IMUNI ODGOVOR T LIMFOCITA- CELULARNI IMUNI ODGOVOR: Nastanak efektorskih T limfocita. Suština T-ćelijskog (celularnog) imunog odgovora je:

Transcript

1 T-odgovor IMUNI ODGOVOR T LIMFOCIT- CELULRNI IMUNI ODGOVOR: Nastanak efektorskih T limfocita Faze : 1. Prepoznavanje antigena 2. T limfocita 3. Proliferacija T limfocita (ekspanzija klona) 4. Diferencijacija naivnih T limfocita u efektorske ćelije Suština T-ćelijskog (celularnog) imunog odgovora je: 1. Odbrana organizma od infekcija intracelularnim mikroorganizmima (neke bakterije, gljivice, protozoe, virusi) koji su: fagocitovani, ali su rezistentni prema proteolitičkim enzimima fagolizozoma; izašli iz fagozoma i preživljavaju/umnožavaju se u citoplazmi inficiranih ćelija; sposobni da se umnožavaju u citoplazmi inficirane ćelije ili se njihova DNK integriše u genom ćelije domaćina (virusi) 2. Pomoć limfocitima da stvore antitela T- odgovor Faze. Neki fagocitovani (ekstraćelijski) mikroorganizmi mogu preživljavati u fagolizozomima jer su rezistentni na lizozomne enzime, ili mogu izaći iz vezikula u citoplazmu gde takođe preživljavaju.. Virusi mogu inficirati rezličite ćelije i razmnožavati se u njihovoj citoplazmi; neki virusi izazivaju latentne infekcije u kojima inficirane ćelije proizvode proteine virusa Naivni T limfociti prepoznaju antigeni peptid/mhc kompleks ispoljen na membrani PC (prvi signal aktivacije). Za potpunu aktivaciju T limfocita potrebni su i dodatni kostimulacioni signali koji obezbeđuju drugi signal aktivacije. Istovremeno sa prepoznavanjem antigena, naivni T limfociti primaju i signale koji potiču od samog mikroorganizma ili komponenti nespecifičnog imunog odgovora na infekciju. Rezultat ovih stimulacija je da naivni T limfociti počinju da proizvode citokine koji stimulišu njihovu proliferaciju. Umnožavanje T limfocita specifičnih za dati antigeni peptid je klonalna ekspanzija. Deo aktivisanih T limfocita se transformiše (diferencijacija) od naivnih u efektorske T ćelije, a deo u memorijske T ćelije. Faze Procesi prepoznavanja antigena, aktivacije, klonalne ekspanzije i nastanka efektorskih T limfocita odvijaju se u perifernom limfoidnom tkivu. Efektorske T ćelije napuštaju periferno limfoidno tkivo i migriraju do bilo kog mesta u organizmu koje je inficirano, gde uklanjaju mikroorganizam. Nakon obavljene funkcije, efektorske ćelije umiru, a imuni sistem se vraća u stanje mirovanja (imuni odgovor se prekida). Deo aktivisanih T limfocita se razvija u memorijske T ćelije koje dugo žive (meseci, godine), funkcionalno su neaktivne i neprestano recirkulišu kroz organizam spremne da brzo reaguju pri ponovnom kontaktu organizma sa istim mikroorganizmom. Početak T-ćelijskog odgovora zahteva višestruke interakcije različitih molekula na membranama T limfocita i PC. Svi ovi molekuli, izuzev TCR, zajednički se zovu akcesorni molekuli. U funkcionalnom smislu, akcesorni molekuli se mogu podeliti u 3 kategorije: - Koreceptorski molekuli: CD4, CD8; - Molekuli za prenos signala: CD3, ζ lanci, CD4, CD8, CD28, CTL-4: - dhezioni molekuli: CD4, CD8, LF-1, VL-4 kcesorni molekuli na T limfocitima reaguju sa odgovarajućim ligandima na PC 1

