ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Ανοσολογία. Ενεργοποίηση των Β κυττάρων Διδάσκων: Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Θυφρονίτης

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Ανοσολογία Ενεργοποίηση των Β κυττάρων 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 Ενεργοποίηση των Bκυττάρων

4 Σκοπός του μαθήματος Τ εξαρτώμενα και Τ ανεξάρτητα Ag Αλληλεπίδραση Τ και Β κυττάρων Λεμφοζίδια, Βλαστικά κέντρα Ρόλος του μορίου CD40 Β κυτταρικός υποδοχέας Ισοτυπική μεταστροφή Ωρίμανση συγγένειας

5 Φάσεις της Β λεμφοκυτταρικής απάντησης

6 Γενικά στοιχεία της ενεργοποίησης των Β κυττάρων(1) Η ενεργοποίηση των Β κυττάρων και η γένεση κυττάρων παραγωγής Ab πραγματοποιείται μέσα από διαδοχικές φάσεις. Πυροδότηση της αντίδρασης: Πρόσδεση Αg στον BCR. Πολλαπλασιασμός των αντιγονοειδικών Β κλώνων. Διαφοροποίηση των Β κυττάρων σε εκκριτικά Ig Δημιουργία βλαστικών κέντρων Ισοτυπική μεταστροφήτων Ιg(διατήρηση της ειδικότητας, αλλαγή τάξης των παραγόμενων αντισωμάτων) Ωρίμανση συγγένειας των Ig.

7 Γενικά στοιχεία της ενεργοποίησης των Β κυττάρων(2) H παραγωγή Ab έναντι πρωτεϊνικών Agαπαιτεί βοήθεια από Τ κύτταρα (Τ εξαρτώμενα αντιγόνα, T-dependent). Αντίθετα παραγωγή Ab έναντι μη πρωτεϊνικών Agδεν απαιτεί βοήθεια από Τ κύτταρα( T ανεξάρτητα αντιγόνα, T-independent, TI). H παραγωγή Abξεκινά στα περιφερικά λεμφικά όργανα. Τα Β κύτταρα διαφοροποιούνται σε Β κύτταρα μνήμης ή σε πλασμοκύτταρα. Τα πλασμοκύτταρα εκκρίνουν μεγάλες ποσότητες αντισωμάτων. Ένας αριθμός Β κυττάρων μεταναστεύει στο μυελό των οστών όπου συνεχίζει να παράγει Ab για πολλά χρόνια. Ισοτυπική μεταστροφή της βαριάς αλυσίδας λαμβάνει χώρα κυρίως σε απαντήσεις εξαρτώμενες από Τ κύτταρα (έναντι πρωτεϊνικών Ag). Η αρχική αντίδραση και οι μνημονικές απαντήσεις διαφέρουν ποσοτικά και ποιοτικά.

8 Ωρίμανση/ Ενεργοποίηση Ωρίµανση Ενεργοποίηση

9 Ενεργοποίηση στα βλαστικά κέντρα των λεμφαδένων

10 Διαφορές μεταξύ 1 γενούς γενούς /2 γενούς (ένταση-ισότυπος) γενούς αντίδρασης

11 Λειτουργικές απαντήσεις των Β κυττάρων Η έκφραση υποδοχέων κυτταροκινών αυξάνει και τα κάνει ικανά να απαντούν στην βοήθεια των Τ κυττάρων. Ενεργοποιημένα Β κύτταρα έχουν υψηλή έκφραση των μορίων Β7 γεγονός που αυξάνει την ικανότητά τους να παρουσιάζουν Ag στα Τ κύτταρα.

