🗊Презентация Механизмы естественной неспецифической резистентности

Кафедра микробиологии, вирусологии с курсом иммунологии ОмГМА Темникова Наталья Владимировна, к.м.н., доцент ЛЕКЦИЯ №2 Механизмы естественной неспецифической резистентности Основные вопросы Рецепторы врожденного иммунитета, распознающие патоген - ассоциированные структуры микроорганизмов Макрофаги и другие клеточные факторы врожденного иммунитета. Нейтрофилы и нейтрофильные сети Фагоцитоз, виды и механизмы Система комплемента, пути активации и механизмы Гуморальные факторы врожденного иммунитета (лизоцим и интерферон)

Ключевые слова CD – антигенные маркеры клеток иммунной системы МНС- главный комплекс гистосовместимости Адгезия - прикрепление к объекту фагоцитоза РАМР (pathogen-associated molecular patterns- патоген-ассоциированные молекулярные образцы) – консервативные патогенные структуры микроорганизмов, общие для разных патогенов. Хемокины – регуляторы хемотаксиса различных клеток Хемотаксис – направленное движение клеток, определяемое градиентом химических факторов (хемоаттрактантов)

Факторы врожденного иммунитета Наследуются Действуют быстро Распознают опасность Память отсутствует Механизмы отличаются от адаптивного иммунитета

ФУНКЦИИ ВРОЖДЕННОГО ИММУНИТЕТА Функционирование врожденного иммунитета основано на распознавании образов патогенности – чужеродных субстанций, связанных с возбудителями инфекций и удаление их носителей с помощью комплекса реакций, важнейшей из которых является фагоцитоз.

Особенности врожденного иммунитета распознавание и элиминация патогенов в первые минуты или часы после их проникновения в организм отсутствие клональности - не образуют клонов, каждая клетка действует индивидуально распознавание патогенов через рецепторы, экспрессированные на клетках (рецепторы - «мусорщики», маннозные, лектиновые, комплемента, Toll-подобные и др.) Рецепторы системы врожденного иммунитета эволюционно законсервированы

При попадании в организм чужеродного агента ему противостоят сразу все факторы врожденного иммунитета, что порой неадекватно и дает много побочных эффектов. При попадании в организм чужеродного агента ему противостоят сразу все факторы врожденного иммунитета, что порой неадекватно и дает много побочных эффектов. Факторы врожденного иммунитета не обладают способностью приспосабливаться к особенностям возбудителя, распознавать его и поэтому нет тонкой специфики при реагировании на него. Не остается иммунологической памяти. НО!!!!! Условием включения адаптивного иммунитета является предварительная активация врожденного иммунитета. Через костимулирующие воздействия. Адаптивный иммунитет практически не располагает собственными эффекторными механизмами, поэтому использует эффекторные механизмы врожденного иммунитета, придавая им большую прицельность и повышая их эффективность

Первая линия защиты: Первая линия защиты: Кожа и слизистые ( анатомический барьер - многослойный эпителий); Нормальная микрофлора (колонизационная резистентность); Неспецифические факторы осуществляют защиту против различных микроорганизмов (кислая среда и муцины) Вторая линия защиты: Фагоцитоз и воспаление и Киллерные клетки; Toll-like-рецепторы на фагоцитах Система комплемента. Цитокины врожденного иммунитета Другие линии защиты: Барьерные функции лимфатических узлов. Выделительные системы. Противомикробные вещества. Главный комплекс гистосовместимости.

Распознавание «ВРАГА» в иммунитете КАК ЭТО ПРОИСХОДИТ ?

Принципы иммунологического распознавания 1. «Микробное чужое» (безусловное чужое) Основа врожденного иммунитета. В основе лежит распознавание специальными рецепторами клетки хозяина (наприм. ФАГОЦИТА) химических структур (паттернов), которые есть только у микробов. К таким структурам относятся, компоненты клеточных стенок микроорганизмов(мо), так как ни их самих, ни их других фрагментов МО нет в клетках организма хозяина.

