Οι αντιγονικοί υποδοχείς των λεµφοκυττάρων. Η ανάπτυξη του ανοσιακού ρεπερτορίου

Transcript

1 4. Η ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΟΥ ΑΝΤΙΓΟΝΟΥ: Η δοµή των αντιγονικών υποδοχέων των λεµφοκυττάρων και η ανάπτυξη του ανοσιακού ρεπερτορίου Οι αντιγονικοί υποδοχείς των λεµφοκυττάρων Αντισώµατα Αντιγονικοί υποδοχείς των Τ κυττάρων (TCR) Η ανάπτυξη του ανοσιακού ρεπερτορίου Παραγωγή ποικιλόµορφων αντιγονικών υποδοχέων Ωρίµανση και επιλογή των Β λεµφοκυττάρων Ωρίµανση και επιλογή των T λεµφοκυττάρων

2 ύο σηµαντικά ερωτήµατα: Πως οι υποδοχείς των λεµφοκυττάρων αναγνωρίζουν πολύ διαφορετικά αντιγόνα αλλά µεταδίδουν κοινά σήµατα προς τα κύτταρα; Πως δηµιουργείται η τεράστια ποικιλοµορφία των υποδοχέων;

3 Αντιγονικοί υποδοχείς Εχουν τις βασικές λειτουργίες των υποδοχέων: ανιχνεύουν εξωτερικά ερεθίσµατα (αντιγόνα), και προκαλούν απαντήσεις στα κύτταρα που τους εκφράζουν. Κατανέµονται κλωνικά. ΌλαταΒήΤκύτταρααποκρίνονται µε τον ίδιο τρόπο όταν οι υποδοχείς αναγνωρίσουν αντιγόνο. ηλαδή: Προκαλούν ενεργοποίηση του λεµφοκυττάρου απελευθερώνοντας κοινά βιοχηµικά σήµατα.

4 Οι υποδοχείς των Β και Τ κυττάρων Σύµπλεγµα BCR Σύµπλεγµα TCR B κύτταρο Τκύτταρο ραστικές λειτουργίες Χ

5 Οι ιδιότητες των αντισωµάτων και των TCRs Χαρακτηριστικό ή λειτουργία Μορφές αντιγόνου που αναγνωρίζονται Ποικιλοµορφία Η αναγνώριση του αντιγόνου γίνεται µε: Η µεταβίβαση του σήµατος γίνεται από: Οι δραστικές λειτουργίες διεκπεραιώνονται από: Αντίσωµα (ανοσοσφαιρίνη) Μακροµόρια (πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες, λιπίδια, νουκλεϊνικά οξέα), µικρές χηµικές ενώσεις Γραµµικοί και διαµορφωτικοί επίτοποι Κάθε κλώνος: 1 ειδικότητα (δυνατότητα για >10 9 ειδικότητες) V περιοχές των Η και L αλυσίδων των µεµβρανικών Ig. (CDRs) Πρωτεΐνες συνδεδεµένες µε τη µεµβρανική Ig (:Igα και Igβ) Σταθερές περιοχές (C) των εκκρινόµενων Ig TCR Πεπτίδια που παρουσιάζονται από τα µόρια MHC των APCs Μόνο γραµµικοί επίτοποι Κάθε κλώνος: 1 ειδικότητα (δυνατότητα για >10 11 ειδικότητες) V περιοχές των α και β αλυσίδων. (CDRs) Πρωτεΐνες συνδεδεµένες µε τονtcr (:CD3 και ζ) εν υπάρχουν

6 Η ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΟΥ ΑΝΤΙΓΟΝΟΥ Οι αντιγονικοί υποδοχείς των λεµφοκυττάρων Αντισώµατα Αντιγονικοί υποδοχείς των Τ κυττάρων Η ανάπτυξη του ανοσιακού ρεπερτορίου Παραγωγή ποικίλων αντιγονικών υποδοχέων Ωρίµανση και επιλογή των Β λεµφοκυττάρων Ωρίµανση και επιλογή των T λεµφοκυττάρων

