Поворова, О.В. Основы иммунологии: практикум : учебно-метод. материалы.

Предлагаемые учебно-методические материалы включают: практическую часть (решение ситуационных задач, тестов и оформление практикума по теоретическим вопросам в индивидуальных тетрадях); лабораторный практикум, которые позволят студенту освоить практические навыки и закрепить теоретические знания, базирующиеся на обязательной взаимосвязи. Предлагаемые учебно-методические материалы могут быть полезны не только студентам биологических специальностей вузов, но и других учебных заведений, изучающих иммунологию, учителям биологии в подготовке к занятиям и олимпиадам.

Практическая работа № 1 характеристика иммунной системы млекопитающих

Контрольные вопросы:

1. Иммунитет. Определение понятия. Виды иммунитета. Функции иммунной системы.

2. Врожденный (конституциональный) иммунитет, его свойства, синонимы.

3. Приобретенный (специфический, индуцибельный) иммунитет, его свойства, синонимы.

4. Органы иммунной системы. Центральные органы иммунной системы. Костный (красный) мозг, его функции в системе иммунитета. Тимус и его назначение. Структура тимуса. Клетки и гормоны тимуса.

5. Периферические органы иммунной системы. Селезенка, ее назначение в системе иммунитета. Лимфатические узлы. Анатомическое расположение. Структура лимфоидного фолликула.

6. Клетки иммунной системы. Моноциты/макрофаги. Онтогенез клеток. Морфология. Разнообразие макрофагов в зависимости от локализации в тканях. Гранулоциты. Онтогенез. Нейтрофильные, базофильные и эозинофильные гранулоциты. Особенности строения и функции.

7. Т-лимфоциты. Этапы развития. Морфология. В-лимфоциты. Морфофункциональная характеристика.

8. Молекулы иммунной системы. Компоненты системы комплемента. Хемокины. Адгезивные молекулы. Дефензины. Молекулы клеточного киллинга: гранзимы, перфорины. Цитокины.

9. Место проявления и функции иммунитета. Компартментализация иммунной системы. Системный (кровяной) иммунитет, его проявления. Местный иммунитет слизистых оболочек (MALT). Иммунитет полостей. Иммунитет кожи. Функциональная характеристика.

Теоретический материал.

Факторы врожденного ИО:

- Механические барьеры – кожа и слизистые оболочки: сальные и потовые железы, мерцательный эпителий слизистых оболочек (механическое удаление чужеродных объектов со слизью, мочой, потом, калом, слюной).

- Физико-химические барьеры: ферменты, рН, соляная кислота желудочного сока, кислое содержимое вагины.

- Гуморальные и клеточные факторы защиты: лизоцим, секреты кожи и слизистых оболочек, комплемент, фибронектин, интерфероны, белки острой фазы, естественные антитела, фагоциты (неспецифический фагоцитоз), NK-клетки, нормальная микрофлора тела.

Классификация приобретенного ИО:

1. по специфичности: антибактериальный, антивирусный, антигельминтный, антипротозойный, антиопухолевый, аутоиммунный, аллергический.

2. по происхождению: естественный (постинфекционный и трансплацентарный), искусственный (поствакцинальный).

3. по месту выработки: активный и пассивный.

4. по месту эффекторной фазы: клеточный и гуморальный

Клетки и молекулы:

1.Антигенпрезентирующие – клетки: дендритные клетки, макрофаги.

- молекулы: МНС I и II класса.

2. Антигенраспознающие – клетки: Т-лимфоциты, В-лимфоциты.

- молекулы: TCR, BCR (Т-клеточный рецептор, В-клеточный рецептор), иммуноглобулины (после того, как образовались, они готовы распознавать).

3. Эффекторные (работающие) – клетки: плазматические

Т-эффекторы ГЗТ (это Тh1 типа),

Т-специфические киллеры,

макрофаги активированные,

NK активированные,

Т- и В-мемориальные.

- молекулы: цитокины

иммуноглобулины

)перфорины, гранзимы натуральных и специфических киллеров.

Органы и главные клетки ПИО:

Костный мозг: дендритные клетки, макрофаги, только предшественники Т-лимфоцитов (пре-Т-лимфоциты, про-Т-лимфоциты), В-лимфоциты (созревают в костном мозге и уже готовы).

