ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Ανοσολογία

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Ανοσολογία Kύτταρα Φυσικοί φονείς και Λεμφοκύτταρα της Φυσικής Ανοσίας Διδάσκων: Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Θυφρονίτης

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 Κύτταρα Φυσικοί Φονείς (Natural Killers, NK cells) Λεμφοκύτταρα της Φυσικής Ανοσίας

4 Invariant natural killer T cells belong to a subset of lymphocytes that straddle the innate and adaptive immune systems. DCs dendritic cells, inkt invariant natural killer T, MAIT mucosal-associated invariant T, MZB marginal zone B, NK natural killer

5 Ανακάλυψη των ΝΚ κυττάρων Πειράματα κυτταροτοξικότητας έναντι καρκινικών κυττάρων Α. Καλλιέργεια Β. Καλλιέργεια καρκινικά κύτταρα καρκινικά κύτταρα + + σπληνοκύτταρα από σπληνοκύτταρα από ευαισθητοποιημένο ζώο φυσιολογικό ζώο (ζώο με καρκίνο) Θανάτωση των καρκινικών κυττάρων (ειδική ανοσία) Θανάτωση των καρκινικών κυττάρων (μη ειδική ανοσία)

6 Ιδιότητες ΝΚ κυττάρων Τα ΝΚ κύτταρα είναι κυτταροτοξικά, φονεύουν καρκινικά κύτταρα και κύτταρα μολυσμένα με ιούς ή βακτήρια. Τα ΝΚ κύτταρα προέρχονται από προγονικά κύτταρα της λεμφικής σειράς και ωριμάζουν στο μυελό των οστών. Tα ΝΚ κύτταρα είναι λεμφοκύτταρα της φυσικής ανοσίας που αλληλεπιδρούν και επηρεάζουν την επίκτητη ανοσία. Τα ΝΚ χρησιμοποιούν τον ίδιο μηχανισμό με αυτό των CD8+ κυτταροτοξικών Τ κυττάρων (CTL) για να φονεύσουν καρκινικά και μολυσμένα με μικρόβια κύτταρα. Τα ΝΚ φονεύουν κύτταρα στόχους μέσω ADCC. Τα ΝΚ κύτταρα συμβάλλουν στην ανοσία μέσω της έκκρισης κυτταροκινών και χημειοκινών. Τα ΝΚ κύτταρα μπορούν να σκοτώσουν ομόλογα Τ και δενδριτικά κύτταρα συμβάλλοντας με τον τρόπο αυτό στην ισορροπία μεταξύ ανοχής και επίκτητης ανοσίας.

7 ΝΚ: πρώιμη απάντηση σε λοιμώξεις

8 Tι αναγνωρίζουν τα ΝΚ; Τα ΝΚ κύτταρα δεν εκφράζουν αντιγονικούς υποδοχείς. Αναπάντητο ερώτημα παραμένει το πώς διακρίνουν τα υγιή από τα νοσούντα κύτταρα. Οι λειτουργίες τους ρυθμίζονται από 2 ομάδες υποδοχέων, η 1 η με ανασταλτικές και η 2 η με ενεργοποιητικές ιδιότητες. Η ισορροπία μεταξύ διεργετικών και ανασταλτικών μηνυμάτων καθορίζει αν τα ΝΚ θα φονεύσουν τα κύτταρα στόχους (βλέπε επόμενο σχήμα). Τι ακριβώς αναγνωρίζουν οι δύο κατηγορίες υποδοχέων δεν έχει κατανοηθεί πλήρως. Κυρίαρχος πάντως μηχανισμός αναστολής είναι η αναγνώριση αντιγόνων ιστοσυμβατότητας ΜHC I (πειράματα ΚΟ ΜΗC Ι). Η μειωμένη έκφραση MHC I σε καρκινικά και μολυσμένα με ιούς κύτταρα καταστέλλει τα ανασταλτικά μηνύματα και πυροδοτεί τους μηχανισμούς εξωκύττωσης των κυτταροτοξικών κοκκίων.

