Imunochémiaštúdium štruktúry protilátok a ich schopnosti viazať antigény rôznej štruktúry

štúdium imunitného systému

Ing. Michal Kaliňák5. posch. č. dv. 511

kl. 513, 512

Imunochémia

Podmienky zápočtu

• prítomnosť na prednáškach (možné 2 ospravedlnené absencie)

• vypracovanie a prezentovanie referátu

Odporúčaná literatúra

• Buc Milan: Imunológia, Veda, 2001• Ferenčík M. a kol: Zápal, horúčka, bolesť,

Slovart, 1997• Ferenčík M. a kol: Imunológia: základné termíny

a definície, SAP, 2001• Kontseková E.: Základy imunológie, UK, 2004• Abbas A. K.: Cellular and Molecular

Immunology, 2005• Roitt Ivan: Essential Immunology, 2006• Janeway C.: Immunobiology, 2004• Paul W. E.: Fundamental Immunology

Internetové zdroje

Texty o imunológii• www.wikipedia.org (immune system)• en.wikibooks.org/wiki/Immunology• www.theimmunology.com• www.hhmi.org/biointeractive/immunology/index.html

Animácie• www.blink.biz/immunoanimations

Imunologický slovník• www-micro.msb.le.ac.uk/MBChB/ImmGloss.html

1721 Mary Wortley MONTAGU variolizácia (imunizácia proti pravým kiahňam)

  Ján Adam RAYMAN  

1798 Edward JENNER vakcinácia

1866 Joseph LISTER dezinfekcia

1880 Louis PASTEUR oslabené živé vakcíny

1884 Elie METCHNIKOFF fagocytóza

1885 Louis PASTEUR vakcinácia proti besnote

1888 George NUTTALL baktericídne vlastnosti krvi

1890 Emil von BEHRING antitoxínová séroterapia

1897 Paul EHRLICH štúdium imunity

1903 Almroth WRIGHT úloha séra vo fagocytóze

  Stewart DOUGLASS  

1923 Gaston RAMON toxoidná imunizácia

1957 Alick ISAACS interferóny

  Jean LINDENMANN  

Historické medzníky v imunológii

Historické medzníky v serológii1896 Max GRÜBER aglutinačná metóda

  Herbert DURHAM  

1896 G. Fernand WIDAL aglut. metóda pre horúčku brušného týfusu

1897 Rudolf KRAUS precipitačná metóda

1898 Jules BORDET komplement

1901 Jules BORDET popis väzby komplementu

  Octave GENGOU  

1906 August von WASSERMANN metóda využivajúca väzbu komplementu (sifilis)

1942 Albert COONS fluorescenčná protilátka

1945 R.R.A. COOMBS antiglobulínové testy

1946-48 Örjan OUCHTERLONY difúzne gélové metódy

  Jacques OUDIN  

  Stephen ELEK  

1953 Pierre GRABAR imunoelektroforéza

  Curtis WILLIAMS  

1959-60 Solomon BERSON rádioimunoanalýza

  Rosalyn YALOW  

Historické medzníky v imunochémii

1906 F. OBERMAYER zmenené proteínové antigény

  E. PICK  

1907 S. ARRHENIUS monografia imunochémie

1917 Karl LANDSTEINER haptény

1929 Michael HEIDELBERGER kvantitatívna chemická serológia

1934 J. MARRACK reakcia antigén-protilátka

1938 Elvin KABAT protilátky ako globulíny

  Arne TISELIUS  

1958 Rodney R. PORTER štruktúra imunoglobulínov

1959 Gerald M. EDELMAN štruktúra imunoglobulínov

1966-68 K. ISHIZAKA štúdium IgE

  H. BENNICH  

  S.G.O. JOHANSSON  

Historické medzníky v imunobiológii1890 Robert KOCH oneskorená hypersenzitívnosť

1901 Karl LANDSTEINER ľudské krvné skupiny

1902 Charles RICHET, Paul PORTIER anafylaxia

1905 Clemens von PIRQUET sérová choroba

1908 Paul EHRLICH teórie tvorby protilátok

1921 Carl PRAUSNITZ, Heinz KÜSTNER objav reagínu

1930 Felix HAUROWITZ templátové teórie tvorby protilátok

1940 Karl LANDSTEINER, Alexander WIENER Rh antigény

1942 Karl LANDSTEINER, Merrill CHASEbunkový prenos oneskorenej

hypersenzitívnosti

1944-60 Macfarlane BURNET, Peter MEDAWAR imunologická tolerancia

