Ders Planı DOĞAL İMMÜNİTE-1 Mikroorganizmaların tanınması Doğal İmmün Sistemin Bileşenleri Doğal bariyerler Dolaşan efektör hücreler Prof. Dr. H. Barbaros ORAL 09.03.2012 1 2 Öğrenim Hedefleri Patern tanıyan reseptörleri (PRR) sınıflandırabilir PRR lerin bağladığı başlıca patojenle ilişkili moleküler kalıpları (PAMP) söyleyebilir Doğal immün sistemin bileşenlerini sayabilir Epitelyal bariyerin bileşenlerini ve işlevlerini anlatabilir Doğal immünitenin dolaşan efektör hücreleri hakkında kabaca fikir yürütebilir Doğal İmmünite Enfeksiyonları önleyen, kontrol eden veya ortadan kaldıran ilk yanıt Edinsel bağışıklığın uyarılması, optimal yanıtın oluşturulması Sürekli işlev gören (epitelyal bariyer) Mikropla karşılaştığında yanıt veren (Fagositler ve kompleman sistemi) 3 4 Mikroorganizmaların Tanınması Doğal immünite mikroorganizmaların yaşamsal yapılarını tanır, normal konak dokusunun değil!!! Self ayrımını iyi yapar PAMPs (patojen-ilişkili moleküler kalıplar) Çift zincirli RNA (virüsler) Metillenmemiş CpG DNA sekansları (bakteriler) N-formylmethionine (bakteriyel proteinler) LPS, teikoik asit, mannoz PRR (pattern recognition receptor) 5 6 1
PRR ler mikropların yaşamını sürdürebilmesi için temel olan yapıları tanır. Bu yapılar değişmez. Çeşitli hücre tiplerinin yüzeyinde ya da içinde eksprese edilen hücre-ilişkili PRR ler; antimikrobiyal ve pro-enflamatuvar fonksiyonları aktive eder fagositozu kolaylaştırır Soluble PRR ler, fagositozu ya da hücre dışı öldürme mekanizmalarını aktive ederek mikropların kandan ve hücre dışı sıvılardan eliminasyonunu kolaylaştırır 8 Patern Tanıyan Reseptörler PRR ler germline kodlanır. Sınırlı bir repertuvara sahiptir (~10 3 moleküler patern). Sadece mikropların sınıflarını ve bazı hasarlı dokulardan açığa çıkan molekülleri ayırt edebilir. Isı şok proteinleri MHC sınıf I benzeri moleküller HMGBP-1 Değişikliğe uğramış membran fosfolipitleri Hücre-ilişkili PRR Konum PAMP Bağlantısı Toll-benzeri reseptörler dendritik hücreler, fagositler, endotel hücreleri TLRs 1-9: pek çok bakteriyel ve viral molekül C-tip lektinler fagositler Mannoz reseptörü Dectin: Fungal hücre duvar glukanları Çöpçü reseptörler fagositler CD36: mikrobiyal diasilgliseridler NLRs fagositler (sitoplazma) Nod1,Nod2 ve Nalp3: bakteriyel peptidoglikanlar N-formylmethionyl reseptörü fagositler FPR ve FPRL1: N-formylmethionyl rezidüler içeren peptidler 9 10 Patern Tanıyan Reseptörler Souble PRR Konum PAMP Bağlantısı Pentraxinler plazma CRP: mikrobiyal fosforilkolin ve fosfatidiletanolamin Kollektinler plazma alveoller MBL: terminal mannoz ve fruktoz Surfaktan proteinleri SP-A, SP-D: pek çok mikrobiyal yapı Fikolinler plazma Fikolin: gram pozitif bakterilerde lipoteikoik asit ve N-asetilglukozamin PRR eksprese eden değişik tipte hücreler doğal immün yanıta katılabilir Nötrofiller Makrofajlar Dendritik hücreler Endotel hücreleri Epitel hücreleri Lenfositler ve diğerleri 11 12 2
