Transcript predavanje 1

Homeostatska funkcija
imunskog sistema sisara
Princip homeostaze
STATIČNIH ILI
KONSTANTNIH USLOVA U UNUTRAŠNJOJ SREDINI...
...
ODRŽAVANJE
Spoljašnja
sredina
Spoljašnja
sredina
Unutrašnja
sredina
Spoljašnja
sredina
Spoljašnja
sredina
Homeostaza je stanje konstantnosti koje mogućava
opstanak, ali se stvari u spoljašnjem svet menjaju
Uslovi se konstantno menjaju
Spoljašnja
sredina
Spoljašnja
sredina
Unutrašnja
sredina
Spoljašnja
sredina
Spoljašnja
sredina
Ovde se promene ne dešavaju...
Princip homeostaze
Homeostaza imunskog sistema
 Homeostazu u imunskom
sistemu održava veliki broj
mehanizama koji obuhvataju
regulisanje aktivacije imunskih
ćelija i programirane ćelijske
smrti.
 Prekid imunske homeostaze
može dovesti do fatalnih
zapaljenskih bolesti
 Urođeni i adaptivni imunitet se
sastoje od ćelija i molekula koji
rade zajedno u cilju borbe protiv
infekcija mirkroorganizmima i
održavanju homeostaze
Patogeni
narušavanje
Homeostaza
Bolest
obnavljanje
Imunski odgovor
bakterije
nasleđe
Protozoe
Štetan način života
gljive
patogeni
virusi
polutanti
narušavanje
homeostaza
bolest
obnavljanje
Imunski odgovor
Disfunkcija organa
Funkcije i manifestacije imunskog
odgovora
Funkcije
Normalne Manifestacije
Imunska
odbrana
borba protiv infekcije
Imunska
Eliminacija oštećenih i starih ćelija
homeostaza
Tolerancija na sopstvene ćelije
Imunski
nadzor
Poremećene Manifestacije
Hipersenzitivnost
Imunodeficijenicije
prekid imunske modulacije
Autoimunske bolesti
uništavanje transformisanih ćelija
Tumor
(anti-tumorski odgovor)
Prevencija perzistentnih infekcija Perzistentna virusna infekcija
Koža
sprečava ulazak
patogena i na taj
način održava
homeostazu
SKIN
Mukozne površine
 Primarna funkcija IgA je održavanje homeostaze u
Gastrointestinalni trakt mukoznim i diverzifikacija IgA ima esencijalnu ulogu u
regulaciji crevne mikroflore.
 Dinamična diverzifikacija i konstantna adaptacija IgA
odgovora na lokalne mikrobe zahteva ekspresiju
aktivacijom indukovane citidin deaminaze od strane B Ly i
kontrolu od strane T folikulskih pomoćničkih i Foxp3+ T Ly
u germinalnim centerima.
•Respiratorni trakt
•Urinarni trakt
•Reproduktivni trakt
 Fini regulatorni mehanizmi sinteze IgA u germinalnim
centerima Peyerovih ploča i naglašavanje uloge CD4+ T Ly
za selekciju IgA i uspostavljanje odgovarajuće crevne
flore je neophodno za održavanje homeostaze.
Inflamacija
“rubor et tumor cum calore et dolore”
(crvenilo i otok sa toplotom i bolom)
--Cornelius Celsus in De Medicina,
kasnije je dodat “functio laesa” (poremećaj funkcje)
Inflamacija je odgovor na opasne uslove (infekcija i
povreda tkiva/rane) u pokušaju da se obnovi homeostaza
Kako imunski sistem uspostavlja delikatan
balans između efikasne odbrane i
autoimunosti?
1.
Da se pojača ili prekine odgovor?
2. Gde da se ubije?
3. Koje ćelije da se ubiju?
4. Kako da se uspostavi raznovrsnost u
odbrambenom arsenalu, a da se ne
ode u autodestrukciju?
Regulacija imunskog odgovora
• Intezitet imunskog odgovora određen je:
– Ag indukovanom aktivacijom limfocita
– Negativnim regulatornim uticajima koji
sprečavaju ili smanjuju odgovor
• Regulatorni mehanizmi koji deluju u svim
fazama imunskog odgovora
– Prepoznavanje
– Aktivacija
– Efektorska funkcija
Imunoregulacija
 Sposobnost imunskog sistema da kontroliše i reguliše
sopstveni odgovor je označena kao imunoregulacija.
