Immunológia. Hogyan működik az immunrendszer? password: immun

Átírás

1 Immunológia Hogyan működik az immunrendszer? password: immun

2 Hogyan működik az immunrendszer? Milyen stratégiája van? Milyen szervek / sejtek alkotják? Mely gének határozzák meg működését?

3 Az immunológia a szervezet védekezőképességét, annak szerveit, sejtjeit, molekuláris mechanizmusait tanulmányozza. Az immunrendszer a szervezetet külső és belső kórokozóktól védő rendszer, ami molekuláris- és sejtes védőmechanizmusokból szerveződik és a neuro-endokrin rendszerrel összehangoltan működik. Az immunrendszer érzékszerv, amely a szervezet külső és belső mikrobiológiai környezetének észlelésére alkalmas és megfelelő válaszreakciókra is képes. Az immunrendszer egyes mechanizmusai már a mikróbáknál is megtalálhatók, a növények védekező rendszere fejlett, de nem olyan összetett, mint az állatoké. A gerincesek kialakulásával párhuzamosan az evolúció az immunrendszer organizációjában új szinteket hozott létre Az immunrendszer működése során alapvető jelentőségű a saját és az idegen, a közömbös és a veszélyes megkülönböztetése.

4 Az immunrendszer képes észlelni és megkülönböztetni molekuláris mintázatokat, amelyek egy részét az evolúció a szervezetre veszélyesnek minősítette. Ezek jelenlétére a válasz genetikailag kódolt. A gerincesek adaptív immunrendszere képes kombinatorikus receptorok előállítására, amelyek szinte bármilyen molekula specifikus felismerésére képesek. Az adaptív immunrendszer által észlelt molekulák antigénnek tekinthetők. Az antigén nem azonos a patogénnel: a saját szervezet, a táplálék, az egészséges bélflóra antigénjeit is észleli az IR. A antigén jelenlétére az immunrendszer sokféle választ adhat, ezek spektruma a teljes toleranciától a pusztító reakcióig változhat. A tolerancia aktív folyamat, nem azonos a válasz hiányával (ignorancia). Az élővilág szempontjából érdektelen molekulák is lehetnek antigének.

5 Az immunrendszer feladatai A soksejtű szervezeten belül veszélyes idegen sejtek nem fordulhatnak elő A szervezet genetikai egységének megőrzéséhez elengedhetetlen a saját és az idegen sejtek megkülönböztetése A soksejtű lények esetében különféle sejttípusok fordulnak elő egyazon szervezetben. Az eltérő módon differenciálódott sejtek azonos genommal rendelkeznek, de igen eltérő molekuláris mintázatokat (fehérjéket, anyagcsere termékeket) tartalmaznak A genom változását (mutációk, genetikai paraziták) meg kell akadályozni, veszélyes saját sejteket el kell pusztítani: a genom változatlanságát az immunrendszer őrzi

6 Megkülönböztetési stratégiák Mérettartomány alapján történő megkülönböztetés: nagyobb a makromolekuláknál, de kisebb a vörösvérsejteknél Saját sejtek jelölése: jellemző molekuláris mintázatok (szénhidrát oldalláncok, sziálsav, MHC fehérjék, stb.)

7 Saját sejtekre jellemző molekuláris mintázatok Extracelluláris matrix (ECM), sejtfelszíni fehérjék, sejtadhéziós fehérjék (CAM), glikoproteinek szénhidrát oldalláncai, (sejtfal alkotó molekulák) A fehérjék szénhidrát oldalláncai az endoplazmás retikulumban és a Golgiban alakulnak ki, a glikoziláló enzimek száma, specificitása a fajra (egyedre) jellemző A szénhidrát oldalláncok fontosak a sejt-sejt felismerésben (CAM) és a saját-idegen felismerésben A szénhidrát oldalláncokat specifikusan felismerő fehérjéket lektineknek nevezzük

8 Megkülönböztetési stratégiák Mérettartomány alapján történő megkülönböztetés Saját sejtek jelölése: jellemző molekuláris mintázatok A kórokozók jellegzetes molekuláris mintázatának észlelésére szolgáló molekulák: receptorok, idegeneket jelző jelfolyamatok, védekezési mechanizmusok baktériumok: lipopoliszaharidok, lipopeptidek, csillók, stb. gombák: polimannán, kitin, stb. férgek, nematódák, mételyek: kitin vírusok: kristályszerű szerkezetek növények: cellulóz, klorofill

9 Idegenek felismerése A toll gén mutációja következtében a Drosophila érzékennyé válik gombás fertőzésekre. A toll génnek számos homológja van gerinctelenekben, gerincesekben, sőt növényekben is.

