Wprowadzenie do zagadnień immunologii

Układ odpornościowy charakteryzuje się b. wysokim stopniem skomplikowania i specjalizacji. Porównywany z układem nerwowym cechuje się zbliżoną masą, 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 uwzględnimy fakt, że każda z tych grup liczy setki tysięcy złożonych związków chemicznych nie może dziwić stwierdzenie o jego kluczowej roli w zachowaniu integralności ustroju.

Układ immunologiczny (chłonny) obejmuje:

narządy i naczynia limfatyczne

krążące limfocyty ~10¹²

Narządy limfatyczne

centralne obwodowe

- szpik - grudki i węzły chłonne

- grasica - migdałki

- wyrostek robaczkowy

- śledziona

narządy centralne są miejscem powstawania komórek immunokompetentnych i nie biorą udziału w reakcjach immunologicznych

Szpik odpowiednik kaletki Fabrycjusza u ptaków będącej miejscem róznicowania się limfocytów B. Wszystkie rodzaje: limfocytów, makrofagi, komórki dendrytyczne powstają z prekursorów występujących w szpiku.

Grasica składa się z 2. płatów, a każdy z nich z płacików z częścią korową i rdzeniową. Części korowe oddzielone są od siebie przegrodami łącznotkankowymi, a części rdzeniowe łączą się ze sobą. Zręb grasicy składa się z torebki i przegrody łącznotkankowej oraz wielu rodzajów komórek na powierzchni których znajdują się antygeny układu zgodności tkankowej. Zasiedlana jest już od 8 tygodnia życia płodowego przez pierwsze prekursory limfocytów T wywodzące się z multipotencjalnej komórki macierzystej płodowych narządów krwiotwórczych (pęcherzyk żółtkowy, wątroba, śledziona). W dorosłym życiu źródłem tych prekursorów jest szpik. Ich osiedlaniu w grasicy sprzyjają liczne czynniki chemotaktyczne (2 mikroglobulina) wydzielane przez komórki nabłonkowe zrębu i cząstki adhezyjne obecne na powierzchni tych komórek; LFA-3, ICAM-1 a także na powierzchni komórek macierzystych i protymocytach; LFA-1, CD2.

Grasica jest miejscem dojrzewania morfologicznego i czynnościowego limfocytów T. Po opuszczeniu grasicy limfocyty T zasiedlają część grasiczozależną narządów obwodowych, lub krążą w ustroju.

Wydzielnicza funkcja grasicy

Hormony określane jako grasicze: tymozyna, tymopoetyna, grasiczy czynnik surowiczy, tymulina, tymostymulina,

Cytokiny: interleukny, czynniki wzrostowe /G-CSF, M-CSF, GM-CSF, TGF-β, SCF/, TNF-β, LIF.

TSH, GH ⇒ stymulacja wzrostu grasicy

hormony sterydowe, gł. CS ⇒ inwolucja grasicy

Narządy obwodowe: w węzłach chłonnych i śledzionie istnieją strefy grasiczozależne (część parakortykalna węzła i miąższu białego śledziony) i grasiczoniezależne (np. grudki chłonne) zasiedlane przez limfocyty T i B.

Funkcje węzłów chłonnych

- oczyszczają chłonkę z Ag, drobnoustrojów, komórek neo i drobnych cz. stałych,

- miejsce powstania, namnażania i różnicowania się nowych pokoleń limfocytów,

- miejsce reakcji immunologicznych.

Funkcje śledziony

- hemopoeza w życiu płodowym,

- miejsce powstawania nowych generacji limfocytów i monocytów,

- filtr krwi (fagocytoza i niszczenie zużytych komórek),

- miejsce reakcji immunologicznych /gł. wytwarzania przeciwciał/.

Komórki układu odpornościowego

limfocyty T ~ 70%,

limfocyty B ~13%,

komórki NK ~10%,

komórki K,

komórki dendrytyczne i makrofagi /komórki APC/.

rozsiane w całym organizmie, szczególnie dużo jest ich w narządach układu chłonnego, - 107 tych komórek ginie w ciągu minuty.

Granulocyty i komórki tuczne nie należą do komórek układu immunologicznego, lecz ściśle z nimi współdziałają.

Limfocyty

1. limfocyty B /bursa/

- odpowiedzialne za odpowiedź typu humoralnego,

- subpopulacje w zależności od klasy wytwarzanych p.ciał,

- subpopulacja CD5⁺, ~20% u dorosłych, ~90% u chorych na CLL, ↑ w RA,

- mają zdolność rozpoznawania antygenu za pomocą powierzchniowych immunoglobulin,

- po przekształceniu w plazmocyta wytwarzają i wydzielają do środowiska immunoglobuliny, które posiadają zdolność swoistego wiązania się z antygenem.

