ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Παθοφυσιολογία Ι Ανοσολογία - Ρευματολογία Υπεύθυνος μαθήματος: Καθηγητής Παθολογίας/Ρευματολογίας, Αλέξανδρος Α. Δρόσος
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.
Κυτταροτοξικότητα μεσολαβούμενη από κύτταρα Κυτταροτοξικότητα μεσολαβούμενη από κύτταρα (cell mediated cytotoxicity ή CMC) είναι σημαντική για την άμυνα του οργανισμού έναντι ενδοκυττάριων παθογόνων όπως ιοί, διάφορα βακτήρια και παράσιτα CMC γίνεται και σε κύτταρα όγκου σε ευκαρυωτικά παθογόνα ή/και σε αλλογενή ιστικά μοσχεύματα CMC εκτελούν τα Τ κυτταροτοξικά κύτταρα Tc, ΝΚ κύτταρα και μερικά μυελοειδή κύτταρα
Αναγνώριση των κυττάρων στόχων από Tc και ΝΚ κύτταρα Tc αναγνωρίζουν Ag + MHC I μέσω TCR (CD8 + ) ΝΚ αναγνωρίζουν κύτταρα που αποτυγχάνουν να εκφράζουν MHC I μόρια. Χρησιμοποιούν υποδοχέα για Fc (CD16) και συνδέουν Ab που έχει δεσμεύσει το Ag και να προκαλέσουν (ADCC) Φονικά κύτταρα ενεργοποιημένα από κυτταροκίνες (cytokine activated killer cells ή LAΚ) αντιπροσωπεύουν τύπο ενεργοποίησης των κυττάρων όμοιο με τα ΝΚ κύτταρα
Υποδοχείς ΝΚ κυττάρων Μόρια επιφανείας: CD3 -, CD16 +, CD56 +, CD94 + Υπάρχουν 3 ομάδες υποδοχέων: Υποδοχέας που μοιάζει με λεκτίνη: CD94 Υποδοχείς που είναι μέλη της υπεροικογένειας των ανοσοσφαιρινών (killer immunoglobulin-like receptors ή KIRS) Immunoglobulin-like transcripts ή ILTS
Υποδοχέας CD94 + Ο υποδοχέας που μοιάζει με λεκτίνη, CD94 Συνδέεται με μεμβρανικά μόρια ΝΚG2 (A-F) Το διμερές CD94-NKG2A είναι ανασταλτικός υποδοχέας ενώ το διμερές CD94-NKG2C είναι υποδοχέας ενεργοποιητής Συνδέτης των παραπάνω μορίων είναι το HLA-E μόριο, η λειτουργία του οποίου είναι να παρουσιάζει πεπτίδια από άλλα MHC Ι μόρια
Υποδοχείς των ΝΚ κυττάρων που μοιάζουν με λεκτίνη CD94 NKG2A CD94 NKG2C K ITIM ITIM
Το HLA-E παρουσιάζει πεπτίδια από άλλα μόρια MHC τάξεως Ι NK κύτταρο CD94/NKG2A Tc κύτταρο TCR MHC πεπτίδιο οδηγός κυτταροπλασματικό πεπτίδιο HLA-E τάξη I TAP Ε.Δ. HLA-E ταπασίνη ριβόσωμα τάξη I mrna για MHC τάξης I
Υποδοχείς KIRS Υπάρχουν δύο είδη: KIR 2D ή CD158: διαθέτει 2 πεδία εξωκυττάρια KIR 3D ή p70: διαθέτει 3 πεδία εξωκυττάρια Είναι ανασταλτικοί (ΙΤΙΜ) ή μη υποδοχείς
Υποδοχείς «θανάτου» που μοιάζουν με ανοσοσφαιρίνη KIR-3D μακρύς KIR-3D κοντός KIR-2D μακρύς KIR-2D κοντός K K ITIM ITIM
Υποδοχείς ILTS Διαθέτουν 2 ή 4 πεδία εξωκυττάρια Μερικοί αλληλεπιδρούν με MHC μόρια Άλλοι έχουν άγνωστη λειτουργία
