Клеточные механизмы врожденного иммунитета: фагоцитоз и контактный киллинг

1.

Клеточные механизмы
врожденного иммунитета:
фагоцитоз и контактный киллинг
ЛЕОНОВ Вадим Вячеславович
Ханты-Мансийская государственная медицинская академия
кафедра биологии с курсом микробиологии
[email protected]
2013

2. Врожденный иммунитет

Врожденный иммунитет (от англ. innate or natural
immunity) – совокупность факторов неспецифической
резистентности,
защиту
от
обеспечивающих
инфекции
(патогенов)
повреждения собственных клеток
немедленную
и
продуктов

3.

Скопление фагоцитов в личинке
морской звезды вокруг занозы
Мечников Илья Ильич
(родился в 1845 г. под Харьковом, умер в 1916 г. в Париже)
Нобелевская премия по физиологии и
медицине 1908 г.

4.

Важные факты
про врожденный иммунитет
1. Защищает все виды живых существ, в то время как
адаптивный иммунитет есть только у высших позвоночных.
2. Является и главной системой (сенсором) распознавания
«чужого» (например, заражения патогенами),
и первой
линией защиты.
3. Кодируется относительно небольшим числом генов,
которые не могут увеличивать разнообразия рецепторов с
помощью соматических перестроек (как это происходит в
адаптивном иммунитете).
4. Из-за ограниченности числа генов рецепторы (сенсоры)
распознают не индивидуальный патоген, а целые классы
патогенов.

5. Эффекторы врожденного иммунитета

• 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)

6.

Christiane Nusslein-Volhard
Нобелевская премия
по физиологии и медицине
1995 г.

7.

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

8.

Чарльз Дженуэй (1943-2003) и Руслан Меджитов

9. Механизмы распознавания «своего» и «чужого» на начальных этапах врожденного иммунитета

• 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

10.

РАМР и РRR
РАМР – патоген-ассоциированные
молекулярные образы («patogen-associated
molecular patterns»)
PRR – образ распознающие
(«pattern-recognition receptors»)
рецепторы

11.

ВИДЫ
РАМР
Зимозан
дрожжей
и др. грибов
ЛПС
грамотрицательных
бактерий
Флагеллин
ПГ
грамположительных
бактерий
Вирусная
двухспиральная
РНК, ДНК
Липоарабиноманнан
микобактерий

12. Локализация РАМР

Edwin S. Van Amersfoort et al., CLINICAL MICROBIOLOGY
REVIEWS, July 2003, p. 379–414 Vol. 16, No. 3

13.

Липиды А различных Г- бактерий
Липид А Rhodobacter sphaeroides
Липид А E.coli
OH
O
HO
O
O
P O
OH
O
O
HO
O
O
O
O
NH
O
O
O
O
O
O
OH
O P OH
NH
O
O
HO
O
O
P O
O
O
O
O
OH
O
O
O
OH
O
OH
O
O
H 3C
H3C
H 3C
H3C
H3C
H3C
H 3C
Патогенный
O
O
O
H 3C
P OH
NH
O
NH
H3C
H3C
O
HO
H3C
Непатогенный

14.

Структура липотейхоевых кислот из
клеточных стенок Г+ бактерий
Полиглицерофосфатный эфир
O
O
HO
O
R1
P
O
O
O
R2
P
O
n=45-50
O
n HO
Липидная
O часть
O
OH
HO
O
Углеводный скелет
(генциобиоза) HO
O
O
O
OH
R3
O
R4
O
OH
C14-C19 alkyls

15.

Рецепторы, участвующие во
врожденном иммунологическом
распознавании
1. Toll-подобные рецепторы (TLR)
2. NOD-подобные (NLR)
3. RIG-подобные (RLR)
4. Рецепторы NK клеток
5. Прочие рецепторы

16.

TLR семейство и его лиганды у человека и мыши
ЛТК, Г+ бактерии,
Все бактерии
ЛПС,
Липопептиды
грибки,
Флагелин Профилин
Г бактерии микоплазма
MD-2
TLR2
TLR4
TLR6
TLR2
TLR1
Адаптерные белки (MyD88, Trif)
TLR5
TLR11
Эндосома
TLR 3
Сигнальные киназы
NF-kB
IRF
Гены медиаторов,
включая ФНО
dsRNA
TLR 7
ssRNA
CpG DNA
TLR 9

17. Строение и механизм действия TLR

Kiyoshi Takeda, Shizuo Akira International Immunology, Vol. 17, No. 1, pp. 1-14, 2005

18.

Дополнительные факты
про врожденный иммунитет
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.

19.