2 KORECEPTORSKI MOLEKULI TCR i koreceptori (CD4 ili CD8) zajedno prepoznaju peptid/mhc kompleks na PC prvi signal aktivacije. DHEZIONI MOLEKULI TCR prepoznaje peptid i rezidue MHC molekula koje su oko žleba za vezivanje peptida, dok CD4, odnosno CD8 molekuli prepoznaju mesta na MHC molekulu klase II, odnosno klase I koja su izvan žleba za smeštanje peptida. Potrebno je da se dva ili više TCR i koreceptora (CD4 ili CD8) istovremeno poveže sa peptid/mhc kompleksom kako bi se pokrenula aktivaciona kaskada. Interakcija adhezionih molekula na T limfocitima sa odgovarajućim ligandima na PC ima za cilj da stabilizuje, učvrsti vezu T ćelija: PC i time omogući uspostavljanje aktivacionih signala. Najznačajniji adhezioni molekuli pripadaju grupi heterodimernih proteina integrina. Integrin LF-1 (limfocitni funkcioni antigen-1), koji je ispoljen na T limfocitima, reaguje sa ICM-1 (intercelularni adhezioni molekul-1), koji je ispoljen na PC. Integrini su značajni i za usmereno kretanje efektorskih T ćelija iz cirkulacije do mesta infekcije Funkciju prenosa prvog signala aktivacije imaju CD3 i ζ lanci (ulaze u sastav TCR kompleksa) i koreceptori CD4 ili CD8. KOSTIMULCIONI MOLEKULI Za potpunu aktivaciju T limfocita neophodna su dva signala: prvi signal se ostvaruje posredstvom TCR kompleksa/koreceptora, a drugi signal posredstvom kostimulacionih molekula. Prvu grupu kostimulatora čine CD28 molekul na T limfocitima i ligandi 7-1 (CD80) i 7-2 (CD86) na PC. Drugu grupu kostimulatora čine CD40L (ligand) na T limfocitima i CD40 molekul na PC. Interakcija CD40:CD40L ne aktiviše direktno T limfocit, već stimuliše PC da ispolji više 7 molekula i da sekretuje citokine KOSTIMULCIONI MOLEKULI ko izostane interakcija CD28:7, signal preko TCR nije dovoljan za aktivaciju T ćelija, čak može da nastane dugotrajna tolerancija (nereaktivnost) antigen-specifičnih T ćelija. KOSTIMULCIONI MOLEKULI I za potpunu aktivaciju CD8+ T limfocita neophodan je drugi signal aktivacije koji obezbeđuju kostimulatori. Značaj kostimulacije: ez kostimulacije nema T-ćelijskog odgovora ko je kompleks peptid/mhc I ispoljen na membrani PC, ove ćelije obezbeđuju i kostimulaciju T limfocita. ko je kompleks peptid/mhc I ispoljen na membrani bilo koje ćelije u organizmu, takve ćelije ne obezbežuju kostimulaciju T limfocita. U tom slučaju, CD4+T limfociti (Th ili pomoćnici) iz okoline inficirane ćelije mogu da stvaraju citokine ili druge molekule preko kojih obavljaju kostimulaciju antigen-specifičnih CD8+ T limfocita. Vakcine koje sadrže proteinske antigene moraju da sadrže i adjuvanse (supstance koje indukuju ekspresiju kostimulatora na PC i sekreciju citokina) Stimulacija ekspresije kostimulatora je značajna u savremenim terapijskim strategijama tumora lokiranje ekspresije i funkcije kostimulatora je značajno u savremenim terapijskim strategijama autoimunih bolesti i odbacivanja transplantiranih organa 2

3 IOHEMIJSKI PUTEVI SIGNL KTIVCIJE T LIMFOCIT Kada T limfocit primi prvi signal (TCR:peptid/MHC) i drugi signal (kostimulatori), ostvaruje se potpuna aktivacija ćelije. T limfocit počinje da produkuje brojne proteine neophodne za proliferaciju, diferencijaciju u efektorske ćelije i funkciju efektorskih ćelija. Prilikom prepoznavanja kompleksa peptid/mhc, veći broj TCR i koreceptora (CD4 ili CD8) se grupiše na membrani T limfocita. Grupisanje CD4 ili CD8 dovodi do ativacije enzima protein tirozin kinaze Lck. Lck fosforiliše tirozinske rezidue ITM (imunoreceptor tirozinske aktivacione sekvence) citoplazmatskih delova CD3 i ζ lanaca TCR kompleksa. Fosforilisane ITM sekvence z lanaca vezuju tirozin kinazu ZP-70 (ζ associated protein-70kd). ktivisani ZP-70 aktiviše brojne adapterske proteine i enzime koji prenose signal aktivacije. Dva najvažnija puta prenosa signala su: Ca-NFT put (nuklearni faktor aktivisanih T) Ras-MP put C IOHEMIJSKI PUTEVI SIGNL KTIVCIJE T LIMFOCIT IOHEMIJSKI PUTEVI SIGNL KTIVCIJE T