A veleszületett és az adaptív immunrendszer kapcsolata gyulladásos rheumatológiai kórképekben

A veleszületett és az adaptív immunrendszer kapcsolata gyulladásos rheumatológiai kórképekben Mándi Yvette Orvosi Mikrobiológiai és Immunbiológiai Intézet Szegedi Tudományegyetem

A veleszületett és az adaptív immunrendszer alapfogalmai Mándi Yvette Orvosi Mikrobiológiai és Immunbiológiai Intézet Szegedi Tudományegyetem

Az immunrendszer alapvető feladatai: A szervezet védelme a mikroorganizmusokkal, illetve a fertőzésekkel szemben Saját és idegen (self, non-self) megkülönböztetése Külső- és belső veszélyek elleni védelem

Természetes veleszületett-nem specifikus immun válasz

Elsőrendű védelmi vonal Barrierekepithel sejtek által alkotott barrierek: Mechanikai Kémiai Mikrobiológiai (normál flóra) Antimikrobiális peptidek termelése ( pl. defenzinek, katelicidinek)

Epithel barrier funkció

A defenzinek a legősibb antimikrobiális peptidek

Defenzinek a-defenzinek b-defenzinek 1-4 (HNP) 5-6 (HD) hbd 1-40 human neutrophilek Paneth-sejtek hbd-1 hbd-2 mucozális epithel sejtek

Defenzinek Természetes antimikrobiális peptidek Széles spektrum: Gram-pozitiv Gram-negativ baktériumokkal szemben antimycotikus antivirális

Defenzinek szerepe az antimikrobiális védelemben és a gyulladásban Wehkamp J 2005

E. coli Niessle 1917 Lactobacillusok PROBIOTIKUMOK

A természetes immunrendszer komponensei Celluláris monocyták/macrophagok* Neutrofil granulocyták Dendritikus sejtek* Eozinofil, basophil, hízósejtek Természetes lymphoid sejtek: ILC sejtek: Humorális komplement rdsz cytokinek szolubilis mintázat felismerők: kollektinek, ficolinek a) NK sejtek Acut fázis fehérjék b) ILC1, ILC2, ILC3 T sejtek *APC

Természetes immunrendszer Specifikus immunrendszer Mintázat felismerő receptorok BCR, TCR

A természetes immunrendszer jellemzői Különbséget képes tenni saját és nem saját (pl. mikrobiális) strukturák között Pathogen associated molecular pattern (PAMP ) Pattern recognition receptors (PRR) 1. Sejt membránhoz kötöttek: mannose receptor scavenger receptorok (oxidált lipoproteinekhez) Dectin receptorok (gombák)c típusú lectinek CD14 (LPS-hez) TOLL-like receptorok (TLR)

Toll-receptorok Veleszületett immunitás evolucio során konzerválódott specifikus receptorai, melyek un. Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMP)-t ismernek fel Emlősöknél jelenleg TLR1-10 ismert (egér 13,14) Felépítésükben, szignalizációs rendszerükben nagy hasonlóság fedezhető fel Nevük: Drosophila kutatás során alakult ki, a rovar egyedfejlődése során két funkció Dorso-ventralis tengely kialakulása Antimikrobiális védelem C.Nüsseln-Volhard, Das ist ja TOLL! 1995 JA Hoffmann 1996 humán TOLL-like: Janeway, Medzhitov 1997

3-4 Toll-like receptors represent an ancient pathogen-recognition system

TLR aktiváció következményei

Membránhoz kötött (TLR) és intracelluláris (NOD1 NOD2)mintázat felismerő receptorok

Intracelluláris receptorok a cytosolban NOD-like receptorok (NLRs) Nucleotide oligomerization domain-containing protein. (NOD2 és Crohn!) kommenzális és pathogen baktériumok sejtfal komponenseinek érzékelése, eredmény: cytokin és defenzin indukció RIG receptorok: virus nukleinsavat érzékelnek, IFN indukció INFLAMMASOMA signalizációért felelős komplex a cytosolban- IL-1 indukció

Inflammasoma gyulladástest

10 C1, mannose-binding lectin, and ficolin. These three homologous pentameric proteins can all initiate complement activation on binding to their ligands on cell surfaces. 2005 Elsevier Downloaded from: StudentConsult (on 1 October 2012 01:41 PM)

A mintázat felismerő receptorok a fertőzés tényére hívják fel a figyelmet és megteremtik az alapját az adaptív immunrendszer aktiválásának A mintázat felismerő receptorok ligandkötései, aktivációi az MHC II molekulák, a kostimulációs molekulák és citokinek, defenzinek génexpresszióját fokozzák.

