PODSTAWY IMMUNOLOGII

Transkrypt

1 PODSTAWY IMMUNOLOGII 1. Regulacja odpowiedzi immunologicznej 2. Utrzymanie homeostazy w układzie odpornościowym Dr hab. Nadzieja Drela Dr Ewa Kozłowska owska

2 1. Czynniki odpowiedzialne za regulację odpowiedzi immunologicznej utrzymanie homeostazy w warunkach zaleŝnych od antygenu Regulacja odpowiedzi immunologicznej przez: antygeny, komórki prezentujące antygen, przeciwciała, limfocyty regulatorowe, cytokiny, hormony, MHC 2. Utrzymanie homeostazy w układzie odpornościowym w warunkach niezaleŝnych od obecności antygenu Czynniki odpowiedzialne za utrzymanie homeostazy niezaleŝnie od interakcji układu odpornościowego z antygenem: interakcje TCR-MHC/własne peptydy, cytokiny (IL-7, IL-15), hormony. 3. Rola apoptozy w utrzymaniu homeostazy układu odpornościowego

3 Regulacja odpowiedzi immunologicznej Czynniki regulujące odpowiedź immunologiczną: -Antygen -Komórki prezentujące antygen (APC) -Przeciwciała -Limfocyty regulatorowe -Cytokiny -Hormony -MHC

4 Regulacja odpowiedzi immunologicznej przez antygen

5 Regulacja odpowiedzi przez antygen 1. Natura antygenu: polisacharydy (otoczki bakterii) indukują syntezę IgM, białka indukują zarówno odpowiedź humoralna jak i komórkową, wewątrzkomórkowe patogeny indukują głównie odpowiedź komórkową, białka rozpuszczalne indukują odpowiedź humoralną. Odpowiedź komórkowa moŝe być indukowana przez cząstki występujące w naturalnym środowisku i nie będące antygenami (krzemionka). 2. Dawka antygenu: małe i średnie dawki antygenu indukują odpowiedź, a duŝe i bardzo duŝe dawki antygenu indukują tolerancję. 3. Droga podania antygenu: antygeny podane podskórnie i śródskórnie indukują odpowiedź immunologiczną, antygeny podawane doustnie, doŝylnie i donosowo mogą indukować tolerancję.

6 Wpływ dawki antygenu na odpowiedź immunologiczną Dawka Ag Aktywność OdpowiedźTh1 OdpowiedźTh2 (MLV) limfocytów Tc (IFN-γ) (IL-4) mała duŝa Tabela przedstawia wyniki badań przeprowadzonych na noworodkach myszy. Bardzo duŝe dawki antygenu indukują tolerancję Ag-swoistych limfocytów T (czasami równieŝ limfocytów B) Bardzo duŝe dawki antygenów T-niezaleŜnych (polisacharydy) indukują tolerancję limfocytów B

7 Załamanie amanie tolerancji limfocytów w B przez krzyŝowo owo-reagujące antygeny T-zaleT zaleŝne Roitt, Brostoff, Male,,Immunology

8 Regulacja odpowiedzi immunologicznej przez APC

9 Regulacja odpowiedzi immunologicznej przez APC Skuteczna aktywacja limfocytów T zaleŝy od ekspresji cząsteczek kostymulatorowych na APC. Zatem komórki dendrytyczne i aktywowane makrofagi wykazujące duŝą ekspresję MHC II i B7 indukują odpowiedź immunologiczną. Ponadto interakcja CD40L na aktywowanych limfocytach T i CD40 na DC indukuje syntezę IL-12 niezbędną do generowania limfocytów Th1. Ekspozycja naiwnych limfocytów T na antygen prezentowany przez limfocyty B (nieprofesjonalne APC) nie indukuje odpowiedzi lecz tolerancję. Adiuwanty ułatwiają indukcję odpowiedzi immunologicznej w wyniku wzmoŝenia syntezy MHC i cząsteczek kostymulatorowych na APC. Adiuwanty aktywują komórki Langerhansa i powodują ich migrację do lokalnych węzłów chłonnych gdzie zachodzi odpowiedź immunologiczna.