Κυτταροτοξικότητα με τη μεσολάβηση κοκκίων που περιέχουν ένζυμα Τα ΝΚ και Tc κύτταρα διαθέτουν ειδικά κοκκία που περιέχουν πρωτεΐνες όπως η περφορίνη, ένζυμα όπως εστεράσες της σερίνης Τc μετά τη σύνδεσή του στο κύτταρο στόχο κατευθύνει τα κοκκία προς τη μεμβράνη του κυττάρου στόχου. Το περιεχόμενο των κοκκίων παρουσία ιόντων Ca + απελευθερώνεται στη σχισμή μεταξύ των κυττάρων Η περφορίνη σχηματίζει πόρους διαμεμβρανικά κανάλια στο κύτταρο στόχο. Tc κύτταρο προστατεύεται από την αυτοκαταστροφή μέσω της πρωτεογλυκάνης (θειική χονδροϊτίνη Α) που υπάρχει στα κυστίδια και απενεργοποιεί την περφορίνη Εστεράσες της σερίνης ενεργοποιούνται μετά την απελευθέρωσή τους από τα κοκκία και περνούν στο κύτταρο στόχο από τα διαμεμβρανικά κανάλια. Κάποια ένζυμα επάγουν απόπτωση
Μηχανισμοί θανάτου που σχετίζονται με κοκκία κυτταροτοξικό κύτταρο κυτταροτοξικό κύτταρο κυστίδιο περφορίνη πολυμερισμός ενζύμων απελευθέρωση ενζύμων Ca 2+ κανάλια περφορίνης κύτταρο στόχος κυτταρική βλάβη κύτταρο στόχος
Μη λεμφοειδή κυτταροτοξικά κύτταρα Μακροφάγα, ουδετερόφιλα, προκαλούν κυτταροτοξικότητα μέσω ADCC ή από τοξικούς μεταβολίτες Μακροφάγα εκκρίνουν TNF και επάγουν απόπτωση μέσω αυτού Ηωσινόφιλα προκαλούν κυτταροτοξικότητα με την εξωκύττωση των κοκκίων τους
Μηχανισμοί κυτταροτοξικότητας των μυελοειδών κυττάρων κατιονικές πρωτεΐνες C3a υδρολάσες ανιόντα υπεροξειδίου και άλλοι μεσολαβητές δραστικού οξυγόνου (ROIs) νιτρικό οξείδιο(no, & άλλα RNIs) TNFα
Προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος Απόπτωση (Apoptosis) Πρόκειται για ένα μορφολογικό πρότυπο κυτταρικής βλάβης Αναγνωρίστηκε το 1972 από τη χαρακτηριστική του μορφολογία Πήρε το ελληνικό όνομα απόπτωση (apoptosis=falling off) Είναι μία μορφή κυτταρικού θανάτου που σχεδιάστηκε και προγραμματίστηκε ούτως ώστε να προκαλεί την εξάλειψη των μη επιθυμητών κυττάρων, διαμέσου ειδικών προγραμμάτων που επιφέρουν την καταστροφή του κυττάρου χωρίς φλεγμονή
Απόπτωση (Ι) Είναι υπεύθυνη για πολλά φυσιολογικά και παθολογικά γεγονότα Προγραμματισμένη κυτταρική καταστροφή κατά τη διάρκεια της εμβρυογένεσης Στην ορμονο-εξαρτώμενη εκφύλιση των οργάνων στους ενήλικες (involution) Έμμηνος ρήσις Ατρεσία (κλείσιμο) του ωοθηκικού θυλάκου κατά την εμμηνόπαυση Διακοπή της γαλουχίας μετά τη διακοπή του θηλασμού Ατροφία του προστάτη μετά τον ευνουχισμό
Απόπτωση (ΙΙ) Εξάλειψη κυτταρικών πληθυσμών κατά τον πολλαπλασιασμό (intestinal crypt epithelia) Κυτταρικός θάνατος σε νεοπλασίες Κυτταρικός θάνατος των ουδετερόφιλων κατά την οξεία φλεγμονώδη αντίδραση Κυτταρικός θάνατος των Τ και Β λεμφοκυττάρων μετά την ελάττωση των κυτταροκινών Εξάλειψη των αυτοδραστικών Τ και Β λεμφοκυττάρων κατά την ανάπτυξη στο θύμο αδένα και στο μυελό των οστών Καταστροφή κυττάρων μέσω κυτταροτοξικότητας Τ λεμφοκυττάρων, όπως στην απόρριψη μοσχεύματος