7 Ηδοµή τωναντισωµάτων

8 Ησηµασία της περιοχής άρθρωσης Αποµακρυσµένοι αντιγονικοί επίτοποι Γειτονικοί αντιγονικοί επίτοποι Άρθρωση

9 Πρωτεολυτικά και άλλα τµήµατα της IgG ισουλφιδικοί δεσµοί L αλυσίδα Ηαλυσσίδα Πέψη µε πεψίνη Πέψη µε παπαΐνη Αναγωγή µε µερκαπτοαιθανόλη Fc θραύσµατα L αλυσίδα Ηαλυσίδα

10 Υπερµεταβλητές περιοχές (CDR) της V περιοχής Ελαφριές αλυσίδες Μεταβλητότητα Αριθµός κατάλοιπου

11 Η κρυσταλλική δοµή µιας εκκρινόµενης IgG

12 Περιοχή (domain) Ig. ίπλωση Ig

13 Υπεροικογένεια ανοσοσφαιρίνης (Ig) Κοινή λειτουργία: ανίχνευση σηµάτων

14 Τα χαρακτηριστικά των κύριων ισότυπων (τάξεων) των αντισωµάτων

15 Αλληλεπιδράσεις αντιγόνουαντισώµατος (Ag-Ab)

16 Πρόσδεση ενός αντιγόνου στο αντίσωµα

17 Επίτοποι (διαµορφωτικοί, γραµµικοί) ιαµορφωτικοί Μη προσβάσιµος επίτοπος Γραµµικοί Προσβάσιµος επίτοπος Αποδιάταξη Αποδιάταξη Αποδιάταξη Ig προσδένεται σε επιτόπους αποδιαταγµένων και µη πρωτεϊνών Απώλεια επίτοπου από αποδιάταξη Ig προσδένεται σε επιτόπους αποδιαταγµένων πρωτεϊνών

18 υνάµεις έλξης Ab-Ag (ρόλος της απόστασης)

19 Συγγένεια Ab-Ag Εξαρτάται από την ποιότητα της εφαρµογής των Αb-Αg (διότι ενισχύονται οι δυνάµεις έλξης) Ab+Αg AbAg Σταθερά ισορροπίας διάστασης: Kd = [Ab][Ag]/ [AbAg] Άρα, όταν δεθούν τα µισά Ab, δηλ.: [Ab] = [AbAg], τότε: Κd = [Ag] Κd = 1/Ka (σηµαντικές Κd ~ Μ) (σηµαντικές Κa ~ Μ)

20 Συγγένεια Ab-Ag Εξαρτάται από την ποιότητα της εφαρµογής των Αb-Αg (διότι ενισχύονται οι δυνάµεις έλξης) Ab+Αg AbAg Σταθερά ισορροπίας διάστασης: Kd = [Ab][Ag]/ [AbAg] Άρα, όταν δεθούν τα µισά Ag, δηλ.: [Ag] = [AbAg], τότε: Κd = [Ab] Κd = 1/Ka (σηµαντικές Κd ~ Μ) (σηµαντικές Κa ~ Μ)

21 Συγγένεια Ab-Ag Πρωτογενής απάντηση: Kd: Μ ευτερογενής απάντηση: Kd: Μ (ωρίµανση συγγένειας)

22 Συνάφεια (avidity) = το αποτέλεσµα πολλαπλών προσδέσεων (µεγαλύτερη λειτουργική σηµασία από την συγγένεια) αντίσωµα Μέτρια Μέτρια Πολύ ισχυρή αντιγόνο αντιγόνο Μονή αντιγόνο γέφυρα αντιγόνου ιαχωρισµός Μη διαχωρισµός ς

23 ιασταυρούµενες αντιδράσεις Αb-Ag Αρχικό αντιγόνο Ένας ίδιος επίτοπος Παρόµοιος επίτοπος Χωρίς δοµική οµοιότητα ΙΑΣΤΑΥΡΟΥΜΕΝΗ ΑΝΤΙ ΡΑΣΗ ΟΧΙ ΑΝΤΙ ΡΑΣΗ

