81
Vlit 1.1\/ Iltlr~'jM, Jiřina Barrůňkova Id,.dv hllunologie (3. vydání) VI 111111'111' WII'UV4\III1C1sli vydavatele III •• r! , 1'\,.1.1\ ,,'1,1 \'('\lHIvn/imaximální moznou pozornost tomu, aby informace o lé- 1\11'111 ildl'!l\hl.ll~ II~11I.llllfllllllltuvtl znalostí v době přípravy dna k vydání. I když 1\'!illili'i llll ;i\lll,}'I)' l'I',lIvt. koni rolovány, nelze s naprostou jistotou zaručit jejich li.llillll itť(1 hld'lltlH', Z 'f'. "'11 .h'lvodil Sl' vylučují jakékoli nároky na úhradu ať již il (, iItNl"I~lr" H"d .. ., lili 111// AUII/II/P/IIIII, mZlIlIlOžovnna ani jinak šířena bez píse- ,.' l'l.tlhl n')!", 1"111',1\111111'1·,,·11t.1 ",tl,t1vl', 1l,~iI'. I ,r III, 1'1111111 1'luI MlH I" '"11111 ••• Itlhov.l, I)ISl" Mn Il,hiulogltký IISI,lV AV ('R, I'mha © Václav Hořejší, Jiřina Bartůňková,2005 © TRITON, 2005 Cover © Renata Ryšlavá, 2005 Vydalo Nakladatelství TRITON s.r.o, Vykáňská 5, 10000 Praha 10, WWW.triton-books.cz ISBN 80-7254-686-4 Obsah nam tkratek 13 vo autorů úvodem · · ·..·19 kladní pojmy, funkce a složky imunitního systému 21 1 Hlavní funkce imunitního systému ."."".""", .. """"""."."".".""."""",.,2 Antigeny '" "., .."",,,,, .. ,,,,. "."",,,,,,"'''' "",,,,"," "."",."."" ..... """ ..... ", .21 Druhy imunitních mechanismů "".',,,,,,,,,, ", ... " ".".' ,.,..,.."""."" " .."" ..,,22 I ,3.1 Nespecifické mechonisrny.i.L.. .... """""" .."""." ... """"""".""" ..22 1.3.2 Specifické (adaptivní) mechonisrny.... .. """" ..".""""." ..""" """.23 I" Hlavní složky imunitního systému """"" .." "." """ .."." " ,,23 1 4.1 Lymfatické tkáně a orgány "" " .. " " "" .." "" ..,,23 1 "'.2 Buňky imunitního systému (imunocyty) .. """ "" "" ".25 I "'.3 Molekuly imunitního systému , "" .." """.""" ",."""""".27 Principy fungování imunitního systému "" .."""""."" " .."." ... "" ..",,27 1 5 1 Aktivace nespecifických mechanismů imunity " .. """" ".""" ..... ,," I '>.2 Aktivace specifických mechanismů imunity"""""" " """".".".28 1 1).3 Tolerance a redundance " " " ..29 IInittné složky nespecifické imunity 30 1 I (Igocyty a fagocytóza " 30 I 1 Průnik fagocytů do poškozených a infikovaných tkání 31 1 2 Rozpoznávací mechanismy fagocytů 33 1 3 Proces fagocytózy, , · , , 36 I .., Likvidace pohlceného mikroorganismu 36 I .5 Sekreční produkty fagocytů 39 I 6 Ochrana vlastních buněk proti fagocytům " " 39 1)'lIldritické buňky , , , , 40 Ilhll6 buňky (mastocyty) ·..·..·.. ·41 11 Receptory žírných buněk · 42 ~ I? Sekreční produkty žírných buněk "" 42 11\(lIofilní granulocyty , , , " , ,..43 I I )'II~fbuňky , , .

Zaklady imunologie

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Zakladni studijni literatura pro posluchace imunologie.

Citation preview

Page 1: Zaklady imunologie

Vlit 1.1\/ Iltlr~'jM, Jiřina BarrůňkovaId,.dv hllunologie (3. vydání)

VI 111111'111' WII'UV4\III1C1slivydavateleIII •• r! , 1'\,.1.1\,,'1,1 \'('\lHIvn/imaximální moznou pozornost tomu, aby informace o lé-

1\11'111ildl'!l\hl.ll~ II~11I.llllfllllllltuvtl znalostí v době přípravy dna k vydání. Ikdyž1\'!illili'illll;i\lll,}'I)' l'I',lIvt. koni rolovány, nelze s naprostou jistotou zaručit jejichli.llillll itť(1 hld'lltlH', Z 'f'. "'11 .h'lvodil Sl'vylučují jakékoli nároky na úhradu ať již

il (, iItNl"I~lr"H"d

.. ., lili 111// AUII/II/P/IIIII, mZlIlIlOžovnna ani jinak šířena bez píse-

,.' l'l.tlhl

n')!",1"111',1\111111'1·,,·11t.1 ",tl,t1vl', 1l,~iI'.I ,r III, 1'11111111'luI MlH I" '"11111••• Itlhov.l, I)ISl"Mn Il,hiulogltký IISI,lV AV ('R, I'mha

© Václav Hořejší, Jiřina Bartůňková,2005© TRITON, 2005Cover © Renata Ryšlavá, 2005

Vydalo Nakladatelství TRITON s.r.o, Vykáňská 5, 10000 Praha 10,WWW.triton-books.cz

ISBN 80-7254-686-4

Obsah

nam tkratek 13vo autorů úvodem · · ·.. · 19

kladní pojmy, funkce a složky imunitního systému 211 Hlavní funkce imunitního systému ."."".""", .. """"""."."".".""."""",.,2

Antigeny '" "., .. "",,,,, .. ,,,,. "."",,,,,,"'''' "",,,,"," "."",."."" ..... """ ..... ", .21Druhy imunitních mechanismů "".',,,,,,,,,, ", ... " ".".' ,., ..,.. """."" " .. "" .. ,,22

I ,3.1 Nespecifické mechonisrny.i.L.. .... """""" .. """." ... """"""".""" ..221.3.2 Specifické (adaptivní) mechonisrny.... .."""" ..".""""." .. """ """.23

I " Hlavní složky imunitního systému """"" .. " "." """ .. "." " ,,231 4.1 Lymfatické tkáně a orgány "" " .. " " "" .. " "" .. ,,231 "'.2 Buňky imunitního systému (imunocyty) .. """ "" "" ".25I "'.3 Molekuly imunitního systému , "" .. " """.""" ",."""""".27

Principy fungování imunitního systému "" .. """""."" " .."." ... "" .. ",,271 5 1 Aktivace nespecifických mechanismů imunity " .. """" ".""" ..... ,,"I '>.2 Aktivace specifických mechanismů imunity"""""" " """".".".281 1).3 Tolerance a redundance " " " ..29

IInittné složky nespecifické imunity 301 I (Igocyty a fagocytóza " 30

I 1 Průnik fagocytů do poškozených a infikovaných tkání 311 2 Rozpoznávací mechanismy fagocytů 331 3 Proces fagocytózy, , · , , 36I ..,Likvidace pohlceného mikroorganismu 36I .5 Sekreční produkty fagocytů 39I 6 Ochrana vlastních buněk proti fagocytům " " 391)'lIldritické buňky , , , , 40

Ilhll6 buňky (mastocyty) ·.. ·..·.. ·4111 Receptory žírných buněk ·42

~ I? Sekreční produkty žírných buněk "" 4211\(lIofilní granulocyty , , , " , ,..43I I )'II~fbuňky , , .

Page 2: Zaklady imunologie

3 Humorální složky nespecifické imunity ················· ·········· 453.1 Komplement 45

3.1.1 Alternativní cesta aktivace komplementu 463.1.2 Klasická cesta aktivace komplementu 473.1.3 lektinová cesta aktivace komplementu 493.1.4 Terminální [lytické] fáze komplementové kaskády 493.1.5 Regulace komplementu a ochrana vlastních buněk před jeho účinky ..49

3.2 Jiné systémy plazmatických proteinů 503.3 Interferony 51

4 Zánět 524.1 Definice a druhy zánětu 524.2 Proceszánětlivé reakce 524.3 Systémová odpověď organismu na zánět.. 534.4 Reparace poškozené tkáně 54

5 Antigenně specifické receptory ••••••••.•••••••••..•••..••.••••.•.•...•••••••••..•••.•.••••••.•.••565.1 Receptor Iymfocytů B (BCR) 565.2 Receptor Iymfocytů T (TCR) 575.3 Rozpustné (sekretované) imunoglobuliny 59

5.3.1 Struktura imunoglobulinů 595.3.2 Typy (třídy) řetězců imunoglobulinů 65.3.3 Idiotypy 635.3.4 Povaha interakcí antigen - protilátka 65

6 MHC glykoproteiny - prezentace peptidových fragmentů 666.1 Struktura a exprese MHC glykoproteinů 666.2 FunkceMHC glykoproteinů 686.3 Polymorfismus MHC glykoproteinů 686.4 Vazba peptidů na MHC glykoproteiny 69

6.4.1 Vazba peptidů na MHC gp 1 696.4.2 Vazba peptidů na MHC gp 11 72

6.5 Genový komplex MHC 736.6 Neklasické MHC molekuly I. třídy 73

7 Adhezivní molekuly, Fc-receptory a dalšr povrchové molekuly leukocytů 767.1 Obecné vlastnosti adhezivních molekul. . ..767.2 Skupiny adhezivních molekul....... .. ..•.....•.................................... 77

7.2.1 Integriny............................. . 777.2.2 Adhezivní molekuly imunoglohullllovB \kvpiny ..797.2.3 Selektiny a jiné lektiny ' 807.2.4 Muciny •.•..••.••.. " ••..•...•...................................... 817.2.5 Jiné adhezivní molokuly .•••..••...•.......•.................................... 81

.3 Fc-receptory 82

.4 Komplementové receptory .. 84

.5 Jiné povrchové molekuly leukocytů ..5.1 Strukturní a funkční klasifikace povrchových molekul leukocytů 85

7.5.2 Typy membránových proteinů 87.5.3 CD-názvosloví 88

7.5.A Povrchové enzymy 89.5.5 Transportní proteiny 91

.6 Povrchové molekuly charakteristicképro jednotlivé subpopulace leukocytů ("markery") 92

II Cytokiny 951 Obecná charakteristika cytokinů 95

8.2 Klasifikace cytokinů ·· 968.2.1 Klasifikace cytokinů podle struktury 1018.2.2 Klasifikace cytokinů podle funkce 102

B.3 Receptory cytokinů 103CI Signalizační mechanismy používané receptory buněk imunitního systému .106

,1 Základní typy receptorových signalizačních mechanismů_ asociace s protein-kinázami a s G-proteiny 106

.2 Signalizační dráhy používané receptorovými kinázamia receptory asociovanými s cytoplazmatickými protein-kinázami l 09

(1.3 Proteintyrosinkinázy skupiny Src a jejich regulace 11A9 4 Signalizační mechanismy založené na receptorech sdružených

s G-proteiny 11610 Vznik repertoáru antigenně specifických receptorů T a 8-lymfocytů 118

10.1 Přeskupování genů kódujících variabilní části řetězců BCR(imunoglobulinů) 118

10.2 Proces rekombinace 11910.3 Izotypový přesmyk 123I O.A Eliminace autoreaktivních klonů B-Iymfocytů · · 12410.5 Přeskupování genů kódujících variabilní části řetězců TCR 12510.6 Vývoj T-Iymfocytů 126

I I Imunitní reakce založené na T-Iymfocytech a NK buňkách 12811.1 Klasifikace T-Iymfocytů 128

11.1.1 Lymfocyty exprimující TCRa~ nebo yů 12811.1.2 Intraepiteliální Iymfocyty 12911.1.3 NK-T-Iymfocyty 12911 .1.A Lymfocyty exprimující koreceptory CD4 a CD8 12911.1.5 Regulační (tlumivé, supresorové) T-lymfocyty ·..130

Page 3: Zaklady imunologie

11.2 Imunitní reakce typu THl - zánětlivá reakce 13111.3 Imunitní reakce typu TH2 - pomoc B-Iymfocytům 13311.4 Vzájemná regulace aktivit TH1 vs. TH2 13711.5 Imunitní reakce založené na cytotoxických T-Iymfocytech 13811.6 Aktivace T-Iymfocytů spouštěná superantigeny 14111.7 NK-buňky 142

11 .7. 1 Receptory NK -buněk 14211.7.2 Cytotoxické mechanismy a sekreční produkty 143

12 Imunitní reakce založené na protilátkách .......................................•........ 14412. 1 Protilátková reakce vyvolaná antigeny nezávislými na T-Iymfocytech 14412.2 Protilátková reakce vyvolaná antigeny závislými na T-Iymfocytech 145

12.2.1 Primární fáze proti látkové reakce 14612.2.2 Sekundární fáze protilátkové reakce 147

12.3 Polyklonální a monoklonální protilátky 14812.4 Efektorové mechanismy působení protilátek 149

13 Regulace imunitních reakcí. .................................•.................................. 15113.1 Regulace antigenem 15113.2 Antagonistické peptidy 15213.3 Regulace protilátkami 15213.4 Regulace cytokiny a mezibuněčným kontaktem 15413.5 Negativní regulace (suprese) zprostředkovaná T-Iymfocyty 15413.6 Neuroendokrinní regulace 15513.7 Faktory ovlivňující výsledek imunitní odpovědi

(imunogenní vs. tolerogenní) '" 15614 Slizniční a kožní imunitní systém 157

14.1 Hlavní funkce slizničního a kožního imunitního systému 15714.2 Slizniční imunitní systém 158

14.2.1 Mikrobiální flóra sliznic 15814.2.2 Struktura slizničního imunitního systému 15914.2.3 Humorální mechanismy slizničního imunitního systému 16014.2.4 Indukce slizniční imunitní reakce 16214.2.5 Imunologický význam kojení 164

14.3 Struktura a funkce komponent kožního imunitního systému 16515 Antiinfekční imunita 166

15.1 Vztah mezi hostitelem a mikroorganismem 16615.2 Obrana proti bakteriím 167

15.2.1 Obrana proti extracelulárním bakteriím 16715.2.2 Obrana proti intracelulárním bakteriím a plísním 168

15.3 Obrana proti virům 169

15.4 Obrana proti protozoálním parazitům , 17015.5 Obrana proti mnohobuněčným parazitům 17015.6 Mechanismy tkáňového poškození infekčními činiteli 17115.7 Využití receptorů hostitele jako vstupních bran infekce . 171

15.8 Mechanismy úniku mikroorganismůpřed obrannými reakcemi organismu 171

16 Protinádorová imunita 174

16.1 Nádorové antigeny 174

16.1.1 Antigeny specifické pro nódory (TSA) 17516.1.2 Antigeny asociované s nódory (TM) 175

16.2 Protinádorové imunitní mechanismy 17616.3 Mechanismy odolnosti nádorů vůči imunitnímu systému 17716.4 Možnosti imunoterapie nódorů 178

16.4.1 Imunoterapie pomocí protilátek.......... 178

16.4.2 Imunoterapie založená na buněčnězprostředkovaných mechanismech ························ .179

17 Transplantace 18217.1 Základní pojmy 18217.2 Aloimunitní reakce , 183

17.2.1 Aloreaktivita T-Iymfocytů 18317.2.2 Tvorba protilátek proti aloantigenům ······ ..·······l84

17.3 Orgánové transplantace 18517.3.1 Rejekce 186

17.4 Transplantace hematopoetických kmenových buněk 18717.4.1 Reakce štěpu proti hostiteli (GvH) ··· ..····· 18817.4.2 Reakce štěpu proti leukemickým buňkám 188

17.5 Imunologicky privilegovaná místa a tkáně.............. 189

17.6 Možnosti potlačení transplantačních rejekcía reakce štěpu proti hostiteli ··················· ..········· .. ··· .190

17.7 Xenotransplantace 19017.8 Imunologický vztah matky a alogenního plodu 191

18 Imunopatologické reakce 19318.1 Imunopatologické reakce humorální 195

18.1.1 Imunopatologické reakce s účastí protilátek IgE_ atopie (reakce typu I) 195

18.1.2 Imunopatologické reakce s účastí protilátek IgG a IgM

(reakce typu \I) ..18.1.3 Imunopatologické reakce s tvorbou imunokomplexů

(reakce typu 1\1) ········· ..······ .. ··············· ..

197

.......... 199

Page 4: Zaklady imunologie

II:

II~

III

!I

I'

18.2 Imunopatologické reakce buněčně zprostředkované 20118.2.1 Imunopatologické reakce oddóleného typu (reakce typu IV) 20118.2.2 Imunopatologická reakce buněčná cytotoxická 20218.2.3 Reakcena cizí těleso 20218.2.4 Imunopatologická reakce při sepsi 203

19 Autoimunitní onemocnění .................................•.................................... 20519.1 Autoimunitní reakce 20519.2 Mechanismy tolerance 206

19.2.1 Centrální tolerance 20619.2.2 Periferní tolerance 207

19.3 Příčiny vzniku autoimunity 20719.3.1 Faktory vnitřní 20719.3.2 Faktory vnější 209

19.4 Přehled autoimunitních onemocnění. 21O19.4.1 Systémováautoimunitní onemocnění 21019.4.2 Autoimunitní onemocnění postihující převážně určitý orgán

provázené postižením dalších orgánů 21219.4.3 Orgánově specifická autoimunitní onemocnění 212

19.5 Terapie autoimunitních onemocnění 21620 Imunodeficience 220

20.1 Definice imunodeficiencí a jejich klasifikace 22020.2 Primární imunodeFicience 221

20.2.1 Imunodeficience proti látkové 22120.2.2 Poruchy buněčně zprostředkované imunity 22320.2.3 Další proti látkové a buněčné imunodeFicience 22720.2.4 Poruchy Fagocytózy 22820.2.5 Poruchy komplementu a dalších sérových opsoninů 230

20.3 Získané imunodeFicience 2320.3.1 Sekundární proti látkové imunodeficience 23220.3.2 Sekundární buněčné imunodeficience 23220.3.3 Sekundární kombinované imunodeFicience 23420.3.4 Sekundární Fagocytární poruchy 23420.3.5 Sekundární poruchy komplementu 235

21 Možnosti terapeutických zásahů do imunitního systému 23621.1 Kauzální léčba 236

21 .1.1 Transplantace kmenových buněk 23621.1.2 Genová terapie 23;;

21.2 Substituční léčba 23721.3 Nespecilickó imunomodulační léčba 238

- ~21.3.1 Nespecifická imunosupresivní léčba 23821.3.2 Protizánětlivá a antialergická léčba ··..··..·..·..··..·..·..

240

21.3.3 Nespecifická imunostimulační léčba 24121.4 Antigenně specifická imunomodulační léčba 243

21.4.1 Aktivní imunizace (vakcinacel 24321.4.2 Pasivní imunizace 24721.4.3 Specifická imunosuprese ..247

Klasifikace CD molekul 249Historie 266Doporučená literatura ··· 269Rejstřík 271

Page 5: Zaklady imunologie

~I\I)A\1

\1:1

'II

ALPS1\ NA

ANCA

AP

ATPBALT

HCCBCR

152mBPI

CALLA

o

CEACCO

CHS

Seznam zkratek

adenozin deaminázabuněčná cytotoxicita závislá na protilátkách(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity)a-fetoproteinsyndrom získané imunodeficience(acquired imrnune deficiency syndrome)familiární lymfoproliferativní syndrom(autoirnmune lymphoproliferative syndrome)antinukleární autoprotilátky(antinuclear autoantibodies)antineutrofilní cytoplazmatické protilátky(antineutrophil cytoplasmic antibodies)buňka předkládající antigen(antigen-presenting cell)adenozin trifosfá tbronchiální lymfatická tkáň(bronchus-associated lymphoid tissue)bacillus Calmette-Cuérinreceptor lymfocytů B pro antigen(B-cell receptor)15rmikroglobulinbaktericidní a permeabilitu zvyšující protein(bactericidal permeability increasing protein)společný antigen akutních lymfoblastických leukémií(C010; common acute lymphoblastic leukemia antigen)diferenciační antigen(cluster of differentiation)karcinoembryonální antigenchronická granulomatózní choroba(chronic granulomatous disease)Chédiakův- Higashiho syndrom

Page 6: Zaklady imunologie

I

1III

II

CUP

/14 Hoieiš], Barlliňková / Základy imunologie~~------------~~--------~----~------~--------------------

CNSCNTFtonA

\:R

\:RP\:SF

\:TL\:TLA-4\:VID

J)AF

nCDNA

DTH

E'8v

E\;F

E~E'\E

F\;F

F~C

fl\.\LP

GJ\LT

peptid z invariantního řetězce asociovaný s MHC gp II(class II-associated invariant chain peptide)centrální nervový systémciliární neutrotrofní faktorkonkanavalin A(concanavalin A)

komplementový receptor(complement receptor)C-reaktivní proteinfaktor stimulující růst kolonií(colony-stimulating factor)cytotoxický T-Iymfocytcytotoxic-T-Iymphocyte antigen (CD152)běžná variabilní imunodeficience(common variable immunodeficiency)decay accelerating factor(CD55; komplementová regulační molekula)dendritická buňka(dendritic cell)deoxyribonukleová kyselina(deoxyribonucleic acid)přecitlivělost oddáleného typu(delayed-type hypersensitivity)virus Epsteina-Barrové(Epstein-Barr virus)epiteliální růstový faktor(epithelial growth řactor)endoplazmatické retikulumepitel asociovaný s folikuly(follicule associated epithelium)růstový faktor fibroblastů(fibroblast growth factor)folikulánú dendritická buňka(follicular dendritic cell)formyl-methionylleucylalanin(chemotaktický peptid)střevní lymfatická tkáň(gut-associated lymphoid tissue)

/15Seznam zkra tek

,-CSF

EM

lyCAM

M-CSF

GvL(R)

HIV

HLA

Hsp

lCAM

KOS

lFN19A19D19EIgGIgMILiNOS

!TAM

kDaKlR

faktor stimulující kolonie granulocytů(granulocyte colony-stimulating factor)glycosphingolipid-enriched microdomain(membránová signalizační mikrodoména)

glykosylovaná adhezivní molekula(glycosylation-dependent cen adhesion molecule)faktor stimulující kolonie granulocytů a makrofágů(granulocyte-monocyte colony-stimulating factor)

glykoproteinglykosyHosfatidylinositolguanosindifosfátguanosintrifosfátreakce štěpu proti hostiteli(graft-versus-host [reaction))reakce štěpu proti leukémii(graft_versus-leukemia [reaction))virus lidské imtmideficience(human immune deficiency virus)hlavní lidský (histokompatibilitní) antigen

(human leukocyte antigen)proteín teplotního šoku(heat shock protein)mezibuněčná adhezivní molekula(intercellular adhesive molecule)indukovatelná kostimulační molekula

(inducible costimulator)

interferonimunoglobulin Aimunoglobulm Oimunoglobulin Eirnunoglobulin Gimw1oglobulin Minterleukinindukovatelná syntáza oxidu dusnatého(inducible nitric oxide synthase)aktivační motiv imunoreceptorů založený na tyrosinu(immunoreceptor tyrosine-based activation motif),

kilodalton (jednotka molekulové hmomosti)inhibiční receptor NK-buněk (kíller inhibitory receptor)

Page 7: Zaklady imunologie

III/16 /17Hoiejš], Bartůňková / Základy imunoLogie Seznam zkratek

LAD syndrom defektní adhezivity leukocytů(leukocyte adhesion deficiency syndrome)buňky-zabíječi aktivované lymfokinem(lymphokine-activated killers)linker of activated T-cells(adaptorový protein)adhezivní molekula leukocytů(leukocyte-function-associated antigen)faktor inhibujíá růst leukemických buněk(leukemia inhibiting factor)inhibiční receptor leukocytů(leukocyte inhibition receptor)protilátky proti mikrosomům jater a ledvin(liver-kidney microsomes antibodies)leukotrien B4protein regulujíá putováni lysosomů(lysosomal trafficking regulator)komplex (komplementový) atakující membránu(membrane attack complex)

MAdCAM mukózní adhezivní molekula(mucosal adherence cell adhesíon moleculslizniční inlW1Ítní systém(mucosa-associated lymphoid tissue)mitogeny aktivovaná proteinkinázalektin vázající manózu (mannose binding lcctin)protein mnohočetné lékové rezistence(multi-drug resistance protein)membránový kofaktorový protein(CD46; membrane cofactor proteín)

MHC hlavní histokompatibilitní komplex(major histocompatibility complex)

MICA, MICB neklasické MHC molekuly(MHC class I-related)faktor inhibující makrofágy(macrophage inhibiting factor)chemotaktický faktor pro monocyly(macrophage inflarnmatory protcin)směsná lymfocytární reakce(mixed Iymphocyte reaction)

informační ribonukleová kyselina(messenger ribonucleic acid)nikotinamidadenindinukleotidnikotinamidadenindinukleotid fosfátnervový růstový faktor(neuronal growth factor)přirozený zabíječ (natural killer)buňky exprimující periferní autoantigeny(peripheral antigen expressing cells)faktor aktivující krevní destičky(platelet activating řactor)struktury charakteristické pro patogenní mikroorganismy(pathogen-associated molecular pattern)růstový faktor produkovaný destičkami(platelet-derived growth factor)adhezivní molekula destiček a endotelli(CD31; platelet endothelial cell adhesion molecule)prostaglandin D, Efytohemaglutinin(phytohemaglutinin)RNA-dependentní proteinkináza(protein kina se RNA-dependent)fosfolipáza CCphospholipase C)paroxysmální noční hemoglobinurieprotein tyrosinkinázachemotaktický faktor (chemokin)Cregulated on activation, normal T-celI expressed and secreted)kyselina ribonukleová(ribonucleic acid)reaktivní kyslíkové intermediáty(reactive oxygen intermediates)sérový amyloid Pprotein asociovaný s receptorem SLAM (CDI50)CSLAM-associated protein)faktor kmenových buněk(stem celI factor)těžká kombinovaná ímunodeficience(severe combined imrnunodeficiency)

",,{NA

LAKIII NAD~~ADPNCF

LAT

LFA NKI'ALIF

I'AFLIR

PA MPLKM

PDGFLTB4LYST

PECAM

MACPGD,EPHA

III,IIIPKRMALT

PLCMAP-KMBLMDRP PNH

PTKRANTESMCP

RNA

ROl

SAP (1)

SAP (2)MIF

MIPSCF

MLRsem

illl,

Page 8: Zaklady imunologie

III

1I1I

II

,/18

Hořejší, Barfliňková / Základy imunologie

SLAM

SLETAA

TAP

TbcTCTCR

TGF

TH

TlL

TLR

TNF

Tr

TSA

TSH

VAPVCAM

VLA

WASXLA

signalizační aktivační molekula lymIocytů(CD150; signaling lymphocyte activation molecule)systémový lupus erythematodesantigen asociovaný s nádorem(turnor associated antigen)peptidový transportér(transporter associated with antigen processing)tuberkulózacytotoxický T-IymIocyt(cytotoxic T-cell)receptor T-IymIocytů pro antigen(T-cell receptor)transformující růstový faktor(transforming growth factor)pomocný T-Iymfocyt(helper T-cell)Iymfocyty infiltrující nádory(tumor infiltrating Iymphocytes)receptory Skupiny TolI(Toll-Iike receptors)faktor nekrotizující nádory(tumor necrosis factor)regulační T-lymfocyt(regulatory T-cell)specifický nádorový antigen(tumor specific antigen)hormon stimulující tyroideu(thyreoid stimulating hormone)vaskulámí adhezivní proteincévní adhezivní molekula(vascular cell adhesion molecule)pozdni aktivační antigen(very late activation antigen)Wiskottův-Aldrichův syndromagamaglobulinémie vázaná na chromosom X(X-linked agammaglobulinaemia)

Slovo autorů úvodem

i.do kniha je třetím, přepracovaným vydáním textu, který poprvé vyšel v r.l'/tJl) II podruhé v r. 2002. Naším cílem bylo podat základní přehled o slož-~,1I h ,I funkcích imunitního systému, a to hlavně s důrazem na objasnění1I11111'!..ulámípodstaty imunitních dějů. Snažili jsme se především o to, aby~IIlh,I mohla sloužit jako dobře srozumitelný studijní materiál pro základní1'"I'iy imunologie na přírodovědeckých a lékařských fakultách. Náš text\.,I~ svým obsahem v některých ohledech přesahuje tento základní rámec,I I.d· může zčásti sloužit i doktorandům; čerpat z něj však zajisté mohou i lé-1.,111,veterináři, biochemici i další vysokoškolsky a středoškolsky vzdělaní.ql'mlÍ o tak rychle se rozvíjející obor, jakým je dnešní imunologie. Tato kni-

h.1 m-pokrývá oblast klinické imunologie pro lékařské fakulty, ale imedi-~1111\přináší základní pojmy z klinické imunologie. Pro hlubší studium je"'1'ottcbi sáhnout k příslušným specializovaným učebnicím. Některé pře-1I1,'d"l' tabulky jsou pro základní učebnici jistě příliš detailní a patřily by spí-.1 do náročnější monografie; jsme však přesvědčeni, že může být užitečné1IIIIt.ikto pohromadě souhrnné informace o základních charakteristikách1\1,1·(""ých skupin imunologicky relevantních molekul. Oproti předchozímvy.lnnlm jsme doplnili a korigovali řadu pasáží týkajících se nejnovějších1"1.IIlltků a rozšířili jsme tabulkovou část. Doufáme, že i toto vydání se setká

[u rznivýrn čtenářským ohlasem jako vydání minulá.

1111,11 vyšla za částečné podpory Centra molekulární a buněčné genetiktjc, IAt!li837805001 a Výzkumného záměru M$MT Č. MSM 0021620812.

Page 9: Zaklady imunologie

1Základní poimy, funkce

a složky imunitního systému

1.1 HLAVNí FUNKCE IMUNITNíHO SYSTÉMU

Imunitní systém patří k základním homeostatickým mechanismům organis-mu. Jeho funkcí je udržování integrity organismu tím, že rozpoznává škodli-vé od neškodného a chrání tak organismus proti škodlivinám zevního i vnitř-ního původu. Tato funkce se projevuje jako:• obranyschopnost - imunitní systém rozpozná vnější škodliviny a chrání

organismus proti patogenním mikroorganismům a jejich toxickým pro-duktům,

• autotolerance - imunitní systém rozpoznává vlastní tkáně organismua udržuje toleranci vůči nim,

• imunitní dohled - imunitní systém rozpoznává vnitřní škodliviny, tj. prů-běžně odstraňuje staré, poškozené a některé změ~Tmutované) buňky.

1.1 ANTIGENY

Antigeny jsou látky, které imunitní systém rozpozná a reaguje na ně. Nejčas-tějšími antigeny jsou cizorodé látky z vnějšího prostředí (exoantigeny), vět-šinou infekční mikroorganismy a jejich produkty. Antigeny, které pocházejí

organismu samotného (nejsou cizorodé), se nazývají autoantigeny. Jakoalergen se označuje exoantigen, který je u vnímavého jedince schopen vyvo-lat patologickou (alergickou) imunitní reakci. Superantigen je exoantigen(obvykle produkt infekčních mikroorgacišmů), který vyvolá nespecifickyaktivaci velkého počtu lyrnfocytů nezávisle na jejich antigenní speciřitě.

Page 10: Zaklady imunologie

III~I

II

/22 Hořejší, Bart/l/1ková / Základy imunologie

Jako antigeny mohou působit prakticky jakékoli chemické struktury.K tomu, aby na ně imunitní systém mohl reagovat, je zpravidla potřeba, abybyly rozeznány ve formě makromolekul (rozpustných nebo přítomných nabuněčném povrchu). Nejvýznamnějšími antigeny jsou protein'y-a různé!<omplexní {201ysacharidy, ale také lipidy a lipoproteiny. Malá oblast mole-kuly antigenu, která je rozeznávána 1lnunitními receptory, se nazývá epitop.Komplexy antigenu s protilátkami a s komplementovými fragmenty se na-zývají imunokomplexy.

1.3 DRUHY IMUNITNíCH MECHANISMŮ

Imunitní mechanismy lze rozdělit do dvou základních kategorií: nespecific-ké (neadaptivní) a antigenně specifické (adaptivní).

1.3.1 NESPECIFICKÉ MECHANISMY

Nespecifické mechanismy, nazývané také neadaptivní, vrozené, jsou evo-lučně starší (přítomné v různé míře u všech mnoho buněčných organismů)a jsou založeny na molekulách a buňkách, které jsou v organismu připrave-ny předem a jsou obvykle účinné proti mnoha různým patogenům tím, žereagují na strukturní nebo funkční rysy, které jsou jim společné. Nespecific-ké imunitní mechanismy jsou tvořeny složkami buněčnými a humorálními.Buněčné nespecifické systémy jsou reprezentovány fagocytujícími buňkamia přirozeně cytotoxickými buňkami (buňky NK, "přirození zabíječi" - na tu-ral killers). Humorální složky nespecifické imunity tvoří komplementovýsystém, interferony, lektiny a jiné sérové proteiny. Nespecifické složky imu-nity reagují na přítomnost škodliviny rychle, řádově v minutách. Narozdílod specifických složek nemají tzv. imunologickou paměť, tj. nejsou ovlivně-ny předchozím setkáním se škodlivinou.

Kromě toho mají pro obranu organismu proti infekci a udržování jehointegrity vůči okolí samozřejmě zásadní význam neporušený povrch kůžea sliznic a jejich přirozené neimunitní obranné mechanismy. Ty lze rozdělitna mechanické (pohyb řasinek, longitudinální tok vzduchu v dýchacíchcestách nebo tekutiny v močových cestách), chemické (mastné kyseliny nakůži, enzymy jako např.lysozym ve slinách, slzách a potu, pepsin v žaludkua střevě, antibakteriální peptidy zvané defensiny, kyselé pH žaludku a moči)a ~kro~iální (normální nEpatogenní flóra soutěží s patogenními mikroor-

Základní pojmy, funkce a složky imunitnOlO systému /23

1',llllismyo živiny a o receptorová místa, která zprostředkují adhezi na epite-111', a produkuje antibakteriální látky).

r,3.2 SPECIFICKÉ (ADAPTIVNÍ) MECHANISMY

ryto evolučně mladší adaptivní, antigenně specifické mechanismy (známé,Ii li obratlovců) reagují na každou cizorodou strukturu prostřednictvím vy-.oce specifických molekul (protilátky, antigenně specifické receptory T-Iym-IIIl'ytů) , a aktivují se až po setkání s daným antigenem. Mezi ně patří mecha-.usmy humorální (založené na protilátkách) a buněčně zprostředkované(/.,ložené hlavně na T-Iymfocytech). K úplnému rozvoji imunitní reakcepacifické je zapotřebí několika dní až týdnů. Charakteristickým rysem těch-

Ip reakcí je imunologická paměť.U obratlovců jsou jak neadaptivní, tak adaptivní mechanismy životně

.lůležité a nepostradatelné a vzájemně spolu kooperují.

1.4 HLAVNí SLOiKY IMUNITNíHO SYSTÉMU

Imunitní reakce jsou zajišťovány mnoha různými druhy buněk a molekulII jejich vzájemnými interakcemi. Buňky imunitního systému spolu s pojivo-vými buňkami a dalšími strukturami tvoří funkční a anatomické celky -lymfatickou tkáň a lymfatické orgány.

1.4.1 LYMFATICKÉ TKÁNĚ A ORGÁNY

[ako primární lymfatické orgány jsou označovány kostní dřeň, thymus a u ptá-ků Fabriciova burza. Jsou místem vzniku, diferenciace a zrání imunokompe-

tontních buněk.Sekundární lymfatické orgány jsou slezina, lymfatické uzliny a jejich

organizované shluky (tonzily, apendix, Peyerovy plaky ve střevě). Lymfatickátkáň rozptýlená do funkčních, nikoli anatomických celků, je představována ze-jména slízniční lymfatickou tkání (MALT - mucous associated lymphoid tis-sue). Sekundární lymfatické orgány a tkáně jsou místem, kde probíhají hlav-ní fáze antigenně specifických imunitních reakcí.

Lynúatické orgány jsou s ostatními orgány a tkáněmi propojeny sítí lym-fatických a krevních cév. Lymfatické cévy sbírají lymfu z tkání, přivádějí ji

Page 11: Zaklady imunologie

I,

1,,,1

II

11,'11

:1111:

11111

/24 Hořejš(, Bartliňková / Základy imunologie

do lymfatických uzlin a odtud ji odvádějí spolu s částí lymfocytů do krevní-ho řečiště, Lymfatické cévy, které přivádějí do uzlin lymfu a s ní případněantigeny a tzv, buňky prezentující antigen (APC) z tkání, se nazývají aferent-ní cévy, Ty, které z uzlin odvádějí s lymfou do krevního oběhu (a posléze dotkání) zralé efektorové lymřocyry, se nazývají eferentní cévy. V uzlinách a po-dobně ve slezině dochází k anatomicky optimálně organizovanému stykuT a B-lymfocytů s různými druhy APC, k aktivaci, opakovanému dělení(proliferaci), diferenciaci a konečnému vzniku efektorových lymfocytů.Každá uzlina je prokrvena - vstupuje do ní arterie a odchází z ní véna (obr. 1).Arteriální krví jsou do uzlin přinášeny i čerstvě vzniklé ("naivní") lymfocy-ty z kostní dřeně a z thymu. Ty přestupují do parenchymu uzlin přes cévnístěnu (tvořenou endoteliálními buňkami) v tzv. postkapilárních venulách(drobných vénách, jimiž počíná žilní systém po přechodu z kapilárního te-

') penného systému). Nově vzniklé lymfocyty se tedy dostávají z místa svéhovzniku v primárních lymfoidních orgánech do sekundárních lymfoidníchorgánů krevním řečištěm, opouštějí je posléze eferentními lymfatickými

() cévami, jimiž se dostávají do krevní cirkulace a odtud do tkání, kde jich jezapotřebí. To, jakým způsobem dochází v lymfoidních uzlinách a jiných se-kundárních lymfatických orgánech ke stimulaci T- a B-Iymfocytů antigenema k nezbytným kooperativním interakcím mezi různými imunocyty, budepopsáno později (kap. 11 a 12).

aferentni lymfatická _céva

eferentnllymfatlckácéva

"0, kůraprimárnllymfoidnl / / (fu"k~ p,

dřeňové (medulárnQn provazce - makrofágyplazmocyty

parakortikálnloblast I I q(hlavněT bu~ky) ,

arteríevena

sekundárnllymfoidnl ~=<\ rn1folikul

germinálnl centrum '\~ =4' r ( -// marginálnl sinus

Obr. 1: Průřez lymfatickou uzlinou.

fr

Základ/'IÍ pojmy, fimkce a složky il11unitl1fllO systému/25

1.~,2 BUŇKY IMUNITNíHO SYSTÉMU (IMUNOCYTY)

1'\11 blutnou část imunitního systému tvoří různé druhy bílých krvinek (leu-lII'yty). Všechny druhy leukocytů pocházejí z pluripotentních kmenových

,,"tlčk přítomných v kostní dřeni (charakteristickým znakem kmenových1,"l\čk je adhezivní molekula CD34). Kmenové buňky se ve dřeni udržují\ m.\lém počtu po celý život. Pod vlivem různých faktorů se jich část dííe-1I'lIl'uje na různé typy leukocytů (obr. 2). Takto způsobený úbytek kmene-Iyrh buněk se kompenzuje dělením. Dvě základní linie vznikající z kmene-

I'yrhbuněk jsou linie myeloidní a lymfoidní.. ••• ':/0""" ;; I f fA - t','-Vf '('1'<: -:> ,., '.1" .

.} @ km.~ová bu~ka ./.

myeloidnl / Iprekur@soOr @. Iymf~idnl

Oprogemtor

I\~.:::') ~\ \ @ @ pre-T @ pre-Be • 8@ " I \ I \, \ ~~~ ..;:;:: ~~ 'ČS 'ČS tJ1Y

~ @ c~4,.c....( J ~\~ ~\~O ',0: ,'--, i',JtP1b. Tc TH 61 62. 0'a.r~ /:, (CD8+) (CD4+

dendritické makrofáq _. I 1\ 1{1 (fft: ••.· , ' /1.1bu~ka l1'/VoJ A II. ' ~ (, f ~f)l' _" ,".,..o'/J~* plazmocyt O

;,'- "10•• 1", 'V" ~'. v.,,~ zralé ~.fektory ~.I( A )1.. fr

.~

megakaryocyt

@I.....

·0 o."trombocyty

(/

Obr. 2: Di.ferenciace různých druhů leukocytů z kmenové buňky." , r... J..,.ť ;..' U'.' ~ ~~.''i' . 1-

f ,t IZ myeloidní linie vznikají monocyty (které cirkulují v krvi a ve tkáních

se diferencují na makrofágy) a tři druhy granulocytů: neutrofily (zvané té v

polymorfonukleáry), eozinofily a bazofily. Tkáňovou formou bazofilů jsoužírné buňky (mastocyty). Do této vývojové řady patří také dendritickébuňky. Všechny druhy myeloidních buněk tvoří základ nespecifické částiimunitního systému. Většina z nich je na dána schopností fagocytózy a jsouproducenty cytokinů a dalších rozpustných mediátorů. Dendritické buňky,

Page 12: Zaklady imunologie

lili!

1111:'

'I

II:,

"1;"

!IIIIpl

/26 Hořejšf, Bartůiíkmxi / Základy imunologie

ale i monocyty a makrofágy, působí jako velmi důležité buňky prezentujícíantigen (APC; antigen-presenting cells) pro T-Iymfocyty, takže jsou i základ-ní součástí antigenně specifické části imunitního systému.

Z myeloidní linie pocházejí také erytrocyty (červené krvinky) a trombo-cyty (krevní destičky), které mají také určitý význam v některých imunitníchdějích a zejména v zánětu, ale jejich hlavní funkce jsou jiné.

Z lymfoidní linie se diferencují buňky NK, lymfocyty B a T. Vývoj B-Iym-focytů probíhá u lidí v kostní dřeni a dokončuje se po setkání s antigenemv sekundárních lymfoidních orgánech (uzliny, slezina, Peyerovy plaky). Ko-nečným diferenciačním stadiem B-Iymfocytů jsou plazmatické buňky (plaz-mocyty), které produkují protilátky. Hlavní část vývoje T-Iymfocytů probíháv brzlíku (thymus). Některé subpopulace T-lymfocytů se však zřejmě vyvíje-jí mimo thymus. Thymus opouštějí dvě hlavní fenotypicky odlišné subpo-pulace: prekurzory pomocných T-buněk (TH), které mají na povrchu recep-tor zvaný C04 a prekurzory cytotoxických T-buněk (Td, které mají místoCD4 receptor zvaný COS. Třetí hlavní subpopulací lymfocytů jsou NK buň-ky, které jsou vývojově bližší T-Iymfocytům než B-lymfocytům. PrekurzoryTH a Tc se po setkání s antigenem na povrchu vhodných APC diferencují na

ralé efektorové TH (charakteristické zejména produkcí řady cytokinů regu-lujících jiné buňky), resp. na efektorové Tc-buňky (zvané též CTL; charakte-ristické hlavně schopností cytotoxicky zabíjet jiné buňky - kap. 11). .

Část Ba T-lymfocytů se po setkání s antigenem diferencuje v paměťovébuňky. Ty jsou zodpovědné za jev tzv. imunologické paměti: po dalším setká-ní se stejným antigenem (často i po mnoha letech) jsou rychle aktivovány a za-hájí tzv. sekundární (anamnestickou) odpověď, která je mnohem rychlejšía efektivnější než odpověď primární.

T i B-Iymfocyty procházejí během diferenciace stadiem, v němž docházík náhodnému přeskupování genů kódujících variabilní úseky jejich antigen-ně specifických receptorů (viz kap. 10). Tak vzniká rozsáhlý soubor indivi-duálních klonů, z nichž jsou eliminovány autoreaktivní klony. Konečná fázediferenciace těchto buněk probíhá pod přímým vlivem antigenu (viz obr. 3).

V imunitním systému hrají důležitou úlohu také některé typy buněk,které nepocházejí z hematopoetických (krvetvorných) kmenových buněk.Patří mezi ně folikulární dendritické buňky (FOC), které hrají důležitouúlohu při stimulaci B-Iymfocytů (viz kap. 12) a endoteliální buňky, kterétvoří výstelku cév. Tyto buňky umožňují a regulují migraci leukocytů 'z krev-ního oběhu do tkání. Významné jsou též interakce buněk imunitního systé-mu s buňkami nervového systému a s epiteliálními buňkami sliznic.

.ákladrr( pojmy, fUllkce n složk1j imll/litrr{ho systé/llll1 ~

á bul\kakl!10nov @ _ <,

iaceO diferenc binace \genová rekom

@Pfantigen + 2. signál

@<{l ~ /-@<~ """""""".~~.~ ~ diferenciace ~ "

@-c zralé e•••• ''''''"''''

klonálnl systémnaivních Iymfocytú

br. 3: vývoj klonálního systému antigenně specifických lymfocytů.

wv_')11,,1 '1.

1.4.3 MOLEKULY IMUNITNíHO SYSTÉMU

ákladními molekulami jsou: antigenně specifické receptory na povrchuTa B-Iyrnfocytů (TCR, BeR); MHC glykoproteiny 1. a n. třídy (major histo-compatibility complex, u lidí označované jako HLA molekuly - human leu-kocyte antigens), dále Fc-receptory (váží Fc části molekul imunoglobulinŮ),adhezivní a kostimulační molekuly, imunoglobuliny (protilátky), cytokinya jejich receptory, "nespecifické" receptory složek mikrobiálních povrchůa složky komplementového systému. Tyto molekuly jsou buď součástí bu-něčné membrány, nebo JSOU různými typy buněk sekretovány. Budou po-stupně probírány v následujících kapitolách (kap. 3,5,6,7 a 8).