Принципы иммунологического распознавания Основа врожденного иммунитета. 2. «Отсутствие своего» (молекулярный пароль) – для «естественных киллеров- NK клетки. Способность NK распознавать «своё» и «чужое» на клетках определяется поверхностными рецепторами расположенными на клетке «жертве». Регуляторные рецепторы NK клетки, связываясь с ЗДОРОВЫМИ клетками , индуцируют ингибиторный сигнал, подавляя активацию NK . А связывание активирующих рецепторов NK со своими лигандами (присутствующими только на повреждённых клетках) активирует цитотоксическую функцию NK.

Принципы иммунологического распознавания (характерно для приобритенного/адаптивного имм-та) 3. Распознавание антигена рецепторами В-лимфоцитов или антителами –основа приобретенного иммунитета. В основе лежит обычное рецептор- лиганд взаимодействие (по типу ключ должен подойти к замку).

Принципы иммунологического распознавания (характерно для приобритенного/адаптивного имм-та)

Врожденный иммунитет распознавание…..

Принципы иммунологического распознавания 1. «Микробное чужое» (безусловное чужое) - Основа врожденного иммунитета. В основе лежит распознавание специальными рецепторами клетки хозяина химических структур (паттернов), которые есть только у микробов. К таким структурам относятся, компоненты клеточных стенок микроорганизмов(мо), так как ни их самих, ни их других фрагментов МО нет в клетках организма хозяина.

Образы патогенности PAMP (Pathogen-associated molecular patterns - патоген-ассоциированные молекулярные паттерны) - группы молекул, характерные для патогенов (вирусы, бактерии, грибы, простейшие, паразиты), но отсутствующие в организме-хозяине. Рецепторы для распознавания PAMP имеют все многоклеточные организмы. PAMPs включают компоненты клеточной стенки бактерий – ЛПС, пептидогликан, липопротеин, гликолипид, флагеллин жгутиков, фрагменты ДНК и РНК бактерий и вирусов.

РАСПОЗНАВАНИЕ ПАТОГЕНОВ РЕЦЕПТОРАМИ ВРОЖДЕННОГО ИММУНИТЕТА

врожденный иммунитет (ВИ) врожденный иммунитет (ВИ) Является первой линией защиты и сенсором одновремненно Обьекты распознавания это РАМР мкробов Из за ограниченности числа генов в геноме рецепторы-сенсоры распознают не молекулы, а их группы- паттерны Без активации Вр. иммунитета не возможен запуск Адаптивного иммунитета

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ ПАТОГЕНОВ И УЗНАЮЩИЕ ИХ РЕЦЕПТОРЫ (примеры)

Паттернраспознающие рецепторы (PRRs) - консервативные структуры микробов общие для разных патогенов, распознаваемые с помощью паттернраспознающих рецепторов (PRRs)

РЕЦЕПТОРЫ, РАСПОЗНАЮЩИЕ ПАТОГЕН ( PAMP узнающие – рецепторы)

РЕЦЕПТОРЫ, РАСПОЗНАЮЩИЕ ПАТОГЕН ( PAMP узнающие – рецепторы)

Патогенраспознающие рецепторы обладают сродством к образам патогенности (PAMP). Через них в клетку поступают сигналы, включающие «ГЕНЫ ВОСПАЛЕНИЯ», что обусловливает последующее развитие воспаления и проявления врожденного иммунитета. Патогенраспознающие рецепторы обладают сродством к образам патогенности (PAMP). Через них в клетку поступают сигналы, включающие «ГЕНЫ ВОСПАЛЕНИЯ», что обусловливает последующее развитие воспаления и проявления врожденного иммунитета. Рецепторы врожденного иммунитета напрямую узнают «МИКРОБНЫЕ ПАТТЕРНЫ» по характерным химическим группам! Максимальный репертуар R предствавлен на макрофагах,дает возможность им распознавать все возможные паттерны.

