Ćwiczenie 1, II rok, Immunologia


Ćwiczenie 1: Wprowadzenie do zagadnień immunologii.

Krążenie limfocytów:

- Limfocyty stale krążą między krwią i narządami limfatycznymi

- 80% limfocytów dostaje się do węzłów chłonnych przez wyspecjalizowane tzw. Żyłki o wysokim śródbłonku (HEV)

- pozostałe limfocyty dostają się do węzłów chłonnych doprowadzającymi naczyniami limfatycznymi razem z komórkami dendrytycznymi i antygenami

- limfocyty opuszczają węzły chłonne odprowadzającymi naczyniami chłonnymi

- krążenie limfocytów pozwala spotkać im znane antygeny a także inne subpopulacje tych komórek, co pozwala im indukować skuteczną odpowiedź immunologiczną.

HEV w węzłach chłonnych i MALT umożliwia limfocytom opuszczanie światła naczynia i wnikanie do tkanki limfatycznej.

Układ odpornościowy charakteryzuje się bardzo wysokim stopniem skomplikowania i specjalizacji. Porównywany z układem nerwowym cechuje się zbliżoną mas, posiada zdolność ”uczenia się” i zapamiętywania. U podstaw jego sprawnego funkcjonowania leży zdolność do rozróżniania, które cząstki w organizmie są własne a które obce. Gdy uwzględniamy fakt, że każda z tych grup liczy setki tysięcy złożonych związków chemicznych nie możę dziwić stwierdzenie o jego kluczowej roli w zachowaniu integralności ustroju.

Dlaczego uczymy się immunologii?

- choroby zakaźne

- mechanizmy patogenności

- stosowanie szczepień

Choroby powodowane przez zaburzenie funkcji układu odporności:

- ALERGIA czyli odpowiedź immunologiczna na czynniki niepatogenne np. ASTMA

- AUTOIMMUNIZACJA - reakcja na własne antygeny np. STWARDNIENIE ROZSIANE

- ODRZUCANIE PRZESZCZEPU - odpowiedź immunologiczna na komórki PRZESZCZEPU.

- NIEDOBORY ODPORNOŚCI - uszkodzenia układu odporności

Modyfikacja funkcji układu odporności:

- IMMUNOSUPRESJA

- IMMUNOREGULACJA

ODPORNOŚĆ:

1. Wrodzona (nieswoista):

- bariery fizyczne i chemiczne

- dopełniacz

- komórki NK

- fagocyty (neutrofile, makrofagi)

- eozynofile

- komórki tuczne

- lizozym

- białka ostrej fazy

- cytokiny (chemokiny)

- receptory Toll-podobne i inne

- komórki dendrytyczne)

2. Nabyta (swoista):

- humoralna (komórki B) - przeciwciała

- CMI (komórki T)

Cechy odporności wrodzonej:

- istnieje od urodzenia

- obecna u wszystkich zwierząt

- reaguje tylko przeciwko substancjom drobnoustrojów

- jej swoistość polega na rozpoznawaniu makromolekuł występujących tylko na drobnoustrojach („wzory molekularne związane z patogenami” - PAMP)

- warunkuje skuteczną odpowiedź odporności nabytej

Cechy odporności nabytej:

- swoistość

- różnorodność

- pamięć

- wzmożona odpowiedź przy kolejnym kontakcie z tym samym antygenem

- samoograniczenie

- rozróżnienie między swój - obcy.

Cele odpowiedzi immunologicznej:

- rozpoznanie antygenu (np. drobnoustroju)

- usunięcie antygenu z organizmu

- wytworzenie pamięci immunologicznej na dany antygen

Klasyfikacja CD:

- oparta na identyfikacji pojedynczych epitopów przy użyciu przeciwciał monoklonalnych (1-2)

- CD to przede wszystkim antygeny różnicowania komórek i ich receptorów

- inne markery CD to: różne białka, enzymy, kompleksy lipidowe, cząsteczki adhezji itd.

- większość, ale nie wszystkie CD występują na powierzchni komórkę

- markery CD dotyczą przede wszystkim komórek hemopoetycznych

- aktualnie CD to ok. 250 markerów

- nomenklaturę CD uzgodniono w 1982 roku

Komórki odporności wrodzonej:

- NK (Natura Killer)

- duże ziarniste limfocyty (LGL) z ekspresją CD16 i CD56

- lizują komórki nowotworowe i zakażone wirusem (spontaniczna cytotoksyczność)

- 5-10% limfocytów krwi obwodowej

- komórka NK niszczy komórkę tarczową tworząc w niej otwory przy udziale perforyn.