I) Imunoregulacija na genskom nivou
II) Imunoregulacija na molekulskom nivou
III) Imunoregulacija na ćelijskom nivou
Imunoregulacija na
molekulskom nivou
1. Regulacija antigenom
2. Regulacija antitelom
3. Regulacija komplementom
4. Regulacija kostimulatorima i receptorima
5. Regulacija citokinima
1. Regulacija antigenima
Doza Ag - visoke vs male doze
Mesto ulaska Ag
Strukturne karakteristike: kompeticija
antigena
Hemijska priroda Ag – polisaharidi vs proteini
Solubilni vs intracelularni Ag
Uloga adjuvansa
1. Regulacija u odgovoru na Ag
• Prepoznavanje:
– u odsustvu kostimulacije → anergija
• Aktivacija:
– interakcija CTLA-4 sa CD80/CD86 → smanjena
regulacija T ćelija (smanjuje se aktivacija)
• Efektorska funkcija:
– Previše Ag → toleranca
2. Regulacija antitelima
 Regulacija Ag-At kompleksima – At feedback
regulacija
 IgM ---- pozitivna feedback regulacija
 IgG ---- negativna feedback regulacija
 Regulacija idotipe-anti-idiotip mrežom
17
2. Regulacija antitelima
• Aktivacija/Efektorska
funkcija:
– Receptor cross-linking:
Ag/Ab kompleksi se
vezuju za Fc receptore i
prenosi se inhibitorni
signal u B ćeliju
2. Regulacija antitelima
• Aktivacija:
– At/Ag imunski
kompleks se vezuje
komplement (C3d),
lokalizuje se na
APĆ preko
receptora za
komplement
2. Idiotip i idiotipska mreža
• Prepoznavanje:
– Idiotip/anti-idiotip At
interakcija može da stimuliše
ili inhibira imunski odgovor
(npr. anti-idiotip At može da
blokira vezivanje Ag)
– Blokiranje At: At se takmiči
sa B ćelijama za Ag
– Ova At su prisutna u maloj
količini u pulu Ig kod svih
ljudi i učestvuju u normalnom
humoralnom i ćelijskom
odgovoru
JERNEova idiotipska mreža
(Nobelova nagrada 1984)
 Idiotipske determinante su imunogeni
 Anti–idiotip At su formirana sledeći formiranje
anti-Ag At
 Anti-idiotip At indukuje anti-anti-idiotipski
odgovor
 To dovodi do postepenog slabljenja imunskog
odgovora protiv datog Ag
Idiotip/anti-idiotip mreža
Anti-Idiotip i imunska regulacija
– anti-idiotip odgovor-antitela produkovana
specifična za Ig ili TCR idiotipove koja
služe za smanjenje imunskog odgovora
3. Regulacija komplementom
• Promoviše prihvatanje Ag od strane APĆ:
CR1 receptor na APC vezuje C3b-Ag-At
kompleks
• Promoviše aktivaciju B ćelija:
CR1, CR2 na B ćelijama
4. Regulacija kostimulatorima i
receptorima
• T ćelija: B7 ------ CD28, CTLA-4
• B ćelija: CD40L ------ CD40, FcRⅡB
25
5. Regulacija citokinima
• Citokini su pozitivni ili negativni regulatori
– Produkuju ih različite ćelije
– Deluju na mnogim stupnjevima imunskog
odgovora
– U zavisnosti od sredine
• drugi citokini i receptori
– Regulišu tip i obim imunskog odgovora
STIMULATORNI I INHIBITORNI
CITOKINI
•
•
•
•
•
•
•
•
IL-2
IL-1
IL-4
IL-5
IL-6
IL-12
IL-18
IFN- 
•
•
•
•
•
•
•
IL-4
IL-10
IL-11
IL-13
TGF-
IFN-/
IFN-
Citokinska regulacija posredstvom
TH1 – TH2 balansa
Th2
visok afinitet
izmeđuTCR i APC
IFN-g
IL-4
IL-10 & TGF-b
IL-12
IL-18
nizak afinitet
izmeđuTCR i APC
niska [Antigena]
Th1
visoka [Antigena]
Th1 versus Th2 balans
Bolest
Th1
Th2
Eksperimentalno
Leishmaniasis
Lečenje
Progresija
Eksperimentalni autoimunski
encefalomijelitis
Progresija
Tuberkuloza
Prevencija
Lečenje/ Prevencija Progresija
Atopija
Prevencija?
