Роль факторов микроокружения.
Механизмы положительной и
отрицательной селекции.
Основные субпопуляции
лимфоцитов.
Цикл 1 – иммунология.
Занятие № 3.
Центральные органы
иммунитета - красный
костный мозг и тимус.
В центральных органах
иммунитета происходит
первый,
антигеннезависимый этап
дифференцировки
лимфоцитов –
то есть «созревание»
уникальных
моноспецифичных
рецепторов.
В костном мозге происходит
образование и
дифференцировка всех
типов клеток крови на
основе
самоподдерживающейся
популяции стволовых
клеток,
дифференцировка Влимфоцитов.
Тимус является «школой
компетентности Тлимфоцитов», в
вилочковую железу
мигрируют пре – Т-клетки
из костного мозга.
ЦЕНТРАЛЬНЫЕ ОРГАНЫ ИММУНИТЕТА
Клетки становятсяиммунокомпетентными – то
есть способными различать
разные молекулы чужеродных
структур.
Эта способность заложена в
геноме лимфоцитов,
присутствия антигенов на
этом этапе не требуется.
В центральных органах
иммунитета формируется
способность клеток
реагировать в будущем (на
периферии) на «чужое» по
принципу: один лимфоцит –
один антиген.
Центральные органы иммунитета: тимус
тимусТИМУСДольчатая структура с эпителиальными клетками стромы и
соединительной тканью
Строма обеспечивает микроокружение для развития и селекции Т
клеток
Снаружи –кора, внутри –мозговой слой, внутри – тимоциты (Тлимфоциты, мигрировавшие из костного мозга)
тимоцит
Эпителиальная
кора
клетка коры
Дендритная
клетка
макрофаг
Мозговой
слой
Эпителиальн
ая клетка
мозгового
слоя
Клетки коры и мозгового вещества тимуса
Тимус - биологические часы: масса тимуса
новорожденные1 – 5 лет
6 – 10 лет
11 – 15 лет
16 – 20 лет
21 – 25 лет
26 – 30 лет
31 – 35 лет
36 – 45 лет
46 – 55 лет
56 – 65 лет
66 – 90 лет
15.15 г
25.6 г
29.4 г
29.4 г
26.2 г
21.0 г
19.5 г
20.1 г
19.0 г
17.3 г
14.3 г
14.06 г
Тимус - биологические часы
Для пожилых характерно:большое число клеток
памяти (встречи со многими
антигенами)
сниженное число наивных
Т-клеток (старение тимуса)
снижение не только числа
наивных Т-клеток, но и
разнообразия репертуара их
Т-клеточных рецепторов
снижение возможности
формирования адекватного
иммунного ответа на ранее
незнакомую инфекцию.
Созревание Т-лимфоцитов в тимусе: 1 этап
Структурнаячасть тимуса
Кора
Клетки,
обеспечивающие
созревание Тлимфоцитов
Функции
Селекция
Клетки-няньки –
Синтез «гормонов» + селекция –
эпителиальные клетки тимуса –тимулин, уничтожаются
тимуса.
тимозины,
клетки, не
тимопоэтины,
В корковом слое
способные
обеспечивают
тимуса находится
связывать
ранние
этапы
большая часть
собственные МНС
дифференциров
тимоцитов (85-95%)
-антигены, на
ки Т лимфоцитов выходе –либо
CD4+клетки
(распознают МНС II
класса) либо CD8+
(МНС I)
Созревание Т-лимфоцитов в тимусе: 2 этап
Клетки,Структур
обеспечивающие
ная часть
созревание Ттимуса
лимфоци
Функции
Селекция
тов
Мозговой Дендритные
слой
клетки,
макрофаги
Встречают CD4+ и
CD8+ клетки на
границе коркового и
мозгового слоя,
представляют им в
комплексе с МНС –
молекулами
аутоантигены
«-» селекция:
уничтожаются те
лимфоциты,
которые отвечают
на аутоантиген –
всего погибает
80-90% Т-клеток
ЦЕНТРАЛЬНЫЕ ОРГАНЫ ИММУНИТЕТА: положительная и отрицательная селекция (отбор) клеток
В центральных органахиммунитета происходят
процессы селекции клонов
лимфоцитов (Т-лимфоцитов
- в тимусе, В-лимфоцитов в костном мозге).
Биологический смысл
селекции, происходящей в
центральных органах
иммунитета – выход в
периферическую кровь
функционально зрелых и
неаутореактивных
лимфоцитов.
Селекция обеспечивается
поддержанием клонов,
распознающих пептиды
в составе «своих»
молекул главного
комплекса
гистосовместимости
(положительная
селекция), и
устранением
аутореактивных клонов
(отрицательная
селекция).
Интенсивность отбора тимоцитов
T клетки созревают втимусе,
но гораздо больше Тклеток погибает в
тимусе (не проходят ±
селекцию).
98% клеток погибает в
тимусе без развития
воспаления и
изменения размеров
тимуса.
1 – тельце Гассаля,
2 –тимоциты,
3 – апоптотические тимоциты.T клетки созревают в тимусе,
но гораздо больше Т- клеток погибает
содержит
1-2 x 108
клеток
2 x 106 в день
98% клеток погибает в тимусе без развития воспаления и
изменения размеров тимуса.
Макрофаги тимуса фагоцитируют апоптозные тимоциты.
Строение Т рецепторов
Т клеточный рецептор имеет и -цепи (естьальтернативные рецепторы, которые имеют
и цепи- обеспечивают иммунитет слизистых
оболочек, первичный ответ при инфекции).
