Metabolismus leukocytů a trombocytů mirka.rovenska@lfmotol.cuni.cz

Diferenciace kmenových buněk kostní dřeně

A) Fagocytující buňky: Neutrofily – nejhojnější Eosinofily Monocyty Makrofágy – tkáňová forma monocytů

Likvidace fagocytovaného mikroorganismu 1) Aktivace NADPH-oxidasy 2) Produkce NO NO-synthasou 3) Fúze fagosomu s lysosomy fagocytující buňky, které obsahují baktericidní látky a hydrolytické enzymy (často s kyselým pHopt)

1) NADPH-oxidasa Multiproteinový komplex neutrofilů, eosinofilů, monocytů, makrofágů NADPH + 2 O2 → NADP+ + H+ + 2 O2•- 2 O2•- + 2 H+ → O2 + H2O2 H2O2 může poškozovat patogen přímo nebo konverzí na OH•: H2O2 + M+ → OH• + OH- + M2+ (M; kov) superoxidový anion

Aktivace NADPH-oxidasy: k membránovému cytochromu b558 se připojí několik dalších cytosolických proteinů; elektrony z cytosolického NADPH jsou přes FAD a cytochrom přeneseny na kyslík: cytochrom b558 aktivní NADPH-oxidasa

plazmatická membrána fúze s lysosomy fagosom

Myeloperoxidasa Obsažena v granulích neutrofilů a monocytů, ne však makrofágů! Část H2O2, vznikajícího z O2•- tvořeného NADPH-oxidasou, je substrátem pro myeloperoxidasu, která jej využívá pro oxidaci Cl- na HClO HClO je velice reaktivní a může oxidovat biomolekuly; může také posky-tovat jedovatý plynný chlor: HClO + H+ + Cl- → Cl2 + H2O Reakcí HClO s O2•- může vznikat i OH•: HClO + O2•- → O2 + OH• + Cl-

Chronická granulomatóza Způsobena deficiencí některé z podjednotek NADHP-oxidasy Neschopnost generovat superoxid a další reaktivní formy Komplikovaná (až nemožná) léčba některých infekcí – např.: Burkholdaria cepacea způsobuje obtížně léčitelnou pneumonii Aspergillus způsobuje pneumonii, někdy i septikémii; může končit smrtí Léčba: antibiotika, antimykotika

2) Produkce NO Hlavně indukovatelnou NO-synthasou(iNOS) makrofágů – indukovaná cytokiny (INF-γ, TNF) či bakteriálním lipopolysacharidem: NO• může zabíjet bakterie přímo (např. inhibicí dýchacího řetězce) nebo nepřímo – reakcí s O2•- za vzniku ONOO- (peroxynitrit), který napadá Fe-S proteiny a –SH skupiny, nitruje proteiny, inaktivuje enzymy… Arg citrullin

NADPH-oxidasa: účinná zejména v ničení extracelulárních patogenů (Salmonella, Staphylococcus, Streptococcus pyogenes)…neutrofily X NO je hlavním nástrojem pro zabíjení intracelulárních parazitů (Listeria, Brucella, Candida albicans)…makrofágy

3) Granula (lysosomy) neutrofilů Obsahují baktericidní látky a hydrolasy, které po fúzi s fagosomem ničí pohlcené mikroorganismy: myeloperoxidasa lysozym – štěpí glykosidické vazby v peptidoglykanu buněčné stěny bakterií (zejména G+) defensiny – kationické peptidy (Arg) o Mr 3,5-6 kDa; elektrostaticky interagují s anionickými lipidy bakteriální membrány, vnoří se do ní a vytvoří v ní póry; mohou také inhibovat syntézu DNA a proteinů hydrolasy, např. elastasa – serinová proteasa; zabíjí bakterie, štěpí virulentní faktory, ale může také poškozovat tkáně hostitele (štěpí i proteiny extracelulární matrix)

Eosinofily Hlavní role – obrana proti mnohobuněčným parazitům Tytéž mechanismy s drobnými odchylkami: tvorba ROS peroxidasa eosinofilů – analogie myeloperoxidasy, ale preferenčně využívá jako substrát Br- (místo Cl-) a generuje HBrO (místo HClO) bazický protein eosinofilů poškozuje membránu buněk parazitů

B) Basofily a mastocyty Aktivovány antigeny / alergeny interagujícími s IgE navázanými na receptory na povrchu basofilů, mastocytů Uvolňují látky, které poškozují parazita a vyvolávají reakce k jeho vypuzení, mohou ale zodpovídat i za alergické projevy: hydrolasy histamin heparin Aktivuje se i syntéza eikosanoidů; leukotrieny mají bronchokonstrikční účinek, působí chemotaktivně a aktivačně na leukocyty receptor pro IgE

Histamin Vzniká dekarboxylací histidinu: Histamin působí vazodilatačně a bronchokonstrikčně  napomáhá vypuzení parazita (kašel, peristaltika střev, vazodilatace umožňuje i zvýšenou tvorbu hlenu na sliznici)

Imunopatologické reakce typu I – atopie Tvoří se IgE proti alergenům (pyl, roztoči…) a váží se na receptory basofilů a mastocytů. Při dalším setkání s alergenem může dojít k interakci, uvolnění histaminu, heparinu a tvorbě eikosanoidů Objevují se lokální projevy, které jsou obdobou snahy o vypuzení parazita (alergická rýma, astma, konjunktivitida) Dostane-li se alergen při další expozici do krve, může způsobit i hromadnou degranulaci basofilů a mastocytů  mediátory zvýší permeabilitu cév, ↓ TK  otok plic, ischémie mozku, multiorgánové selhání… anafylaktický šok Léčba: antihistaminika – blokují receptory pro histamin