9 Διεγερτικά/Ανασταλτικά μηνύματα

10 Ρύθμιση της λειτουργίας των NK Activating and inhibitory receptors of NK cells. A) Activating receptors of NK cells recognize ligands on target cells and activate protein tyrosine kinase (PTK), whose activity is inhibited by inhibitory receptors that recognize class I MHC molecules and activate protein tyrosine phosphatase (PTP). NK cells do not efficiently kill class I MHC-expressing healthy cells. B) B. If a virus infection or other stress inhibits class I MHC expression on infected cells, and induces expression of additional activating ligands, the NK cell inhibitory receptor is not engaged and the activating receptor functions unopposed to trigger responses of NK cells, such as killing of target cells and cytokine secretion.

11 Άλλες ιδιότητες των ΝΚ Οι διεργετικοί υποδοχείς επάγουν την παραγωγή χημειοκινών και κυτταροκινών όπως TNF-α και IFN-γ. Επίσης τα ΝΚ απαντούν σε κυτταροκίνες που παράγουν δενδριτικά κύτταρα και μακροφάγα (IL-1, IL-10, IL-12, IL-15, καιil-18). Τα NK εκκρίνουν επίσης IL-5, IL-10, IL-13 ανεξάρτητα από την αναγνώριση των κυττάρων στόχων.

12 Συνεργασία μεταξύ DC ΝΚ και Τ κυττάρων Fig. 1 CD4+ T cell-dependent activation of NK cells in lymph nodes. Upon immunization or infection, DCs present antigen to naıve CD4+ T cells in lymph nodes draining the immunization or inoculation sites. This event results in the activation of T cells which secrete IL-2 and upregulate the high affinity IL-2 receptor and CD40L. Activated CD4+ T cells contribute to further maturation of DC and their secretion of IL-12. Both cytokines, IL-2 and IL-12, synergize to initiate NK cell activation which results in the secretion of IFN-γ and TNF-α, critical for the development of subsequent adaptive immune responses

13 Εκπαίδευση των ΝΚ κυττάρων Πρόσφατα πειράματα καταδεικνύουν ότι τα ΝΚ κύτταρα εκπαιδεύονται ώστε να μην φονεύουν εαυτά κύτταρα.

14 γ-δ Τ Κύτταρα Ο TCR των γ-δ Τ κυττάρων αποτελείται από την γ και δ αλυσίδα αντί της α και β που συνθέτουν τον TCR των «συμβατικών» Τ κυττάρων.

15 Ιδιότητες των γδ Τ κυττάρων Ωρίμανση στο θύμο αδένα όπως τα αβ T κύτταρα, αλλά: Αναγνωρίζουν διαφορετικά αντιγόνα (λιπίδια, φωσφολιπίδια) Δεν γίνεται αντιγονοπαρουσίαση μέσω MHC Απαντούν με διαφορετική κινητική στα αντιγονικά ερεθίσματα (άμεση απάντηση) Προστατεύουν συγκεκριμένους ιστούς Παρουσιάζουν χαρακτηριστικά φυσικής και επίκτητης ανοσίας.

16 Ιδιότητες των γδ Τ κυττάρων Τα ώριμα γ-δ Τ κύτταρα μεταναστεύουν από το θύμο αδένα στους περιφερικούς λεμφαδένες ή απευθείας σε ιστούς όπως: επιδερμίδα, δέρμα, έντερο, πνεύμονα, μήτρα κλπ. Η ποικιλότητα του γ-δ TCR είναι περιορισμένη. Δεν υφίσταται ο περιορισμός MHC κατά την αναγνώριση του αντιγόνου από τον γδ TCR. Τα γδ Τ κύτταρα δεν καταλείπουν μνήμη. Τα γδ Τ κύτταρα συμβάλουν στις ανοσιακές απαντήσεις των νεογνών. Συμβάλουν επίσης στις απαντήσεις έναντι ορισμένων παθογόνων, όπως ο ιός της δαμαλίτιδας. Συμπεριφέρονται ως κύτταρα φυσικής ανοσίας. Παράγονται κατά την εμβρυϊκή και πρώιμη βρεφική ηλικία και μετά αυτοανανεώνονται.