ALARMINOK Veszélyt jelző endogén molekulák, melyek a szervezetet érő külső (mikroorganizmusok) vagy belső (szövetkárosodás) veszélyforrások hatására indukálódnak. stranger and danger DAMP (damaged associated molecular patterns)

DAMP: damage associated molecular patterns A természetes immunrendszer felismeri a sérült, vagy necrozizált sejtekből származó veszélyes molekulákat is Ok: fertőzés, égés, trauma,stb..pl. HMGB1, Calprotectinek, Hsp stb.

Az alarminok az aktivált, vagy pedig a sérült és necrotikus sejtekből szabadulnak fel. Endogen molekulák (J.Oppenheim), a sejtek saját komponensei.(aequivalens az exogen PAMPal)

Alarminok közös tulajdonságai Gyors felszabadulás fertőzött, vagy necrotikus sejtekből Indukció (fertőzés, cytokinek) hatására az immunrendszer sejtjei is képesek kibocsátani Az immun sejteket megfelelő receptorokon keresztül képesek aktiválni* PAMP és DAMP hasonló receptorok,(toll, RAGE)* hasonló hatások (Gyulladásos cytokinek, stb) Végső soron a homeosztázis megtartását szolgálják

S100, calgranulinok >20 féle fehérje Ca kötés, oldódás koncentrált NH4SO4-ban S100A8, S100A9, S100A12 Proinflammatorikus hatásúak Fagociták cytoplazmájában, S100A12 elsősorban granulocytákban. Stressz hatásra szekretálják Gyulladásos folyamatokban emelkedő szérum szintek

Magas S100A8/9, S100A12* szérum szintek: Rheumatoid arthritis Psoriasis Vasculitis Gyulladásos bélbetegség (IBD) 2. típusú diabetes* atherosclerosis

Arthritis Res Ther 2009

S100 fehérjék, és ά-defenzin a synoviális folyadékban is magas RA esetén Nemcsak a granulocytákból! Rheumatology 2010

Figure 2-44 part 1 of 3

NET Neutrophil extravasation trap

NET (Neutrophil Extracellular Trap Neutrophils catapult their DNA, together with antibacterial substances

Neutrophil trails Kihong Lim et al. Science 2015;349:aaa4352 Published by AAAS

Neutrophils leave a trail for T cells Science 2015 Kirsty Minton Nature Reviews Immunology 15, 597 (2015)

Természetes-innate limfoid sejtek NK, ILC 1-3

NK Natural Killer sejtek Limfociták 5-15 %-a LGL sejtek Nincs MHC restrikció Antigén receptorok eltérőek a B vagy T sejtekétől Cytotoxicitás: perforin, granzyme IFN-γ termelés IL-12, IL-15 aktiválja Funkció: vírussal fertőzött, valamint malignus sejtek elpusztítása

Dendritikus sejtek szerepe a természetes (és specifikus) antimikrobiális immunválaszban őrszem sejtek Éretlen D: fagocytozisra képes,pamp felismerés Az érett dendritikus sejtek már nem fagocytálnak antigén bemutatása T sejtek felé (adaptív immunválasz elindítása) a perifériás nycs-bam MHC II, CD1 expresszió Ralph Steinmann 2011Nobel díj

Dendritic cells. (A, B, and D courtesy of Dr. Y-J Liu, M.D. Anderson Cancer Center, Houston, Texas; F courtesy of Drs. Kathryn Pape and Jennifer Walter, University of Minnesota School of Medicine, Minneapolis.) Downloaded from: StudentConsult (on 1 October 2012 2005 01:40 Elsevier PM)

A (Antigén) A Antigén feldolgozás B Antigén bemutatás

Role of dendritic cells in antigen capture and presentation. Downloaded from: StudentConsult (on 1 October 2012 01:40 PM) 2005 Elsevier

