Imunoglobuliny, imunitní odpověďMartin Liška

1. Struktura imunoglobulinů

2. Izotypy

• dfct.třídy protilátek, které se rozlišují na základě odlišností H-řetězců

• rozeznáváme (IgM), (IgD), (IgG), (IgA) a (IgE)

• u některých ještě existují subtypy, které jsou základem podtříd

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)

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

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

IgA

• vyskytuje se v séru i seromucinózních sekretech

• ochrana sliznic

• opsonizace

• neaktivuje komplement

• biologický poločas 6 dnů

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

• z hlediska aktivace komplementu (klasickou cestou) nejúčinnější protilátka

• neváže Fc-receptor fagocytů, ale významně zesiluje fagocytózu aktivací komplementu

• biologický poločas 6 dnů

IgD

• vyskytuje se v séru a na membráně B-lymfocytů

• receptor pro antigen na B-lymfocytech

• biologický poločas 3 dny

IgE

• za normálních okolností se v séru vyskytuje v nepatrných množstvích

• převážně ve vázané formě na mastocytech (váže se prostřednictvím FcR)

• ochrana proti parazitům

• účast v alergických reakcích I.typu

• biologický poločas 2 dny

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

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

7. Genetické základy tvorby Ig

a/ geny pro L-řetězec

-řetězec – geny na 2.chromozómu - V, J a C segmenty -řetězec – zakódován na podobném komplexu genů na 22.chrom.

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

K velké diverzitě Ig přispívají:

• náhodné rekombinace

• nepřesné spojování V, D, J segmentů

• změny N-koncových oblastí

• rozsáhlé mutace postihující geny variabilních oblastí

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 !!

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

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 nebo řetězce

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“)

Využití monoklonálních protilátek:

• Diagnostika (průtoková cytometrie, ELISA, autoprotilátky atd.)

• Léčba (anti-IgE, anti-TNF-, anti-CD3)

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

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

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)

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)

Fáze humorální imunitní odpovědi

Phases of humoral immune responses

Primární imunitní odpověď

• první expozice antigenu• vytvářeno malé množství protilátekExistují 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

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

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

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

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

Afinita a avidita protilátek

• afinita = síla, s níž protilátka váže antigen

• avidita = vyjadřuje sílu interakce polyvalentní protilátky s polyvalentním antigenem

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)

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)

Ontogeneze imunitní odpovědi

a/ prenatální vývoj

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

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

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

Monocyty-makrofágy

• makrofágy lze detekovat kolem 3.-4.týdne gestace

• zralé monocyty se ve fetální cirkulaci objevují od 5.měs,věku

Neutrofily

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

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

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

Nespecifická imunita

• fagocyty novorozenců jsou obecně funkčně méně zdatné

• aktivita NK-buněk nižší

• snížená celková aktivita komplementu (koncentrace složek 35-70% dospělých)

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