17 γ-δ Τ Κύτταρα: δράσεις φυσικής ανοσίας An alternative way to achieve broad systemic immune responses(a) The text-book view of the activation of an adaptive immune response. Dendritic cells (DC) capture pathogens and mature while migrating to the lymph nodes, where they prime αβ T and B cells which will migrate back to the infected tissue and mount effector responses or produce antibodies, respectively. This very specific albeit slow response is complemented by γδ T cells which, in response to various sources of stress, not only mount immediate, local effector responses but also trigger the other arms of the adaptive immune system (B). P. Vantourout, A. Hayday Nat Rev Immunol. 2013

18 Ωρίμανση των γδ Τ κυττάρων Overview of pre- and post-natal γδ T cell development Top: Mouse γδ T cell development from foetal liver progenitors. Cells undergo development through several steps of differentiation, starting at the double negative 1 (DN1) stage characterized by a CD44+ CD25 phenotype, followed by the CD44+CD25+ DN2 stage. At this point, the β, γ and δ chains of the TCR are rearranged. A functional γδ TCR expression will drive cells into the γδ lineage, supported by the expression of Sox13. Cells failing to produce a functional γδ TCR will undergo β selection supported by Notch 1, with a further rearrangement of the TCR α chain, eventually entering the Double Positive (DP) stage. These cells can support γδ T cell development via trans-conditioning (green arrow). Unlike αβ T cells, γδ T cells are functionally pre-programmed, depending on TCR and/or related signalling. The curved arrows indicate the potential for lifelong self-renewal that exists in at least two pre-natally derived γδ cell compartments. Bottom: Mouse post-natal development from bone marrow-derived progenitors. There is no evidence that innate-like CD27 IL-17-producing γδ T cells can be generated from the bone marrow, implying that a different thymic progenitor gives rise to post-natal γδ T cells, by comparison to foetus-derived γδ cells. With no evidence for IL-17-competent progenitors, the evidence for pre-programming is less, and naïve unprimed cells may emerge in the periphery, possibly with a default potential for IFN-γ production. P. Vantourout, A. Hayday Nat Rev Immunol. 2013

19 Λειτουργίες των γδ Τ Six of the best γδ T cell functions An increasing body of literature now demonstrates that γδ T cells can play an important central role in defending the organism against a broad range of infectious and sterile stresses by directly eliminating infected or stressed cells; by producing a diversified set of cytokines and chemokines to regulate other immune and non-immune cells; by directly promoting immune cell maturation and activation by triggering B cell help, DC maturation and αβ T cell priming via antigen presentation; and finally by regulating stromal cell function. P. Vantourout, A. Hayday Nat Rev Immunol. 2013

20 ΝΚΤ κύτταρα αβ Τ κύτταρα που εκφράζουν δείκτες των ΝΚ κυττάρων. Αποτελούν το 1% των Τ κυττάρων στους περισσότερους ιστούς, αλλά το 30% στο σπλήνα. Αναγνωρίζουν λιπίδια και γλυκολιπίδια που παρουσιάζονται από το μόριο CD1d, ομόλογο του MHC-I. Τα CD1 μόρια ανήκουν στα μη πολυμορφικά τύπου MHC I μόρια και παρουσιάζουν λιπίδια στα Τ κύτταρα. Έχουν χαρακτηριστεί 5 CD1 γονίδια (CD1ae). Τα CD1a-c (ομάδα 1) παρουσιάζουν αντιγονικά λιπίδια στα αβ T κύτταρα. Το CD1d (ομάδα 2) παρουσιάζει λιπίδια στα NKT κύτταρα. Τα ΝΚΤ παράγουν μεγάλες ποσότητες κυτταροκινών αμέσως μετά την αντιγoνοπαρουσίαση (IFN-γ, IL-4, IL-10, IL-13, IL-21, GM-CSF και IL-17). Οι κυτταροκίνες αυτές ενεργοποιούν DCs, NK, T και B κύτταρα. Τα ΝΚΤ κατηγοριοποιούνται με βάση την ποικιλότητα του TCR σε τύπου Ι ΝΚΤ ή inkt και τύπου ΙΙ ΝΚΤ. Τα inkt χρησιμοποιούν TCR με συγκεκριμένο συνδυασμό VαJα (invariant NKT, Vα14-Jα18 στο ποντίκι και Vα24-Jα18 στον άνθρωπο). Τα NKT τύπου ΙΙ χρησιμοποιούν ποικιλία συνδυασμών VαJα.

21 Βιοσύνθεση του CD1d Model for the assembly, trafficking and antigen presentation pathway of CD1d. CD1d molecules assembled in the ER bind with ER glycolipid and traffic to the extracellular surface through TGN and then they are internalized into type I lysosomal compartments (LY-I) where they replace antigens with type I NKT cell-specific lysosomal antigens. Some CD1d molecules may traffic directly from ER/Golgi to a distinct lysosomal compartment (LY-II) where they are loaded with type II NKT cell-specific glycolipid antigens. The tri-argine motif may facilitate the exit of antigen-loaded CD1d molecules from lysosomal compartment to the extracellular surface for the interaction with NKT cells.

