ImmunológiaHogyan működik az immunrendszer?

http://www.szote.u-szeged.hu/mdbio/oktatás/immunológia

password: immun

Hogyan működik az immunrendszer?Milyen stratégiája van?

Milyen szervek / sejtek alkotják?Mely gének határozzák meg működését?

Az immunológia a szervezet védekezőképességét, annak szerveit, sejtjeit, molekuláris mechanizmusait tanulmányozza.

Az immunrendszer a szervezetet külső és belső kórokozóktól védőrendszer, ami molekuláris- és sejtes védőmechanizmusokból szerveződik és a neuro-endokrin rendszerrel összehangoltan működik.

Az immunrendszer érzékszerv, amely a szervezet külső és belsőmikrobiológiai környezetének észlelésére alkalmas és megfelelőválaszreakciókra is képes.

Az immunrendszer egyes mechanizmusai már a mikróbáknál is megtalálhatók, a növények védekező rendszere fejlett, de nem olyan összetett, mint az állatoké.

A gerincesek kialakulásával párhuzamosan az evolúció az immunrendszer organizációjában új szinteket hozott létre

Az immunrendszer működése során alapvető jelentőségű a „saját” és az „idegen”, a „közömbös” és a „veszélyes” megkülönböztetése.

Az immunrendszer képes észlelni és megkülönböztetni molekuláris mintázatokat, amelyek egy részét az evolúció a szervezetre veszélyesnekminősítette. Ezek jelenlétére a válasz genetikailag kódolt.

A gerincesek adaptív immunrendszere képes kombinatorikus receptorok előállítására, amelyek szinte bármilyen molekula specifikus felismerésére képesek. Az adaptív immunrendszer által észlelt molekulák antigénnektekinthetők.

Az antigén nem azonos a patogénnel: a saját szervezet, a táplálék, az egészséges bélflóra antigénjeit is észleli az IR.

A antigén jelenlétére az immunrendszer sokféle választ adhat, ezek spektruma a teljes toleranciától a pusztító reakcióig változhat.

A tolerancia aktív folyamat, nem azonos a válasz hiányával (ignorancia). Az élővilág szempontjából érdektelen molekulák is lehetnek antigének.

Az immunrendszer feladatai

A soksejtű szervezeten belül „veszélyes idegen” sejtek nem fordulhatnak elő

A szervezet genetikai egységének megőrzéséhez elengedhetetlen a saját és az idegen sejtek megkülönböztetése

A soksejtű lények esetében különféle sejttípusok fordulnak elő egyazon szervezetben.

Az eltérő módon differenciálódott sejtek azonos genommal rendelkeznek, de igen eltérő molekuláris mintázatokat (fehérjéket, anyagcsere termékeket) tartalmaznak

A genom változását (mutációk, genetikai paraziták) meg kell akadályozni, „veszélyes saját” sejteket el kell pusztítani:

a genom változatlanságát az immunrendszer őrzi

Megkülönböztetési stratégiák

Mérettartomány alapján történő megkülönböztetés:nagyobb a makromolekuláknál, de kisebb a vörösvérsejteknél

Saját sejtek jelölése: jellemző molekuláris mintázatok (szénhidrát oldalláncok, sziálsav, MHC fehérjék, stb.)

Saját sejtekre jellemző molekuláris mintázatokExtracelluláris matrix (ECM), sejtfelszíni fehérjék, sejtadhéziós fehérjék

(CAM), glikoproteinek szénhidrát oldalláncai, (sejtfal alkotó molekulák)

A fehérjék szénhidrát oldalláncai az endoplazmás retikulumban és a Golgiban alakulnak ki, a glikoziláló enzimek száma, specificitása a fajra (egyedre) jellemző

A szénhidrát oldalláncok fontosaka sejt-sejt felismerésben (CAM) és a saját-idegen felismerésben

A szénhidrát oldalláncokat specifikusan felismerő fehérjéket lektineknek nevezzük

Megkülönböztetési stratégiák

Mérettartomány alapján történő megkülönböztetésSaját sejtek jelölése: jellemző molekuláris mintázatok

A kórokozók jellegzetes molekuláris mintázatának észlelésére szolgálómolekulák:receptorok, idegeneket jelző jelfolyamatok, védekezési mechanizmusok

baktériumok: lipopoliszaharidok, lipopeptidek, csillók, stb.gombák: polimannán, kitin, stb.férgek, nematódák, mételyek: kitinvírusok: kristályszerű szerkezeteknövények: cellulóz, klorofill

Idegenek felismeréseA toll gén mutációja következtében a Drosophila érzékennyé válik gombás

fertőzésekre.A toll génnek számos homológja van gerinctelenekben, gerincesekben,

sőt növényekben is.

