Wykład 5
Była mowa na ostatnim wykładzie o limfocytach T, o sposobie rozpoznawania antygenu przez limfocyty T, o restrykcji MHC. MHC klasy pierwszej, czyli to białko, które występuje na wszystkich komórkach jądrzastych organizmu i MHC klasy drugiej, które występuje na komórkach prezentujących antygen. Tych komórek prezentujących antygen jest sporo. Bo to są tak zwane profesjonalne komórki prezentujące antygen, którymi mogą być komórki dendrytyczne, makrofagi i limfocyty B i inne komórki prezentujące antygen którymi mogą być komórki nabłonkowe, komórki mózgu, komórki nerki, komórki śródbłonkowe, bardzo dużo innych komórek naszego organizmu. Trudno zresztą jest przeprowadzić taką ścisłą klasyfikację, wobec tego pozostaniemy na tym poziomie komórek prezentujących antygen profesjonalnych, czyli dendrytyczne makrofagi i limfocyty B. Teraz co jest jeszcze ważne. Była mowa, że receptory dla antygenu składające się z podjednostek α i β to są takie limfocyty T, które potrafią rozpoznawać tylko antygeny białkowe, wyłącznie antygeny białkowe i co więcej rozpoznają te antygeny białkowe tylko wtedy kiedy są one prezentowane na powierzchni komórek prezentujących antygen w kompleksach z MHC klasy pierwszej albo MHC klasy drugiej. Komórki prezentujące antygen maja zdolność do tzw. przetwarzania antygenu. Białka, które są endocytowane albo fagocytowane przez komórki prezentujące antygen muszą zostać zdegradowane na krótkie peptydy. Miejscem wiązania peptydów pochodzących od antygenu są domeny α1 i α2 w cząsteczce MHC klasy pierwszej, a w cząsteczce domeny MHC klasy drugiej domeny α1 i β1. Co z tego widać? Że domeny α1 i α2 tworzą zwartą strukturę, gro tej struktury stanowi struktura β-kartki i peptydy, które lokalizują się w tej cząsteczce MHC są peptydami krótkimi od 8 do 10 aminokwasów i one nie wystają, to jest taki rowek, w którym lokalizują się peptydy, w którym są umiejscawiane, to kompleksowanie MHC z tymi krótkimi peptydami odbywa się wewnątrz komórek prezentujących antygen. I te peptydy jakby zatopione są w tym dołku, czyli żadna część tego krótkiego peptydu nie wystaje poza ten dołek. Natomiast w MHC klasy drugiej te domeny α1 i β1 wiążą dłuższe peptydy od 13-18 aminokwasów. I teraz taki peptyd z tego rowka w którym jest zlokalizowany może wystawać. To tyle jeżeli chodzi o strukturę. Co to w ogóle oznacza? Było o tym, że dziedziczenie MHC odbywa się tak, że dziedziczy się kodowanie białek, geny MHC zarówno od ojca jak i od matki. Przy czym, ponieważ tych cząsteczek MHC jest ograniczona liczba. Jeżeli limfocyty T są komórkami, które potrafią rozpoznawać antygeny białkowe przetworzone do krótkich peptydów i wyłącznie prezentowane przez te dwa rodzaje cząsteczek, przy ograniczonej liczbie tych cząsteczek na powierzchni komórki, to co to oznacza? Że każda taka cząsteczka nie jest zapewne specyficzna dla określonego peptydu o określonej sekwencji aminokwasów, tylko że jedna cząsteczka MHC, niezależnie od tego czy to pierwszej klasy czy to drugiej, może wiązać bardzo dużo różnych peptydów o określonej długości aminokwasów. Jakie to niesie konsekwencje dalej? Skoro każdy osobnik ma określony haplotyp MHC i tym haplotypem różnimy się między sobą, to teraz co to dalej oznacza? Oznacza to tyle, że w zależności od tego jaki mamy haplotyp MHC, to różnimy się również, różniąc się tym haplotypem, strukturą, czyli sekwencją aminokwasową tego rowka wiążącego peptydy, bo tam są aminokwasy kotwiczące te krótkie peptydy przetworzone przez komórki prezentujące antygen. Oznacza to tyle, że każdy z nas mając inny haplotyp może łatwiej lub trudniej wiązać określone antygeny, czyli określone peptydy pochodzące od antygenu, a co to oznacza dalej? Różnimy się między innymi zdolnością do rozpoznawania różnych antygenów. A rozpoznając różne antygeny, czyli na przykład tu jest na przykładzie dwóch myszek, ale to mogą być równie dobrze ludzie, bo myszy również różnią się haplotypem MHC, .. zgodnymi oczywiście. Oznacza to tyle, że mysz, która charakteryzuje się określonym haplotypem MHC, nazwijmy go sobie A, może ulegać immunizacji, to znaczy komórki jej układu odpornościowego ulegają aktywacji pod wpływem antygenu A, natomiast mogą być zupełnie niewrażliwe na antygen B. Co to oznacza? To między innymi tłumaczy to, że są wśród nas tacy, którzy częściej zapadają na niektóre choroby infekcyjne: na niektóre choroby wirusowe albo na niektóre choroby bakteryjne, a inni wydają się być bardziej odporni. Oznacza to tyle, że jeżeli mamy nasz haplotyp MHC, który mniej pasuje, który z mniejszym powinowactwem potrafi wiązać peptydy pochodzące od antygenów wirusowych lub antygenów bakteryjnych to komórki naszego układu odpornościowego nie ulegają aktywacji pod wpływem tych antygenów, bo nie są one prezentowane komórkom układu odpornościowego. Tacy, którzy mają haplotyp MHC odpowiedni, taki że ich MHC pasuje do peptydów pochodzących od antygenów wirusa A na przykład, to ich komórki są aktywowane, wobec tego układ odpornościowy potrafi skutecznie zwalczyć taką infekcję. Czyli haplotyp MHC przekłada się w praktyce na odpowiedź w odpowiedzi na określone patogeny. Ta część po lewej stronie (slajd z myszami) dotyczy przeszczepiania tkanek w obrębie różnych haplotypów i to już wiemy, że przeszczepiać można tylko w obrębie tego samego haplotypu i wówczas nie nastąpi odrzucenie przeszczepu, natomiast jeżeli dokonamy przeszczepu pomiędzy biorcą i dawcą różniącym się haplotypem to wówczas przeszczep zostanie odrzucony. I teraz co oznacza przetwarzanie i prezentowanie antygenu? Przez cały czas były używane terminy, że peptydy pochodzące od antygenów białkowych są prezentowane w kompleksach z cząsteczkami MHC limfocytom T. W takim rozpoznaniu bierze udział TCR limfocyta T i kompleks MHC-peptyd.
