Imunoglobuliny, imunitní odpověď Martin Liška

1. Struktura imunoglobulinů

2. Izotypy dfct.třídy protilátek, které se rozlišují na základě odlišností H-řetězců rozeznáváme m (IgM), d (IgD), g (IgG), a (IgA) a e (IgE) u některých ještě existují subtypy, které jsou základem podtříd

3. Domény a jejich biologické funkce v principu domény V-regionů formují rozpoznávací jednotku a domény C-regionů určují sekundární biologické funkce protilátky (biologický poločas, distribuci v těle, schopnost vázat komplement, schopnost vázat se na buňky prostřednictvím Fc-receptoru)

4. Variabilní oblast molekuly Ig hypervariabilní smyčky jsou soustředěny na špici variabilních regionů, kde jsou lokalizována vazebná místa pro antigen specifita vazebného místa je dána složením sekvencí AMK i morfologií a tvarem smyčky

5. Biologické vlastnosti jednotlivých tříd imunoglobulinů IgG hlavní sérový Ig hlavní Ig sekundární imunitní odpovědi jako jediný přechází placentu hlavní opsonizující Ig aktivuje komplement klasickou cestou biologický poločas 21 dnů

IgA vyskytuje se v séru i seromucinózních sekretech ochrana sliznic opsonizace neaktivuje komplement biologický poločas 6 dnů

IgM v séru, v monomerní formě vázaný v membráně B-lymfocytů převažující protilátka primární imunitní odpovědi vysoce efektivní aglutinační a cytolytické agens obvykle izohemaglutininy a přirozené protilátky

z hlediska aktivace komplementu (klasickou cestou) nejúčinnější protilátka neváže Fc-receptor fagocytů, ale významně zesiluje fagocytózu aktivací komplementu biologický poločas 6 dnů

IgD vyskytuje se v séru a na membráně B-lymfocytů receptor pro antigen na B-lymfocytech biologický poločas 3 dny

IgE za normálních okolností se v séru vyskytuje v nepatrných množstvích převážně ve vázané formě na mastocytech (váže se prostřednictvím FceR) ochrana proti parazitům účast v alergických reakcích I.typu biologický poločas 2 dny

Podtřídy Ig podkladem pro ně jsou odlišnosti v H-řetězcích, z čehož plynou i další biologické vlastnosti IgG1 a IgG3 se podílejí na obraně proti virovým a bakteriálním proteinovým antigenům IgG2 zajišťují obranu proti antigenům, která nevyžaduje pomoc T-lymfocytů

6. Alotypové a idiotypové variace alotypy = alelické varianty izotypů idiotypy = strukturní determinanty ve variabilní oblasti, spojené se schopností vázat antigen idiotopy = epitopy, které se objevují ve variabilní oblasti (idiotyp je sumou epitopů) anti-idiotypové protilátky = jsou dfct.odrazem antigenu

7. Genetické základy tvorby Ig a/ geny pro L-řetězec k-řetězec – geny na 2.chromozómu - V, J a C segmenty l-řetězec – zakódován na podobném komplexu genů na 22.chrom.

b/ geny pro H-řetězec složitější na 14.chromozómu V, D, J, C segmenty (větší množství genů pro jednotlivé segmenty) při kompletaci V/D/J exonu dochází k přestavbě

K velké diverzitě Ig přispívají: náhodné rekombinace nepřesné spojování V, D, J segmentů změny N-koncových oblastí rozsáhlé mutace postihující geny variabilních oblastí

Izotypový přesmyk v průběhu imunitní odpovědi dochází u plazmatických buněk k přesmyku od tvorby IgM k produkci IgG nebo jiných tříd Ig (IgA, IgE) změna postihuje konstantní domény H-řetězce nedochází však ke změně antigenní specifity !!