1.5 PRINCIPY FUNGOVÁNí IMUNITNíHO SYSTÍMU

1.5.1 AKTIVACE NESPECIFICKÝCH MECHANISMŮ IMUNITY

jako první se do obranných reakcí obvykle zapojí nespecifické, neadaptivnímechanismy. Ty jsou zásadně důležité pro celkový výsledek imunitní reak-ce. Jsou založeny především na rozpoznání chemických struktur charakte-ristických pro mikroorganismy (viz kap. 2.1.2). Po rozeznání takových cizo-

Page 13: Zaklady imunologie

d'

111'11

1

III,! III

lilll:

11!lillil

1"'lilll

"'[

/28 Hořejší, Bartůňkouá / Základy imunologie

rodých struktur se aktivují efektorové mechanismy buněk nespecifické částiimunitniho systému (zejména různé druhy fagocytů), ale i humorální systé-my (komplement), které cizorodý mikroorganismus likvidují. Několik dru-hů fagocytů je navíc nezbytných k zahájení antigenně specifických imunit-ních procesů, protože slouží jako buňky prezentující antigen T-lymfocytům.Principiálně důležitou úlohu zde hrají MHC glykoproteiny, pomocí kterýchjsou na povrchu buněk prezentujících antigen "vystavovány" fragmentyproteinů jimi pohlcených.

1.5.i AKTIVACE SPECIFICKÝCH MECHANISMŮ IMUNITY

Antigenně specifické mechanismy jsou založeny na klonálním, anticipačnímprincipu. To znamená, že v organismu je předem připraveno velké množství(řádově nejméně desítky miliónů) individuálně odlišných B- a T-lymfocytů,které se navzájem liší detaily struktury vazebných míst svých antigenněspecifických povrchových receptorů. V tak velkém souboru struktur vazeb-ných míst se vždy najde alespoň několik takových, které jsou schopny vázatdostatečně silně určitý konkrétní antigen (resp. určitý epitop takového anti-genu). Dostane-li se do organismu určitý antigen, po jisté době se setkás lymfocyty, které nesou patřičné receptory. Ty se za vhodných okolností po-množí a vytvoří klony buněk stejné specifity, které pak mohou antigen(resp. mikroorganismus, který jej obsahuje) eliminovat (obr. 3). Imunitnísystém je tedy připraven "předvídat" (anticipovat) setkání s jakýmkoli anti-genem a reagovat na něj pomnožením klonů antigenně specifických lymfo-cytů. K produktivní aktivaci antigenně specifických lymfocytů (t], jejich po-množení a diferenciaci na zralé efektorové buňky) obvykle nestačí signál,který je poskytnut rozeznáním antigenu specifickým receptorem. Většinouje potřeba, aby buňka dostala ještě další, tzv. pomocný neboli kostimulačnísignál od jiných buněk imunitního systému. Tento princip druhého signálumá zásadní regulační význam a zabezpečuje, aby nedocházelo k příliš snad-né a potenciálně nebezpečné aktivaci lymfocytů. Existence pouze prvníhosignálu sama o sobě obvykle vede k dlouhodobému funkčnímu útlumu (tzv.anergie) nebo dokonce k apoptotické smrti •.buňky (lymfocytu). Klonálněspecifické lymfocyty se diferencují do příslušných efektorových populací.

•.Apoptóza (programová buněčná smrt) je fyziologický proces, jímž jsou z organismu od-straňovány různé typy buněk. Dochází při něm ke změnám buněčné membrány, zesířová-ní cytoplazmatických proteinů, štěpení chrornatinu a rozpadu buňky na tzv. apoptotická

Základll( pojmy, fimkce a složky imunitnOw systému/29

,. ostimulační a diferenciačnÍ signály vydávají lymfocytům právě některéhllňky nespecifické části imunitního systému (viz výše).

1.5.3 TOLERANCE A REDUNDANCE

repertoáru antigenně specifických lymfocytů je nutno odstranit (nebo funkč-lil' "umlčet") všechny klony, které by rozeznávaly struktury normálně pří-tomné ve zdravém organismu: imunitní systém musí být tolerantní k buň-k.\m a molekulám organismu vlastním. Mechanismy udržování tolerance

l"oU probrány v kap. 13 a 19.Většina prvků imunitního systému je alespoň částečně nahraditelná jiný-

mi prvky. Tato redundance snižuje zranitelnost systému náhodnými malý-

mi poruchami.

tčlíska, která jsou rychle likvidována fagocyty. Na rozdíl od smrti nekrotické nevede apo-ptóza k lýze buňky a k poškození okolní tkáně uvolněnýrrli enzymy. V imunih1Íll1systémumá apoptóza význam zejména při eliminaci autoreaktivních Iymfocytů při vývoji v kostnídřeni a thymu a při odstraňování již nepotřebných efektorových buněk. Apoptózu lze na-vodit mnoha způsoby _ vystavením buněk různým typům stresu, nedostatkem "záchran-ných signálů" nebo signalizací přes některé povrchové receptory, z nichž nejznámější je

Fas (CD95) a receptor pro cytokin TNE

Page 14: Zaklady imunologie

,III

I

"I

/il: 2Buněčné složky

nespecifické imunity

2.1 IAGOCYTY A IAGOCYTÓZA

Fagocytóza je evolučně velmi starý děj podobný pohIcoválú potravních částicamébami. Schopnost pohlcovat částice z okolí má celá řada buněk. U vyššíchorganismů se vydělila populace buněk, které zabezpečují obranyschopnostorganismu právě mechanismem fagocytózy. Tyto buňky jsou naZývány profe-sionáb1Ími fagocyty. Mezi ně patří zejména neutrofilní a eozinofiIní granulo-cyty, monocyty a jejich tkáňová forma - makrofágy. Jejich poměrné zastoupe-ní v periferní krvi u člověka je uvedeno v tab. 1. Jde o základni buňkynespecifické imunity a ústředni buňky zánětlivé reakce (viz kap. 4). Zvláštnímdruhem fagocytujících buněk jsou buňky dendritické, které hrají hlavní úlohuve zpra.cování a prezentaci antigenu. Přes určité rozdíly v receptorové a enzy-matické výbavě je většina charakteristik pro tyto různé buňky shodná. Zá-

Tab. 1: Poměrné zastoupení jednotlivých druhů bílých krvinek zdravého dospělého člo-věka

- --. -

Druh buněk ~Poměrné zastoupení (%) --Neutrofi/ní granulocyty 60-70

Eozinofilní granulocyty 1-3Bazofilní gronulocyty <2Monocyty

5-10lymfocyty

20-40 ----~,- - ~ . ..I

Buněčné složky nespecifické imunity /31

~ladním rozdílem je, že neutrofilní granulocyty.neexprimují z-a normálníchokolností MHC proteiny II. třídy, a nejsou tedy buňkami prezentujícími anti-).;l'l1. Další rozdíl je v tom, že granulocyty mají význam v antiinfekčni obraně

.jména proti extracelulárním bakteriím, zatímco makrofágy fagocytují ze-pnéna pozůstatky vlastrúch buněk zahynulých apoptózou a významně se po-dílejí na obraně proti některým intracelulárním parazitům. Eozinofilní gra-nulocyty mají význam v obraně proti parazitárním infekcím vyvolanýmrnnohobuněčnými červy. Úlohou buněk dendritických je především zpraco-váni a předkládání antigenu, čímž' tvoří spojnici mezi nespecifickou a specific-kou.imunitou. Zatímco granulocyty jsou schopny vykonávat své efektorovéfunkce ihned, makrofágy se stávají plně funkčními až po aktivaci signály,které jim poskytují lymfocyty T ve formě cytokinů (interferon y, TNF). Den-dritické buňky pak existují v několika funkčnich a morfologických.stadiích. Ne-utrofily jsou krátce žijící buňky (poločas v krvi je 6-12 h), makrofágy i dendri-tické buňky žijí relativně dlouho, mohou se různými způsoby transformovata přecházet do různých aktivačních stadií. V následujících odstavcích budouprobrány mechanismy fagocytózy granulocytů a monocytů/makrofágů; spe-cifika funkce dendritických buněk jsou pak uvedena v kap. 2.2.

2.1.1 PRŮNIK FAGOCYTŮ DO POŠKOZENÝCH A INFIKOVANÝCH TKÁNí

Neutrofilya monocyty cirkulují v krevním oběhu. Cirkulující neutrofily jsouv dynamické rovnováze s frakcí adherovanou na cévní stěnu. Periferních neu-trofilů a monocytů je cca 7 %> z celkového množství, zbývajících 93 % je v kost-ní dřeni, odkud se průběžně vyplavují, takže je v oběhu udržováno stálémnožství. Poměr cirkulujících a dřeňových fagocytů se mění vlivem zánětli-vých cytokinů a bakteriálních produktů. Do poškozených a infikovaných tkáníse fagocyty dostávají tím, že se zachytí na povrchu endoteliálních buněk cévtěchto tkání, prostoupí mezi endoteliálními buňkami do tkáně (diapedéza, ex-travazace) a v tkáni se aktivně pohybují do místa poškození (obr. 4). Jejich po-hyb je řízen chemotakticky látkami uvolňovanými v místě poškození (zánětu).

Fagocyty (hlavně neutrofily) se zachycují na povrchu endotelií zanícenýchtkání proto, že se tu na rozdíl od normálních (klidových) endoteliálních buněkexprimují pod vlivem zánětlivých cytokinů některé adhezivní molekuly(kap. 7). V první fázi se při extravazaci neutrofilů uplatňují interakce mezi ad-hezivnimi proteiny endotelli, tzv. selektiny a sacharidovými strukturami pří-tomnými ve velkém množství na povrchu neutrofilů (zejména oligosachari-dem zvaným sialyl-Lewis" antigen). Tato prvotní reverzibi1ní adhezivní

..,

Page 15: Zaklady imunologie

o

1~ill' /32

(a)

L-selektin

r'III

lijI',I

Inlegon(d)

Buněčné složky nespecifické imunity /33

oO O

O O

ytya eozinofily jsou důležité jiné chemokiny (MIP-la ap, MCP-l a RAN-l'l-S). 'Dalšími společnými chemotaktickými látkami jsou komplementovéIrllgmenty C3a a C5a,leukotrien B4 (LTB4), faktor aktivující destičky (PAF)" rhemotaktické peptidy pocházející z bakteriálních proteinů, z nichž nej-námější je tzv, fMLP (formyl-metionylleucinphenylalanin). Pro všechny

tyto látky mají fagocyty na svém povrchu příslušné receptory. Stimulacelt"chto receptorů vede nejen k chemotaxi, ale také k aktivaci fagocytózy a ná-Icdných dějů (viz dále). Fagocyty se ve tkáni aktivně pohybují k místu zánětu

t.ik, že sekretují hydrolytické enzymy, které částečně-štěpí složky mezibuněč-lIé hmoty a posunují se pomocí reverzibilních adhezivních interakcí svých po-vrchových adhezivnich molekul s molekulami mezibuněčné hmoty.

Neutrofily, které v místě poškození splnily svůj úkol (odstranění mikro-organismů a jiných cizorodých částic), během krátké doby hynou a jejich po-

ůstatky jsou odstraňovány dalšími fagocytujícími buňkami, zejména makro-'ágy. Odumřelé neutrofily tvoří hnis. Makrofágy žijí déle. a proces fagocytózymohou několikrát opakovat.

2.1.2 ROZPOZNÁVAcí MECHANISMY FAGOCYTŮ

Fagocyty jsou schopné rozpoznat struktury, které se nacházejí na povrchu mik-roorganismů, ale nikoliv na nepoškozených buňkách organismu vlastnich. Ty-to struktury jsou evolučně velmi konzervované, sdílené různými mikroorga-nismy a jsou nezbytné pro jejich život. Označují se někdy jako J,pathogenassociated molecular patterns" (PAMP). Příkladem mohou být endotoxiny(lipopolysacharidy) společné gramnegativnirn bakteriím, peptidoglykany cha-rakteristické pro grampozitivni bakterie, glukany a mannany typické pro kva-sinky a plísně. Pro apoptotické savčí buňky jsou charakteristické povrchové fos-folipidy, které se u normálních buněk nacházejí výhradně na vnitřní straněmembrány. Pro tyto charakteristické mikrobiální nebo apoptotické komponentyjsou na fagocytech přítomny různé druhy receptorů označované jako PRR (pat-hogen recognition receptors). Některé jsou exprimovány konstitučně, jiné jsouindukovány různými podněty. Kromě fagocytů jsou tyto strukturytrozpoznává-nyli humorálními složkami nespecifické imunity (komplementem, proteinyakutní fáze, přirozenými protilátkami - viz příslušné kapitoly).

Fagocytózu zprostředkují zejména interakce mezi povrchovými lektiny'fagocytů a sacharidy, které jsou součástí mikrobiálních glykoproteinů a po-

Cévnl fečišlě

Endoteliálnlbu~ky

TKAŇ

O

'-.... Receptory

chemoklnů

• Lektiny - proteiny schopné vázat sacharidy,

Chemokiny

Obr. 4: Zachycení fagocytů na endoteliálním povrchu a průnik do tkáně (diapedéza; ex-travazace), (a) Zachycení (interakcs L-selektinu s endoteliálními muciny). (b) Pevná vaz-ba (interakce leukocytámich integrinů s jejich ligandy KAM). (c) Průník mezi endoteliál-nírni buňkami do tkáně. (d) Chemotaktický pohyb ve tkáni. Adheze se účastní i dalšímolekLÚY(receptory pro IL-B,PAF a jiné), Podobně probíhá také extravazace Iymfocytů,

interakce (tzv. "rolling", kutáleni) pohyb neutrofilů zpomalí. Pokud je příto-men v okolí zánětlivý signál (např. cytokiny nebo chemokiny), dochází v dalšífázi k vazbě povrchových adhezivních molekul neutrofilů ze skupiny leuko-cytámích integrinů na povrchový glykoprotein endoteliáln1ch buněk ICAM-l(intercellular adhesion molecule-l; CD54). Tuto vazbu umožňuje změna kon-formační struktury integrinů pod vlivem prozánětlivých cytokinů. Vazba me-zi vysokoafinní formou integrinů na neutrofilech a adhezivními molekulamiICAM na endoteliích je již ireverzibilní a spoušti podnět k vycestoválú neutro-filů štěrbinou mezi endoteliálními buňkami směrem do místa zánětlivé reakceve tkáni. Monocyty a eozinofilv adherují na stěnu cévní prostřednictvím jiné-ho typu adhezívních molekul, Pl-integrinů; jejich partnerem na endoteliích jemolekula VCAM-l (vascular cell adhesion molecule),

Do místa zánětu fagocyty směrují různé chemotaktické faktory. Ty řídípohyb buněk ve směru chemotaktického gradientu. lllavní chemotaktickoulátkou pro neutrofily je cytokin khemoki.n) interleukin 8 UL-8). Pro mono-"<cp1'1

Page 16: Zaklady imunologie

III

II

I

I"

/34 Hořejšf, Bartti/lková / Základy imunologie

Tab. 2: ToUIike receptory a jejich ligandy

Receptor Ligand Původ ligandu

TLR1/TLR6 (heterodimer) Triacylové lipopeptidy Bakterie a mykabakterieSolubilní faktory Neisseria meningitidis

TLR2/TLR1(heterodimer) Lipoprotein/lipopeptidy Různé patogeny

IPeptidoglykan Grampozitivní bakterieLipoteichoová kyselina Grampozitivní bokterieLipaarabinomanan MykobokterieGlykoinositolfosfolipidy Trypanosoma cruziGlykolipidy Treponema maltophilumPoriny NeisseriaAtypický lipapolysacharid Leptospira interrogansAtypický lipopolysachorid Porhyromonas gingivalisZymosan PlísněHsp 70 Hostitel

TLR3 Dvojvláknová RNA ViryPoly (I-C) Syntetické sloučeniny

TLR4 [hornodimer-s Lipopolysachorid Gram-negativní bakterieMD2, CDl4) Taxol Rostliny

Fúzní protein RSV virusHsp 60 Chlamydia pneumoniaeHsp 70 HostitelFibronektin HostitelOligosacharidové fragmenty Hostitel

kyseliny hyaluronovéFragmenty heparan sulfátu HostitelFibrinogen Hastitel

TLR5 Flagellin Bakterie

TLR6/TLR1 (heterodimer) Diacylavé lipopeptidy MykoplazmataLipoteichoová kyselina Grampozitivní bakterieZymosan Plísně

TlR7 Imidazochinolin, loxoribin. Syntetické sloučeninybroprimin

Jednovláknová RNA Viry

TLR8 Imidazochinolin Syntetické sloučeninyJednovláknová RNA Viry

TLR9 Nemetylované CpG sekvence Bakterie a viryprokaryotické DNA

TLR10 Neznámý Neznámý

TLRll Neznámý Uropatogenní bakterie

Buněčné složla) nespecifické imulIih) /35

1\'~llcharidů. Mezi těmito povrchovými lektiny fagocytů jsou nejvýznamnějšíI,' v. mannózový receptor (rozeznává polysacharidy obsahující D-mannózu)I I-\Jlaktózový receptor (ten rozeznává hlavně galaktosylové zbytky na po-I u-hu senescentních erytrocytů, které jsou takto vychytávány z oběhu jater-"Hni makrofágy). Bakteriální lipopolysacharidy váže povrchový receptor

fllnulocytů a monocytů zvaný CD14. Mimořádnou důležitost mají recepto-ly skupiny TLR (ToU-like receptor; odvozeno od receptoru ToU, popsanéholH'jprve u drosofíly). které rozeznávají celou řadu chemických struktur cha-IIIkteristických pro různé patogeny _lipopolysacharidy, lipoproteiny, proka-Iyotické a virové nukleové kyseliny a další (viz tab. 2). Důležité je, že někte-1(' z těchto receptorů mohou být stimulovány také endogenními ligandy, tj.molekulami organismu vlastními, které se uvolňují např. při stresovém neboIll'krotickém poškození tkáně a slouží, podobně jako PAMP, jako "signálynebezpečí". Některé TLR jsou lokalizovány na buněčném povrchu, jiné(TLR3, 7, 8, 9) především v intracelulárních membránách, kde mají optimál-nl podmínky k setkání s ligandy uvolněnými z pohlcených mikroorganis-mů. Aktivací těchto evolučně velmi starých receptorů se spouští expreseprozánětlivých cytokinů (např. IL-1, IL-6, TNF, IL-8) a některých adheziv-ních a kostirnulačlúch receptorů na povrchu APe. Jak sekrece cytokinů, takindukce membránových receptorů jsou důležité pro interakci s antigenněspecifickými složkami imunitního systému.

podobnou funkci jako TLR mají také nedávno objevené cytoplazmatickércceptory zvané Nod (název odvozen od strukturní domény NOD, kterou ob-sahují (nudeotide-binding oligomerization domain). Jde opět o evolučněvelmi konzervované molekuly, které se nacházejí zřejmě u všech mnohobu-něčných organismů včetně rostlin. Jsou přítomny nejen ve fagocytujícíchbuňkách, ale např. také v buňkách epiteliálních. Tyto proteiny váží uvnitř infi-kovaných buněk charakteristické mikrobiální produkty (např. lipopolysacha-ridy či proteoglykany resp. jejich štěpné produkty, jako muramyldipeptid)a poté aktivují podobné signální dráhy jako TLR. Genetické polymorfismyNod genů jsou asociovány s různými zánětlivými chQI'o.baminebo irnunodefi-city. Např. PQDl..flli!...g~IWNod2je u lidí asociována se zánětlivými chorobamistřev, jako je Crohnova chorgQe. (viz kap. 19).

ro1yanionické struktury (např. kyseliny teichoové) přítomné na površíchněkterých mikroorganismů, ale také negativně nabité fosfolipidy charakte-ristické pro apoptotické buňky, rozeznávají tzv. scavangerové ("uklízecí")

receptory.Dalším důležitým mechanismem umožňujíóm rozpoznat částici jako cizo-rodou, je opsonizace, která je závislá na spolupůsobení protilátek, složek kom-

Page 17: Zaklady imunologie

"I /36 Hořejší, Bartůňková / Základy imunologie

"II

plemen tu a dalších sérových proteinů. Protilátky vázané na mikroorganismusjsou rozeznávány Fc-receptory fagocytů (viz kap. 7). Na povrchu mikroorga-nismů dochází také k aktivaci komplementového systému (viz kap. 3), což ve-de k usazování fragmentů komplementových proteinů, a to zvláště fragmentůproteinu G:~.Ty jsou rozeznávány .l(Omplementovými-recepto~ (kap. 7). Pro-tilátky a komplementové fragmenty tak působí jako~opsoniny, které označujíčástici jako cizorodou a činí ji pro fagocyt "chutnější".

]ako,opsoniny působí také.sérový lektin vážící mannózl:1 (mannose-bin-ding lectin, MBU, fibronektin, fibrinogen a proteiny ze-skupiny tzv. pentra-xinů - C-reaktivní protein a sérový amyloid P Tyto proteiny produkují ze-jména jaterní buňky pod vlivem zánětlivých cytokinů. Označují se také jakoproteiny akutní fáze (viz kap. 4).

2.1.3 PROCES FAGOCYTÓZY

Samotná fagocytóza* pak probíhá tak, že fagocyt nejprve kontaktuje maloučástí svého povrchu cizorodou částici prostřednictvím svých rozmanitýchpovrchových receptorů (viz výše) a postupně ji obchvacuje pseudopodiemi,jejichž pohyb je veden kontaktem závislým na receptorech, které spolu vzá-jemně kooperují. Částice je tak postupně zcela obklopena povrchovou mem-bránou fagocytu a nakonec uzavřena do nově vzniklé vakuoly _ fagosomu(obr. 5). Tvorba fagosomu je mj. závislá na intracelulárním přeskupení kon-traktilních proteinů (mikrofilamentový a rnikrotubulový systém). Tyto děje,jakož i děje, které následují, jsou iniciovány a řízeny signály poskytovanýmipovrchovými receptory fagocytů. Signalizační mechanismy používané re-ceptory obecně jsou diskutovány v kap. 9.

2.1.4 LIKVIDACE POHLCENÉHO MIKROORGANISMU

Už během vytváření fagosomu a hlavně po jeho ukončení dochází k jeho fú-zi s lysosomy (u fagocytů zvané azurofilní granule), které obsahují množ-ství baktericidních látek (např. bazické peptidy defensiny) a hydrolytic-

* Fagocytóza je speciálním druhem endocytózy. Jinými druhy endocytózy, též důležitýmipro imunibú děje, jsou pinocytóza (pohlcování malých měchýřků obsahujících extracelu-lární kapalinu spolu s případnými cizorodými látkami) a endocytóza zprostředkovanáreceptory (např. endocytóza transřerinu po vazbě na receptor pro transferin).

Buněčné složky nespecifické z,llunity /37

Obr. 5: Fagocytóza. (a) Zachycení částice pomocí receptorů fagocytů (viz text). (b) Pohl-\'l-nf;počátek fúze vznikajících fagosomů s lysosomy. (c)Destrukce pohlcených částic ly-sosomálními enzymy a jinými mechanismy (viz text).

kých enzymů (např. proteázy katepsiny či glykosylhydroláza lysozym)v tekutině nízkého pH (4-5) (viz tab. 3). Všechny tyto faktory napadají pohl-cené mikroorganismy a ničí je. Interakce Fc-receptorů a komplementovýchreceptorů s opsonizovanými částicemi vede také k rychlé aktivaci membrá-nového enzymu NADPH-oxidázy. Ten katalyzuje reakci, při níž NADPH*reaguje s kyslíkem za vzniku NADP+ a tzv. superoxidového radikálu O2-

(molekula kyslíku s připojeným jedním elektronem). Z něj dalšími reakcemivzniká tzv. singletový kyslík, peroxid vodíku a hydroxylový radikál. Tytomeziprodukty, tzv. reaktivní kyslfkové intermediáty (Ran, jsou velmi re-aktivními oxidačními činidly, která narušují strukturu biopolymerů mikro-organismů, ničí aktivitu jejich enzymů a poškozují DNA. Vzniklý peroxidvodíku reaguje s chloridovým anion tem (reakci katalyzuje enzym myelope-roxidáza) za vzniku baktericidních chlornanových (ClO-) aniontů. Děje za-hájené aktivací NADPH-oxidázy se souhrnně nazývají respirační (oxidační)vzplanutí, protože jsou provázeny výraznou spotřebou kyslíku.

* NADP - nikotinarnidadenindinukleotidfosfát (známý metabolit oxidoredukčních dějův buňce; NADPH je jeho redukovaná forma).

Page 18: Zaklady imunologie

III'IliIljl

'I!

II /11

/38 Hořejší, Barfůiíková / Základy imunologie

Tab. 3: Složenígranul neutrofilních leukocytů

Složka Granuly

Anfimikrob.élc! lysozymlaktoferin

a:zurofjlní specifické malé :zásobníMyeloperoxidózalysozymDefensinyBPI

proteiny

Neutrólníproteinózy

ElastózaKatepsin GProteinóza 3

KolagenózaKomplementovýaktivótor

ŽelatinózaPlazminogenovýaktivótor

Kyselé Katepsin BKatepsin DfI-D-glukuron idózaa-manozidózaFosfolipóza A2

Katepsin BKatepsin DfI-D-glukur~nidózaa-manozidóza

hydrolózy

Fosfolipóza A2Zósobní rnernbró-nové receptory

CR3, CR4FMlP receptorlamininovéreceptory

Ostatní Chondroitin-4-sulfót Cytochrom bS58Chemotaktický fak-tor pro monocytyHistaminózaProtein vózajícívitamin B12

Cytochrom bSS8

BPI: baktericidru protein zvyšující permeabilitu obalu gramnegativlÚch bakterii(bactericidaJ permeability - increasing protein)

FMLP: formylmethionyl-leucylphenylalanineCR3, CR4: komplementové receptory

Dalším účinným mikrobicidním prostředkem fagocytů je oxid dusnatý(NO), který produkuje enzymový komplex NO syntáza. K aktivaci tohotoenzymu dochází zejména v makrofázích pod vlivem cytokinů produkova-ných lymfocyty TH1 (IFN-ya TNF). NADPH-oxidázový systém je účinný ze-jména v ničení pohlcených extracelulárních patogenů, oxid dusnatý je hlav-ním nástrojem zabíjení intracelulárních parazitů makrofágy (viz kap. 15).

Baktericidní látky produkované fagocyty (zvláště reaktivní kyslíkové inter-mediáty, NO a hydrolytické enzymy) se někdy mohou uvolňovat i do okolních

'I~

Buněčné složky nespecifické imunihj /39

t~,lI\í a poškozovat je. Děje se tak především při různých chronických záně-"',h. Příkladem může být poškození cévní stěny kyslíkovými radikály, což jeJI .den z hlavních patogenetických mechanismů při vzniku aterosklerózy.

Děje, které se odehrávají po rozštěpení poh1cených (a případně usmrce-oych, jde-li o živé mikroorganismy) antigenních částic a které vedou k pre-l'l1taci antigenu T-Iyrnfocytům, jsou probrány v kapitole 6_

2.1.5 SEKREČNí PRODUKTYl"fAGOCYTŮ

"mrně svých přímých efektorových funkcí (fagocytóza a eliminace mikroorga-nísmů) mají fagocyty i důležitou úlohu-regulační. Monocyty a makrofágy jsoutotiž významnými producenty cytokinů IL-la i ~,IL-3, TNF, IL-6, IL-8, IL-12.1 GM-CSF (viz kap. 8). I když ve srovnám s monocyty produkují neutrofilymnohem menší množství těchto cytokinů, je tento fakt kompenzován jejichpodstatně vyšším počtem v ložiscích zánětu. Tyt<!5cytokinj zprostředkují systé-movou odpověď na zánět (IL-I, IL-6, TNF), ampl~ikují zánětlivou reakci UL-8),regulují hematopoezu (IL-3, GM-CSF) a regulují diferenciaci T-Iyrnfocytů(lL-12). Fagocyty jsou také důležitým zdrojem lokální produkce složek kom-plemen tu (C3). Eozinofilní granulocyty produkují IL-5 a chemokin MIP-Iaa tzv. eozinofilni kationický protein (ECP). Jsou také důležitým zdrojem cytoki-nů TGF-a a TGF-~, které za fyziologických podmínek napomáhají hojení tkánía za patologických podmínek přispívají k fibróze poškozených tkám. Velmidůležitými sekreč!ÚmÍ produkty fagocytů jsou také různé produkty metabolis-mu kyseliny arachidonové (prostaglandiny, prostacykliny, leukotrieny a trom-boxany). Tyto látky patří mezi základní mediátory zánětlivé reakce (kap. 4).

2.1.6 OCHRANA VLASTNíCH BUNĚK PROTI FAGOCYTŮM

agocyty odstraňují nejen patogeny, ale také apoptotické a jinak poškozenébuňky organismu vlastní. Ty jsou rozeznávány podobně jako buňky patoge-nů - podle neobvyklých struktur přítomných na jejich povrchu (např, fosfo-lipidy pocházející z vnitřní strany membrány) nebo podle jejich opsonizaceprotilátkami a fragmenty komplementu. Aby se zabránilo fagocytóze více-méně normálních buněk, jsou na jejich povrchu přítomny ochranné proteiny(např. CD47, CD200), které jsou rozeznávány příslušnými inhibičními recep-tory na povrchu fagocytů (SIRP-a/CD172a, CD200R)_ Tyto inhibiční signálybývají nazývány "don't eat me" signály.

Page 19: Zaklady imunologie

I

:111

II1I

',I

l'li,'

/40 Hoiejšť, Bartůiikoud / Základy imunologie

1.1 DENDRITICKÉ BUŇKY

Dendritické buňky (DC, dendritic cells) jsou považovány za nejúčinnějšíbuňky předkládající anhgen (APC). Dendritické buňky jakožto ~'Ila·vníAPCpředstavují spojující článek mezi rychlou antigenně nespecifickou a pomaluse rozvíjející (4-7 dní po infekci) antigenně specifickou části imunitníhosystému. V organismu se dendritické buňky vyskytují jednak ve formě ne-zralé, jednak zralé. rezralé form1 jsou strategicky rozmístěny v tkáních,které jsou na rozhraní organismu a okolního prostředí, Nejvíc jich je-v kůži.a ve sliznicích dýchacího a trávicího traktu, kde tvoří 1-2 % celkového počtubuněk. Slizniční DC dokonce" vystrkují" své výběžky mezi epiteliálnimibuňkami na slizniční povrch a odebírají tam aktivně vzorky potravních čivdechnutých antigenů. Dendritické buňky se nacházejí v menším množstvítéměř ve všech orgánech a tkáních a dynamicky cestují mezi krví a lymfou.Putování DC do sekundárních lymfatických orgánů ovlivňujíchemokinyCCL-19 a CCL-21, pro něž mají zralé DC receptor zvaný CCR7.

Pokud není v organismu přítomna infekce, nezralé dendritické buňkypohlcují průběžně odumřelé buňky zdravých tkání a molekuly rozpuštěnév mezibuněčné tekutině. Během své cesty mezi tkáněmi a lymfatickými uzli-nami pak takové pohlcené vlastní molekuly zpracují a jejich fragmenty vy_staví v komplexu s MHC proteiny na svém povrchu. Specifické T-lyrnfocyty,které takové normální autoantigeny rozpoznají, nejsou tímto kontaktem ak-tivovány. Jsou buď zcela utlumeny, nebo se z nich tvoří tzv. regulační lymfo-cyty T (Treg, viz kap. lI, 19), které imunitní reakce vůči danému antigenuaktivně potlačují. Nezralé dendritické buňky se tak významně podílejí nazachováni tolerance vůči vlastním tkáním.

Pokud nezralé dendritické buňky rozpoznají podnět, který představujepro organismus nebezpečí (nejčastěji se jedná o patogenní mikroorganismy,event. vlastní buňky, které zahynou nekrózou), aktivují se a stávají se z nichzralé dendritické buňky. Nebezpečný podnět představují zejména moleku-lární struktury spojené s patogeny (PAMP, viz výše), které jsou rozpoznává-ny příslušnými receptory. Aktivace vyvolaná prostřednictvím různých tako-vých receptorů vede k diferenciaci (rnaturaci) dendritických buněk, která jespojena s dramatickými změnami jejich vlastností. Vyzrávající DC se přesu-nují z tkání do lymfatických uzlin a jiných sekundárních lymfatických orgá-nů, ztrácejí schopnost pohlcovat částice z okolí a mění se na účinné APc. Toje dáno především silným ~ýš~níIn..e~p~eM~proteinů, kostimulačníchmolekul (CD80, CD86, viz kap. Tl), aclliezivních molekul a produkcí cytoki-E~otřebných pro optimální stimulaci diferenciace antigenně specifických

Buněčné slož1aj nesp~ifické imunity /41

I'fl'ktorových T-lymfocytů (např. IL-1, It6, TNF a IL-12; viz kap. 11). Pouzeralé DC dokáží aktivovat naivní lymfo<yty T, tj. takové, které se dosud ne-

.,\'tkaly s antigenem. DC dosáhne zralOsti během cca 48 h a tento proces jeItl.'ve.r.zibihú.Ve zralém stadiu DC vydr~í asi 2-3 dny, během nichž aktivujíIynúocyty T. Poté DC hynou apoptózou, Zásoby DC jsou kontinuálně dopl-,ůovány z prekurzorů v kostní dřeni a Sl\ad i z krevních monocytů.

Výše popisované nezralé a zralé DC jsou označovány jako tzv. m-yeloid-lli DG..(mDC). Kromě nich existují jeŠtě morfologicky a funkčně odlišnéplazmacytoidní DC (pDC) (tento ná~ev neznamená, že by měly cokolipolečného s plazmocyty). Pro mDC jsou hlavními růstovými a dííeren-

dačními faktory IL-4 a GM-CSF. EXPrimují většinu TLR a jejich hlavnífunkcí je stimulovat ve zralém stadiu antigenně specifické lymfocyty T.Růstovými faktory plazmacytoidních DC jsou CD40L a IL-3. Exprese re-ceptoru pro lL-3 (CD123) je také hlavl\im znakem, který dovoluje identifi-kaci pDC v krvi a tkáních. Plazmacytoidní DC exprimují hlavně receptorynukleových kyselin TLR-7 a TLR-9, což vysvětluje dlouho známý fakt, žepo setkání s viry produkují velká mn\)žstvÍ interferonu a (lFN-a). TLR-7" TLR-9 jsou totiž velmi účinně stim\tlovány virovými RNA resp. DNA.Také u pDC dochází po jejich stimulaci k maturaci a přeměně v účinnéAPC pro antigenně specifické T-lymfocyty. produkce IFN-a je mimo jinédůležitá i pro aktivaci NK-buněk, které také velmi významně přispívajík obraně organismu proti virům.

Je třeba poznamenat, že v současnosti nemáme ještě zcela jasno v tom,kolik různých subpopulací DC existuje a jaké mezi nimi jsou vývojové vzta-hy. Výše uvedené schéma je značně zjednodušené. Je velmi pravděpodobné,že poznatky o těchto fenotypově velrn] plastických a funkčně extrémně dů-ležitých buňkách se budou ještě v mnOhém revidovat.

1.3 iíRNÉ BUŇKY (MASTOCYTY)

, é-buňky (mastocyty) se diferenc\tjí z prekurzorů v kostní dřeni a jsouv mnoha ohledech podobné bazofilůl\l.. Podle lokalizace a struktury se rozli-šují na dva typy - pojivové a slizniční Do těchto subtypů se diferencují zřej-mě až pod vlivem mikroprostředL Jejich základní funkce spočívají v obraněproti parazitárním infekcím; hrají ta~é zřejmě dosud poněkud nedoceněnérole při regulaci imunitní odpovědi.a při komunikaci mezi nervovým a imu-nitním systémem. Podílejí se též na zabezpečování fyziologických funkcísliznic a,přispívají k normálnímu metabolismu pojivových tkání. Jsou to jed-

Page 20: Zaklady imunologie

/42 Hořejš(, Bartů 11ková / Základy imunologie

ny z prvních buněk aktivovaných při zánětu. Za patologických okolnostíjsou zodpovědné za časný typ přecitlivělosti (viz kap. 18).

11111

2.3.1 RECEPTORY žíRNÝCH BUNĚK

Charakteristickým receptorem žímých buněk je vysokoafinní Fc-receptor pro IgE(FCERI).Prostřednictvím tohoto receptoru jsou na povrchu žímých buněk vázá-ny molekuly IgE, pomoci kterých je pak možno rozeznávat příslušné antigeny(typicky povrchové molekuly mnohobuněčných parazitů). Po vazbě multiva-lentního antigenu na povrch žírné buňky "vyzbrojené" navázaným IgE dojdek agregaci několika molekul receptoru. To vede k iniciaci signálů, které vyvolajídegranulaci žírné buňky, tj. fúzi cytoplazmatických granulí s povrchovou mem-bránou a vylití jejich obsahu (obr. 6). Uvolněné fyziologicky účinné látky jednakpřímo poškozují napadeného parazita, jednak vyvolávají fyziologické reakcevedoucí k jeho vypuzení, resp. k rozvoji dalších obranných mechanismů (kap.1S.5).Stejné mechanismy jsou zodpovědné za projevy časného typu přecitlivě-losti (alergie) na neškodné antigeny (pylová zrnka, roztoči) (viz kap. 18).

Žírné buňky nesou též řadu dalších funkčních receptorů (např. Fc-recep-tory pro IgG nebo receptor pro komplementový fragment CSa, přes který lzetaké aktivovat degranulaci i v nepřítomnosti IgE). Pro správnou tkáňovoulokalizaci žírných buněk jsou důležité jejich povrchové adhezivní molekuly(P1 a p7-ntegriny, L-selektin). Důležitými růstovými faktory žírných buněkjsou cytokiny IL-3, IL-4 a SCF (stem cell factor).

2.3.2 SEKREČNí PRODUKTY žíRNÝCH BUNĚK

V cytoplazmě mastocytů se nachází velké množství granul (specializovanýchlysosomů). Ty obsahují celou řadu hydrolytických enzymů, proteoglykany(heparin, chondroitinsulfát) a hlavně biogenní aminy (histamin a serotonin).Po degranulaci mastocytu působí uvolněný histamin jako vazodilatátor (vy-volává rozšíření cév působením na hladké svalstvo cév), ale způsobuje téžbronchokonstrikci (působením na hladké svalstvo bronchů). Některé enzymyuvolněné z degranulovaných mastocytů mohou přímo poškozovat napadenéparazity; působení histaminu na hladké svalstvo napomáhá k mechanické-mu vypuzení parazita (kašel, peristaltika střev). Vazodilatace umožňujezvýšenou tvorbu hlenu na sliznici, který brání interakci parazita s povrchemsliznice a napomáhá jeho odplavení.

Buněčné složky nespecifické imunity/43

Antigen (alergen)

Cytoplazmatickégranule

Obr. 6: Degranulace mastocytů a bazofilů po agregaci IgE-receptorů s navázaným

I!\E-antigenem (alergenem).

ároveň s degranulací se v žírných buňkách aktivuje metabolismus ky-seliny arachidonové; vznikají a sekretují se zejména leukotrien C4 a prosta-glandin PGD

2. Mastocyty sekretují i několik cytokinů, které přispívají k roz-

voji lokálního zánětu i k dalším imunitním reakcím: TNF aktivuje fagocytya zvyšuje expresi adhezivních molekul na endoteliích, TGF-~ napomáhá ho-jení poškozené tkáně, lL-S stimuluje eozinofi1y a lL-6 podporuje produkciimunoglobulinů (včetně 19En plazmocyty. Velmi důležitý je lL-4, který zřej-mě rozhoduje o tom, zda dojde k diferenciaci prekurzorů TH na TH

2, tj. buň-

ky, které řídí diferenciaci B buněk na plazmocyty produkující 19E (který pak

mohou opět využívat mastocyty).

1.4 BAlOFILNí GRANULOg!!

Tyto buňky bývají považovány za cirkulující formu žírných buněk; zdá sevšak, že jde o terminálně diferencované buňky, které nejsoU předchůdci tká-ňových žírných buněk. Diferencují se z myeloidního prekurzo

ruv kostní

dřeni, Svojí receptorovou výbavou, obsahem granul, mechanismy stimulacea funkcemi jsou si s žírnými buňkami velmi podobné. Jsou zodpovědné za

vznik anafylaktického šoku (viz kap. 18).

Page 21: Zaklady imunologie

/44Hořejší, Bnrlllňková / Základy imunologie

1.5 DALŠí BUŇKY

Na všech typech imunitních reakcí se aktivně podílejí zejména endotelie, epite-1iální buňky a fibroblasty. Tyto buňky produkují některé cytokiny a expri-mují adhezivní molekuly, čímž zajišťují určité mikroprostředí a umožňují ce-lou řadu funkcí imunocytů od jejich diferenciace v primárních lyuúoidníchorgánech přes migraci do tkání až po výkon efektorových funkcí. Samy tytobuňky produkují některé antimikrobiální látky, a tím se podílejí na přiroze-ných obranných pochodech organismu.

Velmi úzké jsou interakce imunitního systému s endokrinním a nervo-vým systémem zprostředkované zejména účinkem různých společných roz-pustných mediátorů (viz kap. 13).

Do systému nespecifických složek imunity patří také NK-buňky, ty jsouvšak pro svoji podobnost s lyuúocyty probrány v kap. 11.

3Humorální sloiky

nespecifické imunity

3.1 KOMPLEMENT

Jako komplement se označuje soustava zhruba 30 sérových a membráno-vých proteinů, které kooperují jak mezi sebou, tak s dalšími imunitními me-chanismy. Hlavními složkami komplementu je 9 sérových proteinů označo-vaných CI-C9. Po různých podnětech dochází ke kaskádovité aktivacijednotlivých složek. Ústřední složkou je C3, jejíž fragment C3b se pevně (ko-valentně) váže na mikrobiální povrch. Meziprodukty této kaskádo vité reak-ce mají výrazné biologické funkce (opsonizace, chemotaxe). Terminální pro-dukt komplementové kaskády, komplex proteinů CSb, C6, C7, C8 a C9(označovaný jako MAC; membrane attack complex) perforuje membrányněkterých mikroorganismů, působí jejich lýzu, a tím je zabíjí. Hlavní funkcekomplementového systému tedy j~ou:• opsonizace (C3b), -, ",od/.] /Q(U7<'4,tr)

• chemotaxe (C3a, CSa),• osmotická lýza (komplex CSb-C9). ptt0gen~/

Některé složky komplementového systému jsou však významné i při ji-ných dějích - např. imunokomplexy obsahující fragmenty C3dg stimulují ak-tivaci B-Iynúocytů (kap. 5.1), imunokomplexy obsahující fragmenty C3b regu-lují transport antigenů do sleziny a uzlin a některé komplementové receptoryslouží též jako adhezivni molekuly.

Page 22: Zaklady imunologie

III

[I

IIII

II

I,,!I

III

III

/46 Hořejší, BarUíňková / Základy imunologie

Komplementový systém se aktivuje třemi způsoby - tzv. alternativní,lektinovou a klasickou cestou. Poprvé byla popsána cesta označovaná nyníjako klasická, později jiná, zvaná proto alternativní, lektinová cesta byla po-psána teprve nedávno a je vlastně určitou variantou cesty klasické.

3.1.1 ALTERNATIVNí CESTA AKTIVACE KOMPLEMENTU

'•.u. 'l-lycc,'

Alternativní cesta aktivace komplementu (obr. 7) je v pravém slova smysluneadaptivní, nespecifickou imunitní reakcí. Klíčová složka komplementu,C3, se s nízkou frekvencí samovolně štěpí* na větší fragment C3b a menšíC3a. Ve vzniklém C3b se odhalí velmi reaktivní cyklická thioesterová sku-pina, která byla v intaktní molekule C3 skryta. Tato skupina rychle reagujes hydroxy- a aminoskupinami v blízkém okolí. Pokud jsou to skupiny napovrchu nějaké částice (buňky organismu vlastní, mikroorganismus), navá-že se touto reakcí C3b kovalentně na takový povrch (většinou však thioeste-rová skupina reaguje s vodou, a tím se inaktivuje). Molekula C3b navázanána povrch částice zahájí kaskádu dalších reakcí: nejprve se k ní připojí dalšísérový protein zvaný faktor B a ten je pak štěpen sérovou proteázou zvanoufaktor D na fragmenty Ba a Bb. Vzniklý komplex C3bBb je stabilizován fak-torem P (properdin) a působí jako tzv. alternativní C3-konvertáza, tj. enzymštěpící velmi účinně C3 na C3a a C3b. Vzniklé fragmenty C3b se kovalentnězachycují na povrchu kolem enzymově aktivního komplexu, který tento dějvyvolal, a slouží jako významné opsoniny. Kromě toho z některých vznikajídalší molekuly C3-konvertázy, a tak dochází k mnohonásobnému zesilovánípůvodního podnětu. Fragmenty C3a působí chemotakticky na fagocyty. Z ně-kterých molekul C3-konvertázy vznikají složitější komplexy (C3bBbC3b), kte-ré mají odlišnou proteolytickou aktivitu - štěpí protein CS na fragmentCSb a menší eSa (ten má silné chemotaktické účinky). C3bBbC3b je tedy (al-ternativní) C5-konvertáza. Vznikem CSb začíná terminální (lyrická) fázekomplementové kaskády, která je stručně probrána níže.

Důležité je, že tyto děje jsou iniciovány spontánním, nespecifickým způ-sobem (štěpení C3) a v principu může docházet k jejich rozvoji jak na povr-chu cizorodých částic (což je užitečné), tak na povrchu vlastních buněk (cožby bylo škodlivé a vedlo by k sebepoškozování). Na povrchu buněk organis-

• Tento děj je ve skutečnosti složitější a podílejí se na něm proteiny faktor B a faktor D. Jehoíniciace je podporována některými charakteristickými mikrobiálnfmi makromolekulami.