Powtórka o tym.
Limfocyty T helperowe są limfocytami które wspomagają zarówno odpowiedź cytotoksyczną jak i produkcje przeciwciał przez limfocyty B, natomiast limfocyty T cytotoksyczne są limfocytami, które zabijają komórki zaatakowane wirusami i komórki nowotworowe. Terminy przetwarzanie antygenu i prezentacja antygenu. Prezentacja antygenu już wiemy co oznacza, czyli pokazywanie limfocytowi T peptydu w kompleksie z MHC klasy I albo klasy II. Teraz co oznacza przetwarzanie antygenu? Oznacza tak naprawdę trawienie białka pochodzącego od patogenu, czy to wirusa, czy bakterii, czy robaka pasożytniczego, białka obcego dla naszego organizmu, trawienia na krótkie peptydy. I dopiero takie krótkie peptydy wchodzą w kompleksy z odpowiednimi MHC, które są transportowane na powierzchnię komórki prezentującej antygen i tam dopiero limfocyt T za pomocą swoich receptorów TCR może takie struktury rozpoznać.
Są dwa szlaki przetwarzania antygenów. Wirusy zakażają komórki i życie wirusa uzależnione jest od zdolności replikacji tego wirusa wewnątrz komórki zakażonej. Czyli białka pochodzące od wirusów są przetwarzane w innym szlaku niż białka pobierane z zewnątrz komórki. Może jeszcze inaczej: białka syntetyzowane w komórce de novo są przetwarzane przez komórki prezentujące antygen w tak zwanym szlaku cytosolowym, wewnatrzkomórkowym. I to jest ten po prawej stronie (na slajdzie). Może zostańmy na razie przy tym szlaku cytosolowym. Wszystkie białka komórkowe mają określony czas półtrwania. Czyli wszystkie białka w komórce ulegają degradacji. I teraz, degradowanie białek, które kończą swój żywot odbywa się w takim kompleksie enzymatycznym, który nazywamy proteasom. Proteasomy to są tak naprawdę takie walce z dziurą w środku, których szkielet jest zbudowany z białek o aktywności enzymatycznej. Teraz białko, które ma ulec degradacji, a co znaczy ma ulec degradacji? Większość białek przeznaczonych do trawienia ulega ubikwitynizacji, czyli wiązane są z białkiem o dość konserwowanej strukturze, z ubikwityną. I wtedy taki kompleks białko-ubikwityna transportowany jest do tego proteasomu i trawienie odbywa się wewnątrz proteasomu. To też oddzielenie tej struktury, której enzymy wykazują aktywność proteolityczną, która ma chronić te białka, które znajdują się na zewnątrz proteasomu. Czyli w ten sposób degradowane są białka syntetyzowane wewnątrz komórki. Wirusy, białka wirusowe, również są syntetyzowane wewnątrzkomórkowo, a wirusy są patogenami i białka wirusowe ulegają degradacji w tym samym szlaku, w którym ulegają degradacji normalne białka komórkowe. Cząsteczki MHC z kolei są syntetyzowane na polisomach szorstkiego retikulum endoplazmatycznego. I teraz degradowane białka w proteasomie transportowane są przez odpowiednie białka transportujące do siateczki śródplazmatycznej i na błonach siateczki śródplazmatycznej tworzone są kompleksy MHC i te peptydy pochodzące z trawienia białek wirusowych. Pozostańmy przy tym schemacie. Kompleksy MHC-białka wirusowe transportowane są przez układ golgiego na powierzchnię komórki prezentującej antygen. Te kompleksy MHC klasy pierwszej to są takie białka, które są transportowane na powierzchnię komórki prezentującej antygen albo z białkiem patogenu albo z białkiem własnym komórki. Jakie to ma konsekwencje? No takie, że komórka prezentująca antygen, która prezentuje ten antygen w kompleksach z MHC klasy I, czyli z białkami syntetyzowanymi de novo wewnątrz komórki to jest to komórka, która albo prezentuje białka wirusowe, bo została zakażona wirusami, czyli jakimiś patogenami wewnątrzkomórkowymi albo prezentuje białka własne, które też tworzą kompleksy z MHC, bo ten rowek, w którym może zostać związany peptyd pochodzący od jakiegoś białka nie wykazuje takiej specyficzności żeby rozpoznawał białko wirusa od białka własnego, wiązanie jest z różnym powinowactwem, ale wiązane są białka patogenu i białka własne. Co to dalej oznacza? Samo białko MHC nigdy nie pojawia się na powierzchni komórek, jako cząsteczka pusta, bez białka własnego albo bez białka patogennego. Jeżeli nie ma infekcji, cząsteczki