LIMFOCIT Ca-NFT put započinje tako što ZP-70 vrši aktivaciju PLC (fosfolipaza C). PLC deluje na membranske IP (inozitol fosfolipidi) cepajući ih na IP3 (inozitol trifosfat) i DG (diacilglicerol. -IP3stimuliše porast Ca++ jona koji se vezuju za protein kalmodulin. Ca++kalmodulin aktiviše kalcineurin, a ovaj vrši defosforilaciju citosolnog transkripcionog faktora NFT. Defosforilisani NFT migrira u jedro gde aktiviše promotore gena za IL-2 i IL-2R (lek ciklosporin inhibira aktivnost kalcineurina i tako sprečava produkciju citokina; primena leka u transplantaciji i autoimunim bolestima) Ras-MP kinaza put uključuje Ras protein koji postaje biološki aktivan kada se veže za GTP (guanozin trifosfat), nekoliko adapter proteina i kaskadu enzima nazvanih MP kinaze (mitogen aktivacioni protein). ktivisane MP kinaze fosforilišu protein c-jun. Vezivanjem c-jun za c-fos omogućena je aktivacija transkripcionog faktora P-1 (aktivacioni protein-1) koji stimuliše transkripciju nekoliko T- ćelijskih gena. -DGaktiviše PKC (protein kinaza C), koja aktiviše NF-k (nuklearni faktorκ); aktivisani NF-κ odlazi u jedro gde aktiviše transkripciju nekoliko gena. Odgovor T limfocita na stimulaciju antigenom (prvi signal) i kostimulatorima (drugi signal) je: Sinteza i sekrecija različitih citokina Proliferacija T limfocita specifičnih za taj antigen (klonalna ekspanzija) Diferencijacija antigen-specifičnih T limfocita u efektorske ili memorijske T ćelije OPŠTE OSOINE CITOKIN Osobina Mehanizam Proizvode se povremeno kao odgovor na TCR signal i kostimulacija indukuju transkripciju antigen gena Obično deluju na istu ćeliju koja ih je Posle aktivacije T ćelija, dolazi do ekspresije i produkovala (autokrino) ili na okolne citokina i njihovih receptora ćelije (parakrino) Pleiotropizam: jedan citokin ima različite Različite ćelije ispoljavaju receptore za jedan biološke efekte citokin Različiti citokini mogu imati isti ili sličan Različiti citokini korste iste puteve za prenos biološki efekat signala IOLOŠKI EFEKTI NEKIH T-ĆELIJSKIH CITOKIN Citokin Najvažniji efekat Ćelije koje ga stvaraju IL-2 Stimuliše proliferaciju T ćelija CD4+ i CD8+ T ćelije IL-4 Sinteza IgE CD4+ T ćelije, mast ćelije IL-5 eozinofila CD4+ T ćelije, mast ćelije IFN γ makrofaga CD4+ i CD8+T ćelije, NK TGF-β Inhibicija aktivacije T ćelija CD4+ T ćelije i razne druge ćelije 3

4 Proliferacija Prvi citokin koji stvaraju aktivisani CD4+T limfociti je IL-2 (1-2 sata posle aktivacije); istovremeno sa sintezom IL-2, sintetiše se i treći lanac IL-2R, čime ovaj receptr stiče visoki afinitet vezivanja liganda, tj. IL-2. IL-2 deluje pre svega na T limfocit koji ga je stvorio (autokrino) podstičući deobu ćelije (IL-2 se još zove i T-ćelijski faktor rasta). CD8+T limfociti koji su prepoznali antigen, nemaju sposobnost da sekretuju velike količine IL-2; zato IL-2 koji sekretuju antigenspecifične CD4+T ćelije može da izazove i proliferaciju antigenspecifičnih CD8+T ćelija (parakrino dejstvo) Proliferacija 1-2 dana posle aktivacije, T limfociti počinju da proliferišu; rezultat je umnožavanje T limfocita specifičnih za antigen koji ih je aktivisao: klonalna ekspanzija. Proliferacija antigen-specifičnh T limfocita posle aktivacije je intenzivna. Na primer, broj naivnih CD8+T limfocita specifičnih za neki antigen virusa je 1 na svih limfocita u organizmu; nedelju dana nakon infekcije tim virusom, broj antigen-specifičnih CD8+T limfocita dostiže 10-20% svih limfocita (povećanje broja preko puta, ili na svakih 6 sati broj ovih ćelija se udvostručuje). ntigen-specifični