;1/1'> 1/" e,. .•.../

Humorálnísložky 11especifické imunity /47

(a)C3 (b)

0ktoCV"<,C3a

C3b l_ /~s: o,,<;;.<?(!e...- ..,,:

~/nvr~~>br

-----LJ ~.{t)/:,~rlt//' hA 7);"'-10 e'l f<-

\. Ba

(d)(c) C3 _ O O C3a

(J"~3b?'~'''6'ňúel ~f'\ -rrerdtM

C5 C5b

cc=::> - c=::>OC5a

uuUC3bUUU.s.: A--' /?ť'~ ••

IIlbr. 7: Alternativní cesta aktivace komplementu. (a) Samovolné štěpení C3 produkuje( la a C3b, který se váže na antigenní povrch. (b) K C3b se váže faktor B, který je nás led-III' štěpen faktorem D na Ba a Bb (zůstává spojen s C3b). (c) Komplex C3bBb slouží jako.,lIcrnativnÍ C3-konvertáza štěpící velká množství C3 na C3a a C3b (ten se kovalentně vá-.' na antigenní povrch). (d) Tvoří se též komplex C3bBbC3b, který slouží jako alternativ-

ni CS-konvertáza (štěpí CS na CSa a CSb).

"IU vlastních je však několik ochranných regulačních proteinů, které bránírozvoji kaskády těchto samovolných reakcí (viz kap. 3.4). /!j ,~~<.)ť;

, .,,/7

.1.2 KLASICKA CESTA AKTIVACE KOMPLEMENTU

lato cesta aktivace se zahajuje na površích, na které se navázaly protilátky(obr. 8). Vazbou na povrch např. bakterie se pozmění konformace protilátko-V(' molekuly tak, že se odhalí vazebné místo pro protein Cl. Molekula CI

Page 23: Zaklady imunologie

;1 /48

C4a C2bC]

/(a) C4c=:::> C2

/\~

(c) C3 C3a

í0/'O OU" O Oj "'C4bC2a

C3bi&o{j{j[j

(d)C5 C5a C5b

CC::> _ ° C::>

~[j {j {j

Obr. 8: Klasická cesta aktivace komplementu: (a) Na antigenní povrch se naváží protilát-ky, na ně se váže a tím aktivuje Clo (b) Aktivní Cl štěpí C4 a posléze C2 na malé štěpyC4a a C2b a velké fragmenty C4b a C2a. (c) Komplex C4bC2a vázaný na antigenní po-vrch funguje jako klasická C3-konvertáza štěpící velká množství C3 na C3a a C3b (ten sekovalentně váže na antigenní povrch). (d) Tvoří se též komplex C4bC2aC3b, který sloužíjako klasická CS-konvertáza (štěpí CS na CSa a CSb).

~ i/.",ez, _l'.r()lfkí~(složitý komplex podjednotek éÍ~,C1r-;(:1;);~ vazbě na protilátku taképozmění svůj tvar a nabude proteolytické aktivity - začne štěpit proteiny C4a C2. Jejich fragmenty C4b a C2a* se naváží na povrch napadeného mikroor-ganismu a vytvoří (klasickou) C3-konvertázu (C4bC2a). Tento enzym štěpívelká množství C3 na C3a a C3b, které působí tak, jak bylo popsáno výšeu alternativní cesty. Posléze se vytváří další enzym, (klasická) CS-konvertá-za (C4bC2aC3b), který štěpí CS na CSb a CSa.

• Názvosloví fragmentů komplementových proteinů se obecně řídí principem, že malýfragment je "a", velký "b" (např. C3a, C3b). Nelogickou výjimkou je C2, kde je tomu z his-torických důvodů opačně. Před několika lety byla snaha i zde zavést pořádek a přejmeno-vat C2a na C2b a opačně. Tato snaha však nebyla úspěšná a zmatek jen zvýšila, a proto senomenklatura vrátila opět k původnímu, »nelogickému" pojmenování.

j.; /49Hl/morální složky nespecifické imunity

Klasickou cestu mohou kromě protilátek zahájit také tzv. pentraxiny -I u-aktivní protein a sérový amyloid P. Tyto sérové proteiny (produkovanéIII 'Jl,l tocyty jako "proteiny akutní fáze") se váží na některé mikroorganismyI poté jsou schopny vázat a aktivovat protein CI.

,1.3 LEKTINOVÁ CESTA AKTIVACE KOMPLEMENTU

I" podobná klasické cestě, ale místo protilátky je iniciována sérovým lektinem(.,Icktin vážící manózu" - MBL - mannose-binding lectin). Ten se váže na.icharidové struktury povrchů některých mikrobů přímo (nezávisle na proti-

1,1' kách) a jeho struktura a funkce je podobná CI: po vazběna mikrobiální po-vrch také štěpí C4 a C2.

ťll6 t.14 t36 I. _"-;)'* L'5ó -f- C'(.__ ť36lJ6e:J6! (',

.1.4 TERMINÁLNí (LYTICKÁ) FÁZE KOMPLEMENTOVÉ KASKÁDY ".; ".1-

Fragmenty CSb vytvořené působením CS-konvertáz tvoří komplex s dalšímikomplementovými složkami, C6, C7 a C8. Tento komplex se zanoří do povr-I hové lipidové membrány atakované buňky a připojí se k němu do kruhun-18 molekul C9. Tak vzniknou v membráně póry, kterými mohou unik-nout cytoplazmatické komponenty, poruší se osmotická rovnováha a buňkamůže lyzovat (obr. 9). Většina mikroorganismů je však vůči tomuto lytické-mu působení komplementu odolná (ochrana buněčnou stěnou).

_ ..J( /WmA--4'~~ a-r'tT~/,"éJ h;/OI/,tGr t'5h l' e~c;;t'.c'~~e9'&( P ('tJ"ln , _

3.1.5 REGULACE KOMPLEMENTU A OCHRANA VLASTNICH BUNEKPŘED JEHO ÚČiNKY

Komplement může být nebezpečnou dvousečnou zbraní, která je sice účin-ná v protiinfekčni imunitě, ale může poškozovat i vlastní buňky organismu.Aktivace komplementové kaskády je proto kontrolována plazmatickýmia membránovými inhibitory. Klasickou cestu již na počátku reguluje CI-in-hibitor, který blokuje aktivaci Cl. C3-konvertázy se rozpadají po interakcis membránovým proteinem zvaným DAF (decay-accelerating factor, CDSS)nebo se sérovým C4-vázajícím proteinem. Fragment C3b je štěpen sérovouproteázou zvanou faktor I; tomu napomáhá membránový protein MCP(membrane cofactor protein, CD46), komplementový receptor CRI (CD3S)nebo sérový faktor H. Závěrečnou, lytíckou fázi blokuje membránový protein

Page 24: Zaklady imunologie

I'

II

lij II

I

/50 Hořejší, Barllillková / Základy imunologie

(a) (b)1\ C8

C6

c=:J C7V~ C5b-C8

C5b - C5bC6C7 C5b-C7<,

C9

(c) (d)

Lytický pórC5b-C8(C9ln

Obr. 9: Lyrická fáze komplementové kaskády (viz text).- /" '?~J,/~,,·~"vl -? ~- fWe i/ 1-1,,, -") l-vt! ~

CD59 (zvaný někdy protektin). CD59 se váže mezi složky C8 a první mole-kulu C9 lytického komplexu a brání další polymeraci C9 a vytvoření Iytické-ho páru (obr. 9).

3.1 JINÉ SYSTÉMY PLAZMATICKÝCH PROTEINŮ

Při poranění je nutné rychle zastavit krvácení. To zabezpečuje koagulačnísystém, který se aktivuje na povrchu aktivovaných trombocytů, na místechporušení endotelií (tam, kde se obnaží subendoteliální složky mezibuněčnéhmoty) a na místech, kde se na povrchu cév ukládají imunokomplexy. Jednáse o kaskádu postupně se aktivujících proteáz, na jejímž konci vzniká aktiv-ní proteáza trombin. Ten štěpí rozpustný krevní protein fibrinogen, který spo-lu s dalšími bílkovinami vytváří zesíťovaný fibrin, a ten uzavírá ránu a zasta-vuje krvácení. Fibrinová vlákna také váží imunokomplexy, na kterých seaktivuje komplement a stimulují fagocyty; to přispívá k rozvoji zánětu.

Humorálllí složktj nespecifické ilmmity __/51

I'o vytvoření trombu, který umožňuje rychlou nápravu poškozených cévIII.llní, dochází k rozpouštění krevní sraženiny, k fibrinolýze. Fibrinol~tické, II' ymy jsou stejně jako enzymy v procesu hemokoagulace většinOUse~mov.éI 'IIIIl'ázy. Hlavním fibrinolytickým enzymem je plazmin, který vznika akti-\ .111 plazminogenu. Plazmin štěpí fibrin, a tím rozpouští trombU5.podrob-1II'lllipopis koagulačního a fibrinolytického systému se vymyká z rámce této1I11'\lnice;poznamenáváme jen, že tyto fyziologicky důležité složj!ésystémy1""" pečlivě regulovány na všech stupních aktivace. Pro podrobnějŠí ~orma-"'lldkazujeme na specializované učebnice fyziologie nebo hematologie.

Na regulaci aktivit fagocytů, kom plemen tu a jiných nespecifických ~bran:"yd) mechanismů se podílí množství sérových proteinů. Patří meZIne ~apr.Inhibitory proteáz (a.z-makroglobulin, antitrombin, C1-inhibitor), které po-11,ll'Ujíaktivitu proteáz uvolněných z fagocytů nebo vzniklých aktivacíkom-I,kmentu a hemokoagulačního systému .

. :1 INTERFERONY

Interferonya. a f3 (interferony typu I, IFN-I) jsou produkovány jednak buň-k.irni infikovanými někt7rymi viry, nejvíce IFN-I však produkují po kontak-III s viry tzv. plazmacyt6idní dendritické buňky (víz kap. 2.2). lnterferony sev,m na specifické receptory na infikovaných i dosud zdravých buňkách,\ navozují v nich tzv. antivirový stav, tj. indukují syntézu některých e~zy-mů, které potlačují replikaci virů. Nejlépe jsou prozkoumány dva t~ko:e,en-ymy _ lF-2 proteinkináza (zvaná také RNA-dependentní protell1kmaza,

resp. PKR, protože je aktivována dvouvláknovou RNA) a 2',5'_o!igoadenyJ1Msyntetáza (2-5A syntetáza). PLR fosforyluje iniciační faktor 1f-2, kte.rý j.edůležitý při iniciaci proteosyntézy; fosforylací je inaktivován a títn se inh~-buje syntéza proteinů v buňce (včetně vírových). 2-5A syntetáZa ka~alyzuJesyntézu dlouhých polyadenylátových řetězců; ty aktivují ribonukleazy, kte-

ré pak štěpí virovou mRNA.Strukturně i funkčně značně odlišný interferon y je produktem. a~ti.gen-

ně specifických THl-buněk, který reguluje několik důležitých aspektů Imu-

nitních reakcí (viz kap. 8.2.2, 11.2).

D .(.V/t.NYfov! "t'ďl'I(~J_

- (!,f4,{3~. tÝl?{ 7:.~ - of/~tt4 'uf(1#sr c, /

Page 25: Zaklady imunologie

4Zánět

,

II''II

I4.1 DEFINICE A DRUHY ZÁNĚTU

Jako zánět se označuje souhrn fyziologických reakcí na porušení integrityorganismu, které vedou k ochraně proti infikování poškozeného místa, k 10-kalízaci poškození a zhojení. Zánět mohou vyvolávat různé antigenní pod-něty, zejména infekční mikroorganismy ale také poranění způsobená che-mickými nebo fyzikálními vlivy, nebo ischémii tkáně. Odpověď organismuna poškození v závislosti na jeho rozsahu a délce trvání může být rnistni ne-bo celková. Klasickými projevy lokálního zánětu jsou zčervená ní (rubor),otok (tumor), bolestivost (dolor) a zvýšeni rnistní teploty (calor).

Zánět může být akutní nebo chronický. Akutní zánět obvykle odezní benásledků, poraněna tkáň se kom"'pletně zhojí.ffi chronickém zánětu docházívždy v určité míře k destrukci tkáně a jejímu nahrazování vaziveiři':Zatímcoakutní zánět je fyziologickou obrannou reakcí, chronický zánět je obvykle jižRatQlQgický. Jednotlivé mechanismy imunologického poškození tkáně jsouprobrány v kap. 18.

V této kapitole je zánět popsán ve stručném přehledu s odkazy na jedno-tlivé kapitoly pojednávající o příslušných dílčích mechanismech.

4.1 PROCES ZÁNĚTLIVÉ REAKCE

První signály k rozvoji zánětlivých reakcí dávají degranulované tkáňové žír-né buňky a fagocyty, ale také látky uvolněné z různých poškozených buněka součásti mezibuněčné hmoty obnažené poraněním. Tyto rozličné signálypůsobí lokálně:

ánět /53

výšenípermeabilíty cév, což vede k prostupu plazmatické tekutiny včet-ně různých makromolekul do extravaskulárního prostoru, a tím k otoku.le-li spouštěcím faktorem poraněni, předchází zvýšení permeability fázekrátké vazokonstrikce a aktivace hemokoagulačního systému, která máabránit úniku krve z poškozené cévy;

• zvýšení adhezivity endotelií expresí adhezivních molekul, zachycovánífngocytů, později lymfocytů, a jejich průnik do tkáně;

• .iktivaci koagulačního, fibrinolytického, kininového a komplementovéhosystému;ovlivněni místních nervových zakončení (bolest);měny regulace teploty (některé mediátory působí jako pyrogeny).

Fagocyty, které se v místě poškozeni akumulují, začnou vylučovat cytoki-lIy ti jiné mediátory, které tyto děje amplifikují. Při déletrvajícím zánětu do-I ".\zí k aktivaci antigenně specifických složek imunity: antigeny uvolněné

mikroorganismů v místě zánětu se spolu s buňkami prezentujícími antigen(.Icndrttické buňky, makrofágy) dostávají do mízních uzlin, tam stimulují.iklivaci a terminální diferenciaci různých typů T-lyrnfocytů, jakož i aktivaci.pccífíckých klonů B-Iymfocytů a jejich přeměnu v plazmocyty sekretujícíprotilátky (viz kap. 11 a 12). Je pravděpodobné, že tyto děje (stimulaceI ti B-Iymfocytů) se mohou do jisté míry odehrávat též přímo v místě záně-III, kde jsou přítomny různé druhy APe. Zralé efektorové TH1-buňky mi-grují cévami do místa zánětu a svými produkty stimulují makrofágy, kterévyšují svoji Íagocytární a cytotoxickou aktivitu, a tím pomáhají odstraňo-

vat mikroorganismy a zbytky poškozených tkání. Protilátky napomáhajíI'p~nizaci mikroorganismů a aktivacikomplementu.

.3 SYSTÉMOVÁ ODPOVĚĎ ORGANISMU NA ZÁNĚT

V závislosti na rozsahu poškození a délce trvání lokálního zánětu dochák systémové reakci různé intenzity. Ta může nastat i bez lokálního zánětu,pokud dojde k masivnímu proniknutí mikroorganismů do krevního oběhu(septický šok) nebo k aktivaci zánětotvorných elementů (degranulace bazo-filů a aktivace komplementu) intravaskulárně antigenním podnětem nein-fekčního charakteru (anafylaktický šok). V obou případech jde o akutní, ži-vot ohrožující situace. Dochází při nich k masivnímu uvolnění různýchmediátorů (cytokiny, kininy, složky komplementu, histamin aj.), které vesvém důsledku způsobí tak masivní vazodilataci, že může dojít k výrazné

Page 26: Zaklady imunologie

/54 Hořejšf, Bartrh1kovlÍ / Základy imunologieZánět

I lI'modelaci tkání. Tyto procesy jsou kontrolovány celou řadou enzymů,11111 monů a cytokinů. Při chronickém zánětu, který je již patologický, mohou

"v.\žit fibrotizační pochody. Hlavním mediátorem fibrotizace je cytokinI c ,F-B.Při jeho nadměrné sekreci dochází k aktivaci fibroblastů a k postup-tli' náhradě funkční tkáně tkání fibrotickou, což může mít pro organismus\ ,vné důsledky (viz kap. 18).

hypotenzi až k oběhovému selhání. Proto je základem léčby těchto stavů udr-žení cévního tonu a podpora oběhu. Další léčebné zásahy jsou pak zamířenyna jednotlivé patogenetické kroky těchto stavů. Patogenetické aspekty šoko-vých stavů jsou probrány v kap. 18.

Systémovým projevem zánětu je horečka. Ta je způsobena stimulací hypo-talarnického centra termoregulace prozánětlivými cytokiny, zejména TNF,IL-l a IFN-y, které se mohou dostat do oběhu v případě déletrvajícího neborozsáhlejšího lokálního zánětu. Působením těchto cytokinů dochází k akti-vaci osy hypotalamus - hypofýza - nadledviny, a tím k mobi1izaci tkáňové-ho metabolismu. Zvýšení teploty je samo o sobě důležitým aktivátorem me-tabolických pochodů v imunokompetentních buňkách. Dochází napříkladk indukci exprese tzv. proteinů tepelného šoku (Hsp: heat-shock proteins),jejichž jméno je odvozeno právě od faktu, že byly poprvé popsány v buňkách,které byly vystaveny zvýšené teplotě. Později se ukázalo, že jde o evolučněneobyčejně konzervované proteiny, které se váží na nově syntetizované poly-peptidové řetězce, resp. na intracelulární denaturované proteiny a napomá-hají jejich poskládání do správných nativních konformací (fungují jako tzv.chaperony), Při zvýšení teploty, ale i v jiných situacích stresujících buňku, jezvýšená proteosyntéza a zvyšuje se množství denaturovaných buněčnýchproteinů; proto se výrazně zvyšuje i tvorba Hsp.

Cytokiny produkované v místě zánětu se při větším rozsahu zánětlivé re-akce dostávají do oběhu a stimulují v játrech produkci sérových proteinůakutní fáze. Patří mezi ně tzv. C-reaktivní protein (CRP), sérových amyloid P(SAP) a komplementové složky C3 a C4. Všechny tyto proteiny mají funkceopsonizační a účastní se aktivace komplementu. CRP a SAP se kromě tohováží na nukleoproteiny, které se uvolňují při rozpadu tkání a napomáhají je-jich odstranění fagocytózou. Při zánětu se zvyšuje i jaterní syntéza některýchsérových transportních proteinů (ceruloplazmin, transferin) a proteázovýchinhibitorů (a2-makroglobulin).

Další cytokiny a mediátory uvolněné během rozsáhlejší nebo chronickézánětlivé reakce působí na kostru dřeň, kde dochází k vyplavení a novotvorbědalších leukocytů, a tím ke zvýšení jejich koncentrace v krvi (leukocytóza).

4.4 REPARACE POŠKOZENÉ TKÁNĚ

Zároveň s aktivací zánětlivých mechanismů se aktivují reparační pochody.Ty spočívají v eliminaci poškozených buněk fagocyty (zejména makrofágy),aktivaci fibroplastických mechanismů, aktivaci angiogeneze, regeneraci

/55

Page 27: Zaklady imunologie

II

Ijl ..I.1111II11

1I1

!I:'1:111

II,j

5Antigenně specifické receptory

Antigenně specifickými receptory jednotlivých klonů B-lymfocyru jsou povr-chové imunoglobuliny (BCR; B-cell receptor), u T-lymfocyru jsou to tzv. T-re-ceptory (TCR). Struktura a funkce těchto receptorú je dosti podobná, existujevšak jeden zásadni rozdíl; zatímco BCR rozeznává antigen jako takový (v nativ-ní formě), TCR rozeznávají většinou pouze komplexy MHC proteinů s peptí-dovými fragmenty antigenů. Jak již bylo řečeno v kap. 1.5.2,antigermě specific-ké receptory jednotlivých klonů T- resp. B-lymfocyru se liší detaily strukturysvých vazebných míst pro antígen. Na povrchu každého B- resp. T-lymfocytu jeněkolik desítek tisích identických kopií těchto receptorů, Mechanismy vznikutěchto klonálně exprimovaných receptorů jsou detailněji popsány v kap. 10.

5.1 RECEPTOR LYMFOCYTŮ B (BCR) _ J~ .#t4'«..t: (J~'f

Komplex BCR (obr. 10) se skládá z vlastního povrchového imunoglobulinu(rozeznává antígen) a asociovaných signalizačních molekul. Povrchový imu-noglobulin se skládá ze dvou těžkých (H) a dvou lehkých (L) řetězců. Těžké ře-tězce jsou transmembránové proteiny - v C-terminální části mají úsek 20 hyd-rofobních aminokyselin, kterým jsou zakotveny v membráně. Strukturapovrchového imwl0globulinu je jinak stejná jako struktura rozpustných (sekre-tovaných) imunoglobulinů, která je popsána dále. Povrchové imunoglobulinypatří nejčastěji k třídám IgM a IgD. S tímto základním modulem komplexu BCRjsou asociovány dva transmembránové proteiny zvané Iga (CD79a) a Ig~(CD79~), které mohou být nekovalentně spojeny s éytoplazmatickými proteintyrosin-kinázami (PIK) skupiny Src*. Po »prokříženr" BCR (současném navá-

* PTK jsou enzymy, které fosforylují (připojují fosfátovou skupinu z ATP) proteiny na ně-kterých tyrosinových zbytcích (viz kap. 9).

Antigenně specifické receptory /57

Povrchový imunoglobulin

CD79Cl.~

1l00§~

AO Asociované proteinkinázy\J skupiny Src

(signalizace)

Ilbr. 10: Struktura komplexu BCR. Obr. 11: Zesílení signalizace propojenímBCR a komplementového receptoru CR2.

.lIlí antigenu na dvě nebo více molekul BCR) se k sobě přiblíží asociované pro-h·jnkinázy; které se začnou vzájemně fosforylovat, což zvýší jejich aktivitu. Akti-vované kinázy pak fosforylují další cytoplazmatické proteiny, což vede ke spuš-I\\"í složitých signalizačních kaskád (viz kap. 9). Ty nakonec mohou vést(dostane-li buňka i další nezbytné signály) ke změnám transkripce některýchgl'nů, buněčnému dělení, diferenciaci B-buňky na plazmatickou buňku a sekre-I I velkého množství protilátek (rozpustných imunoglobulinů).

Signály spuštěné vazbou antigenu na BCR mohou být výrazně zesílenypoluprací BCR s dalším povrchovým receptorem Bvlymfocytů, kom plemen-

tovým receptorem CR2 (CD21), který váže degradační produkt C3dg (obr. 11).Propojení BCR a CR2 antigenními částicemi opsonizovanými fragmenty{~3dg zřejmě lépe aktivuje kinázy spojené s oběma receptory.

V poslední době se ukazuje, že pro asociaci mezi BCR a CR2 (ale takérCR a Fc-receptorů) s proteinkinázami skupiny Src a dalšími cytoplazmatic-kými signalizačními molekulami mají zřejmě klíčovou důležitost tzv. mem-bránové signalizační mikrodomény (lipid rafts; viz kap. 9.1).

• •ťl1'f1qt" rltM/'/ 6 ~ r()~/~ »r«.s RECEPTOR LYMFOCYTU T (TCR) -') ~ '6.$ ~ "-'L'''; c,

"" . ;'4 HlI c , rr,( r<!."'C'"7.-,:tec...t tf' "LI )e ~ 17 64'tJ!

Komplex TCR se skládá z modulu rozeznávajícího antigen a z asociované-ho komplexu několika proteinů (CD3 komplex), který je podstatný pro pře-

-) +7", '2 (!ýlo.riJt•. ti; z j/t'S"<t«~I

-.'''' ~~ J-'ftu 'r. tI

Page 28: Zaklady imunologie

/58 Hořejší, Bart!iňková / Základy imunologie

TCRa ~

C03

RRRRRRll I rRRRRl I I IRRRll\IllIIllRIí1IRRRRRRR

Obr. 12: Komplex TCR. Vazebný modul je tvořen řetězci a a [3; asociovaný CD3 komplex(řetězce y, &, E, 1;,) je důležitý v přenosu signálu (asociace s protein-kinázami rodiny Srca Syk a s dalšími intracelulárními proteiny obsahujícími SH2 domény).

nos signálu (obr. 12). Ta část komplexu TCR, která váže antigen, je strukturněpodobná imunoglobulinům. Skládá se ze dvou transmembránových řetězcůvaných a a j) (u menší části T-lymfocytů z řetězců y a O), jejichž N-terminál-

ní části jsou variabilní a tvoří vazebné místo pro antigen. Při rozpoznáváníantigenu (komplexu peptid-MHC glykoprotein) spolupracují s TCR tzv. kore-ceptory C04 a C08 (CD4 pomáhá vázat komplexy obsahující MHC glyko-proteiny II. třídy a C08 komplexy MHC glykoproteiny 1. třídy). Řetězce CD3komplexu (y, O, t,~, a 'Y]) jsou transmembránové proteiny, jejichž intracelulár-ní části jsou asociovány s proteintyrosinkinázami skupiny Src. Signalizacepřes TCR je založena na podobných principech jako v případě BCR (aktiva-ce kinázových kaskád vedoucí nakonec např. k buněčnému dělení nebok aktivaci efektorových mechanismů T-buněk; viz kap. 9).

Je třeba zdůraznit, že T-Iymfocyty (alespoň ty, které nesou TCR typu aj))rozeznávají antigen (komplex peptid-MHC glykoproteín), který je na povr-chu buněk prezentujících antigen (APC). Tslymfocyt kontaktuje APC nejpr-ve prostřednictvím několika druhů "nespecifických" adhezivních molekula teprve potom může dojít ke kontaktu mezi TCR a antigenem. K tomu, abyT-lymfocyt dostal plný aktivační signál vedoucí k buněčnému dělení a ko-nečné diferenciaci, je zpravidla potřeba spolupůsobení dalšího tzv. recepto-ru kostimulačního signálu zvaného C028. Ten rozeznává na povrchu APCkostimulační molekuly C080 a C086 (někdy též nazývané B7.1 a B7.2).TCR typu aj) na tzv. NK-T-buňkách rozeznávají komplexy molekul C01

I

Antigenně specifické receptory /59

1I1l1llobnýchMHC glykoproteinům) s (glyko)lipidy (kap. 6.6 a 11.1.3).TCR ty-1'\ \ yh rozeznávají obecně různé povrchové nebo rozpustné molekuly (tedy ni-~111\komplexy MHC nebo cm molekul s peptidy či lipidy -viz též kap. 11.1).

.• ROZPUSTNÉ (SEKRETOVANÉ) IMUNOGLOBULlNY

.3.1 STRUKTURA IMUNOGLOBULlNŮ

Iypické strukturní rysy molekul protilátek (sekretovaných imunoglobulinů)I.mu uvedeny na obr. 13. Dva těžké (H) řetězce jsou kovalentně spojeny di-ulfidickými (cystinovými> můstky. Ke každému H-řetězci je cystinovým

1I\l',stkem připojen jeden lehký (L)-etězec. Těžké řetězce se skládají ze čtyř

VH

~t~c~~s:s~~~ ~ <, papain (Fab)

pantová oblast ~ pepsin (F(ab) )CH2 2

CH3

Fc

Obr. 13: Strukturní prvky molekuly IgG.

(u některých tříd z pěti) strukturně podobných domén. Každá doména jetvořena sekvencí 110-120 aminokyselin. Prostorová struktura těchto imu-noglobulinových domén připomíná jakýsi soudek tvořený smyčkami poly-peptidového řetězce a stabilizovaný cystinovým můstkem (obr. 14). Jednot-livé domény jsou spojeny krátkými spojovacími úseky polypeptidovéhořetězce. Lehké řetězce se skládají ze dvou imunoglobulinových domén. Při-bližná molekulová hmotnost L-řetězců je tedy 25 kDa, těžkých řetězců50-75 kOa (podle konkrétní třídy řetězce; viz níže). Domény na N-konci těž-

Page 29: Zaklady imunologie

II

I1I1I

11

I11I ~I

li

I:

,11111

IIII:'

I.

/60 Hořejší, Bart/iiíková / Základy imunologie

=::T;~ct~~

VKdoména

Obr. 14: Prostorové uspořádání L-řetězce (průběh polypeptidového řetězce).

kého i lehkého řetězce jsou variabilní (označují se VH a VL), tj detaily jejichstruktury se liší individuálně mezi molekulami produkovanými různými klo-ny B-Iymfocytů. Ostatní domény jsou konstantní, tj, shodné u řetězců téhožtypu. Konstantní domény lehkých řetězců se označují CL, konstantní domé-ny těžkých řetězců CI-/l, CH2, CH3 popř. CI-/4; číslování jde od N-koncek C-konci. Indexy L a H jsou nahrazovány označením konkrétních typů ře-tězců - K, resp. A u L-řetězců, ~I, 6, y, a, resp. E u H-řetězců (viz níže). Varia-bilní domény HaL-řetězců vytvářejí společně vazebné místo pro antigen.

Molekulu imunoglobulinu lze za vhodných podmínek proteolyticky roz-štěpit na fragmenty (obr. 13). Použitím enzymu papainu lze získat dva iden-tické fragmenty zvané Fab (každý obsahuje jedno vazebné místo pro antigen;jsou monovalentní) a fragment Fc. Připomeňme, že oblastí odpovídajícífragmentu Fc se opsonizující imunoglobuliny váží na Fc-receptory fagocytů;na Fc-část se váže také komplementový protein CI. Dalším kontrolovanýmštěpením lze někdy získat z Fab fragmentů menší fragment Fv, který se sklá-dá jen z nekovalentně asociovaných variabilních (N-koncových) doménobou řetězců. Oblast, ve které jsou těžké řetězce spojeny cystinovými můst-ky, se nazývá pantová (hinge) oblast (uděluje určitou flexibilitu Fab částemmolekuly). Těžké řetězce jsou v Fc části glykosylovány (imunoglobulinyjsou tedy jako téměř všechny sekretované proteiny glykoproteiny).

Molekuly některých tříd imunoglobulinů (lgM, IgA) se skládají z několi-ka základních jednotek (L2H2), které jsou spojeny strukturně zcela odlišným

Antigenně specifické recepionj /61

"It\zcem zvaným J. Molekuly IgA sekretované na povrch sliznic obsahujícín.ivlc podjednotku zvanou sekreční komponenta (viz kap. 14).

I'ozoruhodné je, že imunoglobuliny velbloudů postrádají lehké řetězce,I j11'cstoje jejich repertoár více než dostatečný.

3.2 TYPY (TŘíDY) ŘETĚZCŮ IMUNOGLOBULlNŮ

I \ISlují dva typy lehkých řetězců, K a A, které se liší primární strukturou kon-.t.mtních domén a které jsou kódovány odlišnými geny (nacházejí se na růz-l1ých chromosomech). Velikost a všeobecné strukturní a funkční vlastnosti

1 A. řetězců jsou velmi podobné.enové úseky kódující konstantní části různých izotypů (tříd) těžkých

1'I('zců jsou uspořádány tandemově na úseku jediného chromosomu (u člo-voka chromosom č. 14; viz kap. 10). Těžké řetězce, které kódují, se nazývajíI', h, y, a a E. U řetězců y existují (u člověka) čtyři významně odlišné subtypyYi-'Y4! u řetězců a dva subtypy al a a2' Imunoglobuliny tvořené těmito růz-Ilými typy (třídami, izotypy) těžkých řetězců se nazývají IgM, IgD, IgGIIgGl- IgG4), IgA (lgAl, IgA2) a IgE. Řetězce y a a mají tři (C1-C3), 1-/,6a E

I tyři konstantní domény (C1-C4). Jednotlivé podtřídy IgG se liší počtemI ysrinových můstků v pantové oblasti a detaily struktury jednotlivých do-mén. Kterýkoli typ H-řetězce se může párovat s lehkými řetězci typu K i Aoj vytvářet tak kompletní molekulu imunoglobulinu. V jedné molekule imu-Iloglobulinu jsou vždy totožné těžké i lehké řetězce (důvody jsou zřejmé

mechanismu biosyntézy imunoglobulinů; kap. 10).Jak již bylo uvedeno, monomerní IgM (1-/2L2)a IgD (62L2) se nachází na po-

vrchu B-buněk a tvoří BCR. Sekretovaný IgM existuje ve formě pentamerů(někdy asi i hexamerů), ve kterých jsou jednotlivé monomery (1-/2L2)spojenydo kruhu cystinovými můstky a jedním J-řetězcem (viz obr. 15). MolekulaIgM má tedy celkovou molekulovou hmotnost zhruba 900 kDa a má 10 va-

bných míst pro antigen. Řetězce 1-/jsou silně glykosylovány. IgM je prvnímizotypem protilátek, který se tvoří po setkání s antigenem, teprve později setvoří další izotypy OgG, IgA, IgE). IgM po navázání na antigen dobře vážekomplementový protein CI a účinně aktivuje klasickou dráhu komplemen-tu, Neváže se však na Fc-receptory fagocytů.

Nejhojnějším sérovým izotypem je IgG (hlavně IgGl). Jednotlivé podtřídyIgG se liší schopností vázat CI a většinou se dobře váží na Fc-receptory fagocy-tů, Lidské IgG3 a IgG1 aktivují dobře komplement, IgG2 hůře a IgG4 vůbec ne.Na Fc-receptory fagocytů se nejlépe váží IgG3 a IgGl; IgG4 má nižší afinitu

Page 30: Zaklady imunologie

II

/62 Hořejší, Barlůňková / Základy imunologie

LHHL

Cystínové "''' l1Uv pantové oblast~ n ~ ~

J-řetězec

IgG1 IgG2 IgG3 IgG4

IgAdimerIgM monomer(podobné IgE, IgD) IgM pentamer

Obr. 15: Charakteristické rysy jednotlivých izotypů lidských imunoglobulinů (počet cys-tinových můstků mezi H-řetězci; počet C-domén v H-řetězci; I-řetězec).

a nejhůře se váže IgG2 (jednotlivé typy Fc-receptorů pro IgG se však v tomtoohledu poněkud liší). Protilátky IgG se také dobře váží na tzv. protein A ně-kterých kmenů stafylokoků, jakýsi Fc-receptor těchto bakterií. Protein A se čas-to využívá laboratorně k rychlé purifikaci IgG, např. ze séra.

IgA se vyskytuje ve dvou formách - s!izniční a sérové. Molekuly IgA jsouve velkých množstvích sekretované na povrch sliznic, kde tvoří významnousoučást ochrany proti mikroorganismům (kap. 14). S!izniční IgA se skládá zedvou monomerů (a2L2) spojených ]-řetězcem a ze sekreční komponenty (zby-tek transportního Fc-receptoru: viz kap. 14). Sérový IgA je buď monomer, dimernebo trimer základní jednotky a2L2; oligomery jsou spojeny ]-řetězcem. IgA ne-aktivuje komplement; funguje jako opsonin (váže se na specifické Fcc-recepto-ry na fagocytech). Existují dvě podtřídy, IgA1 a IgA2. Izotyp IgA1 pochází ze-jména ze slizničních plazmocytů, IgA2 je produkován více v kostní dřeni.

IgE se vyskytuje u zdravých lidí v séru v nepatrných koncentracích.Uplatňuje se především v obranných reakcích proti mnohobuněčným para-zitům na sliznicích a je hlavní příčinou alergických (atopických) reakcí (vizkap. 18). Vysokoafinní receptory pro IgE se nacházejí na povrchu žírných

Antigenně specifické receptory /63

IIIIIlěka bazofilů. Vazbou multivalentniho antigenu (parazitárního antigenuIlI'ho alergenu) na 19E zakotvené v membráně těchto buněk dojde k jejich tzv.III'granulaci a uvolnění biologicky aktivních mediátorů (viz kap. 2,15,18).

Koncentrace jednotlivých tříd imunoglobu!inů v séru zdravých dospě-lvch osob je uvedena v tab. 4.

!.,b. 4: Základní charakteristiky izotypů lidských imunoglobulinů

110typ M.h. Obsah Lokalizace Biologický Funkce

(kDo) v séru (g/I) poločas (dny)

1\lC, 155 8-18 sérum, 21 opsonizoce; neutrolizace;

intersticiálnípřestupuje placentu;

tekutinasekundární odpověď

lilA 160 0,9-3,5 sérum, slzy, sliny, 6 ochrano sliznic,

-1000 povrch sliznic,opsonizace

mléko

IUM 900 0,9-2,5 sérum, 6 aktivace komplementu;

povrch B-buněkprimární odpověd';

receptor pro antigen

IUD 180 0,1 sérum, 3 receptor pro antigen

povrch B-buněk

lIJE 190 3xl Q-4 sérum, inter- 2 ochrono proti porazitům

sticiální tekutino

Sérové imunoglobuliny představují neobyčejně složitou směs mnoha in-dividuálních molekul lišících se detaily vazebných míst (variabilních částí).Lze však připravit buněčné linie (hybridomy) produkující velká množstvíhomogenních monoklonálních protilátek (viz kap. 12). Monoklonální proti-lAtky se mohou vyskytnout za patologických okolností i v organismu, nej-častěji jako produkt maligního nádoru pocházejícího z jediného klonu plaz-

matické buňky, tzv. plazmocytomu.

5.3.3 IDIOTYPY

Individuální protilátky se vzájemně liší strukturou vazebných míst, kterýmirozeznávají příslušné antigeny. Tyto individuálně specifické části imunoglo-bubnových molekul se nazývají idiotopy; identické imunoglobulinové mole-

Page 31: Zaklady imunologie

II

/64 Hořejší, Bartliliková / Základy imunologie

Protilátka 2(anti-idiotypová,částečná podobnosts antigenem S)

Obr. 16: Možnost vazby několika různých antigenů na tutéž protilátku; interakce anti--idiotypových protilátek s protilátkami 1. generace.

kuly se vyznačují určitým společným idiotypem (soul'lrnem idiotopů). Idioty-pické struktury protilátek 1. generace (proti určitému antigenu) mohou býtrozeznávány jinými B-lymfocyty jako antigeny a mohou se proti nim tvořitprotilátky (anti-idiotypové protilátky; protilátky 2. generace). Struktura ně-kterých vazebných míst anti-idiotypových protilátek může připomínat struk-turu původního antigenu, který vyvolal tvorbu protilátek 1. generace (obr. 16).Tyto anti-idiotypové protilátky představují do určité míry "vnitřní obraz" an-tigenu v imunitním systému a protilátky další generace (anti-anti-idiotypové)mohou opět reagovat s původním antigenem. Tato idiotypová síť následnýchgenerací protilátek se vzájemně komplementárními vazebnými místy můžehrát určitou roli v regulaci protilátkové odpovědi (viz kap. 13).

Antigenně specifické receplory /65

,3.4 POVAHA INTERAKCí ANTIGEN - PROTILÁTKA

Vazebná místa protilátek tvoří nekovalentní komplexy s molekulami anti-I\l'nů. Uplatňují se v nich iontové, hydrofobní a van der Waalsovy síly a vo-tUkové můstky. Vazebné místo je vždy svým tvarem a rozložením nábojův něm více či méně komplementární ke struktuře na povrchu antigenu (epi-ropu), se kterým vytváří komplex. Jako všechny takové komplexy jsou i kom-plexy antigen-protilátka reverzibilní, tj vyznačují se určitou rychlostí reakcívzniku a rozpadu. Poměr rychlostních konstant vzniku a rozpadu takovéhokomplexu definuje rovnovážnou (asociační) konstantu Kas, která bývá protvpické komplexy antigen-protilátka v rozmezí lOLI0121/mol (převrácenáhodnota Kas je disociační konstanta, Kdis)' Čím vyšší je Kas' tím vyšší je afi-nita protilátky k antigenu. Tyto fyzikálně chemické pojmy se týkají interakceIt'llnoho vazebného místa s jednoduchým antigenem (s jedním epitopem).',llil interakce polyvalentní protilátky s polyvalentním antigenem vyjadřuje«mpírický pojem avidita reakce, která vzrůstá s afinitou jednoduché inter-.ikce jednoho vazebného místa a s počtem simultánně se uplatňujících va-vbných míst. Desetiva1entní molekuly IgM se proto mohou vázat velmi sil-

lit" (s velkou aviditou) např. na bakteriální povrch obsahující velký počethlřzkých identických antigenních míst, ačkoli afinita jednotlivých vazeb-ných míst k epitopům bývá u nich nízká. Komplexy antigenů s protilátkami(které často obsahují také komplementové fragmenty) se nazývají imuno-komplexy. Jejich velikost a složení jsou velmi proměnlivé - záleží na pomě-III množství protilátek a antigenu a na izotypech protilátek.

Page 32: Zaklady imunologie

'II

'jI1

"IJIII

111I

I

6MHC glykoproteiny -

prezentace peptidových fragmentů

6.1 STRUKTURA A EXPRESE MNC GLYKOPROTEINŮ

MHC (major histocompatibility complex) glykoproteiny I. třídy (MHC gp 1)

jsou přítomny na všech jaderných buňkáclř organismu, MHC glykoprotei-ny II. třídy (MHC gp II)lza fyziologických okolností jen na buňkách prezen-tujících antigen (MC; dendritické buňky, monocyty, makrofágy, B-Iyrnfocy-ty). Lidské MHC molekuly se označují jako HLA (human leukocyteantigens). Existují tři izotypy lidských klasických MHC gp I (HLA-A, B, C);homologické myší molekuly se nazývají H-2K, O a 1. Mezi neklasickéMHC gp I (zvané též MHC gp lb) patří HLA-E, F a G a též molekuly zeskupiny C01, které sice striktně vzato nejsou produkty MHC (geny jsoulokalizovány mimo MHC), ale strukturně a funkčně mají k MHC glykop-roteinům velmi blízko. Exprese neklasických MHC gp I je omezená pouzena některé typy buněk (např. HLA-G je přítomen na trofoblastu). Tři izoty-py lidských MHC gp II se nazývají DR, OQ a OP, myší homology jsou jendva, I-A a I-E.

MHC gp I se skládají z transmembránového řetězce a (mol. hmotnost45 kDa) a s ním nekovalentně asociovaného /32-mikroglobulinu (/32m;mol.hmotnost 12 kDa) (obr. 17). Va-řetězci lze rozlišit tři domény; dvě N-termi-nální, a1 a a2' vytvářejí vazebné místo pro peptidy. Třetí doména (a3)a 132mjsou strukturně podobné imunoglobulinovým doménám. Vazebnémísto pro peptidy představuje strukturně význačnou rýhu na povrchu pro-teinu, jejíž dno je tvořeno tzv. /3-strukturou a boky jsou omezeny dvěmadlouhými a-šroubovicemi (obr. 17).

MHC glykoproteiny - prezentace peptidom)ch [ragmentů /67

(a) Peptid

MHCgp I MHCgpll

(b)

Obr. 17: Znázornění struktury MHC glykoproteinů. (a) Podjednotková struktura MHCgp I a MHC gp II. (b) Průběh polypeptidového řetězce u MHC gp I; vlevo pohled z boku;vpravo pohled shora na vazebné místo pro peptidy.

MHC gp II se skládají ze dvou nekovalentně asociovaných transmem-bránových podjednotek, a a 13(mol. hmotnost okolo 30 kDa). N-terminálnídomény obou řetězců (a1 a /31)společně vytvářejí vazebné místo pro pepti-dy, které je strukturně podobné obdobnému vazebnému místu v MHC gp 1.

Page 33: Zaklady imunologie

II

[III,r'

III

I

IIII

II

/68 Hořejší, Bartůtikota / Základy imunologie

Ilil

6.1 FUNKCE MMC GLYKOPROTEINŮ~.eI.

MHC glykoproteiny - prezentace peptidových fragmentů /69

f:<oIf/l'<- 1-""1 Jako příklad živočišného druhu, který má velmi nízký polymorfismusMIIC gp, se uvádí gepard. Tento druh zřejmě v relativně nedávné minulostiI"ošel stadiem, kdy počet žijících jedinců byl velmi malý. Došlo proto ke

uačné genetické homogenizaci a ztrátě MHC polyrnorfismu. Zdá se, že ten-III [akt přispívá k pozorované citlivosti tohoto druhu k infekcím a jiným ne-prrznivým vnějším faktorům. Polymorfismus MHC gp je uměle potlačenII Jedinců inbredních kmenů laboratorních zvířat, kteří jsou geneticky iden-lidí. Inbrední kmeny hrály a dosud hrají mimořádně důležitou úlohu přiIIhjasňování různých aspektů funkcí imunitního systému.

.4 VAZBA PEPlIDŮ NA MMC GLYKOPROTEINY

.4.1 VAZBA PEPTIDŮ NA MHC gp I

V,lzebné místo pro peptidy je u MHC gp I na obou koncích uzavřeno, a pro-lil se na tyto molekuly váží téměř výhradně peptidy o délce 8-10 aminoky-r-lin, které se do takového vazebného místa vejdou. U MHC gp II je vazebné

nusto na obou koncích otevřené, takže se do něj mohou vázat i peptidy delšítubvykle 15-35 aminokyselin, ale i delší), které na jednom či obou koncíchprcčnívají. Peptidy se váží většinou tak, že leží ve vazebné rýze v nataženékunformaci, v některých případech však mohou být pouze uchyceny nakoncích a jejich střední část je II vyklenuta II ven (obr. 18).

Určitá molekula MHC gp (např. určitá alelická forma HLA-A) váže pep-t Idy, které sdílejí základní společné strukturní rysy, tj. vykazují určitý vazeb-ný motiv. Obvykle je zásadně důležitá povaha jedné nebo dvou aminokyse-1111 poblíž konců peptidu; povaha ostatních aminokyselin je méně důležitá,nobo na ní nezáleží vůbec. Vazebné motivy některých MHC gp II jsou proIlustraci uvedeny v tab. 5.

ákladní funkcí MHC gp je vázat peptidové fragmenty proteinů produkova-ných buňkou (hlavně MHC gp I), resp. pohlcených buňkou (hlavně MHC gp II)a vystavovat je na buněčném povrchu tak, aby byly potenciálně rozeznatelnéT-lymfocyty (pomocí jejich antigenně specifických receptorů, TCR). Vazba jed-né peptidové molekuly je zpravidla nezbytná k tomu, aby daná molekulaMHC gp měla stabilní konformaci a mohla být dlouhodobě exprimována na

t).4I\'L buněčném povrchu. Kromě "čistých" peptidů se na MHC gp mohou vázali chemicky modifikované peptidy (např. glykopeptidy). V takových přípa-dech je vždy nepeptidová složka orientována ven z vazebného místa a roze-znávána TCR. Některé II neklasické II MHC gp (CD1, viz níže) váží a T-lymfo-cytům prezentují namísto peptidů lipidové molekuly. Na povrchu většinydruhů somatických buněk se nachází několik desítek tisíc MHC molekul; je-jich počet na různých druzích leukocytů (hlavně APC) je řádově vyšší.