MHC znajdują się na powierzchni komórki prezentującej antygen z białkami własnymi, jak jest infekcja to część cząsteczek pokazuje antygeny wirusowe, część cząsteczek białka własne. Jeżeli to są białka własne prawidłowe, to komórki układu odpornościowego rozpoznają te kompleksy, limfocyty T helperowe czy też cytotoksyczne rozpoznają te kompleksy z własnymi białkami z bardzo słabym powinowactwem i nie dochodzi do reakcji przeciwko własnym białkom, przeciwko komórce, która te własne białka prezentuje. Jeżeli to jest białko zmienione nowotworowo, czyli ta komórka staje się inną komórką, „nienormalną”, to prezentowane białka na komórce nowotworowej w kompleksach z MHC klasy pierwszej są innymi białkami, „nienormalnymi”, białkami pochodzącymi z komórki nowotworowej i limfocyty T cytotoksyczne potrafią rozpoznawać te kompleksy z większym powinowactwem i reagować przeciwko komórce, która wykazuje na swojej powierzchni zmienione białka. Daje to możliwość wywołania efektu cytotoksycznego przez limfocyt T cytotoksyczny i zabijania komórek nowotworowych. Jaki jest mechanizm rozróżniania przez limfocyty T w kompleksach z MHC klasy pierwszej peptydów własnych i peptydów obcych, tych pochodzących od patogenów, to jeszcze będzie o tym. Na razie jest mowa tylko o takim rozróżnieniu, że białka MHC występują na powierzchni komórek zawsze w kompleksach z białkami własnymi albo z białkami patogenu, nigdy jako puste cząsteczki. Czyli wiemy już jaki jest szlak przetwarzania tego antygenu wewnątrzkomórkowego, w tym szlaku cytosolowym. Czyli jest to taki sposób przetwarzania antygenu, który potrafi dokonywać każda jądrzasta cząsteczka naszego organizmu. Każda cząsteczka naszego organizmu może zostać zainfekowana wirusami. Ten szlak jest bardzo ważnym mechanizmem umożliwiającym nam zabijanie komórek na przykład zakażonych wirusami albo komórek zmienionych nowotworowo. Natomiast aktywacja przez białka pochodzące od patogenów zewnątrzkomórkowych: antygeny bakteryjne, antygeny pasożytnicze, antygeny grzybów czy w ogóle obce białka. Przetwarzanie tych białek, tych patogenów zewnątrzkomórkowych odbywa się w innym szlaku przetwarzania antygenu, który jest nazywany szlakiem endocytarnym, albo endosomowym. Na czym polega przetwarzanie antygenu w tym szlaku? Ten szlak przetwarzania antygenu nie wymaga syntezy białek de novo, wewnątrz komórki. Jest to przetwarzanie białek, które komórka prezentująca antygen musi zendocytować, albo jeżeli komórką prezentującą jest komórka mająca zdolność do fagocytozy, na przykład makrofag, to może fagocytować całe patogeny, jakimi są na przykład bakterie i wówczas degradacji ulega cała komórka bakteryjna w tym samym szlaku co i obce białka, które komórka prezentująca antygen zendocytuje. I teraz wygląda to tak: Białka MHC klasy drugiej występują nie na wszystkich komórkach organizmu, tylko na tych, które mają zdolność do prezentacji antygenu, na tych trzech klasach komórek o których już była mowa. I teraz białko obce, pochodzące od patogenu, czyli antygen białkowy ulega endocytozie i jest wchłaniany przez endosomy, endosomy łączą się z lizosomami, które zawierają bardzo dużo różnych enzymów proteolitycznych, inne enzymy również, ale są bardzo bogate w enzymy proteolityczne, tworzy się taka ziarnistość zwana endolizosomem i teraz o ile tutaj, synteza białek MHC, jak już było mówione, odbywa się na polisomach szorstkiej siateczki śródplazmatycznej tak samo MHC klasy drugiej. MHC klasy drugiej są transportowane przez aparat golgiego do takich endolizosomów i w endolizosomach tworzone są kompleksy z peptydami pochodzącymi z białka zendocytowanego, z tego antygenu białkowego. Czyli w szlaku tym endocytarnym (chyba tym cytosolowym?) tworzenie kompleksów odbywa się w siateczce śródplazmatycznej i kompleks jest transportowany przez aparat golgiego na powierzchnię komórki, a tutaj MHC jest transportowany do endolizosomów i dopiero błona plazmatyczna endolizosomów integruje się z błoną komórki i kompleks MHC z peptydem pojawia się na powierzchni komórki. No nasuwają tu się pewne wątpliwości, takie, jak dokonuje się