Patogeneze virových nákaz 4 Protivirová imunita

Koncept imunity proti patogenům je znám po více než 100 let - rozpoznání schopnosti fagocytů zaútočit a zneškodnit invadující mikroby

S vazbou viru na povrchové receptory a průnikem viru do buňky se zahajují obranné reakce imunitního systému Hlavní mechanizmy protivirové imunity: rychlá nespecifická cytotoxická reakce NK buněk produkce interferonů v pozdější fázi specifická odpověď lymfocytů - cytotoxické T lymfocyty - produkce cytokinů T buňkami - tvorba protilátek - další složky imunity - komplement

Dynamika imunitní reakce: Časná vlna cytokinů: INFα, INFβ, Protizánětlivé cytokiny IL-1, IL-6, TNFα NK buňky Pozdní cytokiny: IL-12, IL-2, INFγ Buněčná imunita (4 den p.i., vrcholí 1 týden p.i.) Protilátky (začátek 5 den p.i., vrcholí 2 - 3 týdny p.i.) Nespecifické obranné mechanismy Mechanismy specifické imunity

Dynamika imunitní reakce: Časná vlna cytokinů: INFα, INFβ, Protizánětlivé cytokiny IL-1, IL-6, TNFα NK buňky Pozdní cytokiny: IL-12, IL-2, INFγ Buněčná imunita (4 den p.i., vrcholí 1 týden p.i.) Protilátky (začátek 5 den p.i., vrcholí 2 - 3 týdny p.i.)

Interferony - nejvýznamnější mechanismus široké obrany proti virové nákaze

Interferony jsou syntetizovány zejména jako odpověď na virovou infekci nemají přímý efekt – nastavují jen antivirový stav

Interferony sekretovány a šířeny jednak lokálně, jednak mohou být šířeny v cirkulaci inhibice replikace virů a některých jiných mikroorganismů inhibice růstu a dělení buněk (nádory) stimulace buněk imunitního systému (aktivace makrofágů, lymfocytů, NK buněk a upregulace exprese MHC I molekul

Interferony interferony klasifikujeme jako typu 1 a 2 INF 1 - nejdůležitější alfa a beta, produkovány všemi typy buněk po stimulaci - typickým induktorem je dsRNA (rozpoznává TLR3) - produkovány jako raná odezva na virovou infekci INF 2 = INF gama, produkt NK buněk a aktivovaných T lymfocytů

Interferony receptory pro interferon přítomny na většině buněk; liší se receptory pro IFN 1 a 2 receptory rozpoznávají jen IFN produkovaný daným živočišným druhem vazba IFN na receptor zahájí kaskádu dějů v hostitelské buňce, které zahrnují JAK-STAT dráhu STAT = rodina transkripčních faktorů, které regulují expresi některých genů imunitního systému = jde o latentní cytoplasmatické transkripční faktory, které vyžadují fosforylaci k transportu do jádra

Interferony po interakci INF s receptorem jeho intracelulární signální doména aktivuje JAK kinázu, která fosforyluje STAT fosforylovaný STAT migruje do jádra, kde zesílí transkripci vybraných genů celý děj probíhá v rámci minut řada virů vyvinula mechanismy, jak bránit indukci produkce interferonu

Dynamika imunitní reakce: Časná vlna cytokinů: INFα, INFβ, Protizánětlivé cytokiny IL-1, IL-6, TNFα NK buňky Pozdní cytokiny: IL-12, IL-2, INFγ Buněčná imunita (4 den p.i., vrcholí 1 týden p.i.) Protilátky (začátek 5 den p.i., vrcholí 2 - 3 týdny p.i.)

