Χυμική ανοσίαΠολυξένη ΤσιαβήΕιδικευόμενη Ιατρικής Βιοπαθολογίας Π.Γ.Ν.Θ ΑΧΕΠΑ

Λεμονιά ΣκούραΕπίκουρη Καθηγήτρια Μικροβιολογίας-Εργαστηριακής Ανοσολογίας

Ανοσία

Φυσική ήΈμφυτη (innate) ή

Μη ειδική

Προσαρμοζόμενη (adaptive) ήΕπίκτητη ή

Ειδική

Τύποι της επίκτητης ανοσίας

Επίκτητη ανοσία

Κυτταρική ανοσίαCell-mediated

immunity

Τ κύτταραΕνδοκυττάρια

παθογόνα

Χυμική ανοσίαHumoral immunity

Β κύτταρα AbsΕξωκυττάρια παθογόνα και

τοξίνες

Διάρθρωση της παρουσίασης

Η διαδικασία και οι μηχανισμοί ενεργοποίησης των Β κυττάρων και της παραγωγής αντισωμάτων

Πότε ξεκινά η χυμική ανοσοαπάντηση; Πώς τα Β λεμφοκύτταρα ενεργοποιούνται και μετατρέπονται σε κύτταρα που παράγουν

αντισώματα και Β κύτταρα μνήμης; Σε ποιες θέσεις στο ανοσιακό σύστημα επιτελείται η χυμική ανοσοαπάντηση; Πώς ρυθμίζεται η διαδικασία ενεργοποίησης των Β κυττάρων ώστε να παράγονται οι πιο

χρήσιμοι τύποι αντισωμάτων ως απάντηση σε διάφορους τύπους μικροοργανισμών; Τι είναι τα αντισώματα και πώς συμβάλλουν στην ανοσία;

Πότε ξεκινά η χυμική ανοσοαπάντηση;

Αντιγονική απόκριση σε πρωτεινικά αντιγόνα απαιτεί τη βοήθεια ειδικών για το αντιγόνο Τ κυττάρων (thymus dependent - TD antigens)

Κάποια μικροβιακά στοιχεία (βακτ. λιποπολυσακχαρίτες ή DNA) επάγουν αντισωματική παραγωγή απουσία Τ βοηθητικών κυττάρων (thymus indepented - TI antigens - ΤΙ-1 / ΤΙ-2)

Πότε ξεκινά η χυμική ανοσοαπάντηση;Ενεργοποίηση των Β λεμφοκυττάρων από τα βοηθητικά Τ

Τα βοηθητικά Τ ενεργοποιούν τα Β που αναγνωρίζουν το ίδιο αντιγόνο (linked recognition)

Τα Β και Τ κύτταρα αναγνωρίζουν διαφορετικούς επιτόπους του ίδιου πρωτεϊνικού αντιγόνου

Τα Β κύτταρα εσωτερικεύουν το αντιγόνο μέσω των υποδοχέων.

Παρουσιάζει το κατάλληλο πεπτίδιο στα Τ κύτταρα.

Η ειδική ενεργοποίηση του Β κυττάρου από το «συγγενικό» του (cognate) T κύτταρο εξαρτάται από την ικανότητα του Β κυττάρου να συγκεντρώσει το κατάλληλο πεπτίδιο στην επιφάνειά του, στα MHC II μόρια.

Η ανατομία των χυμικών ανοσοαπαντήσεων

Τα παρθένα Β λεμφοκύτταρα αναγνωρίζουν τα αντιγόνα στα λεμφοζίδια

Τα βοηθητικά Τ σε πλούσιες Τ ζώνες έξω από τα λεμφοζίδια

Οι δύο τύποι αλληλεπιδρούν στα όρια του λεμφοζιδίου Η ωρίμανση συγγένειας συμβαίνει στα βλαστικά κέντρα Η μεταστροφή των βαριών αλυσίδων συμβαίνει έξω από τα λεμφοζίδια αλλά και στα