2. limfocyty T /thymus/

grasiczozależne,

odpowiadają za reakcje immunologiczne typu komórkowego,

tradycyjnie dzielone na:

a. limfocyty T pomocnicze Th/ CD4, rozpoznające Ag w połączeniu z MHC klasyII,

b. limfocyty T supresorowe Ts/ CD8, regulujące odpowiedź immunologiczną,

c. limfocyty T cytotoksyczne Tc/ CD8, zdolne do zabijania innych komórek (obcych, nowotworowych, zakażonych wirusami).

wszystkie limfocyty T posiadają receptor TCR, stąd podział na:

a. Tαβ pomocnicze,

b. Tαβ supresorowe/cytotoksyczne,

3. Tγδ.

3. limfocyty trzeciej populacji

określane jako "non-T, non-B" lub jako limfocyty "null",

~10% limfocytów - t.zw. duże ziarniste limfocyty /large granular lymphocytes, LGL/, gdzie wyróżniamy:

a. komórki NK /natural killers/, ~70% LGL,

- są to naturalne komórki cytotoksyczne posiadające naturalną zdolność do zwalczania nowotworów i komórek zakażonych wirusem,

b. komórki NC /natural cytotoxic/,

c. komórki NS /natural suppressors/,

d. komórki K /killers/,

- od nich zależy tzw. cytotoksyczność zależna od przeciwciał /antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC/.

Komórki prezentujące antygen

komórki dendrytyczne i makrofagi należą do komórek prezentujących antygen /APC/ dzięki posiadaniu określonych cech:

a. makrofag posiada zdolność fagocytozy antygenu, przetworzenia i prezentacji jego determinant na swej powierzchni,

b. k. dendrytyczne nie potrafią fagocytować, ale długotrwale wiążą antygeny na swej powierzchni prezentując je komórkom immunologicznie kompetentnym,

c. oba rodzaje komórek posiadają na swych powierzchniach antygeny zgodności tkankowej MHC klasy II.

Markery limfocytów T

TCR (T-cell receptor)

- receptor rozpoznający Ag i posiadający zdolność jego wiązania po "obróbce" przez enzymy komórki APC w połączeniu z antygenami MHC na jej powierzchni,

- zbudowany z 2 łańcuchów:

= , → TCR,

= , → TCR ~2% limfocytów krwi obwodowej.

- w każdym z łańcuchów część stała i zmienna,

- kodowane przez geny analogiczne do tych kodujących immunoglobuliny V, J i C (, ) i V, D, J i C dla (, ).

- wysoka różnorodność receptorów TCR.

CD3

- w błonie komórkowej limfocyta T receptor TCR występuje w kompleksie z molekułą CD3 (pięć niezmiennych łańcuchów , , , , ), pełniącą rolę w przekazywaniu sygnału pobudzenia do wnętrza komórki po związaniu antygenu przez TCR.

CD2

- antygen T11, LFA-2,

- obecny na wszystkich limfocytach T,

- receptor dla krwinek czerwonych barana,

- wiąże się z glikoproteiną LFA-3 /lymphocyte function associated antigen/,

- odgrywa rolę w aktywacji limfocytów T, prezentacji antygenu, w kontakcie cytotoksycznych limfocytów T z komórkami docelowymi i tymocytów z nabłonkiem grasicy.

CD4 i CD8

- charakterystyczne dla limtocytów T supresorowych /CD8/ i T pomocniczych /CD4/,

- obecne są na 95% wszystkich, dojrzałych limfocytów T,

- pozostałe /double negative/ spotykane są najczęściej wśród limocytów T,

- CD4 zbudowana jest z pojedynczego łańcucha ,

- CD8 zbudowana jest z łańcuchów i ,

- obie molekuły odgrywają rolę stabilizującą i wspomagającą w procesie prezentacji antygenu.

- stosunek CD4/CD8 ~ 2:1

PRZECIWCIAŁA

Budowa cząsteczki immunoglobuliny

- 4 łańcuchy: 2 lekkie L i 2 ciężkie H powiązane mostkami siarczkowymi,

- różnice w zakresie budowy łańcuchów ciężkich podstawą podziału immunoglobulin na 5. klas: IgA (), IgD (), IgE (), IgG (), IgM (),

- łańcuchy lekkie L występują w 2. typach: (kappa) i (lambda).

- podklasy → drobne różnice w budowie łańcuchów ciężkich w zakresie tej samej klasy np. IgG2, IgG3,

- podtypy → drobne różnice w budowie łańcuchów lekkich,

- podklasy i podtypy → odmiany izotypowe przeciwciał,

- monomery - 4 łańcuchy = 1 cząsteczka, np. IgG, IgA w surowicy,

- polimery: IgM - pentamer /forma polimorficzna/, IgA wydzielnicze - dimer,

- dodatkowy peptyd łączący J, fragment wydzielniczy /SC/.