24 Σηµασία των διασταυρούµενων αντιδράσεων Αb-Ag Σε αυτοάνοσα νοσήµατα Στην παρασκευή εµβολίων

25 Μονοκλωνικά αντισώµατα

26 3

27 Αντιγόνο µε επίτοπους και αντισώµατα Αντιγόνο

28 Αντιγόνο µε επίτοπους και αντισώµατα Αντιγόνο

29 Μονοκλωνικό αντίσωµα

30 Moνοκλωνικά αντισώµατα (mabs) 1975: Köhler και Milstein τεχνολογία µονοκλωνικών αντισωµάτων (Σύντηξη Β κυττάρων ανοσοποιηµένου ζώου µε αθάνατα µυελωµατικά κύτταρα και αποµόνωση κλώνων υβριδωµάτων) Ανοσοποίηση τρωκτικού µε ένα αντιγόνο Το νεοπλασµατικό κύτταρο διαιρείται επ άπειρον αλλά δεν παράγει mabs ΣΥΝΤΗΞΗ ΤΩΝ ΥΟ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Το Β-κύτταρο παράγει το ειδικό αντίσωµα, αλλά δεν ζει αρκετό χρόνο Το υβριδικό κύτταρο παράγει ειδικό αντίσωµα και διαιρείται επ άπειρον.

31 Χιµαιρικά και ανθρωποποιηµένα αντισώµατα Ab ποντικού Ab ανθρώπου Fv Ab χίµαιρα CDRs Ab ανθρωποποιηµένο

32 Ανάγκη για ανθρώπινα µονοκλωνικά αντισώµατα για θεραπεία. Πως µπορούν να κατασκευαστούν? 1. Κλασσική τεχνολογία των υβριδωµάτων µε ανοσοποιήσεις διαγονιδιακών «ανθρωποποιηµένων» ποντικών 2. Τεχνολογία ανασυνδυασµένων τµηµάτων των αντισωµάτων που εκφράζονται στην επιφάνεια βακτηριοφάγων (τεχνική phage-display)

33 Παραγωγή τµηµάτων ανθρώπινων αντισωµάτων µε έκθεση στην επιφάνεια φάγων (phage-display) Βιβλιοθήκη εκατοµµυρίων φάγων µε εκατοµµύρια διαφορετικών Fab Φάγος Fab Πρόσδεση του ειδικού Fab-φάγου πλύσεις Πλάκα µε ακινητοποιηµένο αντιγόνο Έκφραση του ειδικού Fab Αποµόνωση και πολ/σιασµός του ειδικού Fab-φάγου Fab

34 Χρήσεις των µονοκλωνικών αντισωµάτων Βιοϊατρική έρευνα ιάγνωση Θεραπεία (π.χ. θεραπεία όγκων µε ανοσοτοξίνες)

35

36 Antigen CD20 (B cell) HER2 CD33 CD52 CD20 (B cell) GP-R IgE TNFa CD3 IL2

37 Η ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΟΥ ΑΝΤΙΓΟΝΟΥ Οι αντιγονικοί υποδοχείς των λεµφοκυττάρων Αντισώµατα Αντιγονικοί υποδοχείς των Τ κυττάρων Η ανάπτυξη του ανοσιακού ρεπερτορίου Παραγωγή ποικίλων αντιγονικών υποδοχέων Ωρίµανση και επιλογή των Β λεµφοκυττάρων Ωρίµανση και επιλογή των T λεµφοκυττάρων

38 Ηδοµή τουtcr 3+3 CDRs 5

39 Ο TCR αναγνωρίζει το σύµπλεγµα ενός αντιγονικού πεπτιδίου (παρουσιαζόµενου από ένα µόριο MHC) ΜΑΖΙ µε το ΜΗC µόριο (περιορισµός MHC) Τκύτταρο Αντιγονοπαρουσιαστικό κύτταρο