βλαστικά κέντρα

Η ανατομία των χυμικών ανοσοαπαντήσεων

Βλαστικό κέντρο

Πολλαπλασιαζόμενα Β λεμφοκύτταρα

Δενδριτικά κύτταρα

Β λεμφοκύτταρα σε ηρεμία

CD4 T λεμφοκύτταρα

Αλληλεπιδράσεις βοηθητικών Τ κυττάρων και Β κυττάρων στους λεμφικούς ιστούς

Διέγερση των Β λεμφοκυττάρων από το αντιγόνο

• Μόρια αντιγόνου προσδένονται σε γειτονικά μόρια Ig στη μεμβράνη του Β κυττάρου (Igα και Igβ: σύμπλεγμα του υποδοχέα των Β κυττάρων BCR)

• Τα κυτταροπλασματικά τμήματα Igα/Igβ περιέχουν συντηρημένες αλληλουχίες ενεργοποίησης των ανοσοϋποδοχέων (ITAMs-Immunoreceptor tyrosine-based activation motifs)

• Οι τυροσίνες φωσφορυλιώνονται από κινάσες που συνδέονται με τον BCR

• Γίνονται θέσεις εγκατάστασης πρωτεϊνών προσαρμογής και επιστρατεύουν αρκετά σηματοδοτικά μόρια

• Το τελικό αποτέλεσμα : η ενεργοποίηση μεταγραφικών παραγόντων και προϊόντων για τον πολλαπλασιασμό και διαφοροποίηση των Β κυττάρων

Το C3d είναι το δεύτερο σήμα για τα λεμφοκύτταρα…

• Ο μικροοργανισμός περιβάλλεται από προϊόντα διάσπασης του C3 (C3d)

• Συνδέεται με τον υποδοχέα συμπληρώματος τύπου 2 (CR2 ή CD21)

• Η δέσμευση του CR2 πυροδοτεί σήματα ενεργοποίησης των Β κυττάρων

Η εξέλιξη του ενεργοποιημένου Β λεμφοκυττάρου

Τα Β κύτταρα ενεργοποιούνται με τη βοήθεια των Τ

Υπερμεταλλάξεις στην V περιοχή των ανοσοσφαιρινών καθορίζουν την «τύχη» του Β κυττάρου

Μεταλλάξεις BCR με μικρή συγγένεια εμποδίζουν την αποτελεσματική ενεργοποίηση (μειωμένη ικανότητα παρουσίασης στο T κύτταρο) => Απόπτωση

Μεταλλάξεις που βελτιώνουν την ικανότητα του BCR να συνδέσει το αντιγόνο => Πολλαπλασιασμός και Διαφοροποίηση

(Τα σήματα που ελέγχουν αυτή τη διαφοροποίηση είναι άγνωστα)

Μηχανισμοί ενεργοποίησης των Β κυττάρων από τα βοηθητικά Τ

Η αλληλεπίδραση CD40L-CD40 είναι πολύ σημαντική για την ενεργοποίηση των Β κυττάρων :I. Μεταστροφή τάξης βαριών αλυσίδων (ισοτύπου) (class switching))II. Ωρίμανση συγγένειας (Affinity maturation)

Μεταστροφή τάξης βαριών αλυσίδων (ισοτύπου) (class switching)

Τα παρθένα Β κύτταρα εκφράζουν τους ίδιους αντιγονικούς υποδοχείς: ( Ισότυποι IgM και IgD)

Η μεταστροφή ξεκινά από σήματα μέσω του CD40L

Η μεταστροφή σε διαφορετικές τάξεις διεγείρεται από διαφορετικές κυτταροκίνες

Δίνει τη δυνατότητα στις χυμικές ανοσοαπαντήσεις να προσαρμόζονται για την αντιμετώπιση των μικροοργανισμών με τον καλύτερο τρόπο

Μεταστροφή τάξης βαριών αλυσίδων (ισοτύπου) (class switching)