РЕЦЕПТОРЫ, РАСПОЗНАЮЩИЕ ПАТОГЕН

Стадии передачи сигнала TLR : cвязывание адаптерной молекулы MyD88; активация киназ высвобождение транскрипционного фактора NFκB из ингибиторного комплекса IκB, что индуцирует транскрипцию генов иммунного ответа.

ФАКТОРЫ ЕСТЕСТВЕННОГО (врожденного) ИММУНИТЕТА Клеточные факторы

Факторы естественного (врожденного) иммунитета

Из за значительных различий в свойствах Моноцитов(макрофагов), ДК и нейтрофилов роли у них разноплановые и не заменяющие друг друга, несмотря на их общую функцию - фагоцитоз.

ФАГОЦИТОЗ- процесс поглощения и переваривания клеткой корпускулярного материала, частиц диаметром более 0,1 мкм, (бактерий, крупных макромолекулярных комплексов, отмирающих собственных клеток организма или чужеродных клеток).

МОНОЦИТЫ и МАКРОФАГИ

ХАРАКТЕРИСТИКА МОН/МФ компактное ядро округлой формы размеры - 10-18 мкм содержат ряд ферментов (кислая гидролаза, пероксидаза, неспецифическая эстераза и др) моноциты составляют 5-10% лейкоцитов периферической крови циркулируют в крови около суток, затем мигрируют в ткани, превращаясь с тканевые макрофаги Время жизни месяцы Время активизации - часы Способность к фагоцитозу высокая Реутилизация фагосом возможна

Моноциты/МАКРОФАГИ виды и фенотип

ТКАНЕВЫЕ МАКРОФАГИ Печень: Купферовские клетки (мф синусов) Легкие: альвеолярные макрофаги (подвижные) Селезенка: макрофаги селезенки (свободные, подвижные и фиксированные) Лимфоузлы: макрофаги лимфоузлов Костная ткань: остеокласты Нервная ткань: микроглия Соединительная ткань: гистиоциты Серозные полости: подвижные макрофаги плеврального и перитонеального экссудата

1. Рецепторы для: - Fc-фрагментов иммуноглобулинов - компонентов комплемента (СR3, СR4) 2. Тoll-рецепторы (взаимодействуют с соответствующими рецепторами бактериальной стенки) 3. Рецепторы – «мусорщики» (связывают компоненты поврежденных и стареющих клеток) 4. Молекулы адгезии (селектины и интегрины) и хемокинов 5. Рецепторы, осуществляющие взаимодействие с приобретенным иммунитетом: - рецепторы для цитокинов - CD40, B7, MHC I – II – мембранные молекулы для контактов с комплементарными мембранными молекулами лимфоцитов

Нейтрофилы

Нейтрофилы Время созревания в костном мозге-до 14 дней Время жизни до 5 дней (далее спонтанный апоптоз- большинство #) Зрелые с d=7-12 мкм, со сложным сегментированным ядром Через 6-10 часов выходят из кровеносного русла в интерстициальное пространство Время активизации минуты/секунды (оптимальны на ранних этапах Способность к фагоцитозу очень высокая Образуют нейтрофильные сети

Гранулы нейтрофилов Выделяют 4 типа гранул: 1.Первичные гранулы /азурофильные -(33%) мелкие …содержат бактериостатические и бактерицидные вещества –миелопериксидаза, лизоцим и прочее… Функция(F) – быстрая фаза бактериолиза. Образование начинается и завершается на стадии промиелоцита. 2.Вторичные гранулы/специфические-(67%)--лактоферрин и белок, связывающий витамин В12. Лактоферрин связывает ионы железа, что способствует гибели бактерий. NADPH – оксидаза (кислородный взрыв). Функция –медленная фаза бактериолиза. 3. Желатинозные гранулы – обеспечение миграции через базальные мембраны. 4.Секреторные F –взаим. с микроокружением;