Απόπτωση Μορφολογικά χαρακτηριστικά Βιοχημικά χαρακτηριστικά Μηχανισμοί που οδηγούν στην απόπτωση Μέθοδοι ανίχνευσης της απόπτωσης
Μορφολογικά χαρακτηριστικά 1. Συρρίκνωση του κυττάρου μικρότερο μέγεθος κυτταρόπλασμα πυκνό οργανίλια στοιβασμένα 2. Συμπύκνωση της χρωματίνης του πυρήνα η χρωματίνη συσσωρεύεται περιφερικά κάτω από την πυρηνική μεμβράνη σε καλά σχηματισμένη πυκνή μάζα ο πυρήνας διασπάται σε δύο ή περισσότερα κομμάτια 3. Σχηματισμός κυτταροπλασματικών φυσαλίδων και αποπτωτικών σωματιδίων 4. Φαγοκυττάρωση των αποπτωτικών κυττάρων ή σωματιδίων, χωρίς φλεγμονή
Μορφολογικά χαρακτηριστικά Στην ιστολογική εξέταση και με χρήση Η/Ε το αποπτωτικό κύτταρο φαίνεται σαν μία στρογγυλή μάζα με έντονο ηωσινοφιλικό κυτταρόπλασμα και με πυκνά κομμάτια χρωματίνης στον πυρήνα
Βιοχημικά χαρακτηριστικά Κατακερματισμός πρωτεϊνών Διασταυρούμενη σύνδεση πρωτεϊνών Διάσπαση του DNA Φαγοκυτταρική αναγνώριση
Κατακερματισμός πρωτεϊνών Είναι χαρακτηριστικό της απόπτωσης και δημιουργείται με την υδρόλυση των πρωτεϊνών Υπεύθυνες είναι μία ομάδα κυστεϊνικών πρωτεασών που ονομάζονται «κασπάσες» Στις κασπάσες οφείλεται η διάσπαση και ο κατακερματισμός του πυρηνικού υλικού καθώς και των κυτταροσκελετικών πρωτεϊνών
Διασταυρούμενη σύνδεση πρωτεϊνών Ενεργοποίηση των τρανσ-γλουταμινασών που δημιουργούν εκτεταμένη διασταυρούμενη σύνδεση πρωτεϊνών Αποτέλεσμα αυτού είναι οι κυτταροπλασματικές πρωτεΐνες να συρρικνώνονται (ζάρωμα) που οδηγεί σε αποπτωτικά σωμάτια
Διάσπαση του DNA Τα αποπτωτικά κύτταρα υφίστανται διάσπαση του DNA σε κομμάτια μήκους 50-300 ΚΒ Ακολουθεί διάσπαση του νουκλεοσώματος σε μικρότερα ολιγο-νουκλεοτίδια, μέσων ενδονουκλεασών Τα κομμάτια αυτά διακρίνονται στην ηλεκτροφόρηση γέλης αγαρόζης σαν «DNA ladder»
Φαγοκυτταρική αναγνώριση Τα αποπτωτικά κύτταρα εκφράζουν στην επιφάνειά τους φωσφατιδυλσερίνη σαν αποτέλεσμα της βλάβης των κυτταρικών μεμβρανών Ορισμένα, εκφράζουν επίσης ένα άλλο μόριο που λέγεται θρομβοσπονδίνη και είναι προσκολητικό μόριο Αναγνώριση και φαγοκυττάρωση από τα μακροφάγα
Μηχανισμοί απόπτωσης (παθοφυσιολογία) Σήματα ή μεταβιβαστές που αρχίζουν την απόπτωση Έλεγχος και ολοκλήρωση Φάση εκτέλεσης μέσων πρωτεασών (κασπάσες) Απομάκρυνση των νεκρών κυττάρων (φαγοκυττάρωση)
Σήματα ή μεταβιβαστές που αρχίζουν την απόπτωση Τα αποπτωτικά ερεθίσματα δημιουργούν σήματα που μεταβιβάζονται δια μέσου της κυτταρικής μεμβράνης (διαμεμβρανικά) στα ενδοκυττάρια μόρια ελέγχου, ή δρουν απ ευθείας στις ενδοκυττάριες πρωτεΐνες (ενδοκυτταρικά)