Οι κυτταροκίνες που παράγονται από τα βοηθητικά Τ κύτταρα καθορίζουν ποια τάξη βαριάς αλυσίδας παράγεται, επηρεάζοντας το

γονίδιο που θα συμμετάσχει στον ανασυνδυασμό μεταστροφής

Μεταστροφή τάξης βαριών αλυσίδων (ισοτύπου) (class switching)

Μοριακός μηχανισμός μεταστροφής τάξης των βαριών αλυσίδων

Τα παρθένα Β κύτταρα φέρουν το VDJ γονίδιο κοντά στο πρώτο σύμπλεγμα της σταθερής περιοχής ( Cμ )

Το mRNA της βαριάς αλυσίδας παράγεται από αποκοπή του VDJ RNA και συρραφή του με το Cμ RNA

Αυτό το RNA μεταφράζεται και παράγει τη βαριά αλυσίδα μ Συνδυάζεται με μια ελαφρά αλυσίδα => IgM

Μοριακός μηχανισμός μεταστροφής τάξης των βαριών αλυσίδων

Σήματα από το CD40 και τους υποδοχείς κυτταροκινών διεγείρουν τη μεταγραφή μιας από τις άλλες σταθερές περιοχές που βρίσκονται δεξιά του Cμ

Στο ιντρόνιο στην 5’ πλευρά υπάρχει η περιοχή μεταστροφής (switch region) Ένα μεταγραφικά ενεργό γονίδιο ανασυνδυάζεται με την περιοχή μεταστροφής

στην 5’ περιοχή του Cμ και όλο το ενδιάμεσο DNA εξαλείφεται

Ανασυνδυασμός μεταστροφής

(Switch recombination)

Παραγωγή νέας τάξης βαριάς

αλυσίδας

Μεταστροφή ισοτύπου

Ωρίμανση συγγένειας

Η συγγένεια των αντισωμάτων που παράγονται σε ένα πρωτεϊνικό αντιγόνο αυξάνεται με την παρατεταμένη έκθεση στο αντιγόνο αυτό

Αυξάνει όταν η λοίμωξη παρατείνεται ή υποτροπιάζει

Οφείλεται σε σημειακές μεταλλάξεις στις περιοχές V, ειδικά στις υπερμεταβλητές περιοχές πρόσδεσης του αντιγόνου

Συμβαίνει μόνο στις απαντήσεις σε θυμοεξαρτώμενα αντιγόνα

Ωρίμανση συγγένειας

Είναι το αποτέλεσμα υπερμεταλλάξεων των

γονιδίων Ig στα διαιρούμενα Β κύτταρα, ακολουθούμενη από την επιλογή των Β κυττάρων υψηλής συγγένειας στο

αντιγόνο που παρουσιάζεται από τα

λεμφοζιδιακά δενδριτικά κύτταρα.

Β κύτταρα μνήμης

Κλάσμα ενεργοποιημένων Β κυττάρων , απόγονοι υψηλής συγγένειας Β κυττάρων που έχουν υποστεί μεταστροφή τάξης, γίνονται κύτταρα μνήμης

Εκφράζουν επιφανειακές ανοσοσφαιρίνες αλλά δεν εκκρίνουν αντισώματα

Κυκλοφορούν στο αίμα για μήνες ή έτη Ανταποκρίνονται γρήγορα σε νέα επαφη με το αντιγόνο

Αντισωματικές απαντήσεις σε Τ-ανεξάρτητα αντιγόνα

Οι πολυσακχαρίτες, τα λιπίδια και άλλα μη πρωτεϊνικά αντιγόνα δε μπορούν να προσδεθούν στα MHC μόρια => δεν αναγνωρίζονται από τα

Τ κύτταρα

Τα αντιγόνα αυτά περιέχουν πολυσθενείς συστοιχίες του ίδιου επιτόπου

Είναι ικανά να διασυνδέσουν πολλούς αντιγονικούς υποδοχείς στο Β κύτταρο

Η εκτεταμένη αυτή σύνδεση μπορεί να ενεργοποιήσει τα Β κύτταρα χωρίς τη βοήθεια των Τ.