12 Β κυτταρικές απαντήσεις σε Τ εξαρτώμενα Ag(1) Οι μεμβρανικές Igπροσδένουν το Agτο ενδοκυτταρώνουν και παρουσιάζεται στα Τ κύτταρα μέσω MHC II. Το Agεπεξεργάζεται στα ενδοσωμικά κυστίδια και Ag πεπτίδια προσδένονται στα μόρια MHC II. Δεδομένου ότι μια πρωτεΐνη σπάζει σε πολλά πεπτίδια, ένα Β κύτταρο μπορεί να παρουσιάσει σε πολλά Τ κύτταρα διαφορετικών ειδικοτήτων. Άρα να δεχθεί βοήθεια από Τ κύτταρα πολλών ειδικοτήτων. Tα ενεργοποιημένα Τ κύτταρα βοηθούν τα Β κύτταρα μέσω: Κυτταροκινών Της αντίδρασης των CD40-CD40L Τα Τ και Β κύτταρα αναγνωρίζουν διαφορετικούς επιτόπους της ίδιας πρωτεΐνης. (3.45)

13

14 Β κυτταρικές απαντήσεις σε Τ εξαρτώμενα Ag(2) Μετανάστευση των Β και Τ βοηθητικών κυττάρων H συνεργασία μεταξύ Β και Τ κυττάρων απαιτεί την ενεργοποίηση τους από Ag, την φυσική επαφή μεταξύ των δύο κυττάρων, την παρουσίαση Ag από τα Β στα Τ, ενεργοποίηση των Τ κυττάρων, έκφραση μεμβρανικών υποδοχέων όπως CD40 και παραγωγήκυτταροκινών από τα Τ κύτταρα και μέσω αυτών την περαιτέρω ενεργοποίηση των Β κυττάρων. Tα Τ και Β κύτταρα βρίσκονται σε διαφορετικά διαμερίσματα των λεμφικών οργάνων. Τα Τ αναγνωρίζουν το Ag στην Τ κυτταρική ζώνη ενώ τα Β στα λεμφοζίδια. Τα Τ κύτταρα μειώνουν την έκφραση του υποδοχέα χημειοκινών CCR7, υπεύθυνου για την παραμονή των Τ κυττάρων στην Τ ζώνη με αποτέλεσμα μεγαλύτερη κινητικότητα και μετανάστευση εκτός της ζώνης αυτής. Παράλληλα τα Β κύτταρα εκφράζουν υψηλά επίπεδα CCR7με αποτέλεσμα μετανάστευση προς την Τ ζώνη. Η επαφή μεταξύ Β και Τ κυτταρα λαμβάνει χώρα στα όρια των δύο διαμερισμάτων των λεμφικών οργάνων.

15 Μετανάστευση και αλληλεπίδραση Β & Τ κυττάρων The initiation of humoral immune responses to protein antigens in lymph nodes is shown schematically. Antigen-activated helper T cells and B cells move toward one another and make contact adjacent to the edge of primary follicles. In this location, the B cell presents antigen to the T cell, and the B cell receives activating signals from the T cell.

16 Μετανάστευση και αλληλεπίδραση Β & Τ κυττάρων

17 Βλαστικά κέντρα 4-7 ημέρες μετά την έκθεση σε Ag τα Β κύτταρα μεταναστεύουν βαθειά μέσα στα λεμφοζίδια όπου πολλαπλασιάζονται με ταχείς ρυθμούς (6-12h) και σχηματίζουν τα βλαστικά κέντρα (germinal centers). Σε 5 μέρες 1 προγονικό Β κύτταρο δίνει γένεση σε ~5.000 απογόνους. Κάθε βλαστικό κέντρο αποτελείτε από τους απογόνους 1 ή λίγων μητρικών Β κυττάρων. Κάθε βλαστικό κέντρο αποτελείται εκτός από τα Β κύτταρα από λεμφοζιδικά δενδριτικά κύτταρα (follicular DCs, FDSs) που σχηματίζουν ένα δίκτυοκαι βοηθητικά Τ κύτταρα. Η καταγωγή των FDCs δεν είναι γνωστή, δεν εκφράζουν MHC IIκαι δεν έχουν ικανότητα να παρουσιάσουν Ag στα CD4+ Τ κύτ. Για τη δημιουργία βλαστικών κέντρων είναι απαραίτητη η συνεργασία Β κυττάρων και Τ FH κυττάρων (Τ FH = T follicular helper) Η δημιουργία των βλαστικών κέντρων είναι εξαρτώμενη από την αντίδραση CD40:CD40L.