Διαμεμβρανικά σήματα που αρχίζουν την απόπτωση Μπορεί να είναι αρνητικοί ή θετικοί παράγοντες για την απόπτωση Για παράδειγμα, η παρουσία ορμονών αυξητικών παραγόντων, κυτταροκινών προκαλούν τη δημιουργία ενός καταρράκτη σημάτων μετατροπής (signal transduction) που καταστέλλουν τον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο, και είναι φυσιολογικά σήματα επιβίωσης Αντίθετα, απουσία τέτοιων παραγόντων οδηγεί στην αποτυχία καταστολής του προγραμματισμένου θανάτου, οπότε επέρχεται η απόπτωση
Διαμεμβρανικά ερεθίσματα απόπτωσης Άλλα διαμεμβρανικά σήματα που οδηγούν στην απόπτωση είναι σύνδεση υποδοχέων στην κυτταρική μεμβράνη που ενεργοποιούν τον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο Παράδειγμα: σύνδεση των υποδοχέων που ανήκουν στην υπεροικογένεια του TNF-R και του FAS-FAS ligand
Ενδοκυττάρια σήματα που προκαλούν απόπτωση Ένωση στεροειδών στον πυρηνικό υποδοχέα Φυσικοχημικοί παράγοντες ζέστη ακτινοβολία υποξία ιώσεις
Ερεθίσματα για την απόπτωση 1. Συνδέτες θανάτου (death ligands) TNF FASL 2. Διακοπή ορμονών, αυξητικών παραγόντων ή τοξικά βλαπτικοί παράγοντες (τοξίνες, ακτινοβολία) 3. Κυτταροτοξικά Τ λεμφοκύτταρα δρουν απ ευθείας ενεργοποιώντας τις κασπάσες 4. Άλλα ερεθίσματα δρουν δια μέσω των μιτοχονδρίων και του κυτταροχρώματος c
Έλεγχος και ολοκλήρωση Επιτελείται από ειδικές πρωτεΐνες που συνδέουν τα σήματα θανάτου στο πρόγραμμα εκτέλεσης Οι πρωτεΐνες αυτές είναι πολύ σημαντικές γιατί μπορούν να επιτελέσουν το πρόγραμμα ή να το απορρίψουν οπότε έχουμε απόπτωση ή επιβίωση Υπάρχουν δύο σχήματα που οδηγούν στο δρόμο εκτέλεσης Το πρώτο περιλαμβάνει τις προσαρμοστικές πρωτεΐνες (adapter proteins) και είναι ο μηχανισμός που περιγράφεται μέσω των FAS-FASL Το δεύτερο περιλαμβάνει τα ρυθμιστικά μόρια του Bcl-2 που λειτουργούν μέσω της λειτουργίας των μιτοχονδρίων (ανασταλτικά: Bcl-2, Bcl-XL, προαγωγά Bax και Bad)
Φάση εκτέλεσης Είναι η τελική φάση της απόπτωσης Είναι ένα σύστημα καταρράκτη πρωτεολυτικών ενζύμων που ονομάζονται κασπάσες (caspases) Είναι μία μεγάλη οικογένεια πρωτεασών και ο όρος C αναφέρεται στον κυστεϊνικό μηχανισμό των πρωτεασών, ο δε όρος aspase αναφέρεται στην καταλυτική ιδιότητα που έχει να αποσχίζεται μετά από τα υπόλοιπα ασπαρτικού Περιλαμβάνουν 10 μέλη και διαιρούνται σε 2 κατηγορίες: α) αυτές που αρχίζουν τη διαδικασία και είναι η κασπάση 9 που συνδέεται με την πρωτεΐνη Apaf-1, και β) η κασπάση 8 η οποία ενεργοποιείται από το μόριο FAS-FASL
Απομάκρυνση νεκρωτικών κυττάρων Τα αποπτωτικά κύτταρα παρουσιάζουν στην κυτταρική μεμβράνη μόρια που διευκολύνουν την αναγνώριση και τη φαγοκυττάρωση από τα πλησιέστερα φαγοκύτταρα, μακροφάγα
