Innata och adaptiva immunsystemet Brigitta.Omazic@ki.se Klinisk immunologi
Hematopoesen BLOD & VÄVNADER BENMÄRG T-lymfocyt B-lymfocyt Plasma-cell Pluripotent stamcell Monocyt Granulocyter Makrofag Trombocyter Erytrocyter 2 Immunologi
Lymfoida vävnader Primära lymfoida organ Benmärg Thymus Sekundära lymfoida organ Mjälte Lymfkörtlar MALT 3 Immunologi
Infektionsförsvaret Medfött (innat) immunsvar Hud och slemhinnor; barriärfunktion Magsaft, slemsekretion mm Inflammation Adaptivt immunsvar, bildar minnesceller Humoral immunitet = Antikroppar Cellulär immunitet 4 Immunologi
Medfödd immunitet Innate immunity Antimikrobiella peptider Komplementsystemet Fagocyter: makrofager, granulocyter PRR (pathogen recognition receptors) Konserverade strukturer på mikroorganismer (t ex LPS) Toll-lika receptorer Mannos receptorn Farosignaler Nekrotiska/apoptotiska celler 6 Immunologi
Antimikrobiella peptider Defensiner, Cathelicidin osv
Antimikrobiella peptider AMP Medverkar till direkt destruktion av patogener Opsonisering Agglutination Neutralisering Startar och påverkar immunomodulatoriska processer Kemotaxis Fagocytos Cytokine produktion Produktion av fria syreradikaler Mognad av dendritiska celler
Antimikrobiella peptider: Konstitutiva Specialiserad cell utsöndrar AMP I lumen: neutralisation, agglutination och patogendöd I interstitiet: kemotaxis, fagocytos och påverkan på omogna dendritiska celler
Antimikrobiella peptider: Inducerbara Neutrofiler utsöndrar AMP Kemotaxis Syreradikaler Dendritiska celler 10 Immunologi
Komplementsystemet Klassiska vägen Antigen:antikroppskomplex Alternativa vägen Främmande ytstrukturer C3-konvertas MBL vägen Mannos på bakterier C3 Komplement-receptorer Opsonisering C3a C3b C5 INFLAMMATION C5a C5b C6 C7 C8 C9 Membranattack komplexet 11 Immunologi
12 Immunologi Membran-attack komplexet
Komplementsystemets funktioner 1. Opsonisering: C3b binder till komplementreceptorer på makrofager, granulocyter och B-celler fagocytos antikropps-produktion elimination av immunkomplex 2. Membranattackkomplexet cytolys 3. Frisättning av C3a och C5a (inflammatoriska mediatorer) 13 Immunologi
Opsonisering Fagocytos Y C3b Y Komplement-receptor Fc receptorer Makrofag/ Neutrofil granulocyt 14 Immunologi
Effektorceller i det innata immunsvaret Neutrofila granulocyter 40-70% av leukocyterna i blod. Produceras kontinuerligt i benmärgen. Livslängd i blodet 6-7 tim? Fagocytos Degranulering Apoptos Monocyter/makrofager Monocyter frisätts från benmärgen till blodet Cirkulerar 2-3 dagar (5-10% av leukocyterna) differentierar till makrofager. ut i vävnader 15 Immunologi
16 Immunologi Neutrofilernas effektormekanismer
Aktivering av makrofager i vävnader Makrofag mikroorganism Mannos-receptor Toll-like receptor FAGOCYTOS Frisättning av cytokiner Prostaglandiner, leukotriener INFLAMMATION 17 Immunologi
Effektorceller i det innata immunsvaret NK-celler, natural killer cells 18 Immunologi
TLR - ligander 19 Immunologi Akira S J. Biol. Chem. 2003;278:38105-38108
Toll like receptors (TLR)
Inflammation 1. Rodnad 2. Svullnad 3. Smärta 4. Värmeökning 5. (Nedsatt funktion) Fysiologiska förändringar: Kärlvidgning Kärlendotelet börjar uttrycka adhesionsmolekyler Ökning av kärlpermeabiliteten Koagulationsaktivering 21 Immunologi
Inflammationens effekter 1. Ökat blodflöde ger större tillströmning av effektorceller (monocyter, granulocyter, lymfocyter) till infektionshärden 2. Cytokinfrisättning aktiverar kärlendotelet och effektorcellerna 3. Koagulationsaktiveringen bidrar till att kapsla av infektionen och förhindrar spridning 4. I slutfasen av inflammationen bidrar makrofager/neutrofiler till uppbyggnad av skadad vävnad. 22 Immunologi