10 Model róŝnicowania r limfocytów w Th McGuirk P., Mills K.H.G. Trends Immunol. 2002, 23:450

11 DC w róŝnicowaniu r limfocytów w T w komórki efektorowe Mills K.H.G., McGuirk P., Sem. Immunol. 2004, 16:

12 DC APC moŝe e prezentować antygeny jednocześnie nie róŝnym limfocytom

13 Kontrola aktywacji przez sygnały kostymulacyjne Roitt, Brostoff, Male,,Immunology

14 Regulacja odpowiedzi immunologicznej przez przeciwciała

15 Regulacja odpowiedzi przez przeciwciała Immunizacja bierna przeciwciałami IgM i antygenem wzmaga odpowiedź immunologiczną, podczas gdy podanie przeciwciał IgG osłabia odpowiedź na antygen. Podawanie dzieciom poniŝej 1 roku Ŝycia niektórych szczepionek (świnka, odra) nie jest skuteczne z powodu obecności matczynych p-ciał IgG Roitt, Brostoff, Male,,Immunology

16 Supresja limfocytów w B przez przeciwciała IgG (bierne) Roitt, Brostoff, Male,,Immunology

17 Wpływ biernych przeciwciał IgG na zwiększenie powinowactwa produkowanych przeciwciał Roitt, Brostoff, Male,,Immunology

18 Regulacyjna rola kompleksów w immunologicznych Roitt, Brostoff, Male,,Immunology

19 Regulacja odpowiedzi immunologicznej przez limfocyty

20 Naturalne regulatorowe limfocyty T CD4 + CD25 + Roitt, Brostoff, Male,,Immunology

21 Utrzymanie równowagi r Th1/Th2 Roitt, Brostoff, Male,,Immunology

22 Regulacja migracji limfocytów w Th1 i Th2 Roitt, Brostoff, Male,,Immunology

23 Regulacja odpowiedzi immunologicznej przez cytokiny

24 Cytokiny: : cząsteczki regulatorowe grupa białek o małym cięŝarze cząsteczkowym ich synteza jest indukowana przez czynnik stymulujący (Ag, interakcje pomiędzy komórkami układu odpornościowego) krótki okres półtrwania działanie antygenowo-nieswoiste...i nie tylko wywierają efekt biologiczny po związaniu ze specyficznymi receptorami w błonie komórek docelowych indukują kaskadę cytokin zmieniają ekspresję genów w komórkach docelowych wpływają na ich rozwój i funkcje wykazują aktywność plejotropową, synergistyczną, antagonistyczną i redundancję

25 Sieć cytokinowa J. Kuby, Immunology

26 Indukcja syntezy cytokin i sposoby działania ania na komórki docelowe J. Kuby, Immunology

27 Przykłady aktywności biologicznej cytokin J. Kuby, Immunology

28 R.A.GOLDSBY,T.J.KINDT,B.A.OSBORNE,J.KUBY,,Immunology 2003 Cytokiny w hematopoezie

29 Cytokiny w odporności wrodzonej i nabytej A.K.ABBAS,A.H.LICHTMAN,,Cellular and Molecular Immunology 2003

30 Skutki aktywacji limfocytów w Th TLR patogen Th1 IFN-γ IL-2 TNF-β Odpowiedź komórkowa APC Th Th2 IL-4 IL-5 IL-10 IL-13 Odpowiedź humoralna Treg IL-10 TGFβ Supresja