rozpoznawanie w komórce, w tych szlakach degradacji antygenów białkowych jak dokonuje się rozpoznawanie pomiędzy tym co ma być kompleksowane z MHC klasy I albo z MHC klasy drugiej. Bo, komórki prezentujące antygen, na przykład komórka dendrytyczna czy makrofag, jest komórką jądrzastą? No jest. To ma na swojej powierzchni MHC klasy I? Ma. Będzie na swojej powierzchni pokazywała kompleksy peptydów w kompleksach z MHC klasy I? Będzie. Z MHC klasy II? Będzie. To jak ma wiedzieć, który peptyd ma z jaką cząsteczka związać? Oczywiście jest różnica w szlakach przetwarzania, ale jest takie miejsce błony siateczki śródplazmatycznej, gdzie białka MHC występują w tym samym czasie, co wynika po prostu z produkcji, z syntezy tych białek najzwyczajniej. Teraz jest schemat proteasomu. Białko które ma ulec degradacji trafia do tego proteasomu, degradowane jest do peptydów no i co? No i są różne peptydy: peptydy pochodzące z białek wirusowych i peptydy białek własnych. Wykazano, że są takie proteasomy, które posiadają białka o aktywności proteolitycznej, białka enzymatyczne, to są jakieś białka LNT, które są kodowane przez geny znajdujące się w kompleksie z genami głównego układu zgodności tkankowej i co więcej, te białka enzymatyczne wykazują taką zdolność do degradacji białek na peptydy 8-10 aminokwasowe, czyli takie, które są łatwo wiązane przez MHC klasy pierwszej. Oczywiście to też nie daje takiej absolutnej segregacji własne od patogenu, ale to daje segregację takiego typu, że jest mechanizm, który umożliwia powstawanie peptydów o takiej długości, o takiej liczbie aminokwasów, które będą chętniej kompleksowane z białkami MHC klasy pierwszej. To po pierwsze. Po drugie: białka MHC klasy drugiej, które znajdują się w siateczce śródplazmatycznej, zanim zostaną przetransportowane przez aparat golgiego do tych endolizosomów mają to miejsce wiązania peptydu zablokowane przez białko dodatkowe, przez taki łańcuch, który potem w tym samym szlaku przetwarzania antygenu i tworzenia kompleksów ulega degradacji i jest zastępowany przez właściwy peptyd, który ma tworzyć kompleks z MHC klasy drugiej. I wydaje się, że to są takie dwa podstawowe mechanizmy segregujące tworzenie kompleksów z odpowiednimi MHC i odpowiednimi peptydami. Teraz co więcej. Oczywiście, że jest też tak, że peptydy pochodzące od tego samego antygenu białkowego, tyle tylko, że różniące się liczbą aminokwasów mogą tworzyć kompleksy i z MHC klasy I i z MHC klasy II. Czyli antygen wirusowy może być prezentowany zarówno przez MHC klasy I jaki i przez MHC klasy II, tyle tylko, że nie będzie to dokładnie ten sam antygen białkowy, bo to będzie już inny peptyd. Bardzo dużo peptydów, które pochodzą z trawienia antygenu ulega tak naprawdę degradacji do aminokwasów i w ogóle nie są prezentowane, w ogóle nie są rozpoznawane przez układ odpornościowy. Bo to nie są jakieś szlaki przetwarzania białek specyficzne wyłącznie dla komórek układu odpornościowego. To jest wykorzystywanie naturalnych szlaków degradacji białek wewnątrz komórek.
Były wspominane komórki profesjonalne prezentujące antygeny. I na nich się tylko zatrzymamy. Czyli komórki dendrytyczne, makrofagi i limfocyty B. To są komórki, które prezentują antygeny w kompleksach z MHC klasy drugiej i co ważnego muszą jeszcze mieć te komórki na swojej powierzchni? Jakie warunki musza być spełnione, żeby limfocyt T uległ aktywacji? Musi rozpoznać antygen i musi otrzymać tak zwany drugi sygnał od komórki prezentującej antygen. Czyli komórka, która prezentuje antygen, ma na swojej powierzchni MHC z peptydem pochodzącym od antygenu białkowego i ma na swojej powierzchni również białka, które maja swoje receptory na limfocycie T. Bardzo ważne białka, które są białkami kostymulacyjnymi dla limfocytów T. Czyli komórka prezentująca antygen, taka która jest komórka profesjonalną, ma na swojej powierzchni dużą ekspresję białek MHC klasy drugiej, czyli ma ważne oprzyrządowanie do tego, żeby takie obce peptydy, albo własne peptydy prezentowała komórkom układu odpornościowego. Oraz ma na swojej powierzchni cząsteczki kostymulacyjne.