10 Idegenek felismerése: toll-like receptorok Mintafelismerő receptorokra jellemzőek a leucin-gazdag ismétlődő szekvenciákból (leucine-rich repeats, LRR) álló ligand-kötő ektodomének alfa hélixek béta redők

11 Megkülönböztetési stratégiák Mérettartomány alapján történő megkülönböztetés Saját sejtek jelölése: jellemző molekuláris mintázatok (sziálsav, MHC fehérjék) A kórokozók jellegzetes molekuláris mintázatának észlelésére szolgáló molekulák, receptorok, idegeneket jelző jelfolyamatok, védekezési mechanizmusok indítása Membrán-roncsoló kémiai rendszerek: komplement, defenzinek terjedést gátló mechanizmusok: véralvadás szabadgyökös pusztítás: hemoglobin, hemocianin A megtámadott saját sejtek vészjelzéseinek észlelése: citokinek A saját sejtek károsodásának, pusztulásának (stressz) érzékelése, stressz-elhárító folyamatok megindulása: ATP, IL-1, hsp fehérjék

12 Megkülönböztetési stratégiák Mérettartomány alapján történő megkülönböztetés Saját sejtek jelölése: jellemző molekuláris mintázatok (sziálsav, MHC fehérjék) A kórokozók jellegzetes molekuláris mintázatának észlelésére szolgáló molekulák, receptorok, idegeneket jelző jelfolyamatok, védekezési mechanizmusok indítása Membrán-roncsoló kémiai rendszerek A megtámadott saját sejtek vészjelzéseinek észlelése A saját sejtek károsodásának, pusztulásának (stressz) érzékelése, védőmechanizmusok, stressz-elhárító folyamatok megindulása Egyes saját molekulák mennyiségének változását (vagy pl. lokális anoxiát) észlelő rendszerek hosszabb életű magasabbrendűeknél a genetikai egység védelme (intracelluláris paraziták, mutációk, tumorsejtek ellen) elengedhetetlen

13 Az immunrendszer fegyvernemei A velünk született (természetes) immunrendszer innate immunity genetikailag meghatározott, az evolúció során alakult ki, hagyományos ellenségek ellen hatásos, lassan reagál új kihívásokra, nincs memóriája, genetikailag igen költséges, nagyon megbízható Adaptív (szerzett) immunrendszer adaptive immunity gyors, rugalmas, specifikus, emlékezik, bármilyen ellenség ellen képes védeni, egyedülálló rekombinációs genetikai háttér, tanulási folyamatot igényel, önpusztító hatását korlátozni kell A két rendszer egymásra épül, együtt működik, feltételezi egymást

14 Az immunrendszer sejttípusai Vérképzés: az őssejtek (HSC) aszimmetrikus osztódása a differenciálódás kivédése progenitor: folyamatos osztódás, nincs G 0 a sztrómasejtek irányító szerepe a progenitorok keletkezésében programmozott sejthalál

15 A természetes immunrendszer sejttípusai A természetes (innate) IR ősi, az evolúció során kialakult gének termékeivel véd, nincs memóriája A természetes IR humorális (defenzinek, citokinek) és sejtes mechanizmusokkal rendelkezik, amelyek együttműködnek A természetes IR sejtjei az elpusztított kórokozók antigénjeit bemutatják az adaptív IR sejtjeinek és meghatározzák a védekezés módját

16 Az immunrendszer sejttípusai: a falósejtek Makrofágok és polimorf magvúak Betolakodók elpusztítása, Szövettörmelékek eltakarítása, Antigének bemutatása 2.3. Gergely Az immunrendszer működésének összehangolása: Citokinek, növekedési faktorok, kemoattraktánsok termelése

17 Az immunrendszer sejttípusai: a neutrofil granulocita A neutrofil granulociták a legnagyobb számban előforduló immunsejtek Bekebelezik, elpusztítják és megemésztik a patogéneket Reaktív oxigén gyökök, NO és HClO (hipoklorit) termelő képesség

18 Az immunrendszer sejttípusai: a neutrofil Polimorf neutrofil granulocita Staphylococcus aureus sejteket fagocitál A sejtek szabadgyököket és reaktív vegyületeket termelve pusztítják el a bekebelezett organizmusokat, gyakran maguk is belepusztulnak - genny 2.3. Gergely

19 Szöveti makrofág (kék) S. aureus sejteket fagocitál Mintafelismerő receptoraik segítségével ismerik fel a patogéneket. A mikrobiális sejtek alkotórészei is képesek aktiválni a makrofágokat Monocita, Kupffer-sejt, alveoláris makrofág, hisztiocita, mikroglia, mezangiális sejt, DC, stb. A monocita és a makrofág

20 Az immunrendszer sejttípusai: a makrofág Baktériumokat fagocitált makrofág elektronmikroszkópos képe A makrofág feladata nem a behatoló mindenáron való elpusztítása, hanem alkotórészeinek bemutatása