Каждая и цепь в составе Т рецептора имеет:
- 1 наружный вариабельный Vдомен
- 1 наружный константный C – домен;
- трансмембранный сегмент;
- цитоплазматический хвостик (короткий).Т-клеточный рецептор
Место связывание
АГ
для сравнения:BCR - Ig Fab фрагмент
VL
CL
V V
VH V
L
VH
CH
CH
CH CH
CH CH
CL
Fab
Fc
Структура домена: гены Ig
карбогидраты
моновалентность
C C
+
+
Цитоплазмати
ческий хвост
+
Трансмембранная
область
Нет альтернативных константных
регионов
гетеродимеры, цепи связаны
дисульфидными мостиками
Очень короткий
цитоплазматический хвост
Место связывания антигена
образовано V и V областями
30,000 TcR одной специфичности
на клетку
Какие клетки выходят на периферию из тимуса?
В результате позитивной инегативной селекции в
кровоток поступают только
те Т-лимфоциты, которые:
имеют моноспецифичный
Т- клеточный рецептор
(TcR);
распознают молекулы MHC
I класса (CD 8+Тцитотоксические) или MHC
II класса (CD 4+ Т-хелперы)
не способны распознавать
аутоантигены (то есть не
аутореактивные Т
лимфоциты).
Строение Т рецепторного комплекса (TCR/ CD3)
На клеточнойповерхности -Т
клеточный рецептор
(или) расположен
в непосредственной
близости к
комплексу,
называемому CD 3 .
Через комплекс CD 3
происходит
передача сигнала с
Т клеточного
.
рецептора в клетку
Строение корецепторов (CD 4 или CD8)
Корецепторы (CD 4 илиCD8) расположены
на мембране Т
лимфоцита рядом с
комплексом
TCR/ CD3.
Корецепторы «узнают»
молекулы MHC
антигенпрезентиру
Поверхностная мембрана Т - лимфоцита
ющих клеток, а
рецептор
распознает
фрагменты
антигена.
Поверхностная мембрана АПККлетка-мишень
Антигенпрезентирующая клетка
Процесс созревания тимоцитов: этапы формирования корецепторов
Корецепторы:CD4 – распознает
молекулы МНС II
CD8 – распознает
молекулы МНС I
В коре находятся незрелые
тимоциты:
двойные негативные
(CD3/TcR CD4 - 8-)
двойные позитивные
(CD3/TcR CD4+ 8+)
При переходе в мозговой
слой клетки теряют либо
CD4, либо CD8 и
становятся
однопозитивными.
В мозговом слое - зрелые
однопозитивные
тимоциты, их -2 типа:
(CD3/TcR CD4+) –Т –
хелперы
(CD3/TcR CD8+) –Т –
цитотоксические
Такими они и выходят в
кровоток.Переход от двойных позитивных Т клеток к однопозитивным
CD4+ ТИМОЦИТ
ДВОЙНЫЕ ПОЗИТИВНЫЕ ТИМОЦИТЫ
TcR
TcR
√
X
CD8
3
MHC I класса
CD4
TcR
TcR
2
CD8
3
CD4
2
MHC II класса
MHC I класса
MHC II класса
Эпителий тимуса
Сигнал с CD4 отменяет экспрессию CD8 и наоборот
Реаранжировка генов T-клеточных рецепторов
При «созревании» рецепторовТ лимфоцитов в тимусе
гены α- β- или γ- и δ-цепей
претерпевают рекомбинацию
ДНК (реаранжировку генов,
кодирующих Т клеточные
рецепторы).
У α- β-Т –лимфоцитов сначала
перестраиваются гены βцепи, потом-гены α- цепи Т
клеточного рецептора.
Теоретически
реаранжировка
генов TCR
обеспечивает 10161018
вариантов Т
клеточных
рецепторов;
реально это
разнообразие
ограничено числом
TCR лимфоцитов в
организме до 109.
Реаранжировка генов, кодирующих -цепь Т рецептора
Реаранжировка генов, кодирующих -цепь Т рецептораИзначальная конфигурация генов, кодирующих цепь:
эти гены находятся в хромосоме в виде повторяющихся
сегментов, принадлежащих к трем классам: V (variable), D
(diversity) и J (joining), а также один или несколько
инвариантных константных регионов С (constant).
V
D
J
C
Изначальная конфигурация
Реаранжировка генов Тклеточного рецептора (TCR)
Рекомбинация ДНК происходитпри объединении V-, D- и Jсегментов, катализируется
комплексом рекомбиназ.
После перестройки VJ в генах αцепи и VDJ в генах β-цепи,а
также после присоединения
некодируемых N- и Pнуклеотидов, с ДНК
транскрибируется РНК.
Объединение с C-сегментом и
удаление лишних
(неиспользуемых) Jсегментов происходит при
сплайсинге первичного
транскрипта.
Соматическому гипермутагенезу
гены TCR не подвергаются..
Реаранжировка генов, кодирующих Т рецептор, путем соматической рекомбинации
1 этап – слияние генов D-J2 этап - слияние генов V-DJ
3 этап – сборка цепи
V
DJ
C
V
DJ
C
V-DJ слияние
D-J слияние
Реаранжировка генов, кодирующих -цепь Т рецептора, сборка Т рецептора
Реаранжировка генов, кодирующих -цепь Трецептора, сборка Т рецептора
При реаранжировке генов
-цепи Т клеточного
рецептора происходят
те же этапы, что и при
перестройке генов
-цепи.
По окончании
реаранжировки генов
цепи
происходит считывание
м РНК, построение белков,
совместная сборка и
- цепей, экспрессия на
поверхностную мембрану
Т- рецепторного
комплекса.