Mówimy dalej o limfocytach T. Limfocyty T są komórkami, które biorą udział w rozwoju odporności nabytej. I limfocyt T helperowy jest taką centralną komórką, która decyduje o prawidłowym rozwoju odporności nabytej. Co znaczy centralną komórką? Tak naprawdę w organizmie ssaka jeżeli nie dochodzi do rozwoju limfocytów T helperowych, jeżeli jest jakiś błąd w funkcji tych komórek, to limfocyty B, które są komórkami produkującymi przeciwciała nie produkują tych przeciwciał, nie produkują w ogóle przeciwciał w odpowiedzi na antygeny białkowe, czyli odporność naszego organizmu jest w znaczącym stopniu upośledzona. Co więcej limfocyty T cytotoksyczne, czyli te komórki, które zabijają komórki zarażone wirusami albo zabijają komórki nowotworowe również są dysfunkcyjne. Czyli jest to komórka, która reguluje poziom aktywności i limfocytów T cytotoksycznych i limfocytów B produkujących przeciwciała. Aktywacja tych limfocytów T helperowych odbywa się w wyniku rozpoznania przez ten limfocyt T helperowy antygenu prezentowanego w kompleksie z MHC przez komórkę prezentującą antygen. Ważnym elementem w aktywacji limfocytów T jest interakcja pomiędzy komórką prezentującą antygen i limfocytem T helperowym, czyli te dwa typy komórek muszą mieć jakiś język porozumiewania się pomiędzy sobą i tym językiem porozumiewania się jest język receptorów i ligandów dla tych receptorów. Jednym receptorem, który już znamy to jest receptor dla antygenu, ligandem jest kompleks antygen-MHC, a następnie cytokiny, czyli cała duża rodzina białek, produkowanych przez komórkę prezentującą antygen wtedy, kiedy zostaje ona zaktywowana w wyniku fagocytozy albo endocytozy obcych cząstek czy obcych białek. Sygnały, które indukują aktywację limfocytów T to jest tak zwany sygnał pierwszy, który przekazywany jest przez receptor dla antygenu, czyli przez TCR i sygnaling, transdukcja sygnału od TCR-u idzie do jądra komórkowego i dochodzi do .. . Następnym sygnałem, nazwanym sygnałem numer dwa, który to sygnał jest niezbędny do tego, żeby limfocyt T helperowy został zaktywowany, zaktywowany, to znaczy żeby stał się komórka wypełniającą swoją funkcję biologiczną. Czyli zaczął produkować białka regulujące aktywność limfocytów T cytotoksycznych i aktywność limfocytów B. I ten sygnał drugi jest sygnałem który jest transdukowany do jądra komórkowego od takiego białka, które nosi symbol CD28, a ligandem dla tego białka jest cząsteczka kostymulacyjna, dlatego była mowa, że na komórce prezentującej antygen, żeby to była komórka skutecznie prezentująca antygen, muszą występować białka, które nazywamy ogólnie kostymulatorami. Jednym z tych białek kostymulacyjnych jest białko określone terminem B7. Interakcje pomiędzy komórką prezentującą antygen a limfocytem T helperowym są interakcjami złożonymi i dotyczą nie tylko interakcji tych o których była mowa, czyli sygnał pierwszy, sygnał drugi; ale w rozpoznaniu, w aktywacji limfocytów T helperowych przez komórkę prezentującą antygen uczestniczą jeszcze inne białka, które ten sygnał aktywujący wzmacniają albo hamują. Bo to są jakieś tam poziomy regulacji. Czyli są takie pary białek, które uczestniczą we wzmocnieniu aktywacji limfocytów T helperowych, albo przekazują sygnał supresyjny, albo wzmacniają po prostu adhezję pomiędzy tymi komórkami. Bo do aktywacji limfocytów T helperowych dochodzi w wyniku kontaktu pomiędzy tymi komórkami dwiema za pośrednictwem receptorów i ligandów dla tych receptorów.
Synapsa immunologiczna. Jesteśmy w stanie sobie wyobrazić, że jest to termin, który określa obszar, miejsce poprzez które dochodzi do interakcji pomiędzy komórkami. Czyli takie miejsce w obszarze którego komórki porozumiewają się ze sobą. Zdjęcia: limfocyt T spoczynkowy i limfocyt T spolaryzowany (aktywowany). Ten limfocyt T spoczynkowy, czyli taki który jest komórką nieaktywowaną, nie ma żadnej interakcji z komórką prezentującą antygen, jest limfocytem, który ma w swojej błonie komórkowej receptory dla antygenu, ma ligandy dla cząsteczek kostymulacyjnych, tyle tylko, że te białka rozmieszczone są równomiernie w błonie komórkowej limfocytu T. I teraz jeżeli takie białka wyznakujemy przeciwciałami czerwonymi z fluorochromami, czyli ze związkami chemicznymi, które emitują fluorescencję pobudzone światłem. Możemy obserwować taką komórkę w mikroskopie fluorescencyjnym, w mikroskopie konfokalnym. I teraz to jest limfocyt T, który został wyznakowany przeciwciałami anty-PRR, czyli przeciwko receptorowi dla antygenu i anty-CD28, czyli przeciwko temu białku, które jest receptorem dla cząsteczki kostymulacyjnej na komórce prezentującej antygen. Natomiast jeżeli dochodzi do interakcji pomiędzy limfocytem T, a komórką prezentującą antygen, czyli TCR danego limfocytu T jest swoisty dla kompleksu MHC-peptyd, prezentowanego przez komórkę prezentującą antygen, to dochodzi do reorganizacji błony, cytoszkieletu w ogóle i przemieszczania różnych białek błonowych na jeden biegun komórkowy. Czyli komórka ulega polaryzacji. To miejsce styku pomiędzy komórką prezentującą antygen a limfocytem T nazywamy synapsą immunologiczną. Czyli jest to obszar, w obrębie