We fragmentach N-końcowch łańcuchów ciężkich i lekkich znajduje się część zmienna immunoglobulin, określana jako część wiążąca antygen /Fab/. Swoistość przeciwciała wynika z konfiguracji przestrzennej łańcuchów ciężkich i lekkich części zmiennej, oraz od sekwencji aminokwasów w tych łańcuchach. Części zmienne przeciwciał /Fab/ wiążących różne epitopy antygenu różnią się od siebie, natomiast części stałe /Fc/ przeciwciał danej klasy są jednakowe. Część stała Fc jest miejscem w którym znajdują się domeny odpowiedzialne za aktywację dopełniacza, a także miejscem wiązania z komórkowymi receptorami dla fragmentów Fc przeciwciał.

Immunoglobuliny mają 3 rodzaje markerów antygenowych wg. których możemy je klasyfikować. Są to markery:

1. izotypowe

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

- zdrowi ludzie mają wszystkie odmiany izotypowe przeciwciał,

2. allotypowe

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

- 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.

Charakterystyka klas przeciwciał

IgG

- 4 podklasy IgG1-IgG4,

- ma zdolność wiązania antygenów bakteryjnych i wirusowych,

- IgG1 i IgG3 wiążą i aktywują dopełniacz na drodze klasycznej,

- opsonizują antygen, uzbrajają komórki

- przenikają przez łożysko zapewniając noworodkowi odporność bierną,

IgM

- przeciwciała pierwszej fazy obrony /zjawisko przełączania klasy/, jako pierwsze syntetyzowane są w życiu osobniczym,

- 100-400x silniej aktywują dopełniacz niż IgG,

- pentamer,

IgD

- wraz z IgM stanowią immunoglobuliny powierzchniowe limfocytów B,

IgA

- 80-95% to forma monomeru,

- obecne w wydzielinach surowiczo-śluzowych,

IgE

- tzw. reaginy,

- przeciwciała cytofilne na powierzchni komórek tucznych,

- biorą udział w reakcjach anafilaksji.

Wartościowość przeciwciała - liczba determinant antygenowych jakie może związać cząsteczka przeciwciała. IgG,IgD mają dwa miejsca wiązania antygenu, są więc 2. wartościowe.

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.

Teorie powstawania przeciwciał

Teoria informacyjna - omnipotencjalnay limfocyt B dopiero po kontakcie z antygenem uzyskiwałby zdolność produkcji swoistych przeciwciał.

Teoria selekcji klonalnej - zakłada, że w organizmie istnieją wielkie ilości klonów limfocytów zdolnych swoiście reagować na wiele różnorodnych antygenów przed ich wtargnięciem do ustroju. Dostający się do ustroju antygen dokonuje selekcji swoistego klonu komórkowego limfocytów B i aktywuje go do proliferacji i syntezy przeciwciał .

Geny immunoglobulin

1.Synteza części stałej

- gen kodujący część stałą C,

2. Synteza części zmiennej

- łańcucha lekkiego jest kodowana przez dwa geny: V /variable/ i J /joining/,

- łańcucha ciężkiego jest kodowana przez trzy geny: V, D /diversity/ i J,

- są to geny nieciągłe, oddzielone intronami od siebie i od genu kodującego część stałą.

Kodowanie łańcuchów lekkich - w trakcie różnicowania komórek B dochodzi do przypadkowego zbliżenia genu V do genu J z usunięciem fragmentu DNA leżącego między nimi. W wyniku tego powstaje kompleks V-J-C, który ulega transkrypcji na cząsteczkę mRNA. Następnie dochodzi do wycięcia intronów i ewentualnie zbędnego genu J.

Kodowanie łańcuchów ciężkich - zachodzi podobnie, w kodowaniu części zmiennej biorą dodatkowo udział geny D. Dochodzi do połączenia jednego spośród kilkudziesięciu genów D z jednym spośród kilku genów J.Powstaje sekwencja D-J, która ulega połączeniu z jednym z kilkuset genów V. Taki sposób formowania genów kodujących łańcuchy lekkie i ciężkie jest źródłem różnorodności przeciwciał, którą potencjalnie można określić na 10¹⁰-10¹¹ kombinacji.