T клетки уже могут
распознать антиген и
взаимодействовать с
молекулами MHC I и II
классов через
корецепторы - CD4 и
CD8.
После этого начинаются
процессы
отрицательной
селекции (им
предоставляют
аутоантигены).Каким образом развивается аутотолерантность к
антигенам,
отсутствующим в тимусе?
T клетки, несущие TcR , и вступающие во
взаимодействие с антигенами тимуса,
уничтожаются (отрицательная селекция).
Но! Некоторые аутоантигены не
экспрессируются в тимусе – т.е. с ними тимоцит
встретится впервые, когда он выйдет на
периферию в качестве наивного Т лимфоцита.
Вывод: клеточная толерантность должна
развиваться и вне тимуса.
Костимуляция (иммунный ответ) ; отсутствие костимуляции (анергия, толерантность). иммунного ответа).
Процесс презентацииантигенов
сопровождается
или не
сопровождается
костимуляцией:
АПК эксперссируют
или не
экспрессируют
молекулы
костимуляции,
лигандами для
которых являются
молекулы на
поверхности
Тклетки.
Ко- стимулирующие молекулярные взаимодействия на АПК и Тлимфоците: CD40-CD 40L и комплекс B7-CD 28
Гипотезы повреждения и костимуляцииПолная экспрессия функций Т лимфоцитов зависит от того, когда
и где экспрессируются костимуляторные молекулы
Клетки, контактиру
ющие только
с аутоАГ
Смерть клетки путем
апоптоза.
Физиологическая
гибель.
Нет тревоги, угрозы
АПК
Нет тревоги, угрозы
Нет активации АПК, нет иммунного ответа
АПКГипотеза угрозы
Клеточная смерть
путем некроза
напр.повреждение
ткани, вирусная
инфекция
АПК
ТРЕВОГА
Патогены,
распознанные
рецепторами
АПК
АПК, определившие сигналы угрозы, экспрессируют
костимулирующие молекулы,
активируют Т – клетки и иммунный ответ
Выжившие в результате
положительной и
отрицательной
селекции Т-клетки
выходят из тимуса
в кровоток - это
наивные Тлимфоциты, еще
не встречавшиеся
с антигеном.
Наивная Т-клетка циркулирует
по крови и периодически
заходит в лимфоузлы, где в Тклеточной зоне контактирует с
антигенпрезентирующими
клетками.
АПК, представляя антигены,
«отбирают» Т лимфоциты, чей
рецептор наиболее подходит к
антигену, и дают таким
клеткам сигналы для
преимущественного
выживания, активации,
пролиферации и
дифференцировки –для
обеспечения адекватного
иммунного ответа на АГ
Зрелые Т-лимфоциты: жизненный путь на периферии
После встречи с антигеном в лимфоузлеТ-клетка с помощью цитокинов,
костимуляционных молекул АПК
приобретает способность
клонироваться (у всех ее потомков –
одинаковые моноспецифичные Трецепторы, распознающие АГ).
Среди потомков делящегося Т
лимфоцита появляются:
клетки центральной памяти (TCM - stem
cell memory T cells),
короткоживущие эффекторные клетки,
осуществляющие иммунную реакцию
(SLEC или TEMRA-клетки),
эффекторные клеткипредшественники памяти TEM,
Все эти клетки выходят
из лимфоузла,
перемещаются
по крови.
Эффекторные клетки затем
могут выйти
из кровотока для
осуществления
иммунного ответа
в периферической ткани
органа, где находится
патоген (пример –
вирусная инфекция).
К моменту окончания
иммунного ответа
большинство
эффекторных клеток
погибает, 5-10%
остаются в виде клеток
памяти.
.
Эмиграция эффекторной Т-клетки в ткань при вирусной инфекции
Эмиграция эффекторной Т-клетки в ткань при вируснойинфекции
Зрелые Т-лимфоциты: рециркулирующие и резидентные
Лимфоциты рециркулируютпо лимфе и кровотоку
в поисках антигена,
который нужно
распознать и запустить
иммунный ответ.
Часть Т-лимфоцитов
находится не в крови
и не в лимфоузлах,
а в органах,
не относящихся
к иммунной системе –
резидентные Т
лимфоциты тканей,
которые являются
потомками эффекторных
Т клеток, потерявших
способность
рециркулирвать.
Некоторые периферические для
иммунной системы ткани,
(слизистая тонкой кишки,
брюшная полость и др.)
позволяют эффекторным Тлимфоцитам проникать внутрь
свободно;
Другие ткани (ЦНС, слизистые
половых органов, легкие,
эпидермис, глаза) практически не
пропускают Т лимфоциты(не
экспрессируют молекулы хоминга
–аддресины или экспрессируют в
очень небольших количествах);
большой поток эффекторных Тклеток в эти ткани наблюдается
только при реакции воспаления.ОТКРЫТИЕ В - КЛЕТОЧНОГО ИММУНИТЕТА
1954 - Bruce Glick, США
Изучение функции Фабрициевой сумки (bursa Fabricius), лимфоидного
органа в области клоаки у курицы
Бурсэктомия у кур не приводила
к видимым эффектам
Бурсэктомированных цыплят
использовали в
экспериментах по получению
антител к антигенам
Salmonella
Ни у одного из
бурсэктомирован
ных цыплят не было
обнаружено антител
против Salmonella
Было установлено, что бурса – это орган, в котором развиваются
антителообразующие клетки – поэтому их назвали B клетками
у млекопитающих bursa Fabricius отсутствуетПроисхождение В клеток и орган, в котором
созревают В-клетки
В крови есть
зрелые В-клетки
Перенос меченых клеток
фетальной печени
Нормальный костный мозг
Зрелые
В-клетки
отсутствуют
Дефектный костный мозг
B клетки начинают развиваться в фетальной печени
После рождения их развитие продолжается в костном мозгеКостный мозг
S
M
M
E
Стадии развития В лимфоцита
1). Стволовая клетка2) Общий лимфоидный
предшественник для Bи T-клеточного пути
развития - наиболее
ранняя лимфоидная
клетка, для которой еще
не определилось одно из
двух направлений
развития;
3а) Ранняя про-В-клеткаближайший потомок
предыдущего клеточного
типа и предшественник
последующих,
продвинутых в
дифференцировке
клеточных типов
(приставка "про" от англ.
