Wykład 4
Odporność na patogeny dzielimy na: odporność wrodzoną i odporność nabytą.
Odporność nabytą klasyfikujemy na dwa typy odpowiedzi: odpowiedź humoralną i odpowiedź komórkową.
Odporność nabyta jest takim rodzajem odporności, która rozwija się powoli. Komórkami, które odpowiadają za reakcje odpornościowe odpowiedzi humoralnej i odpowiedzi komórkowej są limfocyty. Limfocyty B - odpowiedź humoralna, limfocyty T -odpowiedź komórkowa. Zarówno limfocyty B jak i limfocyty T posiadają na swojej powierzchni receptory dla antygenów. Podobnie receptory dla antygenów na swojej powierzchni posiadają komórki odpowiedzi wrodzonej. Receptory dla antygenów które znajdują się na limfocytach, zarówno B jak i T, są receptorami, które bardzo swoiście rozpoznają antygeny: nie rozpoznają grup antygenów, tylko określony rodzaj antygenu. Czyli są to receptory o bardzo dużej specyficzności. I jednocześnie, limfocyty, które są generowane, które powstają, a limfocyty powstają w szpiku, różnicowanie i rozwój limfocytów B odbywa się wyłącznie w szpiku kostnym i osiągają dojrzałość te komórki w szpiku kostnym, opuszczają szpik kostny naczyniami krwionośnymi i zasiedlają obwodowe narządy limfatyczne. Natomiast rozwój limfocytów T odbywa się z udziałem i szpiku kostnego i centralnego narządu limfatycznego jakim jest grasica. W czasie powstawania, generowania tych komórek zarówno w szpiku kostnym jak i w grasicy powstaje bardzo dużo komórek, które charakteryzują się różnorodnością receptorów. Znaczy się są limfocyty, które mają tak różnorodne receptory, które praktycznie są w stanie rozpoznać każdą substancję, która jest dla organizmu obca i rozpoznają ją jako antygen i mają zdolność do odpowiadania na taki rodzaj substancji. Przy czym mówiąc o substancji: rożne rodzaje antygenów pod względem struktury chemicznej są w stanie rozpoznawać limfocyty B, natomiast limfocyty T są komórkami, które potrafią rozpoznawać jedynie antygeny białkowe. Czyli receptory dla antygenów na limfocytach wykazują bardzo dużą specyficzność, są różnorodne i wykształcają się wielokrotnie w ciągu całego życia, one zmieniają się w ciągu życia, natomiast receptory dla antygenów odporności wrodzonej pozostają niezmienne (tak się na razie wydaje). I odporność nabyta pozostawia coś co nazywamy pamięcią immunologiczną. Limfocyty T i limfocyty B: w jaki sposób powstają te komórki? Miejscem powstawania limfocytów T i B w rozwoju płodowym jest wątroba płodowa, następnie już w rozwoju płodowym kończą się te funkcje wątroby i przejmuje je szpik kostny. U osobników dojrzałych generowanie limfocytów przejmuje w całości szpik kostny. W szpiku kostnym limfocyty T i limfocyty B powstają z komórek macierzystych szpiku kostnego. Komórki hematopoetyczne szpiku kostnego dzielą się na dwie główne linie rozwojowe; na linię mieloidalna i linię limfoidalną. Zajmiemy się wyłącznie linią limfoidalną i linia limfoidalna daje początek limfocytom B i limfocytom T. Czyli: komórki macierzyste szpiku kostnego komórki linii limfoidalnej komórki linii limfoidalnej B i T. Dojrzewanie limfocytów B następuje całkowicie w szpiku kostnym, dojrzałe limfocyty B poprzez układ krwionośny transportowane są do obwodowych narządów limfatycznych, czyli do węzłów limfatycznych, do śledziony i do grudek limfatycznych zasiedlających błony śluzowe układu pokarmowego, układu oddechowego, układu moczowo-płciowego. Natomiast limfocyty T powstają do pewnego momentu w tym samym szlaku różnicowania tyle tylko, że szpik kostny opuszczają komórki progenitorowe limfocytów T, naczyniami krwionośnymi przedostają się do grasicy i w grasicy następują dalsze etapy różnicowania limfocytów T i dojrzałe limfocyty T, jako już dojrzałe komórki o potencjalnie różnej funkcji biologicznej zasiedlają również obwodowe narządy limfatyczne. Limfocyty są komórkami, które w mikroskopie świetlnym w ogóle się od siebie nie różnią, czyli bardzo są podobne z wyglądu, natomiast są to komórki, które pełnią różne funkcje. I limfocyty nie są populacją jednorodną. W obrębie limfocytów wyróżnia się przede wszystkim: limfocyty B i limfocyty T. Limfocyty B to są te komórki, które produkują przeciwciała. Czyli to są jedyne komórki w układzie odpornościowym, które produkują immunoglobuliny, które maja funkcję przeciwciał. Limfocyty T z kolei są taką populacją jeszcze bardziej zróżnicowaną i w obrębie limfocytów T rozróżnia się 3 główne funkcjonalne populacje limfocytów T: to są tak zwane limfocyty T helperowe, które to komórki odgrywają fundamentalna rolę w regulacji odporności nabytej poprzez produkcje białek regulujących rozwój i funkcje efektorowe zarówno limfocytów B jak i limfocytów T cytotoksycznych. Czyli w organizmie, który wykazuje jakąkolwiek dysfunkcję limfocytów T, może to być na przykład genetyczny brak grasicy. Są takie szczepy myszy, które nazywamy myszami nagimi, znaczy nagie są nie dlatego, że nie posiadają grasicy tylko brak grasicy jest skorelowany z brakiem owłosienia i ta mysz jest faktycznie naga. I szczepy myszy, które nazywamy myszami nagimi są to myszy bezgrasicze. I taka mysz bezgrasicza nie ma w ogóle możliwości do obrony przed infekcjami wirusowymi, w ogóle przed patogenami, które infekują komórki, czyli przed patogenami wewnątrzkomórkowymi i również ma bardzo ograniczone możliwości do obrony przeciwko patogenom zewnątrzkomórkowym. Większość bakterii to są patogeny zewnątrzkomórkowe. Produkują bardzo niski poziom przeciwciał, więc odporność na różnego rodzaju infekcje jest bardzo ograniczona i są to zwierzęta, które muszą być hodowane w warunkach patogen-free. Czyli limfocyty helperowe są to limfocyty, które same nie wykonują żadnych funkcji efektorowych czyli na przykład nie produkują przeciwciał, nie mają funkcji cytotoksycznej, nie zabijają komórek zakażonych wirusami ani komórek nowotworowych; natomiast wspomagają odpowiedź zarówno limfocytów B jak i limfocytów T cytotoksycznych poprzez produkcję białek regulatorowych. Inną populacją limfocytów T to są limfocyty cytotoksyczne. Limfocyty T cytotoksyczne są takimi komórkami, które zabijają komórki docelowe, którymi to komórkami docelowymi są wszystkie komórki naszego organizmu zainfekowane wirusami, czyli zabijają komórki zakażone wirusami i zabijają komórki nowotworowe. Wśród komórek, które odpowiadają za rozwój odporności wrodzonej już było o takiej populacji komórek, które mają bardzo podobną funkcję: to są komórki NK - mają zdolność do zabijania komórek zakażonych wirusami i do zabijania niektórych typów komórek nowotworowych. Inny jest mechanizm rozpoznawania antygenów nowotworowych przez komórki NK i przez limfocyty T cytotoksyczne. I wreszcie są limfocyty T regulatorowe, które zostały nazwane regulatorowymi aczkolwiek ich funkcja biologiczna polega na hamowaniu aktywności limfocytów T helperowych głównie, ale wydaje się że również limfocytów T cytotoksycznych. Faktycznymi limfocytami regulatorowymi są limfocyty helperowe, natomiast te, które nazwano limfocytami T regulatorowymi, to są limfocyty o funkcji supresyjnej: hamują aktywność, przede wszystkim limfocytów T helperowych.