18

19 Τ FH κύτταρα

20 Βλαστικό κέντρο B cell responses to T-dependent antigens. (1) Naïve CD4 + T cells are activated by dendritic cells presenting cognate antigens in the T cell zones. They transiently express CXCR5 and migrate to the T-B border. B cells recognize their cognate antigens through surface Ig and migrate to the T-B border. In the T-B border, activated CD4 + T cells interact with B cells in an antigen-specific manner, termed "linked recognition." (2) Activated B cell s then migrate either to B cell follicles or to the T cell zone. The latter B cells form extrafollicularly and differentiate into short-lived plasma cells with few somatic mutations. (3) Some of the activated CD4 + T cells can acquire characteristics of the Tfhcell lineage and stably express CXCR5. These Tfhcells migrate to the B cell follicle. (4) The activated B cells in B cell follicles are further stimulated by follicular dendritic cells and Tfh cells for multiple rounds. Follicular dendritic cells provide antigens to B cells, leading to the clonal selection of B cells that express high-affinity Ig on their surface. Tfhcells provide IL-21 and costimulationin order to induce the proliferation of B cells, isotypeswitching, and somatic mutation. The massive B cell expansion and differentiation lead to the formation of germinal centers in the follicle. (4') Tfrcells and CD8 + Treg cells are thought to suppress this germinal center reaction. (5) The germinal center reaction induces the differentiation of isotype-switched affinity-matured B cells into memory B cells or into long-lived plasma cells.

21 CD40-CD40L CD40L και Β κυτταρικές απαντήσεις σε Τ εξαρτώμενα Ag CD40-CD40L. Το μόριο CD40 εκφράζεται σταθερά στα Β κύτταρα, ενώ ο συνδέτης του CD40Lεκφράζεται στα Τ κύτταρα μετά από ενεργοποίηση. Η αντίδραση CD40/CD40L: Είναι απαραίτητη για τη δημιουργία βλαστικών κέντρων Επάγει την αυξημένη έκφραση των Β7 Έχει συνεργιστική δράση με κυτταροκίνες και επάγει τον πολλαπλασιασμό των Β κυττάρων και την παραγωγή Ig. Επάγει την ισοτυπική μεταστροφή των Ig. Χ-linked IgM σύνδρομο Κυτταροκίνες παραγόμενες από Τ κύτταρα (IL-2, IL-4, IL-6)διεγείρουν την παραγωγή Abs. Τα ενεργοποιημένα Β κύτταρα διαφοροποιούνται σε εκκριτικά. Η έκφραση των Ιgεπιφανείας μειώνεται ενώ η παραγωγή της εκκριτικής ισομορφής των Ig αυξάνεται δραματικά.

22 Το CD40 στη συνεργασία των Τ και Β κυττάρων

23 Ο Β κυτταρικός υποδοχέας (BCR) Αποτελείται από τις μεμβρανικές IgM/IgD και δύο μη πολυμορφικές πρωτεΐνες τις Igα και Igβ. Οι Igα καιigβ μεταδίδουν τα ενεργοποιητικά μηνύματα και είναι ανάλογες του CD3 και J αλυσίδας στα Τα κύτταρα. Οι Igα καιigβ περιέχουν ΙΤΑΜs

24 Μετάδοση μηνύματος στα Β κύτταρα Τα βασικά στοιχεία της μετάδοσης σήματος στα Β κύτ μέσω του BCR είναι παρόμοια με αυτά των Τ κυτ: Δημιουργία ανοσολογικής σύναψης όπου συναθρίζονται όλα τα απαραίτητα για την μετάδοση μηνύματος μόρια, ΒCR-Igα-Igβ-CR2-CD19-CD81και των υπεύθυνων ενζύμων και πρωτεϊνών προσαρμογής. p-λύωση των ΙΤΑΜς στις Igα καιigβ (αντίστοιχα με την ζ αλυσίδα στον TCR)από κινάσες τις οικογένειας Src. Πρόσδεση της Syk, αντίστοιχης της ZAP-70 στα Τ κύτταρα, στα ΙΤΑΜς. Ενεργοποίηση του μονοπατιού Ras-MAPKs Ενεργοποίηση της PLC-γ2, υδρόλυση του ΡΙΡ2, και παραγωγή ΙΡ3 και DAG, αύξηση της συγκέντρωσης του ενδοκυττάριου Ca++, και ενεργοποίηση της PKC. Ενεργοποίηση μεταγραφικών παραγόντων. Ως συνδιεγερτικό μόριο στα Β κύτ λειτουργεί ο CR2(υποδοχέας συμπληρώματος 2, Complement receptor 2). Στον CR2 προσδένεται το παράγωγο C3dτου συμπληρώματος που δημιουργείται μετά από διάσπαση του C3από μικρόβια. Επιπλέον ο CR2 βρίσκεται σε σύμπλοκο με τα μόρια CD19 και CD81Το CD19 p- λυώνεται μετά από πρόσδεση του C3d στον CR2 και ενεργοποιεί την κινάση PI3Κ.