1. Διακοπή αυξ. παραγόντων ορμονών 1. Αλληλεπίδραση υποδοχέα συνδέτη * FAS - FASL * TNF - TNFR 1. Βλάβη, ακτινοβολία, τοξίνες, ελεύθερες ρίζες μιτοχόνδρια 2. Ρυθμιστές Οικογένεια Bcl-2 Κασπάσες εναρκτές 1. Κυτταροτοξικό Τ κύτταρο Προσαρμοστικές πρωτεΐνες DNA P53 3. Κασπάσες «εκτελεστές» Granzyme B Κατάτμηση DNA Ενεργοποίηση ενδονουκλεασών Καταβολισμός κυτταροσκελετού 4. Συνδέτες για υποδοχείς φαγοκυττάρων Απόπτωση
Εσωτερική μεμβράνη cyto c Μιτοχονδριακή διαπερατότητα Apaf-1 Προ-κασπάση cyto c μιτοχόνδριο Ενεργοποίηση κασπάσης Bcl-2 Αλλαγές πυρηνικές Κατάτμηση DNA Αλλαγές κυτταροσκελετού Συμπύκνωση κυτταροπλάσματος Apaf-1 = ενεργοποιημένος παράγοντας προ-αποπτωτικής πρωτεάσης Bcl-2 α) συνδέεται Apaf-1 απενεργοποίηση β) αναστέλλει απελευθέρωση κυτοχρώματος c
Μηχανισμοί κυτταρικού θανάτου CD95 TNFR-I FADD αλληλουχία θανάτου δραστική αλληλουχία θανάτου κασπάσες 8 or 10 TRADD RIP FADD κασπάσες 3, 6, 7 κασπάσες 8 or 10 αλληλουχίες συγκέντρωσης κασπασών κασπάση 2 RAIDD ΑΠΟΠΤΩΣΗ
Κυτταρική νέκρωση Η νέκρωση επέρχεται όταν κάποιος εξωτερικός παράγοντας (φυσικός ή χημικός) προκαλέσει αύξηση της διαπερατότητας της κυτταρικής μεμβράνης με αποτέλεσμα την έξοδο ιόντων και την είσοδο νερού στο κύτταρο προς αποκατάσταση της ωσμωτικής ισορροπίας με τον εξωκυττάριο χώρο Αν και το αρχικό στάδιο είναι αναστρέψιμο, προοδευτικά επέρχονται μη αναστρέψιμες βλάβες της ακεραιότητας του κυττάρου που χαρακτηρίζονται από συμπύκνωση των μιτοχονδρίων και κατά τόπους ρήξη των μεμβρανών και απελευθέρωση του περιεχομένου του κυττάρου οδηγώντας σε ενεργοποίηση των μακροφάγων και φλεγμονή
Διαφορές απόπτωσης και κυτταρικής νέκρωσης Διαφορές στις μορφολογικές αλλαγές που συμβαίνουν σε κάθε περίπτωση Η απομάκρυνση των αποπτωτικών σωματίων γίνεται χωρίς φλεγμονή ενώ η νέκρωση προκαλεί ενεργοποίηση των μακροφάγων και φλεγμονή Η απόπτωση απαιτεί ενέργεια (ΑΤΡ) ενώ η νέκρωση όχι
Τέλος Ενότητας
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.
Σημειώματα
Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ. http://ecourse.uoi.gr/course/view.php?id=1059.
Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκοντες: Βούλγαρη Παρασκευή, Γουδέβενος Ιωάννης, Δαλαβάγκα Γιοβάννα, Δρόσος Αλέξανδρος, Ελισάφ Μωυσής, Καράσσα Φωτεινή, Κατσούρας Χρήστος, Κοραντζόπουλος Παναγιώτης, Κουλούρας Βασίλειος, Κωλέττης Θεόφιλος, Κωνσταντινίδης Αθανάσιος, Λιάμης Γεώργιος, Λυμπερόπουλος Ευάγγελος, Μηλιώνης Χαράλαμπος, Μιχάλης Λάμπρος, Νάκα Αικατερίνη, Νάκος Γεώργιος, Τσιμιχόδημος Βασίλης. Υπεύθυνος μαθήματος: Αλέξανδρος Α. Δρόσος, Καθηγητής Παθολογίας/Ρευματολογίας «Παθοφυσιολογία Ι. Ανοσολογία - Ρευματολογία». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://ecourse.uoi.gr/course/view.php?id=1059.
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] https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/.