progenitor);
3б) Поздняя про-В-клетка
4) пре-В-клетка - клеточный тип,
окончательно вышедший на В-клеточный
путь развития (приставка "пре" от англ.
precursor);
5) незрелая В-клетка - завершающая
костномозговое развитие клеточная
форма, которая активно экспрессирует В
рецептор - поверхносный иммуноглобулин
и находится в стадии отбора на
способность взаимодействовать с
собственными антигенами;
6) зрелая В-клетка -клеточный тип
периферии, способный
взаимодействовать только с чужеродными
антигенами;
7) Плазматическая клетка (плазмоцит)
эффекторная, антителопродуцирующая
клеточная форма, которая образуется из
зрелой В-клетки после ее контакта с
антигеном и синтезирует антитела
(иммуноглобулины)Стадии развития В клеток
Ранняя про - В
Поздняя про - В
Стволовая клетка
Большая пре
-В
периферическая
Малая пре -В
Незрелая В
зрелая В клетка
На каждой стадии развития происходит реаранжировка генов
тяжелых и легких цепей Ig, экспрессия поверхностных Ig, экспрессия
адгезионных молекул и рецепторов к цитокинам
Стадии развития В клеток
Ранние этапы развитияВ-лимфоцитов
зависят от прямого
контактного
взаимодействия со
стромой.
В результате этих
контактов
происходит
пролиферациия Влимфоцитов и
переход их на
следующую стадию
развития – поздних
про-В-клеток.
На более поздних этапах
развития В-лимфоцитов
требуются гуморальные
факторов стромы костного
мозга – цитокины(ИЛ-7)
На поверхности поздних про-Вклеток экспрессируется
рецептор к ИЛ-7.
Под влиянием ИЛ-7 про-Влимфоциты пролиферируют и
дифференцируются в ранние
пре-В-клетки,
характеризующиеся наличием в
их цитоплазме тяжелой μ (мю)полипептидной цепи
иммуноглобулина М.
Стадии развития В клеток
В дальнейшем ранние пре-Вклетки, трансформируются вмалые пре-В-лимфоциты,
у некоторых из которых в
цитоплазме помимо μ
-тяжелой полипептидной
цепи выявляются молекулы
иммуноглобулина
появляются
легкие цепи
иммуноглобулина(или
каппа, или лямбда), далее
происходит экспрессия на
поверхностную мембрану
мономерных
иммуноглобулинов М.
. Иммуноглобулины М и
являются антигенраспознающими
рецепторами В-клеток.
Антигенная специфичность
рецепторов генетически
детерминирована.
Далее происходит экспрессия на
клетках иммуноглобулинов
класса D (IgD) .
С экспрессией на лимфоцитах
иммуноглобулинов D
завершается этап антигеннезависимого созревания Вклеток.
Развитие В клеток в костном мозге
Более 75% созревающих в костноммозге В-клеток не попадает в
кровоток, а погибает путем
апоптоза и поглощается
костномозговыми макрофагами.
+ селекция происходит при
взаимодействии В - клеток и клеток
стромы – остаются В-клетки с
иммуноглобулинов (Ig).
- селекция происходит при
взаимодействии В-клеток и
антигенпредставляющих
клеток(АПК), презентирующих
фрагменты аутоантигенов
Выжившие клетки
продолжают созревать
и достигают
центрального
венозного синуса.
На всех этапах
созревания В-клеток
важную роль играет
связь В-клеток с
клетками стромы
(микроокружение) и
присутствие цитокинов
– в частности,
интерлейкина -7.Развитие В клеток в костном мозге: «созревание»
моноспецифичных рецепторов, «+» и «-» селекция
B
B
B
B
Регуляция созревания В рецепторов
Каждая В – клетка - моноспецифична
Уничтожение аутореактивных В - клеток
Выход полноценных, но еще незрелых
В клеток на периферию (сначала в
селезенку, затем - в лимфатические
узлы)
Костный мозг обеспечивает
МИКРООКРУЖЕНИЕ ДЛЯ СОЗРЕВАНИЯ,
ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ И РАЗВИТИЯ В КЛЕТОКСозревающие В клетки
Клетки стромыB
B
Клетка стромыСхема развития В – клеток в костном мозге
предшественники
Э
н
д
о
с
X
X
X
Т
К
О
С
Т
Н
О
Й
П
Л
А
С
Т
И
Н
К
Незрелые и зрелые
В клетки
Пре -B
клетки стромы
макрофаг
Центральный синусВ - клеточная аутотолерантность – выход зрелых
В клеток из костного мозга
B
IgD
IgM
Малый пре –В не несет
рецепторы
Незрелый В-лимфоцит
не распознает ауто Аг
YY
B
YY
Незрелый
В
YY
B
YY
YY
Малый
пре-В
IgD и IgM рецепторы
IgD
IgM
IgM
IgD
IgM
IgD
Зрелый В-лимфоцит
выходит
на периферию
Постулаты теории клональной селекции
Каждый В лимфоцит имеетрецептор уникальной
специфичности.