Porównanie odporności wrodzonej i odporności nabytej:
Czas reakcji od momentu kontaktu z patogenem: w odporności wrodzonej - godziny, w nabytej - dni. Swoistość w odporności wrodzonej jest ograniczona i stała, co wynika z niezmienności efektorów dla antygenu na komórkach odpowiedzialnych za rozwój odporności wrodzonej, natomiast w wypadku odporności nabytej swoistość jest zróżnicowana i zmienna, co również jest związane z cechami receptorów dla antygenu na limfocytach. Odpowiedź wtórna. W odpowiedzi immunologicznej w ogóle rozróżniamy odpowiedź pierwotna i odpowiedź wtórną. Odpowiedź pierwotna dotyczy pierwszego kontaktu układu odpornościowego z jakimś antygenem, antygenem A, a odpowiedź wtórna jest ponownym kontaktem z antygenem A. W ciągu naszego życia jesteśmy infekowani wielokrotnie tym samym patogenem, nawet jeżeli nie jest to ten sam patogen dosłownie, bo na przykład wirusy podlegają mutacjom, ale jakby ta sama klasa patogenów. Czyli nasz układ odpornościowy odpowiada na jakiś antygen po raz pierwszy, a potem po raz kolejny. I każda kolejna odpowiedź będzie nazywana odpowiedzią wtórną, a nie trzecią, czwartą, piąta i tak dalej. W odporności wrodzonej ta odpowiedź wtórna, czyli ponowny kontakt z tym samym patogenem daje odpowiedź taką samą jak w wypadku pierwszego kontaktu z tym patogenem. Czyli nie zmienia się odpowiedź, niezależnie od tego, czy po raz pierwszy komórki odporności wrodzonej odpowiadają na dany patogen, czy po raz kolejny. Natomiast w odporności nabytej odpowiedź wtórna wykazuje zmiany w porównaniu z pierwotną, te zmiany z grubsza rzecz biorąc polegają na tym, że odpowiedź wtórna następuje znacznie szybciej niż odpowiedź pierwotna i jest bardziej skuteczna. Głównymi składnikami odporności wrodzonej to są wszystkie te elementy, o których już była mowa, natomiast nabytej to komórkami odpowiedzialnymi za rozwój odporności nabytej są limfocyty, elementami, czyli cząsteczkami, które biorą udział w rozpoznaniu antygenu są receptory dla antygenu występujące na limfocytach T, czyli receptor TCR, na limfocytach B - receptor BCR i białka, które mają funkcje efektorowe, czyli przeciwciała, produkowane przez limfocyty B.
Omawiamy ostatnią część slajdu: odporność nabyta.
Antygen jest rozpoznawany nie w miejscu jego wniknięcia do organizmu: żeby doszło do odpowiedzi nabytej, swoistej, to patogen, lub antygeny pochodzące od patogenu muszą zostać przetransportowane do obwodowych narządów limfatycznych, bo odporność nabyta rozwija się w obwodowych narządach limfatycznych, natomiast funkcje efektorowe, niszczenie patogenów odbywa się w miejscu depozytu antygenu, czyli w miejscu infekcji. Natomiast pobudzenie limfocytów do funkcji efektorowych odbywa się w obwodowych narządach limfatycznych. I w tych obwodowych narządach limfatycznych, jakimi są węzły limfatyczne, śledziona, grudki limfatyczne błon śluzowych. Tam dochodzi do rozpoznania antygenu przez tak zwane naiwne limfocyty B i T. Termin naiwny odnosi się do takiego typu limfocytów T i B, które się nigdy nie zetknęły z danym antygenem. Czyli w odpowiedzi pierwotnej zawsze biorą udział limfocyty naiwne, takie, które z antygenem jeszcze się nie zetknęły. I w wyniku rozpoznania antygenu dochodzi do klonalnej ekspansji limfocytów B albo limfocytów T i do ich różnicowania w komórki efektorowe i te komórki efektorowe niszczą patogeny. Układ odpornościowy odpowiada na różne rodzaje patogenów: to mogą być organizmy patogenne, albo po prostu obce białka. Odpowiedź humoralna to jest ta odpowiedź związana z rozpoznaniem antygenów białkowych, lipidowych, cukrowych przez limfocyty B, różnicowanie limfocytów do komórek produkujących przeciwciała czyli tak zwanych komórek plazmatycznych i produkcji przeciwciał przez komórki plazmatyczne. Natomiast odpowiedź komórkowa związana jest z rozpoznaniem antygenu oczywiście przez limfocyty T, przy czym komórką, która zawsze uczestniczy w rozwoju odpowiedzi nabytej jest limfocyt T helperowy. Limfocyt T helperowy aktywowany produkuje białka regulatorowe, które nazywamy cytokinami. I te białka regulatorowe są to białka wspomagające zarówno różnicowanie jak i produkcje przeciwciał przez limfocyty B, jak i różnicowanie jak i funkcje efektorowe limfocytów T cytotoksycznych. Limfocyty rozpoznają antygeny za pomocą receptorów powierzchniowych, które dla limfocytów B są immunoglobulinami powierzchniowymi. Mają taką samą strukturę jak przeciwciała, bo to są strukturalnie przeciwciała, tyle tylko, że te które stanowią receptor błonowy mają dodatkowy fragment w cząsteczce danego przeciwciała, kotwiczący je w błonie. Natomiast te, które ulegają sekrecji pozbawione są tego fragmentu kotwiczącego. Czyli receptorami dla limfocytów B są powierzchniowe immunoglobuliny. Receptorami dla limfocytów T są receptory TCR. Zarówno na limfocytach T helperowych jak i na limfocytach T cytotoksycznych występują receptory TCR, które składają się z dwóch łańcuchów białkowych. W rozpoznaniu antygenu uczestniczą jeszcze białka dodatkowe. O ile TCR, receptor dla antygenu, struktura receptora dla antygenu jest taka sama na limfocytach T helperowych jak i na limfocytach T cytotoksycznych, czyli receptor dla antygenu limfocytów T ogólnie rzecz biorąc składa się z dwóch podjednostek białkowych: podjednostki α i podjednostki β. W grasicy powstają dojrzałe