Makrofágy - fagocytární buňky, derivované z hematopoetických prekurzorů v kostní dřeni do cirkulace se dostávají jako krevní monocyty; po vstupu do orgánů se z nich stávají tkáňové makrofágy fagocytóza virových partikulí a jejich částečná degradace a prezentace imunogenních motivů T lymfocytům produkce cytokinů: IL-1, IL-12, které stimulují další antivirové mechanismy u persistentních infekcí se makrofágy aktivované INF-γ uplatňují při eliminaci přežívajících virů

patří mezi nejúčinnější antigen prezentující buňky Dendritické buňky hematopeietická prekurzorová buňka dendritické buňky sehrávají klíčovou úlohu v případě přirozené i získané imunity patří mezi nejúčinnější antigen prezentující buňky vznikají jako ostatní imunitní buňky z hematopoetické kmenové buňky mají schopnost fagocytózy nezralé dendritické buňky se nachází ve tkáních, které mají přímý kontakt s vnějším prostředím jako je kůže (zde se nazývají Langerhansovy buňky), sliznice dutiny nosní a ústní, plíce, žaludek nebo střevo. Svými výběžky zachytávají cizí molekuly a vyhledávají možný patogen (pomocí toll-like receptorů nebo pattern recognition receptorů). Další dendritické buňky cestují mezi krví a lymfou nebo v malém množství hlídkují téměř v každém orgánu kromě mozku, varlat a rohovky zralé dendritické buňky vznikají dozráváním dendritických buněk, které přišly do kontaktu s antigenem. Dozrálá dendritická buňka se stěhuje do lymfatických uzlin a začne na svém povrchu v tzv. hlavním histokompatibilním komplexu (MHC I a II) vystavovat úlomky z bakteriálních/virových proteinů, čímž aktivuje do té doby naivní pomocné T-lymfocyty nebo cytotoxické T-lymfocyty common myeloid precursor common lymphoid precursor myeloid DC plasmocytoid DC

Pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) a pattern recognition receptors (PRRs) např. bakteriální stěna obsahuje lipopolysacharidy, lipoproteiny a peptidoglykany, které jsou přítomny jen u bakterií, ale ne u eukaryot PAMPs jsou tedy paterny přítomny jen u mikroorganismů PRRs receptory, které rozpoznávají PAMPs se označují jako PRRs, což jsou proteiny vyjádřené buňkami nespecifické imunity (dendritické buňky) jednu skupinu PRRs tvoří Toll-like receptory

Toll-like receptory (TLRs) schopnost rozpoznat široké spektrum mikrobiálních molekul umožňuje detekovat patogeny rychle, dříve než se rozšíří do celého organismu jednotlivé TLR rozpoznávají specifické mikrobiální komponenty, které se nevyskytují v eukaryotických buňkách gastrointestinální epiteliální buňky exprimují téměř všechny TLRs

v případě virové infekce hrají významnou roli zejména TLR 3, 7 a 8 TLR3 rozpoznává dsRNA (TLR3 je zejména na DC a po aktivaci vede k produkci IFN 1) TLR7 a 8 rozpoznávají ssRNA, včetně virové mRNA a genomy některých ssRNA virů výsledkem aktivace TLRs je upregulace pro-zánětlivých cytokinů a chemokinů (TNF-α, IL-8) a antigen-prezentujících molekul a indukce lokální imunitní odpovědi. http://www.youtube.com/watch?v=C7usozppy-o

Dynamika imunitní reakce: Časná vlna cytokinů: INFα, INFβ, Protizánětlivé cytokiny IL-1, IL-6, TNFα NK buňky Pozdní cytokiny: IL-12, IL-2, INFγ Buněčná imunita (4 den p.i., vrcholí 1 týden p.i.) Protilátky (začátek 5 den p.i., vrcholí 2 - 3 týdny p.i.)

NK buňky diferencují se časně v embryogenezi (z prekurzoru společného s T lymfocyty) jako neadherentní lymfocyty bez membránových T znaků CD3 a TCR vyskytují se hlavně v periferní krvi, slezině, játrech, plicích a děloze - jejich cytoplasma obsahuje trvale cytotoxická granula granula obsahují perforin – vytváří póry v plasmatické membráně; a granzymy – proteiny, které mohou iniciovat apoptózu membránové receptory: - NKAR (NK activating receptors) - KIR (killer cells inhibitory receptors) - Fc receptory pro IgG (CD16, CD32), - T znaky CD2 a CD7 - myeloidní znak CD11/CD18. mezi NKAR patří: - aktivátory apoptózy (TNFR1 receptor pro TNF) - adheziny (ICAM-1,2,3, a integriny) - aktivátor proliferace (receptor pro IL-2) - receptory pro rozpoznání a lýzu (lektiny rozpoznávající alely MHC1 a oligosacharidy na membránových glykoproteinech).