Progresija
Dijabetes Tip 1 (NOD)
Progresija
Prevencija
Imunoregulacija na
ćelijskom nivou
1. Značaj APĆ u regulaciji
2. Regulacija među subsetovima T ćelija
3. Regulacija pomoću regulatornih T ćelija (Treg)
4. Regulacija B ćelijama
5. aktivacijom indukovana ćelijska smrt (engl.
activation induced cell death, AICD)
1. Regulacija od strane APĆ
• Profesionalne vs. neprofesionalne APĆ
• Interakcija CD40L na T ćelijama i CD40 na APĆ
• Nivo ekspresije MHC na APĆ
• Količina produkovanih citokina od strane APĆ
• Unakrsna prezentacija (cross-priming) virusnih Ag u sklopu MHC I od
strane APĆ CD8+ T ćelijama
• APĆ ubijaju posredstvom citotoksičnih T ćelija
2. Regulacija među subsetovima T ćelija
 Th1 ćelije stimulišu ćelijski
imunitet
suprimirajući
humoralni imunitet
Interakcija Th1 i Th2
Th0
+IL-12
+IL-4
Multidimenzionalna imunska homeostaza
Th1
IL-2
IFN-
Cell mediated
immunity
 Th2 ćelije stimulišu humoralni
imunitet suprimirajući ćelijski
imunitet
Th2
inhibit
IL-4
IL-10
Humoral
immunity
Centralna i
periferna
toleranca
Centralna Toleranca
Mehanizmi periferne tolerance
3. Regulacija regulatornim T ćelijama
• Regulatorne T ćelije (Treg) ne sprečavaju
inicijalnu aktivaciju T ćelija
– Inhibiraju odgovor koji se održava
– Sprečavaju hronične i potencijalno oštećujuće
imunske odgovore
• Nema karakteristike Th1, Th2, Th17
• Suprimira Th1 i Th2 odgovore
Poreklo CD4+ regulatornih T ćelija
CD4+ Treg
?
Endogene
Indukovane tokom
Prirodno nastale imunskog odgovora
Regulacija regulatornim T ćelijama
• Tipovi Treg: prirodne
– U timusu nastaju CD4+CD25+Foxp3+ = Treg
• CD25
• Foxp3 = transkripcioni faktor, defekti
(„scurfy“ miševi i osobe koje nemaju Foxp3)→
autoimunske i inflamatorne bolesti
• kod ljudi
 značajan broj neregulatornih T ćelija nakon aktivacije ispoljava
Foxp3
 Indukcija Foxp3 sa TGF-β ne dovodi do regulatornog fenotipa T
ćelija
– Supresija na ćelija-ćelija zavisan način
• Mehanizam nepoznat
Šta usmerava T ćelije u razvoju da
postanu prirodne regulatorne T
ćelije?