6.3 POLYMORFISMUS MMC GLYKOPROTEINŮ

Většina MHC gp (kromě některých neklasických MHC gp I a kromě DR ře-tězce a) se vyznačuje extrémním polymorfismem: v populaci existují desít-ky až stovky různých alelických forem jednotlivých izotypů. Tyto alelickéformy se dědí kodominantně, takže většina jedinců má na svých buňkách podvou alelických formách HLA-A, DR atd. Jednotlivé alelické formy se lišíáměnarni jedné či několika aminokyselin buď ve vazebném místě pro pepti-

dy, nebo v jeho nejbližším okolí. Důsledkem toho je, že tyto různé varianty vá-Vírůzné strukturní typy peptidů (viz níže). To má zřejmě důležitý funkční vý_nam. Kdyby buňky byly vybaveny pouze jednim typem monomorfního

MHC gp, mohlo by se stát, že z proteinů některého patogenu (např. viru) bynebylo možno získat peptidy schopné vazby na tento MHC gp. Určitý jedinecje vybaven např. alespoň třemi izotypy MHC gp I (HLA-A, B, C) a ve většiněpřípadů ještě dvěma alelickýrni formami každého z nich (každá zděděná pojednom rodiči). I kdyby se stalo, že by žádná z těchto šesti různých MHC mo-lekul nevázala žádný z peptidů nějakého obzvlášť rafinovaného viru, je prak-ticky jisté, že některé virové peptidy budou vázat jiné MHC molekuly přítom-né na buňkách jiných jedinců v populaci. Polymorfismus MHC gp má tedy

řejmě ochranný význam jak na úrovni jedince, tak na úrovni populace.Nepříjemným negativním vedlejším efektem tohoto polymorfismu jsou

komplikace, které způsobuje při orgánových transplantacích (viz kap. 17).

'PC-#

'-a u.:

IIII( -,-, 1111 {' 1/ -?

Page 34: Zaklady imunologie

/70 Hořejší, 8arhiňková / Základy imunologie

MHCgp I MHCgp I

MHC gp II

Obr. 18:Vazba peptidů do vazebných míst na MHC gp I resp. MHC gp II. Vazebné místou MHC gp I je na obou koncích uzavřené, takže velikost peptidů je omezena. Delší pepti-dy však mohou být vázány "vyklenuným" způsobem. Zásadní význam má povaha kot-vicích aminokyselinových zbytků. V případě MHC gp II je vazebné místo na obou kon-cích více otevřeno, takže se mohou vázat i delší peptidy, které přečnívají ven.

Tab. 5: Příklady vazebných motivů peptidů pro interakci s MHC gp I

MHCgp Motiv

HLA-A 1 xxAspxxxxxlyr

HLA-A2.1 xleuxxxxxxleu(Val)

HLA-A 1 1 xValxxxxxxlys

HLA-A24 xlyrxxxxxxleu(Phe)

HLA-B7 xProArgxxxxxleu

HLA-B27 xArgxxxxxxLys(Arg)

MHC glykoproteiny - prezentace peptidových fragmentti /71

" vazbě peptidů pocházejících z proteinů produkovaných v buňce (en-11I1\I'nních)dochází během biosyntézy v endoplazmatickém retikulu (ER).h,,;-prostředně po vytvoření polypeptidového řetězce a a 132m (tj. po transla-

I IIIlWA) dochází v lumen ER k poskládání do správné prostorové konfor-111,11\' a vzájemné asociaci. Ve stejné době dochází i k asociaci s některým1"'pUdem, jehož struktura vyhovuje vazebným nárokům vazebného místa.l.uioho MHC gp I. Každý komplex MHC gp I, který je propuštěn k dalšímu1".,COVánív Golgiho komplexu a který se posléze objeví na buněčném po-

I uhu, musí obsahovat tři složky: a-řetězec, 132m a peptid.Pcptidy pocházejí hlavně z proteinů, které jsou degradovány v cytoplaz-

1111" proteolytickým komplexem, proteasomem. Proteasomy štěpí hlavně cy-"'plazmatické proteiny, které byly označeny k likvidaci připojením několika",\'lězených molekul polypeptidu ubiquitinu (polyubiquitinylace). TotoIt"pcní je součástí fyziologického metabolického obratu buněčných proteinů

.1 podléhají mu normální buněčné proteiny i proteiny pocházející z intrace-lul.rrnich parazitů (např. virů). Peptidové fragmenty vytvořené proteasomy1','1\1 transportovány z cytoplazmy do ER prostřednictvím specifickýchnu-mbránových peptidových pump složených z podjednotek zvaných TAP1I,'I\to děj je spřažen s hydrolýzou ATP) (obr. 19). .- t,::..~,

V mnoha případech je však potřeba zajistit, aby se na MHC gpI buněkt:.yrJ:o' '1'1\'zentujících antigen vázaly i peptidy pocházející z exogenních (buňkou /, ••.•••I"lhlcených) proteinů. Tento děj se nazývá "zkřížená prezentace" (cross-~ óuJ'f<

presentatíonl a je založen na tom, že některé fagocytované proteiny mohouhýl transportovány z fagosomu do cytoplazmy, tam rozštěpeny v protea-«rmech a příslušné peptidy standardním způsobem transportovány do ER.linou možností je, že části pozdních fagosomů obsahující již peptidové frag-monty rozštěpených pohlcených proteinů fúzují s ER.

./'lUlU;; 'ev#/!",'#Lv--bk.i

.i'

?> Jď de,"

.i'~tl

, ")t:>!7

Page 35: Zaklady imunologie

II

II

III

II

/72 Hořejší, Bart!lňková I Základy imunologie

.>

g:;;~ Endoplazmatickég:;;~ retikulum====~-====~========oeeec==~ Peptidovág:;;~ pumpa

O W(TAP}.

"" • c;)--•• ---- • \J/I == ~ ~=O <.....l. ~ V Peptidy ~~

." Si ~Peptidové ~ ~~~

fragmenty ~~4R8888M\~~~~~~~&'!.f8ggggg ~~~~!)

Transportdo GolgihokomplexuI Cytoplazma I ==========g:;;~/====~§==

NascentnlMHC gp ICytoplazmatický

protein

Obr. 19: Schéma biosyntézy komplexů MHC gp 1.

~'.>

6.4.2 VAZBA PEPTIDŮNA MHC gp II/'~

Ke vzniku komplexů MHC gp II s peptidovými fragmenty proteinů pohlce-ných buňkou prezentující antigen dochází jinak než v případě MHC gp I.V endoplazmatickém retikulu vznikají komple}y a a ~-řetězců s dalšímtransmembránovým proteinem zvaným invariantní řetězec (Ii). Ten blokujevazebné místo pro peptidy, takže se do něj nemohou vázat peptidy obdobnétěm, které se váží na MHC gp 1. Komplexy a~li procházejí normální biosyn-tetickou dráhou přes Golgiho komplex. Sekreční váčky oddělené od Golgihoaparátu na své cestě k povrchu buňky fúzují s endosomy. Endosomy jsoumembránové váčky vznikající endocytózou proteinů zachycených na povr-chu APC (např. komplexy antigen-proti1átka se váží na Fc-receptory; někte-ré mikrobiální glykoproteiny se váží na manózové receptory) a posléze fú-zují s lysosomy. Hydrolázy přítomné v endosomech štěpí pohlcené proteinya jiné biopolymery na fragmenty. Po fúzi endosomu s transportním váčkempřicházejícím z Golgiho komplexu a obsahujícím prekurzorové komplexyMHC gp II (a~1i) se Ii řetězce proteolyticky rozštěpí (dimery a~ jsou ke ště-pení velmi odolné) a do uvolněného vazebného místa se mohou vázat pepti-dové fragmenty endocytovaných proteinů (obr. 20). Při výměně peptiduzbylého po štěpení invariantního řetězce (zvaného CUP) za exogenní pepti-dy napomáhá protein zvaný DM, strukturně podobný MHC gp II.

'l.- ?o".u7t,y(l.

,orlln ·~~ÉP.

?""fo, n "O,t-...-"'> " "~hrQ-t..6~

MHC glykoproteiny - prezentace peptidových fragmentll /73

Endocyt6zaantigenů , /

: ~ .>: ,, ,-\ \ ..• ~

1- .•.•" - •••' \ ~

1' ...••/ \ I \ I/' - •..• I "

~ 0...•.~I/\--\/\ '" -J, , -,_/- - \ \ \ , •...\ I.... _ I \ .

1\ .... - .... r ! t~_ oJ I I \ .•• I I \ I, I '\

'~\ I •••• ,/ -, /_

'" -_- 1/// .- /' • Endocytické váčky '"" -, ,\ , I -;- "0 Fúze s plazmalickou'.:: \.- I (štěpenD '_", = , _ " ' - / membránouI ,/

,-, ,, -, , " / -'': \ / ;: ,I / -' MHC-II-váčky" -,

,- \ '. -, - (štěpení li. ,\, / \ I ..••. vazba peptidů I /

I \ /, , / na MHC gp II) .:: ,.,II -ř.: /' - - , '., I - '-' ř • -,

HYdrOlázY~'. - , " _, ',- : .: '''I ,-,'

, =: >-':1 .: >\.:-~/-'~'>' : .:',-:~;\~'~/,~!_\-'.-Lysoz6my ::" I " " " ..••. _ <' _ / '_I ~ .••.•• / '_ ; \ ~

,,- I - -' " - ....•.•.. :: ..../ -" I \ I'" 1- .•.. \ I ", I I

\ \ I .•. , I I \ I I I , I I

-, 'I \ ~ , - , 'I I'" ' I,' /' .' _ I ,"',; /' • - I

'"",' _'. / -, I I ••.. /" Post-Golgl váčky ,/ - / .: .-, _ I, 1\ /" \ ' _ -, \

" .: ,- \ - I -, \ ,

I)br. 20: Schéma biosyntézy komplexů MHC gp II s peptidy pohlcených proteinů.07 ~:-~ I ,: r' (.",01,4 -."')t' f/ / / I~ ,,1/ /

.5GENOVY KOMPLEX MMC ",:( 1'••.•." e« C aI C-I 4..()cr:.,-hU,,~,.e(.

Rozsáhlý hlavní histokompatibilní komplex (více než 3500 kb) se u člověka na-rhází na cmomosomu č, 6 (zde nazývaný HLA komplex), u myší (H-2 kom-plex) na chromosomu ě, 17. Kromě genů kódujících MHC gp I a II obsahujeIgeny kódující některé složky komplementu, cytokiny (TNF), podjednotky pro-reasomů. podjednotky peptidových pump, tzv. stresové proteiny (proteiny te-pelného šoku) a některé další proteiny. Celkem obsahuje tento genový kom-

plex téměř 50 genů (obr. 21). - fMf' .! ".f1

(" c· tj'(J •. .,

6.6 "NEKLASICKÉ" MMC MOLEKULY I. TŘíDY

I{LA-A, B, C jsou nazývány "klasické" MHC gp I nebo též MHC gp la. Jako"neklasické", resp. MHCgp lb se označují molekuly HLA-E, F, G a někdytaké CD1. Všechny tyto membránové glykoproteiny jsou strukturně podob-né klasickým MHCgp I - skládají se z obdobného transmembránového o-ře-tězce a ~2m. Jsou však mnohem méně polymorfní, vyskytují se zpravidla jenna některých buňkách a většinou se specializují na vazbu zvláštních ligan-

Page 36: Zaklady imunologie

1IIII

/74 Hořejší, Barl!iňková / Základy imunologie

OP ON DM DO DO DRI I r1 ,---, r1 r------, ,-----,'"

a, C\J C\J ••.• ,.... ,....C\J C") .•.••.'" ~ ~ ~ ~ ~a:~b:~& Cf Cf !Xl !Xl <{ !Xl <{ !Xl !Xl !Xl <{

~~C(~~ O 888g s s s so o o Cl Cl Cl o

~ ~ ~~ '" '"og;~g;~<: o o o o

~~,.., g! ~ s....J f-' ....J

MHC glykoproteiny - prezentace peptidoV1)ch fragmentrl /75

~ i:j

I 'vrstuje ještě několik dalších zajímavých molekul strukturně podobných~IIIC gp I (a asociovaných s ~2m), ty však ztratily schopnost vázat peptidy.who jiné malé antigenní fragmenty. Mezi ně patří transportní Fc-receptorIdtn (viz kap. 7.3) a proteiny MICA, MICB a ULBP vyskytující se na povr-I hli stresovaných spíteliálnich buněk, buněk infikovaných některými viry.1 nčkterých nádorů. Do této skupiny patří také protein HFE, který je asocio-v.rn s receptorem pro transferin a reguluje jeho funkci.

I{ I'tt",r O" ~

.~ I i<L

!Xl () 8: UJ <{ l:(!JlL.

oe

n --->

-~Telomera ~

Obr. 21: Lidský genový komplex MHC (velmi zjednodušeně - není vyznačeno několik de-sítek dalších známých genů a pseudogenů), Geny označené DPA, DNA, DMA, DQA, DRAkódují a-podjednotky příslušných MHC gp II; DPB, DMB, DOB, DQB a DRB příslušné~-řetězce (DMa a DO~ tvoří dimer a nomenklatura je zde proto nelogická). Geny B, C, E,A, H, G a F kódují a-řetězce příslušných MHC gp J (HLA, -B,-C, atd.): X je MHC I pseudo-gen. V MHC komplexu jsou kódovány také podjednotky proteasomu (LMP), peptidovépumpy (TAP), enzymy metabolismu steroidních hormonů (CYP21), kom plemen tu (C2,C4, Faktor B), stresové proteiny (Hsp70), cytokiny rodiny TNF (TNF, LTa, LT~); příslušnégeny jsou zde znázorněny.

dů. HLA-E se vyskytuje na mnoha typech buněk a váže tzv. signální (N-ter-minální) peptidy pocházející z biosyntetických prekurzorů HLA-A, B, C a G.HLA-G se nachází pouze na povrchu buněk trofoblastu (tj. části placentypocházející z plodu) a váže široké spektrum peptidů. Komplexy HLA-E a Gs peptidy jsou rozeznávány specializovanými inhibičními receptory NK-bu-něk (viz kap. 11.7.1) a přispívají tak k toleranci plodu v děloze (viz kap.17.8). Molekuly CDl (u člověka jich existuje celkem pět - CDla-e) váží na-místo peptidů mikrobiální popř. i organismu vlastní glykolipidy (hlavněCDld) popř. jiné silně hydrofobní látky (např. mykobakteriální kyseliny my-kolové), Komplexy CDla, b, c s mykobakteriálními hydrofobními molekula-mi jsou pak rozeznávány "normálními" a~T-Iymfocyty, zatímco komplexyCDld s organismu vlastními glykolipidy jsou rozeznávány tzv. NK-T-buň-kami, které mají zřejmě důležité imunoregulační funkce (viz kap. 11.1).

'..~(,

CfJ

I~CIJ?

fr~t

7 I.),," íil.

•.•••. c7':1".,7;'1.-

Page 37: Zaklady imunologie

7Adhezivní molekuly, Fc-receptory

a další povrchovémolekuly leukocytů

7.1 OBECNÉ VLASTNOSTI ADHEZIVNíCH MOLEKUL

Většina dějů v imunitním systému závisí na mezibuněčných kontaktech (vý-voj buněk v dřeni a thymu, kooperace mezi THl a makrofágy, resp. mezi TH2a B-buňkami, interakce mezi T-Iymfocyty a APC, adheze leukocytů k endo-teliálním buňkám, kontakt mezi Te a infikovanou buňkou atd.), Ty jsou za-loženy na interakcích mezi mnoha páry adhezivních molekul, z nichž jednaje na povrchu jedné, druhá na povrchu druhé buňky. Je jen věcí definice, kte-rou z molekul nazveme receptorem a kterou ligandem. Ve většině případůnepůsobí adhezivní molekuly pouze jako pasivní "lepidlo", ale po interakcis vazebným partnerem přenášejí do buňky signály, které ji informují o tom,že došlo k adhezi a že je na ni potřeba reagovat. Mezi adhezivní molekulymůžeme formálně zařadit i ty, u nichž je signalizační funkce jasně prominent-ní (např. CD28 - CD80, CD40 - CD40L, nakonec i TCR - MHC gp/peptid).

Některé adhezivní molekuly jsou exprimovány konstitučně, jiné se obje-vují na buňkách až po aktivaci. Aktivačním signálem může být vazba cyto-kinu nebo signalizace přes jiný povrchový receptor. Adhezivní molekulymohou existovat v různě afinních formách v závislosti na stavu aktivace bu-něk. Exprese adhezivních molekul samozřejmě není omezena jen na imunit-ní systém, buněčná adheze je základem celé řady neimunitních procesů fyzio-logických (buněčná a tkáňová diferenciace a regenerace, embryogeneze,hematopoeza) i patofyziologických (kancerogeneze, metastázování nádoro-vých buněk aj.).

Adhezivní molekuly, Fc-receptory a další povrchové molekuly leukocytů /77

Adhezivní molekuly zprostředkují komunikaci mezi buňkami založe-IIIIUna přímém kontaktu. Tím se liší od cytokinů a hormonů, pomocí nichžmohou buňky komunikovat na určitou vzdálenost bez nutnosti bezpro-třcdního kontaktu. Řada adhezivních molekul však může existovat alterna-

tivně v solubilních formách, které pak ovlivňují cílové buňky na určitouvzdálenost. a naopak, jsou známy membránové formy některých cytokinů(viz kap. 8). Tím se hranice mezi cytokiny a adhezivními molekulami v řaděI'fípadů stírá. Je opět jen věcí definice, budeme-li některé z těchto adheziv-1It'-signalizačních molekul nazývat spíše membránovými cytokiny, resp. re-reptory membránových cytokinů. Např, molekuly jako CD80, CD86 čil'D40L jsou někdy mezi membránové cytokiny zařazovány .

.1SKUPINY ADHEZIVNíCH MOLEKUL

Adhezivní molekuly lze dělit do několika následujících strukturních skupin.

.2.1INTEGRI •..•Y

Integriny tvoří velkou skupinu adhezivních receptorů, které mají velkou dů-ležitost i mimo imunitní systém. Některé z nich váží komponenty mezibu-něčně hmoty (extracelulární matrix). Jiné integriny váží membránové Iigan-dy, které patří do imunoglobulinové skupiny.

Molekuly integrinů se skládají vždy ze dvou transmembránovýcl1;, neko-valentně asociovaných podjednotek a a ~' Určitá podjednotka ~ (existují ~l,IŽ ~8) se může sdružovat s několika různými podjednotkami a. Rozeznáva-ji se proto strukturní skupiny integrinů nazvané podle podjednotky ~, kteráse v nich nachází. V tab. 6 jsou uvedeny nejvýznamnější integriny a jejich zá-

kladní ligandy.Integriny existují ve dvou konformačních stavech, které se výrazně liší

afinitou ke svým ligandům. V klidovém stavu jsou v nízkoafinní konforma-i; aktivace buňky vyvolaná různými stimuly vede k přechodu do vysoko-

ařínního stavu, který umožňuje pevnou vazbu (viz obr. 22).V imunitním systému jsou nejdůležitější ~1,~2, ~3 a ~7 integriny. lnteg-

riny podskupiny ~1(zvané též VLA) váží většinou složky mezibuněčnéhmoty (proteiny fibronektin, vitronektin, kola geny, von Willebrandův fak-tor, trombospondin aj.), některé se účastní vazby leukocytů na povrch endo-telií, kde rozeznávají membránové proteiny jako např. VCAM-l (CDI06).

Page 38: Zaklady imunologie

IIIII

!i

, IIi I

,:"I

/78 Hořejší, Barttiňková I Základy imunologie

Tab. 6: Některé integriny a jejich ligandy

Integrin Synonyma Exprese Ligandy

Skupina tJ 1 (VLA; CD491CD29)

al~l VLA-l, CD490/CD29 Aktivovoné T, monocyty Kolagen, lominin

a2~1 VLA-2, CD49b/CD29 B, monocyty, Kologen, lominintrombocyty

a3Bl VLA-3, CD49c/CD29 B Fibrinogen, lominin

a4~1 VlA4, CD49d/CD29 Leukocyty Fibronektin, VCAM·l

a5Bl VLA-5, CD4ge/CD29 Paměťové T, monocyty Fibronektin

Skupina {32 (Ieukocytórní integriny; CD 11ICD 18)

aLB2 LFA-l Leukocyty ICAM-l r -2, -3

aM~2 CR3; Moc-l; Myeloidní buňky, NK ICAM-l, -2, -3, iC3b,CDllb/CD18 fibrinogen, faktor X,

lPS, ~-glukony, CD23

aX~l CR4; p150,95; Myeloidní ICAM-l, fibrinogenCDllc/CD18 a dendritické buňky

Skupina {33 (CD61)

all~3 gp lib/lila; Trombocyty Fibrinogen, fibronektin,CD4l/CD6l von Willebrondtuv

faktor, trombospondin

aVB3 Vitronektinový receptor; Endotelie, trombocyty, Vitronektin, fibronektin,CD5l/CD6l fibroblosty fibrinogen, trombo-

spondin, CD3l

Skupina {37

a4~7 LPAM-l Subpopulace T VCAM-l, MAdCAM-l

aE~7 HML-l Intestinální epiteliální T E-kadherin

Velmi významné jsou p2-integriny, zvané též leukocytární integriny. Tatoskupina má tři členy se společnou ~2-podjednotkou (CD18). První z leuko-cytárních integrinů, označovaný jako LFA-l (CDlla/CD18), je hlavní adhe-zivní molekulou leukocytů. Váže několik ligandů imunoglobulinové struk-turní rodiny (lCAM-l, 2 a 3). Druhý leukocytární integrin (CDllb/CD18)má několik funkcí - působí jako komplementový receptor (CR3; váže frag-ment iC3b), adhezivní molekula s podobnou specifitou jako LFA-l a kromě

Aáheziunt molekuly, Fc-receptory a dolšt povrchové molekuly leukocyt li /79

Vysokoafinnfkonfonmace

Signály T Iymfocytod různýchreceptorů

I 'hro 22: Indukce vysokoafinní konřormace adhezivního receptoru LFA-l (~2-integrin).

luho ještě váže některé sacharidové složky bakteriálních povrchů (tj. působí1,11...0 lektin), Podobnou funkci i vazebné interakce má i třetí člen této skupi-!IV, gp150/95 (CDllc/CD18), působící jako komplementový receptor CR4.

Integriny skupiny p3 jsou hlavními receptory trombocytů pro složky me-ihuněčné hmoty a hrají tak zásadní úlohu při zachycování destiček v místě

vnskulárníhc poškození. Integriny ze skupiny ~7 hrají roli hlavně při inter-••kci subpopulací lymfocytů se slizničními endoteliemi a s epiteliálnírni buň-k.uni: integrin a4~7 se váže na endoteliální ligandy VCAM-l a MAdCAM-l,I II Icgrin aEp7 na epiteliální ligand E-kadherin.

.2.2 ADHEZIVNí MOLEKULY IMUNOGLOBULlNOVÉ SKUPINY

I ln této velké skupiny patří desítky proteinů, jejichž extracelulární části ob-••ihují jednu nebo několik domén podobných charakteristickým imunoglo-hulínovým doménám. Z nich nejvýznamnější jsou ligandy leukocytárníchuuegrinů (ICAM-l, 2, 3),ligand a4~1 integrinu VCAM-l, adhezivní recep-lm T-lymfocytů CD2, jeho ligand LFA-3 (CD58), signalizační receptory('028 a CTLA-4 a jejich ligandy CD80 a CD86, antigenně specifické recep-tury TCR a BCR, MHC gp I a II, koreceptory T-Iyrnfocytů CD4 a CD8 a řa-d,) dalších.

Page 39: Zaklady imunologie

III!

IIII

I

/80 Hořejší, Barlliiíková / Základy iml/nologie

7.2.3 SELEKTINY A JINÉ LEKTINY

illl

Skupina selektinů obsahuje tři strukturně příbuzné adhezivní receptory označované podle typů buněk, na kterých se vyskytují: L (leukocytární), E (endoteliální) a P (platelet: trombocytární) selektin (též zvané CD62L, E resp. P). Molekuly všech selektinů se skládají z dlouhého flexibilního "stonku" a koncovélektinové domény, pomocí níž váží specifické sacharidové struktury na jiných buňkách. Selektiny mají zásadní význam při počátečních fázích zachycování leukocytů na endoteliích (viz kap. 2.1.1).

Existuje ještě řada dalších povrchových a rozpustných proteinů obsahujících jednu nebo více lektinových domén podobných těm, které nacházímeu selektinů. Mezi tyto tzv. lektiny C-typu (nazvané podle toho, že jejich va-zebná aktivita je závislá na přítomnosti Ca2+ iontů) patří např. manózova galaktózové receptory fagocytů, nízkoafinní IgE-receptor C023, skupinavýznamných povrchových receptorů NK-buněk (C094, NKG2, NKR-Pl,Ly-49; viz kap. l l), povrchový receptor aktivovaných lymfocytů C069 a ně-které další.

Kromě těchto lektinů C-typu existují v imunitním systému ještě další struk-turně zcela odlišné lektiny (t], proteiny, které váží sacharidové struktury). Taknapř. povrchový protein B-lymfocytů C022 (z imunoglobulinové strukturnískupiny) váže zbytky kyselin sialových na různých povrchových glykoprotei-nech. Podobnou vazebnou specifitu má také tzv. sialoadhezin (C068) makrofá-gů nebo C033 myeloidních buněk. Tyto receptory se někdy označují jako lekti-ny I-typu. Jinou strukturní skupinu představují tzv. lektiny S-typu (aktivitazávislá na thiolových [SHj skupinách) zvané též galektiny, protože váží galak-tosylové zbytky. Galektiny jsou rozpustné (sekretované) molekuly adsorbova-né na buněčném povrchu vazbou na membránové sacharidové struktury.

V této souvislosti je potřeba poznamenat, že velký význam v imunolo-gickém výzkumu měly (a dosud mají) některé rozpustné lektiny izolovanéz rostlinných semen (např. konkanavalin A [ConA] ze semen bobovité rost-liny Canavalia ensiiormis nebo fytohemaglutinin [PRA] ze semen fazole). Ty-to rostlinné lektiny působí na lymfocyty (zvláště T) jako mitogeny - ~. vyvo-lávají podobné reakce (proliferace, produkce cytokinů) jako antigeny; jejichpoužití je však oproti antigenům výhodné v tom, že aktivují většinu lymfo-cytů v experimentálním vzorku a ne pouze tu nepatrnou část, která neseTCR patřičné specifity. Aktivační působení rostlinných lektinů je založenona tom, že se váží na sacharidové řetězce molekul v TCR komplexu a na ji-ných povrchových molekulách, agregují je, a tím napodobují to, co se dějepřirozeně při interakci mezi T-lymfocytem s APe.

Adhezivní molekuly, Fc-receptorq a další povrchové molekuly leukoC1jl!i /81

.4 MUCINY

I.I~\I rnuciny se označují velmi silně glykosylované (hlavně O-glykosylova-h!') glykoproteiny (obr. 23). Mohou být buď sekretované, nebo membránově

I/tlné. Některé membránové muciny nesou oligosacharidové řetězce, které1""" ligandy selektinů (C034 přítomný na povrchu endoteliálních buněkI 11,1 velmi časných diferenciačních stadiích dřeňových leukocytů; endote-Ii.lillí muciny zvané PSGL-l, MAdCAM-l a GlyCAM-l). Mezi muciny patříI,I~" povrchový sialoglykoprotein leukocytů C043. Ten slouží zřejmě jakohl.rvní antiadhezivní molekula leukocytů, která brání příliš snadnému kon-t.1~tu těchto buněk mezi sebou.

mucinovádoména

O-vázaný ""-oligosacharid ""---

NH2

N-vázanýoligosacharid

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~COOH

MadCAM-1 CD34PSGL-1(CD162) CD43

Ilbr. 23: Schematické znázomční struktury některých mucinů. Funkční význam a recep-IlIly těchto molekul jsou uvedeny v textu. Charakteristickým strukturním rysem je to, že

I1l1č glykosylovaný polypeptidový řetězec je v "natažené" formě a tyto molekuly jsouI'lOtO cca 40-70 nrn dlouhé.

.2.5 JINÉ ADHEZIVNí MOLEKULY

Povrchový glykoprotein CD44 (80 kOa) je receptorem pro kyselinu hyalu-runovou, významnou proteoglykanovou složku mezibuněčné hmoty,.1 pravděpodobně též pro některé typy kolagenů. Uplatňuje se zvláště přiinterakci mezi leukocyty a endoteliemi. Na povrchu endoteliálních buněkse nacházejí také adhezivní glykoproteiny endoglin (CDI05; kovalentní di-mer podjednotek 95 kDa) a VAP-l (180 kDa); jejich receptory na leukocy-tcch nejsou známy. Mezi adhezivní molekuly patří také strukturně příbuz-né povrchové proteiny T-Iymfocytů COS (70 kDa) a C06 (110 kOa), které

Page 40: Zaklady imunologie

11111:11

,1111\

/82 Hořejší, Barlllňková / Základy imunologie

patří do strukturní rodiny "scavengerových" receptorů, Ligandem CD611molekula zvaná zvaná ALCAM (CDI66), ligand CD5 je zatím nejistý. 7,.ljlmavým párem adhezivních molekul je C-lektin CD23 (hlavní funkce nízkoafinní 19E-receptor) a komplementový receptor typu 2 (CR2; CD21). Inteiakce mezi těmito partnery (CD23 váže sacharidové řetězce glykoprotciuuCD21) zřejmě významně přispívají k vazbě B-lymfocytů na folikulárnldendritické buňky.

7.3 Fc-RECEPTORY

Fc-receptory váží Fc části imunoglobulinových molekul. Jednotlivé typyFc-receptorů vykazují specifičnost pro různé izotypy imunoglobulinů. Z~kladní charakteristiky hlavních Fc-receptorů jsou uvedeny v tab. 7.

Tab. 7: Fc-receptory

Fc- Syno- M.h. Exprese Ligondy Funkcereceptor nymo (kDo)

FcyRI CD64 72 Myeloidní buňky IgG3,lgGl Endocytózaimunokomplexů?

FcyRIIA CD32A 40 Myeloidní buňky, IgGl,lgG3 Fagocytóza,trombocyty, DC endocytóza

FcyRIIB CD32B 40 lymfocyty, hlavně B IgGl,lgG3 Negativní regulace

FcyRlIlA CDl6A 50-70 Myeloidní buňky, IgGl,lgG3 Endocytóza,NK lagocytóza

FcyRllIB CD16B 50-70 Neutrolily IgGl,lgG3 Fagocytóza

FCERI 45-65 (al Mastocyty, IgE Aktivace mastocytů32(~1 bazofily, [deqronuloce]9 (y-dimerlmonocyty

FCERIIA CD23A 43 Aktivované B IgE, CD21 Regulace

FCERIIB CD23B 43 Různé buňky IgE, CD21 ?

FcaR CD89 60 Myeloidní buňky IgA Fagacytóza

Fca/IIR 70 B, makrológy IgA,lgM Endocytóza,lagocytóza

Poly.lgR B2 Epiteliólní buňky 19A, IgM Transcytóza

FcRn 45+12 Epiteliólní buňky IgG Transcytóza

Adhezivl1í molekuly, Fc-receptory a dalM povrchové molekuly leukocyl!i /83

Ni'kolik Fc-receptorů (FcyRI, FcyRIIA, FcyRIII, FcaR a Fcafl.LR)má velkýIII"" při endocyt6ze a fagocyt6ze částic opsonizovaných protilátkami

'I' 2.1). FcyRIIB (CD32B) působí jako negativní regulační receptor B-Iym-II \11'1: imunokomplexy obsahující protilátky třídy 19G se mohou vázat sou-1'011(' na BCR (prostřednictvím epitopů antigenu) a tento Fc-receptor; toI,""obí agregaci BCR a Fc-receptorů a vzniklé signály inhibují stimulaci

IIIHII\ky. DÍtvodem je to, že molekuly FcyRIIB jsou asociovány s proteinfos-',Itol/OU SHP-l, která po přiblížení k receptorovému komplexu BCR defosfo-I\,lllll' proteiny. které fosforylují proteinkinázy asociované s BCR (Lyn, Syk;

tI kap. 9 a obr. 47 v kap. 13.3).[tným regulačním Fc-receptorem je FCERII (CD23; nízkoafinní IgE recep-

t,,, I, který jako jediný známý Fc-receptor nepatří do imunoglobulinové, aleI h-ktinové strukturní rodiny. Vazba IgE, resp. imunokomplexů obsahují-," II 19E, na FCERIIvyvolává signály potlačující produkci protilátek třídy11',1'Rozpustná forma FCERII(CD23) vznikající proteolytickým odštěpová-líllIl z membránové formy naopak stimuluje B-lyrnfocyty. CD23 působí té'1.1~.1l adhezivní molekula (váže CR2 [CD21]; viz kap. 7.2.5).

Vysokoafinní IgE receptor (FcERI) je zodpovědný za schopnost mastocy-tli ,I bazofilů reagovat proti mnohobuněčným parazitům (kap. 2.2.1 a 15.5),.II' také za známé projevy alergií (atopií) (kap. 18.1.1). Receptorový komplex" skládá z podjednotky a, která váže Pc-část molekuly IgE, a řetězců ~ a t.

~u-ré zajišťují spojení s intracelulárními signalizačními molekulami. TentoIt'll'ptor je exprimován i na makrofázích a dendritických buňkách. Na ně seIl\llhou vázat antigeny v komplexu s 19E. Stimulace FCE-receptoru vede kevýšené antigenní prezentaci, zvýšené sekreci metabolitů kyseliny arachido-

IIlIVé,lysosomálních enzymů, kyslíkových radikálů i prozánětlivých cytoki-1\11, V případě parazitárních infekcí se tím potencuje antiparazitární imunita,.\11' při alergické reakci se tímto mechanismem amplifikuje a udržuje alergie-~y zánět v místech expozice alergenu. 7/./íí,. /,~dMt."IúJ./ .ú" ;,h. />74>~.:.'

1),llší dva Fc-receptory jsou důležité pro transport imunoglobulinů přes epi-tI.liální buňky: tzv. poly-lg-receptor přenáší IgA a IgM z bazální strany nalurninální (apikálnO stranu epitelu (viz kap. 14.2.2). Fcy-receptor (FcRn; neo-natální Fc-receptor) na střevním epitelu novorozenců hlodavců naopak pře-Il,\ší molekuly protilátek ze trávicího traktu přes epitel do subepiteliální tká-ně a do krevního oběhu. Tento receptor je strukturně podobný MHC gp I(skládá se z transmembránového a-řetězce a ~2-mikroglobulinu). Podobnýlidský Fc-receptor zprostředkuje také aktivní transplacentární transport ma-

teřského IgG do oběhu plodu.

Page 41: Zaklady imunologie

/84 Hořejší, Barlůňková / Základy imunologie

1.4 KOMPLEMENTOVÉ RECEPTORY

Komplementové receptory (CR) váží fragmenty složek komplementu. Nčkteré z těchto receptorů hrají roli při fagocytóze kom plemen tem opsonizo-vaných částic (CR3, CR4), jiné při zachycování a odstraňování imunokom-plexů a při ochraně vlastních buněk před poškozením komplementu (CRl),další při regulaci imunitní odpovědi imunokomplexy (CR2). Některé fungujíjako receptory pro chemotaktické štěpy komplementových proteinů (C5aR,C3aR). Základní vlastnosti hlavních komplementových receptorů jsou uve-deny v tab. 8.

Tab. 8: Kornplementové receptory

Receptor Synonyma M.h. Exprese ligandy Funkce

CR1 CD35 160-250 Různé buňky C3b, C4b, OdstraňavóníiC3b, iC4b imunokomplexů,

regulace

CR2 CD21 140 B, FDC iC3b, C3dg, AktivaceC3d, EBV B.lymfocytů

CR3 CD11b/CD18; 165+95 Myeloidní buňky, iC3b, C3d, Fagocytózo,aX~2 integrin NK ~-glukan, LPS adheze

CR4 CD11c/CD18; 155+95 Myeloidní buňky iC3b, C3d Fagocytózo,aM~2 integrin adheze

C1qR CD92 65 Myeloidní buňky, C1q VazbaB, trombocyty imunokomplexů

C3aR 45 Myeloidní buňky, C3a,C4a Chemotaxe,mastocyty aktivace

C5aR CD88 40 Myeloidní buňky, C5a Chemataxe,mastocyty aktivace

Adheziunt molekuly, Fc-receptory a dalšf povrchové molekutv leukocylti /85

IINÉ POVRCHOVÉ MOLEKULY LEUKOCYTŮ

,.1.1 STRUKTURNí A FUNKČNí KLASIFIKACEPOVRCHOVÝCH MOLEKUL LEUKOCYTŮ

N" povrchu leukocytů, stejně jako jiných buněk, se nacházejí stovky různých.Iiuhů molekul- některé ve velmi malém počtu (např. jen stovky u některých, vlokinových receptorů), jiné ve velkém množství (104-106). Mnoho povr-, hových molekul leukocytů pravděpodobně teprve čeká na objevení a dů-~l.id nou molekulární charakterizaci. Leukocytární povrchové molekuly lzeIII/.dělit do skupin podle funkcí (tab. 9) a podle struktury (tab. 10).

I,Ih. 9: Funkční skupiny povrchových rnolekulleukocytů

Ikční skupina Příklady

IIgenně specifické receptary TCR, BCR

hezivní molekuly Integrinya jejich ligandy (ICAM, VCAM, MAdCAM cj.],selektinya jejich ligandy (muciny), adhezivní molekulylq-rodiny (CD2, CD48, CD58, CD22, CD33, CD56 oj.]

eceptory Viz tob. 7

nplernentové receptory Viz tab. 8; CD55, CD46, CD59rolekuly regulujícínplemen!

:optory cytokinů Viz tob. 10 a 13hemokinů

juločnl signalizační CD4, CD8, CD28, CD80, CD85, CD86, CTLA4eptory a jejich ligandy (CD152), KIR, CD94/NKG2,CD150, CD161

nsportní proteiny CD20 (?l, CD71 (receptor pro transferin), LDL.receptor,glykoprotein P

-rchové enzymy CD10, CD13, CD26, CD38, CD39, CD45, CD73,eceptory enzymů CD87, CD148

:eptory mikrobiólních složek CD 14, scavenger receptory, povrchové lektiny,receptory skupiny TolI (TLRI

ilekuly prezentující antigeny MHC gp, CD1

un

AII

Ad

II

M

Page 42: Zaklady imunologie

/86 Hořejší, Barttiňková / Základy imunologie

Tab. 10: Strukturní skupiny povrchových molekul leukocytů

Skupina (rodina) Příklady

Imunoglobulinová BCR,TCR, většina Fc-receptorů, MHC gp, CD2, CD3, CD4,CD8, CD28, ligandy integrinů (ICAM·l, 2, 3, 4, VCAM·l)CD80, CD86, skupina KIR (CDI58), LlR/ILT(CD85) a SIRP(CD179), CTLA-4 (CD152), CD200, CD244, ICOS, některéreceptory cytokinů (IL-l , SCF,M-CSF)

Integrinová p 1, sz. sa. p7 integriny

Lektinová (C-typu) Selektiny, některé receptory NK-buněk (Ly-49, CD94/NKG2,CDI61/NKR-Pl), CD69, CD23, CD206-CD209

Komplement-receptorová CD21 (CR2), CD35 (CR1), CD46, CD55

Cytokin-receptorová Receptory pro IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-9, IL-13, IL-15,(Hemopoetin-receptorová) GH, EPO

Fibronektinová Receptory pro IFN-y, IL-l 0, IL-6, IL-ll, IL-12

Skupina TNF CD70 (CD70L), CD 154 (CD40L), FasL(CD 178),membránový TNF

TNF-receptorová CD27, CD40, CD95 (Fas),TNF-receptory

Scavenger-receptorová CD5, CD6, CD163, scavengerové receptory 1a II, CD204

MHC MHC gp I, MHC gp II, CDl

Mucinová CD34, CD43, CD68, CD162 (PSGL-l), GlyCAM-l,MAdCAM-l , CD227 (MUC. 1)

Glykosaminoglykanová CD44, CD 138 (syndecan)

Tyrosin-fosfatázová CD45,CD148

Ly-6 CD59, CD87 (uPA-R),Ly-6

7-transmembránová chemokinové receptory, Cóo-receptor, C3a-receptor,fMLP-receptor

4-transmembránová CD9, CD37, CD53, CD63, CD81, CD82, CD151, CD231,

Semaforinová CDI00,CDI08

Glykolipidová CDI7,CD6~CD65,CD7~ CDI7~CDI76

Adhezivní molekuly, Fc-receptory a další povrchové molekl/ly leukocftů /87

.2 TYPY MEMBRÁNOVÝCH PROTEINŮ

l'llvrchové (glyko)proteiny jsou V plazmatické membráně zakotveny několi-~,I možnými způsoby (obr. 24): nejčastěji jsou to transmembránové (TM)pruteiny, jejichž polypeptidový řetězec prochází lipidovou membránou úse-~I'm zhruba 20 hydrofobních aminokyselin. Ve většině případů je N-konec!1I~t11izovánextracelulárně (TM proteiny I. třídy), méně často je extracelulární( konec (TM proteiny II. třídy); někdy prochází polypeptidový řetězec mem-[u.mou opakovaně (TM proteiny III. třídy) - typicky např. 4x nebo 7x. Ně-~It'ré membránové proteiny jsou na buněčném povrchu zakotveny pomocílykolipídové "kotvy": jejich celý polypeptidový řetězec je lokalizován ex-

Ir,lcelulárně a na C-koncové aminokyselině je navázán glykolipid glykosyl-IlIsfatidylinositol (GP!) (obr. 25). Tyto proteiny mohou být z povrchu odště-IlI'ny specifickými fosfolipázami. Kromě (glyko)proteinů jsou funkčněiluležité i rozmanité povrchové glykolipidy, které slouží např. jako ligandy11('kterých lektinů.

N-glykosidickyvázané oligosacharidy-,

NH2\...-COOH

II III IV

Obr. 24: Typy mernbránových proteinů.

Page 43: Zaklady imunologie

Adhezivní molekuly, Fc-receptort a další povrchové molekuly leukocytů /89/88 Hořejší, Barlůňková / Základy imunologie

11 strukturní podobnosti nebo funkci těchto molekul. Mnohé z těchto mole-~IIImají alternativní názvy související s jejich strukturou nebo funkcí (např.h'yRIIl _ CD16; LPS-receptor - CD14; Yc podjednotka IL-2 receptoru -I \)132; PECAM [platelet and endothelia I cell adhesion moleculel - CD31.ud.). Dosud jsou definovány CDl-CD339 (viz tab. v příloze); některá CD jsou1t'~lČ skupinami příbuzných molekul, které se odlišují připojením písmen (na-pi'. CD45RA, RB, RC, RO; CD62L, E, P; CD3E,y, s. '1;). TCR, BCR a MHC gp zá-lII~rně nemají CD-názvy.

Celá řada funkčně důležitých skupin povrchových molekul leukocytůhyla probrána v této nebo předchozích kapitolách, resp. budou probírányv kapitolách následujících. V závěru této kapitoly se stručně zmíníme1\ dvou pozoruhodných skupinách molekul, které jinde souhrnně probírány

IIl'jSOU. C'!)ij 7J;OiJfJ Tt.

b ID /v'..t:

Polypeptid

CO~HI

CH2

EtanolaminI

CH2

Io

Inositol

tb /5-;(.,0 ~'1"./r?)

Etanolamin

\ f,rollPW

Obr. 25: Schéma struktury proteinů zakotvených prostřednictvím glykosylfosfatidylino-sitolové (GP!) skupiny.

7.5.3 CD-NÁZVOSLOví

Většina povrchových molekul leukocytů se označuje tzv. CD-názvy*. Tentonázvoslovný systém odstraňuje určitý chaos, který vznikal libovolným po-jmenováním nově objevovaných molekul. Je to pouze "inventurní" systém,v němž nově popisované molekuly dostávají pořadová čísla; neříká nic

* Zkratka "CD" původně znamenala "cluster of differentiation", protože většina CD-mo-lekul byla definována na základě skupin (clusters) monoklonálních protilátek, které s ni-mi reagují a vzájemně je od sebe diferencují.

.5.4 POVRCHOVÉ ENZYMY

Na povrchu leukocytů se nachází mnoho proteinů, jejichž intracelulární ne-ho extracelulární části mají enzymové aktivity. Mezi ty, u nichž enzymovou.iktivitu nacházíme v cytoplazmatických doménách, patří např. některé re-t'ťptorové kinázy (receptory pro cytokiny M-CSF, PDGF, SCF či TGF-~ či re-Il'ptor pro inzulin; viz kap. 9) nebo membránové fosfatázy skupiny CD45,kleré pozitivně regulují aktivitu proteinkináz skupiny Src (kap. 9.4). ExistujelIčkolik forem molekul CD45, které se liší velikostí silně glykosylované ex-Il'acelulární části a které jsou specificky přítomné na různých druzích buněk:nejdelší forma zvaná CD45RA se nachází na B-Iymfocytech a "naivních"I' Iymfocytech, kratší formy (CD45RB, RC, RO) jsou charakteristické pro,Iktivované, resp. paměťové T-Iymfocyty. Různé formy CD45 jsou alternativ-ními produkty jediného genu (sestřih 3 exonů v mRNA) (obr. 26).