Természetes immunválasz szolubilis elemei

Acut fázis fehérjék CRP mannóz kötő lektin SAA serum amyloid protein LBP C3 fibrinogén fibronectin Makroglobulin, antitripsin gyökfogók cöruloplasmin transferrin

Figure 2-47

C-reactive protein Pneumococcus tokanyagához IS!!! Kötődik Pentraxin család tagja Acut fázis protein Opszonin Complement cascade aktivációja (C1q-hoz kötődik)

Természetes imunválasz szerepe az antimikrobás védekezésben Azonnali reakciókészség /memória nincs(???) Trained immunity de nem specifikus Antigén prezentáció costimulációs molekulák, Specifikus immunválasz elindítása cytokinek termelése

CYTOKINEK Sejtek közötti kommunikációt biztosító fehérjék, illetve glikoproteinek,. Kis molekulatömeg: 10-40kDa), Az immunrendszer futárai Homeosztázis védelme, repair folyamatok Elnevezés: monokinek, limfokinek, interleukinek, intecrinek

Cytokinek általános jellemzése Termelődésük gyors,új gén transzkripción alapszik Ugyanazt a cytokint több sejt termelheti Pleiotrop hatás Egy cytokint többféle sejt is termelhet Funkcionális rebundancia (ugyanazt a hatást több cytokin is kiválthatja) Cytokinek egymás termelődésére is hatnak. Cytokin cascade, feeed-back mechanizmusok

Cytokinek funkcionális csoportosítása Természetes immunitásban és gyulladásos folyamatokban résztvevők TNF a, b IL-1(család : IL-18, IL-33, IL-37, IL-38) IL-6, IL-10,(család), 16, 17,, 23, IL-12 (család),il-27, IL-32,, IFN a,b,, MIF, HMGB-1, chemokinek (Az IL-8 CXCL8 néven is azonosítható. Limfociták aktivációját, differenciálódását (specifikus immunválaszt ) szabályozók IL-2, IL-4, IL-6, IL-13, IL-15, IL-21, Haemopoesisre, és limfociták érésére hatók: IL-3, IL-5, IL-7,IL-9,IL-11, GMCSF, SCF, IL-34(!)

A természetes immunválaszban szereplő legfontosabb citokinek Figure 2-39

Természetes immunválasz stimulációja Környezeti hatások Citokinek Citokin hatások Termelt citokinek IL-2, TNF

A TNF receptor család TNF receptor family

TNF RI aktiválás két lehetséges útja Figure 7-24 Signaling through the TNF receptor can result in NF-κB and MAP kinase activation or in the induction of apoptotic death. Ligation of the type I TNF receptor results in the recruitment of an adaptor protein called TRADD, which in turn can activate TRAF molecules (E3 ubiquitin ligase) and the RIP1 kinase. Downstream consequences include the activation of the NF-κB pathway and the JNK MAP kinase pathway or the induction of apoptotic death. Downloaded from: StudentConsult (on 24 October 2013 01:03 PM) 2005 Elsevier

TNF hatások a Systemic Inflammatory Response Syndrome (SIRS) pathogenesisében Fehérvérsejtek: Granulocyta aktiválás, ROS felszabadulás Monocyta aktiválás, inos aktiválás, cytokin termelés Endothel: Endothel sejtek cytokin termelése, inos term. fokozódása adhéziós molekulák expressszója, Fehérvérsejtek adhéziója az endothelhez Permeabilitás fokozódása Capilláris sérülés Alvadást elősegítő faktorok tulsúlya Gyulladásos mediátorok felszabadulása

IL-1 család IL-1 a, IL-1b, IL-18, IL-33, 36, antagonista: IL-Ra, IL-36Ra, IL-38 anti-inflammatorikus: IL-37

IL-1 a, IL-1b biológiai hatásai Forrás: Mo, Gr, endothel Alapvetően proinflammatorikus funkció ICE: IL-1 b convertáló enzim (Caspase-1) Az IL- 18-at is aktiválja Monocyta aktiválás, endothel sejtek : cytokin term., adhéziós molekulák LÁZ, Kisérletes shock.