I hipoteza: ćelije koje će postati Treg
selektuju se na osnovu osobine njihovih
receptora da prepoznaju sopstvene antigene
II hipoteza: regulatorne i neregulatorne T
ćelije imaju sličan receptorski repertoar
Prirodne CD4+ regulatorne T ćelije
9
10000
 Dominant self-tolerance
Autoimmunity
 Unique lineage of CD25 (IL-2R) T cells
FL3-H: CD4 TriColor
1000
+
 1-10% of thymic or peripheral CD4+ T
100
Allergy
10
1
1
10
100
1000
10000
FL2-H: CD25 P E
Tissue
regeneration


cells
In resting, endogenous T cell repertoire
Rodents,
human and non-human primates
+
+
CD4 CD25
Treg cells
Mucosal
 Gastritis
Immunity
 Oophritis
Transplantation
• Depletion
• Day3 thymectomy
Normal
• Genetic anomalies
Immune
• Irradiation
responses
• Infections
• Drugs
Infectious
disease
Tumor
Immunity
 Orchitis
 Thyroiditis
 Pancreatitis
 Colitis
Auto Abs
CD4+CD25+ prirodne Treg ćelije
glavni prekidač periferne tolerance
Regulacija regulatornim T ćelijama
• Tipovi Treg: indukovane Treg
– Na periferiji neke T ćelije se indukuju u Treg
– Zahtevaju Ag, IL-10, ili TGF-β
• IL-10: CD4+ CD25+ Foxp3- ovo su Tr1
• TGF-β: CD4+ CD25+ Foxp3+
• Ag: CD4+ CD25- Foxp3-
– Supresija produkcijom citokina:
• Tr1 sa IL-10
• Indukovane Treg sa TGF-β
• T efektorske memorijske ćelije sa IL-2, IFN-γ, i dr
Indukovane CD4+ regulatorne T ćelije
Thymic CD4+ T cell pool
Peripherally-induced
CD4+ Treg cells
( iTreg )
APC
+ Peripheral
differentiation
signals
_
Activated
Effector
T cell
Autoimmunity
Transplantation
Tumor Immunity
Infectious disease
Regulacija regulatornim T ćelijama
• Tipovi Treg: CD8+ Treg (CTL2 ćelije)
– oslobađaju spektar citokina sličnih Th2
ćelijama: IFN-γ, IL-6, IL-10
– Diferencijacija je pod uticajem CD4+ citokina,
Ag, i IL-10
• CD8+ Foxp3+
– Supresija na ćelijskim kontaktom
• Downregulacija kostimulatornih molekula na APĆ →
toleranca
• Primed od strane CD4+ tokom 1°, supresija tokom 2°
Treg su neophodne
tokom čitavog života da
bi očuvale toleranciju
imunskog sistema i
sprečile razvijanje
fatalne autoimunosti
IL-10
TGF-β
Doprinos svih populacija Treg je podjednako bitan:
Eksperimenti neonatalne timektomije
Transfer perifernih T ćelija bez Treg u limfopeničnog domaćina
Tipovi regulatornih T ćelija
1. Supresija inhibitornim citokinima
Osim za supresorsku funkciju, IL-10 i TGF- su
značajni i za razviće Treg. Međutim, u in vitro
studijama blokiranje receptora za ove citokine
nije značajno narušavalo njihovu reg f-ju.
Ekspreimentalni modeli astme- funkcija je
delimično zavisna od IL-10. Ali adoptivni transfer IL-10-/- Treg takođe dovodi pozitivnog
ishoda što ukazuje da su Th2 ćelije podložne modulaciji IL-10, ali i da regulacija nije
zavisna od sekrecije IL-10 od strane Treg.
U IBD i u tumorskoj mikrosredini Treg koje sekretuju IL-10 su ključne za regulaciju imunog
sistema a ove funkcije su kontakt-nezavisne
Za TGF- je pokazano da je bitan u razvoju inducibilnih Treg ali i za f-ju u modelu IBD.
Pokazano je da je membranski TGF- u vazi za supresijom funkcije CD8+ T ćelija u
pankreasnim ostrvcima
IL-35 je neophodan za maksimalnu supresiju od strane Treg. Pripada familiji IL-12 citokina
gde je za p35 vezan Ebi3 (epstain bar induced gen 3) prisutan i u IL-27 sa p28
subjedinicom)
2. Supresija citolizom
• Sem NK i CD8+ i Treg ispoljavaju
citotoksicnu aktivnost nakon
adhezije CD18.
Kod ljudi aktivirane prirodne Treg ćelije produkuju granzim A putem koga
zajedno sa perforinima sprovode ćelijsku smrt posredovanu Treg ćelijama
Kod miševa je regulacija apoptozom efektorskih T ćelija posredovana
granzimom B a nezavisna od perforina i veoma rano u razviću Treg je
povećano prepisivanje gena za ovaj enzim
Supresija B ćelija granzimom B koja je delimično zavisna i od
perforina
Citolizu NK i CTL usmerenih protiv tumora Treg vrše na način zavisan
od granzima B i perforina
Drugi kandidati za posrednike citolize su:
TRAIL-DR5 put, galektin-1
3. Supresija metaboličkim prekidom
 Neki radovi ukazuju da Treg visokom
ekspresijom CD25 brzo troše IL-2 i tako
indukuju apoptozu efektorskih T ćelija koje
ostaju bez ovog faktora rasta
 Supresija intracelularnom i
ekstracelularnom sintezom andenozinskih
nukleozida. Ektoenzimi CD39 i CD73 generišu
pericelularni adenozin koji preko adenozinskig
receptora A2R inhibira efektorske T celije. +
povećava se broj Treg i TGF-b, a smanjuje nivo
IL-6 (time i Th17) aktivacijom ovog receptora.
