leukocytozę.
C3d - oddziaływuje na limfocyty B i działa jako czynnik wzrostowy tych komórek
C3NeF (czynnik nerkowy) - wykrywany jest u chorych z błoniasto-rozplemowym kłębuszkowym zapaleniem nerek, działa również jako przeciwciało przeciwko kompleksowi C3Bb i obniża stężenie dopełniacza (hypocomplementemia)