22 Φαινότυπος και αντιγονοπαρουσίαση στα iνκτ Cell Tissue Res doi: /s Phenotype, specificity, effector functions and ligands of inkt cells. a inkt cells express a semi-invariant T cell receptor (TCR) together with surface markers such as NK1.1 (CD161 in humans) and Ly49 molecules that are characteristic of the NK cell lineage. Most inkt cells also express the co-receptor CD4. The semiinvariant TCR of inkt cells is specific for lipid or glycolipid antigens that are presented at the surface of antigenpresenting cells (APC) in the context of the MHC class I-related glycoprotein CD1d. Glycolipid-activated inkt cells can produce a mixture of T helper (Th)1 and Th2 cytokines and several chemokines, and adopt a cytotoxic phenotype (perforin and FasL expression). b Structure of the prototypical inkt cell agonist KRN7000 (α-galcer)

23 Ενεργοποίηση των iνκτ Pathways of inkt cell activation. a Direct pathway of inkt cell activation via lipid or glycolipid antigens that bind with CD1d and interact with the invariant T cell receptor (TCR). b Indirect pathway of inkt cell activation via toll-like receptor (TLR) agonists and cytokines. In some cases, this pathway also involves interaction of the invariant TCR with CD1d and endogenous glycolipids Cell Tissue Res doi: /s

24 Ανοσοαπάντηση των iνκτ In vivo response of inkt cells to α-galcer stimulation. Quickly following α-galcer treatment, inkt cells produce copious amounts of cytokines, induce expression of the inhibitory, co-stimulatory receptor programmed death-1 (PD-1), and downregulate expression of the invariant T cell receptor (TCR) and NK1.1. TCR downregulation is transient whereas NK1.1 downregulation is sustained. inkt cells activated in this manner also proliferate, reaching their peak population size around 3 days after α-galcer injection. The inkt cell population then slowly returns to preinjection levels and the cells adopt an anergic phenotype that is refractory to TCR restimulation Cell Tissue Res doi: /s

25 B1 και ΜΖ Β κύτταρα (Marginal Zone, Β κύτταρα περιθωριακής ζώνης)

26 Κύριες ιδιότητες Και οι δύο τύποι κυττάρων παρουσιάζουν μικρή ποικιλομορφία του BCR. Απαντούν κυρίως σε Τ-Ι αντιγόνα, πολυσακχαρίτες και λιπίδια. Παράγουν αντισώματα χαμηλής συγγένειας που αναγνωρίζουν ευρεία γκάμα αντιγόνων.

27 Β1 κύτταρα Τα Β1 κύτταρα εντοπίζονται στο περιτόναιο και στους βλεννογόνους. Παράγονται στο σπλήνα κατά την εμβρυϊκή ηλικία και στη συνέχεια αυτοανανεώνονται. Παράγουν αντισώματα χωρίς προφανή αντιγονική διέγερση («φυσικά αντισώματα») που αντιδρούν με μικροβιακά λιπίδια και πολυσακχαρίτες.

28 Stanley AC et al PLoS Pathog. 2008

29 ΜΖ Β κύτταρα Υπάρχουν στην μόνο στην περιθωριακή ζώνη του σπλήνα στο ποντίκι. Στον άνθρωπο παρατηρούνται και σε λεμφαδένες. Απαντούν άμεσα σε μικρόβια που κυκλοφορούν στο αίμα. Διαφοροποιούνται σε πλασμοκύτταρα με σύντομη διάρκεια ζωής, που παράγουν ΙgM. Μεταφέρουν αντιγόνα στα λεμφοζίδια διεγείροντας έτσι την προσαρμοστική ανοσία. Πιθανόν να διεγείρονται μέσω των TLR και ανεξάρτητα του BCR.

30

31

32 Τέλος Ενότητας

33 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

34 Σημειώματα

35 Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ.

36 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων: Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Θυφρονίτης. «Ανοσολογία. Kύτταρα Φυσικοί φονείς και Λεμφοκύτταρα της Φυσικής Ανοσίας». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

37 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1]