Клеточные механизмы врожденного иммунитета: фагоцитоз и контактный киллинг презентация

Врожденный иммунитет
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

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)

Чарльз Дженуэй (1943-2003) и Руслан Меджитов

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

РАМР и РRR
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

Локализация РАМР
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
Адаптерные белки (MyD88, Trif)
Профилин
TLR11
Сигнальные киназы
Все бактерии

Строение и механизм действия TLR
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 → выброс цитокинов → активация нуклеарного фактора транскрипции NF-ϰB

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

Фагоцитирующие клетки
1. Полиморфно-ядерные лейкоциты
нейтрофилы
эозинофилы
базофилы
микрофаги

Нейтрофилы
Азурофильные (первичные)
Специфические (вторичные)
Желатиназные (третичные)
Секреторные везикулы
Гарнулы

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

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

Стадии фагоцитоза

Опсонизация
Fab-фрагмент
Fс-фрагмент
IgG
C3b

Стадии фагоцитоза
Адгезия
Погружение
Образование фагосомы

Стадии фагоцитоза
Созревание фагосомы

Стадии фагоцитоза
Механизмы бактерицидности
Кислородзависимый
Азотистые метаболиты
Кислород- и оксид азота-независимые
-ферменты
-антимикробные белки
-закисление фагосомы

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

Механизмы незавершенного фагоцитоза
Подавление слияния фагосом и лизосом
Внутриклеточная
персистенция в цитоплазме
Подавление активности лизосомальных ферментов

Фагоцитоз
Нейтрофил с захваченными шигеллами
Нейтрофил поглощает бациллу сибирской язвы

Макрофаг поглощает кишечную палочку
Незавершенный фагоцитоз гонококка
Фагоцитоз

NK-клетки
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 NK-клеток

Варианты реагирования NK-клеток
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

NK-киллинг

Антителозависимая
клеточная цитотоксичность