İnsan Drosofila TLRs TLR 1-11 Sitoplazmik kısmında Toll/IL-1 reseptör (TIR) homolog bölge Makrofajlar, dendritik hücreler, nötrofiller, mukozal epitel hücreleri ve endotel hücreleri Memeli TLR leri memelilerde bulunmayan çok sayıda farklı moleküle yanıt oluşturabilir. Hücrenin farklı bölgelerindeki mikropları tanıyabilirler. 15 16 Çeşitli hücreler TLR lerden başka PRR leri eksprese ederek mikrobiyal molekülleri tanırlar. Bazısı, sinyal üretimiyle enflamatuvar yanıtı uyararak, Bazısı da fagositozu güçlendirerek mikrobu öldürür. 17 18 3
C-tip lektinler: Makrofaj, dendritik hücre ve diğer lökositlerin hücre membranlarında bulunur, karbonhidrat yapıları tanırlar. Mannoz reseptörü: En iyi bilinen C-tip lektin, mikrobun fagositozu Dectin 1: Mantar hücre duvarındaki β-1,3 ve β-1,6 bağlantılı glukanlar, TLR sinyaliyle kesişen sinyal üretir Çöpçü Reseptörler: Fagositlerde bulunur (CD36, CD68, SRB1) Oksitlenmiş lipoproteinlerin hücre içine alınması Aterosklerozda rol oynuyor Mikropların tanınması ve fagositozu 19 20 N-formil Met-Leu-Phe reseptörler: Nötrofil (FPR) ve makrofajlarda (FPRL1) bulunur. N-formilmetiyonil rezidüsü taşıyan kısa peptitleri tanır Bu reseptöre bağlanan ligantlar, lökositler için en güçlü kemoatraktanlardandır 7 membran geçişli, GTP bağlı G-protein eşli reseptör ailesinden Hücre içi yanıtı trimerik G proteinleri aracılığıyla başlatır. NLRs (NACHT-LRRs): Nod1,Nod2, NALP3 Bakteriyel enfeksiyonun (peptidoglikan) intrasellüler sensörleri Enlamatuvar yanıt aktivasyonu 21 NOD: Nucleotide-binding oligomerization domain NALP3: NACHT, LRR and PYD domains-containing protein 3 22 CARD içeren proteinler (caspase activation and recruitment domain) RIG-1 ve MAD5, viral RNA nın bağlandığı sitoplazmik res. Anti-viral Tip 1 interferonların stimülasyonu 23 24 4
Epitelyal Bariyerler Sağlam epitel mikroplarla konak arasında fiziksel bir engel Epitel tabakaları Defensinler/cathelicidin İntraepitelyal lenfositler Mikrop girişinin engellenmesi Mikropların öldürülmesi Mikropların öldürülmesi Deri GİS mukozası Solunum sistemi mukozası 25 26 Epitel hücreleri ve bazı lökositler antimikrobiyal özellikli peptitler üretir Defensin ler ve Katelesidin ler : Mikroplara direkt toksite, Mikroplara karşı inflamatuvar yanıta katılan hücrelerin aktivasyonu Bariyer epiteli (intraepitelyal T lenfositler; γδ T lenfositler) ve serozal kaviteler (B lenfositlerin B-1 alt grubu) sıklıkla karşılaşılan mikropları tanıyan çeşitli tiplerde lenfositler barındırır. Sitokin sekresyonu Fagositlerin aktivasyonu Enfekte hücrelerin öldürülmesi 27 28 Dolaşan Efektör Hücreler Nötrofiller Erken fagositoz ve mikropların öldürülmesi Makrofajlar Dendritik hücreler NK hücreleri Etkin fagositoz ve mikropların öldürülmesi, enflamatuvar sitokinlerin salgılanması Antijen sunumu ve edinsel immün yanıtın yönlendirilmesi Enfekte hücrelerin öldürülmesi ve makrofaj aktivasyonu 29 30 5
Dolaşan Efektör Hücreler Nötrofiller: 12-15 µm Dolaşan Efektör Hücreler Mononükleer Fagositler Monosit 10-15 µm Makrofajlar çok çekirdekli dev hücreler oluşturabilir Filogenetik olarak çok eski Nötrofillerden uzun yaşar, bölünebilir Granüller: Spesifik granüller: lizozim, kollajenaz, elastaz Azürofilik granüller: defensin ve cathelicidin içeren lizozomlar Dolaşımda 6 saat, dokularda birkaç saat yaşarlar 31 32 Dolaşan Efektör Hücreler Mononükleer Fagositler o Dendritik Hücreler o Doğal ve Edinilmiş Bağışıklığın ilişkilendirilmesi o Uzun membranöz çıkıntıları ve fagositoz yetenekleriyle, lenfoid dokular, mukozal epitel ve organ parankimleri yaygın o PRR eksprese ederler, sitokin sekrete ederek mikroplara yanıt oluşturur o Plazmasitoid Dendritik Hücreler; viral enfeksiyonlara erken hücresel yanıt; endositozla alınan virüsü tanır ve tip I IFN üretirler. 