Alelická exkluze jakmile je jeden pokus úspěšný, zastaví se další pokusy na druhém chromozómu platí pro H- i L-řetězce v důsledku toho vždy každý B-lymfocyt produkuje současně jen jeden typ H- a jeden typ L-řetězce

Klonální restrikce každá B-buňka exprimuje pouze protilátky specifické pro jeden epitop a pokud se dále dělí, nepodstupuje další V/J nebo V/D/J přestavbu B-lymfocyt a jeho potomstvo jsou identičtí ve své antigenní specifitě a v izotypu k nebo l řetězce

Monoklonální protilátky Protilátky produkované jediným klonem B-lymfocytů, přesněji řečeno buněk uměle vytvořených hybridizací B-bb. s určitou antigenní specifitou (= vytvářejí Ig se stejnou antigenní specifitou) a nádorových buněk (= jsou „nesmrtelné“)

Využití monoklonálních protilátek: Diagnostika (průtoková cytometrie, ELISA, autoprotilátky atd.) Léčba (anti-IgE, anti-TNF-a, anti-CD3)

Humorální imunitní odpověď I Rozpoznání antigenu specifickým Ig na povrchu naivního B-lymfocytu Po navázání antigenu/ů dojde k přemostění Ig receptorů a k přenosu aktivačního signálu do nitra buňky; potřebný druhý signál poskytne štěpný produkt C3 složky komplementu Klonální expanze B-lymfocytu a sekrece malých množství IgM

Humoral immune response The recognition of antigen by specific Ig on the surface of naive B lymphocytu The binding of antigen cross-links Ig receptors of specific B cells and then activation signals are delivered inside the B cell; the necessary second signal is provided by a breakdown product of the complement protein C3 Clonal expansion of B cell and secretion of low levels of IgM

Humorální imunitní odpověď II V případě proteinových antigenů dochází k aktivaci antigen-specifických pomocných (CD4+) T-lymfocytů prezentací příslušného antigenu Pomocné T-lymfocyty exprimují na povrchu CD40L a secernují cytokiny → proliferace a diferenciace antigen-specifických B-lymfocytů, izotypový přesmyk Afinitní maturace = afinita protilátek vůči proteinovým antigenům vzrůstá při prolongované nebo opakované expozici (B-lymfocyty migrují do foliklů, kde tvoří germinální centra → rychle proliferují a jejich V genové segmenty (Ig) podstupují rozsáhlé somatické mutace; zároveň jim FDC předkládají imunokomplexy → přežívají jen B-lymfocyty, jejichž afinita k antigenu je nejvyšší)

Humoral immune response Protein antigens activate antigen-specific T helper cells which stimulate B cell; antigen presentation of these antigens to T helper cells is required T helper cells exprime CD40L on their surface and secrete cytokines → proliferation and diferentiation of antigen-specific B cells, isotype switching Affinity maturation = affinity of antibodies for protein antigens increases with prolonged or repeated exposure to the antigens (B cells migarte into follicles and form germinal centers → proliferate rapidly and their Ig V genes undergo extensive somatic mutations; at the same time, the antigen complexed with secreted antibody is displayed by FDC → B cells that recognize the antigen with high affinity are selected to survive)

Fáze humorální imunitní odpovědi

Phases of humoral immune responses

Primární imunitní odpověď první expozice antigenu vytvářeno malé množství protilátek Existují 2 druhy antigenů: thymus dependentní – je nutná spolupráce s antigen-specifickými Th-lymfocyty; typicky proteinové antigeny thymus independentní – tvorba protilátek indukována přímo, bez spoluúčasti Th-lymfocytů; typicky polysacharidy, lipidy

Primary immune response First antigen exposure The amounts of antibody produced is smaller 2 types of antigens: T-dependent – help from antigen-specific T helper cells is required; protein antigens T-independent – antibody production is induced directly, without the involvement of T helper cells; typicky polysaccharides, lipids

Secondary immune response Subsequent antigen exposure Higher amount of antibodies is produced With protein antigens, secondary responses show increased isotype switching and affinity maturation (= production of antibodies with increased affinity to antigen) Memory cells involvement