limfocyty T. Limfocyty T, które powstają w grasicy i które zasiedlają narządy obwodowe limfatyczne, to są limfocyty T, które znowu klasyfikuje się do dwóch różnych populacji. Dotąd było W skład populacji limfocytów T wchodzą limfocyty helperowe, cytotoksyczne i regulatorowe, to są limfocyty T, które charakteryzują się ekspresją receptora dla antygenu składającego się z tych podjednostek α i β i te stanowią 90% populacji limfocytów powstających w grasicy. Ale jest populacja, ta mniejsza, która również powstaje w grasicy i to są również limfocyty T które również posiadają receptor dla antygenu, ale jest to receptor, który składa się z dwóch podjednostek białkowych, ale innych pod względem sekwencji aminokwasów niż ten αβ i to jest receptor składający się z podjednostek γ i δ (gamma i delta). O tych limfocytach dziś w ogóle nie będzie. Dzisiaj zajmujemy się tylko limfocytami takimi, których w układzie odpornościowym jest zdecydowana większość, ponad 90% w obwodowych narządach limfatycznych, to są właśnie limfocyty T, które maja receptor dla antygenu taki sam, złożony z podjednostek α i β. W rozpoznaniu antygenu biorą udział cząsteczki dodatkowe, które są różne na limfocycie T helperowym i cytotoksycznym. Na limfocycie helperowym jest to białko CD4, na limfocycie cytotoksycznym CD8. Te białka służą również do rozróżniania komórek. Rozróżniamy komórki układu odpornościowego na podstawie ekspresji tych białek, znakując komórki przeciwciałami monoklonalnymi i różnicowanie dokonuje się za pomocą cytometru przepływowego, takiej techniki cytometrii przepływowej. Receptor dla antygenu limfocytów T, ten o którym będzie dzisiaj, αβ wyłącznie, złożony jest z dwóch podjednostek: α i β. I to jest ten właściwy receptor dla antygenu, czyli cząsteczka, która rozpoznaje antygen to jest to białko αβ. Natomiast w skład kompleksu receptorowego wchodzą jeszcze inne podjednostki białkowe: ε, δ,γ i ζ (epsilon, delta, gamma, dzeta) i te białka tworzą razem z TCR-em kompleks TCR. Czyli receptor który rozpoznaje białko, właściwie peptyd pochodzący od antygenu to są te dwie podjednostki α i β. I teraz: łańcuch α i β składają się z części zmiennych i części stałych. Mają regiony zmienne w obydwu łańcuchach i regiony stałe. Regiony zmienne różnią się pomiędzy receptorami na różnych limfocytach. Na tym samym limfocycie występują receptory o jednakowej strukturze, jednakowe TCR-y. Natomiast na różnych limfocytach T części zmienne różnią się między sobą. Co to oznacza? Że pojedyncze limfocyty mogą rozpoznawać różne antygeny. Na tym polega ta różnorodność w rozpoznawaniu antygenów przez limfocyty T. (limfocyty) B na razie zostawiamy na boku, zajmujemy się dzisiaj wyłącznie limfocytami T. Natomiast to co nazywamy kompleksem receptorowym to jest receptor dla antygenu zbudowany z tych dwóch podjednostek α i β i te białka dodatkowe. Białka dodatkowe zwane kompleksem CD3. Ten kompleks białek wchodzący w skład tego kompleksu, który nazywamy jednym symbolem CD3, bierze udział w sygnalingu od receptora, od tego kompleksu receptorowego do jądra komórkowego. Zauważmy różnice, a właściwie podobieństwo w budowie receptora dla antygenu w limfocytach T i B. Receptor dla antygenu limfocytów B to jest immunoglobulina powierzchniowa. Zbudowany jest ten receptor z dwóch łańcuchów ciężkich i dwóch łańcuchów lekkich. To co rozpoznaje, czyli białko które rozpoznaje antygen, czyli to co stanowi właściwy receptor dla antygenu to jest ta immunoglobulina powierzchniowa. Te ramionka wykazują dużą zmienność i za pomocą tych części rozpoznawany jest antygen. Ale jak widać, oprócz receptora dla antygenu znajduje się jeszcze jedno białko składające się z dwóch podjednostek, to białko nazywa się IgαIgβ, które wchodzi w skład kompleksu receptorowego dla antygenu na limfocytach B. Czyli sam receptor to jest immunoglobulina powierzchniowa, natomiast te białka dodatkowe, złożone z dwóch podjednostek IgαIgβ, po obu stronach receptora dla antygenu, tworzą kompleks receptorowy limfocytów B. I sygnaling do jądra komórkowego z tego całego kompleksu idzie właśnie z tych białek IgαIgβ. Teraz jeżeli porównamy same receptory, nie te białka które wchodzą w skład kompleksu, tylko same receptory, to widać, że istnieje między nimi pewne podobieństwo, mianowicie obecność regionów zmiennych i regionów stałych. W części N-końcowej są regiony zmienne i to są te części, które rozpoznają antygeny, poza tym w strukturze obu tych białek charakterystyczne są takie domeny, które mają określoną liczbę aminokwasów, zamknięte mostkami dwusiarczkowymi. Receptory dla antygenu limfocytów T i limfocytów B, czyli immunoglobuliny powierzchniowe, receptor dla antygenu limfocytów T, oraz to białko dodatkowe, które znajduje się przy receptorze dla antygenu limfocytu B, czyli ten dimer IgαIgβ, wykazują podobieństwa strukturalne i zalicza się te cząsteczki do tak zwanej nadrodziny immunoglobulin. Do tej nadrodziny immunoglobulin zalicza się również cząsteczki MHC, to są białka głównego układu zgodności tkankowej. I te białka klasyfikowane są do dwóch głównych klas czy typów: klasa I białek głównego układu zgodności tkankowej i klasa II. Będziemy dzisiaj o nich mówić. Do tej nadrodziny immunoglobulin należą jeszcze inne białka, z którymi będziemy się z czasem zapoznawać. Koniec porównania receptorów.