C) Lymfocyty Mají antigenně specifické receptory, tzv. T-receptory (TCR) resp. B-receptory (BCR) BRC obsahují povrchový imunoglobulin, TCR komplex, který je strukturně podobný Ig; tato část rozpoznává antigen B-lymfocyty po proliferaci a diferenciaci na tzv. plazmatické buňky sekretují velké množství protilátek (sekretovaných imunoglobulinů)

Sekretované imunoglobuliny VH VL CH1 CL CH2 CH3 Fc Fab Dva těžké (H) řetězce, spojené disulfidickými můstky Ke každému z nich je (S-S můstkem) připojen jeden lehký (L) řetězec H-řetězec: 4-5 domén, 50-75 kDa; L-řetězec: 2 domény, 25 kDa Domény na N-konci H i L jsou variabilní (VH resp. VL), ostatní domény jsou konstantní (CH resp. CL), tj. shodné u řetězců téhož typu Variabilní domény H a L společně tvoří vazebné místo pro antigen

Typy imunoglobulinů IgA (2 subtypy) IgG (4 subtypy) IgD IgE IgM 155 kDa Existují 2 typy L: κ, λ Existuje 5 typů H: , γ, δ, ε, μ; podle nich se rozlišují Ig na: IgA (2 subtypy) IgG (4 subtypy) IgD IgE IgM IgM může existovat i v pentamerní formě, IgA i jako dimer a trimer 900 kDa

D) Trombocyty Nemají jádro  velká část jejich výbavy pochází z megakaryocytu Účastní se agregace destiček, mají vazokonstrikční účinky Účastní se také obrany proti infekcím, např. potlačují množení Plasmodium falciparum (původce malárie) Též produkují O2•- a H2O2, které by mohly posilovat agregaci Obsahují thromboxan A-synthasu: katalyzuje přeměnu prostaglandi-nu H2 na thromboxan A2: TXA2 – podporuje agregaci destiček a vazokonstrikci

Trombocyty uvolňují dva velice důležité faktory, které ovlivňují nejen trombocyty samotné, ale i jiné typy buněk: Platelet-Activating Factor (PAF) Platelet-Derived Growth Factor (PDGF)

Platelet-Activating Factor Hlavně juxta- a parakrinní působení (i auto- a endokrinní) přes GPCR Podporuje agregaci destiček Navozuje aktivaci a adhezi leukocytů, produkci cytokinů, působí chemo-takticky, vasodilatačně a bronchokonstrikčně…podíl na zánětlivé reakci ALE: Je podezřelý i z účasti na alergiích, septickém i anafylaktickém šoku Zprostředkovává souhru mezi agregačními a zánětlivými procesy Produkován i endoteliálními b., monocyty, neutrofily, eosinofily, basofily fosfolipid

Platelet-Derived Growth Factor Dimerní protein existující ve 3 isoformách Receptory: tyrosinkinasy; na fibroblastech, gliových b., buňkách hladkého svalstva, leukocytech… Účinky: proliferace chemotaxe diferenciace některých typů buněk (např. v CNS) změna struktury cytoskeletu (  chemotaxe…)  účastní se tvorby kapilár, hojení ran  je důležitý pro prenatální i postnatální vývoj Vystupuje ale i v patogenezi (některé nádory)

Cytokiny Proteiny sekretované leukocyty a jinými buňkami, které působí prostřednictvím receptorů na buňky imunitního systému (existují ale i membránové cytokiny) Působí: autokrinně – na buňku, která jej produkuje parakrinně – na buňky v těsné blízkosti endokrinně – na vzdálené tkáně (po transportu krví)

Některé druhy cytokinů Interleukiny – např. IL-6: produkován makrofágy a neutrofily, stimuluje lymfocyty, sekreci Ig a syntézu proteinů akutní fáze Chemokiny –působí chemotaktivně Interferony – např. INF-: produkován lymfocyty, monocyty a makrogáfy, slouží k protivirové obraně (indukuje syntézu enzymů, které potlačují replikaci virů) Transformující růstové faktory – např. TGF-β: produkován T-lymfocyty, makrofágy a trombocyty, má protizánětlivý účinek Faktory nekrotizující nádory – TNF-β: může indukovat apoptózu

Průnik fagocytů do poškozených tkání = diapedéza / extravazace Nejprve slabá interakce selektin (endotel) – sacharid (leukocyt)  zpomalení Cytokiny na povrchu EB interagují s receptory leukocytů Silná adheze leukocytů vlivem interakce integrinů s molekulami na povrchu EB → migrace leukocytů do tkáně řízená cytokiny (ze zánětlivých buněk či EB).

Regulace Na regulaci mnoha funkcí leukocytů se podílejí monomerní GTP-vázající proteiny, mj. Rac, Rho: aktivace NADHP-oxidasy chemotaxe fagocytóza fúze fagosomu s granuly Rho a Rac mají schopnost modulovat (de)polymerizaci aktinu, která se účastní minimálně posledních tří pochodů http://uk.video.search.yahoo.com/video/play?ei=UTF-8&fr=yfp-t-702&p=chemotaxis&vid=0001539076618&dt=&l=77&turl=http%3A%2F%2Fyts.video.search.yahoo.com%2Fimage%2F2021a80a1&rurl=http%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fv%2FZUUfdP87Ssg%26hl%3Den%26fs%3D1&tit=Neutrophil