Inhibicija modulacije DĆ ka tolerogenom
fenotipu.
 Sem ovoga transfer cAMP u T efekrotske
ćelije kroz gap veze suprimira njihovu
aktivnost
4. Supresija modulacijom DĆ
Iako postoji malo podataka, opisani su
mehanizmi atenuacije funkcije DĆ u
aktvaciji T ćelija nakon interakcije sa
Treg.
Treg imaju konstitutivno ispoljene
CTLA4 molekule, a blokirajuća antitela
za ovaj molekul smanjuju inhibiciju
aktivacije T ćelija pomoću DĆ.
Treg indukuju povećanje indolamin-2,3dioksigenaza (IDO) u DĆ.
Treg downregulišu ekspresiju
kostimulatora CD80/86 na DĆ.
Treg mogu da spreče maturaciju DĆ,
makrofaga i monocita iako precizni
mehanizmi nisu poznati (CTLA4, IL-10,
TGF-)
•LAG3, homolog CD4 molekulu, koji
veže MHC II aktivira SHP1 i suprimira
maturaciju DĆ
•Treg mogu da modulišu mesta
inflamacije regurutovanjem mast ćelija
preko IL-9, a pokazano je da ove ćelije
čine vazne medijatore indukcije
tolerancije na periferne alografte
Da li efektorske T ćelije
potenciraju funkciju Treg ćelija?
Koliko mehanizama je potrebno
Treg ćelijama?
 sve Treg ćelije, bez obzira na poreklo i način
aktivacije, za svoju supresorsku ulogu koriste pre
svega jedan najefikasniji i najrasprostranjeniji
mehanizam
 jedna uređena mreža mnogobrojnih mehanizama i
molekula međusobno povezanih na određen način
je neophodna za potpuno funkcionisanje Treg
ćelija
 Treg poseduju veći broj molekula i mehanizama
nego što je to potrebno za njihovo funkcionisanje
Kontrola imunske patologije Treg ćelijama
Potencijalni mehanizmi Treg
posredovane supresije
Hemokinski receptori su uključeni u navođenje
Treg do specifičnih tkiva i mesta
Aktivacijom indukovana ćelijska smrt
(AICD)
AICD: apoptoza aktiviranih
T ili B ćelija posredstvom
Fas(CD95)
•
Apoptoza ciljne ćelije:
FasL na Tc vezuje se za Fas na
ciljnim
ćelijama-----indukcija
apoptoze ciljne ćelije.
•
Apoptoza aktiviranih T ćelija:
Fas je takođe eksprimiran na
aktiviranim Tc ili B ćelijma
FasL na aktiviranim T ćelijama se
vezuje za Fas na aktiviranim T ili B
ćelijama i indukjuje se njihova
apopotoza.
(FasL)
(Fas)
Imunska homeostaza: balans između
aktivacije limfocita i kontrole aktivacije
Aktivacija
Efektorske T ćelije
Toleranca
RegulatorneT ćelije
Normalno: reakcija protiv patogena
Ne reagovanje na sosptvene Ag
Patološki: inflamatorne bolesti, npr .
Kotrolisanje odgovora na patogene
Uzrokovane reakcijom protiv sopstvenih Ag
Regulacija na sistemskom nivou
• Regulacija neuro-endokrino-imunske mreže:
Nervni i endokrini regulišu imunski sistem.
Imunski sistem reguliše nervni i endokrini sistem.
• Neuroendokrina regulacija imunskog sistema
-većina limfoidnih tkiva poseduje simpatičku inervaciju
- limfociti eksprimiraju receptore za različite hormone,
neurotransmitere i neuropeptidaze