W jaki sposób dochodzi do rozwoju odporności nabytej? Odpowiadamy na różne patogeny. Fundamentalnym procesem, takim elementem odporności nabytej jest rozpoznanie antygenu przez limfocyt T helperowy. Czyli to co było: jeżeli w układzie odpornościowym niefunkcjonalne są limfocyty T helperowe to nie będzie prawidłowej produkcji przeciwciał przez limfocyty B i nie będzie prawidłowej aktywności limfocytów T cytotoksycznych. Co to będzie znaczyło tak naprawdę? Że nie będziemy się potrafili bronić przeciwko nowotworom, infekcjom wirusowym, infekcjom bakteryjnym.
Odpowiedź pierwotna i wtórna związana jest zarówno z odpowiedzią limfocytów B jak i limfocytów T. (Schematy) Odpowiedź limfocytów B polega na produkcji przeciwciał, wobec tego to co mamy na tym schemacie dotyczy stężenia przeciwciał produkowanych w odpowiedzi na antygen A podczas odpowiedzi pierwotnej. Czyli limfocyty B stykają się po raz pierwszy z antygenem A - odpowiedź na antygen A jest słaba. Wtedy kiedy odpowiadają na antygen A po raz drugi odpowiedź jest już znacznie silniejsza, mierzona stężeniem przeciwciał anty-A. Przy czym to pojęcie odpowiedzi pierwotnej i odpowiedzi wtórnej, to tak jak było: dotyczy tylko pierwszego i kolejnych zetknięć z tym samym antygenem. Czyli jeżeli układ odpornościowy odpowiada po raz pierwszy na antygen A jest to odpowiedź słaba, to przy odpowiedzi wtórnej może odpowiadać na antygen A i na jakiś antygen B. Odpowiedź na antygen A będzie już silna, bo będzie odpowiedzią wtórną, na B będzie słaba, tak jak przy odpowiedzi pierwotnej na antygen A, bo będzie to odpowiedź pierwotna. Czyli różna jest siła odpowiedzi limfocytów B w odpowiedzi pierwotnej i wtórnej. I to samo dotyczy odpowiedzi komórkowej. Odpowiedź komórkowa jest tutaj przedstawiona na przykładzie odrzucania przeszczepu, bo w odrzucaniu przeszczepu uczestniczą limfocyty T cytotoksyczne. Wtedy kiedy dokonuje się przeszczepu jakiś tam komórek (np. C) do powiedzmy szczepu A, to przy pierwszym takim przeszczepie mamy odrzucenie przeszczepu w określonym czasie po dokonaniu przeszczepu, przy ponownym podaniu tych samych komórek odrzucenie przeszczepu następuje szybciej. Natomiast jeżeli razem z komórkami C poda się jakieś inne jeszcze komórki, to odrzucenie tych drugich komórek następuje w takim samym czasie jak i komórek C przy pierwszym przeszczepie. Czyli odpowiedź wtórna jest zawsze odpowiedzią silniejszą. W podręcznikach zwykle cechy odpowiedzi nabytej są zwykle wymieniane jako przeciwstawienie dla odporności wrodzonej. I mówi się, że odporność nabyta charakteryzuje się swoistością antygenową, różnorodnością, pamięcią immunologiczną i rozpoznaniem antygenów własnych od obcych. Zastanówmy się: swoistość antygenowa, związana jest z występowaniem receptorów dla antygenu na komórce i teraz, czy jest to cecha, która tak bardzo odróżnia odporność wrodzoną od nabytej? Tak i nie, bo komórki odporności wrodzonej mają PRR-y które rozpoznają wzorce molekularne patogenów. Ale rozpoznają: mają narzędzie do rozpoznawania antygenów. Komórki odporności nabytej, limfocyty, mają te receptory dla antygenów bardziej swoiste, rozpoznające już nie wzorce ale bardzo określone peptydy, czyli elementy w ogóle antygenu. Teraz różnorodność: No i tak i nie. Bo PRR-ów jest bardzo dużo i poznawanych jest coraz więcej, czyli jest różnorodność w obrębie PRR-ów na komórkach odporności wrodzonej, no tyle tylko, że różnorodność receptorów dla antygenu na limfocytach jak na razie wydaje się znacznie większa od różnorodności. receptorów dla antygenu na komórkach odporności wrodzonej. Pamięć immunologiczna zdecydowanie jest to cecha, która odróżnia odporność wrodzoną od nabytej bo pamięcią cechują się wyłącznie limfocyty, czyli zapamiętują pierwotny kontakt z antygenem. I rozpoznawanie antygenów własnych od obcych. Ta cecha jest cechą, którą limfocyty B nabywają w czasie rozwoju w szpiku kostnym, a limfocyty T w czasie rozwoju w grasicy. Jest to taka cecha, która chroni nasz organizm, która umożliwia, że komórki układu odpornościowego nie rozpoznają elementów własnych organizmu, czyli chroni to nas przed rozwojem chorób autoimmunizacyjnych. I wydawało się do tej pory, że za rozwój chorób autoimmunizacyjnych odpowiadają wyłącznie limfocyty T, które wykazują jakiś defekt rozwojowy i z grasicy migrują do obwodowych narządów limfatycznych takie limfocyty T, które posiadają receptory o dużym powinowactwie do białek własnych. Daje to możliwość rozpoznawania białek własnych, aktywacji tych autoreaktywnych limfocytów T i rozwoju reakcji odpornościowej przeciwko elementom własnym organizmu. Wydawało się, że komórki odporności wrodzonej takiej cechy nie posiadają, czyli PRR-y charakteryzują się zdolnością do rozpoznawania wyłącznie antygenów obcych, tymczasem wydaje się, że część PRR-ów może wykazywać również reaktywność krzyżową z białkami własnymi. Więc to też nie jest cecha która do końca w tej chwili rozróżnia odporność wrodzoną od odporności nabytej.
