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)
A defenzinek a legősibb antimikrobiális peptidek
Defenzinek Természetes antimikrobiális peptidek Széles spektrum: Gram-pozitiv Gram-negativ baktériumokkal szemben antimycotikus antivirális
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 szerepe az antimikrobiális védelemben és a gyulladásban Wehkamp J 2005
E. coli Niessle 1917 Lactobacillusok PROBIOTIKUMOK
A defenzinek nem csak antimikrobiális, hanem immunomoduláns és tumor ellenes hatással is rendelkeznek. Mint alarminok gyors felszabadulásukkal azonnali védelmet biztosítanak fertőzés veszély esetén. Csökkent termelésük számos betegség pathogenezisében jelentős tényező A humán neutrofil peptidek (HNP1-3) nagy mennyiségben atherosclerotikus hatásúak
A humán alpha defenzinek aktiválják az immun sejteket
A természetes immunrendszer komponensei Celluláris monocyták/macrophagok Neutrofil granulocyták NK sejtek Humorális komplement rdsz* cytokinek Acut fázis fehérjék Dendritikus sejtek T sejtek Hízósejtek szolubilis mintázat felismerők (kollektinek, ficolinek) *alternatív, és lectin dependens út
Figure 2-44 part 1 of 3
Természetes immunrendszer Specifikus immunrendszer Mintázat felismerő receptorok BCR, TCR
A szervezet első védelmi vonala fertőzésekkel szemben Saját-idegen megkülönböztetése Mikroorganizmusokra jellemző molekulák Pathogen Associated Molecular Pattern (PAMP) felismerése-mintázat felismerő receptorokkal (PRR-pathogen recognizing receptor-mintázat felismerő receptor Veszély jelző antigének felismerése DAMP (damaged associated molecular patterns) Specifikus immunválasz elindítása
A természetes immunrendszer válaszai mikrobiális komponensekre 1. Sejt membránhoz kötöttek: mannose receptor scavenger receptorok (oxidált lipoproteinekhez) CD14 (LPS-hez) Dectin receptorok (gombák) TOLL-like receptorok (TLR)
2. Intracelluláris mintázatfelismerő receptorok NOD receptorok (NLRs) nucleotide binding domain) aktiváció eredménye cytokin, Defenzin termelés, gyulladásos reakciók ( Crohn betegség, Blau syndr.) RIG receptorok- vírus RNS érzékelése, IFN indukció (retinoc acid-inducible gene) 3. Szolubilis mintázatfelismerő molekulák MBL Mannose binding lectin MBL Ficolin Galektinek C-reaktív protein
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 3.solubilis receptorok (MBL) INFLAMMASOMA signalizációért felelős komplex a cytosolban- IL-1 indukció
Membránhoz kötött (TLR) és intracelluláris (NOD1 NOD2)mintázat felismerő receptorok
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
I_2_3_Pathogen_Receptors-H264.mov
TLR aktiváció következményei
A mintázat felismerő receptorok a fertőzés tényére hívják fel a figyelmet és megteremtik az alapját az adaptív immunrendszer aktiválásának A mintázat felismerő receptorok ligandkötése az MHC II molekulák, a kostimulációs molekulák és citokinek, defenzinek génexpresszióját fokozzák.
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.
J Pathol. 2002 198(3):369-77.
Dendritikus sejtek szerepe a természetes (és specifikus) antimikrobiális immunválaszban őrszem sejtek antigén bemutatása T sejtek felé (adaptív immunválasz elindítása) MHC II, CD1
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 01:40 PM) 2005 Elsevier
A (Antigén) A Antigén feldolgozás B Antigén bemutatás Role of dendritic cells in antigen capture and presentation.
Dendritic.mov
Természetes imunválasz szerepe az antimikrobás védekezésben Azonnali reakciókészség Specifikus immunválasz elindítása TH1 és TH2 cytokinek termelése Antigén prezentáció costimulációs molekulák
Figure 2-49
NK Natural Killer sejtek Limfociták 5-15 %-a LGL sejtek Nincs MHC restrikció Antigén receptorok eltérőek a B vagy T sejtekétől Funkció: vírussal fertőzött, valamint malignus sejtek elpusztítása
NK receptorok INHIBITOROK: KIR killer Ig like receptors HLA, A, HLA B és HLA C, valamint HLA G! alléleket ismer fel defoszforilálás,inaktivációs szignálok,un ITIM immunoreceptor tyrosine inhibitorikus motivumok C típusú lectinek: CD94, NKG2A-HLA A, HLA B, HLA C HLA E felismerés, Aktiválók:KAR NKG2D CD16 : FcIII receptor (ADCC)
Természetes immunválasz szolubilis elemei
X X
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 (C1qhoz kötődik)
ALARMINOK Veszélyt jelző endogén molekulák, melyek a szervezetet érő külső (mikroorganizmusok) vagy belső (szövetkárosodás) veszélyforrások hatására indukálódnak. stranger and danger PAMP DAMP (damaged associated molecular patterns) Az exogén PAMP-ok és az endogén alarminok Az un danger signal molekulák, vagy DAMP-ok
Az alarminok az aktivált, vagy pedig a sérült és necrotikus sejtekből szabadulnak fel. Endogen molekulák (J.Oppenheim), a sejtek saját komponensei.(aequivalens az exogen PAMP-al)
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 100 %-os 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
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 funkcionális csoportosítása Természetes immunitásban és gyulladásos folyamatokban résztvevők TNF a, b IL-1(család) IL-6, IL-10,(család), 16, 17, 18, 23, IL-12, IL27, IL-32, IL-33, IL-37,IL-38 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
TNF-a IL-1 IL-8 IL-6 Baktériumok által stimulált makrofágokból felszabaduló legfontosabb cytokinek IL-12, IL-17, IL-18, IL-24 mononukleáris fagocita sejtek, keratinocyták, fibroblastok, endothel sejtek által termelt gyulladásos cytokinek IL-6, IL-1,* a, b 11*, TGF- b * pro-infl. TNF-a *, IFN- a,, * IL-8, *IL-10, IL-
Figure 2-48
Az interferon antivirális hatásának mechanizmusa Downloaded from: StudentConsult (on 29 September 2012 11:08 PM) 2005 Elsevier
macrophag sejt
Természetes immunválasz stimulációja Környezeti hatások Citokinek Citokin hatások Termelt citokinek IL-2, TNF
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
Anti-TNF therápia Crohn betegség Rheumatoid arthritis Psoriasis Infliximab, Remicade, Etanercept stb Anti IL-17?