Mezi povrchové enzymy, jejichž enzymová aktivita se nachází v extrace-lulární části (ektoenzymy), patří např. CDIO (enkefalináza; na povrchupre-B-buněk a granulocytů štěpí některé peptidové hormony); CD13 (exo-peptidáza; na povrchu monocytů zkracuje peptidy navázané na MHC gp 11);'D26 (dipeptidylpeptidáza; na povrchu aktivovaných T-Iymfocytů štěpířejmě některé cytokiny); CD38 (několik enzymových aktivit; produkuje. nikotinamidadenindinukleotidu (NAD) látky regulující hladinu Ca2

+ v cy-loplazmě); CD39 (povrchová pyrofosfatáza B-lyrnfocytů); CD73 (5' nukleoti-dóza; na povrchu aktivovaných lymfocytů štěpí nukleotídy): alkalická fosfa-táza (na povrchu granulocytů štěpí různé fosfoestery). Na povrchu leukocytů

Page 44: Zaklady imunologie

/90 Hořejší, Bariůňkouá I Základy imunologie

(a) Protein (kDa)

Gen CD45 CD45R(ABC) (220)

•......-LJ-~J---.--, CD45R(AB) (210)

1--__ 01-...-.-, CD45R(AC) (210)

íT--LJ--1\l--'rl CD45R(BC) (210)

1---_-., CD45R(RA) (190)

,..--------1 ;---- ..•• CD45R(RB) (190)

CD45R(RC) (190)