Нейтрофильная экстрацеллюлярная сеть(Нетоз)- внеклеточная ловушка нейтрофила, сеть из переплетенных нитей ДНК нейтрофила, перемешанных с гистоновыми белками и различными антимикробными молекулами из его гранул. дезинтеграция ядерной оболочки и гранулярных мембран появление сетевых структур продукты гранул НГ залипают в сетях ядерной или митохондриальной ДНК внеклеточный киллинг микроорганизмов

ДЕНДРИТНЫЕ КЛЕТКИ

Дендритные клетки  миелоидные дендритные клетки ( mDC) — происходят от общего миелоидного предшественника. Локализованы в различных органах и тканях, где захватывают чужеродные антигены путём пино- и фагоцитоза Миелоидные ДК не экспрессируют популяционные маркеры других клеток иммунной системы такие как CD14 (моноциты, макрофаги и нейтрофилы). плазмоцитоидные дендритные клетки ( pDC ) - клетки  лимфоидного происхождения и морфологически напоминают плазматические клетки. экспрессируют TLR-9, лигандами которого являются олигонуклеотиды бактериальной ДНК. pDC секретируют в больших количествах интерфероны I типа являясь основными интерферон-продуцирующими клетками крови.

Дендритные клетки-Дендритные клетки (англ.  DC) — это гетерогенная популяция антигенпрезентирующих клеток КМ. Крупные клетки (15-20 мкм) с многочисленными разветвлёнными отростками мембраны.   Миелоидные ДК Функции: «неиммунный надзор» в нелимфоидных органах и тканях (захват и процессинг АГ с молекулой МНС→миграция в региональные лимфоузлы→представление АГ наивным Т-лимфоцитам)

Дендритные клетки (ДК) – ключевой элемент врожденного иммунитета

Естественные (натуральные) киллеры

Естественные киллеры клетки NK – “natural killers”распознают через активирующие рецепторы и уничтожают на основе распознавания клетки-мишени, которые не экспрессируют или содержат измененные молекулы МНС 1 (инфицированные вирусом, опухолевые или старые клетки). Особый маркер на мембране CD56, отсутствуют СD3 рецепторы, характерные для Т-лимфоцитов и иммуноглобулиновые – В-лимфоцитов. Большие гранулярные лимфоциты, составляют 10-12% лимфоцитов , содержат цитотоксические белки (перфорин, гранзимы)

Клетки-киллеры атакуют измененную собственную клетку

Мы это разбирали на первой части лекции Принципы иммунологического распознавания 3. «Отсутствие своего» (молекулярный пароль) – для «естественных киллеров- NK клетки. Способность NK распознавать «своё» и «чужое» на клетках определяется поверхностными рецепторами расположенными на клетке «жертве». Молекулярный механизм состоит в том, что рецептор, распознающий маркер «не убий» посылает внутрь NK клетки ингибирующий сигнал, отменяющий «убийство по умолчанию».

Активация киллера происходит лишь тогда, когда он не может узнать «свое» на поверхности клетки. При атаке выделяют гранулы «перфорин»- образует гидрофильные каналы в клетке- мишени .Через эти каналы проходит белок(протеаза)-гранзим – вызывая осмотический шок.

ФАГОЦИТОЗ

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ФАГОЦИТОВ:

ФАГОЦИТОЗ Стадия фагоцитоза №1(подготовка) в очаг воспаления Этапы: 1.Роллинг(перекатывание) -при участии селектинов 2.Адгезия -за счет интегринов 3.Трансэндотелиальная миграция -под действием хемокинов

АДГЕЗИЯ ЛЕЙКОЦИТОВ И ЭКСТРАВАЗАЦИЯ

ФАГОЦИТОЗ Стадии фагоцитоза:

Опсонины Процесс фагоцитоза усиливают опсонины – белки, обволакивающие микробы, корпускулярные антигены и усиливающие их фагоцитоз. Роль опсонинов выполняют иммуноглобулины (IgG1, IgG3, IgA), белки острой фазы, фибронектин, компоненты комплемента (C3b, C4b)

Процесс фагоцитоза усиливают опсонины ( на слайде показано , что отличное качество фагоцитоза возможно лишь при сочетаниий действия опсонинов и антител)