CD4+T limfociti se umnožavaju u nešto manjoj meri ( puta). Razlog za različiti nivo klonalne ekspanzije CD4+ i CD8+T limfocita verovatno leži u različitoj funkciji ovih ćelija: CD8+ T limfociti diferenciraju u citotoksične T limfocite (CTL) koje imaju direktno efektorsko dejstvo (ubijaju inficiranu ćeliju), dok CD4+ T limfociti diferenciraju u ćelije koje sekretuju citokine i posredstvom ovih molekula aktiviraju druge efektorske ćelije da uklone mikroorganizam (npr., makrofage). Prilikom infekcije mikroorganizmom koji sadrži veći broj antigenih molekula, broj antigen-specifičnih klonova koji se umnožava je 1-5, tj. znatno manji nego što taj mikroorganizam sadrži antigena. Ovi klonovi limfocita su specifični prema imunodominantnim peptidima tog mikroorganizma. Efektorske ćelije Uporedo sa klonalnom ekspanzijom, dešava se i diferencijacija antigenspecifičnih T ćelija u efektorske T ćelije; prve efektorske ćelije se javljaju 3-4 dana od infekcije. Diferencijacija u efektorske ćelije podrazumeva sticanje sposobnosti T limfocita da sintetišu različite citokine (Th i CTL), ili proteolitičke proteine (CTL). Efektorske ćelije napuštaju periferne limfoidne organe i upućuju se na mesto infekcije. Tamo ponovo prepoznaju antigen koji je stimulisao njihov nastanak i brzo reaguju kako bi taj antigen eliminisale. CD4+Th ćelije odgovaraju na antigen tako što ispoljavaju neke molekule na membrani i proizvode sekretorne molekulecitokine. Najvažniji membranski molekul je CD40L. Ovaj molekul se vezuje za CD40 molekul koji je ispoljen na membrani PC (makrofage, DC, limfociti); rezultat interakcije CD40L:CD40 je aktivacija PC. ktivisane makrofage ubijaju fagocitovane mikroorganizme, dok aktivisani limfociti sekretuju antitela koja neutrališu i eliminišu antigen. Zašto CD4+Th limfociti u nekim slučajevima aktivišu makrofage, a u drugim limfocite? Tokom diferencijacije CD4+T ćelija u efektorske Th ćelije, mogu nastati dve podgrupe Th ćelija: Th1 i Th2, koje stvaraju različite citokine i imaju različite efektorske funkcije. Th1 ćelije stvaraju IFNγ i stimulišu ubijanje mikroorganizama putem fagocitoze Th2 ćelije stvaraju IL-4 koji stimuliše stvaranje IgE antitela i IL-5 koji aktivira eozinofile, što je značajno za ubijanje mikroorganizama (helminti) posredstvom eozinofilnih granulocita Citokini porekla Th1 ćelija imaju antagonističko dejstvo u odnosu na citokine Th2 ćelija i brnuto: Th1/Th2 dihotomija U kom pravcu će se diferencirati Th ćelije (Th1 ili Th2) tavisi od vrste stimulusa koje tokom diferencijacije prima CD4+T ćelija: ko na aktivisane CD4+T limfocite deluje IL-12 (stvaraju ga PC u odgovoru na mikroorganizme (bakterije ili viruse), nastaće Th1 efektorske ćelije. ko PC ne stvaraju IL-12 u odgovoru na mikroorganizme (helminti), tada T ćelije (ili neke druge ćelije?) same stvaraju IL-4 i usmeravaju diferencijaciju u pravcu Th2 efektorskih ćelija. 4

5 Efektorske ćelije/cd8+ CD8+ T limfociti aktivisani antigenom i kostimulatorima ili citokinima koje proizvode Th ćelije diferenciraju se u citotoksične T limfocite (CTL). CTL direktno ubijaju inficiranu ćeliju koja nosi taj antigen. CTL ubijaju inficirane ćelije tako što luče proteine koji prave pore na membrani i indukuju fragmentaciju DNK inficirane ćelije. Inficirana ćelija umire putem programirane ćelijske smrti (apoptoze) PODSETNIK 1. T limfociti su ćelije celularnog imuniteta koji je deo specifične (stečene) imunosti. Celularni imunitet je značajan u odbrani organizma od intraćelijskih mikroorganizama, bilo da su oni fagocitovani i preživljavaju u fagocitu, bilo da su inficirali neku drugu ćeliju organizma koja nema fagocitnu sposobnost. 