Buněčné složky získané

imunity

Jedinečnost specifické imunity

Zajišťuje antigenně specifickou

obranu. Využívá klonálně specifické

receptory TCR, jejichž struktura se v

hypervariabilních úsecích liší mezi

jednotlivými klony dané populace.

Jedinečnost specifické imunity

Antigenně specifickou reakci

zajišťují T a B lymfocyty

Jedinečnost specifické imunity

Mimo primární lymfatické orgány

nacházíme 3 populace lymfocytů dle

stádia maturace:

1. naivní

2. paměťové

3. efektorové

T lymfocyty

• nemají schopnost rozhodovat o

formě imunitní odpovědi

• amplifikují nebo potlačují funkci

ostatních buněk

• zabíjejí nevhodné buňky

γδT lymfocyty • během ontogeneze první T lymfocyty

• nejsou HMC I a MHC II dependentní

• mají omezenou variabilitu TCR

• vyvíjejí se mimo thymus

• některé fagocytují

T lymfocyty

Hlavní populace T lymfocytů

1. CD4 T lymfocyty

• Th1, Th2, Th17, Th9

• nTreg, iTreg, Tr, Yh3

2. CD8 T lymfocyty

3. γδ T lymfocyty

Hlavní populace T lymfocytů

Mechanismy působení T lymfocytů

Funkce T lymfocytů - příklady buněčná imunita humorální

patogen vakcínie chřipka

vzteklina Listerie

M. tuberculosis M. leprae

Leishmania Toxoplasma sp.

Trypanosoma sp.

Clostridium tetani Staphylococcus

aureus Streptococcus pneumoniae

polioviry P. carinii

jeho lokalizace

cytoplasma vezikuly MΦ extracelulární tekutiny

efektorové T cytotoxické CD8 Th1 Th1 / Th2 rozpoznání

antigenu peptid:MHC I na

infikovaných buňkách peptid:MHC II

na infikovaných MΦ peptid:MHC II

na B lymfocytech efektorová

funkce zabíjení infikovaných

buněk aktivace

infikovaných MΦ aktivace B lymfocytů k produkci Ig

Diferenciace konvenčních T lymfocytů =

TCRαβ

Diferenciace T lymfocytů • Prekurzory pocházejí z kostní dřeně.

• Migrují do thymu kde vyzrávají.

• Vyzrávání je spojené s přeskupením

segmentů genu kódujícího TCR. Buňky

začnou exprimovat buď CD4 nebo CD8.

• Thymus opouští naivní T lymfocyty.

TCR • Antigenně specifický receptor T lymfocytů

• Rozlišuje peptidy prezentované na MHC

• Heterodimerní glykoprotein podobný BCR

• Každý řetězec (α a β) kódován strukturně

jedinečným multisegmentovým genem

• Segmenty jsou uspořádány jinak pro α a β

TCR a BCR (imunoglobulin)

Segmentace genů TCR

V thymu jsou opakující se segmenty

náhodně vystřiženy z genomu buňky

Sestřihem segmentů TCR genu vzniká gen jedinečný pro každý klon

Mechanismus spojování úseků DNA – N a P nukleotidy

Klíčovou roli hrají RAG a TdT proteiny

Mechanismus spojování úseků DNA – N a P nukleotidy

Aktivitou TdT jsou do oblastí spoje DNA

připojeny nové beztemplátové ,

nepalindromatické = N nukleotidy

podobně jako u B lymfocytů ale s vyšší

výslednou variabilitou

Rekombinace segmentů genů a zejména

mechanismus spojování konců DNA jsou

hlavním zdrojem variability TCR

Vše se odehrává na úrovni genomické DNA,

proto následná klonální expanze může dát

vzniknout obrovskému množství identických

efektorových a paměťových T lymfocytů.

Rekombinace TCR genů

Srovnání variability TCR a imunoglobulinů

αβ TCR imunoglobulin α β H κ+λ

variabilní segment (V) ~70 52 40 70 diversitní segment (D) 0 2 25 0 čtení ve třech rámcích - často zřídka - spojovací segment (J) 61 13 6 5(κ), 6(λ)

spojeni N a P nukleotidy 1 2 2 polovina počet V genových párů 5,8 . 106 1,9 . 106

variabilita spojení TdT 2 . 1011 3 . 107

celková variabilita ~ 1018 ~5 . 1013

Vstupují prekurzory T lymfocytů

pozitivní selekce

MHC:autologní peptid

- slabá interakce

negative selection

MHC:autologní peptid

- silná interakce

Odcházejí zralé naivní T lymfocyty

Lokálně specifické děje v thymu

Během zrání T lymfocytů je zahájena exprese CD4/CD8 koreceptoru

• T lymfocyty jsou nejdříve dvojitě CD4+CD8+

• reakce s MHC I či MHC II:peptidy určí zda CD4+ či CD8+

Autoimmune regulator (AIRE) protein - jeho mutace jsou spojeny s autoimunitní polyendokrinopatie, kandidózy a ektodermální dystrofie (APECED)

Abass et al., Cellular and Molecular Immunology, 2014

Centrální tolerance CD4+ T lymfocytů

Negativní selekce:

T lymfocyty, jejichž TCR reaguje příliš silně s MHC prezentujícími

autologní peptidy na epitelových nebo DC meduly

thymu.