którego dochodzi do komunikacji między komórkami. Jeżeli dochodzi do interakcji TCR - kompleks MHC-peptyd i CD28 - B7, to tworzenie takiej synapsy następuje bardzo szybko. W takiej synapsie możemy wyróżnić część centralną i część obwodową. I teraz, jeżeli wyznakujemy znowu przeciwciałami monoklonalnymi przeciwko określonym białkom, to synapsa centralna co zawiera? TCR (receptor dla antygenu), CD28 (ligand dla cząsteczki kostymulacyjnej), CD4, CD8 w zależności od tego, czy jest to synapsa utworzona przez limfocyt T helperowy (CD4) czy T cytotoksyczny (CD8). Natomiast ta zewnętrzna część synapsy to są białka, które wzmacniają tylko adhezję między tymi dwoma komórkami, między limfocytem T i komórką prezentującą antygen. Teraz jakie są skutki aktywacji limfocytu T? Skutki aktywacji są następujące. Komórka prezentująca antygen, było już o tym na pierwszym wykładzie, jest komórką, która ma na swojej powierzchni receptory dla wzorców molekularnych patogenów. Rozpoznaje różne patogeny, tu jest jeden TLR i jeden patogen, dowolny. W wyniku takiej interakcji aktywacji ulega komórka prezentująca antygen, aktywacja tej komórki przejawia się między innymi syntezą nowych białek, nazwanych ogólnie cytokinami. To są białka regulatywne, które są cząsteczkami informacyjnymi pomiędzy komórką prezentującą antygen a komórkami układu odpornościowego. A jak się dowiemy niebawem, również pomiędzy komórkami nerwowymi i komórkami produkującymi hormony. Czyli jest to system komunikacji za pośrednictwem tych białek regulacyjnych, nie tylko pomiędzy komórkami układu odpornościowego, ale jest to system komunikacji pomiędzy układem odpornościowym, nerwowym i hormonalnym. Zostaniemy na razie przy tym układzie odpornościowym. Czyli aktywacja komórki prezentującej przez TLR w wyniku rozpoznania antygenu prowadzi do aktywacji komórki prezentującej antygen i syntezy określonych cytokin. W zależności od tego jaki to jest rodzaj patogenu i jaki to jest receptor dla tego patogenu to komórka prezentująca antygen będzie produkowała określone spektrum cytokin. Krótko mówiąc patogen A - TLR1, na przykład powoduje produkcję cytokin B, inny zestaw, cytokin C. To nie jest tak, że ta komórka dendrytyczna pluje wszystkimi możliwymi cytokinami, tylko zestaw produkowanych cytokin zależy od tej interakcji. I w zależności od tej interakcji, rodzaju produkowanych cytokin dochodzi do różnicowania limfocyta T helperowego w różne funkcjonalnie limfocyty helperowe. Albo takie, które nazywamy limfocytami Th1, które regulują właściwy poziom odpowiedzi komórkowej, czyli wspomagają odpowiedź komórkową. Jak to się przekłada na praktykę? Aktywują na przykład makrofagi w takiej infekcji bakteryjnej. Makrofagi co robią? Fagocytują bakterie. Zachodzą jednocześnie takie procesy: degradacja tych bakterii, prezentacja antygenów bakteryjnych, ale zwiększona zdolność do zabijania wewnątrzkomórkowego bakterii, przez makrofagi, przez komórki żerne uzależniona jest od aktywacji tych makrofagów przez jedno z białek produkowanych przez limfocyty Th1 w wyniku aktywacji przez antygen bakteryjny, IFN-γ (interferon gamma), to jest taka cytokina. Czyli limfocyty Th1 produkują cytokiny, produkują białka regulatorowe, które wspomagają aktywność bójczą, stymulują aktywność bójczą makrofagów. Jak również indukują aktywność cytotoksyczną limfocytów cytotoksycznych. Czyli i komórka prezentująca produkuje cytokiny i aktywowany limfocyt T helperowy produkuje cytokiny, tylko inne jest spektrum tych cytokin. Tych białek, które nazywamy cytokinami jest bardzo dużo i te białka są językiem komunikacji pomiędzy komórkami układu odpornościowego. Inny rodzaj patogenów, aktywujący przez inny TLR powoduje produkcję innego spektrum cytokin, które powodują różnicowanie limfocytu T helperowego w limfocyty Th2. Czyli ten limfocyt helperowy (po prostu Th) to jest limfocyt, który powstaje w grasicy, opuszcza grasicę, zasiedla obwodowe narządy limfatyczne, niech to będzie węzeł limfatyczny i teraz ten limfocyt T helperowy ulega aktywacji przez antygen białkowy. W zależności od tego jaki to jest antygen białkowy i co komórka prezentująca antygen zacznie produkować to ten limfocyt T helperowy może różnicować w limfocyt T helperowy ciągle, tylko o takiej aktywności, o takiej aktywności albo jeszcze o takiej aktywności (pokazuje na slajdzie), takiej (Treg) innej od tych dwóch, która to przejawia się zupełnie inną funkcją biologiczną, polegającą na produkcji cytokin, które będą indukowały supresję odpowiedzi tych limfocytów i tych limfocytów (Th1 i Th2). Czyli mamy tu poziomy regulacji aktywności limfocytów T w obrębie układu odpornościowego. Wiele mechanizmów działania tych komórek poprzez te cytokiny, czyli szlaki sygnalingu prowadzące od cytokin do jądra komórek docelowych są znane, tylko na razie mówimy o rzeczach bardzo ogólnych. Czyli wracając do tej synapsy: w obrębie synapsy immunologicznej dochodzi do koordynacji sygnałów, które uzyskuje limfocyt T helperowy od komórki prezentującej antygen poprzez cytokiny i poprzez receptor dla antygenu i białko, które jest tym ważnym białkiem transdukującym sygnał, białko CD28.