Высокоаффинное (прочное)
взаимодействие рецептора
с антигеном приводит к
активации
В - лимфоцита.
Специфичность
рецептора сохраняется в
процессе пролиферации
и дифференцировки
лимфоцита.
Лимфоциты с
рецепторами,
специфичными к
собственным
антигенам(потенциально
аутоагрессивные),
удаляются на ранней
стадии
дифференцировки.
Гены молекул иммуноглобулинов (Ig)
Каждая молекула Ig состоитиз 2 тяжелых (Н) и двух
легких (L) цепей, в
каждой из этих цепей
присутствуют
константные (С) и
вариабельные (V)
области.
Вариабельные (V) и
константные (С) области
иммуноглобулиновых
молекул кодируются
отдельными генами.
Для вариабельных областей
существует множество
генов (V1-Vn), а для
константой части
молекулы Ig – один С-ген.
Легкие цепи
иммуноглобулинов
кодируются генными
сегментами V и J.
Тяжелые цепи кодируются
сегментами V и J, а также
дополнительным
сегментом (D).Стадии дифференцировки
определяются реаранжировкой генов Ig
Стадии
созревания
конфигурация
генов
IgH
Стволовая
клетка
Ранний
про-В
От
DH до
JH
Поздний
про-В
От VH до DHJH
Большой
пре-В
VHDHJH
Пре-В клетка
экспрес
сирует
рецептор
Гены легких цепей Ig пока не реаранжируются
Реаранжировка генов, кодирующих легкие цепи молекулы Ig
После завершения перестройки(реаранжировки) генов, кодирующих
тяжелые цепи молекулы Ig, начинается
перестройка генов легких цепей.
Всего существует 2 типа легких цепей –либо
каппа, либо лямбда.
После этого на поверхности незрелого В
лимфоцита появляется В - клеточный
рецептор, состоящий из двух тяжелых
цепей(H) и двух легких (L).
Положительная и отрицательная селекция В лимфоцитов в костном мозге
+ селекция происходит при взаимодействии В клеток и клеток стромы – остаются В-клетки спродуктивной перестройкой генов
иммуноглобулинов (Ig), остальные –
уничтожаются апоптозом.
- селекция – уничтожение аутореактивных Влимфоцитов может происходить и в костном
мозге, и в селезенке – в органе, в который
мигрирует большинство новообразованных В
–клеток в период внутриутробного развития.
Гены Ig молекул
До встречи с антигеном:Рекомбинации
ограниченного числа
генных сегментов
V, D и J
создают бесконечное
число
моноспецифичных
В рецепторов (их намного
больше, чем антигенов)
После встречи с антигеном:
После антигенной стимуляции –
во время иммунного ответа
на антиген
в генах легких и тяжелых
цепей молекул
иммуноглобулинов в
пролиферирующих В
лимфоцитов происходят
точечные соматические
мутации
(более тонкая «подгонка» АТ
к АГ).
Дальнейшие этапы развития В-лимфоцитов
Из костного мозга уже отобранные В-лимфоцитыпопадают с током крови в первичные фолликулы
селезенки.
В селезенке происходит ряд этапов функционального
«дозревания» В лимфоцитов, включая экспрессию
МНС II класса на их поверхностной мембране.
Далее В лимфоциты мигрируют в лимфатические узлы
– для встречи с комплементарным их рецептору
антигеном.
До встречи с антигеном В лимфоцит называется
«наивным».
Выход зрелых В клеток на периферию
Из костного мозга выходят только те В –лимфоциты,у которых успешно произошла реаранжировка
генов тяжелых и легких цепей Ig молекул, причем
эти В –лимфоциты не активируются в ответ на
аутоантигены –то есть не являются
аутореактивными.
Все остальные в клетки погибают в костном мозге
путем апоптоза.
На поверхности отобранных В лимфоцитов
экспрессируются IgM и IgD –Ig рецепторы,
которые синтезируются с одной ДНК путем
альтернативного сплайсинга.Рециркулирующие В – клетки встречаются со «своим»
антигеном в лимфоузле
В клетки покидают сосуды
и входят в ЛУ через ВЭВ
В клетки быстро
пролиферируют
Аг попадает в ЛУ через
афферентный
YY
Y
Y
YYY
YY
Y
YYY
Y
Y
Зародышевый центр
Интенсивная пролиферация
Из зародышевого центра
выходят В клетки,
которые дифференци
ровались в плазматичес
кие клетки
YY
YYY
Y
B
YY
B
YY
YY
Зрелый периферический Распознал
В -лимфоцит
неауто-АГ
на периферии
B
Y
Y
Y
YY
YY
YY
YY
Y
YY
Дифференцировка В – клеток на периферии
Ig - секретирующая
плазматическая клетка
Схема ответа В-лимфоцитов на антиген
Субпопуляции В лимфоцитов: В1 и В2
В 2 (CD 5-) лимфоциты связывают белковые антигены,им нужна помощь Т-хелперов, они синтезируют
иммуноглобулины разных классов в процессе
адаптивного гуморального иммунного ответа.
В 1 (CD 5+) популяция лимфоцитов реагируют на
полисахариды капсулы бактерий или компоненты их
стенки(такие антигены называются Т –
независимыми), при ответе на Т- независимые
антигены В –лимфоцитам не нужна помощь Тхелперов.
Поскольку большинство антигенов – белковой природы,
популяция В 2 лимфоцитов намного более
многочисленная по сравнению с В1.
Субпопуляция В1 лимфоцитов
После активации В1клетки секретируют
анти-полисахаридные
антитела класса М
(IgM), которые
присоединяются к
поверхности
бактериальной клетки.