IL-1 activáció az inflammasomában Downloaded from: StudentConsult (on 24 October 2013 12:43 PM) 2005 Elsevier

IL-18 strukturálisan hasonló, de NK,T stimuláció, IFN- termelés TH1 válasz számos szöveti sejtmájsejtek, vese-sejtek, tüdő, pancreas sejtjei termelik (általában nem limfociták) emeli az endothel sejtek adhéziós készségét. Az IL-18 az IL- 12-vel szinergizálva fokozza az IFN-γ termelést IL-36 proinflammatorikus IL-33- TH2 válasz, Th2 cytokinek serkentése IL-37 anti inflammatorikus hatás, negatív feed back fertőzések után IL-38hasonlít a IL-36Ra hoz, és gátolja hatását, valamint a Th17-választ.

Fig. 2 Role for IL-34, -35, -36, -37, and -38 in the immunopathogenesis of rheumatoid arthritis. Gaëlle Clavel, Allan Thiolat, Marie-Christophe Boissier Interleukin newcomers creating new numbers in rheumatology: IL-34 to IL-38 Joint Bone Spine Volume 80, Issue 5 2013 449-453

IL-6/IL-12 család pleiotrop hatásai

Figure 2-48

Az interferon antivirális hatásának mechanizmusa Downloaded from: StudentConsult (on 29 September 2012 11:08 PM) 2005 Elsevier

Adaptív immunválaszra ható citokinek Humorális immunválaszban részt vevő citokinek A B sejtek csontvelői érését befolyásoló két legfontosabb citokin az IL-7 és az IL-11. izotípus váltás: IL-4, IL-13 (IgE váltás irányába) a TGFβ IgA irányába IFN-γ az IgG izotípus váltás megtörténéséhez. A B sejtek érésében az IL-5, IL-6 és az IL-21 is részt vesznek.

Sejtközvetített immunválaszban részt vevő citokinek IL-2 T sejt növekedési faktor, T sejt aktiválás, (ld. T sejtek)nk sejteket is aktivál DE(!!!) Treg sejtek aktivációjában is részt vesz (két élű fegyver ) IL21 Az IL-21 részben mutat homológiát az IL-2-vel és az IL-15-vel mind szerkezetét mind biológiai hatásait tekintve. tel. Elsősorban aktivált T sejtek termelik; NK és T limfocitákat aktivál.

IL-16 és IL-17 A T helper sejtek által termelt citokinek A z IL-16 kemotaktikus hatású, nemcsak a CD4+ sejtekre, hanem az eozinofil granulocitákra és monocytákra is. Az IL-17 elsősorban a TH17 sejtek!!! terméke, ezen kívül az eozinofilek is szekretálják. Az IL-17 tulajdonképpen egy citokin családot reprezentál (IL-17 A-E). Az IL-17 A makrofágokat, fibroblastokat és stroma sejteket aktivál, fokozza az ICAM-1 molekulák expresszióját. (Crohn, autoimmun, psoriasis, RA)IL-17 hiány: Jobe syndroma

IL-17 hatásai RA-ban fokozza az intraarticuláris IgA szekréciót autoreaktív B sejt klonokat aktivál IL-21 el és TNF-el együtt csont destrukcióhoz vezet a neutrofilek vonzása aktiválja az ízületekben a synoviális sejteket és a chondrocytákat

Fokozott cytokin termelés RA-ban TNF-α IL-1, IL-34 (IL-1 család tagja), synoviumban is IL-36 indukálja az IL-17, IL-22 termelését, növeli a synoviumban az IL-8 (chemokin!) és IL-6 termelését Az ACPA (ld. Később) növeli az IL-8 termelést is a synoviumban

Anti-TNF therápia Crohn betegség Rheumatoid arthritis Psoriasis Infliximab, Remicade, Etanercept stb

Abbas KA

IL-4 Allergiás reakciókat reguláló citokinek IL-3, IL-4, IL-5, IL-9, IL-13, IL-25, IL-31, IL-33 Az izotípus váltást indukálja IgM/IgE irányba. Az IL-5, IL-6 és IL-9 szinergista hatásúak az IL-4-gyel. Az IL-4 kimutatható az asthmában szenvedő betegek szérumában, tüdő szövetében is. A hízósejteken növeli az IgE receptor expressziót. A leukotrien syntetaze aktivitásának fokozása, mucin képzést is stimulálja.számos közös hatás az IL-13-al