- ich cytotoksyczność jest hamowana przez konwencjonalną ekspresję antygenów MHC na komórkach docelowych

- u osób z podwyższoną liczbą komórek NK - przypadki nowotworów są rzadsze.

- subpopulacje wykazują ekspresję aktywujących (KAR) i/lub hamujących receptorów (KIR) dla antygenów MHC klasy I

- znajdują się we krwi, śledzionie, płucach, przewodzie pokarmowym, macicy.

- aktywowane przez IL-2, IL-12, IL-15, IL-18

- zabijają komórki docelowe via perforyny/granzymy i receptory indukujące apoptozę.

Efekt cytotoksyczny komórek NK:

- jest regulowany przez dwa sygnały z powodu występowania dwóch receptoró: KIR (hamujący) i KAR (aktywujący)

- azurofilne ziarnistości komórek NK zawierają wiele toksycznych związków - perforyny, proteazy serynowe (granzymy), NKCF, białko TIA-1.

- zabijanie dokonuje się po przyłączeniu się do komórki docelowej

- aktywowane NK posiadają ekspresję FasL i zabijają na drodze apoptozy (Fas-FasL)

- należą do komórek ADCC bo posiadają receptor dla fragmentu Fc immunoglobuliny.

Subpopulacje limfocytów:

Definiowane na podstawie ekspresji typowych markerów powierzchniowych:

- komórki T: CD3, TCR, CD4, CD8, CD45.

- limfocyty B: slg

- komórki NK: brak CD3/slg, CD16, CD56.

Komórki odporności swoistej:

Limfocyty T i B to główne komórki odporności swoistej

- komórki T CD4 (T helper)

- wzmagają stymulację komórek B I syntezę przeciwciał

- aktywują makrofagi

- Komórki T CD8 (t cytotoxic/suppresor/regulator)

- zabijają komórki z ekspresją ocego antygenu

- regulują odpowiedz immunologiczną

- Komórki B

- po stymulacji jako plazmocyty syntetyzują przeciwciała

- mogą prezentować antygen (APC)

Główna funkcja komórek zaangażowanych w odpowiedź immunologiczną:

- limfocyty B - rozpoznanie antygenu i produkcja przeciwciał

- plazmocyty - produkcja przeciwciał

- limfocyty Th - pomoc w odpowiedzi immunologicznej, produkcja cytokin

- limfocyty Treg - hamowanie odpowiedzi immunologicznej, produkcja cytokin

- limfocyty Tc - zabijanie komórkę docelowych

- komórki NK - zdolne do zabicia komórek zainfekowanych wirusem i nowotworowych

- komórki dendrytyczne - prezentują antygeny limfocytom

Markery i rodzaje limfocytów B:

- Markery CD: CD19, CD20, CD21, CD22, CD35, CD40, CD72, CD80, CD86

- limfocyty B1: B1a (CD45+) i B1b (CD5-)

- limfocyty B1 stanowią około 20% limfocytów B we krwi obwodowej i śledzionie u zdrowych ludzi - wydzielają tylko IgM

- limfocyty B2: stanowią większość immunokompetentnych komórek B.

Aktywowane limfocyty T CD4+ TH1:

- stymulują makrofagi (m-fagi) do zabijania sfagoytowanych bakterii (IFNγ i CD40L)

- zabijają przewlekle zakażone komórki, uwalniając bakterie usuwane następnie przez m-fagi (FasL, LT)

- indukują proliferację komórek T (Il-2)

- indukują różnicowanie m-fagów w szpiku kostnym (IL-3, GM-CSF)

- aktywują śródbłonku, co warunkuje wiązanie monocytów i wyjście ze światła naczynia (LT, TNFalfa)

- powodują gromadzenie się makrofagów w miejscu infekcji (chemokina MCF)

Limfocyty T regulatorowe:

- limfocyty Th2 - wydzielają IL-4

- limfocyty Th3 - wydzielają TGF-beta

- Tr1 cells - wydzielają IL-10

- limfocyty T CD4+, CD25+, Foxp3

- limfocyty T CD8+, CD28-

- niektóre cytotoksyczne limfocyty T

- niektóre limfocyty T gamma/delta

- limfocyty NKT

Limfocyty T cytotoksyczne:

- limfocyty T alfa/beta CD8+

- limfocyty Th1 alfa/beta CD4+

- limfocyty T gamma/delta (CD+, CD4-, CD8-, CD16+)

- komórki NKT (CD3+, CD4-, CD8-, CD56)

- komorki Nk (CD2+, CD3-, CD4-, CD56, CD16+)

Zapewniają ochronę przed:

- większością wirusów

- niektórymi bakteriami (np. Listeria monocytogenes, Mycobacterium tuberculosis)

- pasożytami (np. Trypanosoma cruzi, Toxoplasma gondi, Plasmodium falciparum)

- nowotworami

Biorą udział lub powodują:

- reakcje nadwrażliwości takie jak: niszczenie tkanek w przypadku wielu chorób infekcyjnych (gruźlica!)

- niektóre choroby autoimmunizacyjne

- odrzucanie przeszczepów

- chorobę dawcy przeciwko biorcy (Graft-vs-host disease)

Czynniki cytotoksyczne ziarnistości limfocytów:

Ziarnistości cytolityczne są produktem aparatu Golgiego.

- perforyna - glikoproteina (556 amimokwasó) podobna do skłądnikó C8-C9 dopełniacza, zależna od jonów Ca, jej polimeryzacja prowadzi do tworzenia kanałów w błonie komórkowej.

- granzymy (fragmentyny) - proteazy serynowe. Wnikają do komórki przez kanały perforynowe, indukują apoptozę. Hydrolizują składniki macierzy pozakomórkowej.

- granulolizyna - należy do sapozyn, białek wiążących lipidy, niszczy błony komórkowe i mitochondrialne.

Funkcje efektorowi komórek CTL:

1. cytotoksyczność

- wydzielanie ziarnistości (perforyny, granzymy)

- Fas/FasL, TNF/TNF-R

2. zapalenia i oporność

- produkcja cytokin i chemokin (IFN-gamma, TNF-alfa, MIP1-beta i alfa, RANTES)

- aktywacja makrofagów

- bezpośrednie działanie przeciwwirusowe.

Cytotoksyczność zależna od przeciwciał:

- jest spowodowana występowaniem receptora Fc dla IgG na komórkach efektorowych (wykonawczych)

- receptor Fc wiąże przeciwciało związane z komórką docelową, co pozwala na bezpośredni kontakt między komórką efektorową a docelową

- komórki posiadające receptor Fc są nazywane zabójcami (K-cells)

- do komórek K należą: komórki NK, limfocyty T, monocyty, eozynofile, inne komórki mieloidalne.

Komórki prezentujące antygen:

- w odróżnieniu od innych, komórki TH tylko rozpoznają antygen, który w prawidłowo przebiegającej reakcji jest jej prezentowany w kontekście cząstek MCH przez inne komórki

- to są właśnie APC

- APC obejmują monocyty/makrofagi, komórki B, fibroblasty i komórki dendrytyczne

Charakterystyka antygenów:

- historycznie nazwa pochodzi od: antibody generators

* cząstki które pobudzają wytwarzanie przeciwciał i receptorów i swoiście się z nimi wiążą

- współcześnie rozróżniamy pomiędzy:

- antygenem - cząstką wiążącą swoiście przeciwciało lub receptor TCT lub BCR

- immunogenem - cząstką która może pobudzać reakcje odpornościową

- najlepszymi antygenami/immunogenami są białka o m.cz. powyżej 10 000

1. naturalne- antygeny związane z komórkami i drobnoustrojami (białka, gliko- i lipoproteiny, wielocukry)

2. sztuczne- proste związki syntetyczne

3. syntetyczne- syntetyczne polimery aminokwasów o prstej budowie

Antygeny ze względu na obcość można podzielić na:

- syngeniczne - izogeniczne - u bliźniąt jednojajowych

- allogeniczne - u osobników tego samego gatunku

- ksenogeniczne - u przedstawicieli różnych gatunkó.

Antygen heterogeniczny (heterofilny) - np. antygen Forssmana, występujący na powierzchni krwinek czerwonych niektórych gatunków zwierząt i na powierzchni bkterii. Gatunki nie posiadające tego antygenu (człowiek, królik, szczur) wytwarzają przeciwciała heterofilne przeciwko niemu.