21 Az immunrendszer sejttípusai: a makrofág A makrofág fluoreszkáló baktériumokat emészt (UV mikroszkópos kép) A makrofág dendritikus sejtté tud differenciálódni

22 Az immunrendszer sejttípusai: dendritikus sejtek A dendritikus sejtek antigén felmutatásra specializálódott makrofágok 2.3. Gergely

23 Az immunrendszer sejttípusai: Langerhans sejtek A Langerhans sejtek (itt HLA DR ellenes ellenanyaggal festve) antigén felmutató sejtek, amelyek hálózatot alkotnak az epidermiszben 2.3. Gergely

24 Az immunrendszer sejttípusai: az eozinofil Az eozinofil és bazofil granulociták, a hízósejtek az eukarióta paraziták és férgek elleni védelemben játszanak meghatározó szerepet. Allergiás reakciók szereplői (IgE, IL-5, hisztamin)

25 A természetes immunrendszer sejttípusai A természetes ölősejtek (natural killer cell, NK) a limfoid progenitorokból alakulnak ki. A természetes IR egyetlen tagja, amely limfoid eredetű A saját MHC fehérjével meg nem jelölt sejteket elpusztítják. Döntő szerepet játszanak a DC oktatásában így a vírusfertőzött és tumorsejtek közvetlen vagy közvetett elpusztításában

26 Az immunrendszer sejttípusai: a limfociták A T és B-limfociták az adaptív immunrendszer sejtjei, Egyedülálló genetikai enzimrendszerük segítségével szinte bármilyen antigén felismerésére képesek 2.3. Gergely

27 Az immunrendszer szervei csontvelő, csecsemőmirigy: tímusz, nyirokrendszer, lép, GALT (gut-associated lymphoid tissue) mandulák, féregnyúlvány Peyer-plakk, MALT (mucosal-associated lymphoid tissue) a nyálkahártya immunrendszere BALT (bronchial-associated lymphoid tissue) a tüdő immunrendszere 2.3. Gergely

28 Az immunrendszer szervei: a csontvelő A csontvelő vérképző őssejtjei folyamatos osztódásban vannak, Differenciálatlan őssejtek és progenitor sejtek egyaránt termelődnek A differenciálódást és irányát a sztrómasejtek, citokinek és növekedési faktorok határozzák meg

29 Az immunrendszer szervei: a csecsemőmirígy A timuszban folyik a T-sejtek érése és oktatása. A T-sejtek túlnyomó többsége alkalmatlannak bizonyul és elpusztul még a csecsemőmirigyben. A tímuszt alkotó lobusok kérgi állománya éretlen T-sejteket és epitélsejteket tartalmaz, a velőben érett T-sejtek, DC, makrofágok és medulláris epitélsejtek vannak. A Hassal-féle testben az elpusztult sejtek lebontása folyik

30 Az immunrendszer szervei: a nyirokcsomó A kéregalatti rész T-sejekben, a follikulus B-sejtekben gazdag. A medullában makrofágokat és plazmasejteket találunk. A naiv B-sejtek a vérárammal érkeznek és a venulákból lépnek ki a nyirokcsomóba, majd a nyirokkal távoznak. Az antigének a bejáramló nyirokkal, B-sejtekkel ill. makrofágok révén kerülnek a nyirokcsomóba. A másodlagos follikulus intenzív B-sejt osztódás helye.

31 Az immunrendszer szervei: a nyirokcsomó Az antigénnel való találkozás után az aktivált B- sejtek a csiraközpontokba (germinal center) kerülnek, ahol a follikuláris dentritikus sejtek (FDC) felszínén kötött anti-génekkel és T-sejtekkel kölcsönhatva alakulnak át nagy affinitású ellenanyagokat termelni képes plazmasejtekké vagy memória-sejtekké.

32 Az immunrendszer szervei: a lép A lépet tápláló artéria öbleit (sinusok) vörös pulpa veszi körül, amelyben vvt, vérlemezkék, makrofágok, granulociták találhatók. A központi arteriolák körül fehér pulpa van, ez nyirokszövet. Az arteriolák közelében T-sejtekben gazdag zóna található, a marginális zónák B-sejtekből álló nyiroktüszők.

33 Az immunrendszer szervei: a Peyer- plakk A nyálkahártya epitélsejtek közt elhelyezkedő különleges M-sejt bazolaterális felszínén kialakult zsebben makrofágokat, T- és B-sejteket találunk. A felvett antigén hatására a Peyer-plakk follikulusaiban levő B-sejtek IgA termelő plazmasejtekké alakulnak. Az IgA molekulákat az epitélsejtek transzcitózissal a nyálkahártya felszínére juttatják