40 Η αναγνώριση ενός συµπλέγµατος πεπτιδίου- MHC από ένα TCR Κάθε TCR αναγνωρίζει 1-3 αµινοξέα του αντιγόνου και µερικά αµινοξέα του ΜΗC

41 γδ TCR 5-10% των Τ κυττάρων εκφράζουν γδ TCR. Παρόµοιος µε τον αβ TCR, αλλά µε διαφορετική ειδικότητα. Αντιγόνα: µη πεπτιδικά(λιπίδια κλπ) που παρουσιάζονται από µη MHC µόρια (CD1). Τα γδ Τ κύτταρα είναι άφθονα στα επιθήλια. Μάλλον αναγνωρίζουν συνήθεις µικροοργανισµούς στην επιφάνεια των επιθηλίων.

42 Τα συµπλέγµατα υποδοχέων των Β και Τ κυττάρων

43 Σύµπλεγµα TCR

44 CD4 CD8

45 Τα χαρακτηριστικά της αναγνώρισης του αντιγόνου από αντισώµατα και TCR Χαρακτηριστικό Μόρια σύνδεσης αντιγόνου Ανοσοσφαιρίνη (Ig) TCR Περιοχή πρόσδεσης Αg 3 V H CDRs και 3 V L CDRs 3 V α CDRs και 3 V β CDRs οµές του αντιγόνου που αναγνωρίζονται (επίτοποι) Συγγένεια σύνδεσης του αντιγόνου Επικουρικά µόρια που συµµετέχουν στη σύνδεση Γραµµικοί και διαµορφωτικοί επίτοποι µακροµορίων και µικρών χηµικών ενώσεων K d M. Αυξάνει στις δευτερογενείς απαντήσεις Κανένα Μόνο 1-3 αµινοξέα ενός πεπτιδίου + πολυµορφικά αµινοξέα του MHC ~1000x ασθενέστερη (K d M) Το CD4 ή τοcd8

46 Η ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΟΥ ΑΝΤΙΓΟΝΟΥ Οι αντιγονικοί υποδοχείς των λεµφοκυττάρων Αντισώµατα Αντιγονικοί υποδοχείς των Τ κυττάρων Η ανάπτυξη του ανοσιακού ρεπερτορίου Η παραγωγή ποικιλόµορφων αντιγονικών υποδοχέων Ωρίµανση και επιλογή των Β λεµφοκυττάρων Ωρίµανση και επιλογή των T λεµφοκυττάρων

47 Ig τµήµατα στο επίπεδο πρωτεΐνης και γονιδίου Πρωτεΐνη Γονίδια V V C C J V J V D C C

48 Ig Η οργάνωση των γενετικών τόπων των αντιγονικών υποδοχέων στο γονιδίωµα

49 Η οργάνωση των γενετικών τόπων των αντιγονικών υποδοχέων στο γονιδίωµα Ig TCR

50 Ανασυνδυασµός και έκφραση των γονιδίων των ανοσοσφαιρινών

51 Ο ανασυνδυασµός των V,(D),J καταλύεται από τις ανασυνδιάσες/ρεκοµπινάσες V(D)J: RAG-1 και RAG-2 Θέση των V(D)J γονιδίων και αλληλουχίες αναγνώρισης Παρεµβολή πολλών V και J 7µερές 9µερές 9µερές 7µερές Αναγνώριση αλληλουχιών για ανασυνδιάση Η ειδική για τα ανώριµα Β(και Τ) κύτταρα ανασυνδιάση V(D)J αναγνωρίζει αλληλουχίες DNA (7µερή+9µερή) εκατέρωθεν των V, D και J.