• klonální delece (apoptóze)

• klonální inaktivace (anergie)

nTreg - se vyvíjejí v thymu

HCsTSLP

T cellreg

Death

CECs

MECs

Cortex

Medulla

No affinity

Primarypositive selection

Secondarypositive selection

Negative selection

CD4CD8

++

TSLP-DCs Immature DCs

CD4CD8

+Ð

High affinity

CD4CD8

+Ð

Naive T cell

CD4CD8

Low affinity

+Ð

CD4CD8

+Ð

(i)

(ii) (iii)

(iv)

CD4+

CD8-

CD4+

CD8-

CD4+

CD8+

CD4+

CD8- CD4+

CD8-

nTreg - se vyvíjejí v thymu

Zralé naivní T lymfocyty opouští thymus a osidlují

sekundární lymfatické orgány a sliznice,

zde budou aktivovány pomocí APC a tak se stanou

efektorovými či paměťovými.

Jak jsou v periferii udržovány naivní T lymfocyty

• zralé naivní T lymfocyty → T zóna LN

• zde v kontaktu s lymfoidními DC, ty prezentují

autoantigeny na MHC bez kostimulačních

molekul – unikátní mechanismus nenavozující

anergii, deleci a tato je přítomností antigenu

udržována

Do periferních lymfatických uzlin migrují APC ze spádové oblasti

Von Adrian et al, 2003, 3 Nature reviews Immunology

CD4 T lymfocyty

Pomocné T lymfocyty =

Th lymfocyty vznikají z naivních CD4 T lymfocytů po kontaktu s aktivovanými APC

v kontextu solubilních a membránových faktorů

Dominantní populace Th Znaky Th

T-bet Th1

GATA-3 Th2

(FoxP3) Treg

RORg t Th17

fenotypově jsou stabilní

Afzali et al, Clin Exp Immunol. 2007

IL-22

IL-10 TGF-β cAMP

Romagnani et al, 2008 Arthritis research and ther

Diferenciaci CD4 v Th realizují APC

polarizaci však určují i další faktory

• Th1 ← IL-12 ← APC ← PAMP, CCL4, CCL5, CXCL10,

IFN-γ, PGE2 ← NK, některé CD8 ← viry, bakterie

• ?IL-25 → Th2 ← OX40-L+ APC ← PGE2, TSLP, IL-7,

CCL2, CCL3 ← mastocyty, NKT, enterocyty, epidermis

← bakterie, viry

Diferenciace CD4 v Th

Diferenciace CD4 v Th1, Th2

Kadovaki, 2007 Alerg Internat

Kadovaki, 2007 Alerg Internat

Diferenciace CD4 v Th1, Th2

Kadovaki, 2007 Alerg Internat

Diferenciace CD4 v Th2, Treg

Aktivace CD4 T lymfocytů – receptory, kostimulační molekuly

Funkce Th1 lymfocytů • stimulace makrofágů k zabíjení

intracelulárních patogenů

• pomoc při aktivaci CD8 T lymfocytů

• cytotoxická funkce (granulyziny)

• pomoc B lymfocytům

• afinitní maturace

• tvorba opsonizačních a komplement fixačních protilátek

Funkce Th2 lymfocytů • pomoc při antigenně specifické aktivaci B

lymfocytů a izotypový přesmyk

• IgE, neutralizační IgG (IgG1, IgG3)

• sliznice - maturace plasmat. IgA bb (IL-6)

• aktivace obrany proti extracelulárním parazitům, atrakce a aktivace eosinofilů

• proliferace mastocytů

• inhibice aktivace makrofágů

Th17 lymfocyty

• Th17 ← IL-23 + rTh17 ← IL-6 + TGFβ ← APC

rTh17 produkuje IL-10, fenotyp není stabilní

Diferenciace CD4 v Th17

Romagnani et al, 2008 Arthritis research and ther

Diferenciace CD4 v Th17

Romagnani et al, 2008 Arthritis research and therapy

Funkce populace Th17 lymfocytů

• produkce IL-17, IL-21 a IL-6, IL-22

• stimulují neutrofilní granulocyty a obranu proti

extracelulárním bakteriím a houbám

• stimulují fibroblasty, endoteliální a epiteliální bb.