33 34 ÖZET Endozom içerisinde yer alan TLR leri sayınız? TLR-3, -7, -8 ve -9 İntraepitelyal T lenfositler hangileridir? DOĞAL İMMÜNİTE-2 γδ- T lenfositler Dokularda yerleşen makrofajlara birkaç örnek veriniz? SSS Mikroglia KC Kupffer H.leri AC Alveolar makrofajlar Kemik Osteoklastlar 35 09.03.2012 Prof. Dr. H. Barbaros ORAL 36 6
Ders Planı Lökositlerin enfeksiyon alanına ulaşması Mikropların Fagositozu Fagositlerde hücre içi öldürme Dolaşan efektör hücreler: NK hücreleri Doğal İmmünitenin sıvısal bileşenleri Doğal immünitenin edinsel immüniteyi yönlendirmesi Öğrenim Hedefleri Lökositlerin enfeksiyon alanına nasıl ulaştığını açıklayabilir Fagositoz ve takiben kullanılan hücre içi öldürme mekanizmaları hakkında yorum yapabilir NK hücrelerinin başlıca özellikleri ve işlevlerini anlatabilir Doğal imünitenin sıvısal komponentleri ve göervleri hakkında fikir yürütebilir Edinsel immünitenin aktivasyonu için gerekli 2. sinyalin doğal immünite tarafından oluşturulmasını açıklayabilir 37 38 Lökositlerin Enfeksiyon Bölgesine Toplanması Nötrofil ve monositler, gerek adezyon moleküllerine bağlanarak, gerekse enfeksiyon alanında üretilen kemoatraktanlar aracılığıyla, kandan enfeksiyon alanına göç ederler. Mikropların fagositozu Mikrop fagositik hücreler tarafından tanınır Nötrofil ve makrofajlar eksprese ettikleri reseptörlerle spesifik olarak mikropları tanırlar Patern tanıma reseptörleri: C-tipi lektinler Scavenger reseptörler Diğer reseptörler: Mikrobu kaplayan konak proteinlerini (opsonin) tanır. Opsonizasyon Ab Kompleman proteinleri Lektinler 39 40 Mikropların fagositozu Fagositik hücreler Ab lar, kompleman proteinleri ve lektinlere bağlanan yüksek afiniteli reseptörler taşırlar. En etkin opsonizasyon mikrop + Ab kompleksi (Patern tanıma reseptörleriyle olandan daha çok mikrobun fagositozunu sağlar) Fagositler yüksek afiniteli Fc res taşır örn. IgG tipi Ab için FcγRI Kompleman ve lektinler gibi moleküller önemli opsoninlerdir ve fagositler bunlar için reseptör eksprese eder. 41 Mikropları tanıyan çeşitli reseptörler TLR ler Fc Kompleman C3 Sitokin reseptörleri (öz IFN-γ) 42 7
Fagosite edilen mikropların öldürülmesi 1. Aktive nötrofil, makrofaj fagolizozomda proetolitik enzimler üretir; Elastaz (Nötrofillerde bulunan geniş spektrumlu serin proteaz) Katepsin G (bakteriyi öldürmek için fagositlerin temel gereksinimi) 2. Fagosit oksidaz sistemi (temel serbest radikal üretim sistemi) IFN-γ ve TLRs sinyali ile indüklenip aktif fagositlerde, fagozomal membranda aktive olan enzim kompleksi NADPH indirgenmesiyle O 2 den Süperoksit radikalleri vb ROS oluşur Süperoksit, H 2 O 2 e dönüşür H 2 O 2, halid iyonlarını reaktive eder ve bakteriler için toksik hipohalous asit oluşur Fagosit oksidaz Ana görevi ROS oluşumu Fagositik