31 Regulacja róŝnicowania r limfocytów w Th przez cytokiny

32 Cytokiny pro- zapalne w uogólnionym ostrym stanie zapalnym J. Kuby, Immunology

33 Zaburzenia w ekspresji podjednostek receptorów dla cytokin Roitt, Brostoff, Male,,Immunology

34 Regulacja odpowiedzi immunologicznej przez hormony

35 Neuroendokrynna regulacja odpowiedzi immunologicznej R.E Brown, Neuroendocrinology

36 Hormony regulują syntezę cytokin

37 Cytokiny regulują syntezę hormonów w przysadki R.E. Brown, Neuroendocrinology

38 Produkcja hormonów w przez komórki układu odpornościowego komórki produkujące Produkowane hormony i neuroprzekaźniki limfocyty T limfocyty B makrofagi splenocyty tymocyty granulocyty i komórki tuczne ACTH, endorfiny, TSH, GH, PRL, IGF-1 ACTH, endorfiny, GH, IGF-1 ACTH, endorfiny, GH, SP, IGF- 1, ANP CRH, gonadotropina CRH, GnRH, AVP, OT VIP, SOM

39 Stres i odpowiedź immunologiczna Z definicji stresu:...czynnik fizyczny, chemiczny lub emocjonalny......czynnik zaburzający homeostazę organizmu...stres nie zawsze jest negatywny Konsekwencje stresu: zwiększa się stęŝenie katecholamin i sterydów nadnerczy na obwodzie zmniejsza się liczba limfocytów w krwi obwodowej upośledzenie funkcji róŝnych komórek układu odpornościowego zmniejsza się produkcja przeciwciał zmniejsza się proliferacja limfocytów Cykl dobowy PBL: najwięcej ok. północy i najmniej ok rano StęŜenie glukokortykoidów w tym cyklu dobowym jest przeciwstawne: rano duŝe, w nocy maleje Aktywacja osi HPA (synteza CRH, ACTH i glukokortykoidów) podczas stresu zaleŝy od produkcji IL-1, IL-6, TNF-a

40 podwzgórze IL-1, TNF-α, IL-6 prostaglandyny ACTH (via przysadka) kora nadnerczy glukokortykoidy Oś HPA w regulacji odpowiedzi układu odpornościowego IL-1, TNF-α, IL-6 stan zapalny Białka ostrej fazy IL-6, TNF-α wątroba szpik kostny

41 Stresujące loty kosmiczne zahamowanie aktywności komórek NK zwiększona zapadalność na infekcje zahamowanie produkcji IFN-γ

42 Stres wspomaga rozwój j alergii i wzmaga Th2 objawy kliniczne chorób autoimmunizacyjnych Th1

43 Stres ostry i chroniczny wywierają przeciwstawne efekty Stres ostry (minuty, godziny) Odpowiedź immunologiczna proliferacja limf. T odpowiedź komórkowa produkcja Ab T-zaleŜna i T-niezaleŜna Stres chroniczny (godziny, dni, tygodnie, miesiące) odpowiedź komórkowa proliferacja limf. T produkcja Ab T-zaleŜna produkcja cytokin

44 Czy układ odpornościowy moŝna zdenerwować? Stymulacja antygenowa Th1 IFN-γ IL-2 Stymulacja neuropeptydami Th1 IFN-γ IL-2 IL-4 IL-10 Th2 IL-4 IL-10 Th2 IL-4 IL-10 IFN-γ IL-2

45 Regulacja odpowiedzi immunologicznej przez geny MHC

46 Geny MHC kontrolują odpowiedź immunologiczną A.K.ABBAS,A.H.LICHTMAN,,Cellular and Molecular Immunology 2003

47 Homeostaza w układzie odpornościowym

48 Homeostaza w układzie odpornościowym Homeostaza, według powszechnej definicji, jest procesem samo-regulującym, którego zadaniem jest utrzymanie stabilności układu/organizmu i doprowadzenie do warunków optymalnych dla zapewnienia przeŝycia. Homeostaza układu odpornościowego jest stanem równowagi utrzymywanym niezaleŝnie od działania antygenu oraz w warunkach zaleŝnych od antygenu. Szereg mechanizmów regulacyjnych odpowiada za zakończenie odpowiedzi immunologicznej na antygen oraz za stan tolerancji na własne antygeny i wreszcie za utrzymanie stanu podstawowej reaktywności układu odpornościowego w warunkach oczekiwania na atak patogenów.