NK buňky rozpoznávají buňky, jimž chybějí MHCI molekuly. Při setkání se zdravou buňkou se jejich inhibiční receptory (KIR) navážou na molekuly MHCI a inhibují lýzu zdravé buňky. Při absenci či sníženém množství MHCI na cílové buňce (nádorové buňky, bb infikované některými viry) dojde k cytotoxické reakci. některé viry (zejm. velké DNA viry) vytvářejí podobné molekuly jako MHC I, aby zmátly NK buňky NK buňky jsou aktivovány IL-2 , IL-12 a interferony typu 1 (INF-α, INF-β) NK buňky produkují široké spektrum cytokinů (IFN-γ, TNF), neuroadhezinů (CD56), hormonů (prolaktin), neuropeptidů a opioidů, jimiž komunikují s neurohumorálním systémem. jedinci s nedostatečnou aktivitou NK buněk mají fatální infekce. http://www.youtube.com/watch?v=ZHffoSfNKw8

Dynamika imunitní reakce: Časná vlna cytokinů: INFα, INFβ, Protizánětlivé cytokiny IL-1, IL-6, TNFα NK buňky Pozdní cytokiny: IL-12, IL-2, INFγ Buněčná imunita (4 den p.i., vrcholí 1 týden p.i.) Protilátky (začátek 5 den p.i., vrcholí 2 - 3 týdny p.i.)

Specifická imunita hlavní hráči: buňky imunitního systému B a T lymfocyty

Všechny typy lymfocytů jsou konstantně produkovány z prekurzorových kmenových buněk v kostní dřeni. T lymfocyty: - progenitorové buňky migrují z kostní dřeně do thymu, kde podstoupí maturaci - naivní T lymfocyty migrují z thymu do sleziny, lymfatických uzlin a určitých tkání jako kůže a sliznice B lymfocyty: - z kostní dřeně migrují rovnou do lymfoidních tkání Místem realizace specifické imunitní odpovědi jsou sekundární lymfatické orgány (slezina, mízní uzliny, tonzily), kde ve specializovaných strukturách dojde k prezentaci antigenu. T lymfocyty, odpovědné za buňkami zprostředkovanou specifickou imunitu, rozpoznávají antigeny pomocí receptoru TCR. Specifický receptor T lymfocytů = TCR může rozpoznat pouze ty antigeny, jež jsou navázány na polymorfní molekuly MHC = Major Histocompatibility complex (peptidy) nebo nepolymorfní molekuly CD1 (peptidy, lipidy) na membráně buněk prezentujících antigen. Zatímco T buňky potřebují k rozpoznání antigenu tuto prezentaci, B buňky jej rozpoznávají přímo. T-lymfocyty můžeme rozdělit na CD4+ T lymfocyty = Pomocné Th lymfocyty, jejich receptor TCR, rozpoznává antigeny prezentované molekulou MHC II CD8+ T lymfocyty = Cytotoxické Tc lymfocyty , jejich receptor TCR, rozpoznává antigeny prezentované molekulou MHC I

CD8+ T lymfocyt = Cytotoxický Tc lymfocyt V organismu je antigen pohlcen (fagocytován) a degradován, nebo pokud se váže na některou prezentující molekulu MHCI, MHCII nebo CD1, je spolu s ní na membráně buněk prezentující antigen předložen T lymfocytům CD8+ T lymfocyt = Cytotoxický Tc lymfocyt CD4+ T lymfocyt = Pomocný Th lymfocyt http://doctor-jones.co.uk/Immunology/Tutorial/Cytotoxic%20T%20Cells.htm#

Prezentace antigenu CD8+ T lymfocytům Tc lymfocyt, mající membránový znak CD8+, rozpoznává antigen pomocí receptoru TCR Antigen je ve vazbě s MHCI na povrchu virem infikované buňky Dochází k vazbě a lytickému útoku na buňku nesoucí cizí antigen. vazba je iniciována nespecifickými molekulami ICAM-1 (InterCellular Adhesion Molecule) a LFA-1 (Leukocyte Functional Antigen) Reakce Tc lymfocytů u akutních infekcí účinně eliminuje virem napadené buňky. http://doctor-jones.co.uk/Immunology/Tutorial/Cytotoxic%20T%20Cells.htm#