ФАГОЦИТОЗ Стадии фагоцитоза:

Механизмы фагоцитоза завершенный и не завершенный фагоцитоз

Киллинг ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ в фагоците 1. кислородозависимые механизмы: - метаболиты кислорода - метаболиты азота 2. кислородонезависимые механизмы - катионные белки - лизосомальные белки

КИСЛОРОДЗАВИСИМЫЙ (ОКСИДАЗОТНЫЙ) МЕХАНИЗМ Молекулярный кислород поэтапно превращается в супеpоксидный анион-радикал (О2-) и пеpоксид водоpода (Н2О2) и гидроксильные радикалы (ОН) . Эти свободные радикалы крайне токсичны для многих микроорганизмов. После слияния с лизосомой, под действием миелопероксидазы, из пероксидов образуются дополнительные токсичные оксиданты (например, гипохлорит и гипоиодит).

КИСЛОРОДНЕЗАВИСИМЫЕ МЕХАНИЗМЫ Фагоциты содержат белки дефенсины и катионные белки (катепсин G и азуроцидин). Дефенсины вызывают образование ионных каналов в мембране микробной клетки. Катионные белки (аргинин, лизин, гистидин): деполяризация мембран, нарушение их целостности, утечка ионов из клетки. Отсутствие токсического действия на собственные клетки из-за разницы в составе фосфолипидов про- и эукариот.

Фагоцитоз (анимация)

ЭТАПЫ ФАГОЦИТОЗА (РЕЗЮМЕ) Активация фагоцита (распознавание хемотаксических сигналов) Хемотаксис - направленная миграция в сторону увеличения хемотаксических факторов (эндогенных - С5а, лейкотриен В4, ИЛ-1, иммунные комплексы; экзогенных – ЛПС, мурамилдипептид, денатурированные белки); Адгезия (прикрепление к объекту фагоцитоза) (лектины микробов и фагоцитов, компоненты комплемента) Эндоцитоз (поглощение объекта) Процессинг (переработка) объекта фагоцитоза и выведение продуктов распада из клетки

Незавершенный фагоцитоз

ГУМОРАЛЬНЫЕ ФАКТОРЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ИММУНИТЕТА

Комплемент

Общие закономерномерности работы системы комплемента

Общие закономерномерности работы системы комплемента Ранние компоненты системы комплемента являются протеиназами (конвертазами) . Они создают амплифицирующий ферментативный каскад реакций. Классический путь инициируется связыванием компонента C1 с несколькими молекулами IgG или с пентамерным IgM на поверхности микроорганизма .

Мембраноатакующий комплекс (МАК) — это ионный канал (пора), в плазматической мембране бактериальной клетки, в формировании которого участвуют компоненты СЗb, С5b, С6, С7, С8 и главным образом С9 . При этом молекулы С9 последовательно присоединяются к агрегату, формируя кольцевую структуру, через центр которой могут диффундировать небольшие молекулы, такие, как вода и ионы. Осмос способствует «накачиванию» воды внутрь бактериальной клетки, которая набухает и лопается (лизирует).

Альтернативный путь инициируется связыванием фактора В, например, с бактериальным липополисахаридом (эндотоксином) или спонтанная диссоциация С3. И классический и альтернативный пути ведут к расщеплению компонента С3 комплемента на два фрагмента, обладающих различными функциями. Меньший фрагмент С3а принимает участие в развитии воспалительного процесса, индуцируя хемотаксис лейкоцитов к очагу воспаления (хемотаксис, воспалительные процессы). Более крупный фрагмент С3b связывается ковалентно на поверхности бактериальной клетки и инициирует цепь реакций, приводящих к образованию мембраноатакующего комплекса (МАК)

Сравнение классического и альтернативного путей

Лектиновый путь активации

Цитокины врожденного иммунитета и белки острой фазы

Интерфероны Интерфероны - гликопротеины, вырабатываемые клетками в ответ на вирусную инфекцию и другие стимулы. Блокируют репликацию вируса в других клетках и участвуют во взаимодействии между клетками иммунной системы. • Интерферон –открыт в 1957 г Айзексом и Линдеманом при изучении интерференции вирусов (лат. inter-между , ferens-несущий). Интерференция – явление когда ткань инфицированная одним вирусом становится устойчивой к заражению другим вирусом. Различают две группы интерферонов: I тип - ИНФ-α и –β - оказывают противовирусные и противоопухолевые эффекты II тип - ИФН-γ - регулирует специфический иммунный ответ и неспецифическую резистентность.