• přispívají k rozvoji autoimunitních chorob

Funkce Th17 lymfocytů

Periferní tolerance a Treg

Není jasné který mechanismus zahrnuje který antigen Abass et al., Cellular and Molecular Immunology, 2014

Perifení tolerance CD4+ T lymfocytů

• nTreg ← afinita TCR:peptid:MHCII na DC ← TSLP

• iTreg ← TGFβ, IL-10, IL-2, retionvá kyselina

• Tr ← TGFβ, IL-10, IL-2, retionvá kyselina

• Th3 ← TGFβ, IL-4, IL-10

Diferenciace CD4 v Treg

Li and Flavell, 2008 Immunity

iTreg - se vyvíjejí v periferii

• velmi heterogenní populace T lymfocytů

• regulace – potlačení imunitní reakce zánětlivé

• tlumí ostatní T lymfocyty

• klíčové buňky centrální tolerance

• zapojeny do aktivní periferní tolerance

• některé efektorové molekuly společné s Th2

(IL-10, TGF-β)

Funkce Treg lymfocytů

Treg lymfocyty a jejich regulašční funkce

Vignali et al, 2008 Nature reviews in immunology

CD39 a CD73 jsou ektoenzymy štěpící nukleotidy a uvolňující adenosin

CD8 T lymfocyty

CD8 T lymfocyty =

CD8 T lymfocyty vznikají z naivních CD8 T lymfocytů po kontaktu s

aktivovanými APC za požadavku mnohem vyšší intenzity kostimulace

než Th jako prevence tvorby autoreaktivních klonů

Aktivace CD8 T lymfocytů • Aktivace naivních CD8 T lymfocytů probíhá v

sekundárních lymfatických orgánech (jako CD4)

• Aktivovat je mohou

• předem stimulované „licensované“ APC

• APC + aktivované antigenně specifické CD4

• Aktivace vyžaduje vazbu APC a CD8 > 30 hodin

• Aktivace v efektorové cytotoxické TC > 48 hodin

Aktivace CD8 T lymfocytů

antiapoptotické signalizace

aktivované APC - CD8 T lymfocyty 4-1BBL 4-1BB

(CD137)

OX40 (CD134)

OX40L aktivované APC – aktivované CD4 T lymfocyty

Tříbuněčný model aktivace CD8 T lymfocytů - receptory

„Slabá“ aktivace CD8 T = tolerance

Anergické CD8 ly. soutěží s naivními CD8 ly. o vazbu na peptid-MHC I. Pokud cizorodý peptid podobný autolognímu → prevence autoimunity

CTL = cytotoxické CD8 T lymfocyty

Hlavní efektorová populace CD8 T Proteiny lytických

granul CTL Působení

perforin polymerují v membráně cílové buňky - vzniká kanál

granzymy serinové proteázy, aktivují apoptózu jakmile dosáhnou cytoplasmu cílové buňky

CTL vytvářejí perforace v membráně cílových buněk

CTL indukují apoptózu cílových buněk

Cullen S. Granzymes in cancer and immunity 2010

Dvojí funkce granzymů

Cytotoxické látky CTL • uložené v granulích

• sekretované: granzym A, granzym B,

perforin

• syntetizované de novo

• sekretované: TNF-α, TNF-β, IFN-γ

• povrchové: FAS-L

CTL exprimují Fas-L a sekretují TNF-α, TNF-β, IFN-γ

Funkce CD8 T lymfocytů

• zabíjení virem infikovaných a nádorových buněk

• granzym indukuje apoptózu za chorobných stavů

(kaspázy fyziologicky)

• granzymem zprostředkovaná prozánětlivá aktivace

• regulační funkce CD8 (dříve supresorové)

• potlačují expresi kostimulačních molekul na APC

• CD122+ (řetězec receptoru IL-2) podobné nTreg

Rychlost nástupu sekundární imunitní odpovědi je spojena s

populací paměťových CD4 a CD8 lymfocytů

1. migrují do periferní tkáně, zde jako CTL

(IL-7R- CD62L+/-CD45RA-)

2. migrují do LN kde dlouhodobě setrvávají (IL-7R+ CD62L+CD45RA-)

Jak jsou v periferii udržovány paměťové T lymfocyty

• na rozdíl od naivních T lymfocytů nevyžadují kontakt peptid-MHC na lymfoidních DC

• vyžadují trvalou cytokinovou podporu

molecule naive effector memory note CD44 + +++ +++ addhesion molecule

CD45RO + +++ +++ modulation of TcR signalling CD45RA +++ + +++ modulation of TcR signalling CD62L +++ - / +++ L-selectin CCR7 +++ +/- / +++ migration to LN CC69 - +++ - early activation antigen Bcl-2 ++ + / - +++ cell survival IFN-γ - +++ +++ protein translation after stimulation

granzym B - +++ +/- apoptosis induction FasL - +++ + apoptosis induction

CD122 +/- ++ ++ part of IL-2 and IL-15 receptor CD25 - ++ - part of IL-2 receptor