To już tak naprawdę było, teraz dla przypomnienia. To różnicowanie o którym było przed chwilą, jeżeli prowadzi do różnicowania w kierunku limfocytów Th1, czyli o aktywności takiej, która indukuje w tych komórkach produkcję takiego zestawu białek regulatorowych, IFN-γ, IL-2 TNF-β, to te limfocyty Th1 aktywują makrofagi i aktywują limfocyty T cytotoksyczne, czyli wspomagają tak zwana odpowiedź komórkową. Jeżeli dochodzi do różnicowania limfocytów T helperowych w limfocyty Th2 to dochodzi do aktywacji odpowiedzi komórkowej (chyba raczej humoralnej) czyli produkcji przeciwciał przez limfocyty B. I te komórki, te limfocyty helperowe wspomagają produkcję przeciwciał przez limfocyty B. Normalnie w układzie odpornościowym, prawidłowo funkcjonującym występuje zawsze równowaga w aktywności limfocytów Th1 i Th2. Jeżeli następuje przewaga w aktywności którejś z tych komórek to dochodzi albo do rozwoju alergii i tak jest w przypadku kiedy jest nadmierna aktywność limfocytów Th2, bo one bardzo wspomagają odpowiedź limfocytów B, skutkującą produkcją przeciwciał IgE, tych przeciwciał IgE, które produkowane są w wyniku odpowiedzi na alergeny. Natomiast jeżeli jest przewaga aktywności komórek Th1 to bardzo często rozwijają się choroby autoimmunizacyjne. Omówienie slajdu „Udział komórek dendrytycznych w różnicowaniu limfocytów T w komórki efektorowe”: Profesjonalne komórki prezentujące antygen to są komórki dendrytyczne. Są bardzo różne populacje komórek dendrytycznych, które mają na swojej powierzchni różny zestaw TLR-ów i teraz w zależności jakie to są komórki dendrytyczne, jaki mają zestaw TLR-ów będzie determinowało jaki rodzaj patogenów są w stanie rozpoznawać, jaki rodzaj wzorca molekularnego są w stanie rozpoznawać a to będzie z kolei determinowało kierunek rozwoju albo w limfocyty Th1 albo w Th2 albo w te regulatorowe czyli supresyjne. I tutaj mamy komórką dendrytyczną, która ma jakiś tam rodzaj TLR-ów, która jak rozpozna określone wzorce molekularne to skieruje różnicowanie limfocyta Th tego naiwnego, który się wcześniej nie zetknął z antygenem w limfocyt Th1. Inny jakby podtyp komórki dendrytycznej będzie powodował różnicowanie w limfocyty Th2. I wreszcie inny typ komórki dendrytycznej będzie indukował rozwój limfocytów T w komórkę supresyjną w limfocyt T supresyjny. Czyli kierunek rozwoju, kierunek różnicowania limfocyta T helperowego w określoną klasę komórki funkcjonalnej będzie uzależniony od komórki prezentującej antygen, od zestawu receptorów dla wzorców molekularnych na tej komórce prezentującej antygen co będzie determinowało produkcję określonych białek regulatorowych i ukierunkowane, poprzez język tych białek regulatorowych, różnicowanie limfocyta T helperowego w odpowiednią funkcjonalną komórkę. Teraz jeżeli mówimy o aktywacji limfocytów T to tak naprawdę co my przez tą aktywację mamy rozumieć? Wykonanie w fazie końcowej aktywacji, czyli zmuszenie, zaindukowanie w tej komórce funkcji efektorowej, funkcji biologicznej tej komórki. W jaki sposób możemy mierzyć aktywację limfocytów T, nie tylko zresztą limfocytów T: limfocytów i bardzo wielu różnych innych komórek organizmu, bo aktywacja nie jest terminem, który jest zastrzeżony dla limfocytów, dla komórek układu odpornościowego. Poziom aktywacji komórek mierzymy poprzez: (1) Wykrywanie fosforylacji różnych elementów kaskady sygnałowej. (2) Albo syntezę czynników transkrypcyjnych, bo jest część czynników transkrypcyjnych, która w wyniku transdukcji sygnału ulega syntezie de novo, albo takie, które ulegają aktywacji. (3) Obecność aktywnych czynników transkrypcyjnych w jądrze komórki (4) albo w cytoplazmie. Wykrywanie białek cytoplazmatycznych, które są charakterystyczne dla komórek aktywowanych. Komórki układu odpornościowego, np. limfocyty T helperowe jak ulegają aktywacji to zaczynają wykazywać na swojej powierzchni ekspresję białek, których nie ma na powierzchni spoczynkowych limfocytów T. Czyli krótko mówiąc limfocyt T, który znajduje się w fazie G0 ma określony zestaw białek błonowych. W kolejnych fazach cyklu komórkowego ma inny zestaw białek błonowych. Na przykład cytokiny, te białka regulatorowe, które produkują limfocyty T helperowe tak jak było pokazywane to różnicowanie Th1, Th2, T regulatorowe i to są limfocyty T, które produkują różny zestaw cytokin, to cytokiny produkowane są w fazie G1 cyklu komórkowego przez te limfocyty Th1 alboTh2 albo T regulatorowe. Aktywowane limfocyty mają na swojej powierzchni albo zwiększoną ekspresję białek, które występują na ich powierzchni normalnie, tyle tylko, że w wyniku aktywacji tych białek jest więcej, albo pokazują się nowe białka, np. receptory dla cytokin. To są białka powierzchniowe, które są syntetyzowane przez limfocyty T aktywowane. Limfocyt T aktywowany syntetyzuje receptory dla cytokin i wówczas cytokiny