Idegenek felismerése: toll-like receptorok

Mintafelismerő receptorokra jellemzőek a leucin-gazdag ismétlődőszekvenciákból (leucine-rich repeats, LRR) álló ligand-kötőektodomének

alfa hélixek

béta redők

Megkülönböztetési stratégiák

Mérettartomány alapján történő megkülönböztetésSaját sejtek jelölése: jellemző molekuláris mintázatok (sziálsav, MHC

fehérjék)A kórokozók jellegzetes molekuláris mintázatának észlelésére szolgáló

molekulák, receptorok, idegeneket jelző jelfolyamatok, védekezési mechanizmusok indítása

Membrán-roncsoló kémiai rendszerek: komplement, defenzinekterjedést gátló mechanizmusok: véralvadásszabadgyökös pusztítás: hemoglobin, hemocianin

A megtámadott „saját” sejtek vészjelzéseinek észlelése: citokinekA „saját” sejtek károsodásának, pusztulásának (stressz) érzékelése,

stressz-elhárító folyamatok megindulása: ATP, IL-1, hsp fehérjék

Megkülönböztetési stratégiák

Mérettartomány alapján történő megkülönböztetésSaját sejtek jelölése: jellemző molekuláris mintázatok (sziálsav, MHC

fehérjék)A kórokozók jellegzetes molekuláris mintázatának észlelésére szolgáló

molekulák, receptorok, idegeneket jelző jelfolyamatok, védekezési mechanizmusok indítása

Membrán-roncsoló kémiai rendszerekA megtámadott „saját” sejtek vészjelzéseinek észleléseA „saját” sejtek károsodásának, pusztulásának (stressz) érzékelése,

védőmechanizmusok, stressz-elhárító folyamatok megindulása

Egyes „saját” molekulák mennyiségének változását (vagy pl. lokális anoxiát) észlelő rendszerek

hosszabb életű magasabbrendűeknél a genetikai egység védelme (intracellulárisparaziták, mutációk, tumorsejtek ellen) elengedhetetlen

Az immunrendszer „fegyvernemei”

A velünk született (természetes) immunrendszer – innate immunitygenetikailag meghatározott,az evolúció során alakult ki,„hagyományos” ellenségek ellen hatásos,lassan reagál új kihívásokra, nincs memóriája,genetikailag igen költséges,nagyon megbízható

Adaptív (szerzett) immunrendszer – adaptive immunitygyors, rugalmas, specifikus, emlékezik,bármilyen ellenség ellen képes védeni,egyedülálló rekombinációs genetikai háttér,tanulási folyamatot igényel, önpusztító hatását korlátozni kell

A két rendszer egymásra épül, együtt működik, feltételezi egymást

Az immunrendszer sejttípusai

Vérképzés:az őssejtek (HSC) aszimmetrikus osztódása – a differenciálódás kivédése

progenitor: folyamatos osztódás, nincs G0

a sztrómasejtekirányító szerepea progenitorokkeletkezésében

programmozott sejt-halál

A természetes immunrendszer sejttípusai

A természetes (innate) IR ősi,az evolúció során kialakult gének termékeivel véd, nincs memóriája

A természetes IR humorális(defenzinek, citokinek) és sejtes mechanizmusokkal rendelkezik, amelyek együttműködnek

A természetes IR sejtjei az elpusztított kórokozók antigénjeit bemutatják az adaptív IR sejtjeinek és meghatározzák a védekezés módját

Az immunrendszer sejttípusai: a falósejtek

–2.3. Gergely

Makrofágokés polimorf magvúak

Betolakodók elpusztítása,

Szövettörmelékek eltakarítása,Antigének bemutatása

Az immunrendszer működé-sének összehangolása:

Citokinek, növekedési faktorok, kemoattraktánsok termelése

Az immunrendszer sejttípusai: a neutrofil granulocita

A neutrofil granulociták a legnagyobb számban előforduló immunsejtek

Bekebelezik, elpusztítják és megemésztik a patogéneketReaktív oxigén gyökök, NO és HClO (hipoklorit) termelő képesség

Az immunrendszer sejttípusai: a neutrofil

• Polimorf neutrofil granulocitaStaphylococcus aureus sejteketfagocitál

• A sejtek szabadgyököket és reaktív vegyületeket termelve pusztítják el a bekebelezett organizmusokat, gyakran maguk is belepusztulnak - genny

–2.3. Gergely

A monocita és a makrofág• Szöveti makrofág (kék) S.

aureus sejteket fagocitál

• Mintafelismerő receptoraik segítségével ismerik fel a patogéneket.

• A mikrobiális sejtek alkotórészei is képesek aktiválni a makrofágokat

• Monocita, Kupffer-sejt, alveoláris makrofág, hisztiocita, mikroglia,mezangiális sejt, DC, stb.