Allergiás reakciókat reguláló citokinek IL5 Az IL-5 jelentősége az I. tipusu allergiás reakciókban elsősorban az, hogy a legjelentősebb eozinofilpoietin. Nemcsak eozinofiliát okoz, de az eozinofilek szekretoros mechanizmusát és cytotoxicitását is serkenti. Gátolja az eozinofilek apoptozisát A helper limfocitákon kívül a hízósejtek is termelik. IL-9 hízósejt növekedési faktor. Stimulálja a hízósejtek protease enzimeit, valamint az IgE receptorok expresszióját, az eotaxin expressziót is fokozza. =TH9 sejtek?) IL-25. stimulálja az IL-4, IL-5 és IL-13 termelést eozinofilia IL-31, elősegíti az IL-3, IL-5 termelést IL-33 ( IL-1 család tagja), de TH2 választ indukál, IgE termelés

TNF- a IL-1b, IL-8 IL-4, IL-9 promoter gén polimorfizmusok TNF-a -308G A TNF -a -238G A IL-1b -511G A IL-8-251 T A cerebrális malária sepsis rheumatoid arthritis* IBD chronikus active hepatitisc sclerosis multiplex gyomor carcinoma schizophrenia RSV fertôzés IL-4, IL-9 polimorfizmus asthma

A TNF-a gén pontmutációja RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) 1/2 1/2 1/1 1/1 2/2-308 GAGGGGCATGAGGACGGGGTTCAGC TNF2 GAGGGGCATGGGGACGGGGTTCAGC TNF1 Nco I

A TNF2 ALLÉL HORDOZÓK GYAKORISÁGA A VIZSGÁLT POPULÁCIÓKBAN TNF1/TNF1 TNF1/TNF2 egészséges véradós kontroll N =22 rheumatoid arthritises betegek N=40 DAS-28 > 3,5 16 (72,8%) 6 (27,2%) 17 (42,5%) 23 (57,5%) Chi-Square teszt: p = 0,034 Balog A. et al. Pathobiology 2004

Specifikus (adaptív) immunválasz Humorális - B sejtek, aktiváció, ellenanyagot termelő plazmasejtek Celluláris T sejtek Citotoxikus CD8 Helper CD4 Th1, TH2, TH17 (Th9,TH22) Treg TCR és BCR- specifikus antigén felismerésóriási diverzitás (10 11 ), Magyarázat: szomatikus génátrendeződés

Természetes immunrendszer Specifikus immunrendszer Mintázat felismerő receptorok BCR, TCR

T sejt receptor TCR Hasonlít az immunglobulin Fab fragmentumához(bcr) Láncok: ab vagy Variábilis(V) Constans C régió, V-n belül VD (diversity) ill.vj (joining) Az a láncot V,J szegmentek kódolják, a ß-t VDJ szegmensek Somatikus génátrendeződés a csv.-ben kezdődik és a thymusban fejeződik be. DNS szegmensek kivágása, közel kerülő elemek összekapcsolódása RAG1 RAG2 recombinaze enzimek segítségével EGY POLIPEPTIDET TÖBB GÉN KÓDOL One gene one peptid ITT NEM IGAZ

45 55 Variációk: Elm. 10 16 Gyak. 10 11 50 5 7

Az immunglobulin gének szerveződése és a kifejeződő fehérje szerkezete.

Figure 8-9 Diversity of antigen receptor genes. From the same germline DNA, it is possible to generate recombined DNA sequences and mrnas that differ in their V-D-J junctions. In the example shown, three distinct antigen receptor mrnas are produced from the same germline DNA by the use of different gene segments and the addition of nucleotides to the junctions. Downloaded from: StudentConsult (on 9 September 2012 06:36 PM) 2005 Elsevier

A humán TCR antigén-felismerő láncait kódoló gének szerveződése és a kifejeződő fehérje szerkezete.