Extravasering vid inflammationshärden 23 Immunologi
Aktivering av det adaptiva immunsystemet INFLAMMATION Makrofag / dendritisk cell med fagocyterat antigen Dränerande lymfkörtel Aktivering av antigen-specifika T celler 24 Immunologi
Requirements of innate immunity Keep pathogens out Physical barriers and chemical barriers Recognize pathogens PRR (pathogen recognition receptors) TLR (Toll like receptors) Complement and more Attract immune cells Cytokines and Chemokines (TNF-alpha,IL-8, IL-1) Contain infection Phagocytosis (Neutrofils, Marcropahges aided by complement and PR molecules such as C-reactive protein) Oxygen burst (O2-, H202) Peptides (Defensin etc.) Complement (membrane attack complex) Take away nutrients (Lactoferrin, B12 binding protein)
All successful bacteria have ways to overcome immunity (S. Aureus) Keep pathogens out Penetrates barriers Secretes collagenases, hyaulonidases, proteases, lipases and hemolysins Attract immune cells Interferes with chemotaxis and adhesion Blocks IL-8 receptor on Neutrofils, Blocks ICAM-1 LFA-1 interaction Contain infection Inhibits fagocytosis and complement Blocks Fc part of bound Ab. Activates plasminogen to cleave IgG and C3
Viruses hijack the cell machinery
PRR signaling
Interferons Type I Interferons IFN-alpha, 20 genes, 13 proteins IFN-beta, 1 gene, 1 protein Type II Interferons IFN-gamma, 1 gene, 1 protein
Effect of Type I IFN Activates the expression and repression of >100 genes on the secreting cells and its neighbors.
Interferons fight to hamper virus production
Interferons up regulate expression of MHC molecules
Virus interference with IFN actions All successful viruses have ways of interfering with the antiviral actions of Interferons
Viral interference with Interferon actions Vaccina virus (Soluble receptors) HCV (Interf JAK STAT) Influenza virus (Interf) Polio virus (degrad) HIV-1 (binds PKR) HSV (Phosphatases) HIV-1 (Downregulate)
35 Immunologi
Immunsvarets tidtabell Omedelbart immunsvar: antimikrobiella peptider, komplementaktivering 0-4 timmar Inducerat tidigt immunsvar: Igenkänning av PAMP inflammation rekrytering och aktivering av effektorceller 4 tim - 4 dygn Adaptivt immunsvar: antigen transporteras till lymfkörtlar för aktivering av lymfocyter klonal expansion och differentiering >4 dygn 36 Immunologi
Lymfocyternas kretslopp Paracortex (T cells) Lymfkörtel Inflammation Germinalcentrum (B cells) 37 Immunologi
Det adaptiva immunsystemet Utgörs av T- och B-lymfocyter Är antigen-specifikt Är adaptivt = inducerbart Har minne: Sekundärsvaret starkare och snabbare än primärsvaret 38 Immunologi
Det adaptiva immunsystemet IL-4 T hjälpar cell CD4 positiv TH IFN-γ B cell B TC TC T killer cell CD8 positiv Y Virusinfekterad cell Humoral immunitet Cellulär immunitet 39 Immunologi
Hur B-celler känner igen antigen Antigen Lösligt antigen! B-cellsreceptor B 40 Immunologi
Hur T celler känner igen antigen TC TH T cells receptor Antigen-peptid MHC klass I MHC klass II Alla kärnförande celler Dendritiska celler Makrofager, B-celler 41 Immunologi
MHC-antigen MHC = Major Histocompatibility Antigen transplantationsantigen HLA = Human leukocyte antigens Presentation av peptidfragment för T-celler HLA klass I Finns på alla kärnförande celler (och trombocyter) Visar fragment från intracellulära proteiner för CD8+ T killer celler Frisk cell = kroppsegna protein Virusinfekterad cell = virusproteiner 42 Immunologi