49 Homeostaza w układzie odpornościowym SCIENCE.Vol

50 Mechanizmy aktywnego zakończenia odpowiedzi immunologicznej anergia Neg. regulacja delecja Supresja (TGF-β, IL-10) SCIENCE.Vol

51 Homeostaza w układzie odpornościowym liczba limfocytów u ssaków podlega kontroli (zmiany tej wartości słuŝą do monitorowania wielu chorób) liczba limfocytów T w narządach limfatycznych jest stała (w warunkach normalnych wykazuje niewielkie wahania) i zaleŝy od gatunku/szczepu, wieku, płci liczba komórek powraca do stanu podstawowego po jakiejkolwiek ingerencji (subletalne napromieniowanie, infekcje, ekspozycja na czynniki środowiska) dojrzałe limfocyty T potrafią rozpoznawać niedobór we własnej populacji i aby go zrównowaŝyć, proliferują indeks CD4:CD8 jest charakterystyczny dla kaŝdego szczepu myszy, a takŝe dla ludzi

52 Utrzymywanie stałej liczby limfocytów 1. Podział populacji na pule zajmujące odrębne nisze (ze względu na działanie mechanizmów homeostatycznych): limfocyty naiwne vs limfocyty pamięci/aktywowane, limf. CD4 + vs limf. CD8 +, limf. B vs limf. T 2. Przed spotkaniem antygenu limfocyty naiwne proliferują, podobnie limfocyty pamięci przechodzą okresowe podziały. 3. W środowisku limfopenicznym uruchamiany jest proces HDP (homeostasis driven proliferation) zatem istnieją mechanizmy odpowiedzialne za wyczuwanie ( sensing ) i liczenie ( counting ) limfocytów. 4. Rola HDP u dorosłego osobnika gdy grasica nie dostarcza wystarczającej liczby migrantów na obwód, po chemioterapii, napromieniowaniach, infekcjach, zawsze wtedy, gdy grasica nie moŝe w pełni zrekompensować utraty limfocytów

53 Czynniki odpowiedzialne za utrzymanie homeostazy mechanizmy wyczuwania przestrzeni cytokiny w tym przede wszystkim IL-7 i IL-15 interakcje TCR MHC / peptyd interakcje z układem neuroendokrynnym apoptoza

54 Limfocyty T rozpoznają obecność lub brak innych limfocytów w T będących b w ich otoczeniu Immunology

55 Mechanizmy wyczuwania przestrzeni System zliczania aktualnej całkowitej liczby limfocytów T Wyczuwanie fizycznej przestrzeni w obwodowych narządach limfatycznych Stosunek limfocytów T względem czynników indukujących HDP; mechanizm ten zakłada konkurencję limfocytów o ograniczone zasoby : APC IL-7 (IL-15 dla komórek pamięci)

56 Rola IL-7 7 w limfopoezie

57 Rola IL-7 7 w utrzymaniu homeostazy

58 TGF-β reguluje produkcję IL-7 7 przez komórki stromalne

59 Tymektomia sprzyja oligoklonalnej ekspansji limfocytówt (Stockinger B., Barthlott T., Kassiotis G. Immunology 111 (2004 ) )

60 Limfocyty w róŝnym r stopniu potrzebują IL-15 Cytokine&Growth Factor Reviews 13 (2002)

61 Interakcje TCR MHC / peptyd interakcje TCR MHC / peptyd sąs wymagane podczas rozwoju tymocytów przeŝycie i homeostatyczna proliferacja naiwnych limfocytów w wymaga obecności ci kompleksu MHC/własny peptyd zdolność naiwnych limfocytów w T do odpowiedzi na obcy antygen jest zaleŝna od czasu upływaj ywającego od stymulacji MHC/własny peptyd do przeŝycia i proliferacji utrzymującej populację limfocytów w pamięci a takŝe e do jej homeostatycznej proliferacji nie jest konieczny sygnał generowany z udziałem TCR

