Imunoglobuliny, imunitní odpověď

1. Imunoglobuliny, imunitní odpověď Martin Liška

2. 1. Struktura imunoglobulinů

4. 2. Izotypy • dfct.třídy protilátek, které se rozlišují na základě odlišností H-řetězců • rozeznáváme m (IgM), d (IgD), g (IgG), a (IgA) a e (IgE) • u některých ještě existují subtypy, které jsou základem podtříd

5. 3. Domény a jejich biologické funkce • v principu domény V-regionů formují rozpoznávací jednotku a domény C-regionů určují sekundární biologické funkce protilátky (biologický poločas, distribuci v těle, schopnost vázat komplement, schopnost vázat se na buňky prostřednictvím Fc-receptoru)

6. 4. Variabilní oblast molekuly Ig • hypervariabilní smyčky jsou soustředěny na špici variabilních regionů, kde jsou lokalizována vazebná místa pro antigen • specifita vazebného místa je dána složením sekvencí AMK i morfologií a tvarem smyčky

7. 5. Biologické vlastnosti jednotlivých tříd imunoglobulinů IgG • hlavní sérový Ig • hlavní Ig sekundární imunitní odpovědi • jako jediný přechází placentu • hlavní opsonizující Ig • aktivuje komplement klasickou cestou • biologický poločas 21 dnů

8. IgA • vyskytuje se v séru i seromucinózních sekretech • ochrana sliznic • opsonizace • neaktivuje komplement • biologický poločas 6 dnů

9. IgM • v séru, v monomerní formě vázaný v membráně B-lymfocytů • převažující protilátka primární imunitní odpovědi • vysoce efektivní aglutinační a cytolytické agens • obvykle izohemaglutininy a přirozené protilátky

10. z hlediska aktivace komplementu (klasickou cestou) nejúčinnější protilátka • neváže Fc-receptor fagocytů, ale významně zesiluje fagocytózu aktivací komplementu • biologický poločas 6 dnů

11. IgD • vyskytuje se v séru a na membráně B-lymfocytů • receptor pro antigen na B-lymfocytech • biologický poločas 3 dny

12. IgE • za normálních okolností se v séru vyskytuje v nepatrných množstvích • převážně ve vázané formě na mastocytech (váže se prostřednictvím FceR) • ochrana proti parazitům • účast v alergických reakcích I.typu • biologický poločas 2 dny

13. Podtřídy Ig • podkladem pro ně jsou odlišnosti v H-řetězcích, z čehož plynou i další biologické vlastnosti • IgG1 a IgG3 se podílejí na obraně proti virovým a bakteriálním proteinovým antigenům • IgG2 zajišťují obranu proti antigenům, která nevyžaduje pomoc T-lymfocytů

14. 6. Alotypové a idiotypové variace • alotypy = alelické varianty izotypů • idiotypy = strukturní determinanty ve variabilní oblasti, spojené se schopností vázat antigen • idiotopy = epitopy, které se objevují ve variabilní oblasti (idiotyp je sumou epitopů) • anti-idiotypové protilátky = jsou dfct.odrazem antigenu

15. 7. Genetické základy tvorby Ig a/ geny pro L-řetězec k-řetězec – geny na 2.chromozómu - V, J a C segmenty l-řetězec – zakódován na podobném komplexu genů na 22.chrom.

17. b/ geny pro H-řetězec • složitější • na 14.chromozómu • V, D, J, C segmenty (větší množství genů pro jednotlivé segmenty) • při kompletaci V/D/J exonu dochází k přestavbě

18. K velké diverzitě Ig přispívají: • náhodné rekombinace • nepřesné spojování V, D, J segmentů • změny N-koncových oblastí • rozsáhlé mutace postihující geny variabilních oblastí

19. Izotypový přesmyk • v průběhu imunitní odpovědi dochází u plazmatických buněk k přesmyku od tvorby IgM k produkci IgG nebo jiných tříd Ig (IgA, IgE) • změna postihuje konstantní domény H-řetězce • nedochází však ke změně antigenní specifity !!