HLA klass II Finns på professionella antigen-presenterande celler (makrofager, dendritiska celler, B-celler) Visar fragment från exogena (fagocyterade) proteiner för CD4+ T hjälpar celler T Makrofag som fagocyterat mikroorganism Nedbrytning till protein-fragment Antigen-presentation och aktivering av T hjälpar-celler 43 Immunologi
MHC/HLA lokus på kromosom 6 DP DQ DR B C A Klass II Klass I 44 Immunologi
HLA generna är polymorfa Klass II >750 alleler Klass I > 1300 alleler 45 Immunologi
Nedärvning av HLA-generna Haplotyp 25% av syskon HLA-identiska 46 Immunologi
47 Immunologi MHC-restriktion
Klonal selektion av lymfocyter Rearrangerar generna för sin antigenreceptor T-celler Thymus (brässen) Positiv selektion: bindning till kroppsegna HLA-molekyler Negativ selektion: Ej för stark bindning till HLA + peptid från kroppseget protein 48 Immunologi
2 signaler för T-cellsaktivering 1. Stimulering via T cells receptorn av Peptid + MHC komplex Naiv T-cell 1 Proliferation Differentiering Effektorfunktion Minne 2 Professionell antigen-presenterande cell 2. Co-stimulering via cellytemolekyler och cytokiner 49 Immunologi
Antikroppar Variabla (antigen-bindande) regioner Lätta kedjan Fab-fragment Fc-del Tunga kedjan Konstant del 50 Immunologi
51 Immunologi T-cells receptorn
Epitopes recognized by T cells and antibodies differ Antibodies recognize surface epitopes T cells can recognize internal epitopes
Cytotoxic T-cells
54 Immunologi
Antikroppssvaret Primärsvar Sekundärsvar 10 4 Koncentration antikropp i serum (µg/ml) 10 3 10 2 10 1 1 Dag 4 6 8 12 Antigenstimulering Samma antigen 56 Immunologi
B-cellens antigen-receptor är en membranbunden IgM-antikropp B-cellsreceptor Antigen Löslig antikropp med samma specificitet som B-cellsreceptorn B Y Antikroppsproducerande plasma-cell 57 Immunologi
58 Immunologi IgM i pentamer form
Direkt agglutination av IgM antikroppar Y Y 59 Immunologi
2 signaler krävs för B-cellsaktivering SIGNAL 1 SIGNAL 2 Antigen TH B B MHC II Co-stimulering och cytokiner (IL-2, IL-4) B-cellen processar antigen till peptidfragment Y Y Antikroppsproduktion Differentiering Klassbyte 60 Immunologi
T-cellsoberoende antikroppsproduktion Vid samtidig aktivering av Toll lika-receptorer (t ex av LPS) = thymus-oberoende antigen typ 1. Repetitiva kolhydrat-antigen = thymus-oberoende antigen typ 2. B 61 Immunologi
Klassbyte av antikroppar En naiv B-cell uttrycker IgM i membranbunden form = antigen-receptor Aktivering antikroppsproduktion av löslig IgM Klassbyte sker under den senare delen av immunsvaret B-cellen gör då antikroppar med samma specificitet, men med en annan konstant (Fc) del. Klassbyte ej möjligt utan T-cellshjälp 62 Immunologi
Isotyper 63 Immunologi
Isotypernas egenskaper Molekylmassa (kda) Konc i plasma (g/l) Omsättning (T½; dygn) Passerar placenta? Komplement -bindning? Sekretutsöndring? IgM IgG IgA i plasma IgA i sekret IgD IgE 900 150 160 370 170 190 ~1,5 6-16 ~3,5? ~0,003-0,5 ~0,00005 10 21 6? 3 2 Nej Ja Nej Nej Nej Nej Ja Ja Nej Nej Nej Nej Ibland Nej Nej Ja Nej Ja 64 Immunologi
Jämförelse innata/adaptiva immunsvaret: Medfött Snabbt, kroppens första försvar Känner igen främmande antigen generellt Relativt liten variabilitet i receptoruttryck Konstant respons under infektion Adaptivt Tar ca 7-10 dagar att komma igång, pga klonal expansion Känner igen specifika antigen En unik receptor per cell Responsen förbättras med tiden
66 Immunologi https://www.youtube.com/watch?v=ivmizy-y3f8