1956 Ernest WITEBSKY štúdium autoimunity

1960 George SNELL, Jean DAUSSET imunogenetika, histokompatibilnosť

  Baruj BENACERRAF  

1984 Niels Kay JERNE, Georges F. KÖHLER hybridómová technológia, idiotypová sieť

 Cesar MILSTEIN hybridómová technológia, monoklonové

protilátky

1901 von BEHRING E. antitoxínová séroterapia, sérum proti záškrtu

1905 KOCH R. tuberkulín, bunková imunita1908 MEČNIKOV I. fagocytóza

EHRLICH P. antitoxíny, protilátky, chemoterapia

1912 CARRELL A. transplantácia orgánov1913 RICHET C. anafylaxia1919 BORDET J. komplement, teórie imunity1930 LANDSTEINER K. krvné skupiny (systém AB0)1948 TISELIUS A. protilátky ako -globulíny, voľná elektroforéza1951 THEILER M. vakcína proti žltej horúčke1957 BOVET D. antihistaminiká1960 BURNET F. M. získaná imunologická tolerancia

MEDAWAR P.1972 EDELMAN G. M. chemická štruktúra protilátok (IgG)

PORTER R. R.

www.nobelprize.org

NOSITELIA NOBELOVEJ CENYza imunológiu, fyziológiu a medicínu

NOSITELIA NOBELOVEJ CENYza imunológiu, fyziológiu a medicínu

1976 GAJDUSEK C. mechanizmus šírenia infekcií, pomalé vírusy

1977 YALOW S. R. rádioimunoanalýza (RIA)1980 SNELL D. G. komplex H-2

DAUSSET J. hlavný histokompatibilný komplexBENACERRAF B. gény imunitnej odpovede

1984 JERNE K. N. idiotypová sieťKÖHLER J. F. G. monoklonové protilátkyMILSTEIN C.

1987 TONEGAWA S. štruktúra imunoglobulínových génov1991 THOMAS E. D. transplantácie orgánov

MURRAY E. J.1996 ZINKERNAGEL M. R. ochrana ľudskej imunity pred vírusmi

DOHERTY C. Peter1997 PRUSINER B. S. objav priónov

www.nobelprize.org

KLINICKÁ IMUNOLÓGIA

IMUNOPATOLÓGIA

IMUNOBIOLÓGIA

MEDICÍNAIMUNOFARMAKOLÓGIA

IMUNOGENETIKA

PSYCHONEUROIMUNOLÓGIA

IMUNOHEMATOLÓGIA

IMUNOCHÉMIA

MOLEKULOVÁ IMUNOLÓGIA

IMUNOLÓGIA STARNUTIA

IMUNOTOXIKOLÓGIA

EKOIMUNOLÓGIA

CHÉMIA

PATOLÓGIA

BIOLÓGIA

IMUNOLÓGIA

MIKROBIOLÓGIA

GENETIKA

PSYCHONEUROLÓGIA

HEMATOLÓGIA

FARMAKOLÓGIA

MIKROBIÁLNA IMUNOLÓGIA

BUNKOVÁ IMUNOLÓGIA

TRANSPLANTAČNÁ IMUNOLÓGIA

IMUNOLÓGIA NÁDOROV

VÝZNAM A FUNKCIE IMUNITNÉHO SYSTÉMU

Mechanizmy nevyhnutné pre vznik a udržiavanie života

• získavanie voľnej energie, metabolizmus a biokatalýza látok

• prepis a prenos genetickej informácie (transkripcia a replikácia génov)

• neuro-endokrinno-imunitný supersystém vyšších organizmov príjem a spracovanie informácií z prostredia udržanie homeostázy, zachovanie integrity a

individuality organizmu

FUNKCIE IMUNITNÉHO SYSTÉMU

NORMÁLNE• INFORMAČNÁ (diskriminačná, rozpoznávacia)

rozpoznanie vlastných štruktúr (self) od nevlastných (non-self) tolerovanie vlastných a likvidácia cudzích alebo odcudzených zložiek

• KONTROLNÁ (imunologický dohľad = surveillance) kontrola životných procesov a iniciácia efektorových mechanizmov

• EFEKTOROVÁ zapojenie výkonných zariadení do činnosti a ich príprava na opakované

stretnutie s tou istou látkou • PAMÄŤOVÁ

ukladanie realizovaných dejov do pamäti

IMUNOPATOLOGICKÉ • AUTOAGRESÍVNE autoimunitné odpovede • ZNÍŽENÉ (defektné) imunodeficiencie• ZVÝŠENÉ (abnormálne) alergie, hypersenzitívne reakcie

Formy imunity

SYSTÉMOVÁpôsobí v celom organizmeLOKÁLNApôsobí len v určitých častiach tela (sliznica nosa, čreva)

AKTÍVNApostinfekčná, postvakcinačnáPASÍVNAtransplacentový a kolostrálny prenos, injikovanie antitoxických sér a gama-globulínu