W jaki sposób dokonuje się rozpoznawanie antygenów przez limfocyty T?
(cz2) Limfocyt T sam nie potrafi rozpoznawać antygenu. Pomimo, że ma receptory dla antygenu. Nie potrafi tego zrobić bez pomocy komórek, które funkcjonalnie nazywane są komórkami prezentujących antygen. Jedna z takich komórek prezentujących antygen, tak zwaną profesjonalną komórka prezentująca antygen jest komórka dendrytyczna. Komórkami prezentującymi antygen mogą być jeszcze makrofagi i limfocyty B. To są główne typy komórek prezentujących antygen. Czyli w układzie odpornościowym istnieje współpraca pomiędzy komórkami odporności wrodzonej i odporności nabytej. Do tego żeby limfocyt T mógł rozpoznać antygen, niezbędna jest interakcja pomiędzy receptorami: receptor dla antygenu limfocytów T i kompleksem białka głównego układu zgodności tkankowej i peptydu pochodzącego od antygenu występujących na powierzchni komórki prezentującej antygen. Czyli komórką, która decyduje o rozwoju odporności nabytej, jest komórka, która posiada na swojej powierzchni receptory dla antygenu rozpoznające wzorce molekularne, czyli ma receptory PRR i tą komórka może być makrofag, który jest typową komórką odporności wrodzonej, pełni funkcje efektorowe w odporności wrodzonej i może być również komórka dendrytyczna, której nie możemy nazwać komórką odporności wrodzonej, bo ona nie pełni funkcji efektorowej, komórka dendrytyczna nie ma zdolności do wewnątrzkomórkowego zabijania patogenów na przykład, czyli nie jest typową komórką odporności wrodzonej. Jednakże makrofagi, które są komórkami żernymi i są komórkami niszczącymi patogeny, są jednocześnie tymi komórkami, które rozpoczynają rozwój odporności nabytej. Czyli w zależności od tego, jaki jest patogen, rozpoznawany jest przez taką komórkę prezentującą antygen, która ma odpowiednie PRR-y, rozpoznające patogen. Komórka, która rozpoznaje patogen, rozpoznaje wzorzec molekularny patogenu ulega aktywacji i w wyniku aktywacji tworzy kompleksy białek głównego układu zgodności tkankowej z krótkimi peptydami pochodzącymi z trawienia antygenów białkowych. I taki kompleks rozpoznawany jest przez TCR limfocyta T, bez tej części nie dojdzie w ogóle do rozwoju odporności nabytej. Czyli w rozwoju odporności nabytej fundamentalną komórką jest limfocyt T helperowy, bo od niego zależy potem aktywność limfocytów B i aktywność limfocytów T cytotoksycznych, ale okazuje się, że nie dojdzie do aktywacji limfocytu T helperowego, jeżeli wcześniej komórka prezentująca antygen nie rozpozna patogenu za pomocą swoich PRR-ów, nie ulegnie aktywacji, nie zacznie produkować białek regulatorowych, wchodzących też w skład tego całego zespołu białek regulatorowych zwanych cytokinami, które są niezbędne do aktywacji limfocyta T helperowego, po rozpoznaniu przez ten limfocyt kompleksu białko MHC i peptyd. Teraz, to było samo rozpoznanie antygenu, natomiast do tego, żeby limfocyt T zaczął wykonywać jakieś funkcje efektorowe, a funkcją efektorową jest to: produkcja cytokin przez limfocyty T helperowe aktywowane. Funkcją efektorową limfocytów T cytotoksycznych jest zabijanie komórek zakażonych wirusami albo komórek nowotworowych. I do pełnienia funkcji efektorowych limfocyt T musi ulec aktywacji, czy to jest limfocyt T helperowy, czy limfocyt T cytotoksyczny. Pozostaniemy na razie na przykładzie tego limfocytu T helperowego, od którego zależą potem funkcje i limfocytów B i limfocytów cytotoksycznych. Żeby limfocyt T helperowy, w wyniku rozpoznania antygenu, który znajduje się w kompleksie z białkiem głównego układu zgodności tkankowej, czyli kompleks MHC-peptyd, aby ten limfocyt uległ aktywacji, której skutkiem będzie produkcja cytokin regulatorowych, to musi dojść do aktywacji tego limfocytu zapoczątkowanej przez dwa sygnały: jeden sygnał to jest taki, który pochodzi od kompleksu receptorowego TCR. Bo co nazywamy sygnałem? Sygnał, który powoduje sygnaling wewnątrzkomórkowy zmieniający funkcje komórki, zmieniający ekspresję genów. Czyli do tego potrzebny jest sygnał pochodzący od antygenu, przez TCR, a tak naprawdę przez kompleks TCR, czyli samo białko TCR rozpoznające ten kompleks MHC i peptyd i te białka dodatkowe, ten kompleks białek CD3, które uczestniczą w sygnalingu do jądra komórkowego. I sygnał numer 2, który jest sygnałem przekazywanym przez białko CD28, które konstytutywnie produkowane jest przez limfocyt T helperowy i w wyniku połączenie tego białka z ligandem, który występuje na komórce prezentującej antygen, tym ligandem jest inne białko oznaczone symbolem D7. I teraz limfocyt T helperowy, który uzyska od komórki prezentującej antygen sygnał pierwszy od kompleksu MHC-antygen i sygnał drugi od białka D7, ulega aktywacji. Zaczyna produkować cytokiny, które są potrzebne i temu samemu limfocytowi T, do tego żeby zaczął proliferować. Bo skuteczna odpowiedź immunologiczna uzależniona jest od prawidłowego rozpoznania patogenu, ale potem również od liczby komórek rozpoznających ten patogen, które uczestniczą w reakcji obronnej. Czyli to jest również suma działania limfocytów aktywowanych. Aktywacji nigdy nie ulega jedna komórka, która dawałaby efekt w postaci usunięcia patogenu. Czyli aktywowany limfocyt ulega klonalnej selekcji. Aktywacja antygenowa indukuje klonalną selekcję. Co rozumiemy pod pojęciem klonalnej selekcji?