CD45RO (180)

~~~

~ A B C r3 4 5 6 7

A

(b)

Společnákonstantníčást

Fosfatázovédomény (PTP)

Obr. 26: Schéma vzniku různých forem glykoproteinu CD45. (a) Celý gen kódující CD45má 30 exonů: 3 z nich (č, 4, 5 a 6) mohou být v mRNA exprimovány v různých kombina-cích (alternativní sestřihl a dávají tak vznik proteinům obsahujícím různé kombinace od-povídajících úseků zvaných A, B a C. Všechny ostatní části proteinů CD45 jsou shodné.Teoreticky může vznikat 8 různých variant molekul CD45 (CD45RABC až CD45RO); je-jich názvosloví je však poněkud nedůsledné a nejednoznačné - všechny varianty, kteréobsahují úsek A se většinou nazývají CD45RA, ty, které obsahují úsek B CD45RB, ty, kte-ré mají úsek C CD45RC a ta, která nemá A, B ani C se nazývá CD45RO. Úseky A,B a C jsou silně O-glykosylovány (mají charakter mucinů). Společný základní extracelu-lární úsek je silně N-glykosylovaný. (b) Schematické znázornění nejdelší a nejkratší for-myCD45.

Adhezivní molekuly, Pc-receptorq a dalšf povrchové molekuly leukocytll /91

I'IOU přítomny také enzymy, které odštěpují jiné membránové proteiny (např.ruzné adhezivní molekuly a povrchové cytokiny); tento důležitý regulačníproces se nazývá odvrhování (shedding).

.5.5 TRANSPORTNí PROTEINY

I eukocyty, stejně jako jiné buňky, potřebují transportovat přes membránudovnitř různé živiny a ionty a ven z buňky jiné látky (produkty metabolis-IlIlI, škodliviny); membránovým transportem se také udržují gradienty ně-Idl'rých iontů (K+, Ca2+). Transport iontů zajišťuje celá řada membránovýchpump (aktivně transportují proti koncentračním gradientům) a kanálů (pa-rvně propouštějí ve směru koncentračni'ho gradientu). Existuje řada dobře

, hnrakterizovaných membránových transportérů kationtů, aniontů (Cl),I vody (tzv. akvaporiny). Rozmanité hydrofobní cizorodé látky (xenobiotika1.lkonapř. některá antibiotika a cytostatika) jsou z buněk, včetně leukocytů,odstraňovány membránovou pumpou zvanou MDRP (multi-drug resistanceprotein), resp. glykoprotein P. Tento transportní systém je zodpovědný za

námý jev tzv. mnohočetné lékové rezistence u nádorových leukemickýchbuněk, při němž se v buňkách, které jsou původně citlivé na určité chemickéIylostatikum, indukuje vysoká exprese MDRP a ten pak způsobuje rezisten-ri nejen vůči onomu původnímu cytostatiku, ale i vůči mnoha jiným, struk-turně odlišným chemoterapeutikům.

Příkladem transportního receptoru je receptor pro transferin (CD71). Ten-c nachází ve velkém množství na povrchu všech dělících se buněk, včetnědřeňových prekurzorů, aktivovaných lymfocytů, nádorových či leukemie-kých buněk. Na tento receptor se váže sérový transportní protein transferin,který přenáší ionty Fe2+. Po navázání na receptor se komplex receptoru<; Fe2+-transferinem interna1izuje prostřednictvím endocytických (clathrino-vých) váčků; v nich se působením nízkého pH disociuje Fe2+(dále se v buňcepoužívá při biosyntéze různých enzymů obsahujících v prostetické skupině

elezo), transferin se štěpí a receptor recykluje zpět na membránu. Aktivitatohoto receptoru je regulována asociací s molekulou HFE strukturně podob-nou MHC gp 1.Podobný receptorový systém se používá též pro transport li-pidů a je založen na receptorech pro sérové lipoproteiny.

Page 45: Zaklady imunologie

/92 Hořejší, Bartůňková / Základy imunologie

1.6 POVRCHOVÉ MOLEKULY CHARAKTERISTICKÉPRO JEDNOTLIVÉ SUBPOPULACE LEUKOCYTŮ (••MARKERY")

Mnoho povrchových molekul je sdíleno mnohými, event. všemi typy leukocytů, popř. i jiných buněk, protože zajišťují některé společné základní funkce(např. membránový transport, adhezivitu či mechanické vlastnosti cytoplaz-matické membrány). Jiné povrchové molekuly jsou v souladu s funkční spe-cializací různých typů leukocytů přítomné s větší či menší specifitou pouzena některých subpopulacích. Toho se prakticky využívá pro diagnostickéurčování jednotlivých leukocytárních subpopulací, a to zvláště v případech,kde nelze snadno použít jednoduchá mikroskopická morfologická kritéria.Při fenotypizaci subpopulací leukocytů se obvykle používá průtokové cyto-fluorometrie buněčných suspenzí barvených fluorescenčně označenýmimonoklonálními protilátkami specifickými pro jednotlivé povrchové mole-kuly charakteristické pro určité subpopulace C,markery" těchto subpopula-cí). Tato stanovení poskytnou např. informaci o relativnim zastoupení jedno-tlivých druhů leukocytů v krevních vzorcích (důležité např. při diagnosticerůzných typů imunodeficiencí, hematologických poruch nebo při typizacileukémií). Průtoková cytofluorometrie je instrumentální metoda umožňují-cí získat množství kvantitativních údajů o počtu jednotlivých typů buněkve vzorku a přibližném množství markerových molekul na jejich povrchu(obr. 27). Nejcharakterističtější povrchové znaky jednotlivých subpopulacíleukocytů jsou uvedeny v tab. 11.

Po aktivaci různých typů leukocytů se na jejich povrchu objevují některénové charakteristické molekuly, které se někdy souhrnně označují jako akti-vační antigeny. Některé z těchto molekul jsou předem připraveny v cyto-plazmatických granulích a na povrchu aktivovaných buněk se objevují vel-mi rychle (během minut) po fúzi těchto organel s povrchovou membránou.Jiné aktivační antigeny jsou de novo syntetizovány pod vlivem aktivačníchsignálů. Tak na povrchu aktivovaných neutrofilních granulocytů se velmirychle objevují výrazně větší množství komplementového receptoru CR3(CD11b/CD18), chemotaktických receptorů a membránové alkalické fosfa-tázy, které jsou před aktivací skladovány uvnitř buňky v membránách cyto-plazmatických granulí. Některé jiné proteiny z povrchu těchto aktivovanýchbuněk naopak mizí.

Mezi časné aktivační antigeny lidských T-lymfocytů patří lektin CD69;později (24-48 hodin) následují receptory pro IL-2 (CD25) a pro transferin(CD71) a MHC gp II; ještě později (po několika dnech) ~l-integriny zvané

Adhezivní molekuly, Fc-receptory a další povrchové molekuly leukocytri /93

,-, (b) (c) ••~I I

•'1 ~\;:':~;"T....:.:;..~ '.";'.:~!<"_:~ '>:\1:;( \~ "~.. 1,,,,,

10' 10·

f Ihr. 27: Nejobvyklejší způsoby prezentace výsledků cytofluorometrických měření. (a)I,'dnoduchý histogram - vynesení četnosti buněk s určitou hodnotou fluorescenční in-1o·lvity.Vzorek jsou zde krevní Iymfocyty obarvené fluoresceinem značenou protilátkouI'nlti CD4. Plná křivka - rozdělení buněk obarvených fluoresceinylovanou anti-CD4 pro-1ll,ltkou. Na ose x je intenzita fluorescence v logaritmické stupnici, na ose y počet buněk\ malém rozmezí intenzity fluorescence ("kanálu"; celkem bývá škála intenzit rozdělena1\,' 1024 kanálů). POZitiVIÚpopulace (vrchol I) odpovídá CD4+ T-lymiocytům, negativníp"pulace (vrchol 2) ostatním Iymfocytům. Čárkovaná křivka - negativní kontrola (tentýž\ zorek barvený fluoresceinylovanou irelevantní protilátkou); nenulová intenzita fluores-"'IlCC je v tomto případě způsobena nepatrnou autofluorescencí samotných buněk, popř.ru-specífickou vazbou malého množství protilátky. (b) Vyneseni parametru "boční roz-plyl" světla (side scatter) na ose y proti intenzitě fluorescence na ose x. Boční rozptyl cha-r.rkterizuje velikost a jiné morfologické vlastnosti (granularita) různých typů buněk.Vzorek je zde směs krevních leukocytů (lymfocytů, L; monocytů, M; neutrofilů, N). Kaž-.ly bod odpovídá jedné buňce, Pozitivní populace odpovídá CD4+ T-lymIocytům; slabě1'\1/.itivníjsou též monocyty, ostatní buňky jsou CD4-. Není ukázána negativní kontrola.II) Výsledky tzv. dvojitého fluorescenčního značení. Buňky (zde směs krevních lymfocy-111)jsou obarveny dvěma různě fluoresccnčně značenýrni protilátkami proti dvěma růz-"ym povrchovým molekulám (zde fluoresceinem [FLl značena protilátka proti CD4 a fy-iocryrrinem [PE] značena protilátka proti CD8). Na ose y vynesena (v logaritmickéiupnici) intenzita FL, na ose y intenzita PE fluorcscence. Každý bod odpovídá jedné

huňce. Lze jasně rozeznat 3 hlavní populace: CD4+CD8- 'l-buňky (1), CD4-CD8+ 'I-buňky(7.),CD4-CD8- Bvbuňky (3). Lze rozlišit i slabě CD8+ (a CD4-) NK-buňky (4). Tímto způso-hcm lze dobře kvantitativně zjišťovat např. společnou expresi dvou různých molekul naIuzných subpopulacích.

též VLA (very late activation antigens). Na aktivovaných buňkách je takénahrazována dlouhá forma membránové fosfatázy CD45RA krátkou formouCD45RO. Aktivované T-buňky ztrácejí L-selektin a antiadhezivní sialogly-koprotein CD43 a naopak získávají zvýšené množství adhezivního recepto-ru CD44.

Page 46: Zaklady imunologie

/94 Hořejší, Bart.lňková / Základy imunologie

"{)(r"~

8/

'fť ~ •...4-4 óU .•.~:;:,

Cytokiný "." ,~ rt:ee/.n'o,- I

Tab. 11: Molekuly charakteristické pro různé typy leukocytů ("markery")

Buněčný typ Charakteristické povrchové molekuly

Leukocyty (všechny) CD53, CD45, LFA-1,CD43

Kmenové buňky, hemato- CD34, CD 117 (SCF-R),CD 135 (FLT3)poetické prekurzory

T-Iymfocyty TCR,CD3,CD2,CD5,CD6,CD7,CD27,CD28,CD96

TH CD4

TH1 CD26, membránový IFN-y, CD223(LAG-3), CD212(IL-12-R),CD195(CCR5), CD183 (CXCR3)

TH2 CD62L, CD30, CCR3, CCR4, CCR8, ST2L

Tc CD8

Intestinální epiteliální CD 103 (HML-1, aE integrinová podjednotko)T-Iymfocyty

B-Iymfocyty BCR,CD19,CD20,CD22,CD37,CD39,CD40,CD79

B1-lymfocyty (navíc) CD5, CD45, LFA-1, CD43

Pre-B CD10 (CALLA), CD9, CD138

Plazmatické buňky CD38, CD138

NK-Iymfocyty CD 16B, CD56, KIR (CD 158), CD94/NKG2, CD 161(NKR-P1), CD2, CD57, CD11 b

Neutrofily CD15, CD11b, CD87

Bazofily, mostocyty FCERI

Monocyty CD 14, CD33, CD64 (FcyRI),CD87, CD89 (FcaRI)

Trombocyty CD41, CD42, CD61

Dendritické buňky CD83,CD86,CD205,CD206,CD207,CD208,CD209

Aktivované Iymfocyty CD25 (IL-2Ra), CD71 (TfR),CD69, CD150 (SlAM)

.1 OBECNÁ CHARAKTERISTIKA CYTOKINŮ

( ytokiny jsou základní regulátory imunitního systému, tkáňové hormony-proteiny sekretované leukocyty a jinými buňkami, které.působí prostřednic-ívím specifických receptorů na různé buňky imunitního systému i mimo'Iilj. Existují také membránové formy některých cytokinů, které jsou na roz-dtl od sekretovaných forem zakotveny v cytoplazmatické membráně hydro-lobní sekvencí přibližně 20 aminokyselin (transmembránové proteiny), Takéuekteré signalizační povrchové proteiny zmíněné v jiných kapitolách (CD80,( D86, CD40L, Fasl.) můžeme považovat za membránové cytokiny. Výho-dou membránových cytokinů je, že je zajištěno jejich výrazně lokální půso-honí a nedochází k zřeďování difúzí a k odplavování. U některých cytokinůI" podobného lokalizačního efektu dosahováno jejich adsorpcí na povrchovéproteoglykany některých buněk.

Většina cytokinů je ve svých účincích pleiotropní (působí na několik růz-nych druhů buněk), často působí v kaskádě (jeden cytokin indukuje tvorbudruhého) a celý cytokinový systém je do určité míry redundantní (jednotlivéI ytokiny mohou být často nahrazeny jinými}. Cytokiny působí buď auto-krinně (působí na buňku, která je produkuje), j!arakrinněJpůsobí na buňky\ těsné blízkosti} nebo endokrinně (po transportu cévním řečištěm působíII.) vzdálené tkáně) - viz obr. 28. Pro některé účely je zřejmě nezbytně nutnékoordinované spolupůsobení několika různých cytokinů; tyto složité a do--ud málo prozkoumané synergistické a antagonistické interakce v cytokino-vém systému se často označují jako cytokinová síť.

Původní rozdělení na lymfokiny (působky produkované lymfocyty) a mo-nokiny (produkované monocyty) se již většinou nepoužívá, protože jejichprodukce není obvykle omezena jen na jeden buněčný typ. Ve snaze o zave-

1L..e

Page 47: Zaklady imunologie

/96 Hořejšf, 8arl!iňková I Základy imunologie

::~~~~cQJ~ 6)Céva,

krevn! oběh

Autokrinní Parakrinní Endokrinní

Obr, 28: Schematické znázornění autokrínního, parakrinního a endokrinního působenicytokinů.

dení jednotné nomenklatury byly tyto molekuly označovány jako interleuki-ny a číslovány podle pořadí, v jakém byla jejich struktura poznána. Nomenklatura interleukinů nebyla však důsledně aplikována na některé molekuly,které by mezi interleukiny měly patřit, ale u nichž byl z různých důvodů ponechán jejich tradiční název (např, faktor nekrotizující nádory [TNF], lymfotoxin, transformující růstové faktory [TGF], interferony, faktory stimulujíctkolonie [CSF1,růstové faktory aj.). Tyto důvody vedly k zavedení obecnějšíhopojmu cytokiny. V poslední době se navíc ukázalo, že i některé klasické hor-mony (např. růstový hormon, prolaktin) se mohou v určitých situacích chovatjako cytokiny a že jejich receptory jsou příbuzné receptorům pro některé cyto-kiny. Hranice mezi klasickými hormony a cytokiny není tedy ostrá.

V současné době byla určena primární struktura více než 120 různýchcytokinů a je možno předpokládat, že tento počet zdaleka není konečný. Ty-to molekuly hrají v organismu nejrůznější další role, které nejsou omezenyjen na imunitní systém (regenerace tkání, embryonální vývoj, angiogenezc,kancerogeneze, ovlivnění řady mozkových funkcí, gametogeneze aj.).

8.1 KLASIFIKACE CYTOKINŮ

Cytokiny se dělí do několika skupin, jejichž názvy odrážejí spíše historickývývoj tohoto oboru nežli strukturní a funkční vztahy (tab. 12):• Interleukiny: IL-l až IL-32; heterogemú skupina cytokinů regulujících

hlavně rozličné aspekty vývoje a aktivace leukocytů.• Chemokiny: IL-8 a řada příbuzných molekul s chemotaktickou aktivitou.• Interferony: IFN-u, ~ a y; důležité složky neadaptivních antivirových

obranných mechanismů a regulátory imunity.

Cytokiny /97

I••h. 12: Vlastnosti nejdůležitějších cytokinů

Cytokin Zdroje M.h. (kDa) Hlavní funkce

III/orleukiny

II lf(, e MF, N 18 Kostimuloce T, indukce TNF o IL-8; pyrogen

112 TH1 15 Růstový faktor T, NK o B

113 TH1 23 Stimuloce hemotopoetických prekurzorů

11-1 TH2, bozofily 18 Stimuloce B; indukce TH2; indukce izotypovéhopřesmyku no IgE o IgG4; inhibice THlo MF

11..5 TH2, eozi nofi ly (2212 Stimuloce B; růstový foktor eozinofilů

11/6 TH2, MF, N 26 Stimuloce T, B; stimuloce sekrece 19; indukcesyntézy proteinů akutní fáze; pyrogen

111 stromo 25 Stimuloce Iymfoidních prekurzorůkostní dřeně

119 TH2 35 Stimuloce T

1110 TH2, MF, N 40 Inhibice TH1 o MF; indukce diferencioceno plozmocyty

1111 Fibroblosty 23 Podobné IL-6; růstový faktor prekurzorůmegokoryocytů

It 12 MF, N, NK, B 35+40 [he- Stimuloce THla NKterodimer)

II 13 TH2 17 Podobné IL·4

II 14 T, FDC 60 Stimulace B; udržování paměťových B (?)

1115 Epitelie, M 14 Podobné IL·2

II 16 CD8+ T 14 (oligo- Chemotaxe CD4+ Tmerizuje]

1117 CD4+T 18 Stimulace endotelií, epitelií a Iibroblostů(dimerizuje) k produkci IL-6, IL·8 a G·CSF

It 18 Aktivovoné 18 Indukce IFN·yMF; Kupferovybuňky

IL·19 Aktivované 17 Indukuje IL-6a TNF v monocytechmonocyty

IL·20 Monocyty 17 Proliferace kerotinocytů a produkce TNF

IL·21 Aktivovoné T, 15 Proliferace T, B, NKmastocyty

Page 48: Zaklady imunologie

1

~~_..••••• t ~ Ii r" -ill /98 Hořejš(, Bartůňková I Základy imunologie Cytokiny /99

,

II

Cytokin Zdroje M.h. (kDa) Hlavní funkce Cy'okin IZdroje IM.h. (kDo) I Hlavní funkce

IL·22 Aktivované 18 Inhibice TH2, podpora zánětu, tvorba proteinů , yftlkiny skupiny TNF

IT, NK akutní fáze v játrech lili M, MF, NK 17, trimer Indukce místního zánětu; aktivace endotelií

, IIIL·23 Aktivované DC 19+40 Proliferace paměťových T, zvýšení produkce lit 11(1) (existuje i membránavá forma)

heterodimer IFN-yII" (TNF·~) TC 25, trimer Cytolýza; aktivace endotelií

IL·24 Manocyty, 18 Inhibice nádorů 111\aktivované T , IlJOL T,M 40, trimer Aktivace Iymfocytůvia CD30. Membránová farma

1 IL·25 Mastocyty, TH2 17 Podpora tvorby TH2 cytokinů I' I>153)II, I IL·26 TH1, NK 18 ?? , IMOL TH 40, trimer Aktivace B, indukce somatických mutací,IIL·27 Monocyty, 28+30 (he- Indukce IL-12R na J-lymfocytech II j) 154) paměti a izotypového přesmyku v B; působí

I makrofágy, DC terodimer)i na jiné buňky

IL·28A, B Virově infiko- 20 Protivirové působení (jako IFN) 1'1\1 Te 40, trimer Indukce apoptózy via CD95.

(IFN-y2, 3 vané buňky, II 1)170)

I makrofágy , 1)70 T 50 check Aktivace B via CD27. Membránová forma

IIIIL·29 Virově infiko- 20 Protivirové působení (jako IFN) -I l11BL T 30, trimer Kostimulace T, B(IFN·y1 vané buňky, It.!AIL T, monocyty 30,lrimer Apoptóza aktivovaných T a nádorových buněk

I makrofágy

III!( D253)

IL·31 TH2 19 Regulace kožních reakcí, atopieHANK·L T, osteoblasty 35, trimer Stimulace osteoklastů

IL·32 Lymfocyty, 28 Indukce IL·8, TNF (I HANCE,I .I epitelie , )!IG-L,

i I lnterferony ( f)254), I, APRIL MF, L 30, trimer Proliferace BI'; I IFN-a L,M,MF 16-27 Protivirová obrana (inhibice replikace)

(I D256)

li IFN·~ Fibroblasty, 20 Protivirová obrana (inhibice replikace)IltíHT Aktivované 30 Aktivace DC

epitelie I (r D258) T, M, DCIFN·y TH1, NK (2512 Aktivace MF; stimulace exprese MHC gp

IWEAK Monocyty 30, trimer AngiogenezeFaktory stimulující kolonie (CSF)

IIlyS (BAFF, T, DC, M, MF 21, trimer Proliferace BM·CSF L,M, endotelie, (3012 Stimulace diferenciace monocytů IALL-1,

fibroblasty ( D256)

G-CSF stroma dřeně, 21 Stimulace diferenciace granulocytů OX40L T, B 25, trimer Kostimulace T

'Ifibroblasty, MF (C D252)

II GM·CSF Endotelie, T, 22 Stimulace diferenciace myeloidních buněk ( hemokinyMF, fibroblasty

118 (NAP1) Různé buňky 7 Chemotaxe a aktivace granulocytůI"

'I1\ trornbo- Granulocyty 8 Chemotaxe a aktivace granulocytů

~ I ulobulin a fibroblastů1 I (NAP2)I,l I' ,I

II, I

:1.11~~

Page 49: Zaklady imunologie

/100 Hořejší, Barlliňková / Základy imunologie

Cytokin Zdroje M.h. (kDa) Hlavní funkce

gro/MGSA M, endotelie, 8 Chemotoxe o aktivace granulocytůfibroblosty a Fibroblostů

ENA-78 Epitelie 8 Chemotoxe neutrofilů

MCP-1 Různé buňky 8 Chemotoxe o aktivace monocytů o bozofilů

MIP-1a M, T bozofily 8 Chemotoxe o aktivace monocytů, gronulocytů, 1

RANTES T, destičky 8 Chemotoxe o aktivace monocytů, T

Iransíormuiici růstové faktory

TGF-a Různé buňky 6 Stimuloce mitózy, hojení ran, stimuloce zónětu(velmi podobný EGF)

TGF-~ T, MF, (2512 Inhibice mitózy, izotypový přesmyk no IgA,trombocyty protizónětlivý účinek. Pozn.: TGF-a o TGF-~

nejsou strukturně příbuzné

Jiné cytokiny

SCF Různé buňky (3012 Diferencioce hemotopoetických dřeňových buněk

EPO (ery- Hepotocyty, 36 Stimuloce diferencioce erytroidních buněktrepoetin) ledviny

UF Různé buňky 45 Stimuloce mnoho typů buněk

MIF Aktivovoné T 12 Aktivace mokrofógů; inhibice migrace

PDGF Destičky; (14-1812 Hojení ran; stimuloce mitózyrůzné buňky

kratky: FDC, folikulární dendritické buňky; L, lymfocyty; M, monocyty; MF, rnakrofágy; N, neutrofily

• Transformující růstové faktory (transforming growth factors): TGF-(l,TGF-~ (strukturně zcela odlišné!).

• Faktory stimulující kolonie (colony stimulating factors; CSF): cytokinystimulující v kostní dřeni diferenciaci granulocytů (G-CSF), monocytů(M-CSF) nebo obou typů myeloidních buněk (GM-CSF).

• Faktory nekrotizující nádory (tumour necrosis factors): TNF zvaný téžTNF-a nebo kachektin a Iymfotoxin (LT; též zvaný TNF-~). Tyto cytokinymohou působit cytotoxicky (indukce apoptózy) a regulačně (podobně ja-ko IFN-y).

• Jiné růstové faktory: růstový faktor kmenových buněk (SCF: stem cellfactor), erytropoetin (EPO), růstový faktor fibroblastů (FGF), nervový rů-stový faktor (NGF), faktor inhibující leukémii (LIP) a další.

Cytokiny /101

.•..1 KLASIFIKACE CYTOKINŮ PODLE STRUKTURY

I) všech dosud popsaných cytokinů je známa primární struktura (pořadí amino-~vselin), u řady z nich i jejich struktura prostorová (terciární): známa je větši-1111\1 i struktura jejich receptorů. Cytokiny lze rozdělit do několika struktur-111\ h skupin; členové dané skupiny sdílejí určitou podobnost v sekvencinninokyselin a značnou celkovou podobnost v prostorové struktuře molekul.

ákladní strukturní skupiny cytokinů jsou:Hemopoetiny (lL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-9, rt-u. IL-12 [podjed-notka p35], IL-13, IL-15, IL-21, IL-23 (podjednotka p19), G-CSF, GM-CSF,M-CSF, onkostatin M, UF). Charakteristickým strukturním rysem těchtomolekul je přítomnost čtyř a-helikálních úseků.

• Interferony a rodina IL-IO (IFN-a, IFN-~, IFN-y, IL-lO, IL-19, IL-20,IL-22, IL-24, IL-26, IL-28 (IFN-y), IL-29). Tyto molekuly obsahují pět o-he-likálních úseků. Strukturně se vzdáleněji podobají hemopoetinům.

• Skupina IL-12 (IL-12, IL-23, IL-27). Nekovalentní heterodimery dvoustrukturně odlišných podjednotek (menší podobná hemopoetinům a vět-ší podobná receptorovému fragmentu).

• Skupina TNF (TNF, LT [TNF-~], TRAIL, CD30L, CD40L, FasL, CD70(CD27L), OX40L, 4-lBBL, RANK-L, APRlL, UGHT, TWEAK, BLyS). Tytomolekuly mají tvar kompaktního "soudečku" tvořeného antiparalelnímiúseky polypeptidového řetězce (~-struktura). Cytokiny této skupiny se vět-šinou vyskytují v trimerní formě; mnohé z nich jsou membránové molekuly.

• Skupina TGF-~ (TGF-~, BMF-7, GDNF, aktiviny, inhibiny). Charakteris-tickým strukturním rysem těchto dimerních cytokinů je tzv. cystinovýuzel kovalentně stabilizující jejich tvar.

• Chemokiny (IL-8, MIP-la, MIP-l~, MCP-l, MCP-2, RANTES a cca 40dalších) jsou malé molekuly (m.h. 8-10 kDa), které lze podle strukturya uspořádání stabilizujících cystinových můstků rozdělit do dvou hlav-ních podskupin zvaných CCL a CXCL.

• Ostatní, Struktury nepodobné jiným cytokinům mají IL-la, IL-l~, IL-lRA, MlF, IL-14 (podobný komplementovému proteinu m». IL-16, IL-17,IL-18, IL-25, IL-32 a SCF.

Page 50: Zaklady imunologie

/102 HOI~ejší, Barlůňková I Základy imunologie

8.2.2 KLASIFIKACE CYTOKINŮ PODLE FUNKCE

Podle převažující funkce lze rozdělit cytokiny do následujících poněkud nejednoznačných skupin:• Cytokiny podporující zánětlivou reakci (prozánět1ivé cytokiny) včetně

chemotaktických faktorů (chemokinů): TNF, IL-6, IL-la a ~, IL-8 (a dalšCXC chemokiny), IL-12, IL-18, IL-19, IL-22, MIF.

• Cytokiny s převážně inhibičním účinkem na zánětlivé reakce (protizá-nětlivé): IL-1Ra, IL-4, IL-6, IL-10, IL-25, lL-32, TGF-~.

• Cytokiny s aktivitou růstových faktorů hematopoetických buněk: lL-2, lL-3,IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-9, n-u. IL-14, IL-15, IL-21, LT-~, C-CSF, CD70,CD30L, APRlL, M-CSF, GM-CSF, SCF, LIP, EPO.

• Cytokiny uplatňující se v humorální (protilátkové) imunitě (TH2): IL-4,IL-5,lL-9, IL-IO, IL-13, IL-21, CD40L, 4-18B, APRlL, BlyS, TGF-~.

• Cytokiny uplatňující se v buněčně zprostředkované imunitě (THl): lL-l, IL-2,lL-12, lL-15, lL-16, IL-23, IL-27, lL-31, CD70, IFN-y, GM-CSF, TNF, LT,LT-~.

• Cytokiny s antivirovým účinkem (interferony): IL-28, lL-29, IFN-a, IFN-Il,IFN-y.

Je zřejmé, že překryvné funkce cytokinů se odrážejí i v jejich častém sou-časném zařazení do několika skupin.

Důkladné poznání funkcí jednotlivých cytokinů a jejich vzájemných funkčních interakcí má mimořádně velký praktický význam, je však vzhledem kesložitosti cytokinové soustavy velmi obtížné. Přes nesporný zásadní významcytokinů v organismu je o úloze řady jednotlivých cytokinů známo poměrněmálo. Funkce jednotlivých cytokinů jsou studovány buď na zvířecích modelech, nebo v tkáňových kulturách. Mnohočetnost účinků cytokinů se proje-vuje i v tom, že některé cytokiny byly původně popsány podle určitéhoúčinku in uitro, který se v pozdějších studiích ukázal být účinkem méně podstatným (například interferon y byl objeven na základě přímého antivirové-ho efektu, jeho hlavní účinek je však imunoregulační). In vivo lze studovalfunkce cytokinů přechodným zrušením jeho účinku aplikací příslušných in-hibitorů. Velkým přínosem je konstrukce tzv. knock-out myší, kterým je ex-perimentálně vyrušen gen kódující určitý cytokin, nebo myší transgenních,kterým je naopak vnesen gen pro určitý cytokin: ten je pak konstitučně exprimován a příslušný cytokin produkován ve velkém množství.

Obraz o funkci cytokinů u lidí přináší také jejich klinická aplikace. V současné době je k dispozici řada rekombinantních cytokinů používanýchv různých indikacích (viz kap. 21).

Cytokiny /103

IL-3 IL-6

IL-2 O OrR~P (j~" ~t ~.I~~~~"ý)IIllm~~~Yimm u~ihlfu~mllrTI,~~lm

JQ JQ, J,QJ~ O"" D Jg :y~I)hr. 29: Podjednotkové složení cytokinových receptorů. Typická je přítomnost signalí-.,,·nf podjednotky společné pro několik receptorů, specifické vazebné podjednotkyI .r-ociované kinázy skupiny Jak (viz text).

RECEPTORY CYTOKINŮ

( ytokinové receptory se obvykle skládají ze dvou, někdy i tří podjednotek: jed-11.1 /.. nich je zodpovědná za specifickou vazbu cytokinu, zatímco druhá či třetí.rjišřuje spojení se signalizačními intracelulárními molekulami (obr. 29). TatoIgnalizační podjednotka bývá sdílena několika různými cytokinovýrni recep-

IlIIy.Na základě toho lze receptory pro cytokiny sdružit do několika skupin.iI'dnu takovou receptorovou "rodinu" tvoří receptory pro lL-2, lL-4, lL-7, lL-9,II 13,lL-15 a lL-21, které všechny sdílejí podjednotku zvanou Ye(CD132). Po-dobně receptory pro IL-3, GM-CSF a IL-5 sdílejí společnou podjednotku ~1I\1I97i CDw131). Receptory pro IL-6, LIF, onkostatin M a ciliánú neurotrofnít.rktor (CNTF) používají shodnou signalizační podjenotku (gp130i CD130).'.1 rukturně podobné jsou si receptory pro interferony a receptor pro IL-10.

Charakteristickou strukturu mají receptory pro chemokiny (viz tab. 13)jl'jich polypeptidový řetězec prochází 7krát membránou a je asociován s tri-

uu-rními G-proteiny (viz kap. 9). Jinou velkou skupinu receptorů představujíly, které váží cytokiny podobné TNF,~. receptory pro TNF, LT,NGF atd. DoIdo skupiny patří také receptory CD27, CD30, CD40, OX-40 (CD134) a 4-18BI('Dw137), Fas (CD95), DR4 a DR5, RANK, TAC a BCMA, TWEAKR, které",Iží (membránové) cytokiny CD27L (CD70), CD30L, CD40L (CD154),11X40L,4-18B-L, FasL, TRAIL, RANKL, APRlL a BlyS, TWEAK. Tyto recep-Itlry jsou tvořeny oligomery (obvykle trimery) jedné podjednotky, která je\ intracelulární části spojena se signalizačnírni molekulami.

Page 51: Zaklady imunologie

- ., ,I

. J l1 •

É -

I II

II/104 Hořejšf, Barlliňková / Základy imunologie

I

, Tab. 12: Receptory chemokinů

I' I!II

Receptor ligandy (chemokiny) Exprese na buňkáchIIr': I

CCRI RANTES,MIP·Ie, MCP-3, MCP-4 MF,oktivované T,neutrofily,bazolily

: I CCR2 MCP-2, -3, -4, -5 MF,oktivované T,bczolily Ili CCR3 Eotaxin, eotaxin-2, MCP-2, 3,4 Eozinofily,aktivované T (TH2),

bozolilyI

III CCR4 TARC,MDC, RANTES,MJP-Ic, Aktivované T (TH2),bazofily

IMCP-I I

,11CCR5 RANTES,MJP-Ic, MIP-I~ MF,aktivované T (THl)

II ~ CCR7 6Ckine, MJP-3~ DC, T, B

I 1IIII CCRS 1-309 Aktivované T (TH2),NK I

I~CCR9 TECK DC, thymocyty ICCRIO CTACK T (kožní)

::jlCCRII MCP-I různé buňky 1CXCRI Il-S, GCP-2 Neutrofily,NK

, :~1CXCR2 Il-S, GCP-2, GRO, ENA-7S, NAP-2 Neutrofily, NK

CXCR3 IP-10,Mig, I-TAC Aktivované T (THI), NK

CXCR4 SDF-I MF,T

CXCR5 BlC B

'j,1CX3CRI Fractalkine MF,aktivované T, NK

XCRI lymfotaktin u, ~ Aktivované T, NK

1:1'1 Zkratky: DC, dendritické buňky; MF, rnakrofágy; N, neutrofily

'VI, Receptory pro několik cytokinů lze zařadit do imunoglobulinové rodí-

ny, protože jejich molekuly obsahují jednu nebo více imunoglobulinových

I, domén. Sem patří receptory pro SCF, M-CSF, IL-} a PDGF.Vazba cytokinu na specifický povrchový receptor způsobí v receptorové

'IIImolekule konformační změnu (obvykle jde o agregaci alespoň dvou recep-torových molekul), která se projeví v intracelulární části receptoru a zahájí Ipřenos signálu do buňky. Většina cytokinových receptorů (receptory pro

'III většinu interleukinů, interferony, G-CSF, GM-CSF, některé růstové faktory) jev intracelulární části nekovalentně asociována s cytoplazmatickými protein-

I

l.1Ill I,

I

Cytoki/ly /l05

Idnázami, enzymy fosforylujícími jiné proteiny. Po navázání cytokinu dojde~ .Igregaci receptorových molekul, přiblížení asociovaných kináz, jejich vzá-1"lnné fosforylaci a tím aktivaci. Aktivované kinázy pak fosforylují dalšíI'lOleiny, a tak spouští signalizační kaskády. Tyto děje jsou v podstatě po-dobné signalizačním reakcím spouštěným jinými receptory (viz kap. 9). Vět-ma cytokinových receptorů je asociována s proteinkinázami skupiny Jak

(\Íz kap. 9.3). Receptory pro chemokiny jsou asociovány s trimerními(;.proteiny, u nichž je princip funkce odlišný (viz kap. 9). Receptory prolila pro cytokiny ze skupiny TNF signalizují pomocí jiných, dosud ne zcelaI lwakterizovaných kináz a jiných cytoplazmatických signalizačních molekul.

Některé cytokinové receptory (pro M-CSF, PDGF, FGF, EGF, SCF, TGF-~,,lil' také receptor pro inzulín) mají přímo ve své cytoplazmatické části kínázo-vou doménu (jsou to tedy receptorové kinázy). Kromě receptoru pro TGF-B1';oUto všechny tyrosinkinázy.

Výsledky signalizace přes cytokinové receptory závisí na typu buňky, typu"Ignálu (tj. povaze receptoru) a na spolupůsobení jiných signálů. Konečným.lůsledkem může být v principu cokoli od stimulace buněčného dělení a dife-renciace přes spouštění efektorových mechanismů (degranulace, sekrece cy-tokinů a jiných mediátorů, aktivace membránových enzymů, buněčný pohyb -I hcmotaxe) až po zablokování buněčného cyklu a indukci apoptózy.

: IL 'II 11..s- -

1J.'Illrr-

~ I?

Page 52: Zaklady imunologie

r"

1'11 ~I

I1II

I

,

I-

9Signalizační mechanismy

používané receptory buněkimunitního systému

III

Většina dějů v imunitním systému je zprostředkována interakcemi rozmanitých povrchových receptorů imunocytů s jejich ligandy. Tyto ligandy mohoubýt buď rozpustné (např. cytokiny), nebo partikulární (např. virová částice),nebo mohou být součástí povrchu jiné buňky organismu (např. adhezivnímolekuly). Společným rysem těchto dějů je to, že informace o interakci mezireceptorem a ligandem se přenáší dovnitř buňky nesoucí receptor a vyvolá-vá tam patřičné reakce. V této kapitole stručně probereme základní principypřenosu signálů receptorovými molekulami imunocytů.

9.1 ZÁKLADNí TYPy RECEPTOROVÝCH SIGNALlZAČNíCHMECHANISMŮ - ASOCIACE S PROTEINKINWMI A S G.PROTEINY

Základní mechanismy přenosu signálů jsou u imunocytů stejné jako u jinýchbuněk; výrazně se však uplatňují pouze dva (signalizace pomocí proteinkináresp. C-proteinů asociovaných s receptory): další dva mechanismy známé z ji-ných biologických systémů (přímý přenos hormonu přes membránu a jeho in-tracelulární působení, resp. aktivace iontových kanálů spřažených s recepto-ry) zde probírat nebudeme. Přenos signálu dovnitř buňky se podobá např.signalizaci dovnitř domu pomocí zvonku u dveří: receptor (tlačítko zvonku)je fyzicky spojen se signalizačním zařízením uvnitř domu; po interakci recep-toru s 1igandem (stisknutí tlačítka) dojde ke změnám, které se projeví uvnitřa případně vyvolají reakci (např. otevření dveří nebo výbuch svítiplynu).Mnoho receptorů (např. receptor pro inzulín nebo pro cytokiny M-CSF, PDCF

•• ~ .....•

Signalizačn{ mechanismy používané receptonj buněk imul1itnlho systému /107

i I rCF-~) má v cytoplazmatické části doménu nesoucí enzymovou proteinki-""'.OVOU*aktivitu. Ještě více receptorů (např. TCR, BCR, Fc-receptory, většinaI vtokinových receptorů) je nekovalentně asociovaných s cytoplazmatickýrnil"llteinkinázami (většinou dojde k agregaci dvou nebo více receptorovýchmolekul), která se projeví i v intracelulární části receptoru a ovlivní (zvýší)~Ilnformačně aktivitu asociované (resp. kovalentně připojené) proteinkinázy.l.ikto aktivovaná kináza začne fosforylovat patřičné intracelulární substráty(např. neaktivní prekurzory enzymů nebo tzv. adaptorové proteiny zpro-trcdkující interakce jiných sígnalizačních proteinů), Fosforylací pozměněné

uuracelulámí proteiny mohou přímo nebo zprostředkovaně např. ovlivňo-\,,11 transkripci genů, stavbu cytoskeletu, sekreci látek skladovaných v cyto-I'l.lzmatických váčcích, aktivitu ribosomů či energetický metabolismus buňky.('l'lý systém je posléze uváděn do původního stavu defosforylací fosforylova-nych proteinů působením proteinfosfatáz (enzymů, které hydrolyzují fosfoes-h'ry hydroxyaminokyselin na fosfát a hydroxyarninokyselinu).

Jiné receptory (např. receptory pro chemokiny, CSa, C3a či chernotaktic-~l' bakteriální peptidy) jsou asociovány s cytoplazmatickými trimerními(;-proteiny**. Všechny receptory asociované s C-proteiny mají charakteris-uckou strukturu - jejich polypeptidový řetězec prochází 7krát membránou;'Il'jdůkladněji prozkoumaným receptorem tohoto typu je rhodopsin (retinál-III fotoreceptor). Po navázání ligandu na receptor se vymění molekula CDPnavázaná na asociovaný C-protein za CTP a takto aktivovaný C-protein seIIdpojí od receptoru, disociuje na podjednotku a (nese CTP) a pevný dirner[ly. Ty se pak váží na jiné cytoplazmatické proteiny (např. neaktivní formyenzymů) a mění tím jejich aktivitu. Výsledkem může být vznik produktů***reakcí katalyzovaných aktivovanými enzymy, které dále aktivují jiné enzy-my nebo ovlivňují propustnost iontových kanálů. Konečným důsledkemopět mohou být změny v expresi genů, metabolismu či sekreci. Po určité do-bě je CTP vázaný na a-podjednotku hydrolyzován na CDP, komplex a-pod-

• Proteinkinázy jsou enzymy katalyzující přenos fosfátové skupiny z ATP na hydroxylo-vé skupiny aminokyselin serinu, threoninu nebo tyrosinu. Kromě proteinkináz jsou dů-ležité i některé kinázy lipidů.•• G-proteiny váží GTP, resp. GOP, a mají regulovatelnou GTP-ázovou aktivitu. Tzv. ma-lé G-proteiny obsahují jedinou podjednotku o m. h. kolem 20 kOa a jsou součástí IlU10harntracelulárních signalizačních kaskád. Trimerní G-proteiny se skládají z podjednotek a,11 a y; podjednotka a váže GTP, resp. GOP..** Tyto nízkornolekulární látky (např. inositoltrisfosfát, diacylglycerol či AMP) se obvy-kle nazývají "druzí poslově" (second messenger); "prvním poslem" je ovšem ligand, kte-rý se navázal na receptor.

Page 53: Zaklady imunologie

/l08 Hořejší, Bartůňková / Základy imunologie

jednotky s GDP se odpoutá od enzymu, spojí se opět s dimerem ~y a s pil

vodním receptorem, a tak se obnoví původní stav.Společným rysem reakcí iniciovaných oběma těmito typy receptorů bývn

to, že probíhají jako více nebo méně složitá kaskáda následných reakcí: proteinkinázy aktivované vazbou ligandu na receptor často fosforylací aktivu I'další kinázy, ty další kinázy atd., až nakonec poslední kináza v řadě např. n,1fosforyluje určitý transkripční faktor, který se naváže na regulační oblast Ulčitého genu, což zahájí transkripci tohoto genu. Podobné kaskády reakcjsou zahajovány i receptory asociovanými s G-proteiny.

Dalším důležitým principem mnoha signalizačních dějů je využití vápcnatých iontů (Ca2+). V cytoplazmě všech buněk, včetně imunocytů, je aktivní'udržována velmi nízká koncentrace Ca2+ (asi 10-4x nižší než v sxtracelulárnlmprostředí): tyto ionty jsou čerpány membránovými iontovými pumpami jednak ven z buňky a jednak do specializovaných částí endoplazmatického retikula, které pak slouží jako vnitrobuněčné zásobárny Ca2+. Působením něktcrých látek (druhých poslů; hlavně inositoltrisfosfátu), vznikajících v průběhuúvodních fází signalizačních reakcí, dochází k otevírání iontových kanálův plazmatické membráně, resp. v membráně endoplazmatického retikulaa k výraznému zvýšení koncentrace Ca2+ v cytoplazmě. Ca2+ se pak vážena některé cytoplazmatické proteiny přímo (např. proteinkináza C, fosfoli-páza C) a aktivuje je tím. Důležitější však je vazba Ca2+ na protein kalmodu-lin. Komplex kalmodulinu se čtyřmi ionty Ca2+ se pak váže na celou řaducytoplazmatických proteinů a mění jejich aktivitu. Tímto způsobem je např.aktivována fosfatáza kalcineurin, která pak defosforylačně aktivuje transkripční faktor NF-AI.

Je na místě diskutovat, proč právě fosforylace, defosforylace, vazba Ca21

iontů (resp. komplexu Ca2+ - kalmodulinu) a vazba G-proteinů/GTP tak vý-razně mění aktivity enzymů a interakce mezi různými proteiny. Je tomu takřejmě proto, že ve všech těchto případech se k efektorovým proteinům při-

pojují, resp. odpojují výrazně nabité skupiny (negativní fosfát či GTp, pozitiv-ní Ca2+). Takové modifikace mohou výrazně ovlivnit konformaci proteinů,a tím změnit jejich enzymové aktivity, popř. schopnost tvořit komplexy s jiný-mi proteiny či s lipidy. Zdá se, že velmi důležité je i to, aby některé signa1izač-ní molekuly byly schopny zakotvení v cytoplazmatickém listu plazmatickémembrány, a tím se dostaly do blízkosti receptorů nebo svých substrátů.

Existují však i principiálně jiné receptorové signalizační dráhy. Jednaz nich je založena na asociaci receptoru s iontovým kanálem s regulovatel-nou propustností. V klidovém stavu je kanál uzavřen; po navázání ligandudojde ke konformační změně a dočasnému otevření kanálu. Tak je možno

Signa/izačn{ mechal1ismy používané receptorq buněk imunimino systému /109

I\,qll'.docílit rychlého zvýšení koncentrace vápenatých iontů v cytoplazměI' všemi výše uvedenými důsledky. Tento typ receptorů je velmi častý

IIIH'LlrOnŮ,zatímco u buněk imtmitního systému nemá větší význam. DalšíIl\nillizační princip (používaný např. receptory z rodiny Notch, které mají

~I'uně jiného značný význam ve vývoji thymocytů) spočívá v tom, že po na-\'olI,~níligandu se aktivují specifické proteázy, které odštěpí cytoplazmatic-IIIIčást receptoru. Ta se pak přesouvá do jádra a působí tam jako regulátor

u.uiskripce určitého souboru genů. Velmi zajímavá je také signalizační drá-h,1 receptorů rodiny Frizzled (jejich ligandy se nazývají Wnt), které jsou vel-1111 důležité např. u diferenciace některých typů buněk, včetně hematopoe-lil kých kmenových buněk. Aktivace těchto receptorů způsobí uvolnění1'11lleinu zvaného ~-katenin (který kromě toho hraje důležitou úlohu také\ mezibuněčné adhezi) z komplikovaného cytoplazmatického komplexu,~h'rý v klidovém stavu napomáhá k jeho průběžné proteolytické destrukci.1"llranslokaci do jádra reguluje uvolněný stabilizovaný ~-katenin transkrip-

, I nčkolika genů.

,I SIGNALlIAčNí DRÁHY POUŽíVANÉ RECEPTOROVÝMI KINÁlAMIA RECEPTORY ASOCIOVANÝMI S CYTOPLAlMATICKÝMIPROTEINKINÁ%AMI

Modelovými receptory tohoto typu jsou receptor pro cytokin M-CSF (CSF-1),hreceptory, TCR a BCR (obr. 30).

M-CSF receptor je příkladem receptorové kinázy - jeho cytoplazmatickádoména má aktivitu proteintyrosinkinázy. Navázání ligandu na tento recep-I\lf způsobí jeho dimerizaci, a tím vzájemné přiblížení cytoplazmatickýchkmázových domén. Ty se začnou vzájemně fosforylovat na několika tyrosi-lI11výchzbytcích. To jednak zvýší aktivitu a pozmění substrátovou specifituI('chto enzymů a jednak vytvoří struktury, na které se mohou navázat další,yloplazmatické proteiny s afinitou pro fosfotyrosin. Tak se do bezprostřed-IIIblízkosti dostanou proteinové substráty jako regulační proteiny Crb", Shc,''os a GAP či enzymy fosfolipáza Cy (PLCy) a fosfatidylinositol-3-kináza(I'13-K), a jsou fosforylovány. Protein Grb, Shc, Sos a GAP regulují aktivitumalého G-proteinu zvaného Ras, který zahajuje jednu poměrně dobře pro-

, Signalizační proteiny se obvykle označují třípísmennými názvy odvozenými např. odluměk či virů, v nichž byly popsány poprvé, nebo od jejich funkcí. Původ těchto zkratko-vých názvů zde nebudeme uvádět.

Page 54: Zaklady imunologie

/110 Hořejší, Bartůňková / Základy imunologie

koumanou signalizační kaskádu (obr. 31). Ta vede přes aktivaci serin/ threoninkinázu Raf, přes další proteinkinázu zvanou MEK, ta fosforylačně aktivuk-další proteinkinázu MAP-K (mitogeny aktivovaná proteinkináza, též zvan.iErk). Tato aktivovaná kináza stimuluje další kinázy (S6-kináza, Rsk), které regulují některé metabolické děje, a fosforyluje cytoplazmatické prekurzoitranskripčních faktorů Fos a Jun, které po fosforylaci tvoří aktivni heterodimer zvaný AP-I, který v jádře reguluje expresi několika genů.

Druhá signalizačni kaskáda začíná fosforylační aktivací enzymu PLLyTen štěpí membránový lipid fosfatidylinositolbisfosfát na "druhé posly"diacylglycerol (DAG; ten zůstává součástí membrány) a inositoltrisfosfňt

Ligand

Ca2+ -dependentnrkinázy

TRANSKRIPCEGENŮ

Obr. 30: Signalizačni dráhy používané receptorovými kinázami (např. M-CSF receptoremči PDCF receptorem, resp. receptory asociovanými se Src-kinázami [TCR, BCR, Fc-recep-tory]). Vysvětleni viz text. Kinázy jsou vyznačeny šedě. V případě imunoreceptorů (TCR,BCR, FcR) hrají v úvodnich fázích zásadní roli tyrosinkinázy skupiny Syk (Syk, ZAP-70J,které asociují s fosforylovanými sekvencemi lTAM signalizačních podjednotek těchto re-ceptorů.

Signatizačnt mechanismy používané receptory buněk imunitntho systému /111

111'1; obr. 32), který difunduje do cytoplazmy. DAG je účinným aktivátoreml'II)leinkinázy C (PKC), která fosforyluje celou řadu cytoplazmatických sub-Ir,llů a přispívá ke změnám v cytoskeletu, modifikacím transkripčnich fakto-

III ,1k regulaci metabolických dějů. IP3 reguluje permeabilitu membráno-vych Ca2+ kanálů; zvýšená koncentrace Ca2+ v cytoplazmě umožňuje tvorbuumplexů s proteinem kalmodulinem, který reguluje aktivitu mnoha enzymů

vn-tně fosfatázy kalcineurinu. Komplex kalcineurinu s Ca2+ kalmodulinem.iktivuje např. transkripční faktory z rodiny NF-AT.

Třetí signalizační kaskáda spouštěná receptorovými tyrosinkinázami za-,'1115 fosforylací fosfatidylinositol-3-kinázy (PI3-K). Tento enzym fosforylujenu-rnbránový lipid fosfatidylinositol; produkty reakce aktivují zřejmě někte-,,' lzoenzyrny PKC a také malé G-proteiny ze skupiny Rac, důležité např. přiI-kreci obsahu cytoplazmatických váčků a při děleni buňky. Fosforylačně se

.iktivuje také protein zvaný Vav, který je důležitým regulátorem některýchnulých G-proteinů.

pětné defosforylace, a tím uvedení do původního klidového stavu, prová-.tI množství cytoplazmatických fosfatáz, z nichž lze zminit např. tyrosinfosfa-!,IZlI SHP-I, serin/threoninfosfatázu PC-1 a inositolfosfatázu SHIP

Velmi podobné signalizační dráhy jako receptorové tyrosinkinázy iniciujít.iké Fc-receptory (FcyRI, FcyRII, FcyRIII a FCERI),TCR a BCR. Tyto receptory,1I''ip. receptorové komplexy nejsou receptorovými kinázami. Jejich intrace-lulární části však asociují s cytoplazmatickými proteintyrosinkinázamiIPTK) skupiny Src (viz následující odstavec). Po interakci těchto receptorů

jejich ligandy dochází k obdobným dějům jako po liga ci receptoru proM-CSF: agregaci receptorů, vzájemné fosforylaci a tím aktivaci asociova-ných PTK skupiny Src a fosforylaci specifických tyrosinových zbytků v ně-kterých podjednotkách těchto receptorových komplexů (u TCR podjednotky('D3y,0, Ea 1;u BCR podjednotky Iga a Ig~ (CD79a, ~), u Fc-receptorů pod-II'dnotky ~ a y. Všechny tyto receptorové podjednotky obsahují charakteristic-ké sekvence aminokyselin zvané ITAM (immunoreceptor tyrosine-based acti-vation motif), v nichž se nacházejí funkčně důležité tyrosinové zbytky. Nalosforylované sekvence ITAM se pak váží další PTK skupiny Src, hlavně aleJlTKdalší skupiny zvané Syk a další signalizační proteiny zmiňované výše.Aktivované PTK skupiny Src a Syk pak fosforylují a aktivují další substrátyjako enzymy PI3-K, PLCy, regulátory G-proteinů Sos a Vav, tzv. adaptorovéproteiny LAT, SLP-76 a další. Na fosforylované adaptorové proteiny se na-vazují další cytoplazmatické signalizační proteiny vybavené tzv. SH2 domé-nami (váží sekvence obsahující fosfotyrosin, viz níže). Vznikají tak složitékomplexy signalizačních molekul zvané někdy signalosomy, které spouštějí

Page 55: Zaklady imunologie

/112 Hořejší, Barlliňková / Základy imunologie Signtúizačnt mechanismu používané receptory buněk imunitniho systémll /113

Nefosforylovaný~Stat

Dimer fosforylovaných Stat

IRegulace transkripce

Obr, 32: Schéma signalizace cytokinovými receptory (agregace indukovaná cytokinem,I<lsforylační aktivace asociovaných kináz skupiny Jak, fosforylace transkripčních faktorůkupiny Stat).

I~OU V mikrodoménách zakotveny pomocí kovalentně připojených mast-nych kyselin (myristová, palmitová). Důležité je, že v signalizačních mikro-doménách je soustředěna většina molekul potřebných k zahájení imunore-u-ptorové signalizace. Poté, co se imunoreceptory naváží na své ligandyITCR na MHC protein na povrchu APC, BCR na antigen, Fc-receptor namunokomplex), dojde k jejich agregaci a splynuti se signalízačnímí mikro-

doménami. Tím se dostanou cytoplazmatické konce řetězců imunorecepto-rových komplexů (CD3 u TCR, CD79 u BCR, y a ~ podjednotek u FcR) doprostředí bohatého na proteinkinázy skupiny Src a ty je začnou fosforylovat11" specifických tyrosinových zbytcích v !TAM sekvencích. Na tyto fosfory-lované tyrosiny se váží další důležité enzymy, proteinkinázy skupiny Syk, typak fosforylují další složky mikrodomén (např. adaptorový protein LAT), nakteré se váží další proteiny (např. Grb2, Sos, SLP-76, PLCy) a tak vzniknouvýše uvedené signalosomy a rozběhnou se příslušné signalizační kaskády.Důležité také je, že složkami mikrodomén T-lymfocytů jsou koreceptorovémolekuly CD4 a CD8, které jsou samy přímo asociované s kinázou Lck. Pod-xtatným rysem tohoto (dosud poněkud kontroverzního) modelu je to, že imu-noreceptory nejsou v klidovém stavu s kinázami asociované - k tomu dojde,IŽ po rozeznání ligandu, agregaci a fúzi se signalizační mikrodoménou.

co coI Io oI I

H2C- CH -CH2I

O

IOPOH

~I OH

H2P03

H2P03

OP03H2 OH ItOI OH

H2P03

CO CO

I IO O OH

I I IH2C- CH -CH2

1-fosfalidylinositol 4.5bisfosfát (PIP2)

Diacylglycerol (DAG) InositoI1.4.5-trisfosfát (IP:J

Obr. 31: Struktury PIP2 a jeho hydrolytických produktů (druhých poslů) DAG a IP3.

obdobné cytoplazmatické signalizační kaskády jako v případě M-CSF receptOTUa podobných receptorových kináz (tj. kaskáda Ras-Raf-MEK-MAP-K,kaskáda PLCg-PKC-Ca2+ a PI3-K kaskáda). Signalizační procesy iniciovanévšemi těmito receptory se v detailech liší, avšak v principu jsou si podobné.

Jako velmi důležitý prvek pro zahájení signalizace přes imunoreceptory(TCR, BCR, Fc-receptory) se v poslední době jeví tzv. signalizační membrá-nové mikrodomény (GEMs, "lipid rafts"). Jsou to jakési malé ostrůvky, které se od ostatní membrány liší hlavně lipidovým složením (obsahují hodnglykolipidů s dlouhými, nasycenými zbytky mastných kyselin a choleste-rol). Z těchto mikrodomén je vyloučena většina hojných transmembráno-vých proteinů, jsou v nich však obohaceny některé kritické cytoplazmatickproteiny (proteinkinázy skupiny Src, G-proteiny) a fosfolipidy (PIP2). Sou-části mikrodomén jsou také některé tzv. transmembránové adaptorové pro-teiny (např. LAT a PAG). Cytoplazmatické a transmembránové proteiny

Page 56: Zaklady imunologie

/114 Hořejší, Bar/tiiíková / Základy imunologie

Většina cytokinových receptorů používá mnohem jednodušší signalizačntdráhy. Intracelulární části těchto receptorů jsou asociovány s proteintyrosinkinizami skupiny Jak. Po agregaci receptorů vyvolané vazbou ligandu (cytokinu) SI'

tyto kinázy začnou vzájemně fosforylovat a tím aktivovat; aktivované Jak kinázypak fosforylují cytoplazmatické proteiny zvané Stat, které poté dimerizují a přecházejí do jádra, kde působí jako transkripční faktory. Jednotlivé cytokinové 1\'

ceptory asociují s různými Jak kinázarni a k signalizaci využívají různé Stat proteiny (obr. 32). Některé cytokinové receptory však zřejmě používají také některésignalizační dráhy založené na kinázách skupiny Src a popsané výše.

Další cytokinové receptory (např. pro IL-l či pro některé neapoptotické cy·tokiny rodiny TNF) a také některé receptory skupiny TLR aktivují po ligadzcela odlišné asociované kinázy z rodiny 1RAK. Ty pak dále aktivují kinázuIKK, která fosforyluje protein zvaný IkB. Nefosforylovaný IkB vytváří v cytoplazmě komplex s latentními formami velmi důležitých transkripčních faktorůrodiny NF-KB. Fosforylovaný IkB je rychle odstraňován proteolýzou v protcasomech, uvolněný NF-KBje specificky fosforylačně aktivován (např. některýmikinázami ze skupiny PKC) a translokován do jádra, kde iniciuje transkripci cclé řady genů důležitých pro různé imunitní aktivační a zánětlivé děje.

Receptor pro TGF-~, který je receptorovou serin/threoninkinázou, používá také vlastní specifickou signalizační dráhu, která vede k translokaci cytoplazmatických proteinů Smad do jádra, kde působí jako transkripční faktory. Zcela odlišné jsou signalizační mechanismy používané apoptotickýmireceptory (receptory pro TNF, Fas/CD95 či TRAIL), které neaktivují kinázy,ale specifické proteázy (caspázy),

9.3 PROTEINTYROSINKINÁZY SKUPINY Src A JEJICH REGULACE

V imunitním systému mají mimořádně velký význam některé PTK skupinySrc, které zprostředkují signalizaci přes TCR, BCR a Fc-receptory.

S komplexem TCR je asociováno malé množství PTK Fyn; koreceptorové proteiny CD4 a CD8 jsou stechiometricky asociovány s PTK Lck. BCRa Fc-receptory jsou asociovány hlavně s PTK Lyn a pravděpodobně též s dal-šími členy této rodiny (Blk, Fgr).

Molekuly PTK skupiny Src obsahují několik typických funkčně důležitých oblastí (obr. 33). N-terminální úsek je posttranslačně modifikován připojením zbytků kyseliny myristové a palmitové, což umožňuje zakotvení doplazmatické membrány. Následuje tzv. SH3 doména, sekvence asi 50 amino-kyselin, která je schopna integrovat se sekvencemi v některých jiných protei-

Signalizačnt mechanismy používané receptorq bllněk imunitntho systému /115

Kys. myristová

SH3

Csk

SH2 CD45 Lck

SHP-1

Kataly1ickádoména (SH1)

A B c(lhr. 33: Struktura a regulace aktivity proteintyrosinkináz skupiny Src (zde Lck). N-kon-I "V,) kyselina myristová slouží k zakotvení v membráně. Negativní regulační fosforylaci11,1 tyrosinovém zbytku poblíž C-konce provádí kináza Csk, defosforylaci (a tím částeč-'11111 aktivaci) fosfatáza CD45. Plné aktivace do stavu C je dosaženo autofosforylací pozi-uvnfho regulačního tyrosinu poblíž aktivního centra enzymu. Defosforylaci (a tím pře-,hod ze stavu C do B) provádí zřejmě fosfatáza SHP-l (PTP-lC). Hvězdička označujeI~tivnf mis to enzymu.

IlI'ch bohatými na prolin. Další je SH2 doména, tj. sekvence asi 100 arnino-~yselin, která váže některé sekvence obsahující fosfotyrosin. C-terminálnípolovina těchto enzymů je tvořena vlastní enzymově aktivní katalytickoudoménou (zvanou též SHl doména). Na samém C-konci leží krátká regulač-IIIoblast enzymu. SH2 a SH3 domény (odvozeno od Src-homology) se na-I házejí v mnoha dalších signalizačních proteinech; jejich prostřednictvím seuskutečňuji vzájemné interakce mezi různými složkami signalizačních kas-k.id. Kromě těchto obecných vazebných domén existují (v jiných proteinech)II'o:;tědalší, jako jsou např. tzv. PTB (phosphotyrosine-binding), PH (pleck-trln-hornology: vazba na anionické lipidy) a prolinová (ligand SH3). Akti-

vita Src kináz je regulována hlavně fosforylací na dvou klíčových tyrosino-vych zbytcích: je-li fosforylován ten, který se nachází v C-terminálníI,'~ulační části, váže se na něj vlastní SH2 doména a tato "uzavřená" konfor-nmce má silně sníženou aktivitu. Po defosforylaci membránovou fosfatázout 1)45 (viz kap. 7.5.4) se uvolňuje enzymově aktivní místo a kináza je částeč-11i\ aktivní. Plné aktivity se dosáhne po (auto)fosforylaci pozitivního regulač-urho tyrosinu poblíž aktivního místa v SHl doméně.

Page 57: Zaklady imunologie

/116 Hořejší, Bartůiikoiá / Základy imunologie SignalizačlIí mechanismy použnmně receptorij buněk imunitního systémll

Geny kódující některé PTK skupiny Src, ale i mnohé jiné signalizačníproteiny, mohou být v pozměněné formě přítornny v genomu onkogenníchretrovirů jako tzv. virové onkogeny. Jejich produkty bývají konstitučně aktivní (dysregulované) enzymy, resp. jiné signalizační proteiny, které přispvají k nádorové přeměně buněk, které je exprirnují. Odpovídající normálnígeny se nazývají buněčné protoonkogeny.

9.4 SIGNALIZAČNí MECHANISMYZALOŽENÉ NA RECEPTORECH SDRUŽENÝCH S G·PROTEINY

Jak již bylo dříve řečeno (kap. 9.1), po navázání ligandu se od receptoru odpojí G-protein, na a-podjednotku se naváže GTP namísto dosud vázanéhoGDP a dojde k disociaci na a-GTP a ~y (obr. 34). Komplexy a-GTP a ~y Sl'

mohou vázat na jiné enzymy a aktivovat je. Různé receptory se asociujls různými kombinacemi individuálních a, j3a y podjednotek, které mají různé efektorové vlastnosti (v aktivním stavu se váží na různé enzymy). V imunocytech je důležitá interakce některých podjednotek a (nesoucích C'I'I')s fosfolipázou C~ (PLCj3), která vede k aktivaci tohoto enzymu a štěpenimembránového lipidu fosfatidylinositolbisfosfátu (PIP2) na druhé posly lPIa DAG tak, jak bylo dříve popsáno u PLCy aktivované fosforylací (kap. 9.2).Výsledkem signalizace může být např. chemotaktický pohyb nebo sekrecoobsahu cytoplazmatických granulí fagocytů. Prostřednictvím aktivovanýcha-podjednotek G-proteinů se stimuluje také aktivita fosfolipázy A2, kterázahajuje vznik derivátů kyseliny arachidonové (trornboxany, leukotrienya prostaglandiny) a aktivita adenylátcyklázy, která produkuje cAMP. Tento"druhý posel" aktivuje enzym proteinkinázu A. Aktivita G-proteinů asociovaných s receptory je regulována nejméně na dvou úrovních: výměna GD!'za GTP je katalyzována tzv. výměnnými faktory (GEF; GTP exchange fators): GTPázová aktivita G-proteinll je stimulována proteiny zvanými GAl'(GTPase activating proteins). Tyto regulační proteiny jsou regulovány mj.fosforylací.

/117

Ligand/-

1111~~III:::ID.'m:~IID!l:: ~::IIl::IIII:~ID!I:II:!l!;~~aktivovat enzymya iontové kanály

TrimemiG-protein Výměna

GDPzaGTP

AktivníPLCp

NeaktivnlPLCp

jStěpenl PIP2

jAktivace PKC (DAG)

Zvýšeni Ca2+ (IP:J

IEfektorové

funkce

• Ihr. 34: Principy fungování receptorů sdružených s trimernírni G-proteiny (detaily vizit-_t). Po hydrolýze GTP na GOP (vlastní GTPázovou aktivitou a-podjednotky) a disociaci11f\"nduod receptoru dojde ke zpětné asociaci receptorového komplexu a obnovení pit-v.ulnfho klidového stavu.

Page 58: Zaklady imunologie

10Vznik repertoáru

antigenně specifických receptorůT a B-Iymfocytů

10.1 PŘESKUPOVÁNí GENŮ KÓDUJícíCH VARIABILNí ČÁSTIŘETĚZCŮ BCR (IMUNOGLOBULlNŮ)

Geny kódující řetězce imunoglobulinů (ale i TCR) se skládají z většího počtuněkolika druhů úseků (genové segmenty), které při vývoji lyrnfocytů podléhají procesu zvanému přeskupování (rearrangement) (obr. 35). Geny kódující H-řetězce imunoglobulinů se nacházejí v genovém komplexu na lidském

/I r"i"r7t:Je. .' ~9..~r.V, v2 v3'" V V o o o Jn-' n 1 2'" J C C-D-Q{]----DOO--H-- n 1 2'" !J o Cy3Cy 1 ,!,ECu 1 'l'r

Cy2Cy4 Cf Ca2

I I

_ .., -100 VH -50 o ..!IL ,<-rltZ&,: ./. * r: .-r:: '--

Vv. V C1 2

IgH (lidský chromozóm 14)

vn J,

-DQO----n-n-rl JS

Cr I I I I A'fI-- IgK'(lidský chromozóm 2)I I

-70 V~n.D<I.: V~ r.

v, V2 Vn J, C,( 1 J2 C,(2 Jg C,(9

-D-Q{]- ---0D0-----t0-t0 -----ID- 19). (lidský chromozóm 22)I I I

-30 V,( 9 párů J- Ví. (4 funkčnQ

Obr. 35: Organizace lidských genů kódujících imunoglobulinové řetězce.

Vznik repertoáru antigenně specifických receptoTŮ T a B-lyll1focyfl~ /119

o luomosomu 14. Tento komplex obsahuje na 5' konci skupinu několika set.kvcnčně podobných úseků V ("variabilita"), dále následuje skupina asi

01) krátkých úseků O ("diversita"), pak skupina 9 krátkých úseků J ("joi-l1ing") a na 3' konci jsou tandemově uspořádány geny kódující konstantníI',,~litěžkého řetězce (C). Genové segmenty V kódují aminokyseliny č. 1-101,I'gmenty O aminokyseliny 102-106 a segmenty J aminokyseliny 107-123 va-

rlab ilní (N-terminálnO domény H-řetězců. Segmenty C kódují celou kon-1,lntnÍ část imunoglobulinového řetězce (domény CCC3, resp. CcC4 podle

tuho, o jaký izotyp se jedná). Jednotlivé genové segmenty mají ovšem ještěohvyklou exon/intronovou strukturu. Na koncích V, O a J úseků se nachá-"Ií charakteristické krátké sekvence nukleotidů, které jsou rozeznávány en-ymy, které provádějí přeskupování těchto genů. Po stranách C-segmentů

1"ou tzv. přesmykové (switch) sekvence, které jsou rozeznávány enzymyprovádějícími tzv. izotypový přesmyk (viz dále).

Struktura genových komplexů kódujících L-řetězce K a f... je podobná, aleI,'dnodušší (neobsahují segmenty O a skládají se z menšího počtu úseků\' a Ji viz obr. 35). Existuje pouze jeden segment kódující konstantní část ře-""tce K, ale několik segmentů kódujících velmi podobné subtypy konstant-nich částí řetězce f... (tyto varianty řetězců f... jsou funkčně ekvivalentní a ne-1Il,1jížádný praktický význam).

Níže popisované mechanismy se uplatňují u primátů a hlodavců: u ji-ných savčích řádů (králíci, sudokopytníci) jsou značně odlišné, i když ko-Ill'čný výsledek (obrovský repertoár klonálních receptorů) je velmi podobný.

10.1 PROCES REKOMBINACE

Děje probíhající na genové úrovni při diferenciaci B-lymfocytů doprovázenépřeskupováním jejich genů pro imunoglobuliny a vznikem klonálně speci-lických povrchových imunoglobulinů lze shrnout takto (obr. 36):I. V progenitorech B-lymfocytů (pro-B) dochází nejprve k vyštěpení úseku

IgH genového komplexu mezi určitým (náhodným) O-segmentem a ně-kterým J-segmentem (D-J přeskupeni). O-J přeskupování může probíhati opakovaně, dokud jsou k dispozici nevyštěpené O a J-segmenty, a tentoděj probíhá paralelně na obou chromosomech.Poté následuje vyštěpování rozsáhlého úseku mezi některým V-segmen-tem a DJ segmentem vzniklým v předchozím kroku (V-D přeskupeni).Pokud je přeskupení produktivní (V-O-J produkt se dá číst ve správné fá-i, takže z odpovídající mRNA může vzniknout kompletní H-polypep-

Page 59: Zaklady imunologie

/120 Hořejšr, Bartl~ňková / Základy imunologie

V, V2 V3 Vn D, O2 03 04 On J, J2 J3 Jg CjI Cli

--DlliJ----GO I I I I---H I I I----I----D-O---, ,

~ zárodečná konfigurac

V, ~ V3 Vn D, 03 J2 Jg C" Cli,! ,.--DlliJ----D-D----+IHH-+ --- I íl-n---

I ,

~V2 03 J2 Jg C" Cli, ~I r-

-[}f]{]J+f----+--D-O---

~V2 03 J2 Jg CjI Cli

--il++ ----t--O-O- -- primárnf transkript (RNA)

IV2 03J2CjI

\V2 03J2Cli

[IJ dvě možné mRNApo a/ternativnfm sestřihu

Obr. 36: Schéma dějů probíhajících při přeskupování genů pro těžké řetězce imunoglobulinů a jejich transkripci.

tid), je další přeskupování na druhém chromosomu dosud nejasným mechanismem zastaveno, takže každý B-lymfocyt produkuje jen jeden H-řctězec (kódovaný jen jedním ze dvou homologních chromosomů); totéž st.'stane později i s geny pro L-řetězce. Tento jev se nazývá alelická exkluze.Je samozřejmé, že po přepisu přeskupeného IgH genu do mRNA dochák sestřihu (splicing) primárního transkriptu, kterým se odstraní částivzniklé přepisem intronů. Ze schématu je také zřejmé, že nejprve musídocházet k tvorbě H-řetězců ti, protože Cli segment leží nejblíže VOJ-seg-mentu. V okamžiku, kdy buňka úspěšně prošla přeskupováním 19H ge-nů a prokázala to tvorbou ti řetězců, stává se z ní pre-B-lymfocyt.

3. Řetězec 1./syntetizovaný v pre-B-lymfocytu se nemůže asociovat s L-řetěz-ci, protože ještě nedošlo k přeskupení jejich genů. Místo L-řetězců všakpre-B-buňky syntetizují tzv. náhradní Lřetězce ('ljJL),které se skládají zedvou malých proteinů, produktů genů zvaných VpreB a }.5 (viz obr. 37).Komplex membránového H (1./)řetězce s ipl, asociovaný s dimerem sig-nalizačních proteinů Igu-Ig~ (CD79u, CD79~) se objevuje na povrchu

Vznik repertoáru antigenně specifických recepiorů Ta B-Iymfocytli /121

VpreB

ftftftftftftftftft.gggggggggg

t rhr, 37: Struktura pre-Bf'R.

pre-B-lymfocytu a jeho povrchová exprese rozhoduje o dalším osudu buň-ky. Tento pre-B-receptor je zřejmě konstitučně integrován do membráno-vých signalizačních mikrodomén a tato interakce poskytuje buňce pozitiv-ní signál k dalšímu vývoji - zahájení přeskupování genů pro L-řetězce.Nejprve začne přeskupování genů kódujících L-řetězec K: vyštěpují seopakovaně velké úseky DNA mezi některým V-segmentem a některýmJ-segmentem (souběžně na obou chromosomech), dokud není některýpokus úspěšný, tj. vedoucí k produktu čtenému ve správné fázi a posky-tujícímu funkční L-řetězec schopný vytvořit s H (I./)-řetězcem kompletnípovrchový IgM, který by nahradil pre-B-receptor. Jestliže je přeskupová-ní K genu na jednom chromosomu úspěšné, zastaví se další pokusy nadruhém chromosomu (opět alelická exkluze). Není-li přeskupení K genůúspěšné na žádném z obou chromosomů, zahájí se obdobně přeskupová-ní genů A. Není-li ani to úspěšné, pre-B-Iymfocyt hyne. Expresí povr-chového IgM (buď s K nebo A řetězci) se buňka stává nezralým B-lym-focytem. Je však třeba poznamenat, že ne všechny HaL-řetězce (resp.VH a VK/V.,) mohou spolu vytvářet stabilní dimery (mohou se např.elektrostaticky odpuzovat). V případech, kdy v důsledku nekompatibi-lity HaL-řetězců nemůže vzniknout stabilní povrchový 19, daná B-buň-ka také hyne. V dalším vývojovém stadiu dochází k současné expresi po-vrchového IgM a IgD (alternativním střihem mRNA), čímž se z buňkystává zralý B-lymfocyt. Individuální variabilita molekul 19 na povrchuzralých B-lyrnfocytů je tedy dána hlavně růzností kombinací V(D)J geno-vých segmentů. Druhým mechanismem výrazně zvyšujícím počet růz-ných výsledných struktur variabilních domén je tzv. spojovací variabilita:po vyštěpení genových úseků během DJ a VD resp. Vf (u L-řetězců) pře-

Page 60: Zaklady imunologie

II

Vznik repertoáru antigenně specifických recepiorů Ta B-Iymfocyt!i /123/122 Hořejší, Bartůňková / Základy imunologie

C:G za T:A. Může však docházet i k jiným změnám, zřejmě v důsledkunásledných nepřesných opravných mechanismů.

10.3 IZOTYPOVÝ PŘESMYK

I),1Išímdůležitým jevem souvisejícím s diferenciací B-Iymfocytů a přeskupe-ním 19-genů je tzv. izotypový přesmyk (class switch) zmíněný již výše. Bě-hem terminální diferenciace po aktivaci antigenem (viz kap. 12) dochází10. vyštěpování rozsáhlých úseků IgH genů kódujících konstantní části H-ře-tl\zce (viz obr. 39), takže jsou nezvratně ztraceny segmenty C" a Co nebo C".1>' např. Cy2, nebo vše kromě Ca. Přitom se ovšem neděje nic s přeskupenouNistí genu kódující variabilní část H-řetězce (VDI). Po eliminaci části C ob-

(a)OJ J cp c(5 e[J.[J-

~-----

(a)

"i"9779

°X.1

(b)

JOC' ' "Y.+2 °x OJF ICI =rr::JÍ:j ~ Jy

97 10

N

o.. ~.J

~~

Ce Ca2

~,

t,,.

(b)

,,,.," Přesmykové

~ sekvence

11 IIII rió-o-Ce Ca2

(c)

~

(c)V3D2J1

Cf Ca2

Obr. 38: Děje probíhající při D-J přeskupeni.a) Enzym rekombináza rozeznává signální sekvence (7- a 9-meryl sousedící s úseky D" a ly

a vytvoří se znázorněná smyčka,b) Rekombináza odstřihne DNA mezi D, resp. J a signální sekvencí. Odstřižená smyčka Sl'

liguje za vzniku kruhového útvaru a s ní ireverzibilně odcházejí z chromosomu veškeréúseky D>x a J<Y.

c) Působením terminální transferázy, DNA polymerázy a ligázy se odstřižené konce D a Iúseků spojí nově syntetizovaným úsekem N (s náhodnou sekvencí nukleotidů).

skupení nejsou zbývající konce odstřiženy zcela přesně definovaným způ-sobem a jejich spojením tedy mohou vznikat nové varianty (obr. 38). Kro-mě toho působením enzymu terminální transferázy dochází k prodlu-žování odstřižených konců o krátké náhodné tzv. N-sekvence (které tedynejsou původně přítomny v zárodečné konfiguraci genu!), což opět zvy-šuje variabilitu.

5. Pokud dojde ke styku zralého B-lymfocytu s antigenem na povrchu foli-kulárních dendritických buněk v lymfoidních folikulech, je součástí pri-mární aktivace B-Iymfocytu iniciace intenzivních mutací V-segmentůpřeskupených genů (somatické mutace), což vede k dalšímu vzrůstu poč-tu variant. Během tohoto mutačruno procesu jsou selektovány ty mutanty,které mají vysokou afinitu k antigenu (viz kap. ]2). Navíc se ukazuje, žev této fázi může dojít k reaktivaci rekombinačních mechanismů a k po-kusům vytvořit nové antigenně specifické BCR opětným přeskupovánímgenových úseků kódujících variabilní části imunoglobulinových řetězců.Mechanismus tohoto unikátního mutačního procesu je založen na enzy-mu zvaném aktivací indukovaná cytidin deamináza (AID). AID běhemtranskripce úseků genů kódujících variabilní části imunoglobulinovýchřetězců odstraňuje v transkribovaném vláknu DNA aminoskupinu z cy-tidinu a mění jej na uridin. Tato změna následně vede k náhradě páru

(d)~

[[]V3D2J1Ce

Obr. 39: lzotypový přesmyk. (a) Genový komplex 19H po V-D-J přeskupeni. (b) Vyštěpenísmyčky mezi dvěma přesmykovýrni (switch) sekvencemi před Cu a některým jiným C ge-novým úsekem. (c) Genový komplex po vyštěpení části Cvoblasti. (d) Přepisem do RNA., sestřihem primárního transkriptu vzniká mRNA kódující určitý izotyp 19.V tomto kon-krétním případě translací vzniká E řetězec, jehož vazebné místo je dáno V3DVl kombinací(plus N-úseky, plus mutačnírni změnami při afinítní maturaci).

Page 61: Zaklady imunologie

/124 Hořejší, BartTi/lková / Základy imunologie

lasti IgH genu je pak do mRNA přepsán ten C-segment, který je v přeskupeném genu 3' nejblíže VOJ-segmentu a po sestřihu a translaci vzniká příslušnizotyp těžkého řetězce odlišný od původního /1. Mechanismus izotypovéhopřesmyku je poněkud podobný mechanismu přeskupování ve V oblasti a jsoupři něm příslušnými rekombinázami rozeznávány specifické "switch sekvonce" lokalizované po stranách jednotlivých C-segmentů. Je třeba poznamenal,ve taková sekvence není mezi Cli a Co-segmenty. Regulace exprese /1 a ě-řetězců probíhá jiným způsobem - transkripce je buď ukončena na 3' konci CI,-scgmentu a vzniká u-řetězec, nebo vznikne dlouhý primární transkript zahrnující Cli i C,jIz něhož je při sestřihu odstraněna část odpovídající CJ1 a vznikuo-řetězec. Tyto děje mohou v B-buňce (u které ještě nedošlo k izotypovémupřesmyku) probíhat paralelně, a proto běžně dochází k současné produkci povrchového IgM a IgD. Ukazuje se, že v iniciaci izotypového přesmyku hrajekupodivu zásadní roli také tranzientní iniciace transkripce kritických úsekůimunoglobulinových genů, enzym AID (uvedený výše jako iniciátor somatických mutací v přeskupených V(D)J-úsecích) a mechanismy opravy DNA.

Izotypové přesmyky mohou probíhat sekvenčně, dokud je co eliminovat. To, k jakémukonkrétnímu přesmyku dojde a jaký izotyp bude buňka produkovat, je do značné míry regulováno rozpustnými působky - cytokiny (viz kap. 8); např. interleukin 4 (lL-4) stimulujeprodukci IgE a IgGl a inhibuje produkci IgG2. IFN-y stimuluje (u myší) přesmyky 1101

IgG2a a IgG3, TGF-j3přesmyky na IgG2b a IgA.Regulace toho, zda je produkována membránová nebo sekretovaná forma imunoglo

bulinu, probíhá na úrovni mRNA- na 3' konci každého C-segmentu jsou sekvence kódujicí C-konec sekretované formy následované dalším exonem kódujícím C-konec membránové formy. Transkripce do mRNA se buď zastaví (s využitím prvního polyadcnylačníhomísta) po exonu kódujícím rozpustnou formu, nebo pokračuje až do konce dalšího exonua úsek odpovídající C-konci sekretované formě je pak odstraněn při sestřihu mRNA, takžeje produkována membránová forma.

10.4 ELIMINACE AUTOREAKTIVNíCH KLONŮ B-LYMFOCYTŮ

Děje vedoucí ke vzniku bohatého repertoáru klonů B-lymfocytů vybavenýchindividuálně specifickými BCR (přeskupování genů, spojovací nepřesnosti,párování H-L, somatické mutace) jsou založeny na náhodných procesech, ji-miž mohou ovšem vzniknout i klony nesoucí autoreaktivní receptory a pro-dukující autoreaktivní protilátky. Většina z nich je eliminována na úrovninezralých B-Iymfocytů. Setká-li se buňka v tomto vývojovém stadiu s anti-genem, který se s dostatečně velkou afinitou váže na její BCR, dostane silnýnegativní signál, který vede k rychlé apoptotické smrti. Velká většina struk-tur, s nimiž se nezralý B-lymfocyt v kostní dřeni může setkat, jsou ovšem au-

Vznik repertoáru antigenně specifických receptoni T a B-Iymfocytl~ /125

11I.1I1tigeny(proteiny buněčných povrchů, sérové proteiny atd.). Pokudumto sítem některé autoreaktivní B-buňky přesto projdou a dozrají, vět-1I10Use jejich škodlivá autoreaktivita neprojeví proto, že po rozeznání

.uuoanrigenu kdekoli v organismu chybí k jejich plné aktivaci příslušnépomocné T-Iymfocyty, u nichž je proces eliminace autoreaktivních klonův thymu mnohem přísnější. Mnohé potenciální autoantigeny jsou pro1\ lymiocyty resp. pro protilátky nedostupné (kryptoantigeny) nebo jsouv organismu za normálních okolností přítomny v tak malé koncentraci, že jeImunitní systém "ignorujel/.

opakujme, že při svém vývoji prochází B-Iymfocyt několika kritickýmimomenty, v nichž se rozhoduje, zda bude ve vývoji pokračovat, nebo zahy-lIL':prvním takovým kontrolním bodem je dokončení přeskupování genůpro H-řetězec a povrchová exprese pre-BCR (/1 + 1jJL), druhým úspěšné do-končeni přeskupení genů pro L-řetězce a povrchová exprese IgM (BCR), tře-tím je na úrovni nezralých B-lymfocytů testování toho, zda buňka není auto-reaktivní. Čtvrtým kritickým stadiem procházejí B-buňky v souvislosti se"hájením procesu somatických mutací a afinitní maturace, kdy přežívají

pouze buňky nesoucí BCR s nejvyšší afinitou k antigenu (viz kap. 12).

10.5 PŘESKUPOVÁNí GENŮ KÓDUJícíCH VARIABILNí ČÁSTIŘnEzCŮTCR

rganizace genů kódujících TCR typu a~ i yo je podobná jako organizace ge-nů pro imunoglobulinové řetězce (obr. 40). Skládají se z genových segmentůV, (D), J a C. Genové komplexy kódující TCR~ a TCRo odpovídají genovémukomplexu pro IgH (mají O-úsek), genové komplexy kódující TCRa a TCRyjsou podobné genům kódující L-řetězce imunoglobulinů. Zajímavé je, že ge-nový komplex TCRó je lokalizován uvnitř genového komplexu TCRa (mezioblastí Vo a Jo), takže při přeskupování TCRa je kompletně vyštěpen.

Přeskupování TCR genů probíhá velmi podobně, jako je tomu u genůpro imunoglobuliny a provádějí je dokonce stejné enzymy (rekombinázyRAGl, RAG2). Také zdroje variability jsou stejné (kombinace genových seg-mentů, spojovací nepřesnosti a N-úseky, párování dvou řetězců), u genů proTCR však nedochází k somatickým mutacím a k afinitní maturaci.

Page 62: Zaklady imunologie

/126 Hořejší, Bartůňková / Základy imunologie

TCR-ó komplex

Vat Va2 Van Vó, VÓ2 Vón O, O2 03 Jó, JÓ2JÓ3 Có Ja, Ja2 Jan Ca

-QDO----DD!J--D{]----D I I I I I I O I I I--H-O-L--.--J

-50 Va (16 rodin) 10-20 Vó TCR-wó(lidský chromozóm 14)

V{J'V{J2 V{Jn 0{J, J{J1.I J{J1.7 G{J, 0{J2 J{J2.I J{J27 G{J2

-DO--------D{] I 1111111 O I 1111111 O TCR-{J(lidskýchromozóm7)

-70 V{J(15 rodin)

V)'I V)'2 v.-DO-------- l" J)'I G)'I J)'2 G')'2[J{]--t--O-\-[] TCR-y (lidský chromozóm 7)

12 Vy

Obr. 40: Organizace lidských genů kódujících řetězce TCR.

10.6 VÝVOJ T.LYMFOCYTŮ

Děje probíhající na genové úrovni při diferenciaci T-Iymfocytů, které nakonec dávají vznik velkému souboru klonů nesoucích TCR různých specifit,jsou dosti obdobné těm, které probíhají u B-Iymfocytů. Prekurzory 'f-lymfocytů přicházejí z kostní dřeni do thymu jako tzv. pro-thymocyty. U nich seačnou nejprve přeskupovat geny pro TCRI3a TCRó (v dalším pro jednodu-

chost pomineme vývoj yó-T-buněk a budeme se věnovat pouze majoritnímal3-T-buňkám). Proběhne-li úspěšně přeskupeni TCRf3, objeví se na povrchučasných thymocytů nejprve pre-TCR složený z l3-řetězce, tzv. pre- TCRa (ob-doba ipl, u pre-BCR) a CD3 komplexu. Poté následuje přeskupování genůpro TCRa a vznik definitivního TCR složeného z řetězců a a 13 (a CD3). Thy-mocyty v tomto stadiu vývoje tvoří většinu buněk v thymu (korové, kortikál-ní thymocyty). Na jejich povrchu se kromě mnoha jiných molekul nacházej!i koreceptory CD8 a CD4. V této fázi dochází k~naci autoreaktivníchbuněk (negativní selekce) a buněk s nefunkčním TCR, které nejsou schopnyrozeznávat MHC proteiny (pozitivní selekce). K negativní selekci (obdobaeliminace autoreaktivních nezralých B-buněk) dochází, pokud daný thyrno-cyt váže svým TCR dostatečně silně jakýkoli komplex MHC proteinů s nor-málními peptidy, s jakým se setká na povrchu různých thyrnových buněk(thymové epiteliální buňky, dendritické buňky). Signál, který takový thymo-

Vznik repertoáru antigenně specifických receptorů Ta B-lymfocylŮ /127

'yt dostane, vede k rychlé apoptotické smrti. Naproti tomu thymocyt, jehožICR není schopen se vůbec vázat (s podprahovou afinitou) na MHC proteiny,hyne také. Pozitivně selektovány jsou pouze ty thymocyty, které v thymu ro-"znávají s nízkou afinitou MHC proteiny. Ty si pak zachovávají expresi buď

('1)8 nebo CD4 (podle toho, váže-li příslušný TCR MHC gp I nebo Il), Tytoralé T-buňky (dřeňové, medulární thymocyty) opouštějí thymus a usídlujít' v sekundárních lymfoidních orgánech.

Některé autoreaktivni thymocyty (které v thymu s relativně vysokou afi-nrtou rozeznají komplexy MHC gp s peptidy) však eliminovány nejsou a vy-víjejí se z nich tzv. regulační T-Iymfocyty (Treg), které mají velmi důležitouulohu při udržováni periferní tolerance k vlastním tkánim (viz kap. 11 a 19).

Podobně jako B-Iymfocyty musí tedy T-Iymfocyty překonat několik kri-tických míst svého vývoje, na nichž hynou všechny ty, které nejsou schopnyprokázat, že disponují funkčnimi a ne-autoreaktivními TCR. Zásadní rozdíloproti B-Iymfocytům spočívá v tom, že TCR jsou přísně testovány na to, zdaumějí rozeznávat velmi specifický typ antigenu (ligandu) - komplexy MHCproteinů s peptidy. Zhruba 98 % pro-thymocytů, které do thymu vstoupí,v něm během vývoje hyne; výběr je tedy velmi přísný.

Ačkoli velká většina autoreaktivních T-buněk je eliminována v thymu,nčkteré mohou rozeznávat antigeny, které nejsou v thymu dostupné, alel"oUhojné v jiných tkáních. Takové T-buňky jsou většinou inaktivovány tím,

~se s antigenem setkají na povrchu buněk, které nejsou schopny poskyt-nout druhý, kostimulační signál; samotný první signál zprostředkovaný TCRmá negativní účinek a uvede buňku do stavu útlumu (anergie). K potlačová-IIÍ autoreaktivních T-buněk přispívají také interakce s nezralými DC (vikap. 2), regulační (tlumivé) T-lymfocyty a další regulační mechanismy (viztaké kap. 13 a 19).

)

1...)o: .") hu,'ó' -/o()'lt~ť

{,A ti! l HW~ ('.'

,fl,

--' T

Page 63: Zaklady imunologie

- 21('

V k

('i:, r C%. 7"'4

t'~ 19 g:ao."

1 1Imunitní reakce založené

na T-Iymfocytech a NK-buňkácha:,.

()c, ~.:.)

'r-I '-.q4) 'lf'"

T-Iymfocyty jsou nezbytné pro antigenně specifické buněčně zprostředkované i protilátkové imunitní reakce. Efektorové T-Iymfocyty různých typů mají zásadní úlohu při eliminaci buněk infikovaných intracelulárními parazitya při regulaci vývoje Bvlymfocytů v plazmocyty produkující protilátky.

11.1 KLASIFIKACE T.LYMFOCYTŮ

11.1.1 LYMFOCYTY EXPRIMUJící TCR a~ NEBO yo '1 Cl>.,3 r:1'9"" (IÚ:o

Na povrchu každého T-Iymfocytu se nachází několik desítek tisíc identikých, klonálně unikátních TCR. Podle typu TCR je lze rozdělit na buňky nesoucí TCR typu a~ nebo yb. T-lymfocyty používající al3-TCR jsou u většinysavců konvenčním, většinovým typem. Většina z nich nezbytně potřebuje kesvému vývoji thymové prostředí a rozeznává peptidy vázané v komplexus MHC gp. Lymfocyty nesoucí receptor typu yb představují menšino vou populaci; mohou se vyvíjet i mimo thymus a většina z nich zřejmě rozeznáváantigeny jiného typu než komplexy MHC proteinů s peptidy; některéjsou schopné rozpoznat nativní antigeny podobně jako lymfocyty B. Některey6-T-Iymfocyty rozeznávají velmi jednoduché organické látky (např. aminy)přítomné v potravinách nebo produkované mikroorganismy a jsou jimi výrazně stimulovány; imunologický význam tohoto jevu není dosud jasný. Nčkterými vlastnostmi se y6-T-lymfocyty podobají NK-buňkám a zřejmě Sl'

uplatňují při obraně proti některým specifickým typům patogenů (mykobakterie?).

Imunitní reakce založené na T-Iymfocytech a NK-buňkách /129

11.1.2INTRAEPITElIÁLNí LYMFOCYTY

vláštním typem jsou tzv. intraepiteliální T-lymfocyty, které se nacházejív epiteliích (v kůži, sliznicích). Jsou mezi nimi jak y6, tak al3-T-Iymfocyty. Je-Ilrh poměrné zastoupeni se liší u různých živočišných druhů: např. ve střev-IIf sliznici hlodavců převažují lymfocyty y6 , u primátů al3. Většina těchtobuněk se diferencuje mimo thymus a jejich úloha je dosud nedostatečně zná-111.1; některé určitě hrají úlohu obránců první linie na velmi exponovanýchmřstech blízko tělního povrchu, jiné zřejmě regulují slizniční imunitu pro-.lukcí specifické směsi cytokinů (viz kap. 14).

11.1.3 NK-T-LYMFOCYTY

I>,llšízvláštní typ představují NK-T-Iymfocyty, které mají TCR typu al3, avšakdisponují také celou řadou receptorů (stimulačních a inhibičních), které jsouunak charakteristické pro NK-buňky. NK-T-Iymfocyty rozeznávají komple-'y molekul CDld (podobných MHC gp I; viz kap. 6.6) s (glykorlípidy mi-krobiálního nebo vlastního původu. Tyto buňky jsou bohatým zdrojem cyto-kinů (např. IFN-y, IL-4) a mají pravděpodobně důležité regulační funkce.NK-T-buňky jsou feno typově i funkčně heterogenní (některé mají korecep-lm CD4, jiné CD8, další nemají CD4 ani CD8).

c11.1.4 LYMFOCYTY EXPRIMUJící KORECEPTORY CD4 A CD8 1>

~<.JI.-lymfocyty exprimující TCR typu al3lze rozdělit na ty, které nesou moleku-

ly CD8 (koreceptor pro MHC gp I) a ty, které mají na povrchu CD4 (korecep-lm MHC gp II). Většina CD8+ T-buněk jsou prekurzory cytotoxických T-bu-něk (Te) nebo paměťové buňky tohoto funkčního typu; měly by sem patřiti stále kontroverzní supresorové buňky (Ts). Je však stále více zřejmé, že CD8+I buňky mají i důležité regulační funkce, protože produkují široké spektrumIytokinů (s některými z nich téměř jistě souvisejí i supresorové aktivity).

Většina CD4+ T-buněk jsou prekurzory pomocných T-buněk (TH). Ty lzed,He rozdělit podle hlavnich cytokinů, které produkují, na THl (produkujícjména IL-2 a IFN-y) a TH2 (produkují hlavně IL-4, IL-S, IL-6 a IL-lO). Tzv.

1'110 klony produkují směs cytokinů typu 1 a 2. Jako TH3 se někdy označujíly T-lymfocyty, pro které je charakteristická intenzivní produkce TGF-I3, jakoI'rl ty, které/produkují velká množství IL-lO (viz níže odstavec o regulačních

..(1) htf,(. .::jhl- (1/).po ~ ,. ~...•{i

Page 64: Zaklady imunologie

/130

1f.'1U - ?--;

Hořejší, Bartůňková / Základy imunologie"

T-lyrnfocytech). Dělení na THl, TH2,TH3a THO, které je dobře dokumentováno u myší, je zřejmě značně zjednodušené; mnoho (zvláště lidských) klonůmůže produkovat různé atypické kombinace cytokinů.

11.1.5 REGULAČNí (TLUMIVÉ, SUPRESOROVÉ) T·LYMFOCYTY

Jako regulační (tlumivé, supresorové) se označují T-lymfocyty, které jsouschopny potlačovat aktivity jiných efektorových T-lymfocytů. Takových buněk existuje zřejmě několik různých druhů. Nejlépe prozkoumány jsou tzv.přirozené regulační CD4+ T-Iymfocyty (Treg), které tvoří zhruba 5 % krevních lyrnfocytů a mají fenotyp podobný aktivovaným T-lymfocytům (povrchová exprese podjednotky IL-2 receptoru CD25 a inhibičního CTLA-4). Vy.načují se též expresí transkripčního faktoru FoxP3. Tyto buňky vznikají

v thymu a jsou silně závislé na IL-2. Podstatné je, že nesou "autoreaktivní"TCR, ale na rozdíl od jiných autoreaktivních T-lymfocytů vlastní tkáně nejennenapadají, ale naopak potlačují autoimunitní reakce. Mechanismy jejichpůsobení zahrnují zřejmě jednak produkci tlumivých cytokinů (IL-I0, TGF-~),ale hlavně působí na jiné buňky (aktivované lymfocyty, DC) přímým kon-taktem. Zdá se, že tento druhý mechanismus je do značné míry založen nacytotoxickém působení podobném Tc (sekrece perforinu a granzymů). Od-stranění Treg z organismu experimentálnich zvířat vede ke vzniku těžkýchmultiorgánových autoimunit; u některých autoimunitních onemocnění jeúbytek Treg pravděpodobně důležitým patogenním mechanismem. Podobné tlumivé vlastnosti má zřejmě malá, dosud méně dobře prostudovarusubpopulace CD8+ T-lymfocytů.

Kromě těchto přirozených Treg, jejichž hlavní úlohou je zjevně zabezpe-čovat periferní toleranci a bránit vzniku autoimunitních onemocnění, existují ještě tzv. indukované regulační T-Iymfocyty. Ty vznikají v periferníchtkáních při většině antigenně specifických reakcí ať již THl či TH2 typu a působí zřejmě hlavně prostřednictvím sekretovaných tlumivých cytokinů. Mei tyto buňky patří již výše zmíněné Trl a TH3. Tyto buňky mohou vznikal

také po kontaktu T-lymfocytů s některými nezralými DC. Indukované Treg(TrI, TH3) zjevně pomáhají tlumit imunitní reakce a omezit jejich škodlivimunopatologické dopady.

Regulační T-lyrnfocyty různých typů mají zajímavou schopnost přeměňovat jiné T-lymfocyty na sobě podobné buňky (tento jev se označuje jako"infekční tolerance"). Mechanismus je zřejmě založen na tom, že pokud Sl'

sejdou aktivní Treg s jinými T-lymfocyty na povrchu stejné dendritické buň

[ I

Imunimt reakce založené na T-lymfoC1jfech a NK-bu/lkách /131

~y,vytváří Treg cytokinové prostředí příznivé pro diferenciaci obdobnéhotypu buněk.

Jeden typ regulačních T-lymfocytů vzniká po kontaktu se zvláštní popu-l.icí DC produkující enzym indolamin 2,3 dioxygenázu (IDO). IDO metabo-lizuje aminokyselinu tryptofan, která je důležitá pro zdárnou proliferaci.1 diferenciaci efektorových T-lymfocytů. V prostředí, v němž je nedostatekIryptofanu, dochází po kontaktu T-DC ke vzniku tlumivých T-lymfocytů((,D4+ nebo CD8+). Ty mají také "infekční" vlastnosti - po kontaktu s další-mi DC v nich indukují produkci IDO a tak z nich dělají další tolerogenní DC.li-nto mechanismus pozitivní zpětné vazby by mohl velmi účinně přispívat~ vytváření obecně imunosupresivního prostředí bránícího vzniku autoimu-nitních onemocnění a imunopatologických reakcí.

Je zjevné, že různé typy tlumivých buněk mají zásadní pozitivní význam(hráni vzniku autoimunit a imunopatologických reakcí), avšak mohou půso-hit i problémy (např. představují závažnou překážku při eliminaci nádoro-vvch buněk a některých infekcí).

Tlumivé buňky mají zajímavou historii - byly pod názvem Ts intenziv-III' studovány v 70. letech 20. století, poté byly v důsledku některých omy-III a nesolidních výsledků po dlouhou dobu považovány za experimen-1.\lní artefakt a konečně byly po roce 1995 (v trochu jiné podobě) plněu-habilítovény.

) '2..

1.1 IMUNITNí REAKCE TYPU TH1 - ZÁNĚTLIVÁ REAKCE

.ikladní funkcí THI-buněk je spolupráce s makrofágy a jejich stimulace~ přeměně v aktivované makrofágy. Některé patogenní mikroorganismy(n.rpř, mykobakterie) jsou schopny velmi dobře přežívat i po pohlcení makro-I.I};cmve fagosomech; je to vlastně jejich optimální životní prostředí. Aby ty-III intracelulární parazity dokázal makrofág zničit, musí se změnit v aktivo-v.mý makrofág, který disponuje dalšími baktericidnímí mechanismyIprodukce oxidu dusnatého, NO). Pro tuto přeměnu jsou nezbytné cytokinyprodukované THl-buňkami, naopak pro vznik a pomnožení zralých THl-bu-III'kje nezbytný styk s infikovanými nebo jinak aktivovanými makrofágy.

Makrofág infikovaný intracelulárními parazity produkuje určité množ-Iví hydrolytických fragmentů proteinů pocházejících z parazita. NěkteréI('chto fragmentů se asociují s MHC gp II a tyto komplexy se objevují na

Jlovrchu. Tam mohou být rozeznány TCR na povrchu prekurzorů TH (CD4+).N.I povrchu makrofágů se nacházejí i adhezivní molekuly (např. protein

Page 65: Zaklady imunologie

/132 Hořejší, Barfůl1ková / Základy imunologie

Intracelulárnlparaziti vevakuolách

Sekrece cytokinůa antibakteriálnlch látek

I AKTIVOVANÝ MAKROFÁG I

Obr. 41: Díferenciace TH1 a vznik aktivovaných makrofágů.

ICAM-l, který se váže na adhezivní receptor LFA-l na povrchu T-Iymfocytu; tyto adhezivní páry molekul umožňují dostatečně pevný kontakt oboubuněk; viz kap. 9) a ligandy kostimulačních receptorů (hlavně protein CD81l[B7.2], který se váže na kostimulační receptor CD28 na povrchu T-buňkylMakrofágy produkují také IL-12, který je výrazným diferenciačním faktorem pro THl. Prekurzor TH' který takto rozeznal infikovaný makrofág, dostane soubor signálů (přes TCR, CD28, receptor pro IL-12 a přes další povrchové adhezivní a signalizační molekuly), které vedou k pomnožení klonus příslušnou specifitou a konečné diferenciaci na efektorové THl-buňky

'f1tvtJ~ (obr. 41). Ty kontaktují prostřednictvím adhezivních molekul a TCR infiko/hA 'tlT.,7t1(,;~ ~ vané makrofágy a sekretují na ně cytokin interferon y (IFN-y), který je sti

'I ~ muluje k přeměně v aktivovanou formu. Další hlavní cytokin THl-buněk,RF 1'''0-e IL-2, je využíván samotnými těmito buňkami jako autokrinní růstový fak

tor nezbytný k jejich dělení a proliferaci. Aktivované makrofágy (i ty, kterenejsou infikovány a jsou pouze aktivovány IFN-y) kromě toho, že mnohem 1(,pe likvidují intracelulární parazity, sekretují také řadu látek (např. cytokinyIL-l, TNF a další), které přispívají k další stimulaci T-buněk a obecně stimu

-t

Imunitní reakce založeně na T-Iymfocytech a NK-buňkách /133

Itljflokální zánět (viz kap. 4), který napomáhá k potlačení infekce. THl-buň-~y se proto někdy také nazývají zánětlivé T-buňky. Vzájemné působení TH1,I makrofágů je také základním mechanismem tzv. imunopatologické reakceIjli'ccitlivělosti) opožděného typu (DTH; delayed type hypersensitivity; viz~,Ip. 18). TH1 se proto také někdy nazývaly TDTH'

, .' ~ •. '-'-,;,."", /tJ'fIL I".J' ~':'Ju' t'r... Ii.

1.3 IMUNITNí REAKCE TYPU THI-"-POMOC B-LYMFOCYTŮM

.ikladní funkcí TH2-buněk je spolupráce s B-lymfocyty, které byly předemírmulovény rozeznáním antigenu. Tato interakce vede k pomnoženi dané-

11\\ klonu B-buněk a jejich konečné diferenciaci v plazmatické buňky produ-~lIjící velká množství protilátek. Pomoc TH2-buněk B-lymfocytům je založe-1\,\ na sekreci cytokinů (hlavně IL-4~ IL-5, IL-6) a přímém mezibuněčnémkontaktu zprostředkovaném několika páry adhezivních a signalizačníchpovrchových molekul (obr. 42). Pro B-Iymfocyty je mezi nimi nejdůležitějšíInterakce mezi kostimulačním receptorem B-Iymfocytů CD40 a jeho ligan-dl'm (membránovým cytokinem) na povrchu aktivovaných TH2 zvaným('040L (CD154).

K tomu, aby z prekurzorových Twbuněk vznikl klon zralých efektoro-\ ych buněk TH2 je potřeba, aby se prekurzorová buňka setkala s antigenemrkomplexem MHC gp II a antigenního peptidu) na povrchu profesionální'\PC a za přítomnosti interleukinu 4. Optimálními APC jsou dendritickébuňky, které mají na svém povrchu velká množství MHC gp II (stovky tisíc,I), miliony exemplářů na každé buňce), potřebné adhezivní molekuly,I hlavně kostimulační proteiny CD80 a CD86. Spolupůsobením signálů pře-.laných do T-buňky přes TCR, CD28 (receptor pro CD80 a CD86f, receptorpro IL-4 a receptor pro IL-2 dojde k opakovanému buněčnému dělení (proli-k-raci) a diferenciaci na klon zralých efektorových TH2. Ty pak dodávajíIymfocytům B potřebné pomocné signály prostřednictvím sekretovanýchI membránově vázaných (CD40L) cytokinů (viz obr. 43). Na povrchu každéA PC jsou samozřejmě přítomny tisíce různých komplexů MHC gp s pepti-.Iv; většina peptidů pochází z normálních proteinů organismu vlastních,

Kostimulačnímu receptoru C028 je strukturně podobný negativní (inhibiční) receptorvaný CTLA-4 (CD152), který také váže ligandy C080 a C086, avšak aktivovanémuI Iymfocytu poskytuje silný inhíbiční signál tlumící přílišnou reaktivitu. Existuje ještě ně-kolik dalších obdobných párů receptor-ligand podobných páru C028-C080. Některé

nich jsou stimulační (ICOS-B7h), jiné inhibiční (PO-l - PO-LI).

;;> ML~#O-te I Cf l-fJ;Ve

Page 66: Zaklady imunologie

/134 Hořejšf, Barf!iJíková / Základy imunologie

~(f)ICAM-1

ICAM-3

I T Iymfocyt I IAPelCD86

CD80

CD40~c L"'V ~ (f)

CD86

IL-4R~ (f)

IL-5R~ (f)

Obr. 42: Adhezivní a signalizační páry povrchových molekul při interakci (vzniku "imunologické synapse") T-lymfocytu s Are (zde B-lymfocyt). Šipky značí přenos signálu(stimulačního +, event. ínhibičního -). Silné šipky značí nejvýznamnější signály.

~

CD\CR

O LFA-1

~

\ CD40L

IL-4 IL-S Prohferace.-----.1 prekursorTHI ~. •... t],.;;:" \ diřerenciaceCíi4'" • -0-"'- na plazrnocyty

~. O - a pamšřové B

• C028 ----.IrA.' ('\ 1 B LYMFOCYT I",...,...~~ IL-4.IL-5.~""

Antigen(bakterie)

1 KLON ZRALYCH TH21

Obr. 43: Diferenciace T1-12 a stimulace B-lymfocytů.

Imunitni reakce založené na T-Iymfocytech a NK-buiíkách /135

'·,'IŠí či menší část jich může pocházet z cizorodých proteinů (antigenů). Zdá1', že stačí, aby na povrchu APC bylo méně než 10 specifických antigenních

I"'ptidů rozeznávaných určitým TCR, aby byl příslušný T-Iymfocyt po kon-I••ktu s takovou APC plně aktivován. Kontakt mezi takovým "naivním"1 Iymfocytem a APC však musí trvat poměrně dlouho (desítky minut). Kaž-dy specifický komplex peptid-MHC gp zřejmě během této doby postupněuucraguje s mnoha (několika sty) TCR. Tím se postupně v T-Iymfocytu akti-vu]e a nahromadí dostatečné množství molekul signalizačních kaskád, které1.lčína provedení všech změn nutných k zahájení proliferace a diferenciace.

1'1'0 aktivaci zralého efektorového nebo paměťového T-Iymfocytu stačí mno-11\'01 kratší kontakt s APC, která může nést jen několik málo (1-3) specific-kych komplexů peptid-MHC gp. Místo kontaktu mezi stimulovanýmI' Iymfocytem a APC, v němž jsou koncentricky organizovány různé druhyI1'CCptOrůa adhezivních molekul, se nazývá imunologická synapse (analo-gie k neurologické synapsi).

Twlymiocyty mohou obecně poskytovat pomoc dvěma typům B-Iymfo-.ytů:

• Prvním typem jsou ty B-Iymfocyty, které rozeznaly pomocí svého BCRstejný antigen, který pohltily i dendritické buňky (APC), jež vyvolaly pů-vodně tvorbu klonu TH2. Takové B-buňky posléze antigen navázaný naBCR pohltily a rozštěpily na peptidové fragmenty, z nichž některé se na-vázaly na MHC gp II a tyto komplexy se objevily na povrchu. Na povr-chu takové B-buňky se tedy objevují stejné komplexy MHC gp II-peptidjako na povrchu oné iniciační dendritické buňky, a TCR příslušných TH2jeproto specificky rozeznává. To je ideální situace - TH2poskytuje specific-kou přímou pomoc B-buňkám, které byly stimulovány rozeznáním stej-ného antigenu, který vyvolal (po zpracování v APC) i vznik příslušněspecifických TH2-buněk. Je přitom důležité, že ke stimulaci sekrece cyto-kinů stačí TH2-bulke jen uvedení v kontakt s B-Iymfocytem prostřednic-tvím TCR a adhezivních molekul; signál přes kostimulační receptorCD28 už nutný není (B-Iymfocyty v tomto stadiu mají na svém povrchujen velmi málo kostimulačních molekul CD80 a CD86).Je třeba zdůraznit, že o specifickou pomoc se může jednat i tehdy, kdyžB-Iymfocyt rozeznal pomocí svého BCR úplně jinou molekulu, než ze kterépocházejí peptidové fragmenty rozeznávané (v komplexu s MHC gp II)TH2-buňkami. Je však nutné, aby obě tyto molekuly (ta, na níž je epitoprozeznávaný BCR, a ta, z níž pocházejí peptidy rozeznávané TH2) bylynekovalentně sdruženy v komplexu nebo větší částici, kterou B-lymfocytpo rozeznání pohltí a rozštěpí její složky. Jeden a tentýž klon TH2 může

Page 67: Zaklady imunologie

I

JI

/136 Hořejší, 8artllňková / Základy imunologie Imunitní reakce založené na T-Iymfocytech a NK-bu/lkách /137

tedy poskytovat specifickou pomoc B-Iymfocytům mnoha různýchspecifit (a jeden a tentýž B-lymfocyt může dostávat pomoc od mnoharůzných klonů TH2-buněk).

• Druhým typem, jimž TH2-buňky mohou poskytnou pomoc, jsou ty B-Iymfocyty, které byly stimulovány rozeznáním úplně jiného antigenu a nasvém povrchu nemají komplexy MHC gp II s peptidy, které by byla daruTH2-buňka schopna rozeznat. I v takovém případě může dojít ke kontaktu B - TH2 (prostřednictvím adhezivních molekul), sekreci cytokinů, vazbě CD40L na kostimulační receptor CD40 a plné stimulaci takovéhoB-Iymfocytu. Taková pomoc se označuje jako nepřímá nebo "bystanderhelp" (je znázorněna na obr. 43). Není dosud příliš jasné, do jaké míry Sl'

uplatňuje také tento druh méně specifické mezibuněčné spolupráce zafyziologických podmínek; je zřejmé, že s sebou nese nebezpečí aktivacenepatřičných, např. autoreaktivních B-lymfocytů.

Pro optimální stimulaci B-lymfocytů je tedy obvykle potřeba souhry tří typů buněk: APC (hlavně dendritické buňky), TH2 a B-buňky. Někdy ale stačíspolupráce pouze mezi TH2a B-Iymfocyty - je však potřeba, aby se z B-Iymfocytu stala dobrá APC. To skutečně nastane, když B-Iymfocyt dostane signálpřes BCR (rozeznáním antigenu) a současně je nespecificky stimulován některými bakteriálními produkty (bakteriální DNA, povrchový lipopolysacharid). To způsobí, že se B-Iymfocyt dostane do stavu částečné aktivace, najeho povrchu se objeví kostimulační ligandy CD80 a CD86 (a ovšem takkomplexy MHC gp II s fragmenty pohlceného antigenu). Tak se z B-Iymfocytu stane dobrá APC, která může stimulovat vznik klonů specifických Tff2.V tomto případě mluvíme o tzv. minimálním modelu spolupráce TH2a B-buněk. K obdobné situaci také dochází v prvním případě, který jsme popisovali (APC -+ TH2 -+ B): B-lymfocyty, které dostanou pomoc od TH2, takačnou (kromě jiných změn) exprimovat na svém povrchu kostimulační

proteiny (CD80, CD86) a stanou se z nich tedy dobré APC. To je výhodnépro urychlení a posílení celého děje směřujícího k produkci protilátek - jl'k dispozici více APC a může vznikat více TH2, které mohou pomáhat větší-mu počtu B-Iymfocytů.

Některé další detaily spolupráce mezi TH2 a B-Iymfocyty jsou probrányv kap. 12.

1.4 VZÁJEMNÁ REGULACE AKTIVIT TH1 VS. THl

'" zřejmé, že některé druhy infekcí (extracelulární) jsou optimálně potlačo-I.my protilátkami (odpovědi závislé na TH2), jiné (íntracelulárnf) vyžadují.iktivaci makrofágů závislou na TH1-buňkách. Nesprávně zvolená odpověďIIlCIŽemit fatální následky.

O tom, budou-li se prekurzorové CD4+ Twbuňky vyvíjet směrem k TH2ru-be k THl, rozhoduje poměr koncentrací dvou cytokinů - IL-12 a IL-4.II. 12 je produkován makrofágy a dendritickými buňkami stimulovanými""'kterými mikroorganismy, IL-4 asi hlavně bazofily a mastocyty. Začne-li'1'1ý proces u makrofágů, budou tyto produkovat IL-12 a ten bude stimulo-I,ll vznik THl. Budou-li první fáze aktivace prekurzorů TH probíhat v pří-turnnosti IL-4 uvolněného ze stimulovaných bazofilů a mastocytů, budouI znikat hlavně TH2. Podstatné je, že cytokiny produkované THl-buňkami(hlavně IFN-y) dále podporují vývoj TH1 a silně inhibují vývoj TH2. Nao-I'"k IL-4 a IL-10, produkty TH2, podporují vznik TH2 a inhibují vývoj THl.

,Ipočne-li tedy TH1 odpověď, bude mít silnou tendenci automaticky se stabi-hzovat a potlačovat konkurenční TH2odpověď, a naopak (obr. 44). To je jeden

nejdůležitějších imunoregulačních mechanismů. Je třeba poznamenat, že11.-2produkovaný THl působí i na TH2 (a na jiné T-Iymfocyty) stimulačně,I.lkže antagonismus TH1 vs. TH2 není vždy absolutní. Je ovšem třeba mít nap.iměti, že in vivo probíhají imunitní reakce proti všem druhům parazitů tak,l' se na nich do určité míry podílejí jak THl, tak TH2-buňky.

Vývoj TH3 klonů produkujících hlavně TGF-~ je zřejmě také stimulován.pccifickýrn cytokinovým prostředím (převaha IL-4, IL-10 a TGF-~). TentoIyp TH má zásadní význam pro spolupráci s B-Iymfocyty ve slizniční lym-luidní tkáni (viz kap. 14).

J '' - .•.:.;"0 4-

jll-udu ~ t."4"~

Page 68: Zaklady imunologie

/138 Hořejší, Bartiiňková / Základy imunologie

(9)/I PLAZMOCYTY I

IFN-y~ IFN-y O protilátky

'~~/ [BJ