Тимус: созревание Т-лимфоцитов.

Селезенка: клональная экспансия («увеличение, размножение») Т- и В-лимфоцитов, продукция цитокинов и антител.

Лимфатические узлы: клональная экспансия Т- и В-лимфоцитов, продукция цитокинов и антител.

Индуктором ПИО являются антигены (антигенов не было при врожденном иммунитете. Антигены (АГ) могут индуцировать специфический иммунный ответ. АГ – это белки, пептиды, липополисахариды, липопротеины, гликолипиды, нуклеопротеины.

Белки, протеины, пептиды – это антигены, которые могут воспринимать и распознавать Т-лимфоциты. В-клеточные рецепторы более универсальны, т.к. BCR могут распознавать все АГ.

На АГ первыми отвечают антигенпрезентирующие клетки (АПК) – это моноциты/макрофаги, дендритные клетки (старое название ДК – интердигитальные клетки лимфоузлов).

АПК происходят из костного мозга из миелоидного ряда, на образование которых влияет повышенная концентрация G-CSF (колониестимулирующий фактор гранулоцитов), IL-4, FNO-α (фактор некроза опухолей).

ДК имеет следующие мембранные рецепторы:

1. самый главный рецептор к МНС II класса.

2. CD-1, -4, -6, -9, -14, -16, -23 (это рецептор эпсилон, т.е. низкоаффинный – с низкой силой связывания – рецептор к Fc-фрагменту IgE).

3. CD-40, -69, -80 и -86 (классические рецепторы по презентации и передачи сигнала).

4. Большое количество адгезивных молекул в качестве мембранных рецепторов: LFA-1, ICAM-1, VLA-4.

Дендритные клетки выходят в ткани и по ходу созревают (следовательно, созревают и в костном мозге, и в ткани).

Этапы созревания ДК:

1. Высокая способность к процессингу антигена. Ликвидируются гены. Сохраняются пептидазы. У них вырезаются гены-катепсины, поэтому они не могут разрушать, а сохраняются пептиды – это прообразы антигена.

2. IL-1, FNO-α, ЛПС. Повышается способность к синтезу МНС II и к презентации антигена. Усиливается секреция IL-1 и FNO-α.

3. Под действием IFN-γ происходит экспрессия готового антигена на мембране, т.е. усиливается антигенпрезентация. Продуцируется IL-12. И через временной промежуток под действием IFN-γ уходит в апоптоз.

Самыми главными клетками ПИО являются лимфоциты, которые:

1. распознают антиген,

2. удаляют антиген из организма,

3. память о контакте с антигеном.

Т-лимфоциты – осуществляют Т-клеточный ИО, регулируют Т-зависимый гуморальный ИО,

осуществляют воспаление по типу ГЗТ (аллергический тип).

В-лимфоциты – осуществляют гуморальный ИО через дифференцировку в плазматические клетки, которые синтезируют иммуноглобулины (антитела) и сохраняют память об антигене в виде В-клеток памяти (это клетки вторичного ИО).

Т-лимфоциты.

Лимфоцитарный росток начинается со стволовой гемопоэтической клетки (СКК). СКК окружена IL-1, -3, -7 и превращается в про-Т-лимфоцит, имея рецептор CD34 (в костном мозге).

Затем пре-Т-лимфоцит приобретает CD 7, CD 38 (в костном мозге), поступает в систему лимфатических сосудов и идет в субкапсулярную зону тимуса. Далее происходит созревание в тимусе (созревание – это активация генов).

5% клеток преодолевают гематотимический барьер благодаря рецептору хоминга («попадание к себе домой») - CD44.

В субкапсулярной зоне тимуса под действием тимических гормонов (клетки тимического эпителия; α-тимозин – главный гормон, влияющий на созревание Т-лимфоцитов; тимостимулин) происходит созревание Т-клеточного рецептора и CD 3 (появляется на поверхности CD 3, а это значит TCR). Появляется рецептор к IL-2 – это CD 25, появляется bcl-2 – это молекулы, защищающие от апоптоза и появляются клоны лимфоцитов на любые антигены. Но здесь происходит кастинг (отбор) – положительная и отрицательная селекция.