W węźle limfatycznym, czyli w obwodowym narządzie limfatycznym, jakim jest węzeł limfatyczny dochodzi do aktywacji limfocytów T przez antygen. Np. antygen ze skóry, jest infekcja jakaś lokalna w skórze, antygen jest transportowany do najbliższego węzła limfatycznego naczyniami limfatycznymi. Czyli układem limfatycznym, naczyniami limfatycznymi antygen transportowany jest albo w postaci wolnej, albo w postaci całego patogenu, albo w postaci białek transportowanych na powierzchni komórek dendrytycznych na przykład, do węzła limfatycznego. W węźle limfatycznym znajdują się limfocyty i te limfocyty ulegają aktywacji, tyle tylko, że w węźle limfatycznym, w określonych strefach węzła limfatycznego znajdują się limfocyty T, które charakteryzują się ekspresją receptorów dla TCRu (?) o różnej swoistości. Czyli to co zachodzi w węźle limfatycznym, ta klonalna selekcja związana jest z rozpoznaniem na dany antygen, na jeden określony antygen. Patogen składa się z wielu antygenów. W odpowiedzi na patogen aktywacji ulega wiele limfocytów T o różnej specyficzności receptorów bo sam patogen składa się z wielu białek które mogą być potencjalnymi antygenami. Ale wyobraźmy sobie, że jest odpowiedź na jedno białko, na jeden antygen. Jedno białko, bo Limfocyty T, które posiadają receptor TCR typu αβ, to są limfocyty, które potrafią rozpoznawać wyłącznie antygeny białkowe i co więcej rozpoznają te antygeny białkowe tylko wtedy, kiedy są one im prezentowane przez komórkę prezentująca antygen. W węźle limfatycznym znajdują się różne limfocyty T, z których np. tylko jeden ma receptor specyficzny dla danego antygenu. Dochodzi do aktywacji, przy czym ten antygen musi być zaprezentowany przez komórkę prezentująca antygen. W wyniku prezentacji tego antygenu przez komórkę APC, może to być komórka dendrytyczna, dochodzi do aktywacji tego limfocytu T, który zaczyna produkować cytokiny. Jedną z tych cytokin jest białko o aktywności czynnika wzrostowego dla samych limfocytów T ulegających aktywacji. Limfocyt ulega proliferacji, czyli powstają limfocyty potomne o takiej samej swoistości receptora co ten wyjściowy. Czyli dochodzi do powstania klonu limfocytów o takiej samej specyficzności receptorów, czyli powstaje dużo komórek o tej samej swoistości receptorów. I taki .. nazywa się klonalną selekcją. Spośród wielu limfocytów T zostaje wyselekcjonowany przez antygen tylko ten, którego receptor pasuje do tego antygenu. Ten limfocyt, który zostaje wyselekcjonowany w wyniku tej interakcji antygen - określony receptor, czyli ten który ulega klonalnej selekcji ulega dalej klonalnej ekspansji. Czyli namnożeniu ulega klon limfocytów o jednej swoistości receptora. Najwięcej limfocytów o określonej swoistości receptora znajduje się w fazie efektorowej odpowiedzi, bo do tego, żeby odpowiedź niszcząca patogen była skuteczna musi dojść do namnożenia dużej liczby limfocytów o takiej samej swoistości receptorów. Potem, wtedy kiedy odpowiedź na patogen zostaje wyciszona, czyli patogen zostaje zniszczony w wyniku reakcji odpornościowych, to limfocyty, które uczestniczyły w tej odpowiedzi, limfocyty T, te aktywowane, te namnożone ulegają apoptozie. Czyli liczba tych limfocytów ulega powrotowi do tej liczby wyjściowej. Bo te, które uległy aktywacji, wzięły udział w reakcji efektorowej odpornościowej, podlegają apoptozie. Część z nich tworzy pulę limfocytów pamięci.
TCR rozpoznaje fragment tylko antygenu, bo antygenem jest białko natomiast nie jest rozpoznawane całe białko, tylko krótkie peptydy pochodzące z tego białka. I rozpoznaniu ulega kompleks MHC, czyli białka głównego układu zgodności tkankowej z peptydem. Co to są te białka MHC? (kodowane przez kompleks genów głównego układu zgodności tkankowej). Limfocyty T cytotoksyczne potrafią rozpoznawać antygeny, które są im prezentowane wyłącznie w kompleksach z MHC klasy I, natomiast limfocyty T helperowe i regulatorowe również (bo te regulatorowe stanowią subpopulację limfocytów T helperowych) rozpoznają antygeny prezentowane im przez komórkę prezentującą antygen w kompleksach MHC klasy II. Ważne dla odpowiedzi immunologicznej są białka głównego układu zgodności tkankowej zaliczane do klasy pierwszej i klasy drugiej. Czyli ta kluczowa interakcja w rozwoju odpowiedzi nabytej polega na rozpoznawaniu kompleksu MHC-antygen przez TCR, przez receptor dla antygenu. Dochodzi do fizycznego kontaktu między komórkami - jest on niezbędny do tego, żeby doszło do skutecznej prezentacji antygenu przez komórkę dendrytyczną limfocytowi T helperowemu.