vakuoldeki proteolitik enzimlerin aktivitesi için gerekli ortamı sağlamak Herhangi bir komponentinin kalıtsal eksikliği Kr Granülomatöz Hastalık Aktive olmuş makrofajda moleküler oksijen Solunumsal patlama ROS (reaktive oxygen species) Elektron pompası Vakuol membranında elektrokimyasal gradient Elastaz ve katepsin G aktivitesi için gerekli vakuol içi ph ve osmolarite 43 44 3. Makrofajlar reaktif nitrojen aracılar (NO) arginin indüklenebilir nitrik oksit sentaz (inos) kataliz sitrüllin sitolitik bir enzim istirahatteki makrofajda yok indüklenir * TLR ı aktive eden mikrop ürünleri * özellikle IFN-γ ile kombine şekilde NO + peroksit yada süperoksit yüksek reaktif peroksinitrit radikalleri Nötrofil-makrofajlar çok güçlü uyarıldıklarında lizozomal enzimler, ROS ve NO nedeniyle konak doku hasarı oluşturabilir. Aktif makrofajların başka bazı fonksiyonları da vardır. Sitokin aracılı (TNF, IL-1, IL-12 ve kemokinler) Fibroblast ve endotel hücreleri için growth faktör doku remodeling 45 46 Dolaşan Efektör Hücreler Doğal Öldürücüler (NK) (Large Granular Lymphocytes) Enfekte ve zarar görmüş hücreleri tanıyan Doğrudan bu hücreleri öldüren Enflamatuvar sitokin salgılayan Lenfosit soyundan gelen Mononükleer hücrelerin % 5-10 sini oluşturan Kan,dalak ve diğer lenfoid organlarda Ek bir aktiviteye gerek duymadan hedef hücreleri öldüren IFN-γ nın ana kaynağı Enfekte yada zarar görmüş hücrelerin NK tarafından tanınması NK aktivasyonu, aktive edici ve inhibe edici resptörlerden kaynaklanan sinyaller arasındaki bir denge tarafından düzenlenir. Reseptörlerin çoğu; Ligand-binding subunit (diğer hücrelerin yüzeyindeki molekülleri tanır) Signaling subunit komplekleridir. (hücre içine giden aktive veya inhibe edici sinyalleri düzenler) 47 48 8
NK başka bir hücre ile etkileştiğinde, sonucu inhibitör yada aktivatör reseptörlerden gelen sinyal belirler NK tarafından eşzamanlı eksprese edilebilen Diğer hücre reseptörleriyle eşzamanlı etkileşebilen Bu reseptörler MHC Class I molekülleri yada, MHC Class I moleküllerine yapısal olarak benzeyen proteinleri tanır. NK hücreler bu molekülleri tanımak için T lenfositlerin kullandığı reseptörlerden farklılarını kullanır Aktivatör reseptörler; Heterojen bir grup ligandla bağlanır. Bu ligantlar; Zarar gören hücrelerde Enfekte hücrelerde (viruslar yada diğer intraselüler mikroplarla) Malign transformasyon geçirmiş hücrelerde eksprese edilir NKG2D; virusla enfekte hücrelerde ve tümör hücrelerinde bulunan class I MHC benzeri yapılara bağlanır. Viral enfeksiyonların ve tümör büyümesinin kontrolünde önemli bir ligandtır. 49 50 Aktivatör reseptörler; İnhibitör reseptörler; CD16 (FcγRIIIa); IgG1 ve IgG3 için düşük afinite reseptörü. Ab kaplı hedef hücreleri öldürür. (Ab bağımlı hücre aracılı sitotoksite) NK aktivatör reseptörleri, ligandına bağlanınca, kinaz bağımlı sinyal kaskadı tetiklenir ve hedef hücrelere karşı hızlı bir sitotoksiteye yol açar. MHC Class I moleküllerine bağlanır. Fosfataz bağımlı sinyal kaskadı tetiklenir Normal doku hücreleri NK etkisinden kurtulur. Özellikle bazı virus enfeksiyonlarında MHC Class I molekül ekspresyonu azalır KIRs (killer cell immunoglobulin