CD127 ++ - +++ part of IL-7 receptor Ly-6C + +++ +++ GPI binding protein

CXCR4 + + ++ CXCL12 receptor, migration to tissue CCR5 +/- ++ / +++ CCL3, 4 receptor, migration to tissue

Povrchové znaky T lymfocytů

γδ T lymfocyty

γδ TCR, CD8αα

γδ T lymfocyty - nízká diverzita TCR

• nízká frekvence N nukleotidů

• diverzita určena pozitivně

vazbou na omezené spektrum

autoantigenů (MICA -MHC class I

polypeptide-related sequence A, CD1)

• mnoho klonů má stejnou

specificitu TCR

• nejčasnější buňky během vývoje fetu CD8αα

• maturují jen z části v thymu (kryptoplaky)

• nevážou MHC (zřejmě nekomunikují s APC)

• svým TCR vážou MICA a MICB (MHC I chain-related)

exprimované na epitelových buňkách sliznic. MIC jsou

markery stresu (infekce, tepelného šoku)

• vážou CD1, F1 ATP syntázu, ???

• vážou nativní antigeny (bez potřeby MHC prezentace)

γδ T lymfocyty - charakteristika

• lokalizovány jako intraepitelové T lymfocyty sliznic a ve

slezině,

• tvoří perforin, granzym, FAS-L

• sekretují IL-2, IL-3, IL-6, IFN-γ, TNF-α, samy neproliferují

• sekrecí lymfotaktinu (XCL1) atrahují CD8 T lymfocyty

• produkují TGF-β, IL-10, KGF → potlačení zánětu, hojení

epitelových vrstev, regulační funkce

• pomocí CD16 fagocytují částice opsonizované Ig a

fragmenty prezentují na MHC II

γδ T lymfocyty - funkce

γδ T lymfocyty

Casetti et al, 2008 Cellular & Molecular Immunology

NK buňky

efektorové a regulující buňky

ADCC u NK buněk

NK buňky - receptory 1. receptory pro MHC I (KIR, NKG2A/CD94)

2. rozlišení abnormálního vlastního • stressed cell protein and tumor proteins

•NKG2D recognizes MICA, MICB •natural cytotoxicity receptors

•NKp46 (NCR1, CD335) •NKp44 (NCR2, CD336) •NKp30 (NCR3, CD337)

•other tumor antigens •DNAM1 •2B4 •NTBA

•Fc receptor - mediates ADCC •CD16

Ligandy pro NKG2D jsou stresem indukované proteiny: •MICA (MHC class I polypeptide-related sequence) •MICB •ULBP (RAET1) •RAE1 (retinoic acid early-inducible protein 1) myš •H60 and MULT1 (murine ULBP-like transcript 1) myš •MULT1 myš

Natural cytotoxicity receptors (NCRs je analogie TCR, BCR, Fc receptorů) rozlišení nádorových buněk

•NKp46 (NCR1, CD335) •NKp44 (NCR2, CD336) •NKp30 (NCR3, CD337) B7 family of immunoreceptors, B7-H6

Další aktivační receptory rozlišení nádorových a virem infikovaných buněk

•DNAM1 (DNAX accessory molecule 1; CD226) •poliovirus receptor (PVR) •nectin 2 (PVRL2)

•SLAM (signalling lymphocytic activation molecule) •2B4 •NTBA

NK exprimují Fcγ receptor IIIA (FcγRIIIA; CD16) zajišťují ADCC

Aktivační receptory NK buněk a jejich ligandy

NK buňky KIRs - Killer-cell immunoglobulin-like receptors KIR Haplotypy A – převaha inhibičních KIR KIR Haplotypy B – vyšší podíl aktivačních KIR NK buňky dárce krvetvorných buněk s KIR B haplotypem (haplotypy) budou efektivněji ničit nádorové buňky

Cancer therapies targeting NK cells

NK buňky jsou výkonnými

producenty chemokinů a

cytokinů (IFN-γ) jejichž mohou

být prvním zdrojem během

iniciace infekce.

NK regulují indukci imunitní odpovědi

NK zastávají opačné role při časné a pozdní fázi virové infekce

Vyhodnocení subpopulací NK

CD16+ CD56+/- 90% NK v periferní krvi; cytotoxické, ADCC

CD56+ CD16+/- 10% NK v periferní krvi; neexprimují KIR, ILT2; produkují cytokiny Poli et al., Immunology. 2009 Apr; 126(4): 458–465.

Přímá a nepřímá aktivace NK: type I IFN nebo IL-15

Fas-FasL

perforin granzyme

Invariantní natural killer T (iNKT)

TAM produce pro-angiogenic factors