Az immunrendszer sejttípusai: a makrofág

Baktériumokat fagocitáltmakrofág elektron-mikroszkópos képe

A makrofág feladata nem a behatoló mindenáron valóelpusztítása, hanem alkotórészeinek bemutatása

Az immunrendszer sejttípusai: a makrofág

• A makrofág fluoreszkálóbaktériumokat emészt (UV mikroszkópos kép)

• A makrofág dendritikussejtté tud differenciálódni

Az immunrendszer sejttípusai: dendritikus sejtek

• A dendritikus sejtek antigén felmutatásra specializálódott makrofágok

–2.3. Gergely

Az immunrendszer sejttípusai: Langerhans sejtek

• A Langerhans sejtek (itt HLA DR ellenes ellenanyaggal festve) antigén felmutató sejtek, amelyek hálózatot alkotnak az epidermiszben

–2.3. Gergely

Az immunrendszer sejttípusai: az eozinofil

• Az eozinofil és bazofil granulociták, a hízósejtek az eukarióta paraziták és férgek elleni védelemben játszanak meghatározó szerepet.

• Allergiás reakciók szereplői (IgE, IL-5, hisztamin)

A természetes immunrendszer sejttípusai

A természetes ölősejtek (naturalkiller cell, NK) a limfoid progeni-torokból alakulnak ki. A termé-szetes IR egyetlen tagja, amely limfoid eredetű

A saját MHC fehérjével meg nemjelölt sejteket elpusztítják.

Döntő szerepet játszanak a DC „oktatásában” így a vírus-fertőzött és tumorsejtek közvetlen vagy közvetett elpusztításában

Az immunrendszer sejttípusai: a limfociták

• A T és B-limfociták az adaptív immunrendszer sejtjei,

• Egyedülálló genetikai enzimrendszerük segítségévelszinte bármilyen antigén felismerésére képesek

–2.3. Gergely

Az immunrendszer szervei

csontvelő,

csecsemőmirigy: tímusz,

nyirokrendszer, lép,

GALT (gut-associated lymphoidtissue)mandulák, féregnyúlványPeyer-plakk,

MALT (mucosal-associatedlymphoid tissue)a nyálkahártya immunrendszere

BALT (bronchial-associatedlymphoid tissue)a tüdő immunrendszere

–2.3. Gergely

Az immunrendszer szervei: a csontvelő

• A csontvelő vérképző őssejtjei folyamatos osztódásban vannak,

• Differenciálatlan őssejtek és progenitor sejtek egyaránt termelődnek

• A differenciálódást és irányát a sztrómasejtek, citokinek és növekedési faktorok határozzák meg

Az immunrendszer szervei: a csecsemőmirígy

A timuszban folyik a T-sejtek érése és „oktatása”. A T-sejtek túlnyomó többsége alkalmatlannak bizonyul és elpusztul még a csecsemőmirigyben.

A tímuszt alkotó lobusokkérgi állománya éretlenT-sejteket és epitélsejtekettartalmaz, a velőben érettT-sejtek, DC, makrofágokés medulláris epitélsejtekvannak.

A Hassal-féle testben az el-pusztult sejtek lebontásafolyik

Az immunrendszer szervei: a nyirokcsomó

A kéregalatti rész T-sejekben, a follikulus B-sejtekben gazdag.

A medullában makrofágokat és plazmasejteket találunk. A naiv B-sejtek a vérárammal érkeznek és a venulákból lépnek ki a nyirokcsomóba, majd a nyirokkal távoznak.

Az antigének a bejáramlónyirokkal, B-sejtekkel ill.makrofágok révén kerül-nek a nyirokcsomóba.

A másodlagos follikulusintenzív B-sejt osztódáshelye.

Az immunrendszer szervei: a nyirokcsomó

• Az antigénnel való talál-kozás után az aktivált B-sejtek a csiraközpontokba (germinal center) kerülnek,

ahol a follikuláris dentritikussejtek (FDC) felszínén kötött anti-génekkel és T-sejtekkel kölcsönhatva

alakulnak át nagy affinitásúellenanyagokat termelni képes plazmasejtekké vagy memória-sejtekké.

Az immunrendszer szervei: a lép

A lépet tápláló artéria öbleit (sinusok) vörös pulpa veszi körül, amelyben vvt, vérlemezkék, makrofágok, granulocitáktalálhatók. A központi arteriolák körül fehér pulpa van, ez nyirokszövet.

Az arteriolák közelében T-sejtekben gazdag zóna található, a marginális zónák B-sejtekből állónyiroktüszők.

Az immunrendszer szervei: a Peyer- plakk

• A nyálkahártya epitél-sejtek közt elhelyezkedőkülönleges M-sejt bazo-laterális felszínén kialakult „zsebben” makrofágokat,T- és B-sejteket találunk.

• A felvett antigén hatására a Peyer-plakk follikulusa-iban levő B-sejtek IgAtermelő plazmasejtekkéalakulnak. Az IgA moleku-lákat az epitélsejtek transz-citózissal a nyálkahártya felszínére juttatják