Интерфероны(ИФН) I типа Источник ИФН: плазмоцитоидные ДК Индуктор : двуспиральная Рнк у млекопитающих нет такой молекулы интерфероны не влияют на ранние этапы репликативного цикла (адсорбцию, пенетрацию и «раздевание» вирусов) Интерфероны (ифн) первого типа не проникают в клетки, а взаимодействуют со специфическими мембранными рецепторами (ганглиозиды или аналогичные структуры, содержащие олигосахара). При связывании интерферона с рецептором активируются гены, некоторые из которых кодируют образование продуктов с прямым антивирусным действием — протеинкиназы (подавление трансляции) и олигоаденилат-синтетазы (разрушение вирусных НК). Другие эффекты ИФН : Усиливают продукцию ИФН пирогеиное действие ИЛ-1 и понижение рН в межклеточной жидкости на фоне повышения температуры. Индуцирует апоптоз некоторых опухолей.

Интерфероны II типа ИФН-γ ("иммунный ИФН") продуцируется Т-лимфоцитами и NK. Стимулирует активность Т- и В-лимфоцитов, моноцитов/макрофагов и нейтрофилов. Усиливает экспрессию молекул МНС I, МНС II. Стимулирует дифференцировку Т- хелперов Вместе со своим антагонистом ИЛ-4 поддерживает баланс Th1/Th2 (Т- хелперов). Регулирует апоптоз целого ряда нормальных, а также некоторых инфицированных и трансформированных клеток. Способствует повышению внутриклеточного содержания оксида азота, ингибирующего размножение вирусов

Растворимые рецепторы для патогенов. Пентраксины и Белки острой фазы: • С-реактивный белок – связывается с С-полисахаридом бактерий (пневмококка Streptococcus pneumoniae) и усиливает фагоцитоз и активацию С 1 g фракции комплемента (классический путь). Синтезируется в печени и нарастает в ответ на ИЛ-6. СРБ способен активировать классический путь комплемента без участия антител благодаря взаимодействию с компонентом комплемента Clq , что делает его реальным участникам системы механизмов врожденного иммунитета. Маннозосвязывающий белок активирует С по лектиновому пути, опсонин, синтезируется в печени. • Белки острой фазы, связывающие железо – трансферрин, гаптоглобин, гемопексин. Препятствуют размножению бактерий, нуждающихся в этих элементах.

Пентраксины и Белки острой фазы: Пропердин – гамма-глобулин нормальной сыворотки. Активация комплемента по альтернативному пути Фибронектин – белок плазмы и тканевых жидкостей, синтезируется макрофагами. Обеспечивает опсонизацию, экранирует дефекты эндотелия, препятствует тромбообразованию. Бета- лизины – белки сыворотки крови, синтезируются тромбоцитами. Повреждение ЦПМ бактериальной клетки. 

Антимикробные пептиды 1. Лизоцим – фермент муромидаза синтезируется макрофагами и нейтрофилами и вызывает гидролиз муреина (пептидокликана) клеточной стенки бактерий и их лизис. Механизм действия: Разрушение гликопротеидов клеточной стенки бактерии Лизис бактерий Активация фагоцитоза 2. Дефензины и кателицидины –пептиды, обладающие антимикробной активностью. Синтезируются макрофагами и нейтрофилами(α-дефензины), а также эпителиальными клетками кишечника, легких, мочевого пузыря.

Спасибо за внимание