Fagocytóza

História objavu• v 1882 Iľja Mečnikov študoval proces trávenia

na rôznych stupňoch vývoja• rozlišoval mikrofágy (myeloidné) a makrofágy

(mononukleárno-fagocytové) • fagocytujú sa objekty väčšie ako 0,5 μm• objekty väčšie ako fagocyt sa obklopia viacerými

bunkami• boj medzi zástancami protilátkovej imunity a

bunkovej imunity• Nobelova cena 1908

FagocytyMyeloidný systém• neutrofily (60-70% leukocytov)

5d v kostnej dreni (zásoba), 12h v krvi, 1-2d tkanivá

60% kapacity kostnej drene (1011 za deň)• eozinofily (2-5% leukocytov)

vznik v kostnej dreni, dozrievajú v slezine, 30 min v krvi, 12d v tkanivách

Mononukleárno-fagocytový systém• makrofágy vznikajú z monocytov (asi 5% leukocytov)

– histiocyty v spojivovom tkanive– Kupfferove bunky v pečeni– mikroglia v mozgu– alveolové makrofágy...

Neutrofily• primárne granuly (myeloperoxidáza,

lyzozým, neutrálne proteázy (elastáza), kyslé hydrolázy (β-glukuronidáza), katepsín B

• sekundárne granuly (lyzozým, kolagenáza, laktoferín, proteín viažuci B12)

• glykogén v cytoplazme, málo ribozómov a ER

• receptory (FcR, CR), adhezívne molekuly, glykoproteíny

Eozinofily• granuly (kyslá fosfatáza, peroxidáza, MBP

major basic protein)• ochrana pred parazitmi

Makrofágy• fagocytóza, syntéza imunoregulačných látok, zložiek

komplementu, prezentácia antigénov• chemotaxia baktériovými produktami (N-formyl-metionyl-

leucyl-fenylalanín), chemokínmi a C5a, fragmenty kolagénu, elastínu a fibrinogénu

• myeloperoxidázu získavajú z okolia, menej lyzozómov, môžu si dosyntetizovať enzýmy

Makrofágy a hojenie rán• syntéza elastázy a kolegenázy – rozklad poškodeného

spojivového tkaniva• remodelácia tkaniva pôsobením rastového faktora pre

fibroblasty• podpora angiogenézy

Makrofágy ako sekrečné bunkysyntetizujú 100 rôznych proteínov• kontinuálne (C2, C3, C4 a C5)• pri fagocytóze (lyzozým, kolagenáza, elastáza, aktivátor

plazminogénu, PAF, leukotriény)• cytokíny (IL-1, IL-6, IL-12, TNF, GM-CSF)• iné (prostaglandíny, fibronektín, koagulačné faktory,...)

Fagocytóza

• chemotaxia • opsonizácia• rozpoznanie a

prichytenie• pohltenie• usmrtenie a

degradácia

ChemotaxiaExogénne• FMLP (N-formyl-metionyl-leucyl-fenylalanín)• nepriamo zymozán (chemotaxigén)Endogénne• C5a, C4a, C5b67• IL-1 a IL-8• TNF• chemokíny• leukotriény (LTB4)• produkty koagulácie, fibrinolýzy• -Val-Gly-Ser-Glu- a –Ala-Gly-Ser-Glu- (mastocyty pre

eozinofily)

Opsonizácia

Fagocytóza závisla na opsonínoch• protilátky IgG (hlavne IgG1 a IgG3)• zložky či fragmenty komplementu• MBP proteín viažuci manózu• sufaktantové proteíny A• fibronektín• proteín viažuci lipopolysacharidFagocytóza nezávislá na opsonínoch• pathogen-associated molecular patterns (PAMP) –

manány, formylované peptidy, lipoteichová kyselina, lipopolysacharid

ochutenie fagocytovaných častíc

Rozpoznanie a prichytenie• FcγR receptory• CR receptory (hlavne CR1, CR3 a CR4)

synergická úlohaprotilátkami opsonizované častice v slezinekomplementom opsonizované častice v pečeni

• pattern recognition receptors– lektínové receptory– receptor pre LPS– scavenger receptory („smetiarske“)