like receptor); en geniş inhibitör reseptör grubu CD94/NKG2A; HLA-E yi tanır, diğer MHC klass I peptitlerini sunar 51 52 NK aktiviteleri ve ekspansiyonu IL-15 ve IL-12 gibi sitokinlerce de uyarılır. IL-15: makrofaj/diğer bazı hücreler NK için çoğalma faktörü IL-12: makrofaj NK dan IFNγ sitotoksik aktivite IL-18 bu aktiviteyi büyütebilir Tip I IFNs, IFN-α, IFN-β, NK sitotoksik potansiyelini IL-12, IL-15, Tip I IFNs (yüksek konsantrasyonda IL-2); enfeksiyona cevapta makrofajlarda üretilir ve doğal immünitede NK ları aktive eder. ITIMs (immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif) ITAMs (immunoreceptor tyrosine-based activation motif) 53 54 9
NK ların efektör fonksiyonu 1. Enfekte hücreyi öldürmek (ve bazı tümör hücrelerini (öz. Hematopoetik)) 2. Makrofajları fogosite edilmiş mikropları öldürmek için aktive etmek (NK kaynaklı IFNγ aracılığıyla) Granüllerinde hedef hücreyi öldürmeye aracılık eden proteinler taşır (CTL ler gibi) ve CTL lere zaman kazandırır. NK aktivasyonu granüler proteinleri hedef hücreye bırakır Perforin; diğerlerinin girişine yardımcı Granzim; sitoplazmada, hedef hücrede apoptozu başlatır 55 56 Dolaşan Efektör Proteinler Kompleman MBL (kollektin) C-reaktif protein (pentraxin) Mikropların öldürülmesi, opsonizasyonu ve lökositlerin aktivasyonu Mikropların opsonizasyonu ve kompleman aktivasyonu Mikropların opsonizasyonu ve kompleman aktivasyonu 57 58 Dolaşan patern tanıma molekülleri ve doğal immütenin efektör proteinleri (doğal immünitenin humoral kolu) Kompleman sistemi Mikropların yok edilmesini ve enflamasyonu güçlendiren ve mikroplar tarafından aktive edilen çeşitli plazma proteinlerinden oluşur. 3 yol Klasik C1 mikroba bağlı IgM, IgG1, IgG3 Alternatif mikrobiyal yapının doğrudan tanınmasıyla tetiklenir Lektin mannoz bağlayan lektin tarafından tetiklenir Mikrobun tanınması sıralı olarak toplanma kompleman proteinlerinin proteaz kompleksine katılması C3 C3b (mikrobiyal yüzeyde birikir, bağlanır) opsonin C5a nötrofiller enflamasyon alanına göçer C6,7,8,9 MAC Memeliler komplemanın konak hücrelerine zarar vermesini önlemek için birtakım regülatuvar proteinler salgılar C3a enflamasyonu uyarır (nötrofiller için kemoatraktan gibi.) 59 60 10
Pentraksinler Kısa pentraksin CRP SAP; serum amiloid P Uzun pentraksin PTX3 CRP; sağlıklıda plazma konsantrasyonu çok düşük, hastada x1000 Fagositler IL-1 ve IL-6 KC de sentez diğer akut faz reaktanları (SAP ve diğerleri) SAP & CRP farklı bakteri ve mantarlara bağlanır Fosfotidiletanolamin ve fosfotidilkolin ligandları Opsonin gibi görev yapar C1q bağlanır fagosit C1q resptörü ile etkileşim IgG Fc reseptörüne bağlanır C1q ya bağlanıp klasik yol kompleman aktivasyonu PTX3; Çeşitli hücreler tarafından üretilir Dendritik Endotelyal Makrofaj TLR ligandına ve TNF ye yanıt olarak üretilir Akut faz reaktanı değil Çeşitli ligandlara bağlanır C1q Apoptotik hücre Mikroorganizma Bazı mikroplara (ör Aspergillus Fumigatus) karşı koruyucu 61 62 Kollektinler ve Fikolinler Kollektinler; kollajene benzer kuyruğu ile kalsiyum bağımlı (C-tip) lektinin boyun kısmına bağlanan proteinler ailesi Doğal immünitenin çözünür patern tanıma