TI-1 αντιγόνα

• Μπορούν να επάγουν τον πολλαπλασιασμό και τη διαφοροποίηση των Β κυττάρων ανεξάρτητα από την αντιγονική ειδικότητα (πολυκλωνική ενεργοποίηση)

• LPS, βακτηριακό DNA ενεργοποιούν TLRs των Β κυττάρων (B-cell mitogens)

Σε υψηλές συγκεντρώσεις τα ΤΙ-1 αντιγόνα επάγουν πολυκλωνικές Β απαντήσεις

Σε χαμηλές συγκεντρώσεις επάγονται ειδικές αντισωματικές απαντήσεις

TI-2 αντιγόνα

• Πολυσακχαρίτες της βακτηριακής κάψας με επαναλαμβανόμενη δομή

• Ενεργοποιούν μόνο Β κύτταρα ατόμων > 5έτη

• Απόκριση κυρίως από Β-1 κύτταρα (CD5 B cells) και από marginal zone B cells

• Πιθανώς δρουν συνδεόμενοι σε αρκετούς υποδοχείς των ειδικών για το αντιγόνο ώριμων Β κυττάρων

• Δενδριτικά κύτταρα και μακροφάγα πιθανώς δίνουν συνδιεγερτικά σήματα

• Άμεση και ειδική απάντηση σε βακτήρια που ξεφεύγουν τη φαγοκυττάρωση και την Τ-ειδική απόκριση

Υποπληθυσμοί Β λεμφοκυττάρων

Αντισώματα

ff

Variable region

Constant region

Κλ

μδγαε

IgMIgDIgGIgAIgE

Πρωτεολυτική διάσπαση με

παπαϊνη

FabFragment antigenbinding

FcFragmentcrystallizable

Αντισώματα

Ιδιότητες των αντισωμάτων

Μπορούν να δράσουν σε θέσεις μακριά από το σημείο παραγωγής

Χρησιμοποιούν περιοχές πρόσδεσης με το αντιγόνο (Fab) για να διακόψουν τις βλαπτικές δράσεις των μικροβίων και των τοξινών τους και τις Fc για να ενεργοποιήσουν τους ποικίλους δραστικούς μηχανισμούς

Τα προστατευτικά αντισώματα παράγονται στην πρώτη αντισωματική απάντηση (πρωτογενής) και σε μεγαλύτερες ποσότητες στις επόμενες (δευτερογενείς)

Η μεταστροφή ισοτύπου και η ωρίμανση συγγένειας ενισχύουν τις προστατευτικές λειτουργίες των αντισωμάτων

Οι δραστικές λειτουργίες των αντισωμάτων

Οι δραστικές λειτουργίες των αντισωμάτων

Εξουδετέρωση των μικροοργανισμών και των τοξινών τους

Οψωνινοποίηση και φαγοκυττάρωση

Αντισωματοεξαρτώμενη κυτταρική κυτταροτοξικότηταAntibody dependent cellular cytotoxicity (ADCC)

Ενεργοποίηση του συστήματος του συμπληρώματος

Σύνολο κυκλοφορούντων και μεμβρανικών πρωτεϊνών με σημαντικό ρόλο στην άμυνα και στην αντισωματοεξαρτώμενη ιστική βλάβη

Ο όρος αναφέρεται στην ικανότητά του να συμπληρώνει την αντιμικροβιακή δράση των αντισωμάτων

Μπορεί να ενεργοποιηθεί απουσία αντισώματος (φυσική ανοσία) ή από αντισώματα προσκολλημένα στα μικρόβια (επίκτητη ανοσία)

Η ενεργοποίηση περιλαμβάνει διαδοχικές πρωτεολυτικές διασπάσεις και δημιουργία δραστικών μορίων

Ο καταρράκτης ενεργοποίησης των πρωτεϊνών του συμπληρώματος μπορεί να επιτύχει τεράστια ενίσχυση