Antygen sekwestrowany:

- autoantygen oddzielony anatomicznie od układu odpornościowego (tyreoglobulina, miozyna, antygen nabłonka plemnikotwórczego, białka szklistki)

- istotne przy zniesieniu bariery sekwestracyjnej w patogenezie autoimmunizacji

Hapten:

- cząstka o małej m.cz. niezdolna do wywołania odpowiedzi, zdolna do reakcji z produktami tej reakcji

- wywołuje odpowiedz immunologiczną i spełnia funkcję typowego antygenu po połączeniu z nośnikiem, zazwyczaj białkowym. Przykład: penicylina G

Antygeny:

- TD - grasiczozależne

- TI-1 - grasiczoniezależne 1 - poliklonalne aktywatory limfocytów B (LPS, dekstran)

- TI-2 - poliwalentne, częściowo grasiczoniezależne (filol., polisacharydy pneumokoków i inne)

Determinanty antygenowe rozpoznawane przez komórki B i Ab

* Budowa i charakter substancji

- białka, polisacharydy

- sekwencja AA - determinanta liniowa

- determinanta konfirmacyjna

- wielkość 4-8 reszt aminokwasowych

Cząsteczki wiążące antygen:

- błonowe Ig

- receptory limfocytów T (TCR, T-cell receptors)

- HLA (MHC) klasy I

- HLA (MHC) klasy II

- cząsteczki wrodzonej odporności (lektyny i inne)

Superantygen - przykłady:

- enterotoksyna gronkowcowa gł. A i B

- gronkowcowa toksyna wstrząsu septycznego

- gronkowcowa toksyna złuszczająca

- egzotoksyna paciorkowcowa

- paciorkowcowe białko M

a także produkty Yersinia pseudotuberculosis, M. tuberculosis, Mycoplasma arthritidis, Toxoplasma gondii oraz wirusów

Czym są przeciwciała?

- białka swoiste wobec antygenu, wytwarzane przez komórki plazmatyczne

- należą do nadrodziny immunoglobulin

- krążą we krwi i chłonce

- tworzą BCR (IgM i IgD)

- wiążą patogenny i ich toksyny w przestrzeni zewnątrzkomórkowej

- gigantyczny repertuar Ab

- wydzielnicza forma immunoglobulin

Budowa przeciwciał:

- Ab są glikoproteinami zbudowanymi z 4 łańcuchów polipeptydowych i węglowodanów

- struktura:

- 2 identyczne łańcuchy ciężkie (H)

- 2 identyczne łańcuchy lekkie (L)

- typowa budowa „Y”

- pojedynczy łańcuch polipeptydowi składa się z 2 regionów:

- ZMIENNEGO

- N-terrminalny

- z miejscem wiążącym Ag

- STAŁEGO

- C-terminalny

- miejsca wiązania receptorów powierzchniowych komórek i dopełniacza

- łańcuchy polipeptydowi są połączone wiązaniami disulfidowymi

- cząstka Y może być cięta proteazami na:

- fragment wiążący Ag - Fab

- fragment krystalizujący - Fc

Generacja różnorodności przeciwciał

- repertuar Ab u każdego z nas jest większy niż 1016

- immunoglobuliny przełamały regułę: jeden gen = jedno białko

- w przeciwnym wypadku większość naszego genomu byłąby odpowiedzialna za kodowanie biosyntezy przeciwciał.

Zróżnicowanie tworzą:

- rearanżacja genów

- różnorodność wiązań krzyżowych

- różnorodność kombinacyjna (łańcuchów H i L)

- hipermutacje somatyczne dojrzewanie powinowadztwa

Odmiany przeciwciał:

1. izotypowe

- różnice w budowie łańcuchów lekkich i ciężkich będące podstawą podziału na klasy i typy

2. allotypowe

- zależne od obecności w częściach stałych łańcuchów ciężkich i lekkich różnych aminokwasów w określonej pozycji łańcucha polipedydowego

- wykrywane są one u osobników tego samego gatunku

3. idiotypowe

- związane z różnicą budowy części zmiennej łańcuchów

- przeciwciała o tej samej swoistości mają te same markery idiotypowe.