Thymust elhagyó érett T sejtek CD4-CD8+ ab TCR /CD3 Tc,CTL CD4+CD8- ab TCR/CD3 helper Treg sejtek (5-10 %)-saját antigént felismerő, gyenge kötődéssel TCR/CD3 1-10% (alacsony diverzitás,nincs MHC restrikció) NKT sejtek

Saját MHC + saját antigén felismerés következményei II Figure 14-2 Central T cell tolerance. Recognition of self antigens by immature T cells in the thymus may lead to death of the cells (negative selection, or deletion) or the development of regulatory T cells that enter peripheral tissues. Downloaded from: StudentConsult (on 7 September 2012 09:38 PM)

CD8 T sejtek cytotoxikus mechanizmusai Granzyme A,B,C-serine proteázok Caspaze aktiváció apoptozishoz vezet Bid aktiváció Perforin: A C9 complement proteinnel azonos, polymerizáció után, majd porus képzés a membránban Granulolyzin- apoptozis indukció Fas* L expresszió kötődik a death receptorhoz (Fas, APO-1,CD95)- eredmény: apoptosis *Factor activating ExoS

Regulatorikus (Treg) sejtek szerep: a Th1/Th2 egyensúlyban, az allergiás reakciók és az autoimmun folyamatok gátlása Treg: CD25+ CD4+ FOXP3+ (forkhead box P3 transcriptionális repressor) természetes reguláló T sejtek (5-10%) indukált reguláló T sejtek negatív signál a T sejt aktivációhoz, TGF β és IL-10 termelés,

ES-62 REVIEW ARTICLE Front. Immunol., 24 April 2017 Helminth Immunomodulation in Autoimmune Disease Taylor B. Smallwood 1, Paul R. Giacomin 2, Alex Loukas 2, Jason P. Mulvenna 1,2,3,Richard J. Clark 1 and John J. Miles 2,3,4,5 *

T sejtek MHC által korlátozott antigén felismerése TCR kettős specificitása: A kapcsolat sem a peptiddel, sem az MHC molekulával önmagában nem alakulhat ki, csak az adott MHC peptid komplex együttes felismerésével jöhet létre. Ezt a kapcsolatot a CD4 vagy CD8 koreceptorok segítik elő

Második jel T sejt csak szükség esetén aktiválódik

2.jel, costimuláció Transzkripciós faktorok aktiválása, proliferáció, differenciálódás B7-CD28 IL-2 mrna IL-2: autocrin, parakrin hatás Anti-apoptotikus Bcl-2,Bclx-1 indukció Co-stimuláció hiánya:anergia (saját védelem) B7 inducibilis (TOLL jelentősége!) Adjuvánsok-costimulációs molekulák expressziójának növelése (vaccinák)

T sejt tolerancia a periférián Figure 14-3 Mechanisms of peripheral T cell tolerance. The signals involved in a normal immune response (A) and e major mechanisms of peripheral T cell tolerance (B) are illustrated. Downloaded from: StudentConsult (on 7 September 2012 09:38 PM) 2005 Elsevier

A T sejt az MHC-peptid komplexet ismeri fel Figure 6-1 A model for T cell recognition of a peptide-mhc complex. This schematic illustration shows an MHC molecule binding and displaying a peptide and a T cell receptor recognizing two polymorphic residues of the MHC molecule and one residue of the peptide. Downloaded from: StudentConsult (on 14 September 2012 04:07 PM) 2005 Elsevier

HLA allélok száma a humán populációban WHO Nomenclature Committee for HLA System 19 351 32 435 2 1711 2688 1677 2041

MHC II

PLoS Genet. 2008 September; 4(9): e1000184. Published online 2008 September 12. doi: 10.1371/journal.pgen.1000184PMCID: PMC2519788Copyright Is Mate Choice in Humans MHC-Dependent? Raphaëlle Chaix,1,2* Chen Cao,3 and Peter Donnelly1,4

Shared epitopok szerepe Scally S et al 2013

Antigén-ellenanyag komplexek által kiváltott reakciók Ag+Ea komplex lerakódás-komplement aktiválás, C3a, C5a, chemotaxis, vasoaktív anyagok,gyulladás, frusztrált fagocytózis Mikrobiális antigének: Str.pyogenes* Yersinia enterocolitica* Campylobacter jejuni* Chlamydia trachomatis* Salmonella enteritidis* Shigella flexneri* Hepatitis B Morbilli *reaktív arthritis + HLA B27?

A rheumatoid arthritis pathogenezisének modellje Abbas 2018.

RA immunpathogenezise Smolen et al. 2018

Smolen et al. 2018