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
Th1és Th2 cytokinek Legfontosabb TH1 cytokinek: IL-12,(23, 27) IFN-, IL-2, IL-18, TNF -β -celluláris immunválasz, Tc, NK, DTH Legfontosabb TH2 cytokinek: IL-4, IL-5, IL-6, IL- 9, IL-10, IL-13 - humorális immunválasz, (allergia!) keresztreguláció T reg sejtek szerepe TGFβ, IL-10 termelés, IL- 35 autocrin hatása
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
TNF- IL-1, IL-8 promoter gén polimorfizmusok TNF-a -308G A cerebrális malária TNF -a -238G A hepatitisc IL-1b -511G A IL-8-251 T A sepsis rheumatoid arthritis* IBD chronikus active sclerosis multiplex gyomor carcinoma schizophrenia RSV fertôzés IL-4, IL-9 polimorfizmus asthma
TNF- GÉN POLIMORFIZMUS VIZSGÁLATOK RHEUMATOID ARTHRITHISES BETEGEKBEN BALOG ATTILA 1, GÁL JÁNOS 2, GYULAI ZSÓFIA 1, SIPKA SÁNDOR 3, MÁNDI YVETTE 1 Szegedi Tudományegyetem 1 Orvosi Mikrobiológiai Intézet, 2 Kecskeméti Megyei Kórház Reumatológiai Osztály 3 DOTE III. Bel. Klinika
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
Természetes imunválasz jelentősége Azonnali reakciókészség Specifikus immunválasz elindítása (costimulációs molekulák, TH1 és TH2 cytokinek termelése Antigén prezentáció
Az immunválasz fázisai Azonnali 0-4 óra Korai 4 96 óra Adaptív 96 óra után nem specifikus természetes nincs memória nem specifikus + specifikus indukált nincs memória specifikus indukált van memória Barrier funkciók bőr, epithelium nyálkahártyák lokális gyulladás lokális TNF IgA Gyulladás Extracelluláris kórokozók fagocitózis alternatív komplement aktiválás akut fázis fehérjék T independens B sejt aktiválás komplement hatások IgM, IgG klasszikus komplement aktiválás Intracelluláris baktériumok monocyták makrofág aktiváció NK makrofág aktiváció IL-1, IL-6, TNF-α, IL-12 T sejt aktiváció IFN-γ makrofág aktiváció Vírusfertőzések NK sejtek IFN, IL-12, NK CTL, IFN-γ IgG, IgA
Az immunválasz fázisai Figure 2-1
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 felismerés-óriási diverzitás (10 11 ), Magyarázat: szomatikus génátrendeződés
Természetes immunrendszer Specifikus immunrendszer Mintázat felismerő receptorok BCR, TCR
54 61 54 61 Variációk: 10 11 67 67 6 7
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 T sejt az MHC-peptid komplexet ismeri fel
A humán populációban több mint 3800 allél lehet 28 136 35 106 3 874 1431 569 893 WHO 2010
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
Antigén-ellenanyag komplexek által kiváltott reakciók Ag+Ea komplex lerakódás-komplement 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?
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,
T reg sejtek elégtelen működése mind TH1 mind TH2 betegségek előidézésében fontos lehet Természetes immunrendszer és a természetes baktérium flóra (korai old friends fertőzések) szerepe.treg sejtek indukciója Hygiene hypothesis
A Treg sejtek fiziológiás aktiválása szaprofita mikroorganizmusokkal ( hygiene hypotézis )
A microbiome* szerepe a rheumatoid arthritis pathomechanizmusában Curr Rheumatol Rep 2013 *A mikroorganizmusok (microbioták) összességének genetikai állománya RA, spondyloarthritis, IBD