Klasy (izotopy) immunoglobulin

Podział na klasy bazuje na cechach regionu stałego ŁAŃCUCHA CIĘŻKIEGO:

- immunoglobuliny A

- immunoglobuliny D

- immunoglobuliny E

- immunoglobuliny G

- immunoglobuliny M

* różnice we własnościach łańcuchów ciężkich

* długość fragmentu stałego, lokalizacja wiązań disulfidowych, region zawiasowy, zawartość węglowodanów

* Ig różnych klas mają odmienne funkcje efektorowe

„Parametry” przeciwciał:
- Wartościowość przeciwciała - liczba determinant antygenowych jakie może związać cząsteczka przeciwciała. IgG, IgD mają dwa miejsca wiązania antygenu, są więc dwuwartościowe.

- Powinowactwo - siła wiązania pojedynczej determinanty antygenowej. Przeciwciała o tej samej swoistości do antygenu mogą różnić się powinowactwem do tegoż antygenu (ścisłością, stopniem dopasowania do antygenu).

- Awidność (zachłanność) - siła wiązania wielowartościowego antygenu przez przeciwciała.

Przeciwciała IgM w odpowiedzi immunologicznej:

- wytwarzane jako pierwsze w odpowiedzi humoralnej

- wytwarzane zanim w komórkach B zajdzie hipermutacja somatyczna

- występuje jako pentametr z łańcuchem J

- jako pierwsze we krwi

- aktywuje dopełniacz

Przeciwciała IgG w odpowiedzi immunologicznej:

- syntetyzowane jako wtórne

- główna klasa Ab we krwi i płynach (75%)

- 4 podklasy (1-4)

- IgG1 i IgG3 są silnymi opsoninami

- biorą udział w reakcjach nadwrażliwości

- przechodzą przez łożysko

Przeciwciała IgA w odpowiedzi immunologicznej:

2 podklasy (IgA1 i IgA2) i 2 formy (monomer i dimer)

* IgA1

- 85% surowiczych IgA

- monomer

- reaguje z Ab białkowymi

- aktywuje alternatywnie dopełniacz

* IgA2

- 15% surowiczych IgA

- dimer

- łańcuch J jak w IgM oraz fragment S.C.

- wysoki poziom na powierzchni błon śluzowych i w wydzielinach

- reaguje z polisacharydami i LPS

Przeciwciała IgD w odpowiedzi immunologicznej:

- 1% Ig

- krótki czas półtrwania

Przeciwciała IgE w odpowiedzi immunologicznej:

- niskie stężenie w surowicy

- wysoka koncentracja na powierzchni komórek tucznych, wiązanie przez FceRll

- w reakcji swoistej z alergenem degranulacja komórki tucznej

Przeciwciała monoklonalne:

Przeciwciała wytwarzane przez komórki tylko jednego klonu, swoiście rozpoznające tylko jedną determinantę antygenową nazywamy przeciwciałami monoklinalnymi (MAb).

Metoda otrzymywania MAb została opracowana przez Milsteina i Kohlera, którzy stworzyli hodowlę komórek mających zdolność nieograniczonej produkcji przeciwciał o określonej swoistości. Dokonali oni połączenia (fuzji) dwóch rodzajów komórek: limfoblastów B uzyskanych ze śledziony immunizowanej myszy oraz komorek szpiczaka. Tak powstała komórka potomna (hybrydoma) ma zdolność produkcji określonego typu przeciwciał (cecha uzyskana od limfoblastów B) i nieograniczonego namnażania (cecha komórek szpiczaka).

Do fuzji zastosowano komórki szpiczaka wykazujące niedobór kinezy tymidynowej (TK) oraz transferazy hipoksantyno-gunino-fosforybozylowej (HGPRT) natomiast komórki plazmatyczne nie wykazują defektów i kompensują ten niedobór po fuzji w hybrydoma. Żaden z tych dwóch enzymów nie jest niezbędny do przeżycia i rozwoju komórek w normalnych warunkach hodowli. Jeżeli jednak tor syntezy pirymidyny i puryny zostanie zablokowany np. przez aminopterynę ich niedobór staje się śmiertelny dla komórki. Tak więc w warunkach hodowli z zastosowaniem podłoża zawierającego HAT przeżywa tylko hybrydoma będąc po selekcji i namnożeniu nieograniczonym źródłem żadanego MAb.

1



Wyszukiwarka