25 Συνδιέγερσηστα στα Β κύτταρα Αντίστοιχος τωνcd4/cd8 μορίων στα Τ κύτταρα, είναι ο CR2 υποδοχέας στα Β κύτταρα. Ο CR2 συνεκφράζεται με τα μόρια CD19 και CD81. Ο CR2προσδένει τοc3dένα πρωτεολυτικό κατάλοιπο της C3 πρωτεΐνης του συμπληρώματος. Το CD19 επιστρατεύει την κινάση Lyn (αντίστοιχη της Lck στα Τ κύτταρα) που αυξάνει την p- λύωση των ΙΤΑΜs στις Igα καιigβ.

26 Μετάδοση μηνύματος στα Β κύτταρα

27 Ισοτυπικήμεταστροφή της βαριάς αλυσίδας των Ιg Η πρόσδεση του CD40L στο CD40επάγει την μεταστροφή της βαριάς αλυσίδας από IgM/IgD σε ΙgA, IgG, IgE. Με την αλλαγή ισότυπουτα αντισώματα είναι ικανά να εκτελέσουν ευρύ φάσμα δραστικών λειτουργιών. Σε ποιο ισότυποθα κατευθυνθεί η μεταστροφή καθορίζεται από κυτταροκίνες, πχ IL-4 IgEενώIFN-γ IgG2a.Αντίθετα η IL-4 αναστέλλει την μεταστροφή προς ΙgG2a και η IFN-γ προς IgE. Ο μοριακός μηχανισμός της μεταστροφής ονομάζεται ανασυνδυασμός μεταστροφής (switch recombination) και ενέχει την απαλοιφή των γονιδίων που βρίσκονται μεταξύ του γονιδίου VDJκαι του γονιδίου που κωδικοποιεί τον ισότυποπου θα εκφραστεί.έτσι μεταξύ του VDJ και του εκφραζόμενουc γονιδίου δεν παρεμβάλλονται άλλα γονίδια. Στον ανασυνδυασμόεμπλέκονται ειδικές αλληλουχίες DNA οι λεγόμενες περιοχές μεταστροφής (switch regions)όπου γίνεται θραύση του DNA.

28 Ισοτυπική μεταστροφή/ κυτταροκίνες

29 Ισοτυπικήμεταστροφή της βαριάς αλυσίδας των Ιg

30 Richard T. Strait et al Nature 2014 IgG1 protects against renal disease in a mouse model of cryoglobulinaemia

31 Ωρίμανση συγγένειας (1) Ωρίμανση συγγένειας (affinity maturation) είναι η διαδικασία μέσω της οποίας τα Abαυξάνουν την χημική τους συγγένεια για Agκατά την εξέλιξη της αντισωματικής αντίδρασης. Είναι αποτέλεσμα σωματικών μεταλλαγών των Vτμημάτων του VDJ γονιδίου και της επιλεκτικής επιβίωσης των Β κυττάρων που παράγουν Ab υψηλής συγγένειας. H αντίδραση CD40:CD40Lείναι απαραίτητη για την ωρίμανση συγγένειας και κατά συνέπεια λαμβάνει χώρα μόνο στις Τ εξαρτώμενες απαντήσεις.