В кортикальной зоне они приобретают маркеры CD4+ , CD8+ и тут они получают право уходить в апоптоз, приобретая CD 95 или Fas-рецептор апоптоза (высокая чувствительность к радионуклидам). На выходе образуется две субпопуляции Т-лимфоцитов, которые имеют Т-клеточный рецептор определенных специфичностей. Выходят: 1) Тхелперные лимфоциты – Тh0, для которых иммунный фенотип CD3+CD4+ и 2) Т_CTL, для которых иммунный фенотип CD3+CD8+. 90% этих субпопуляций имеют TCR α/β (т.е. это α-, β-цепь) и 10% выходит лимфоцитов, которые имеют TCR γ/δ. Эти 10% идут в MALT, а все остальные – в периферические органы иммуногенеза.

TCR – это инструмент распознавания Т-лимфоцита. Отличие TCR от BCR: TCR не способен распознать чужеродные субстанции, а узнает «измененное свое». Для распознавания необходимо предварительно связаться с МНС нашего организма, «обшаривая» свой МНС, он узнает свой МНС и находит чужое. Этот принцип (Р.М.Цинкернагель, П.С.Догерти) называется генетическим ограничением (рестрикцией) Т-клеточного ответа, согласно которому, по МНС должны совпадать распознающие и распознаваемые клетки. (Опухолевые клетки плохо распознаются, т.к. во-первых, плохо представляют МНС I, во-вторых, плохо изменяют «свое», т.к. оно очень близкородственно нам.).

Т.о., главная черта Т-лимфоцитов – особый способ распознавания антигена: они распознают пептидные фрагменты чужеродных белков, встроенные в свои (аутологичные) молекулы гистосовместимости. Затем в результате происходит активация, пролиферация и дифференцировка в эффекторные (специфические киллеры, ГЗТ, мемориальные клетки) и регуляторные (Th1, Th2, Th3) клетки.

Вернемся к положительной и отрицательной (смысл – поддержка) селекции, в результате которых образуется множество лимфоцитов с разными рецепторами:

1. будут рецепторы, которые могут узнавать структуры, не связанные с МНС и эти лимфоциты идут в апоптоз. Это положительная селекция.

2. Есть TCR, который узнает чужую МНС и чужой пептид – и апоптоз. Это положительная селекция.

3. Узнают свой пептид с чужой МНС – и апоптоз. Это положительная селекция.

4. Свой пептид, своя МНС – поддержка (в поддержке смысл отрицательной селекции) и апоптоз - и развивается аутоиммунитет по Т-типу.

5. Чужой пептид, своя МНС – поддержка, выживание, дальнейшее развитие – и в организме должны быть только эти антигены.

МНС – это гены трех классов, находятся на шестой хромосоме. Часть генома шестой хромосомы включает более 4 тыс. пар оснований.

МНС I и II – участвуют в презентации антигена.

МНС III класс – контроль синтеза FNO-α, -β; С2 и С4 компонента системы комплемента. Каждый человек имеет не более 2 разновидностей продуктов каждого гена МНС.

МНС I. Есть - трансмембранная часть, 2 цепи α и β, между двумя цепями α и β есть место для прикрепления пептида (щель Беркмана). Находится МНС I в норме на мембране всех типов ядерных клеток. Исключение: эритроциты (безъядерные), трофобласты (так оберегается плод, если он несет МНС отца). На лимфоцитах очень высокая плотность МНС I (7 тыс. молекул). Тот пептид, который соединен МНС I, представляется с CTL (передается комплекс пептид+МНС I→[T_CTL-СD3+8+]).

МНС II. Представлены молекулами DR, DP, DQ. Очень много аллелей (вариантов). Экспрессирован на АПК (на дендритных клетках, на активированных макрофагах, на В-лимфоцитах), на активированных Т-лимфоцитах, на активированном эндотелии эпителия, тучных клеток. Усиливается IFN-γ-ом. Супрессором является простогландин Е2. Он презентируется Тh0, т.е. пептид антигена + МНС II презентируется→ Тh0 – CD3+4+.