~~~?(YT2IL-12/ -, / ~[YJ

@\,-@BI PREKURZOR TH I I BAZOFIL I

Obr. 44: Vzájemná regulace THl vs. TH2. Hlavní cytokiny produkované TH2 (fL-4 a IL-l())inhibují vývoj Tli' (a také inhibují aktivaci rnakrofágů); hlavní cytokin produkovaný Tpl(IFN-y) inhibuje vývoj TH2. f /I n. I /.

: IrtJ ••••••,."'- ,

11.5 IMUNITNí REAKCE ZALOŽENÉNA CYTOTOXICKÝCH T·LYMFOCYTECH es .pf-

Cytotoxické T-Iymfocyty (Td rozeznávají buňky infikované viry nebo jinýmiintracelulárními parazity, popř. buňky jinak abnormální (poškozené stresem,některé nádorové buňky) a ničí je mechanismy závislými na bezprostřednímtěsném kontaktu mezi Tc a napadanou buňkou nebo prostřednictvím sekre-tovaných produktů. Tento způsob obrany je velmi radikální, jeho účelem jeodstranit z organismu potenciální zdroj nákazy, ale je také značně riskantní- poškození tkání cytotoxickými T-Iymfocyty může být někdy mnohem vět-ší než např. poškození virem, který způsobil infekci.

Zahájení imunitní odpovědi založené na Tc je zřejmě podobné jakov případě aktivace THl nebo TH2: prekurzory Tc musí rozeznat komplexyMHC gp I s antigenními peptídy (např. fragmenty virových proteinů) na po-vrchu buněk prezentujících antigen (APC), které musí mít patřičné adhe-zivní molekuly a kostimulační molekuly (CD80, CD86; ligandy receptoruCD28). Takovými APC mohou být hlavně dendritické buňky nebo makrořá-

lmunitni reakce založené na T-Iymfocytech a NK-blliíkách /139

r,Y. Tyto buňky jsou daným virem buď infikovány, nebo pohltí příslušné anti-Hl'ny,které pocházejí z odumřelých infikovaných, nádorových nebo stresova-uych buněk. Pokud by prekurzorová Tc-buňka rozeznala antigen (komplexMllC gp I s peptidem) na povrchu jiných buněk, které nemají stimulačnívlastnosti profesionálních APC, dostala by pouze první signál (přes TCR),I 10 by ji utlumilo. Dojde-li tedy k prvnímu kontaktu na povrchu účinné APC(obvykle v lymfatické uzlině), prekurzor Tc se začne dělit (proliferovat) a di-lrrencovat na klon zralých efektorových cytotoxických buněk (Tc, CTL). ZdáI', že tento proces probíhá optimálně, napomáhají-ti přitom ještě THI-buňky,I'kretující IL-2, neboť tento cytokin je pro proliferaci klonů Tc potřebný a ty-

tli buňky jej samy produkují pouze relativně málo. Úloha Twbuněk při sti-mulaci vývoje Tc je zřejmě ještě mnohem podstatnější a nespočívá pouzev dodávání IL-2. Ukazuje se totiž, že k tomu, aby dendritická buňka byla

hopna stimulovat dělení a diferenciaci antigenně specifických klonů To mu-I být nejprve sama stimulována kontaktem s Tlrbuňkami. Při této přeměně

dendritických buněk na dobré stimulátory Tc hraje zásadní úlohu pár adhe-ivních a signalizačních molekul CD40L (na povrchu aktivované Twbuňky)

,I CD40 (na povrchu dendritické buňky). Signály, které dostane dendritickábuňka přes receptor CD40 ji stimulují k expresi kostimulačních povrchovýchmolekul (CD80, CD86) a sekreci cytokinů (IL-l, IL-12) účastnících se potom-timulace Tc-buněk. Tento děj (vzájemná stimulace THa APC pomocí systé-mu CD40L - CD40) je obecně velmi důležitý při přeměně klidových APCv aktivované APC, které jsou teprve plně funkční při stimulaci dělení a dife-renciace T-lymfocytů (TH i Tc).

Efektorové Tc jsou roznášeny krevním oběhem do tkání, kde mohou za-l ít působit. Podstatné je, že zralé Tc jsou už k aktivaci cytotoxických mecha-nismů stimulovány pouze jedním signálem (přes TCR; kostimulační signálpřes CD28 už není potřebný) a mohou tedy eliminovat různé typy infikova-ných buněk.

Tc používají tři druhy cytotoxických mechanismů (obr. 45):• V cytoplazmě zralých Tc se nachází množství cytotoxických granulí

(specializovaných lysosomů), které obsahují protein perforin a proteázyzvané granzymy. Poté, co Tc-Iymfocyt rozezná pomocí adhezivních mo-lekul a TCR "vadnou" buňku, tyto cytotoxické granule migrují k plazma-tické membráně v místě kontaktu obou buněk, fúzují s ní a jejich obsah seuvolňuje do úzké štěrbiny mezi oběma buňkami (tzv. degranulace Tc).Perforin je strukturně podobný komplementovému proteinu C9 a podob-ně jako on je také schopen vytvářet v cytoplazmatické membráně póry.V některých případech mohou tyto póry způsobit úplné proděravění

Page 69: Zaklady imunologie

/140 Hořejší, Barfůiíková / Základy imunologie

ICAM

Apoptčza e ••

~zymy •.I ",.a. Perfonn

Obr. 45: Cytotoxické mechanismy TC-buněk (perforin/ granzymy; FasL-Fas).

membrány a smrt buňky osmotickou lýzou. Většinou jsou však tyto pórymalé a slouží k tomu, že se jimi do buňky dostanou granzymy. Ty pakštěpí v cytoplazmě prekurzory proteáz ze skupiny tzv. caspáz, které Sl'tím aktivují. Caspázy působí na další cytoplazmatické proteiny, což vedl'ke spuštění kaskády reakcí kulminující v apoptotickou smrt takto zasa-žené buňky. Dosud není příliš jasné, proč perforin a granzymy neničí ta-ké buňky, které je sekretují (Tc). Snad je to tím, že cytotoxické granulejsou vylučovány jako celek a fúzují s membránou napadené buňky.

• Na povrchu Tc se nachází protein zvaný Fas-ligand (Fasl.), strukturněpodobný cytokinům skupiny TNF. FasL se váže na apoptotický receptoFas (CD95) přítomný na povrchu mnoha různých typů buněk. Signály,které se takto přenášejí přes receptor Fas do buňky, aktivují kaskádu rakcí, vedoucí opět k apoptotické smrti cílové buňky. Je zajímavé, že rcceptor Fas je i na povrchu Tc; Tc tedy mohou (a skutečně tak činí) páchatsebevraždu tím, že na povrchu téže buňky se FasL naváže na Fas receptor a aktivuje tím apoptotické děje. To je důležitý mechanismus brzdícíaktivitu Tc a časově omezující imunitní reakce založené na Tc

• Oba předešlé způsoby vyžadují individuální kontakt cílové buňky s cytotoxickým lymfocytem. Tento způsob je sice specifický, ale vyžaduje vel kmnožství příslušných Tcbuněk. Proto Tc používají k zabíjení cílových

Imunitní reakce založené na T-Iymfocytech a NK-buňkách /141

buněk také své sekretované produkty, zejména cytokin lymfotoxin (LTiTNF-~), který působí podobně jako FasL (indukuje apoptózu). Je zřejmé,že tento způsob je pak již méně specifický a při masivní aktivaci Tclym-focytů může snadno dojít k poškození okolních normálních buněk.

11.6 AKTIVACE T-LYMFOCYTŮ SPOUŠTĚNÁ SUPERANTlGENY

[ako superantigeny se označují proteiny (mikrobiální produkty), které majídvě vazebná místa (obr. 46): jedním interagují s epitopem přítomným navšech molekulách MHC gp II,druhým se strukturami sdílenými mnoharůznými molekulami TCR (těmi, které používají strukturně podobné varia-bilní úseky). Takový superantigen pak může propojit MHC gp IIna povrchuiakýchkoli APC s TCR přítomnými na velké části T-Iyrnfocytů (např. 1-10 %všech). To dá T-Iymfocytu signál podobný normálnímu signálu přes TCR,který vede k rychlé aktivaci mnoha T-buněk současně a sekreci velkéhomnožství cytokinů, které pak mohou způsobit šokové stavy. Některé super-antigeny jsou membránové proteiny zakotvené na povrchu APC (produktyněkterých onkogenních retrovirů), jiné jsou rozpustnými toxickými produk-ty např. některých stafylokoků.

WWffWWWWffffffWffff"ffffOOrrggggmggggggggg 1\ 00T LYMFOCYT

, ~~~~~~~~~~~~~~~~~~, ~~~~~~~~~~~~~~~~~~

ft ft ft ff ff ff ffffffffffffffffffffff"ff"""ggggggggggggggggggggggg\\\\\\\\~~\\\WJ\'APC

Obr. 46: Princip působení superantigenů (propojení MHC gp II s "nepatřičnými" TCRa tÚ11masová aktivace T-lyrnfocytů).

Page 70: Zaklady imunologie

~II

/142 Hořejší, Bartůiíková / Základy imunologie

liI

1:1

II

Jak již bylo zmíněno dříve (kap. 7), podobné aktivační účinky mají některé mitogenní lektiny (např. ConA a PHA). Polyklonální aktivace T-lymfocytů lze dosáhnout také protilátkami proti TCR nebo CD3.

"( l ••.•.~ q/l(lc' '. ..t, -? 1'o/-MIN:;

11.1 NK-BUNKY

NK-buňky (natural killers - "přirození zabíječi") byly původně popsány jakolymfocyty, které jsou schopny rychle (bez předchozí stimulace, proliferace a diferenciace, jako je tomu u Te) zabíjet některé nádorové a virově infikovancbuňky. NK-bui'íky jsou morfologicky velké granulární lymfocyty; na rozdíl odT- a B-Iymfocytů nemají antigenně specifické receptory, a proto zůstávalo z~had ou, jak rozeznávají abnormální buňky. Nyní je zřejmé, že NK-buňky rozeznávají buňky, které mají na povrchu abnormálně málo MHC gp I: nádorovbuňky i některé viry infikované buňky se brání napadení Tcbuňkami tím, Žl'

potlačují povrchovou expresi MHC gp I. NK-buňky jsou vlastně spíše součástíantigenně nespecifických obranných mechanismů; jsou to však lymfocyty, jejich nástroje jsou cytotoxicky podobné jako u Tc a jejich aktivity jsou do značnmíry komplementární k Te; z těchto důvodů je probíráme na tomto místě.

11.7.1 RECEPTORY NK-BUNĚK

NK-buňky mají na svém povrchu dva typy receptorů: tzv. pozitivní (stimu-lační) a negativní (inhibiční).

Stimulační receptory jsou některé adhezivní molekuly (např. některé povrchové lektiny jako NKR-Pl), které rozeznávají struktury přítomné obecnna povrchu nejrůznějších typů buněk (např. některé typy MHC proteinů).Signály poskytnuté těmito receptory aktivují NK-buňku k použití jejích cytotoxických mechanismů. Mezi stimulační receptory patří i Fc-receptorCD16. Setká-li se NK-Iymfocyt s buňkou, která je opsonizována protilátkami třídy IgG, naváže se prostřednictvím receptoru CD16 na jejich Fc části. Topak způsobí agregaci receptorů a přenesení signálů, které aktivují cytotoxické mechanismy (degranulace). Tento děj se nazývá cytotoxická reakce zá-vislá na protilátkách (ADCC; antibody-dependent cellular cytotoxicity).

InhibičnÍ receptory rozeznávají MHC gp I. Signály, které buňka přes tyto receptory dostane, jsou negativní - inhibují cytotoxické mechanismy. Tytoreceptory patří do dvou různých strukturních skupin - imunoglobulínovéa C-Iektinové. NK-buňky nemají nějaký univerzální inhibiční receptor, který

/143Imunitní reakce založené na T-lymfoClJtech a NK-buiíkách

'ly rozeznal všechny izotypy a alelické formy MHC gp 1. Jednotlivé klonyNK-buněk exprimují na svém povrchu různé kombinace těchto inhibičníchu-ccptorů, které rozeznávají některé formy molekul MHC gp 1. Zdá se, žeIIl'které z těchto receptorů rozeznávají s nižší afinitou molekuly MHC gp I,11,1 které jsou navázány abnormální peptidy pocházející např. z některých vi-ruvých proteinů. Inhibiční receptory se vyskytují i na povrchu některýchI Iymfocytů, kde zřejmě brání příliš snadné aktivaci jejich efektorových me-, hanismů.

lnhibiční receptory imunoglobulinové skupiny se nazývají KIR (killer in-lubitor receptors); dosud byly nalezeny pouze na lidských NK-buňkách. Jejichmhibiční aktivita je založena na asociaci s cytoplazmatickými fosfatázami,~Il'ré ruší signalizační dráhy zahájené pozitivními (stimulačními) receptory11';()ciovanýmis proteinkinázami. Je třeba zmínit, že podobné inhibiční recep-Imy zvané UR, resp. ILT (CD85), jsou přítomny na povrchu různých druhůh-ukocytů a zřejmě také pomáhají tlumit jejich přílišnou reaktivitu.

Inhibiční receptory C-Iektinové skupiny jsou známy jak u myších (skupi-11.1 receptorů zvaných Ly-49), tak lidských NK-buněk (několik typů hetero-.Iimerů CD94/NKG2).

Výsledná reakce NK-buňky na setkání s nějakou jinou buňkou závisí tedy11.1 tom, převáží-li stimulační, nebo inhibiční signály. Má-li buňka na povrchunormální množství MHC gp I molekul nesoucích normální peptidy, převážíIIt'gativní signály a NK-buňka se neaktivuje. Je-li však na povrchu buňky ab-normálně málo MHC gp I, chybí-li některý izotyp, nebo jsou-li tyto molekulypozměněny tak, že je inhibiční receptory nerozeznají, převáží stimulační síg-u.ily a cílová buňka je NK-buňkou cytotoxicky zabita. Buňka se však může

1M citlivou pro lýzu NK-buňkami také tím, že na jejím povrchu se objeví zvý-I'né množství ligandů aktivačních receptorů (např. na stresovaných či virově

nrflkovaných buňkách neklasické MHC proteiny MICA, MICB, ULBP).

11.7.2 CYTOTOXICKÉ MECHANISMY A SEKREČNí PRODUKTYNK-BUNĚK

Illavními cytotoxickými nástroji NK-buněk jsou, stejně jako uTc, cytotoxic-h' granule obsahující perforin a granzymy. Důležitými aktivátory NK-bu-IIt\kjsou interferony a a ~ produkované různými buňkami po virové infekci.NK-buňky mají i důležité regulační funkce - jsou zdrojem cytokinů IFN-y,11.-3,M-CSF a některých dalších. Tyto látky ovlivňují diferenciaci efektoro-vvch Twbuněk, ale také hematopoezu.

Page 71: Zaklady imunologie

12Imunitní reakce

založené na protilátkách

Tento druh imunitních reakcí je založen na rozeznání antigenu povrchovýmantigenně specifickým receptorem Bvlymfocytů (BeR). Za vhodných podmnek (většinou spolupráce s TH) se takto stimulované B-lymfocyty pomnoží(vzniknou klony mnoha dceřiných buněk s identickou nebo velmi podobnou specifitou) a diferencují na plazmatické buňky, které sekretují velknmnožství protilátek, tj. vlastně rozpustných antigenně specifických receptorů. Struktura a funkce BeR, protilátek i principy fungování TH byly již probírány v předchozích kapitolách (kap. S, 10 a 11).

Většina antigenů (hlavně proteiny) je schopna vyvolat pouze protilátkovou odpověď závislou na spolupráci Twbuněk s B-Iymfocyty (tzv. Tvzávielé[dependentní] antigeny). Některé antigeny, zvláště polysacharidy, jsou T-nzávislé (independentní) - ~. vyvolávají diferenciaci Bvlymfocytů na plazmocyty a sekreci protilátek i bez spolupráce s TH. U jedinců s poruchami funkceT-Iymfocytů zůstává zachována schopnost produkovat protilátky protiT-nezávislým antigenům; v některých případech (u novorozenců, pacientupo splenektomii, u některých primárních imunodeficiencí) je naopak zachována pouze schopnost tvořit protilátky proti T-dependentním antigenům.

11.1 PROTILÁTKOVÁ REAKCE VYVOLANÁ ANTIGENYNEZÁVISLÝMI NA T·LYMFOCYTECH

Při tomto druhu protilátkové reakce dochází hlavně k tvorbě nízkoafinníchprotilátek třídy JgM. T-nezávislé antigeny lze rozdělit do dvou podskupinpodle toho, jakým způsobem aktivují B-Iymfocyty. Do první skupiny (TI-l)

Imunitní reakce založené na protilátkách /145

!"Itří zejména bakteriální lipopolysacharid (LPS). Ve vyšších koncentracích" váže na receptor Bvlymfocytů pro LPS, což způsobuje nespecifickou stimu-

1,1\ i velkého množství Bvlymfocytů a produkci protilátek nezávisle na jejichiuligenní specifitě. LPS tedy působí jako polyklonální mitogen Bvlymfocytů,I'0dobně jako např. některé rostlinné lektiny nebo bakteriální superantigeny[ursobí jako mitogeny Tvlymfocytů.

Druhý typ T-nezávislých antigenů (TI-2) má charakteristickou strukturul<;oU to poly.mery složené z mnohokrát opakovaných základních jednotek,

1,1)...0 např. mikrobiální povrchové polysacharidy (obsažené typicky v obalulI)louzdřených bakterií, např. pneumokoků) nebo polymerní proteiny (např.tl.rgellin skládající se z mnoha shodných podjednotek a tvořící bičíky [flage-1,11 některých bakterií). Tyto polymerní antigeny reagují simultánně s vel-kvrn počtem BeR a intenzivně je tím shlukují. Tím vznikají signály, které1~lIudostatečně silné k tomu, aby vyvolaly buněčné dělení a diferenciaci na1'I,Izmatické buňky bez přímé pomoci TH. Takto mohou být stimuloványI&IlUzezralé B-Iymfocyty; nezralé jsou působením TI-2 antigenů anergizová-"y (uvedeny do stavu neodpovídavosti a útlumu). Proto také novorozenci,II kterých je charakteristický vysoký podíl nezralých B-lymfocytů, nejsou, hopni tvořit až do zhruba dvou let protilátky proti bakteriálním polysa-

vharidům.Nezávislost na T-Iymfocytech není však úplná - B-Iymfocyty stimulova-

III' Tl-2 antigeny sice nepotřebují přímý kontakt s TH' ale potřebují některé.ytokiny (IL-2, IL-3, IFN-y), které jsou produkovány buď T-Iymfocyty, ale ta-~,.,Nlš-buňkamí, nebo pocházejí i z jiných zdrojů.

t.1 PROTI LÁTKOVÁ REAKCE VYVOLANÁ ANTIGENYZÁVISLÝMI NA T·LYMFOCYTECH

( 'harakteristickým rysem protilátkových reakcí závislých na THje, že probí-"••jí ve dvou fázích zvaných primární a sekundární odpověď. V závislosti nad.ivce antigenu a způsobu jeho podávání mohou být tyto fáze jasně oddělené(rypicky tehdy, když jsou podávány opakované malé dávky s vhodným ča-ovým odstupem), nebo na sebe mohou bezprostředně navazovat (typicky

II přirozené infekce, kdy v organismu přetrvává, resp. vzniká relativně velkémnožství antigenu po delší dobu). Pro tento druh protilátkové odpovědi jerharakteristický vznik paměťových buněk a vznik vysokoafinních protilátek\ procesu tzv. afinitní maturace.

Page 72: Zaklady imunologie

/146 HOI'ejšÍ, Bartůiíková / Základy imunologie

12.2.1 PRIMÁRNí FÁZE PROTILÁTKOVÉ REAKCE

Při prvním setkání s antigenem (po imunizaci nebo po přirozené infekci) obvykle téměř současně probíhají dva děje:

stimulace B-Iymfocytu vazbou antigenu na jeho BCR;pohlcení antigenu profesionální buňkou prezentující antigen (APC; zejmrna dendritické buňky) spojené s prezentací peptidových fragmentů v komplexu s MHC gp II prekurzorům TH a vznik klonů antigenně specifickýchTH2-buněk. Ty rozeznávají patřičné antigenem stimulované B-buňky(podle přítomnosti komplexů MHC gp II s antigenními peptidy na jejichpovrchu) a poskytují jim signály (sekretované a povrchové cytokiny),které způsobí pomnožení, diferenciaci na plazmatické buňky a sekrcdprotilátek.