Rozpoznanie antygenu w obrębie układu odpornościowego danego osobnika podlega tak zwanej restrykcji MHC. Co to w ogóle oznacza? (Nobel za te badania) Czego dotyczy restrykcja MHC? Żeby limfocyty T rozpoznały antygen musi być komórka prezentująca antygen. I oznacza to tyle, że określone klasy limfocytów, czyli limfocyty T cytotoksyczne i limfocyty T helperowe rozpoznają antygen tylko wtedy, jeżeli jest im prezentowany przez właściwe białko MHC. Właściwe, czyli białko MHC klasy pierwszej dla limfocyta o fenotypie CD8+, czyli limfocyta T cytotoksycznego i białko MHC klasy drugiej dla limfocyta T helperowego, czyli takiego, którego oznaczamy fenotypem CD4+. Białko MHC klasy pierwszej składa się z dwóch łańcuchów peptydowych jeden łańcuch α i podjednostka β. Łańcuch α składa się z 3 fragmentów, z których jeden (α3) rozpoznawany jest przez to białko dodatkowe występujące tylko w błonie limfocytów T cytotoksycznych, to jest CD8, to jest to białko, które wspomaga rozpoznanie antygenu. Natomiast białko CD4, które znajduje się w błonie limfocyta T helperowego rozpoznaje określony też fragment białka MHC klasy drugiej, które znajduje się na powierzchni komórki prezentującej antygen, fragment β2 łańcucha β. Bo z kolei białko MHC klasy II składa się z dwóch podjednostek: α i β. Receptor TCR co rozpoznaje? Rozpoznaje peptyd i jeszcze odpowiednie fragmenty MHC. Czyli rozpoznanie przez TCR jest rozpoznaniem własnego MHC i obcego antygenu, antygenu pochodzącego od patogenu. Co dalej oznacza restrykcja MHC? Bo w tej pierwszej części oznaczała rozpoznanie antygenu w kompleksie z odpowiednim białkiem MHC przez limfocyty T cytotoksyczne i limfocyty T helperowe. Czyli oznacza to tyle, że limfocyt T helperowy nie rozpozna antygenu prezentowanego w kompleksie z białkiem MHC klasy I i odwrotnie. Jakie to niesie dalej konsekwencje? Schemacik: rozpoznanie antygenu przez limfocyt T wtedy, kiedy komórka prezentująca antygen jest komórką pochodzącą z organizmu tego samego osobnika, z którego pochodzi limfocyt T, to znaczy białko MHC jest białkiem własnym komórki. I wówczas jeżeli to białko własne, niezależnie od tego czy jest to limfocyt T helperowy czy cytotoksyczny, limfocyt T po prostu, jeżeli jest to białko własne i prezentuje antygen, który znajduje swoje miejsce rozpoznające w receptorze TCR to dochodzi do rozpoznania antygenu. Natomiast jeżeli komórka prezentująca antygen ma na swojej powierzchni białko obce, czyli ma haplotyp MHC pochodzący od innego osobnika, takie hybrydy można przecież robić, że komórka APC będzie wykazywała ekspresję białka MHC niezgodnego z komórkami danego organizmu. Czyli jeżeli receptor TCR będzie miał prezentowany kompleks MHC-antygen, ale prezentowany przez białko MHC niezgodne, nie własne, wówczas nie dojdzie do rozpoznania antygenu. I następna sytuacja: mamy ten sam TCR, antygen prezentowany przez komórkę prezentującą antygen, wykazującą ekspresję własnego, prawidłowego MHC, ale to białko MHC będzie w kompleksie z antygenem nie pasującym do tej części rozpoznającej antygen i wówczas również będzie brak rozpoznania. Ale co jest tutaj elementem ważnym? To, że antygen jest różny i że fragment TCR-u rozpoznający antygen nie jest kompatybilny z tym peptydem to jakby jest zrozumiałe, natomiast rozpoznanie następuje tylko wtedy jeżeli peptyd antygenu znajduje się w kompleksie z własnym MHC. I to jest już całość tej restrykcji MHC.
Co to są w ogóle te białka MHC? Białka MHC kodowane są przez kompleks genów głównego układu zgodności tkankowej, które to geny występują na chromosomie 6 u człowieka, na 17 u myszy. Kompleks genów głównego układu zgodności tkankowej człowieka nazywa się HLA, myszy H2. Są kompleksy genów, które kodują białka MHC klasy I i MHC klasy II (jest jeszcze MHC klasy III, ale nie będziemy o nich mówić). Skąd się w ogóle wziął termin białka głównego układu zgodności tkankowej? Przeszczepy pomiędzy dawcą i biorcą niezgodne w zakresie MHC ulegają odrzuceniu. Czyli są to główne białka, które przy dokonywaniu przeszczepu muszą zostać zbadane i stwierdzone jako zgodne między narządem przeszczepianym a osobnikiem któremu będzie jakiś narząd przeszczepiany. Na jakich komórkach występują te białka? Białka MHC klasy I występują na wszystkich jądrzastych komórkach organizmu. Jakie to niesie ze sobą konsekwencje? Limfocyty T cytotoksyczne mają zdolność do rozpoznawania antygenu w kompleksach z MHC klasy I. Limfocyty T cytotoksyczne są limfocytami, których funkcją efektorową jest zabijanie komórek zakażonych wirusami i zabijanie komórek nowotworowych. Czyli w drodze ewolucji wykształcił się mechanizm, który umożliwia obronę przeciwko infekcjom wirusowym, a wszystkie komórki naszego organizmu mogą być zakażone wirusami, więc ta zdolność do rozpoznawania antygenu limfocytów T cytotoksycznych w kompleksach z białkami MHC klasy I daje możliwość obrony przed infekcjami wirusowymi, które mogą dotyczyć wszystkich komórek naszego organizmu. Oraz komórek nowotworowych, które to komórki nowotworowe mogą też być komórkami wywodzącymi się z każdej komórki naszego organizmu. Natomiast białka MHC klasy drugiej występują przede wszystkim na komórkach prezentujących antygen. Białka MHC występują na komórkach dendrytycznych, komórkach Langerhansa (ale to nie chodzi o wysepki Langerhansa w trzustce, tylko komórki Langerhansa występujące w skórze(?)), na makrofagach, na limfocytach B i w niewielkim stopniu limfocyty T, ale to pominiemy oraz komórki epitelialne występujące w grasicy. Czyli MHC klasy pierwszej występują na wszystkich jądrzastych komórkach organizmu, MHC klasy drugiej na komórkach prezentujących antygen, w dużej ilości na komórkach dendrytycznych, makrofagach i limfocytach B.