Воспаление
Это сложная защитная реакция организма на
повреждение, вызванное действием патогенного
раздражителя разной природы (биологической,
механической, физической, химической).
TLR + PAMP выброс цитокинов активация
нуклеарного фактора транскрипции NF-ϰB
1.
2.
3.
4.
5.
Расширение сосудов (артериальная гиперемия)
Повышение проницаемости сосудов
Замедление кровотока, венозная гиперемия, стаз
Транссудация жидкости, отек
Эмиграция лейкоцитов, инфильтрация тканей

20.

Ярилин, 2010
Молекулы адгезии

21.

Транссосудистая миграция лейкоцитов
патоген
Формилпептиды
Цитокины
(особенно ИЛ-8)
CD62E
L-селектин
ICAM-1
LFA-1
Трансмиграция
Роллинг
Адгезия
Просвет сосуда

22.

Фагоцитоз
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)

23.

Типы эндоцитоза

24. Фагоцитирующие клетки

1. Полиморфно-ядерные лейкоциты
- эозинофилы
- базофилы
микрофаги
- нейтрофилы
эозинофил
нейтрофилы
базофил
24

25. Нейтрофилы

Гарнулы
1.
2.
3.
4.
Азурофильные (первичные)
Специфические (вторичные)
Желатиназные (третичные)
Секреторные везикулы

26. Фагоцитирующие клетки

2. Клетки макрофагально-моноцитарной системы
- моноциты
- макрофаги
-дендритные
клетки
моноциты
Живой макрофаг
макрофаг

27. Рецепторы макрофагов

СR3, CR4 - рецепторы
для комплемента
Рецептор, связывающий
маннозу
CD14 и ТLR – рецептор
для РАМР
Рецептор к -ИФН и ФНО
IL-10 – рецептор
инактивации
макрофага
«scavenger receptor» рецептор для «уборки
мусора»
СD64 - рецептор для
Fc-фрагментов IgG
27

28. Стадии фагоцитоза

29. Опсонизация

Ag
Fab-фрагмент
Патоген
C3b
Fс-фрагмент
IgG

30. Стадии фагоцитоза

Адгезия
Погружение
Образование
фагосомы

31. Стадии фагоцитоза

Созревание фагосомы

32. Стадии фагоцитоза

Механизмы бактерицидности
1. Кислородзависимый
2. Азотистые метаболиты
3. Кислород- и оксид азота-независимые
-ферменты
-антимикробные белки
-закисление фагосомы

33. Стадии фагоцитоза

Миелопероксидаза
-ИФН,
α-ФНО
Flannagan RS, Cosio G & Grinstein S (2009). Antimicrobial mechanisms of phagocytes and bacterial evasion strategies. Nat
Rev Microbiol 7(5): 355-66.

34. Механизмы незавершенного фагоцитоза

1. По
Механизмы незавершенного фагоцитоза
МФ
1. Подавление слияния лизосом
Устойчивость к пере
с фагосомами
Подавление слияния
Внутриклеточная
фагосом и лизосом
за счет подавл
ие слияния лизосом
персистенция в цитоплазме
лизосомальных ф
с фагосомами
МФ
Устойчивость к перевариванию
за счет подавления
2.
Подавление
активности
лизосомальных
ферментов
нию
лизосомальных ферментов
2.
ов
МФ
МФ
3. Вы
МФ
МФ
3. Выход из фагосомы и
внутриклеточная
персистенция
34

35. Фагоцитоз

Нейтрофил с захваченными
шигеллами
Нейтрофил поглощает бациллу
сибирской язвы

36. Фагоцитоз

Макрофаг поглощает
кишечную палочку
Незавершенный фагоцитоз
гонококка

37. NK-клетки

От англ. natural killer – природный убийца
Обозначение – NK (ЕК)
1. NK-клетки
не
распознают
индивидуальные
антигены, не имея соответствующих рецепторов
2. Популяция
NK-клеток
не
клонирована
и
функционирует как целое
3. Для
выполнения
функций
не
требуется
дополнительной дифференцировки NK-клеток, а
необходима лишь кратковременная активация
4. NK-клетки не рециркулируют

38.

39. Рецепторы NK-клеток

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
ITАM (DAP12)
HLA-E
NKG2D
YXXM (DAP10)
MIC A, B, ULBP 1-4
FcγRIII
ITАM
IgG1, IgG3
NK p30, p44, p46
ITАM (Fc RI, DAP12)
Не установлены

40. Варианты реагирования NK-клеток

Нет ни МНС-I,
ни активирующего
лиганда
Ответ
отсутствует
Есть МНС-I,
нет активирующего
лиганда
Ответ
отсутствует
Нет МНС-I,
есть активирующий
лиганд
NK-клетка
повреждает клетку
мишень
Есть и МНС-I,
и активирующий
лиганд
Результат зависит
от баланса сигналов

41. NK-киллинг

42. Антителозависимая клеточная цитотоксичность

43. Спасибо за внимание!