Imunoglobuliny, imunitní odpověďMartin Liška

1. Struktura imunoglobulinů

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

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 FceR)

• 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• idiotop = jedinečná sada antigenních determinant

(epitopů) lokalizovaná ve variabilní oblasti Ig (idiotyp je sumou idiotopů)

• anti-idiotypové protilátky = jsou dfct.odrazem antigenu

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.

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

Vývoj B lymfocytů

Vývoj B lymfocytů probíhá v kostní dřeni a dokončuje se po setkání s Ag v sekundárních lymfatických orgánech.

Pluripotentní hematopoetická kmenová buňka

Progenitor B lymfocytu → zahájení rekombinačních procesů, které vedou ke vzniku velkého množství klonů B lymfocytů s individuálně specifickými BCR

Pre B lymfocyt → exprese pre-B receptoru (tvořen H(m) řetězcem a náhradním L řetězcem)

Nezralý B lymfocyt → exprese povrchového IgM (BCR); v této fázi vývoje dochází k eliminaci autoreaktivních klonů

Zralý B lymfocyt → exprese povrchového IgM nebo IgD (BCR)

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 k nebo l 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-a, anti-CD3)

Humorální imunitní odpověď

• 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

Fáze humorální imunitní odpovědi

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

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)

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.gestace

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