62 Skutki stałej interakcji limfocytów w T z kompleksem MHC/własny peptyd (Hogquist K.A., Starr T.K., Jameson S.C. Current Biology 13 (2003) R239-R241) Stałe oddziaływania z kompleksem MHC/własny peptyd powodują uwraŝliwienie TCR, co wprowadza limfocyty T w stan gotowości do natychmiastowej odpowiedzi na obcy antygen Limfocyty T pozbawione kontaktu z własnymi antygenami mają obniŝony poziom fosforylacji TCRζ, na ich powierzchni zachodzi redystrybucja TCR, wymagają wyŝszych dawek obcego antygenu do wydajnej proliferacji Stałe oddziaływania z kompleksem MHC/własny peptyd powodują desensytyzację TCR, chroniącą przed autoimmunizacją. Limfocyty T pozbawione kontaktu z własnymi antygenami wykazują wzmoŝoną odpowiedź na antygen

63 Zdolność naiwnych limfocytów w T do odpowiedzi na obcy antygen jest zaleŝna od czasu upływaj ywającego od stymulacji MHC/własny peptyd

64 Stymulacja własnymi w antygenami wzmacnia zdolność limfocytów w T do rozróŝniania antygenów w obcych od własnychw Stymulacja własnymi antygenami podwyŝsza próg reaktywności na antygeny własne (hamowana odpowiedź) (low affinity ligands) Jednocześnie pojawia się zwiększona reaktywność na obce antygeny (high affinity ligands)

65 APOPTOZA utrzymanie stałej puli limfocytów ustalenie odpowiedniego repertuaru limfocytów

66 Mechanizmy apoptozy aktywowanych i naiwnych limfocytów Roitt, Brostoff, Male,,Immunology

67 Dziękuj kuję za uwagę

68 Homeostaza w układzie odpornościowym myszy eksponowanych na ksenobiotyki pochodzące ce ze środowiska

69 Cząstki występujące w środowisku naturalnym CBP DEP Carbonaceous particles: DEP (diesel exhaust particles), CBP (carbon black particles) are present mainly in the ultrafine (<0.1µm) and fine fractions ( µm) of particulate matter SIP Silica particles (SIP) are present mainly in the coarse fraction ( µm) of particulate matter

70 Th1 SIP CBP Th2 DEP Cząstki występujące w środowisku mogą zmieniać przebieg odpowiedzi odpornościowej DEP IgG1, IgE, IL-4, IL-5, IL-10, GM-CSF SIP IgG2a, IFN-γ CBP IgG1, IgE, IgG2a, IL-2, IL-4, IFN-γ Particulate matter : affects the induction of the immune response, exacerbates allergy... affects the homeostasis of the peripheral T cell pool at the stage of thymocyte development

71 Zmiany proporcji między głównymi populacjami komórek w grasicy pod wpływem ksenobiotyków % of positive cells Ctrl ASM 72h ASM 7d 0 CD4+CD8+ CD4+ CD8+ TCRβ low TCRβ high Niedojrzałe tymocyty Dojrzałe tymocyty Drela N. et al.,immunology, 2005

72 Hipoteza Homeostaza limfocytów w T przywracana jest w wyniku: 1) WzmoŜonej onej migracji komórek progenitorowych limfocytów w T ze szpiku do grasicy 2) Przyspieszonego dojrzewania tymocytów

73 Komórki progenitorowe ze szpiku c-kit + CD4 - CD8 - Tymocyty podwójnie-negatywne Schemat rozwoju limfocytów w T w grasicy CD4 + CD8 + CD28 high TCRαβ low CD3 low Tymocyty pojedynczo-pozytywne tymocyty αβ CD4 + CD8 + CD28 low TCRαβ high CD3 high Selekcja negatywna Tymocyty podwójnie-pozytywne Selekcja pozytywna CD4 + CD8 - CD28 + TCRαβ + CD25 - CD8 + CD4 - CD28 + TCRαβ + CD25 - CD4 + CD8 - CD28 + TCRαβ + CD25 + Limfocyty T CD4 + Limfocyty T CD8 + Naturalne regulatorowe limfocyty T CD4 + CD25 + Drela N. APMIS, 2006