molekülleri MBL PS-A (pulmuner surfaktan protein) PS-D MBL Plazma MBL, makrofajlardaki mannoz reseptörleri gibi mikropların yüzey glikoprotein ve glikolipitlerinde bulunan terminal mannoz ve fukoza bağlanır. Makrofajlardaki C1q yüzey reseptörüne bağlanır, mikrobun fagositozuna aracı Komplemanı aktive eder Düşük MBL seviyesi çeşitli enfeksiyonlara yatkınlık oluşturur 63 64 SP-A ve SP-D; Akciğerlerde (alveollerde) doğal immüniteyi düzenler Çeşitli mikroplara bağlanır ve opsonin olarak etki gösterir, alveolar makrofajlarca fagosite edilmelerini kolaylaştırır Bakteri üremesini doğrudan inhibe eder ve makrofajları aktive eder Eksikliğinde Akciğer enfeksiyonlarına eğilim ARTAR Fikolinler; Kollektinlere benzer Çeşitli bakteri gruplarına bağlanır ve onları opsonize eder MBL ye benze şekilde komplemanı aktive eder Gram (-) bakterilerin hücre duvarındaki lipoteykoik asit ve N-asetilglukozamin ligandlarıdır. Sitokinler TNF, IL-1, kemokinler Enflamasyon IFN-, -β Viral enfeksiyona direnç IFN-γ Makrofaj aktivasyonu IL-12 NK ve T hücrelerinden IFN-γ üretimi IL-15 NK hücrelerinin proliferasyonu IL-10, TGF- β Enflamasyonun kontrolü 65 66 11
Doğal immün sistemin sitokinleri Lökositlerin işlevlerini düzenler ve aktive eder Antimikrobiyal yanıtı güçlendiren efektör hücrelerin ve proteinlerin sentezini içeren sistemik değişikliklere yol açabilir. Temel kaynaklar: Makrofaj Nötrofil NK Endotel hücreleri ve bazı epitel hücreleri bazılarını üretebilir İnflamatuvar hücreler arasında ve inflamatuvar hücrelerle yanıt veren doku hücreleri arasında bilgi aktarımını sağlar IFN-α/β, TNF, IL-1, kemokinler, IL-12, IL-15, IFN-γ, IL-10, IL-6 Edinsel immün yanıtı uyarmada doğal immünitenin rolü Ag ile birlikte fonksiyon görerek Ag spesifik T ve B hücrelerin proliferasyonu ve farklılaşmasını uyaracak sinyali sağlar Lenfosit aktivasyonu için, 1. Ag 2. Mikroba yada hasarlanmış hücreye doğal immün yanıtın ürettiği bir mediatör veya bu mediatörün uyardığı bir reseptör 67 68 sinyal1: immün yanıtın özgüllüğünü sağlar sinyal2: tehlikeli bir enfeksiyon durumunda edinsel immünitenin aktive edilmesini sağlar Doğal immünite sırasında gelişen ve lenfosit aktivasyonu için 2. sinyal olarak fonk gösterenler; Eş uyaran reseptörler (T hücreleri için) Sitokinler (Tve B hücreleri için) Kompleman yıkım ürünleri (özellikle B hücreleri için) 2. sinyal; Sadece gelişecek edinsel yanıtın şiddetini genişletmek için değil Aynı zamanda edinsel yanıtın doğasını etkilemek için gelişir. Örnek: T hücre aracılı immünitenin ana fonksiyonu hücre içi mikropları öldürmesi için makrofajları aktive etmektir. TLR ile tanınan mikroplar T hücre aracılı immün cevabı uyarmak eğiliminde TLR sinyali ASH lerin T hücrelerini Th1 hücrelerine yönlendirir Th1 IFN-γ makrofaj aktivasyonu mikropları ölümü Hücre dışı mikroplar B hücre Ab kompleman aktivasyonu 69 70 ÖZET Opsonizasyondan sorumlu moleküller nelerdir? Antikorlar, kompleman proteinleri, lektinler NK hücrelerinin öldürmeden sorumlu başlıca granül içerikleri nelerdir? Perforin, granzim B Kompleman aktivasyonunda rol oynayan kollektin hangisidir? MBL Makrofaj aktivasyonundan başlıca sorumlu olan sitokin IFN-γ 71 12