2. Odgovor T limfocita na antigen odvija se u nekoliko faza: prepoznavanje antigena od strane naivnih antigen-specifičnih T ćelija, proliferacija antigen-specifičnog klona i diferencijacija naivnih T ćelija u efektorske ili memorijske ćelije. 3. TCR na T limfocitima prepoznaje kompleks antigeni peptid/mhc molekul ispoljen na PC (istovremeno prepoznavanje rezidua antigenog peptida i polimorfnih rezidua MHC molekula): MHC restrikcija 4. Prepoznavanje antigena (prvi signal) pokreće seriju signala koji se prenose u unutrašnjost ćelije izazivajući aktivaciju: najvažniji molekuli za prenos aktivacionog signala su CD3 i ζ lanci (delovi TCR kompleksa) i CD4 ili CD8 molekuli (koreceptori). CD4 molekul prepoznaje MHC II, a CD8 molekul MHC I. 5. Vezivanje T limfocita za PC olakšavaju adhezioni molekuli (posebno iz grupe integrina). 6. Sami mikroorganizmi ili citokini koji se stvaraju tokom nespecifičnog imunog odgovora na mikroorganizme, indukuju ispoljavanje (ekspresiju) kostimulacionih molekula na PC. Kostimulacione molekule na PC prepoznaju odgovarajući receptori na T limfocitima i rezultat ove interakcije je drugi signal aktivacije koji je neophodan za potpunu aktivaciju antigen-specifičnog T limfocita. 7. iohemijski signali koji se pokreću posle prepoznavanja antigena dovode do aktivacije T limfocita koja se ogleda u transkripciji gena koji kodiraju citokine, receptore za citokine i druge molekule značajne za efektorsku funkciju. 8. Odgovor T limfocita na stimulaciju antigenom i kostimulatorima je sekrecija citokina (neki citokini stimulišu proliferaciju T limfocita, drugi su važni posrednici u efektorskim funkcijama T ćelija. 9. Efektorske CD4+Th (helper, pomoćnici) ćelije mogu da diferenciraju u pravcu Th1 ili Th2 podgrupe. Th1 i Th2 ćelije sekretuju različite citokine i stimulišu različite ćelije. Th1 limfociti aktiviraju makrofage da razgrade fagocitovani mikroorganizam; takođe Th1 limfociti stimulišu limfocite da stvaraju opsonizujuća antitela i antitela koja dobro aktiviraju sistem komplementa. Th2 limfociti stimulišu limfocite da stvaraju antitela IgE klase; takođe aktiviraju eozinofilne granulocite koji su važni u odbrani organizma od helminta. 10. CD8+T limfoiti prepoznaju antigene peptide nastale u citoplazmi inficiranih ćelija i ispoljene na membrani PC ili drugih ćelija u kompleksu sa MHC molekulima I klase. Da bi CD8+T limfociti diferencirali u efektorske citolitične T limfocite (CTL), potrebna je i pomoć CD4+Th limfocita. Funkcija CTL je da ubiju ćeliju koja je izvor citoplazmatskih antigena mikrobnog porekla PITNJ: 1. Koje su komponente TCR kompleksa? Koji molekul u TCR kompleksu prepoznaje antigen, a koji molekuli su odgovorni za prenos aktivacionog signala? 2. Šta su akcesorni molekuli i kakva im je funkcija u aktivaciji T limfocita? 3. Šta su kostimulatori? Kakav je fiziološki značaj kostimulacije? Koji receptor:ligand parovi su najvažniji za kostimulaciju? 4. Koji citokin je najvažniji za proliferaciju (klonalnu ekspanziju) T limfocita? Zašto antigen-specifični T limfociti proliferišu u većoj meri nego T limfociti koji nisu aktivisani antigenom? 5. Koje su najvažnije podgrupe CD4+Th limfocita, kako nastaju i po čemu se razlikuju? 6. Kako se aktiviraju CD8+T limfociti? Koji signali su potrebni da bi se CD8+T limfocit diferencirao u CTL? 7. Koji su najvažniji biohemijski putevi prenosa signala aktivacije i proizvodi transkripcionih faktora? 5