PROSPEŠNÁvznik imunityINERTNÁimunologická toleranciaŠKODLIVÁimunopatologické stavy (alergia, autoimunita)

Formy imunityNEŠPECIFICKÁ (prirodzená,

vrodená)realizácia• viaceré anatomické štruktúry a

fyziologické systémy• fagocytóza, NK-bunky (bunkové

mechanizmy) • komplementový systém a mnohé

cytokíny (humorálna)podmienky• nie je potrebný predchádzajúci

kontakt s antigénom• pôsobia ihneď po styku organizmu

s antigénom• nemajú imunologickú pamäť využitie• pri očisťovaní tkanív od

cudzorodých látok• v antiinfekčnej a protinádorovej

obrane

ŠPECIFICKÁ (získaná, adaptívna)

realizácia• výkonné a regulačné T-lymfocyty

(bunkové mechanizmy)• protilátky (humorálna)podmienky• reagujú len s antigénom, ktorý

ich aktivoval• nepôsobia ihneď po styku

organizmu s antigénom (po niekoľkých dňoch)

• majú imunologickú pamäť využitie• v antiinfekčnej a protinádorovej

obrane

IMUNITNÁ ODPOVEĎ

PROSPEŠNÁ(vznik imunity)

INDIFERENTNÁ(imunologická tolerancia)

ŠKODLIVÁ(imunopatologické alebo

autoimunitné reakcie)

ŠPECIFICKÁ(získaná)

HUMORÁLNA(protilátková)

BUNKOVÁ

T-lymfocyty B-lymfocyty

cytotoxické (TC, CTL)

cytokínypomocné (TH1, TH2)

protilátky

bunky prezentujúce antigén (APC)

NEŠPECIFICKÁ(prirodzená, vrodená)

BUNKOVÁ HUMORÁLNA

profesionálne fagocytyNK-bunkymastocytyendotelové bunky

komplementový systémniektoré cytokínyenzýmy

IMUNITA

AKTÍVNA

PASÍVNA

prirodzená (postinfekčná)umelá (postvakcinačná)

prirodzená (placenta)umelá (antitoxické séra)

Zložky imunitného systémuIMUNITNÝ SYSTÉM difúzny orgán s hmotnosťou 1000 g (1012 lymfocytov, 1020 protilátok)

Lymfoidné orgány• kostná dreň, týmus• lymfatické uzliny, slezina, mandle, slizničné lymfoidné tkanivo

Bunky imunitného systému• lymfocyty• fagocyty• bunky prezentujúce antigén• pomocné bunky

Molekuly imunitného systému• protilátky• zložky komplementu• imunohormóny, cytokíny,...• receptory

Lymfoidné orgány

PRIMÁRNE• týmus, kostná dreň (ekvivalent Fabriciovej burzy vtákov)• dozrievanie a diferenciácia lymfocytov SEKUNDÁRNE (periférne)• lymfatické uzliny, slezina, tonzily (okapsulované)• slizničné lymfoidné tkanivo (MALT)• realizácia lokálnej špecifickej imunity (slizničnej)• MALT (mucosa-associated lymphoid tissue)

črevo: GALT (gut-associated lymphoid tissue), Peyerove plaky priedušky: BALT (bronchial-associated lymphoid tissue) koža: SALT (skin-associated lymphoid tissue) nosné dutiny: NALT (nasal lymphoid tissue)

Lymfoidné orgány

Bunky imunitného systémuLYMFOCYTY• B-lymfocyty, T-lymfocyty, NK-bunky (LGL - veľké granulové

lymfocyty)

PROFESIONÁLNE FAGOCYTY• mononukleárne fagocyty: krvné monocyty, tkanivové makrofágy • granulocyty: neutrofily, eozinofily

BUNKY PREZENTUJÚCE ANTIGÉN (APC)• primárne: makrofágy, dendritové a Langerhansove bunky, B-

lymfocyty• sekundárne: endotelové bunky ciev, epitelové bunky čreva

POMOCNÉ BUNKY• bazofily, mastocyty (žírne bunky), trombocyty (krvné doštičky)

Diferenciácia

Hematopoéza

Lymfoidný rad

• B-lymfocyty

• T-lymfocyty

• NK-bunky

Populácie lymfocytov• B-lymfocyty (B-bunky)• T-lymfocyty (T-bunky)• NK-bunky (LGL, veľký granulový lymfocyt)

Vlastnosť B-lymfocyty T-lymfocyty NK-bunkyPercentuálne zastúpenie

20-30% 60-70% 10-15%

Typické diferen-ciačné antigény

CD19, CD20, CD24, CD72

CD2,CD3, CD4 alebo CD8

CD16,CD56, CD57

Iné funkčné znaky

BCR, FcR, LFA-3

TCR, LFA-1, LFA-3

LFA-1

Hlavná biologická funkcia

špecifická protilátková imunita

špecifická bunková imunita

nešpecifická bunková imunita (proti nádorom a vírusom)

