Клеточные механизмы врожденного иммунитета: фагоцитоз и контактный киллинг ЛЕОНОВ Вадим Вячеславович Ханты-Мансийская государственная медицинская академия кафедра биологии с курсом микробиологии leonovvadim@yandex.ru 2013
Врожденный иммунитет ( от англ. innate or natural immunity ) – совокупность факторов неспецифической резистентности, обеспечивающих немедленную защиту от инфекции (патогенов) и продуктов повреждения собственных клеток
Защищает все виды живых существ, в то время как адаптивный иммунитет есть только у высших позвоночных. Является и главной системой (сенсором) распознавания «чужого» (например, заражения патогенами), и первой линией защиты. Кодируется относительно небольшим числом генов, которые не могут увеличивать разнообразия рецепторов с помощью соматических перестроек (как это происходит в адаптивном иммунитете). Из-за ограниченности числа генов рецепторы (сенсоры) распознают не индивидуальный патоген, а целые классы патогенов. Важные факты про врожденный иммунитет
Фагоцитирующие клетки ( нейтрофилы, моноциты, макрофаги) Клетки, выделяющие медиаторы воспаления (базофилы, тучные клетки, эозинофилы) Натуральные киллеры ( NK -клетки) Гуморальные факторы, или молекулы (белки комплемента, антимикробные белки, цитокины)
Christiane Nusslein-Volhar d Нобелевская премия по физиологии и медицине 1995 г.
Мухи без гена Toll зарастают грибками и погибают Lemaitre B, Nicolas E, Michaut L, Reichhart JM, Hoffmann JA. Cell, 1996, 20:973-83 Jules Hoffmann Président de l’Académie des Sciences Иностранный член РАН
Чарльз Дженуэй (1943-2003) и Руслан Меджитов
Кто распознает? – клетки миеломоноцитарного ряда Что распознается? – сходные консервативные структурные компоненты (или образы -«паттерны») у патогенов – РАМР Чем распознают? – паттернраспознающими рецепторами ( PRR ) – молекулярные структуры распознавания различных типов микроорганизмов
РАМР и Р RR РАМР – патоген-ассоциированные молекулярные образы («patogen-associated molecular patterns») PRR – образ распознающие рецепторы («pattern-recognition receptors»)
ЛПС грамотрицательных бактерий ПГ грамположительных бактерий Флагеллин Вирусная двухспиральная РНК, ДНК Зимозан дрожжей и др. грибов Липоарабиноманнан микобактерий В И Д Ы Р А М Р
Edwin S. Van Amersfoort et al., CLINICAL MICROBIOLOGY REVIEWS, July 2003, p. 379–414 Vol. 16, No. 3
Липид А E.coli Липид А Rhodobacter sphaeroides Патогенный Непатогенный Липиды А различных Г - бактерий
Углеводный скелет (генциобиоза) Липидная часть Полиглицерофосфатный эфир Структура липотейхоевых кислот из клеточных стенок Г + бактерий O O O H O H O O H O H H O O P O O O R 2 O O R 4 O O R 3 O O P O O O H O R 1 n O H C 1 4 - C 1 9 a l k y l s n = 4 5 - 5 0
Toll -подобные рецепторы ( TLR ) NOD- подобные ( NLR ) RIG- подобные ( RLR ) Рецепторы NK клеток Прочие рецепторы Рецепторы, участвующие во врожденном иммунологическом распознавании
TLR4 ЛПС, Г - бактерии MD-2 TLR семейство и его лиганды у человека и мыши Флагелин TLR5 TLR2 TLR1 Липопептиды TLR2 TLR6 ЛТК, Г + бактерии, грибки, микоплазма TLR 7 ssRNA dsRNA TLR 3 TLR 9 CpG DNA Эндосома NF- k B IRF Гены медиаторов, включая ФНО Адаптерные белки (MyD88, Trif) Профилин TLR11 Сигнальные киназы Все бактерии
Kiyoshi Takeda, Shizuo Akira International Immunology, Vol. 17, No. 1, pp. 1-14, 2005
1. Принципиально разные стратегии распознавания: во врожденном - рецептор узнает инвариантные химические структуры целого класса патогенов в адаптивном – генерируется набор рецепторов со случайной специфичностью, которые потом отбираются. 2. За каждую из двух ветвей иммунитета, в первом приближении, отвечают разные виды клеток иммунной системы ( иммуноцитов ). Клетки адаптивного иммунитета - Т и В лимфоциты (а также NKT клетки). Клетки врожденного иммунитета – макрофаги (наши главные фагоциты!), нейтрофилы, дендритные клетки, NK -клетки. Дополнительные факты про врожденный иммунитет