Распознают эпитопы АГ с
повторяющимися
структурами фосфотидилхолин,
липополисахариды и
др.
Далее происходит активация
системы комплемента и
быстрый комплемент –
зависимый лизис
бактериальной клетки.
Нет иммунологической памяти; нет
более высокой эффективности
ответа при повторном введении
антигена.
В 1 клетки производят
иммуноглобулины только
класса М. Для этого им не
требуется помощь Т лимфоцитов - хелперов.Взаимодействие АПК, Т- и В- лимфоцитов в ходе иммунного ответа на АГ
Вопросы к занятию № 3а
1.2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Какова роль тимуса в процессе дифференцировки Тлимфоцитов?
Каков биологический смысл положительной и отрицательной
селекции?
Каковы механизмы формирования разнообразия Т- клеточных
рецепторов?
Опишите строение Т- клеточного рецептора.
Перечислите основные субпопуляции Т лимфоцитов.
Опишите строение В - клеточного рецептора.
Назовите субпопуляции В-лимфоцитов.
Опишите этапы антигеннезависимой дифференцировки Влимфоцитов.
Опишите процесс антигензависимой дифференцировки Влимфоцитов.
Какие клетки являются конечной стадией развития Влимфоцитов?
11. Антигеннезависимая дифференцировка Т лимфоцитов
происходит в:
щитовидной железе
тимусе
лимфатических узлах
селезенке
гипоталамусе
2. Специфичность Т-клеточного рецептора закладывается на
стадии:
двойной негативной клетки
двойной позитивной клетки
одинарной позитивной клетки
после выхода Т-лимфоцита из тимуса
при взаимодействии с макрофагом
Тестовые задания к занятию №3
3. Общим маркером Т-лимфоцитов является молекула:CD 3
CD 4
CD 8
CD 16
CD 34
4. Для Т-лимфоцитов-хелперов характерны маркеры:
CD 3 ; CD 4
CD 3; CD 8
CD 4; CD 8
CD 16; CD 56
CD 4; CD 117
Тестовые задания к занятию №3
5. Для цитотоксических Т-лимфоцитов характерны маркеры:CD 3 ; CD 4
CD 3; CD 8
CD 4; CD 8
CD 16; CD 56
CD 4; CD 117
6. Антигеннезависимая дифференцировка В лимфоцитов
происходит в:
щитовидной железе
тимусе
лимфатических узлах
селезенке
красном костном мозге
7. Зародышевые гены тяжелых цепей иммуноглобулинов включают
регионы:
B
DP
V
D
J
8. Основными маркерами В-лимфоцитов являются:
CD 3
CD 21
CD 19
CD 34
CD 4
Тестовые задания к занятию № 3
9. На поверхности зрелых В-лимфоцитов присутствуют в качестве Врецепторов:Ig E
IgM
IgG
IgD
IgA
10. Конечной стадией антигензависимой дифференцировки Влимфоцитов являются:
Естественные киллеры
Макрофаги
Т-лимфоциты
Плазматические клетки
В1-лимфоциты
Исходная стадия
субкапсулярная зона коркового вещества тимуса
Пре-т-клетки
малодифференцированные лимфобласты , мигрирующие из красного костного мозга
(ЛИШЕНЫ основных поверхностных маркеров дифференцировки Т-лимфоцитов:
С D 4 и CD 8-корецепторов, «двойные негативы» )
в результате взаимодействия с эпителиоретикулоцитами субкапсулярной области
активно пролиферируют и экспрессируют определенные белки
синтезированная -цепь ТКР индуцирует реорганизационные события в генах, кодирующих α-цепь
формируются "двойные позитивы"
положительная селекция Т-лимфоцитов
Сохраняются только те
Т-лимфоциты , ТКР которых обладают некоторым сродством к молекулам МНС I или II класса
уничтожаются макрофагами, поскольку
не проявляют сродства к молекулам МНС I или II класса
(нереакционноспособны)
в зависимости от того, к каким молекулам МНС проявляют сродство
к МНС II класса
к МНС I класса
формируются "одинарные позитивы"
Отрицательная селекция т-лимфоцитов
сохраняются только те , чтоне проявляют сродства к собственным молекулам
уничтожаются те , чтопроявляют сродство к собственным молекулам , ассоциированным с молекулами МНС
Наивные специфичные т-лимфоциты
превратится в Т-хелпер, а при взаимодействии с антигенным комплексом, представленным на поверхности макрофага, – в Т-клетку воспаления.
Кроме того, в корково-медуллярной зоне на стадии «двойных позитивов» происходит иотрицательная селекция Т-лимфоцитов, заключающаяся в элиминации Т-лимфоцитов, проявляющих сродство к собственным молекулам, ассоциированным с молекулами МНС. Фенотип Т-лимфоцитов, не прошедших отбор на специфичность (положительную или отрицательную селекцию), соотвествует двойным позитивам (С D 4 CD 8 ) и указывает на незавершенность дифференцировки.
Таким образом, Т-лимфоциты, погибающие в тимусе, не выдерживают два условия положительной селекции (проявляют либо очень высокую аффинность ТКР к молекулам МНС, либо вообще ее не проявляют), либо проявляют реакции на собственные антигены, в результате чего элиминируются отрицательной селекцией. Меньшая же часть популяции Т-лимфоцитов, прошедших жесткие условия отбора на специфичность, покидает тимус и расселяется в периферических органах иммунной системы. Весь путь доантигенного развития Т-лимфоцитов создает потенциал для возможной в будущем (в периферических органах иммунной системы) встречи с различными чужеродными антигенами, но при этом исключает выход в циркуляции наивных Т-лимфоцитов, настроенных на собственные антигены и тех клеток, которые не проявляют сродства к молекулам МНС, в результате чего окажутся неспособными взаимодействовать с комплексами «антигенная детерминанта-молекула МНС» на поверхности антигенпрезентирующих клеток, а, значит, и неспособными пройти антигензависимую дифференцировку, превратится в зрелые и развить иммунный ответ.