20. Alelická exkluze • jakmile je jeden pokus úspěšný, zastaví se další pokusy na druhém chromozómu • platí pro H- i L-řetězce • v důsledku toho vždy každý B-lymfocyt produkuje současně jen jeden typ H- a jeden typ L-řetězce

21. Klonální restrikce • každá B-buňka exprimuje pouze protilátky specifické pro jeden epitop a pokud se dále dělí, nepodstupuje další V/J nebo V/D/J přestavbu • B-lymfocyt a jeho potomstvo jsou identičtí ve své antigenní specifitě a v izotypu k nebo l řetězce

22. Monoklonální protilátky • Protilátky produkované jediným klonem B-lymfocytů, přesněji řečeno buněk uměle vytvořených hybridizací B-bb. s určitou antigenní specifitou (= vytvářejí Ig se stejnou antigenní specifitou) a nádorových buněk (= jsou „nesmrtelné“)

23. Využití monoklonálních protilátek: • Diagnostika (průtoková cytometrie, ELISA, autoprotilátky atd.) • Léčba (anti-IgE, anti-TNF-a, anti-CD3)

24. Humorální imunitní odpověď I • Rozpoznání antigenu specifickým Ig na povrchu naivního B-lymfocytu • Po navázání antigenu/ů dojde k přemostění Ig receptorů a k přenosu aktivačního signálu do nitra buňky; potřebný druhý signál poskytne štěpný produkt C3 složky komplementu • Klonální expanze B-lymfocytu a sekrece malých množství IgM

25. Humoral immune response • The recognition of antigen by specific Ig on the surface of naive B lymphocytu • The binding of antigen cross-links Ig receptors of specific B cells and then activation signals are delivered inside the B cell; the necessary second signal is provided by a breakdown product of the complement protein C3 • Clonal expansion of B cell and secretion of low levels of IgM

26. Humorální imunitní odpověď II • V případě proteinových antigenů dochází k aktivaci antigen-specifických pomocných (CD4+) T-lymfocytů prezentací příslušného antigenu • Pomocné T-lymfocyty exprimují na povrchu CD40L a secernují cytokiny → proliferace a diferenciace antigen-specifických B-lymfocytů, izotypový přesmyk • Afinitní maturace = afinita protilátek vůči proteinovým antigenům vzrůstá při prolongované nebo opakované expozici (B-lymfocyty migrují do foliklů, kde tvoří germinální centra → rychle proliferují a jejich V genové segmenty (Ig) podstupují rozsáhlé somatické mutace; zároveň jim FDC předkládají imunokomplexy → přežívají jen B-lymfocyty, jejichž afinita k antigenu je nejvyšší)

27. Humoral immune response • Protein antigens activate antigen-specific T helper cells which stimulate B cell; antigen presentation of these antigens to T helper cells is required • T helper cells exprime CD40L on their surface and secrete cytokines → proliferation and diferentiation of antigen-specific B cells, isotype switching • Affinity maturation = affinity of antibodies for protein antigens increases with prolonged or repeated exposure to the antigens (B cells migarte into follicles and form germinal centers → proliferate rapidly and their Ig V genes undergo extensive somatic mutations; at the same time, the antigen complexed with secreted antibody is displayed by FDC → B cells that recognize the antigen with high affinity are selected to survive)

28. Fáze humorální imunitní odpovědi

29. Phases of humoral immune responses

30. Primární imunitní odpověď • první expozice antigenu • vytvářeno malé množství protilátek Existují 2 druhy antigenů: • thymus dependentní – je nutná spolupráce s antigen-specifickými Th-lymfocyty; typicky proteinové antigeny • thymus independentní – tvorba protilátek indukována přímo, bez spoluúčasti Th-lymfocytů; typicky polysacharidy, lipidy

31. Primary immune response • First antigen exposure • The amounts of antibody produced is smaller 2 types of antigens: • T-dependent – help from antigen-specific T helper cells is required; protein antigens • T-independent – antibody production is induced directly, without the involvement of T helper cells; typicky polysaccharides, lipids

32. Secondary immune response • Subsequent antigen exposure • Higher amount of antibodies is produced • With protein antigens, secondary responses show increased isotype switching and affinity maturation (= production of antibodies with increased affinity to antigen) • Memory cells involvement