Pohltenie• obopínanie častice pseudopódiami – remodelovanie

membrány a cytoskeletu závislé na aktíne• úplné obopnutie častice a fúzia membrány• vytvorenie fagozómu• fúzia fagozómu s lyzozómami• uvoľnenie obsahu do fagolyzozómu

Zneškodnenie a degradáciaRôzne mechanizmy• respiračné vzplanutie• nízke pH• antimikróbne látky

– laktoferín– BPI– serprocidíny– kathelicidíny– lyzozým– fosfolipáza 2– kalprotektín– defenzíny– históny

Respiračné vzplanutiezávislé na kyslíku• NADPH oxidáza NADPH + 2O2 → NADP+ + H+ + 2˙O2

-

• myeloperoxidázaH2O2 + Cl- + H+ → HOCl + H2O

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH- + ˙OH

závislé na dusíku• NO syntáza

arginín + O2 + NADPH → citrulín + NO + H2O

2NO + O2 → 2NO2

2NO2 ↔ N2O4 → NO2- + NO3

-

kombináciaNO˙ + ˙O2 → ONOO- peroxidusitanový anión

ONOO- + H+ → ONOOH → ˙OH + NO2˙ → NO3- + H+

Aktivácia NADPH oxidázy

membrána: cytochróm b558 (viaže FAD), gp91, p21, Rap1

cytoplazma: p47, p67, p40, Rac (GTPáza)

chronická granulomatózna choroba - defekt v produkcii O2˙

Ďalšie reakcie˙O2

- + H2O2 → 1O2 + OH- + ˙OH• superoxiddizmutáza

˙O2- + ˙O2

- + H+ → H2O2 + O2

• glutationperoxidáza a glutationreduktáza2GSH + H2O2 → GSSG + 2H2O

GSSG + NADPH + H+ → 2 GSH + NADP+

• katalázaH2O2 → H2O + O2

• myeloperoxidázaOCl- + H2O → 1O2 + Cl- + H2O

Mechanizmus poškodenia• oxidačné poškodenie (peroxidácia lipidov, deštrukcia

membrán, fragmentácia proteínov, poškodenie DNA)• kyselina chlórna má mikrobicídne aj imunomodulačné

účinky– chlorinácia vlastných proteínov spôsobuje ich

degradáciu a zvyšovanie zápalu– chlorinácia cudzích proteínov zvyšuje ich

imunogénnosť a opracovanie v APC– chlorinácia baktérií inhibuje indukciu tvorby mediátorov

zápalu (NO, TNF) týmito baktériami• taurín-chloramín

– taurín zneškodňuje nadbytočné chlorinujúce látky– ovplyvňuje aktiváciu makrofágov: inhibuje tvorbu NO,

PGE2, TNF a IL-6

NO oxid dusný• Nobelová cena 1998 Furchgott, Ignarro, Murad• singálna, regulačná a výkonná molekula imunitného,

kardiovaskulárneho, nervového systémuFyziologické funkcie• imunitná odpoveď• zápal, apoptóza buniek• regulátor krvného tlaku• neurotransmitterPatologické funkcie• cytotoxickosť• poškodzovanie vlastných tkanívNO syntáza• neurónová nNOS, endotelová eNOS – regulácia pmol NO• induktívna iNOS – cytotoxickosť μmol NO

Aktivity NO

Regulačný signál• relaxácia ciev a svalov• agregácia trombocytov• prenos signálu

nitrergickými neurónmi• inhibícia chemotaxie

neutrofilov• inhibícia proliferácie T-

lymfocytov

Cytotoxická aktivita• inhibícia enzýmov

obsahujúcich Fe a mitochondriovej respirácie

• tvorba peroxydusitanového aniónu

• nitrozylácia DNA – štiepenie reťazcov– riziko malignej

transformácie– indukcia apoptózy

Zápal• zložitá, ale stereotypná odpoveď organizmu na poškodenie buniek,

tkanív a orgánov• komplement a fagocytóza sú kľúčové systémy v tomto proceseZápal• obranný• poškodujúci (endogénne a exogénne faktory)

– genetické faktory– mechanické, fyzikálne, chemické, nutričné a biologické faktory

Klasické črty zápalu• začervenanie (rubor)• opuch (tumor)• teplo (color)• bolesť (dolor)• strata funkcie (functio laesa)