В дальнейшем выжившие Т-лимфоциты опускаются в мозговой слой тиму-са, где проходят этап отрицательной (негативной) селекции. При этом они вза-имодействуют с тимическими дендритными клетками , экспрессирующими комплексы молекул гистосовместимости с пептидами, полученными из разно-образных молекул собственного организма. В результате подобного взаимо-действия выживают только те Т-лимфоциты, чей антигенраспознающий ре-цептор не способен распознавать указанные комплексы, а остальные гибнут путем индуцированного апоптоза что достигается за счет продукции глюкокор-тикоидов. За счет механизма отрицательной селекции осуществляется профи-лактика аутоиммунных заболеваний .
В целом выживает лишь около 2-5% всех клеток, прибывших в тимус для дифференцировки, что свидетельствует о чрезвычайно жестком отборе Т-лимфоцитов и высокой степени надежности механизма формирования централь-ной иммунной толерантности . Однако все же в тимусе представлены не все имеющиеся аутоантигены, поэтому необходимо осуществление механизмов поддержания толерантности на периферии.
Описанный выше этап дифференцировки клеток характеризуется тем, что в организме появляется большое количество Т- и В-лимфоцитов, которые с помощью своих антигенраспознающих рецепторов (ТАГРР и ВАГРР) обладают способностью распознавать как собственные (self, ауто), так и чужие (non-self, алло) антигены. Это потенциально опасно, поскольку ауто-реактивные Т- и В-лимфоциты при определенных обстоятельствах могут стать причиной срыва толерантности и развития аутоиммунных заболеваний. Поэтому очередной этап развития иммунной системы со¬стоит в том, чтобы среди большого пула Т- и В-лимфоцитов отобрать (селекционировать) такие, которые бы не реагировали с собственными антигенами, но при этом сохраняли способность различать чужеродные антигены. Итак, третий этап антигеннезависимой дифференцировки лимфоидных клеток – развитие (индукция) толерантности (ареактивности, терпимости) по отношению к аутоантигенам.
Первичная функция ТАГРР на тимоцитах и ВАГРР на предшественниках В-лимфоцитов заключается в том, что с их помощью передается сигнал, который приводит к отбору (селекции) лимфоидных клеток, реагирующих на ауто-АГ.
Вторичная функция ТАГРР и ВАГРР – участие в иммунном ответе на этапе распознавания чужеродных антигенов.
Различают три пути отбора (селекции) лимфоидных клеток.
1. Разрушение (делеция) аутореактивных Т- и В-лимфоцитов, обладающих высокой авидно-стью (сродством) к ауто-АГ, – негативная селекция; происходит в центральных органах им¬мунитета.
2. Индукция (установление) анергии аутореактивных лимфоидных клеток. Этот путь селекции реализуется на периферии, лимфоциты при этом не погибают вследствие их невысокой авидности по отношению к ауто-АГ. Такая форма негативной селекции резервирует Т- и В-клетки в состоянии иммунологической толерантности (неотвечаемости), но при этом очень часто они сохраняют на своей поверхности аутореагирующие рецепторы.
Поскольку эмбриональный период является периодом формирования толерантности иммунной системы, то можно достичь толерантности к чужеродным антигенам, если в этот период искусственно ввести их в организм.
3.Позитивная селекция; состоит в том, что в тимусе и костном мозге контакт незрелых лимфоцитов и пре-В-лимфоцитов с ауто-АГ индуцирует созревание Т- и В-лимфоцитов, но поскольку сигнал клеток получается недостаточным из-за низкой авидности, то пролиферация клеток не наступает, а значит не происходит и развитие иммунного ответа.
Рассматривается также еще один – четвертый механизм толерантности за счет формирования на периферии активной супрессии в результате функции Т-регуляторных клеток либо дис-баланса Т-хелперов 1-го и 2-го типов, о чем речь будет идти ниже.
Как уже упоминалось, сохранившиеся в организме аутореактивные Т- и В-лимфоциты при определенных обстоятельствах могут стать причиной срыва толерантности и развития аутоиммунного заболевания.
На этапе индукции толерантности в вилочковой железе из тимоцитов, которые несут два дифференцировочных антигена CD4 и CD8 и являются так называемыми CD4+CD8+ клетками, образуются субпопуляции Т-лимфоцитов: Т-хелперы (CD4+CD8- клетки) и Т-киллеры/супрессоры (CD4-CD8+ клетки).
На этом заканчивается период антигеннезависимой дифференцировки Т- и В-лимфоцитов, они покидают вилочковую железу и костный мозг и расселяются в Т- и В-зонах (соответственно) периферических органов иммунной системы. Расселяющиеся лимфоциты называются зрелыми покоящимися клетками, готовыми к иммунному ответу. Все они находятся в G(0) фазе клеточ-ного цикла.
Следует помнить, что Т- и В-клетки на своей поверхности экспрессируют антигенраспознающие рецепторы, которые способны распознать только один антиген (точнее, одну детерминанту (эпитоп)).
Таким образом, специальными органами, где происходит дифференцировка гемопоэтиче-ских стволовых клеток, служат: для Т-лимфоцитов – тимус, для В-лимфоцитов – в эмбриональном периоде – печень, во взрослом организме – костный мозг.