33. Sekundární imunitní odpověď • následná expozice antigenu • vytvářena větší množství protilátek • v případě proteinových antigenů zvýšený izotypový přesmyk a afinitní maturace ((= produkce protilátek s rostoucí afinitou k antigenu) • účast paměťových buněk

34. Primární a sekundární imunitní odpověď • při reinfekci rychle aktivovány paměťové buňky, jejichž produkty rychle potlačí infekci • po infekci dlouho přetrvává poměrně vysoká hladina protilátek • při opakované imunizaci další zvyšování kvality protilátek

36. Afinita a avidita protilátek • afinita = síla, s níž protilátka váže antigen • avidita = vyjadřuje sílu interakce polyvalentní protilátky s polyvalentním antigenem

37. Efektorové funkce protilátek • Neutralizace mikrobů a jejich toxinů • Opsonizace mikrobů (vazba na fagocyty přes Fc-receptory, zároveň stimulace mikrobicidních aktivit fagocytů) • ADCC (Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity) – mikrob opsonizovaný IgG ničen NK-b.po navázání na IK přes Fc-receptor • Aktivace komplementu (klasická cesta)

38. Effector functions of antibodies • Neutralization of microbes and their toxins • Opsonization of microbes (binding to FC receptors of phagocytes, stimulation of microbicidal activities of phagocytes) • ADCC (Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity) – microbe opsonized by IgG is killed by NK cell by its binding to Fc receptor • Complement activation (classical pathway)

39. Ontogeneze imunitní odpovědi a/ prenatální vývoj

40. krvetvorba • mezoblastická fáze – od 2.-3.týdnu gestace • hepatální fáze – od 6.-8. týdne, v játrech krvetvorba přetrvává celé intrauterinní období • myeloidní fáze - od 10.-12.týdne, od 20.týdne je hlavním orgánem hematopoezy

41. T-lymfocyty • prekurzory se objevují kolem 7.týdne gestace, mezi 8.-9.týdnem začíná jejich přestup do thymu, kde se diferencují • přeskupení segmentů pro TCR a jeho exprese na povrchu buňky • selekce

42. B-lymfocyty • jejich prekurzory jsou detekovatelné již 8.den gestace • fetální B-lymfocyty exprimují na povrchu IgM • syntéza specifických protilátek začíná kolem 20.-24.týdne gestace, ale celková koncentrace IgA+M zůstává až do porodu dfct.neměřitelná, IgG se začínají tvořit až po porodu

43. Monocyty-makrofágy • makrofágy lze detekovat kolem 3.-4.týdne gestace • zralé monocyty se ve fetální cirkulaci objevují od 5.měs,věku

44. Neutrofily • zralé jsou detekovatelné mezi 12.-14.týdnem gestace

45. b/ postnatální vývoj B-lymfocyty • jejich zastoupení po porodu klesá • na imunizaci reagují převážně tvorbou IgM, přesmyk na jiné izotypy je pomalejší • pozvolný nárůst tvorby vlastních IgG za poklesu mateřských IgG (kolem 3.-6.měs.) • koncentrace IgM dosahuje hodnot srovnatelných s dospělými v 1.-3.roce života, IgG+A mezi 10.-15.r. • protilátková reakce na polysacharidové antigeny se objevuje až kolem 2.roku života

46. T-lymfocyty • více než 90% má známky naivních, v dospělém věku tento podíl klesá • proliferace po stimulaci mitogeny srovnatelná s dospělými X reakce na specifické antigeny se objevuje až po styku s nimi • nižší cytotoxická aktivita T-lymfocytů

47. Nespecifická imunita • fagocyty novorozenců jsou obecně funkčně méně zdatné • aktivita NK-buněk nižší • snížená celková aktivita komplementu (koncentrace složek 35-70% dospělých)

48. c/ stáří • snížená cytotoxicita NK-buněk a makrofágů • snížená odolnost vůči virovým infekcím, omezená protinádorová imunita • přesmyk od Th1 k Th2 • nižší protilátková odpověď na nové podněty • vyšší produkce autoprotilátek