Sekundární imunitní odpověď následná expozice antigenu vytvářena větší množství protilátek v případě proteinových antigenů zvýšený izotypový přesmyk a afinitní maturace ((= produkce protilátek s rostoucí afinitou k antigenu) účast paměťových buněk

Primární a sekundární imunitní odpověď při reinfekci rychle aktivovány paměťové buňky, jejichž produkty rychle potlačí infekci po infekci dlouho přetrvává poměrně vysoká hladina protilátek při opakované imunizaci další zvyšování kvality protilátek

Afinita a avidita protilátek afinita = síla, s níž protilátka váže antigen avidita = vyjadřuje sílu interakce polyvalentní protilátky s polyvalentním antigenem

Efektorové funkce protilátek Neutralizace mikrobů a jejich toxinů Opsonizace mikrobů (vazba na fagocyty přes Fc-receptory, zároveň stimulace mikrobicidních aktivit fagocytů) ADCC (Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity) – mikrob opsonizovaný IgG ničen NK-b.po navázání na IK přes Fc-receptor Aktivace komplementu (klasická cesta)

Effector functions of antibodies Neutralization of microbes and their toxins Opsonization of microbes (binding to FC receptors of phagocytes, stimulation of microbicidal activities of phagocytes) ADCC (Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity) – microbe opsonized by IgG is killed by NK cell by its binding to Fc receptor Complement activation (classical pathway)

Ontogeneze imunitní odpovědi a/ prenatální vývoj

krvetvorba mezoblastická fáze – od 2.-3.týdnu gestace hepatální fáze – od 6.-8. týdne, v játrech krvetvorba přetrvává celé intrauterinní období myeloidní fáze - od 10.-12.týdne, od 20.týdne je hlavním orgánem hematopoezy

T-lymfocyty prekurzory se objevují kolem 7.týdne gestace, mezi 8.-9.týdnem začíná jejich přestup do thymu, kde se diferencují přeskupení segmentů pro TCR a jeho exprese na povrchu buňky selekce

B-lymfocyty jejich prekurzory jsou detekovatelné již 8.den gestace fetální B-lymfocyty exprimují na povrchu IgM syntéza specifických protilátek začíná kolem 20.-24.týdne gestace, ale celková koncentrace IgA+M zůstává až do porodu dfct.neměřitelná, IgG se začínají tvořit až po porodu

Monocyty-makrofágy makrofágy lze detekovat kolem 3.-4.týdne gestace zralé monocyty se ve fetální cirkulaci objevují od 5.měs,věku

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

b/ postnatální vývoj B-lymfocyty jejich zastoupení po porodu klesá na imunizaci reagují převážně tvorbou IgM, přesmyk na jiné izotypy je pomalejší pozvolný nárůst tvorby vlastních IgG za poklesu mateřských IgG (kolem 3.-6.měs.) koncentrace IgM dosahuje hodnot srovnatelných s dospělými v 1.-3.roce života, IgG+A mezi 10.-15.r. protilátková reakce na polysacharidové antigeny se objevuje až kolem 2.roku života

T-lymfocyty více než 90% má známky naivních, v dospělém věku tento podíl klesá proliferace po stimulaci mitogeny srovnatelná s dospělými X reakce na specifické antigeny se objevuje až po styku s nimi nižší cytotoxická aktivita T-lymfocytů

Nespecifická imunita fagocyty novorozenců jsou obecně funkčně méně zdatné aktivita NK-buněk nižší snížená celková aktivita komplementu (koncentrace složek 35-70% dospělých)

c/ stáří snížená cytotoxicita NK-buněk a makrofágů snížená odolnost vůči virovým infekcím, omezená protinádorová imunita přesmyk od Th1 k Th2 nižší protilátková odpověď na nové podněty vyšší produkce autoprotilátek