Část B-buněk se nepřemění na plazmatické buňky, ale stanou se z nichpaměťové buňky, které mohou dále pokračovat ve vývoji a zahájit (podleokolností buď v přímé návaznosti nebo s větším čí menším časovým odstupern) sekundární fázi odpovědi. Protilátky produkované touto první vlnouplazmatických buněk během 3--4 dnů od primární infekce (imunizace) jsoutéměř výhradně IgM a mají poměrně nízkou afinitu k antigenu. Všechny tyhlděje od rozeznání antigenu až po vznik plazmatických buněk probíhají hlavně v sekundárních lyrnfoidních orgánech (lymfatické uzliny, slezina, Peyerovy plaky): značná část plazmatických buněk je roznesena oběhovým systémem na různá místa v organismu, zvláště do kostní dřeně. IgM protilátkprodukované během této prvotní fáze protilátkové odpovědi jsou obvykleúčinné při blokování šíření infekce (efektorové mechanismy protilátek jsouprobírány dále). Tyto protilátky (ale také tzv. přirozené protilátky, které jsouněkterými B-buňkami produkovány spontánně a konstitutivně) tvoří s antigeny (např. fragmenty infekčních mikroorganismů) imunokomplexy. Ty jsouzachycovány v lymfatických uzlinách a jiných sekundárních lymfoidních orgánech na povrchu folikulárních dendritických buněk (FDC) v primárníchlymfoidních folikulech (viz kap. 1). FDC mohou na svém povrchu skladovalimunokomplexy velmi dlouho (údajně až roky). Na povrchu těchto buněkse tedy ve formě imunokomplexů skladují a výrazně koncentrují antigeny.Ty mohou pak být rozeznávány B-Iymfocyty, především těmi, které vzniklyklonální expanzí B-buněk stimulovaných primárním stykem s antigenemFDC tedy fungují jako buňky prezentující antigen B-lymfocytům. Ke vznikudostatečného množství imunokomplexů usazených na povrchu FDC můžedocházet pouze tehdy, je-li k dispozici dostatek antigenu (buď byla iníciační

Imunitní reakce založeně na protilátkách /147

.l.rvka dostatečně velká a určité množství přetrvalo v organismu několik

.lili, nebo je dodán v druhé dávce následující po první po několika dnech).

.2.2 SEKUNDÁRNí FÁZE PROTI LÁTKOVÉ REAKCE

I'n rozeznání antigenu na FDC v primárních lymfoidních folikulech a po ob-,II žení pomocných signálů od specifických TH (kterých je v okolí folikuludostatek) začne nové kolo dělení a diferenciace B-Iymfocytů (sekundární re-,Ike). To je pod vlivem signálů od FDC a THdoprovázeno intenzivními mu-IIIl'emi V-segmentů genů pro HaL-řetězce a vznikem mutantních klonů1\ buněk nesoucích BCR, jejichž vazebná místa pro antigen se více či méně li-Iod B-buněk, které do tohoto druhého kola vstoupily (mechanismus tohoto

mutačního děje je probrán v kap. 10.2). K tomu, aby tyto buňky přežily, mu-I dostat dostatečně silné signály prostřednictvím BCR a cytokinových re-

'I·ptorů. V soutěži o omezené množství antigenu mají šanci přežít tedy pou-I' ty buňky, které nesou BCR vážící s dostatečnou afinitou antigen na

povrchu FDC. Hynou všechny ty, u nichž mutace byly neproduktivni nebovedly k BCR s nízkou afinitou k antigenu. Selekční tlak v průběhu sekun-.l.rrni protilátkové odpovědi stále vzrůstá, neboť množství dostupného anti-);l'nu klesá (je vyvazován vznikajícími protilátkami a imunokomplexy jsouvotšinou likvidovány fagocyty), Intenzivní proliferace doprovázená masiv-111mhynutím Bvbuněk je mikroskopicky dobře pozorovatelná jako vznik se-

undárních lymfoidních folikulů, které mají zárodečné (germinální) cent-rum obsahující proliferující (a hynoucí) B-buňky, FDC a malé množství TH'l 'clý tento děj se nazývá germinální reakce a jeho výsledkem je afinitní ma-lurace vznikajících protilátek: afinita výsledných protilátek je ve srovnání

IgM protilátkami z prvního kola obvykle o 4-6 řádů vyšší".Kromě změn afinity způsobených mutačními a selekčními procesy do-

rhází také k izotypovému přesmyku, ~. k záměně konstantní části produko-vaných protilátek: místo původních IgM se začnou tvořit jiné izotypy (různépodtřídy IgG, IgA, IgE). Mechanismus izotypového přesmyku je poněkudpodobný dějům při přeskupování variabilních částí imunoglobulinovýchgenů - ireverzibilně se vyštěpují velké úseky v 3' části genového komplexupro H-řetězce (viz kap. 10). To, jaké izotypy vznikají, je určováno hlavně pů-

• Jak již bylo řečeno (kap. 10.2), v této fázi může také dojít k reaktivaci rekombináz.1 tvorbě nových kombinací genových úseků kódujících V-úseky imunoglobulinovýchrctězců,

Page 73: Zaklady imunologie

lmunitni reakce založené na protifátkách /149/148 Hořejší, Bartůňková I Základy imunologie

Naproti tomu monoklonální protilátky jsou produktem jednoho klonuIlillzmatických buněk, mají jednu specifitu a jsou jednoho izotypu. V orga-III~muse vyskytují nepatrná množství jednotlivých monoklonálních protilá-h-k, avšak za patologických okolností mohou převládat. To je v případě ná-.loru z plazmatických buněk, tzv. plazmocytomu (myelomu), při kterém seu.idorově změněný plazmocyt vymkne regulaci, ale zachovává si schopnostprodukovat protilátky (jednoho izotypu, jedné náhodné - obvykle neznámé

specifity). Při chronické zánětlivé stimulaci někdy dochází i ke vzniku mo-noklonálních protilátek pocházejících z benigních klonů B-lym1ocytů.

III vitro lze homogenní monoklonální protilátky získat izolací klonů B-lymfo-I ytů, které produkují protilátky žádané specificity a jejich pěstováním v buněč-II,' kultuře. Problém je, že B-lymfocyty mají krátkou dobu života, a proto seIIIIISfimortalizovat. Nejobvyklejším způsobem je fúze s vhodnou myelomo-VIIU buněčnou linií, která roste dobře a neomezeně ve tkáňové kultuře. vý-I,-dkem fúze mezi specifickým B-Iymfocytem a myelomem je hybridom, hyb-

litlní buňka, která roste v kultuře a produkuje stejné protilátky jako původní1\ lym1ocyt. Hybridomové monoklonální protilátky jsou mimořádně důležitý-1111 nástroji biologického výzkumu a prakticky velmi užitečnými reagenciemiuzlvanými v klinické praxi jako diagnostika i terapeutika a ve výzkumu jakoII.Istroje analytické a biotechnologické s velkým komerčním významem.

.4 EFEKTOROVÉ MECHANISMY PŮSOBENí PROTILÁTEK

Mechanismy působení protilátek v organismu jsou shrnuty v následujícíchhodech a na obr. 47:

Neutralizace. Protilátky mohou blokovat (neutralizovat) aktivitu toxinů,virů a jiných mikroorganismů tím, že se váží na kritické epitopy nutnépro toxické působení, resp. pro adhezi mikroorganismů k buňkám neboproniknutí do nich.Opsonizace. Vazbou protilátky na mikroorganismy a antigenní částice sepodstatně zlepšuje nebo vůbec umožňuje jejich pohlcení fagocyty a akti-vují se destrukční mechanismy fagocytů. Opsonizované buňky mohoubýt napadány také NK-Iymfocyty (ADCC; viz kap. 11.7.1).Aktivace komplementu. Protilátky navázané na antigen mohou aktivovatklasickou cestu komplementu (kap. 3). To přispívá k opsonizaci, chemotaxifogocytů a rozvoji zánětlivé reakce a u citlivých mikroorganismů může do-cházet až k osmotické lýze membranolytickým komplexem komplementu.Komplement neaktivují lidské protilátky izotypu IgG4 a IgA.

sobením cytokinů: IL-4 stimuluje hlavně vznik IgGl a IgE, TGF-~ a IL-I()vznik IgA, IFN-y vznik IgG2b a IgG3. Zásadní důležitost pro zahájení mli

tačních dějů, izotypového přesmyku a vzniku paměťových buněk má přímkontakt B-lymfocytů s Twbuňkami závislý na interakci mezi receptoremCD40 (na povrchu B-buněk) a jeho ligandem, povrchovým cytokinem T!-rbllněk CD40L (CD154).

Výsledkem všech těchto dějů je tedy vznik protilátek, které oproti prvnímIgM protilátkám produkovaným při primární imunitní reakci mají vyšší afinitu a jiné efektorové vlastnosti (aktivace komplementu, vazba na Fc-receptory)ávislé na izotypu. Kromě toho zůstává určité množství paměťových buněk,

které mohou po dalším setkání s antigenem zahájit další kolo protilátkovrodpovědi. To může opakovaně vést k dalšímu zvýšení afinity a ke změnámv izotypovém složení výsledné populace protilátkových molekul. Zásadnídůležitost pro zahájení mutačních dějů, izotypového přesmyku a vzniku p.Iměťových buněk má přímý kontakt B-Iymfocytů s Twbuňkami závislý nuinterakci mezi receptorem CD40 (na povrchu B-buněk) a jeho ligandem, pil

vrchovým cytokinem Twbuněk CD40L (CD154).Je třeba zdůraznit, že to, co se zde označuje jako primární a sekundám I

fáze protilátkové odpovědi, je něco jiného než primární a sekundární odpověď ve smyslu reakce na první a opakované (pozdější) setkání s určitým antigenem (typicky infekčním mikroorganismem). Výše popisovaná primárnta sekundární fáze na sebe při typických infekcích bezprostředně navazujía vedou tedy ke vzniku paměťových buněk schopných produkovat relativruvysokoafinní protilátky různých izotypů (nejen IgM). Při opakované infekdjsou tedy rychle aktivovány paměťové buňky, jejichž produkty efektivně potlačí infekci. Ještě důležitější však je, že po primární infekci dlouhou dobilpřetrvává poměrně vysoká hladina protilátek, které jsou schopny zabránilvzniku infekce v samém zárodku. Při opakované imunizaci (přirozené nebilexperimentální) dochází k novým cyklům "sekundárních" fází (afinitní m.tturace, izotypové přesmyky) a dalšímu zvyšováni kvality protilátek.

11.3 POLYKLONÁLNí A MONOKLONÁLNí PROTILÁTKY

Protilátková odpověď i proti nejjednodušším antigenům je většinou po lyklonální a výsledkem je směs stovek či spíše tisíců individuálně více či méru'odlišných molekul imunoglobulinů, produktů velkého počtu různých klonilplazmocytů. Výsledkem záměrné imunizace experimentálního zvířete je pa]polyklonální antisérum reagující s řadou epitopů na určitém antigenu.

Page 74: Zaklady imunologie

/150 Hořejší, Bartůiíková / Základy imunotogie

~ ~~~0UY Virus ~

{\\\\\\QIIJIIÍ> ...-/'J" M~V ~a L.::::t ~ \)

~ V Blokujicf (neutralizačnQ- 't( protilátkyBUNKA b

;:::;:::;:::::::

Lytický komplexC5b-C9~\\~\lI~ -;.: :-. ~\VJII/J

"'~ § lY ... ff§ ~~\\' Si: ~ =~ ~ ~ ~ s~ ~ {jJ.iC3b ~ ~~ -111111Il (j ~

11. ~lIl/lll ~ §§FcR ~llll/l !l/JlIlml\lll\\\\\\\~ ==CR3

FAGOCYT~~~~

t.\\W.I\lIr.\\\\~

Obr. 47: Efektorové mechanismy působení protilátek (blokování, opsonizace, aktivaukomplemen tu) .

t

13Regulace imunitních reakcí

Intenzita a povaha imunitní odpovědi je regulována mnoha mechanismy,~Il'ré by měly zaručit její optimální průběh. Regulace probíhá na různýchurovních,

.1 REGULACE ANTIGENEM

Antigen je samozřejmě primárním regulátorem - imunitní odpověď vyvolá-va, jeho vymizení z organismu vede k vyhasnutí reakce. Antigen podstat-uym způsobem podmiňuje afinitní maturaci B-lymfocytů (kompetice o ome-ené množství antigenu). Malá množství antigenu mají zřejmě zásadní

význam pro vznik a udržování imunologické paměti (občasná dlouhodobárestimulace paměťových buněk).

Jev antigenní kompetice je dán tím, že peptidy pocházející z různých.mtigenů kompetují o vazebná místa na MHC gp. Tím může antigen, z ně-hož se produkuje velké množství peptidu vázajícího se na MHC gp, potlačitprezentaci peptidu z jiného antigenu. Stejně tak může blokovat vazbu jinéhopcptídu ten peptid, který se váže na MHC gp IIvelmi silně.

Povrchová hustota komplexů peptid-MHC gp IIna povrchu APC spolu-rozhoduje o tom, bude-li se rozvíjet odpověď založená na THl, nebo na TH2<další faktory viz kap. 11). K dosažení odpovědi je potřeba určité prahovéhustoty antigenu na APe. Zdá se, že ta je vyšší pro aktivaciT H2 než THl.

Automatické ukončení imunitní odpovědi po vymizení antigenu je dáno.pravidla krátkou dobou života efektorových lymfocytů (plazmocytů, TH'

rc). Aktivované T-lymfocyty nesou na svém povrchu apoptotický receptorFas (CD95) i jeho ligand (Fasl.). Vzájemnou interakcí těchto molekul se sa-movolně indukuje apoptotická smrt. To, jakým způsobem končí život plaz-

Page 75: Zaklady imunologie

/152 Hořejší, Bartůiikooá / Základy imunologie

mocyty, není dobře známo. Zdá se však, že alespoň některé tyto buňky Iliidlouho (alespoň několik měsíců).

13.1 ANTAGONISTICKÉ PEPTIDY

Imunitní reakce může být zřejmě velmi účinně regulována variantami pcptdů, které jsou strukturně podobné antigenním peptidům. Peptidový fr'IHment, který pochází z antigenu, dobře se váže na MHC gp a je s dostatečnouafinitou rozeznáván určitými klony T-Iymfocytů, působí jako agonista - vyvolává plnou odpověď T-buněk (proliferace a diferenciace prekurzorů TIII"ITc, stimulace efektorových funkcí zralých TH a Td. Některé peptidy ~I

kvenčně podobné tomuto agonistickému peptidu se dobře váží na MHC MI'avšak jejich interakce s TCR je slabší nebo naopak výrazně silnější. Kupodtvu reakce T-buněk není pak jen kvantitativně slabší nebo silnější, ale kvalitutivně odlišná - T-buňka je např. stimulována k vykonávání jen některyt IIefektorových funkcí (např. sekrece jen některých cytokinů) nebo je místo silmulace aktivně utlumena (stav anergie). Peptidy, které takto působí, pak n,lzývárne částečnými agonisty resp. antagonisty. Celý jev je založen na tomže TCR není jednoduchým receptorem, který je buď" vypnut" nebo "Z,I

pnut", ale může přenášet rozmanitější signály - od negativních po růzru

druhy pozitivních. Povaha signálu zřejmě závisí hlavně na afinitě ke komplexu MHC gp-peptid a možná také na detailech orientace obou molekula možnostech participace koreceptorů CD4 a CD8. Velmi důležité je, že rwgativní signály vyvolané antagonistickým peptidem mohou překonat pOZItivní signály poskytované i agonistickými peptidy přítomnými v systémuv nadbytku. Některé mikroorganismy mohou tlumit reaktivitu Tvlymfocytůtím, že produkují mutantní formy svých proteinů, z nichž vznikají antagonistické peptidy. Záměrně použité antagonistické peptidy by mohly mít tl'

rapeutický význam pro potlačování nežádoucích imunitních reakcí (transplantace, autoimunita, chronické záněty).

13.3 REGULACE PROTILÁTKAMI

Protilátky jsou především efektorovými molekulami humorální části imunitního systému, ale mají i významné regulační funkce.

Rozpustné (sekretované) protilátky kompetují s BCR o antigen, a tímpůsobí jako negativní regulátor stimulace dalších B-buněk. Imunokomple

Regulace imunitních reakcí /153

v Ilbsahující antigen a protilátky třídy IgG se váží na povrch B-Iymfocytu"I~., že shlukují molekuly BCR a Fcy-receptoru zvaného CD32B (obr. 48).

uxledkem interakcí signalizaČlúch molekul asociovaných s intracelulár-111I1i částmi komplexu BCR (proteinkinázy) a Fc-receptorů (proteinfosfatá-v) je blokování aktivace B-Iymfocytů. Imunokomplexy, resp. IgG v nich,"'Itf tedy výraznou negativní regulační funkci (typický příklad negativníl'Í'lné vazby reakčním produktem). Připomeňme, že imunokomplexy ob-ihující komplementové fragmenty C3dg mají naopak kostimulační účin-

V (viz obr. 11).Poněkud nejasné jsou fyziologický význam a míra důležitosti regulace

pomocí idiotypové sítě: jak již bylo uvedeno (kap. 5), idiotopy protilátek(,I také TCR) vyvolávají tvorbu protilátek proti těmto strukturám. Anti-idio-typové protilátky mohou mít teoreticky nejrůznější aktivační a inhibiční

Imunokomplex

Fc-receptor(CD32B)

mmm~~Rgmmmgg

BCR

mftma

AsociovanéproteinkinázyProtein fosfatáza

~

I AKTIVACE

Obr. 48: lnhibiční působení Fcy-receptorů na povrchu B-Iymfocytů. Fcy-receptor přivede doblízkosti cytoplazmatické části BeR komplexu proteinfosfatázu, která ruší aktivační půso-bení asociovaných kináz.

Page 76: Zaklady imunologie

/154 Hořejší, Bartůňkouá / Základy imunologie

účinky. Není jasné, zda tento složitý systém vzájemně reagujících anti-idiotypových protilátek (idiotypová síť) má pro regulaci imunitního systému Zel

sadní, nebo jen okrajový význam. O existenci anti-idiotypových protiláteknení ovšem pochyb.

13.4 REGULACE CYTOKINY A MEZIBUNĚČNÝM KONTAKTEM

Toto je zřejmě nejvýznamnější skupina regulačních mechanismů. Rozmanité příklady byly probírány v předcházejících kapitolách (interakce APC - T,THl - makrofágy, TH2 - B-buňky, vzájemná suprese THI vs. TH2, vývoj různých subpopulací leukocytů atd.). Působení cytokinů může být zabráněnoendocytózou receptorů nebo jejich odvrhováním (sheddíng), resp. tím, že sena receptory váží inhibitory.

Důležitá je negativní regulace efektorových lymfocytů několika typy inhibičních receptorů, které brání příliš snadné aktivaci těchto buněk. Jednímz těchto inhibičních receptorů je CTLA-4 (CD152) strukturně podobný kostimulačním receptorům T-buněk CD28; stejně jako CD28 váže i CTLA-4Iigan.dy CD80 a CD86, avšak T-Iymfocytu poskytuje výrazný negativní signál.Ukazuje se, že receptorů podobných CD28 je více; patří mezi ně molekulyzvané ICOS (CD278), PD-I (CD279), BTLA (CD272). Podobně existuje něko-lik dalších ligandů podobných CD80 a CD86 - B7h2 (lCOS-L, CD275),PD-Ll (CD274), PD-L2 (CD273), B7-H3 (CD276). Receptor ICOS (váže 87h2)je zřejmě důležitým regulátorem diferenciace TH2-buněk, PD-l (váže PD-Lla PD-L2) má podobnou inhibiční funkci jako CTLA-4.

Negativní (inhibiční) receptory NK-buněk a některých T-Iymfocytů zvanKlR (CD158) a CD94/NKG2, resp. myší Ly-49 byly zmíněny dříve (kap. 11.8.1).Receptorům ze skupiny KlR jsou strukturně a funkčně podobné molekulyzvané UR, resp. ILT (CD85) exprimované na různých typech leukocytů.

Negativním regulačním mechanismem je také dříve zmíněná sebede-strukční interakce apoptotického receptoru Fas (CD95) s ligandem FasL napovrchu aktivovaných efektorových T-lymfocytů.

13.5 NEGATIVNí REGULACE (SUPRESE) ZPROSTŘEDKOVANÁT·LYMFOCYTY

Bylo již opakovaně zmiňováno, že velký regulační význam má vzájemná ne-gativní interakce THI a TH2-buněk zprostředkovaná cytokiny (kap. 11). TH2-

Regulace imunitnťch reakcí /155

buňky, resp. cytokiny jimi produkované (lL-4, IL-lO) mohou výrazně potla-ruvat imunitní reakce založené na THl-buňkách (zánět, transplantační reak-,d;mají tedy supresivní účinek na tyto odpovědi.

ásadní význam pro potlačení autoreaktivních T-Iymfocytů, prevenci.urtoimunitních chorob i ímunopatologických reakcí provázejících imunitní"."kce mají různé druhy regulačních (tlumivých, supresorových) 'I'-lymfo-rylů (Treg, Ts, T H3, Tr'l) (viz kap. 11.1.5.). V této souvislosti připomeňme, žel'l'i vzniku některých typů těchto regulačních T-Iymfocytů hrají rozhodujícíulohu interakce s nezralými (tolerogenními) dendritickými buňkami. Lze ří-

II, že v imunitním systému je pomocí celé řady vzájemně se doplňujícíchmechanismů nastaven poměrně vysoký "tlumivý práh", který je třeba pře-konat, aby se spustily potenciálně nebezpečné a dvojsečné imunitní obrannémechanismy.

13.6 NEUROENDOKRINNí REGULACE

l.xistuje fyziologicky významný vzájemný regulační vztah mezi imunitním,nervovým a endokrinním systémem. Svědčí o tom následující skutečnosti:• Některé neurotransmitery působí přímo na leukocyty, které mají pro ně

příslušné receptory (např. noradrenalin).• Existuje přímý kontakt nervových zakončení a mastocytů; degranulace

těchto buněk vyvolává (přes neurony) stahy hladkých svalů, pocit bolestiatd.

• Na leukocyty výrazně působí mnoho endokrinních hormonů (kortikoste-roidy, růstový hormon, tyroxin, endorfiny aj.). Také pro tyto látky majíleukocyty receptory.

• Leukocyty produkují řadu hormonů (endorfiny, adrenokortikotropní hor-mon, TSH, růstový hormon, vitamin D3)·

• Mnoho cytokinů aktivních v imunitním systému působí i na nervovýsystém (lL-I, IL-6, UF, TNF).

• Existuje jasný vliv emocionálního stresu na imunitní systém (rychlost ho-jení ran, protiinfekční reakce, imunopatologické reakce, aktivita fagocytůa NK-buněk). Většina těchto efektů je zřejmě způsobena vlivem uvolňo-vaných kortikosteroidů.

Page 77: Zaklady imunologie

/156 Hoiejšť, Bartllňková / Základy imunologie

13.7 FAKTORY OVLlVŇUlící VÝSLEDEK IMUNITNí ODPOVĚDI(IMUNOGENNí VS. TOLEROGENNí)

Je dobře známo, že tentýž antigen může podle okolností vyvolat bud' aktiv-ní imunitní odpověd' vedoucí k jeho eliminaci, nebo navodit stav aktivnítolerance (což není prostá absence imunitní odpovědi). Výsledek odpovědiorganismu závisí na mnoha faktorech, mezi jinými na:• stavu imunitního systému (nezralý systém embryonální či novoroze-

necký, oslabený ozářením či imunosupresivy je náchylný k tolerogenníodpovědi),

• vlastnostech antigenu (velikost molekuly, monomer vs. polymer, agre-gační stav),

• dávce antigenu (velmi nízké a velmi vysoké dávky bývají tolerogenní),způsobu podání (injekce rozpustného antigenu do krve či perorální po-dání může být tolerogenní; podkožní aplikace zvláště v přítomnosti tzv.adjuvans [viz kap. 21J je imunogenní).

Většina těchto pozorování má vysvětlení zřejmě v tom, jakým způsobemdojde k prezentaci antigenu - na jakém typu APC (schopnost poskytnout resp.neposkytnout kostimulační signály T-buňkám, cytokinové prostředí) a jakáje hustota komplexů MHC-peptid na jejich povrchu.

Dostane-li se do organismu velmi velké množství antigenu, dojde k imu-nitní paralýze (vyčerpání) - všechny antigenně specifické buňky se aktivujínajednou, po krátké době zahynou a nevytvoří se paměťové buňky; antigenzahltí všechna dostupná vazebná místa protilátek.

14Slizniční a kožníimunitní systém

14.1 HLAVNí FUNKCE SLlZNIČNíHO A KOŽNíHOIMUNITNíHO SYSTÉMU

',Iiznice i kůže jsou ve stálém styku s vnějším prostředím a představují rizi-kové místo pro vstup mikroorganismů. Proto je většina buněk imunitníhoystému lokalizována těsně pod jejich povrchem. Kůže představuje v systé-

mu obranyschopnosti organismu zejména bariéru proti mechanickému, fy-ikálnímu, chemickému, světelnému a radiačnímu poškození a proti pro-

nikání mikroorganismů; její povrch je u člověka cca 1,5 m2. Sliznice majíII dospělého člověka plochu cca 400 m2 a slizniční lymfatická tkáň je vlastněnejvětším imunitním orgánem v organismu (je zde soustředěno kolem 80 %ununokompetentních buněk těla). Úkolem slizničního imunitního systému jewdnak zabránit průniku patogenních mikroorganismů, jednak bránit rozvojisbepoškozujících zánětlivých imunitních reakcí proti patogenůrn, ale hlavně

proti neškodným antigenům z vnějšího prostředí. Mikroprostředí sliznic po-skytuje podmínky i pro diferenciaci některých lymfocytů (např. diferenciacel-lymfocytů nezávislá na thymu). Slizniční a kožní lymfocyty ovlivňují svý-mi produkty také funkci epiteliálních buněk. Naopak epiteliálni buňky mo-hou expresí MHC gp IIfungovat jako buňky prezentující antigen a produkcí'ytokinů ovlivňovat imunokompetentní buňky.

Page 78: Zaklady imunologie

/158 Hořejší, Bartůiíková I Základy imunologie

14.1 SLlZNIČNí IMUNITNí SYSTÉM

Sliznični imunitní systém tvoří sliznice dutiny ústní a nosní, dýchacího sysli'mu, trávicího a urogenitální traktu a také sliznice oka, vnitřního ucha, vývudů exokrinních žláz včetně mléčné žlázy. Proti pronikání antigenů SpOlUp1'1sobí i obecné obranné mechanismy: pohyb řasinek, proudění vzduchua tekutin, sekrety žláz s vnější sekrecí se svými mikrobicidními látkami. Dl'Iležitou úlohu hraje také přirozená mikrobiální flóra. Jednotlivé části slíznujsou kryty různým epitelem specializovaným pro různé fyziologické funkcea existují i regionální imunoregulační rozdílnosti mezi určitými oblastmisliznic. V principu je však struktura i vlastnosti slizničniho imunitního systému v různých oblastech shodná. Slizniční imunitní systém v užším smysluslova tvoří zejména rnukózní lymfatický systém, MALT (mucous associauxllymphoid tissue). V různých anatomických lokalitách se označuje jako GALla BALT (gut resp. bronchus-associated lymphoid tissue).

14.2.1 MIKROBIÁLNí FLÓRA SLIZNIC

Nezastupitelnou úlohu v obraně sliznic hraje přirozená mikrobiální flóra. 1"obsahuje několik stovek mikrobiálních druhů distribuovaných na různýchčástech sliznic. Nejvíce (asi 99,9 %) se jich však nachází v tlustém střevě. Celkový počet bakterií se odhaduje na 1014. Tímto počtem převyšuje prokaryontní bakteriální flóra desetinásobně počet eukaryontních buněk hostitelského organismu. Hmotnost střevních bakterií je propočítána na přibližné1 kg. Vzájemně výhodná koexistence slízniční mikroflóry se slizničním imunitním systémem je jedním z nejzajímavějších problémů slizniční imunologie. Bakterie pravděpodobně existují v komplexu s protilátkou IgA, kter.ijim zabraňuje v adherenci na slizniční receptory a průniku do nitra organismu, ale přitom nebrání bakteriím v jejich životním cyklu. Mechanismů, ktcré udržují mikroflóru v dynamické rovnováze se slizničním imunitnímsystémem je však bezpochyby více.

Osídlení sliznic bakteriemi po narození je důležité pro správný vývoj irnunitního systému, jak ukazují některé experimenty s bezmikrobními zvířaty.Složení bakteriální flóry se liší v závislosti na věku a také dynamika osidlovrní se liší podle způsobu porodu (císařský řez versus fyziologický porod) a poporodních podmínkách. K fyziologickému osídlení sliznic novorozence nejvice přispívá průchod porodními cestami matky při přirozeném porodila následné kojení. I když nejsou všechny druhy bakterií a dynamika osídlová

Slizniční n kožní imunitní systém /159

IIIII lidí prozkoumány, je zřejmé, že pro funkci imunitního systému je složeníh,lkleriální mikroflóry velmi důležité. Po narození se střevo kolonizuje bifido-lukteriemi, později převažují bakteroidy a anaerobní koky, druhy Clostridium,t utacterium, Luctobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium. E. coli představuje jenI~I1% střevní flóry. Gramnegativní bakterie jsou zdrojem např. lipopolysa-, h.iridu, který je imunologicky aktivní látkou. Nadměrné zaplavení organís-11111lipopolysacharidem např. při penetrujících poraněních střev může být na.lruhou stranu nebezpečné pro riziko vzniku septického šoku (kap. 18.2.4).

Význam střevní flóry přesahuje imunitní systém. Produkty fermentaceh.ikterií, např. máselná kyselina, představují důležitý zdroj energie protrcvní buňky. Také syntéza některých vitaminů střevními bakteriemi je dů-

"'žitá pro celý organismus.Složitost problematiky střevní mikroflóry, zejména co do její pestrosti

II kvantity, poněkud zpochybňuje význam užívání tzv. probiotik, tj. mikroor-':,Inismů obsažených v různých jogurtových přípravcích a potravinových.loplňcích. Tyto preparáty obsahují obvykle jen jeden podtyp ze stovekrrcvních mikrobů v minimálním množství, o němž lze jen stěží předpoklá-

.Idl, že složení flóry může zásadním způsobem ovlivnit. Nicméně dysbalan-,,' ve střevní flóře (např. způsobená užíváním antibiotik) může způsobovatp.itologické přerůstání oportunních mikroorganismů (např. kvasinek) a véstk průjmovým onemocněním. Selhání mechanismů koexistence střevní flóryI' slizničním imunitním systémem je také nejspíš příčinou nespecifických.trcvních zánětů, jako je Crohnova choroba nebo u!cerózní kolitida.

14.2.2 STRUKTURA SLlZNIČNíHO IMUNITNíHO SYSTÉMU

V cpiteliální vrstvě sliznic a těsně pod ní se nacházejí lymfoidní folikuly. Tytotruktury se také označují jako organizovaný lymfatický systém (o-MALT), na

rozdíl od difúzního (d-MALT), který tvoří různé leukocyty (B- a T-lymfocyty,makrofágy, neutrofily, eozinofily a žírné buňky) difúzně rozprostřené pod ce-lým povrchem sliznic v lamina propria. Organizovaný systém je místem induk-'l' imunitní reakce, difúzní lymfatická tkáň je pak především efektorovou částí.

Počet a lokalizace mukózních folikulů jsou různé u různých živočišnýchdruhů a u jednoho jedince se mohou měnit v závislosti na expozici antige-nům. Pro některé oblasti je charakteristické výrazné nakupení lymfoidníchlolikulů, jako například v patrových a nosních mandlích, apendixu a v Peye-rových placích v tenkém střevě. Peyerovy plaky jsou tvořeny více než stov-kou folikulů s centrální zónou složenou z lymfocytů B obklopených menším

Page 79: Zaklady imunologie

/160 Hořejší, Bartůňková / Základy imunologie

množstvím lymfocytů T. Uprostřed folikulů jsou také buňky prezentující antigen B-buňkám - folikulární dendritické buňky (FDO, dendritické buňkya makrofágy. Epitelie, které kryjí oblasti Peyerových plaků (tzv. epitel asociovaný s folikuly; FAE), obsahují velké množství buněk transportujících antigen (tzv. M-buňky viz dále). V interfolikulární oblasti se nacházejí venulys vysokým endotelem exprimujícím adhezivní molekuly, kde se zachycujiz krevního oběhu lymfocyty a prostupují do folikulů.

Přímo v epiteliich jsou i tzv. intraepiteliální T-lymfocyty dendritickéhovzezření, jejichž role není zcela jasná. Jsou lokalizovány zejména v klcíchtenkého střeva. U hlodavců jsou to většinou buňky s TCR typu yb, u lidí vícenež 75 % intraepiteliálních lymfocytů nese TCR a~ limitovaného (oligoklonálního) repertoáru. Přes 80 % těchto lymfocytů nese koreceptor CD8, zatímco lymfocyty lokalizované v larnina propria jsou převážně CD4+. ÚlohJintraepiteliálních lymfocytů CD8+ je zřejmě hlavně regulační (potlačovánnežádoucích reakcí proti potravinovým antigenům). Intraepiteliální T-lymfocyty typu yó se hlavně podílejí na udržování integrity sliznic (regulace růstua regenerace epiteliálních buněk), neboť sekretují cytokiny důležité při hojcní poškozených epitelií (TGF-~).

Důležitou úlohu v slizniční imunitě hraje subpopulace lymfocytů T nazývaná regulační buňky, Treg. Fenotypově jsou to pomocné lymfocyty TH CD4;,které exprimují transkripční faktor FoxP-3 a receptor pro IL-2, molekuluCD25. Funkčně jsou charakterizované produkcí LL-lOa TGF-~ a mají zřejměvýznam v indukci tolerance vůči potravinovým antigenům (viz kap. 11).

14.2.3 HUMORÁLNí MECHANISMYSLlZNIČNíHO IMUNITNíHO SYSTÉMU

Nejvýznamnější úlohu na sliznicích hraje imunoglobulin A sekrečního typu(sIgA). IgA je produkován B-lymfocyty a plazmatickými buňkami v submukózních vrstvách. Na vnitřní straně epiteliálních buněk se IgA váže na tran-sportní Fc-receptor (tzv. poly-lg-receptor). Komplex tohoto receptoru s IgAje pak endocytován a transportní váček přenesen na druhou OuminálnOstranu buňky. Tam fúzuje s membránou a část receptorové molekuly spolus navázaným IgA se proteolyticky odštěpí. Část receptorové molekuly, kter.\zůstává spojena s IgA, se nazývá sekreční komponenta. Sekreční komponenta zajišťuje tomuto imunoglobulinu rezistenci vůči střevním proteázám,Celý proces přenosu přes epiteliální buňku na slizniční povrch se nazývitranscytóza (obr. 49). Tímto způsobem se také dostává 19A do mateřského

Sliznični a kožní imunitní systém /161

sek(~~nl~omponent~ Sekrečnf IgAyt k pely-Ig-R)

Epiteliálnf buňky

Dimerni IgAPlazmocyt

I 'hro 49: Transcytóza IgA přes epiteliální buňku na povrch sliznice.

11\1{>kaa z něj do trávicího traktu novorozence. Tam má důležitou ochrannoulunkci v období, kdy jeho imunitní systém ještě protilátky IgA neprodukujeI\lz dále). Sekreční IgA může být dvojího izotypu, IgAl a IgA2. V trávicímtr.rktu převládá IgA2, v dýchacích cestách IgAl.

Sekreční komponenta může být připojena i k sekrečnímu imunoglobuli-"" M (sIgM), který je ve sliznicích produkován podobně jako sIgA a uplat-nu]e se zejména u novorozenců a u osob se selektivním deficitem 19AIJ těchto jedinců se kompenzačně zmnožují slizniční plazmocyty produkují-1 f IgM, a tím do určité míry korigují defekt IgA sIgM je však více náchylný~ degradaci střevními proteázami.

Difúzí se dostávají na slizniční povrch také imunoglobuliny třídy G. TyI' uplatňují zejména v dolních dýchacích cestách, kde není IgG tak rychle

"I'gradován proteázami jako v trávicím traktu.Hlavní funkcí sekrečního IgA a IgM je neutralizace antigenů na slizničních

površích. Tento proces se někdy nazývá imunitní exkluze. Ve spolupráci" obecnými obrannými mechanismy sliznic (hlen, pohyb řasinek, peristaltika)l~oUkomplexy protilátek sIgA, případně IgM nebo IgG s bakteriálními toxiny,mikroorganísmy a dalšími potenciálně škodlivými antigeny transportovány

organismu. Důležité je, že sIgA neaktivuje komplement, který by mohl po-kozovat sliznici. Komplexy s IgA se však mohou vázat na Fca-receptory na

Page 80: Zaklady imunologie

/162 Hořejší, Bartůňková I Základy imunologie

různých efektorových buňkách a být posléze odstraňovány fagocytózou.V Peyerových placích mohou být imunokomplexy obsahující IgA zachycenyi na buňkách prezentujících antigen, a tím mohou přispívat k indukci imu-nitní reakce proti patogenům, resp. antigenům, které pronikly do sliznice.Tato aktivní reakce zvaná někdy imunitní eliminace může vést (na rozdílod imunitní exkluze) v některých případech i k poškození tkání (napříkladu mikrobiálních i autoimunitních střevních zánětů, u celiakie, potravinovalergie atd.).

14.2.4 INDUKCE SLlZNIČNí IMUNITNí REAKCE

Imunitní odpověď na antigen podaný na sliznice je závislá na řadě faktorů,zejména na povaze antigenu a genetické výbavě jedince, které se podílejí naskladbě mikroprostředí sliznic a druhu imunitní reakce. Většina antigenů podaných perorálně vyvolá supresi specifické imunity, tzv. orální toleranci; některé antigeny však indukují i systémovou imunitní reakci. Důležitým faktorem je velikost antigenní částice. Malé nebo solubilní molekuly pocházejícíz potravy se do styku s imunitním systémem obvykle nedostávají, jsou převážně eliminovány imunitní exkluzí (viz výše). Nicméně i některé solubilní antigeny mohou indukovat slizniční imunitní reakci; jsou nejspíše pohlcoványepiteliálními buňkami a dostávají se do kontaktu s difúzní lymfatickou tkánisliznic. Větší, zejména korpuskulární nebo proliferující mikrobiální antigenyjsou zachyceny ve specializovaných oblastech epitelií umístěných nad folikuly (Peyerovými plaky). Transport antigenů zajišťují tzv. M-buňky (odvozenood membránové). M-buňky jsou specializované enterocyty, které endocytózou pohltí vzorky z prostředí a transportují je na opačnou stranu (obr. 50). Obvykle jsou v těsném kontaktu s lymfocyty (ty jsou často dokonce v téměř uzavřených vakuolách uvnitř M-buněk) a buňkami prezentujícími antigen.V subepiteliálních vrstvách jsou antigeny zpracovány buňkami prezentujícímiantigen a předloženy lymfocytům, nebo jsou přímo rozpoznány antigennospecifickými receptory lymfocytů B. Slizniční dendritické buňky vysílají SVl'

výběžky mezi epiteliálními buňkami až do lumen trávicího a dýchacíhotraktu a aktivně vychytávají vzorky pozřených nebo vdechnutých antigenůSlizniční imunizace obvykle vede ke stimulaci TH3-lymfocytů: sliznice obsahují množství cytokinů a dalších faktorů produkovaných různými typy buněk (TGF-~, IL-IO, IL-4, IL-5, vitamin D3 - kalcitriol), které podporují diferenciaci prekurzorů Twlymfocytů do feno typu TH2 resp. TH3 a následnouprodukci IgA a zároveň potlačují diferenciaci THl-buněk. Zdá se, že za syst

Stiznični a kožní imunitní systém /163

Zachycovánr a endocytóza

Transcytóza antigenů M-buňka

\•

Subepiteliálnr tkáň

Zachycovánra pohlcování antigenuleukocyty

Ilhr. 50: Epiteliální M-buňka - transport antigenů přes slizniční povrch.

I1HIVOU periferní toleranci (neodpovídavost cirkulujících T-Iymfocytů na resti-uuilaci stejným antigenem) vůči antigenu podanému na sliznice jsou zodpo-It\lné stejné cytokiny, zejména IL-IO a TGF-~, které indukují slizniční imunit-hl reakci s tvorbou sIgA. Není prozatím zcela jasné, jaký je vztah mezi TH3-luiňkami a tzv. Tr-Iymfocyty (regulační), které produkují IL-lG a podílejí se naIndukci i udržování orální tolerance (viz také kap. 8 a 11). Na udržování tele-I.InCe se také podílí systém imunitních buněk a endotelií portálního oběhuI ",lrech, kam jsou potravinové antigeny ze střeva transportovány.

Po indukci antigenem se částečně diferencované specifické T- a B-Iymfo-I \Iy přesunují do regionálních lymfatických uzlin, ze kterých se (zřejmě po!i,dM diferenciaci) dostávají do cirkulace. Odtud se preferenčně usazují v di-II"ní lymfatické tkáni lamina propria, kde vykonávají své obranné a regu-1,\1 ní funkce: B-Iymfocyty se diferencují do plazmatických buněk sekretují-I I. h převážně IgA, T-lymfocyty mají zejména regulační úlohu (viz výše).11.,.lzenílymfocytů pocházejících ze sliznic opětovně ve slizniční tkáni zajíš-IIIJ' adhezivní molekuly (zvané také "homing" receptory), které se prefe-

Page 81: Zaklady imunologie

I/164 Hořejší, Bartůňková / Základy imunologie

renčně váží na odpovídající struktury (tzv. adresiny) exprimované na endo-teliích cév drénujících sliznice a exokrínní žlázy. V jednotlivých částech sliz-ničního imunitního systému hrají hlavní role různé páry adhezivních mole-kul. Nejlépe prostudované jsou střevní slizniční lymfocyty, které jakohomingové receptory používají integriny a4~7 a aEp7. Integrin aE~7 se vážena hlavní adhezivní molekulu epitelií E-kadherin. Některé efektorové lymfo-cyty indukované ve střevním lymfatickém systému se nakonec usazují i mimostřevo, např. v exokrinních žlázách - zejména ve funkční mléčné žláze.

nalost mechanismů slizniční imunity je základem pro vývoj vakcín(slizniční imunizace) i pro indukci tolerance u imunopatologických stavil(alergie a některá autoimunitní onemocnění, viz kap. 18).

14.2.5 IMUNOLOGICKÝ VÝZNAM KOJENí

Mateřské mléko obsahuje celou řadu důležitých živin. Z imunologickéhohlediska je pro novorozence zdrojem zejména sekrečního IgA a v menší mířei jiných izotypů imunoglobulinů. Imunita na sliznicích novorozence je zalo-žena hlavně na nespecifických mechanismech imunity a částečně na pasivnědifundovaném IgG. sIgA z mateřského mléka (nejvyšší koncentrace je v ko-lostru) neutralizuje v trávicím traktu novorozence infekční mikroorganismya jejich produkty a také potenciální alergeny a další látky do doby, než se vy_vine plně funkčně kompetentní slizniční imunitní systém kojence, což trváaž několik měsíců. U některých živočišných druhů se z mléka vstřebávajístřevní sliznicí i další protilátky (IgG prostřednictvím neonatálního Fc-re-ceptoru, viz kap. 7) přispívající k systémové imunitě, neboť u nich neexistu-je transplacentární aktivní přenos IgG, který je výlučný pro primáty.

Mateřské mléko obsahuje také značné množství proteinu CD59, kterýpo inkorporaci do buněčné membrány působí jako molekula chránící vůčiúčinkům komplementu (viz kap. 3.4). Mateřské mléko obsahuje i některédalší faktory významné pro místní ochranu sliznic, jako je lysozym, laktofe-rin, složky komplementu a cytokiny včetně interferonů. V mléce jsou i imu-nokompetentní buňky (makrofágy, neutrofily, T i B-lymfocyty a NK-buň-ky), Jejich úloha v indukci tolerance nebo přenosu specifické imunity nenízcela jasná. Pozitivní imunologický význam kojení je nepochybný. Kojení senedoporučuje pouze HIV pozitivním matkám pro vysoké riziko přenosuinfekce ma teřským mlékem.

Slizniční a kožní imunitní systém /165

.3 STRUKTURA A FUNKCE KOMPONENTKOŽNíHO IMUNITNíHO SYSTÉMU

"IIÍ-e se skládá ze dvou vrstev, epidermis a derrnis. Epidermis je složena z ke-i.ulnocytů, v nichž jsou rozptýleny intraepiteliální lymfocyty, dendritickéhuňky zvané Langerhansovy buňky a melanocyty. Všechny tyto buňky koo-I,,'rují a hrají ve fyziologických funkcích kůže i v imunitních reakcích důleži-luu úlohu. Keratinocyty jsou schopny sekretovat řadu cytokinů (IL-l, IL-6,II IO,TGF-~ a TNF) a mohou exprimovat i MHC gp II. třídy, a tím za urči-tvch okolností prezentovat antigeny. Produkce prozánětlivých cytokinůII, I, IL-6 a TNF se podílí na indukci imunitní reakce při poranění nebo in-"'!..ci, produkce IL-lO a TGF-~ přispívá k fibroplastickým pochodům při ho-I,'nf. Za patologických okolností vede nad produkce TGF-~ k nadměrné sti-1I1l11acifibroblastů a k fibrotizaci podkoží (např. u sklerodermie).

Velmi důležitými buňkami prezentujícími antigeny jsou Langerhansovyhlli\ky, což jsou vlastně kožní dendritické buňky. Po pohlcení antigenu migru-II tyto buňky do periferních lymfatických uzlin a tam stimulují T-lymfocyty.

Druhá vrstva kůže, dermis, je složena z fibroblastů produkujících hlavníkomponentu kůže, kolagen. Fibroblasty se mj. podílejí na odstraňování apo-l'lotických buněk. Dermis obsahuje cévy a epidermální adnexální struktury(vlasové folikuly, potní a mazové žlázy). Vaskulární řečiště zde tvoří hustou

lť úzce spojenou s lymfatickými cévami. V perivaskulárních prostorech zdra-\,,' kůže je přítomno malé množství T-Iymfocytů (pravděpodobně hlavně pa-měřových). Hojné jsou zde mastocyty, produkty jejichž aktivace jsou zodpo-vodné za fyziologické i patologické procesy v kůži (indukce fyziologického.inětu při poranění, patologická reaktivita při přecitlivělosti časného typu -

vil. kap. 2,4, 18).