Białka MHC, w ogóle loci MHC wykazują bardzo duży polimorfizm, czyli występuje bardzo dużo form genów, czyli bardzo dużo alleli w obrębie populacji ludzkiej (dotyczy to również myszy). Są to białka charakteryzujące się bardzo dużym polimorfizmem. Co więcej, osobniki potomne dziedziczą haplotyp MHC matki i ojca. Czyli na powierzchni komórek osobników potomnych występują białka MHC klasy pierwszej takie jakie występują u ojca i u matki, są trzy białka MHC klasy pierwszej pochodzące od haplotypu matczynego i od ojca. Natomiast MHC klasy drugiej, ponieważ zbudowane są z dwóch podjednostek białkowych, to MHC klasy drugiej które występują na komórkach potomstwa są białkami, które mogą stanowić kombinację łańcuchów kodowanych przez geny pochodzące od ojca albo od matki. Czyli jest więcej kombinacji MHC klasy II niż MHC klasy I. Czyli występuje kodominacja białek MHC. Co jeszcze jest ważne dla tych białek MHC? Białka MHC tworzą kompleksy z peptydami pochodzącymi od antygenu. Przy czym o ile receptory dla antygenu są bardzo różnorodne, to białek MHC, pomimo że dziedziczony jest haplotyp ojca i matki to jednak liczba cząsteczek, które ulegają ekspresji na powierzchni komórek jest ograniczona. Peptydy, które mogą być rozpoznawane przez limfocyty T, muszą znajdować się w kompleksach z MHC. Co to oznacza? Że o ile receptor dla antygenu limfocytów T rozpoznaje określony peptyd, to białka MHC tworzą kompleksy z wieloma peptydami, pochodzącymi od różnych antygenów. I teraz jakie to niesie dalej za sobą konsekwencje? Mianowicie, zgodność w zakresie MHC powoduje, że nie jest odrzucany przeszczep, natomiast jeżeli przeszczep jest dokonywany pomiędzy osobnikami różniącymi się haplotypem MHC, to przeszczep jest odrzucany. Co więcej, jeżeli określony zestaw białek MHC ma zdolność do tworzenia kompleksów z jakąś liczbą różnych peptydów pochodzących od antygenów, to oznacza to tyle, że określony haplotyp MHC będzie różnicował osobniki w obrębie populacji tego samego gatunku na takie które będą potrafiły odpowiadać na jakieś patogeny, albo nie będą potrafiły. Albo będą odpowiadały słabiej albo silniej. Bo to będzie związane z możliwością stworzenia kompleksów z białkami MHC komórek prezentujących antygen z peptydami pochodzącymi od danego patogenu. Czyli w obrębie tego samego gatunku będzie można znaleźć osobniki różniące się haplotypem MHC i odpowiadające bądź nie na określony patogen. To w populacji ludzkiej jest bardzo widoczne, bo widzimy, że są ludzie, którzy częściej zapadają na jakieś tam infekcje wirusowe i tacy, którzy mniej. Co to oznacza? Że ci, którzy mniej, posiadają większą zdolność do obrony przeciwko tym infekcjom wirusowym. Czyli posiadają właściwe MHC, które tworzy kompleksy z białkami wirusowymi i potrafi skutecznie prezentować takie kompleksy limfocytom T.
Wiązanie peptydu pochodzącego od antygenu związane jest z określonym fragmentem białka MHC. Czyli MHC klasy I , we wiązaniu peptydu MHC bierze udział fragment α1 i α2 łańcucha α, a w MHC klasy II części podjednostek α1 i β 1. Co to oznacza dalej? Przez cały czas było o tym, że limfocyt T potrafi rozpoznawać nie całe białko, tylko peptyd pochodzący z tego białka, czyli białko antygenu musi najpierw ulec degradacji na peptydy, żeby te peptydy utworzyły kompleksy z właściwymi sobie MHC, były prezentowane na powierzchni komórki prezentującej antygen i mogą być wtedy rozpoznane przez limfocyt T. Co to znaczy? To znaczy, że komórka prezentująca antygen posiada zdolność do fagocytozy (np. makrofagi), albo zdolność do endocytozy. Czyli jak mają zdolność do fagocytozy to mogą fagocytować całe patogeny, taki patogen ulega wewnątrzkomórkowemu trawieniu na białka, te białka na peptydy, te peptydy na aminokwasy. Komórki prezentujące antygen, które nie mają zdolności do fagocytozy np. większość komórek dendrytycznych, endocytują. Wobec tego co endocytują? Białka, które pochodzą z trawienia zewnątrzkomórkowego patogenu przez różne enzymy proteolityczne znajdujące się w płynach ustrojowych, albo endocytują białka, które zostały częściowo strawione przez komórki fagocytujące i wyrzucone na zewnątrz komórki. Czyli komórki prezentujące antygen albo fagocytują albo endocytują. I teraz białko, które znajduje się w środku komórki musi zostać przetworzone w taki sposób, żeby mogło utworzyć kompleksy z MHC, które to kompleksy dopiero mogą być rozpoznawane przez właściwe limfocyty T. Są dwa szlaki przetwarzania antygenu przez komórki prezentujące antygen. Komórki prezentujące antygen prezentują antygeny które są antygenami egzogennymi albo endogennymi. Jeżeli mówimy o patogenach to endogenne patogeny to jakie to będą? Wirusy. Oczywiście są też bakterie infekujące komórki ale przede wszystkim to będą wirusy. Czyli istnieje szlak degradacji białek wirusowych, w jakimś tam szlaku wewnątrzkomórkowym które są degradowane do krótkich peptydów, tworzone kompleksy z MHC klasy pierwszej i takie kompleksy są rozpoznawane przez limfocyty T cytotoksyczne. Ale są też białka pochodzenia bakteryjnego, większość bakterii to patogeny zewnątrzkomórkowe, czyli egzogenne antygeny. Takie antygeny egzogenne pochodzące od patogenów zewnątrzkomórkowych muszą być najpierw fagocytowane, jest cała bakteria fagocytowana, zdegradowana wewnątrzkomórkowo, powstają peptydy, które tworzą kompleksy z MHC klasy drugiej i prezentowane są limfocytom T helperowym. Ale komórka prezentująca antygen jest komórką jądrzastą organizmu: produkuje białka MHC klasy pierwszej i produkuje białka MHC klasy drugiej. Jak niby ma rozpoznawać, czy białko które ulega degradacji pochodzi z wirusa albo z bakterii? To po pierwsze. Po drugie skąd ma wiedzieć, że peptyd, który powstał w wyniku degradacji białka wirusowego ma utworzyć kompleks z MHC klasy pierwszej, a ten peptyd pochodzący z trawienia białka bakteryjnego, patogenu zewnątrzkomórkowego, ma utworzyć kompleks z białkiem MHC klasy drugiej? Nie wymagajmy za dużo od komórek. Czyli są odrębne szlaki degradacji białek zewnątrzkomórkowych i wewnątrzkomórkowych i mechanizmy zabezpieczające przed tworzeniem kompleksów z niewłaściwymi białkami MHC.