Расширение сосудов (артериальная гиперемия) Повышение проницаемости сосудов Замедление кровотока, венозная гиперемия, стаз Транссудация жидкости, отек Эмиграция лейкоцитов, инфильтрация тканей Воспаление Это сложная защитная реакция организма на повреждение, вызванное действием патогенного раздражителя разной природы (биологической, механической, физической, химической). TLR + PAMP активация нуклеарного фактора транскрипции NF - ϰ B выброс цитокинов
Молекулы адгезии Ярилин, 2010
Транссосудистая миграция лейкоцитов патоген Цитокины (особенно ИЛ-8) Формилпептиды П р о с в е т с о с у д а LFA-1 ICAM-1 CD62E L -селектин Роллинг Адгезия Трансмиграция
Фагоцитоз – это захват клеткой частиц размером более 0,5 мкм, осуществляемый с помощью клатрин-независимого механизма и, как правило, требующий полимеризации актина ( Alberts B. et all. 1993) Фагоцитоз
Типы эндоцитоза
24 Фагоцитирующие клетки 1. Полиморфно-ядерные лейкоциты нейтрофилы эозинофилы базофилы эозинофил нейтрофилы базофил микрофаги
Азурофильные (первичные) Специфические (вторичные) Желатиназные (третичные) Секреторные везикулы Гарнулы
2. Клетки макрофагально-моноцитарной системы моноциты макрофаги дендритные клетки моноциты макрофаг Живой макрофаг Фагоцитирующие клетки
27 Рецепторы макрофагов С R3, CR4 - рецепторы для комплемента IL-10 – рецептор инактивации макрофага CD14 и Т LR – рецептор для РАМР Рецептор, связывающий маннозу Рецептор к -ИФН и ФНО С D 64 - рецептор для Fc- фрагментов IgG « scavenger receptor » - рецептор для «уборки мусора»
Fab- фрагмент F с - фрагмент IgG C3b Патоген Ag
Адгезия Погружение Образование фагосомы
Созревание фагосомы
Механизмы бактерицидности Кислородзависимый Азотистые метаболиты Кислород- и оксид азота-независимые -ферменты - антимикробные белки - закисление фагосомы
Flannagan RS, Cosio G & Grinstein S (2009). Antimicrobial mechanisms of phagocytes and bacterial evasion strategies. Nat Rev Microbiol 7(5): 355-66. Миелопер- оксидаза -ИФН, α -ФНО
34 Механизмы незавершенного фагоцитоза Подавление слияния фагосом и лизосом Внутриклеточная персистенция в цитоплазме Подавление активности лизосомальных ферментов
Нейтрофил с захваченными шигеллами Нейтрофил поглощает бациллу сибирской язвы
Макрофаг поглощает кишечную палочку Незавершенный фагоцитоз гонококка Фагоцитоз
От англ. natural killer – природный убийца Обозначение – NK (ЕК) NK -клетки не распознают индивидуальные антигены, не имея соответствующих рецепторов Популяция NK -клеток не клонирована и функционирует как целое Для выполнения функций не требуется дополнительной дифференцировки NK -клеток, а необходима лишь кратковременная активация NK -клетки не рециркулируют
Рецепторы Мотив, передающий сигнал Лиганд Ингибирующие рецепторы KIR2/3Dl ( 9 вариантов ) ITIM HLA-A,B,C,G CD94/NKG2 A, E, F ITIM HLA-E LILBR 1-2 ITIM HLA класс I Активирующие рецепторы CD94/NKG2C IT А M (DAP12) HLA-E NKG2D YXXM (DAP10) MIC A, B, ULBP 1-4 Fc γ RIII IT А M IgG1, IgG3 NK p30, p44, p46 IT А M ( Fc RI, DAP12 ) Не установлены
Нет ни МНС- I, ни активирующего лиганда Есть МНС- I, нет активирующего лиганда Нет МНС- I, есть активирующий лиганд Есть и МНС- I, и активирующий лиганд Ответ отсутствует Ответ отсутствует NK- клетка повреждает клетку мишень Результат зависит от баланса сигналов
В презентации лекции использованы материалы лекций проф. С.А.Недоспасова (Институт Молекулярной Биологии им. В.А. Энгельгардта РАН Институт Физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ ) и проф. А.А. Ярилина (кафедра иммунологии МГУ им. М.В. Ломоносова)