Различают следующие
основные этапы развития и дифференцировки Т- и В-лимфоцитов.Первый этап – продуцирование большого числа Т- и В-лимфоцитов, обладающих специфичностью к различным антигенам (в том числе и к антигенам собственного организма). Этот этап имеет две важные стадии:
1. Стадию раннего предшественника, когда на поверхности будущего В-лимфоцита появляется суррогатная L-цепь иммуноглобулина. а на поверхности будущего Т-лимфоцита- ГП-33 (один из элементов ТАГРР);
2. Стадию незрелого предшественника, когда на В-лимфоцитах появляется молекула иммуноглобулина или ВГРАР, а на поверхности Т-лимфоцита – ТАГРР с альфа-, бета- или гамма-, дельта-цепями.
Второй этап – элиминация из громадного количества зрелых предшественников тех клеток, которые являются реактивными по отношению к собственным антигенам. В результате такого “обучения” иммунной системы развивается состояние толерантности.
Третий этап – дозревание оставшихся лимфоидных клеток и превращение их в зрелые покоящиеся Т- и В-лимфоциты, способные реагировать на чужеродные антигены.
Центральными органами иммунной системы являются костный мозг и вилочковая железа (тимус). Это органы воспроизведения и селекции клеток иммунной системы. Здесь происходит лимфопоэз - рождение, размножение (пролиферация) и дифференцировка лимфоцитов до стадии предшественников или зрелых неиммунных (наивных) клеток, а также их
«обучение». Внутри тела человека эти органы имеют как бы центральное расположение.
У птиц к центральным органам иммунной системы относят сумку Фабрициуса (bursa Fabricii), локализованную в области клоаки. В этом органе происходит созревание и размножение популяции лимфоцитов - продуцентов антител, вследствие чего они получили название В-лимфоциты У млекопитающих этого анатомического образования нет, и его функции в полной мере выполняет костный мозг. Однако традиционное название «В-лимфоциты» сохранилось.
Костный мозг локализуется в губчатом веществе костей (эпифизы трубчатых костей, грудина, ребра и др.). В костном мозге находятся полипотентные стволовые клетки, которые являются родоначальницами всех форменных элементов крови и, соответственно, иммунокомпетентных клеток. В строме костного мозга происходит дифференцировка и размножение популяции В-лимфоцитов, которые затем разносятся по всему организму кровотоком. Здесь же образуются предшественники лимфоцитов , которые впоследствии мигрируют в тимус, - это популяция Т-лимфоцитов. Фагоциты и некоторые дендритные клетки также образуются в костном мозге. В нем можно обнаружить и плазматические клетки . Они образуются на периферии в результате терминальной дифференцировки В-лимфоцитов, а затем мигрируют назад, в костный мозг.
Вилочковая железа, или тимус , или зобная железа, располагается в верхней части загрудинного пространства. Этот орган отличает особая динамика морфогенеза. Тимус появляется в период внутриутробного развития. К моменту рождения человека его масса составляет 10-15 г, окончательно он созревает к пятилетнему возрасту, а максимального размера достигает к 10-12 годам жизни (масса 30-40 г). После периода полового созревания начинается инволюция органа - происходит замещение лимфоидной ткани жировой и соединительной.
Тимус имеет дольчатое строение. В его структуре различают мозговой и корковый слои.
В строме коркового слоя
находится большое количество эпителиальных клеток коры, названных «клетки-няньки», которые своими отростками образуют мелкоячеистую сеть, где располагаются «созревающие» лимфоциты. В пограничном, корково-мозговом слое располагаются дендритные клетки тимуса,
а в мозговом - эпителиальные клетки Предшественники Т-лимфоцитов, которые образовались из стволовой клетки в костноммозге, поступают в корковый слой тимуса.
Здесь под влиянием тимических факторов они активно размножаются и дифференцируются (превращаются) в зрелые Т-лимфоциты, а
также «учатся» распознавать чужеродные антигенные детерминанты.
Процесс «обучения» состоит из двух этапов, разделенных по месту и времени, и ивиочает «положительную» и «отрицательную » селекцию.
Положительная селекция . Суть ее заключается в «поддержке» клонов Т-лимфоцитов, рецепторы которых эффективно связались с экспрессированными на эпителиальных клетках собственными молекулами МНС, независимо от структуры инкорпорированных собственных олигопептидов. Активировавшиеся в результате контакта клетки получают от эпителиоцитов коры сигнал на выживание и размножение (ростовые факторы тимуса), а нежизнеспособные или ареактивные клетки погибают.
«Отрицательную» селекцию осуществляют дендритные клетки в пограничной, корково-мозговой зоне тимуса. Ее основная цель - «выбраковка» аутореактивных клонов Т-лимфоцитов. Клетки, позитивно реагирующие на комплекс МНС-аутологичный пептид, подвергаются уничтожению путем индукции у них апоптоза.
Итоги селекционной работы в тимусе весьма драматичны: более 99 % Т-лимфоцитов не выдерживают испытаний и погибают. Лишь менее 1 % клеток превращается в зрелые не-иммунные формы, способные распознать в комплексе с аутологичными МНС только чужеродные биополимеры. Ежесуточно около 10 6 зрелых «обученных» Т-лимфоцитов покидают тимус с крово- и лимфотоком и мигрируют в различные органы и ткани.
Созревание и «обучение» Т-лимфоцитов в тимусе имеют важное значение для формирования иммунитета. Отмечено, что эссенциальное отсутствие или недоразвитие тимуса ведет к резкому снижению эффективности иммунной защиты макроорганизма. Такое явление наблюдается при врожденном дефекте развития вилочковой железы - аплазии или гипоплазии