produkowane np. przez komórkę prezentującą antygen mają swój receptor na powierzchni aktywowanego limfocytu T helperowego i mogą za pośrednictwem tej interakcji cytokina-receptor przekazać jakąś informacje do tego limfocytu T helperowego. Czyli poziom ekspresji receptorów błonowych i wykrywanie białek wydzielanych przez aktywowaną komórkę. Przede wszystkim właśnie cytokin, czyli tych białek regulatorowych, których limfocyty w fazie spoczynkowej, wtedy kiedy są w fazie Go w ogóle nie produkują. Przekazywanie sygnału do jądra komórkowego limfocytów T odbywa się przy udziale tych dwóch sygnałów o których była mowa, przy czym tu jest taki schemat, który nie uwzględnia tej interakcji CD28 z ligandem dla CD28. Tylko to jest transdukcja sygnału w wyniku rozpoznania kompleksu MHC-peptyd przez TCR; przy czym było wspominane, że TCR to jest receptor dla antygenu, ale jest struktura, która się nazywa kompleksem receptorowym, która zawiera oprócz tych dwóch podjednostek jeszcze inne podjednostki białkowe, przez które transdukowany jest sygnał, które zawierają takie sekwencje aminokwasowe zawierające tyrozynę i są to miejsca ulegające fosforylacji. I teraz sama aktywacja komórki odbywa się przy udziale kinaz i fosfataz białkowych. Czyli dochodzi do aktywacji tych miejsc, które ulegają fosforylacji, z kolei te miejsca fosforylowane są miejscami tak naprawdę dokującymi dla kolejnych kinaz białkowych, które to kinazy białkowe mogą aktywować białka adaptorowe i te białka adaptorowe w wyniku fosforylacji enzymów biorą udział w degradacji np. fosfolipidów błonowych. I degradacja fosfolipidów błonowych prowadzi do produkcji tych przekaźników drugiego rzędu, które z kolei; przy czym sygnaling w komórce nie odbywa się nigdy w drodze jednego szlaku, tylko w drodze różnych szlaków. Tutaj wskazanie na udział fosfolipazy C i degradacji fosfolipidów błonowych, które prowadzą do aktywacji kinazy białkowej C, mobilizacji rezerw wewnątrzkomórkowych jonów wapnia. Do aktywacji, do sygnalingu z udziałem białek G i te szlaki sygnalizacji skutkują w rezultacie zmianą w ekspresji genów, zmianą funkcjonalną komórki, różnicowaniem komórki w jej postać efektorową.
Jest jeszcze jedna ważna rzecz. Cały czas było mówione, że limfocyty T są limfocytami, które rozpoznają antygeny w kompleksach MHC-peptydy. Są takie antygeny, które powodują aktywację limfocytów T w sposób jakby alternatywny. To znaczy nie wymagają przetwarzania. Nie jest potrzebna funkcja komórki prezentującej antygen związana z przetwarzaniem. Bo nie muszą być te antygeny przetwarzane na te krótkie peptydy. I teraz takimi antygenami, które aktywują limfocyty T nieco w inny sposób to jest grupa białek, które generalnie nazywamy superantygenami. Ten termin superantygeny odnosi się do wielu toksyn bakteryjnych albo białek wirusowych. Na czerwono schematycznie zaznaczone są te superantygeny, np. toksyny bakteryjne, które nie tworzą kompleksu z MHC w sposób klasyczny, tutaj w tym rowku MHC. Nie muszą być przetwarzane przez komórkę prezentująca antygen. Komórka prezentująca antygen jest konieczna w takim momencie do aktywacji limfocytów T bo nadal powstaje kompleks TCR, MHC i antygen, tyle tylko że ten antygen, ten superantygen, taka toksyna bakteryjna łączy się z TCR-em i kompleksem MHC od strony zewnętrznej tych łańcuchów białkowych budujących MHC i TCR, nie od tej części środkowej, czyli tego rowka wiążącego peptyd. I jeszcze w wypadku niektórych antygenów wirusowych nie wymagających przetwarzania, które ulegają ekspresji na powierzchni komórki zarażonej wirusem. Jest część białek, które ulegają ekspresji na powierzchni zarażonej komórki. I teraz niektóre z tych białek są rozpoznawane przez limfocyty T poprzez ich TCR-y również w kompleksie z MHC, tyle tylko, że te białka nie są przetwarzane i wiązane są przez MHC i receptor dla limfocytu T od strony zewnętrznej, nie od tej strony środkowej wiążącej krótkie peptydy. Dlaczego są nazywane superantygenami? Dlatego, że mają zdolność do aktywacji bardzo dużej liczby klonów komórek w układzie odpornościowym. Jeżeli jest rozpoznanie takie klasyczne, gdzie antygen białkowy jest cięty na kawałki .. się w tym rowku, to wówczas rozpoznanie jest przez specyficzny TCR. Jeżeli mamy milion komórek to w tym milionie komórek załóżmy w węźle limfatycznym niech będzie 1% takich limfocytów T, które mają receptor specyficzny dla tego rodzaju antygenu, dla tego peptydu w kompleksie z MHC. Czyli aktywacji ulega bardzo niewielka liczba limfocytów T. Czyli konsekwencją jest ta aktywacja poliklonalna, ale ten klon komórek ma niewielką liczebność. Natomiast aktywacja przez superantygeny powoduje aktywację np. 40% limfocytów T w węźle chłonnym. Nie jest tak specyficzna. Dlatego, że o ile struktura tego rowka w MHC jest ograniczona, ona jest uzależniona od haplotypu MHC