Ústřední regulační složkou specifické imunitní odpovědi je pomocný Th lymfocyt Po prezentaci antigenu a dalších nutných signálech je tato buňka aktivována k produkci cytokinů dvojího typu. První typ řídí její diferenciaci směrem k imunitě zprostředkované buňkami, druhý typ pomáhá B lymfocytům při tvorbě protilátek.   Th0 lymfocyty diferencují pod účinkem regulačních cytokinů, jež jsou produkovány buňkami přirozené imunity (makrofágy, NK buňkami a γδT lymfocyty), na TH1 lymfocyty a Th2 lymfocyty. Th1 typ odpovědi je indukován zejména korpuskulárním antigenem, cytokinem IL-12 (který je indukován mnoha patogenními MO), interferony α a γ (které jsou indukovány při virových infekcích). Th1 sekretují velké množství IFN γ a IL-2 a řídí klonální expanzi CD8+ lymfocytů, tedy cytotoxických Tc lymfocytů. Výsledkem je buněčná odpověď a cytotoxicita. Th2 typ odpovědi lze indukovat IL-4, solubilním antigenem, byl zaznamenán u infekcí Borelia, Trichuris. Th2 sekretují IL-4, IL-5 a IL-21 a řídí klonální expanzi B lymfocytů. Jsou aktivovány žírné buňky a eozinofily. Výsledkem je protilátková odpověď a chemotaxe eozinofilů.

Protilátky jednou ze základních výkonných funkcí imunitního systému je tvorba protilátek nositeli protilátkové aktivity jsou imunoglobuliny imunoglobuliny jsou produkované buňkami B lymfocytární linie, zejména plazmatickými buňkami, které jsou terminálním stádiem jejich vývoje. po styku s antigenem dochází v germinativních centrech lymfatických orgánů k somatické mutaci variabilních oblastí imunoglobulinu a selekci vysokovazebných variant z nichž vzniká plasmatická buňka nebo paměťový B-lymfocyt paměťové lymfocyty jsou schopny při dalším setkání s antigenem reagovat rychlejší sekundární imunitní odpovědí. Některé klony zajistí i celoživotní imunitu. Imunologická paměť je dalším z kardinálních rysů imunitního systému. většina rezistencí k reinfekci je zprostředkována humorálními protilátkami IgG, které setrvávají po dobu několika let i celoživotně. Tvorba IgG převažuje při sekundární odpovědi na antigen. protilátky IgA setrvávají v organismu krátkou dobu, zpravidla několik měsíců protilátky IgM mají krátký poločas rozpadu, jejich tvorba je indukována při primární odpovědi na antigen. Molekuly Ig mají dvě základní funkce: Rozpoznávací = spočívá ve specifické vazbě s cizorodým antigenem prostřednictvím vazebného místa Efektorová = smyslem je eliminace cizorodého antigenu z organismu

Efektorový účinek protilátek

Kinetika produkce protilátek

Defensiny mnohobuněčné organismy produkují „přirozené“ antimikrobiální peptidy, které poskytují obranu především proti bakteriím a houbám defensiny jsou jedny z nejznámějších antimikrobiální peptidů některé defensiny například brání vstupu mnohých herpesvirů do buňky bráněním vazby na receptor nebo blokádou postvazebných procesů

Komplement a přirozené protilátky sérum mnohých savců vykazuje antivirovou aktivitu, která může být dána aktivací komplementu nebo přítomností přirozených protilátek komplement sestává ze skupiny proteinů, které cirkulují v plasmě výsledkem aktivace komplementu je vytvoření kanálu v membráně vedoucí k lýze viru nebo jiného patogenu komplement je efektorovým mechanismem specifické imunitní odezvy, ale může fungovat i nespecificky (např. mnohé retroviry jsou lyzovány lidským komplementem i když nejsou přítomny specifické protilátky) klasická cesta karbohydrátová cesta

RNA interference

Shrnutí makrofágy, dendritické buňky a NK buňky jsou hlavní hráči přirozené imunity makrofágy a dendritické buňky nesou pattern recognition receptors významná úloha IFN a cytokinů při virové infekci specifická imunita má dva hlavní komponenty: protilátky a efektorové lymfocyty processing antigenu na MHC I a II molekulách B buňky, CD4 a CD8 lymfocyty imunologická paměť