74 Ctrl ASM 21.37% 43.35% Zmiany w odsetku komórek limfoidalnych w szpiku kostnym ASM Ctrl CD127 Drela N. et al.,immunology, 2005

75 Zmiany w odsetku komórek progenitorowych limfocytów T w szpiku kostnym Ctrl ASM Thy % 8.52% B220 Drela N. et al.,immunology, 2005

76 Zmiany w liczbie komórek progenitorowych c-kit + i tymocytów Thy w grasicy Ctrl ASM Thy 1.2 Ctrl ASM C-Kit c-kit Drela N. et al.,immunology, 2005

77 Zmiany w odsetku komórek CD3 - CD4 - CD8 - w grasicy Ctrl ASM CD4CD8 LL= 0.38% LL= 2.22% * CD3 Drela N. et al.,immunology, 2005

78 Zmiany w proporcji między tymocytami TCRβ low i TCRβ high M % M2 TCRβ high Ctrl CD4 + CD8 + CD3 low TCRβ low CD28 high M1 M % TCRβ high ASM CD4 + CD8 + CD3 high TCRβ high CD28 low TCRβ Drela N., Żeśko I. Immunopharmacol.Immunotoxicol. 2003

79 Zmiany w proporcji między tymocytami CD3 low i CD3 high M % M2 CD3 high Ctrl CD4 + CD8 + CD3 low TCRβ low CD28 high 51.44% CD3 high CD4 + CD8 + CD3 high ASM TCRβ high CD28 low M1 M2 CD3 Drela N., Żeśko I. Immunopharmacol.Immunotoxicol. 2003

80 Zmiany w proporcji między tymocytami CD28 low i CD28 high CD28 low 17.43% M1 M2 Ctrl CD4 + CD8 + CD3 low TCRβ low CD28 high CD28 low CD4 + CD8 + CD3 high 40.30% M1 M2 ASM TCRβ high CD28 low CD28 Drela N. et al. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2006

81 Aktywność proliferacyjna limfocytów T z węzła chłonnego Ctrl ASM dpm x CD % 5.82% CD4 2 0 Ctrl CD28+CD3 CD4 ASM Drela N. et al. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2006, przyjęta do druku

82 Podsumowanie W warunkach ekspozycji na ksenobiotyki homeostaza limfocytów w T utrzymywana w wyniku: 1) indukcji migracji komórek progenitorowych limfocytów w T ze szpiku do grasicy 2) przyspieszenia dojrzewania tymocytów kompensuje ubytek limfocytów w T w obwodowych narządach limfatycznych. W tych samych warunkach zwiększona liczba naturalnych limfocytów w regulatorowych zapobiega nadmiernej proliferacji limfocytów w T.

83 Czy zdolność do utrzymania homeostazy limfocytów T jest zaleŝna od płci?

84 RóŜnice w odsetku tymocytów CD3 low/high w zaleŝności od płci samice samce Ctrl M % M2 M % M2 ASM M % 37.65% M1 M2 M2 CD3 Drela N., Żeśko I. Immunopharmacol.Immunotoxicol. 2003

85 RóŜnice w odsetku tymocytów TCRβ low/high w zaleŝności od płci samice samce Ctrl M % M2 M % M2 ASM M % 34.47% M2 M1 M2 TCRβ Drela N., Żeśko I. Immunopharmacol.Immunotoxicol. 2003

86 Zmiany stęŝenia hormonów steroidowych w surowicy Estradiol Testosteron pg/ml ng/ml Ctrl ASM 0 Ctrl ASM ng/ml Kortykosteron Ctrl ASM samice samce Drela N., Żeśko I. Immunopharmacol.Immunotoxicol. 2003,25:101

87 Podsumowanie Skutki działania ksenobiotyków są bardziej widoczne w układzie odpornościowym samic i towarzyszy im zmniejszenie stęŝenia hormonów płciowych w surowicy.

88 Dziękuj kuję za uwagę