Οδοί ενεργοποίησης του συμπληρώματος

Οδοί ενεργοποίησης του συμπληρώματος

Οδός λεκτίνης

Οδοί ενεργοποίησης του συμπληρώματος

Το αποτέλεσμα των πρώιμων σταδίων ενεργοποίησης είναι τα επικαλυμμένα με αντισώματα κύτταρα αποκτούν περίβλημα από ομοιοπολικά συνδεδεμένο C3b

Η κλασική οδός είναι μηχανισμός της επίκτητης χυμικής ανοσίας, η εναλλακτική και η οδός λεκτίνης της φυσικής

Οι οδοί διαφέρουν στον τρόπο που ξεκινούν αλλά έχουν κοινά τελικά στάδια

Όψιμα στάδια ενεργοποίησης του συμπληρώματος

Λειτουργίες του συμπληρώματος

Ρύθμιση του συμπληρώματος

Τα κύτταρα των θηλαστικών εκφράζουν ρυθμιστικές πρωτεΐνες που αναστέλλουν την

ενεργοποίηση του συμπληρώματος,

εμποδίζοντας τη βλάβη των κυττάρων του

ξενιστή από το συμπλήρωμα

Αντισωματική ανάδραση(Antibody feedback)

j

A. Τα περισσότερα ενεργοποιημένα Β κύτταρα πεθαίνουν μέσω προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου

B. Αντισωματική ανάδραση

• Τα IgG παράγονται και σχηματίζουν ανοσοσυμπλέγματα με το αντιγόνο

• Η «ουρά» Fc του προσδεδεμένου IgG αναγνωρίζεται από έναν Fc υποδοχέα που εκφράζεται στα Β κύτταρα

• Ο υποδοχέας μεταβιβάζει αρνητικά σήματα τερματίζοντας τις Β κυτταρικές απαντήσεις

Συνεισφέρει στη φυσιολογική εξασθένιση των χυμικών ανοσοαπαντήσεων

Ανοσία των βλεννογόνων

Η IgA παράγεται στο λεμφικό ιστό των βλεννογόνων, μεταφέρεται διαμέσου του επιθηλίου και προσδένεται και εξουδετερώνει μικροοργανισμούς που εισέρχονται μέσω των βλεννογόνων

Οφείλεται:I. TGF-β (παράγεται σε μεγάλες ποσότητες στους βλεννογόνους)II. Β-1 κύτταρα (μεταναστεύουν στους βλεννογόνους, αποκρίνονται σε

μη πρωτεϊνικά αντιγόνα, χωρίς Τ κυτταρική βοήθεια)

Νεογνική ανοσία

Τα μητρικά αντισώματα μεταφέρονται διαμέσου του πλακούντα προς το έμβρυο και διαμέσου του επιθηλίου του εντέρου προς το νεογνό (νεογνικός υποδοχέας Fc – FcRn)

I. Υποτάξεις μητρικών IgG προσδένονται στον FcRn του πλακούντα και η IgG μεταφέρεται στην εμβρυική κυκλοφορία

II. Τα επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου των νεογνών εκφράζουν FcRn και μεταφέρει τα μητρικά αντισώματα διαμέσου του επιθηλίου

Διαφυγή των μικροοργανισμών από τη χυμική ανοσία

Συνοψίζοντας…

Εξουδετέρωση – εξάλειψη εξωκυτταρίων μικροοργανισμών και τοξινών

Μεσολαβείται από αντισώματα - παράγονται από τα Β λεμφοκύτταρα

Η ενεργοποίηση των παρθένων Β λεμφοκυττάρων πυροδοτείται από την αναγνώριση αντιγόνων (συνήθως με τη βοήθεια των Th κυττάρων)

Η ενεργοποίηση διεγείρει τη διαφοροποίησή τους σε πλασματοκύτταρα (εκκρίνουν αντισώματα) και σε μνημονικά Β κύτταρα