32 Ωρίμανση συγγένειας (2) Τα FDCsπαίζουν κεντρικό ρόλο στην ωρίμανση συγγένειας. Τα FDCsεκφράζουν Fcυποδοχείς που προσδένουν συμπλέγματα Ab:Ag, το Ag παρουσιάζεται στα Β κύτταρα τα οποία επιβιώνουν μόνο αν δεχθούν αντιγονικόερεθισμό. Με την πρόοδο της Α.Α. το αντιγόνο μειώνεται ενώ τα Β κύτταρα εκφράζουν μεμβρανικέςig όλο και υψηλότερης συγγένειας. Τα Β κύτταρα με μεμβρανικές Ig υψηλής συγγένειας έχουν μεγαλύτερη πιθανότητα να δεχθούν ερέθισμα από Ag προσδεδεμένασε FDCs και κατά συνέπεια έχουν επιλεκτικό πλεονέκτημα έναντι αυτών με Ig χαμηλής συγγένειας.

33 Ωρίμανση συγγένειας

34 Ωρίμανση συγγένειας

35 Τ ανεξάρτητες αντισωματικέςαπαντήσεις απαντήσεις Αντισωματικές απαντήσεις έναντι πολυσακχαριτών και λιπιδίων αναπτύσσονται χωρίς τη συμμετοχή Τ κυττάρων. Τα μόρια αυτά είναι πολυσθενή άρα ικανά να διασυνδέσουν τις μεμβρανικές ανοσοσφαιρίνες και να πυροδοτήσουν την Β κυτταρική απάντηση. Τα αντισώματα που παράγονται είναι χαμηλής συγγένειας κυρίως IgMκαι δεν παρατηρείται ωρίμανση συγγένειας. Εντούτοις ο πολυσακχαρίτης του πνευμονοκόκκου επάγει ισοτυπική μεταστροφή σε IgG2 στον άνθρωπο και παραγωγή μνηνονικών Β κυττάρων. Οι πολυσακχαρίτες δεν καταβολίζονται αποτελεσματικά και παραμένουν για μακρά χρονικά διαστήματα στα λεμφικά όργανα όπου διεγείρουν τα Β κύτταρα. Πιθανολογείται ότι με τον μηχανισμό αυτό επιβιώνουν μνημονικά Β κύτταρα απουσία βοήθειας από Τ κύτταρα.

36 Μνημονικά Β κύτταρα Ωρισμένα από τα ενεργοποιημένα Β κύτταρα δεν παράγου Ab αλλά διαφοροποιούνται σε κύτταρα μνήμης μέσω μηχανισμών που δεν είναι ακόμη γνωστοί. Τα Β κύτταρα μνήμης παράγουν Ab υψηλής συγγένειας

37 Αντισωματικήανάδρασηανάδραση Τα Ab σχηματίζουν συμπλέγματα με τα Ag και εν συνεχεία προσδένονται σε ειδικούς υποδοχείς που εκφράζονται στα Β κύτταρα και αναγνωρίζουν το Fcτμήμα των IgG, FcRγII. H αντίδραση αυτή πυροδοτεί μηνύματαανασταλτικά που εξασθενούν την παραγωγή Ab. Ο υποδοχέας FcRγIIέχει στο ενδοπλασματικότου μέρος μία περιοχή 6 α.ο. (iso-x-tyr-xx-leu) που διαμεσολαβεί ανασταλτικάμηνύματα. Το μοτίβο αυτό (ΙΤΙΜ για ImmunoreceptorTyrosine-basedInhibition Motif) που υπάρχει και σε άλλους υποδοχείς του ανοσοποιητικού συστήματος διαμεσολαβεί ανασταλτικά μηνύματα μετά από p-λύωσητης τυροσίνης. To p-itιm επιστρατεύει την φωσφατάσηshipη οποία αφαιρείpo4-από τα ΙΤΑΜsτων Igα καιigβ με αποτέλεσμα την αναστολή ενεργοποίησης του BCR. H αντισωματικήανάδραση έχει σαν αποτέλεσμα τον έλεγχο και τον περιορισμό της αντισωματικής αντίδρασης.

38 Αντισωματικήανάδρασηανάδραση

39 Τέλος Ενότητας

40 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.

41 Σημειώματα

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

43 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων: Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Θυφρονίτης. «Ανοσολογία. Ενεργοποίηση των Β κυττάρων». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

44 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]