B-lymfocyty

po styku s antigénom diferencujú na

• plazmové bunky• pamäťové bunky

Subpopulácie T-lymfocytov

• TH-lymfocyty (pomocné) CD4+, TH0 naivné, panenské

TH1 zápalové, majú aj cytotoxickú aktivitu

TH2 pomáhajú B-lymfocytom rozpoznať antigén

• regulačné T-lymfocyty CD25+, Treg bráni navodeniu reakcie voči autoantigénom

Tr1 tolerancia na strávené antigény

TH3 ako Tr1 + produkcia hojivých cytokínov

• TC-lymfocyty (cytotoxické) CD8+

• TM (pamäťové) CD8+, CD45R0+, CD29+

T-lymfocyty

T-lymfocyt (vľavo) naviazaný na antigén prezentujúcu bunku – makrofág (vpravo)

T-lymfocyty interagujúce s makrofágom

NK bunky

Natural Killer (funkčne)

Veľký granulový lymfocyt (morfologicky)

LAK bunky (lymfokínom aktivované killer bunky) vznikajú z NK buniek po indukcii cytokínmi v laboratóriu

Na obrázku NK bunka usmrcuje nádorovú bunku.

Myeloidný rad

Monocyty• makrofágy• dendritové bunky• a ďalšie (histiocyty, mikrogliá, Kupfferové bunky,

osteoklasty, alveolové makrofágy)Granulocyty• neutrofily• eozinofily• bazofilyMastocyty (žírne bunky)

Makrofágy

NORMÁLNE MAKROFÁGY• spojivového tkaniva (histiocyty)• pečene (Kupfferove bunky)• pľúc (alveolárne makrofágy)• lymfatických uzlín a sleziny (voľné a usadené makrofágy)• kostnej drene (usadené makrofágy)• seróznych tekutín (pleurálne a peritoneálne makrofágy)• kože (histiocyty, Langerhansove bunky)• iných tkanívZÁPALOVÉ MAKROFÁGY• v rôznych zápalových exudátoch

Funkčné štádiá makrofágov• pokojové (neaktivované)• primované (predaktivované)• aktivované - cytokínmi, niektorými súčasťami mikroorganizmov

Monocyty

veľkosť: priemer 16-22 mjadro: charakteristický tvar podkovy alebo obličkycytoplazma: pinocytové vakuoly, lyzozómové granuly, mitochondrie a cisterny drsného endoplazmového retikulavýskyt: periférna krv, 2-10% z prítomných leukocytovsúčasť mononukleárového fagocytového systému, profesionálny fagocyt

Makrofágy

a) dlhé pseudopodie makrofágu obklopia a uzavrú baktérie za vzniku fagozómu

b) fagocytóza a procesovanie exogénneho antigénu makrofágmi

Dendritové bunky

Folikulové dendritové bunky v lymfatických orgánoch

koža, sliznice Langerhansenové bunky

orgány intersticiálne d. b.

týmus interdigitálne d. b.

kostná dreň folikulové d. b.

krv dendritové bunky krvi

lymfa „závojové“ bunky

Granulocyty

• neutrofily

• eozinofily

• bazofily

Neutrofily

• veľkosť: priemer 12-15 m• jadro: viaclaločnaté• cytoplazma: azurofilná

granula, špecifické granuly, • výskyt: krvná cirkulácia, 45-

70% z prítomných leukocytov, zapálené tkanivá

• neutrofilný granulocyt, polymorfonukleárny leukocyt (PMN)

• profesionálny fagocyt

Eozinofily

• veľkosť: 13-20 m• jadro: viaclaločnaté• cytoplazma: špecifické

granuly, primárne a malé lyzozómy

• výskyt: krvná cirkulácia, 2-5% z prítomných leukocytov

• granulocyt, profesionálny fagocyt, boj proti parazitom (helmintom)

Bazofily

• veľkosť: 13-20 m• jadro: laločnaté• cytoplazma: špecifické

granuly, primárne a malé lyzozómy

• výskyt: krvná cirkulácia, 0,5-2% z prítomných leukocytov

• granulocyt, nefagocytuje, úloha pri alergiách

Mastocyty

Mastocyty (žírne bunky) uvoľňujú histamín z tmavosfarbených granúl a stimulujú tak odpoveď buniek imunitného systému

V patologických stavoch spôsobujú alergické reakcie

Molekuly imunitného systému

• protilátky (imunoglobulíny), zložky a faktory komplementu

• imunohormóny, cytokíny a iné imunoregulačné látky

• receptory na povrchu imunologicky aktívnych buniek (antigénové, Fc)