PRZECIWCIAŁA MONOKLONALNE

Przeciwciała wytwarzane przez komórki tylko jednego klonu, swoiście rozpoznające tylko jedną determinantę antygenową nazywamy przeciwciałami monoklonalnymi /MAb/. Metoda otrzymywnia MAb została opracowana przez Milsteina i Khlera, którzy stworzyli hodowlę komórek mających zdolność nieograniczonej produkcji przeciwciał o określonej swoistości. Dokonali oni połączenia /fuzji/ dwóch rodzajów komórek: limfoblastów B uzyskiwanych ze śledziny immunizowanej myszy oraz komórek 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 kinazy tymidynowej /TK/ oraz transferazy hipoksantyno-gunino-fosforybozylowej /HGPRT/, natomiast komóreki 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. Jeźeli jednak tor syntezy pirymidyny i puryny zostanie zablokowany przez np. aminopterynę ich niedobór staje się śmiertelny dla komórki. Tak więc w warunkach hodowli z zastosowaniem podłoża zawierającego HAT przeżywają tylko hybrydoma będąc po selekcji i namnożeniu nieograniczonym źródłem żądanego MAb.

Odpowiedź immunologiczna

odpowiedzią immunologiczną nazywamy reakcję organizmu na kontakt z antygenem

Odpowiedź immunologiczna

humoralna komórkowa

Cechy odpowiedzi immunologicznej:

1. zdolnolność do rozpoznania antygenu,

2. zdolność do uruchomienia swoistych mechanizmów obronnych przeciwko antygenowi;

a. w przypadku odpowiedzi humoralnej produkcja swoistych do antygenu przeciwciał,

b. bezpośredni efekt cytotoksyczny limfocytów, zdolność do wydzielania limfokin,

3. pamięć immunologiczna.

Podział odpowiedzi immunologicznej na humoralną i komórkową jest nieco sztuczny gdyż antygen najczęściej wywołuje oba typy odpowiedzi a przewaga określonego typu odpowiedzi zależy od postaci antygenu, sposobu i drogi jego wniknięcia lub podania.

Antygeny posiadające zdolność indukowania produkcji przeciwciał podzielić można na grasiczozależne i grasiczoniezależne. W odpowiedzi na antygeny grasiczozależne limfocyty B potrzebują pomocy ze strony limfocytów T. W odpowiedzi na niektóre antygeny obecność limfocytów T można zastąpić wydzielanymi przez nie limfokinami, natomiast inne antygeny wymagają obecności limfocytów T. Odpowiedź na antygeny grasiczoniezależne nie wymaga obecności limfocytów T. Są to np: LPS, dekstran.

Antygeny

Antygen /Ag/ - cząsteczka rozpoznawana przez komórki immunokompetentne jako obca.

Obca = różniąca się antygenami powierzchniowymi od antygenów organizmu do którego się dostała.

Cechy antygenów:

1. immunogenność - zdolność do wzbudzania odpowiedzi immunologicznej (produkcji przeciwciał i uczulonych limfocytów).

2. antygenowość - zdolność do reagowania z powstałymi przeciwciałami i uczulonymi komórkami.

Hapten

- antygen niekompletny który posiada zdolność do reakcji z produktami odpowiedzi immunologicznej.

Antygeny:

1. naturalne

- antygeny związane z komórkami i z drobnoustrojami /białka, gliko- i lipoproteiny, wielocukry/,

2. sztuczne

- proste związki syntetyczne,

3. syntetyczne

- syntetyczne polimery aminokwasów o prostej budowie.

Antygeny ze względu na tzw. obcość można podzielić na:

- syngeniczne - u bliźniąt jednojajowych,

- allogeniczne - u osobników tego samego gatunku,

- ksenogeniczne - u przedstawicieli różnych gatunków,

IgD

- wraz z IgM stanowią immunoglobuliny powierzchniowe limfocytów B,

IgA

- 80-95% to forma monomeru,

- obecne w wydzielinach surowiczo-śluzowych,

IgE

- tzw. reaginy,

- przeciwciała cytofilne na powierzchni komórek tucznych,

- biorą udział w reakcjach anafilaksji.

Wartościowość przeciwciała - liczba determinant antygenowych jakie może związać cząsteczka przeciwciała. IgG,IgD mają dwa miejsca wiązania antygenu, są więc 2. wartościowe.

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.

Teorie powstawania przeciwciał

Teoria informacyjna - omnipotencjalnay limfocyt B dopiero po kontakcie z antygenem uzyskiwałby zdolność produkcji swoistych przeciwciał.

Teoria selekcji klonalnej - zakłada, że w organizmie istnieją wielkie ilości klonów limfocytów zdolnych swoiście reagować na wiele różnorodnych antygenów przed ich wtargnięciem do ustroju. Dostający się do ustroju antygen dokonuje selekcji swoistego klonu komórkowego limfocytów B i aktywuje go do proliferacji i syntezy przeciwciał .

1

---