52 Αλληλουχία βλαστικών κυττάρων Συνδετική ποικιλοµορφία (junctional diversity) Αφαίρεση νουκλεοτιδίων στις συνδέσεις Εκφρασµένες αλληλουχίες Αλληλουχία εκτός πλαισίου ανάγνωσης (δεν εκφράζεται) Αλληλουχία βλαστικών κυττάρων Εκφρασµένη αλληλουχία Προσθήκη Ν περιοχής Νουκλεοτίδια Ν περιοχής (TdT: τελική δεοξυριβονουκλεοτιδική τρανσφεράση)

53 Το αποτέλεσµα των µηχανισµών ποικιλοµορφίας των αντιγονικών υποδοχέων ~ x 1000 ~ x 600.

54 Η ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΟΥ ΑΝΤΙΓΟΝΟΥ Οι αντιγονικοί υποδοχείς των λεµφοκυττάρων Αντισώµατα Αντιγονικοί υποδοχείς των Τ κυττάρων Η ανάπτυξη του ανοσιακού ρεπερτορίου Παραγωγή ποικιλόµορφων αντιγονικών υποδοχέων Ωρίµανση και επιλογή των Β λεµφοκυττάρων Ωρίµανση και επιλογή των T λεµφοκυττάρων

55 Ωρίµανση των Β και Τ κυττάρων και δηµιουργία των υποδοχέων (κοινά σηµεία) Η δηµιουργία των εκατοµµυρίων διαφορετικών υποδοχέων είναι στενά συνδεδεµένη µε τη διαδικασία ωρίµανσης των λεµφοκυττάρων

56 Τα στάδια της ωρίµανσης των Β και Τ κυττάρων - Έντονος πολλαπλασιασµός των ανώριµων κυττάρων, - Έκφραση των γονιδίων των αντιγονικών υποδοχέων, - Επιλογή των λεµφοκυττάρων που εκφράζουν χρήσιµους υποδοχείς IL-7 pro-t = Προ-προ-Τ. pre-t = Προ-Τ

57 Σήµατα για την ωρίµανση των λεµφοκυττάρων Ο πολλαπλασιασµός των προδρόµων µορφών διεγείρεται κυρίως από την IL-7 (από τα κύτταρα του στρώµατος) Όταν εκφραστούν οι υποδοχείς, αναλαµβάνουν αυτοί τη µεταβίβαση των σηµάτων = µόνο οι κλώνοι µε ακέραιους και κατάλληλους υποδοχείς θα επιζήσουν

58 Η ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΟΥ ΑΝΤΙΓΟΝΟΥ Οι αντιγονικοί υποδοχείς των λεµφοκυττάρων Αντισώµατα Αντιγονικοί υποδοχείς των Τ κυττάρων Η ανάπτυξη του ανοσιακού ρεπερτορίου Παραγωγή ποικιλόµορφων αντιγονικών υποδοχέων Ωρίµανση και επιλογή των Β λεµφοκυττάρων Ωρίµανση και επιλογή των T λεµφοκυττάρων

59 Τα στάδια ωρίµανσης και επιλογής των Β κυττάρων

60 H µ και το προ-bcr σηµατοδοτούν: διακοπή των ανασυνδυασµών των H γονιδίων στο δεύτερο χρωµόσωµα (αλληλικός αποκλεισµός) = 1 κύτταρο 1 Η αλυσίδα. εκκίνηση ανασυνδυασµού των L γονιδίων (κ λ). κ(λ)+ µ IgM. Η IgM µεταβιβάζει σήµατα για επιβίωση του Β κυττάρου πολλαπλασιασµό διακοπή της παραγωγής της ανασυνδιάσης (δηλαδή των περαιτέρω ανασυνδυασµών L αλυσίδας). κάθε Β κύτταρο παράγει µία Ηκαιµία κ ή λ αλυσίδα = 1 υποδοχέα.