Funkcia zápalulikvidácia a vylúčenie alebo aspoň ohraničenie škodliviny a

poškodeného tkaniva, ale súčasne aj jeho zahojenie a reparácia

• deštrukcia poškodzujúcich faktorov a ich vylúčenie z miesta zápalu

• obmedzenie šírenia poškodzujúcich faktorov• stimulácia špecifickej imunitnej odpovede• pomoc pri procese hojenia

Fyziologické zmeny pri zápale• zvýšenie prietoku krvi v mieste zápalu –

vazodilatácia• zvýšenie cievnej permeability (prestup protilátok

a komplementu do tkanív)• mimocievna migrácia (infiltrácia) granulocytov,

monocytov a lymfocytov• zmeny metabolických profilov mnohých orgánov

(biosyntéza, katabolizmus)• aktivácia buniek imunitného systému a

komplexných enzýmových systémov krvnej plazmy

Fázy zápalovej odpovede• akútna cievna odpoveď (erytém a

edém)• akútna bunková odpoveď –

chemotakticky riadená infiltrácia (marginácia a diapedéza neutrofilov z postkapilárnych venúl)

• chronická bunková odpoveď – objavenie makrofágov a lymfocytov v exudáte

• reparácia tkaniva – úplná, čiastočná alebo trvalé poškodenie

akútny zápal (horúčka)

chronický zápal

Mediátory zápaluVazoaktívne látky• histamín, serotonín (ovplyvňujú mikrosystém)• lipidové mediátory (prostanoidy, PAF)Produkty enzýmových systémov krvnej plazmy• C5a, C3a, C3b, bradykinín, Hagemanov faktor, fibrinopeptidyCytokíny• poplachové, endogénne pyrogény, chemokíny a inéProteíny akútnej fázy• pozitívne (CRP, sérový amyloid A,...)• negatívne (albumín) – znižuje sa konc. v séreChemotaktické faktory• exogénne, endogénneReaktívne intermediáty kyslíka a dusíkaAdhezívne molekuly

Zápalové prostanoidytromboxán A2 vazokonštrikcia

prostaglandín I2, E2, D2, F2α

vazodilatácia, zvýšenie cievnej permeability

leukotrién B4 chemotaxia fagocytov

leukotrién C4, D4, E4 kontrakcia hladkých svalov, zvýšenie cievnej permeability

Proteíny akútnej fázyC-reaktívny proteín

aktivuje komplement, opsonín, inhibuje tvorbu superoxidu

α1-antitrypsín terčom sú proteázy a elastázy (serpín)

haptoglobín viaže hemoglobín a železo (vychytáva pečeň)

ceruloplazmín viaže meď a prenáša ho na cytochrómoxidázu, blokuje pôsobenie superoxidu

Adhezívne molekulySelektíny• selektín L (leukocyty)• selektín E (endotelové bunky)• selektín P (endotelové bunky a trombocyty)Integríny• 9 podrodín (každá má rovnaký β-reťazec a

iný α-reťazec• β2 integríny na povrchu leukocytov

Imunoglobulínová veľkorodina• ICAM-1 (CD54), ICAM-2 (CD102), ICAM-3• VCAM-1 (CD106)• PECAM (CD31) na neutrofiloch i endotel. b.

na endotelovej bunke

Adhézia a diapedéza

Extravazácia

Sumarizácia extravazácieTrojstupňový proces extravazácie• kotúľanie sa po povrchu

– mediátory zápalu indukujú exocytózu selektínov P a E– aktivovaný neutrofil exprimuje selektín L– reverzibilné interakcie medzi nimi

• rozprestieranie sa (pevná interakcia)– pevné interakcie medzi integrínmi a členmi Ig

veľkorodiny (chemotaxiou ovplyvnené)• diapedéza

– homológna interakcia medzi PECAM na oboch bunkách

– produkcia proteolytických enzýmov rozrušujúcich medzibunkový tmel

Pôsobenie chemotaxínovChemotaxín Ne Mo/Ma Eo Ba Ly NK

FMLP + + + + + +

C5a + + + - - -

LTB, PAF, PDGF + + - - - -

IL-3, IL-5 - - + + - -

TGF-β + +/- - - + +

CXC: IL-8, NAP-2 + - - - +/- -

CC: MCP-1 - + - + + +

MCP-3, MIP-1, RANTES - + + + + +

C: lymfotaktín - - - - + +