61 Συνέκφραση IgM + IgD για (?) ωρίµανση του B κυττάρου (Η ικανότητα των Β κυττάρων να αποκρίνονται σε αντιγόνα αναπτύσσεται ταυτόχρονα µε τησυνέκφραση των IgM και IgD) µ βαριά αλυσίδα Θέσεις πολυαδενυλίωσης δβαριά αλυσίδα Το V-D-J RNA µπορεί να συρραφεί είτε σε Cµ ήσεcδ RNA, παράγοντας ένα µ ήέναδrna

62 Αρνητική επιλογή στα Β κύτταρα Αν το Β κύτταρο συνδεθεί ισχυρά µε (αυτο)αντιγόνο στο µυελό των οστών: είτε πεθαίνει µε απόπτωση είτε κάνει επεξεργασία/διόρθωση του υποδοχέα (editing): ενεργοποιεί πάλι την ανασυνδιάση δεύτερη L αλυσίδα αλλαγή της ειδικότητας του υποδοχέα

63 Πως τα ώριµα Β κύτταρα µπορούν να αναγνωρίσουν κάθε µικροοργανισµό (και κάθε ξένη ουσία)? Φαίνεται οτι το ρεπερτόριο των Β κυττάρων: δηµιουργείται τυχαία, και επιλέγεται: θετικά (έκφραση ακέραιων υποδοχέων), και µετά αρνητικά (για µη αναγνώριση του εαυτού).

64 Η ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΟΥ ΑΝΤΙΓΟΝΟΥ Οι αντιγονικοί υποδοχείς των λεµφοκυττάρων Αντισώµατα Αντιγονικοί υποδοχείς των Τ κυττάρων Η ανάπτυξη του ανοσιακού ρεπερτορίου Παραγωγή ποικιλόµορφων αντιγονικών υποδοχέων Ωρίµανση και επιλογή των Β λεµφοκυττάρων Ωρίµανση και επιλογή των T λεµφοκυττάρων

65 Τα στάδια ωρίµανσης και επιλογής των T κυττάρων. Θετική και αρνητική επιλογή Μη αναγνώριση MHC Απόπτωση Τα Τ κύτταρα επιλέγονται σε διάφορα στάδια κατά την ωρίµανσή τους ώστε να διατηρηθούν οι χρήσιµες ειδικότητες

66 Η ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΟΥ ΑΝΤΙΓΟΝΟΥ ΣΤΟ ΕΠΙΚΤΗΤΟ ΑΝΟΣΟΠΟΙΗΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Οι αντιγονικοί υποδοχείς των λεµφοκυττάρων Αντισώµατα Αντιγονικοί υποδοχείς των Τ κυττάρων Η ανάπτυξη του ανοσιακού ρεπερτορίου Παραγωγή ποικιλόµορφων αντιγονικών υποδοχέων Ωρίµανση και επιλογή των Β λεµφοκυττάρων Ωρίµανση και επιλογή των T λεµφοκυττάρων

67 Τεχνικές ανίχνευσης αντιγόνου/αντισώµατος ΕLISA RIA Western Blot Ανοσοφθορισµός

68 ELISA ή RIA στερεάς φάσης για ανίχνευση τιτλοδότηση αντισώµατος Προσθήκη αντιγόνου Προσθήκη ορού ασθενή Προσθήκη σηµασµένου αντί-ig Πλύση Πλύση Πλύση ΠΡΟΣ ΙΟ- ΡΙΣΜΟΣ ΤΙΤΛΟΥ Πλαστικός σωληνίσκος

69 ΕLISA για ανίχνευση αντιγόνου Εποµένως εδώ είχα αντιγόνο Α

70 Ανοσοαποτύπωµα/στύπωµα Western (Western blot) Μείγµα πρωτεϊνών Προσθήκη σηµασµένου αντί-α Ζώνη που αντιστοιχεί στην πρωτεΐνη Α Ηλεκτροφόρηση Ηλεκτροφορητική µεταφορά Προσθήκη σηµασµένου αντί-β Ζώνη που αντιστοιχεί στην πρωτεΐνη Β Πήκτωµα πολυακρυλαµιδίου µε SDS Μεµβράνη νιτροκυτταρίνης Αυτοραδιογραφήµατα

71 Ανοσοαποτύπωµα western (Western blot)

72 Ανοσοφθορισµός Εντόπιση αντιγόνου σε κύτταρα