Homeostatska funkcija imunskog sistema sisara

Princip homeostaze ... ODRŽAVANJE STATIČNIH ILI KONSTANTNIH USLOVA U UNUTRAŠNJOJ SREDINI... Spoljašnja sredina Spoljašnja sredina Unutrašnja sredina Spoljašnja sredina Spoljašnja sredina

Uslovi se konstantno menjaju Homeostaza je stanje konstantnosti koje mogućava opstanak, ali se stvari u spoljašnjem svet menjaju Uslovi se konstantno menjaju Spoljašnja sredina Spoljašnja sredina Unutrašnja sredina Spoljašnja sredina Spoljašnja sredina Ovde se promene ne dešavaju...

Princip homeostaze

Homeostaza imunskog sistema Homeostazu u imunskom sistemu održava veliki broj mehanizama koji obuhvataju regulisanje aktivacije imunskih ćelija i programirane ćelijske smrti. Prekid imunske homeostaze može dovesti do fatalnih zapaljenskih bolesti Urođeni i adaptivni imunitet se sastoje od ćelija i molekula koji rade zajedno u cilju borbe protiv infekcija mirkroorganizmima i održavanju homeostaze Homeostaza Bolest Imunski odgovor narušavanje obnavljanje Patogeni

narušavanje obnavljanje Protozoe homeostaza bolest Imunski odgovor virusi bakterije Protozoe gljive Štetan način života nasleđe patogeni polutanti Disfunkcija organa narušavanje homeostaza bolest obnavljanje Imunski odgovor

Funkcije i manifestacije imunskog odgovora Funkcije Normalne Manifestacije Poremećene Manifestacije Imunska borba protiv infekcije Hipersenzitivnost odbrana Imunodeficijenicije Imunska Eliminacija oštećenih i starih ćelija prekid imunske modulacije homeostaza Tolerancija na sopstvene ćelije Autoimunske bolesti Imunski uništavanje transformisanih ćelija Tumor nadzor (anti-tumorski odgovor) Prevencija perzistentnih infekcija Perzistentna virusna infekcija

sprečava ulazak patogena i na taj način održava homeostazu SKIN Koža sprečava ulazak patogena i na taj način održava homeostazu

Mukozne površine Primarna funkcija IgA je održavanje homeostaze u mukoznim i diverzifikacija IgA ima esencijalnu ulogu u regulaciji crevne mikroflore. Dinamična diverzifikacija i konstantna adaptacija IgA odgovora na lokalne mikrobe zahteva ekspresiju aktivacijom indukovane citidin deaminaze od strane B Ly i kontrolu od strane T folikulskih pomoćničkih i Foxp3+ T Ly u germinalnim centerima. Fini regulatorni mehanizmi sinteze IgA u germinalnim centerima Pejerovih ploča i naglašavanje uloge CD4+ T Ly za selekciju IgA i uspostavljanje odgovarajuće crevne flore je neophodno za održavanje homeostaze. Gastrointestinalni trakt Respiratorni trakt Urinarni trakt Reproduktivni trakt

Inflamacija “rubor et tumor cum calore et dolore” (crvenilo i otok sa toplotom i bolom) --Cornelius Celsus in De Medicina, kasnije je dodat “functio laesa” (poremećaj funkcje) Inflamacija je odgovor na opasne uslove (infekcija i povreda tkiva/rane) u pokušaju da se obnovi homeostaza

Kako imunski sistem uspostavlja delikatan balans između efikasne odbrane i autoimunosti? Da se pojača ili prekine odgovor? 2. Gde da se ubije? 3. Koje ćelije da se ubiju? 4. Kako da se uspostavi raznovrsnost u odbrambenom arsenalu, a da se ne ode u autodestrukciju?

Regulacija imunskog odgovora Intezitet imunskog odgovora određen je: Ag indukovanom aktivacijom limfocita Negativnim regulatornim uticajima koji sprečavaju ili smanjuju odgovor Regulatorni mehanizmi koji deluju u svim fazama imunskog odgovora Prepoznavanje Aktivacija Efektorska funkcija

Imunoregulacija I) Imunoregulacija na genskom nivou Sposobnost imunskog sistema da kontroliše i reguliše sopstveni odgovor je označena kao imunoregulacija. I) Imunoregulacija na genskom nivou II) Imunoregulacija na molekulskom nivou III) Imunoregulacija na ćelijskom nivou

Imunoregulacija na molekulskom nivou 1. Regulacija antigenom 2. Regulacija antitelom 3. Regulacija komplementom 4. Regulacija kostimulatorima i receptorima 5. Regulacija citokinima

1. Regulacija antigenima Doza Ag - visoke vs male doze Mesto ulaska Ag Strukturne karakteristike: kompeticija antigena Hemijska priroda Ag – polisaharidi vs proteini Solubilni vs intracelularni Ag Uloga adjuvansa

1. Regulacija u odgovoru na Ag Prepoznavanje: u odsustvu kostimulacije → anergija Aktivacija: interakcija CTLA-4 sa CD80/CD86 → smanjena regulacija T ćelija (smanjuje se aktivacija) Efektorska funkcija: Previše Ag → toleranca

2. Regulacija antitelima Regulacija Ag-At kompleksima – At feedback regulacija IgM ---- pozitivna feedback regulacija IgG ---- negativna feedback regulacija Regulacija idotipe-anti-idiotip mrežom

2. Regulacija antitelima Aktivacija/Efektorska funkcija: Receptor cross-linking: Ag/Ab kompleksi se vezuju za Fc receptore i prenosi se inhibitorni signal u B ćeliju

2. Regulacija antitelima Aktivacija: At/Ag imunski kompleks se vezuje komplement (C3d), lokalizuje se na APĆ preko receptora za komplement

2. Idiotip i idiotipska mreža Prepoznavanje: Idiotip/anti-idiotip At interakcija može da stimuliše ili inhibira imunski odgovor (npr. anti-idiotip At može da blokira vezivanje Ag) Blokiranje At: At se takmiči sa B ćelijama za Ag Ova At su prisutna u maloj količini u pulu Ig kod svih ljudi i učestvuju u normalnom humoralnom i ćelijskom odgovoru

JERNEova idiotipska mreža (Nobelova nagrada 1984) Idiotipske determinante su imunogeni Anti–idiotip At su formirana sledeći formiranje anti-Ag At Anti-idiotip At indukuje anti-anti-idiotipski odgovor To dovodi do postepenog slabljenja imunskog odgovora protiv datog Ag

Idiotip/anti-idiotip mreža

Anti-Idiotip i imunska regulacija anti-idiotip odgovor-antitela produkovana specifična za Ig ili TCR idiotipove koja služe za smanjenje imunskog odgovora

3. Regulacija komplementom Promoviše se prihvatanje Ag od strane APĆ: CR1 receptor na APĆ vezuje C3b-Ag-At kompleks Promoviše se aktivacija B ćelija: CR1, CR2 na B ćelijama

4. Regulacija kostimulatorima i receptorima T ćelija: B7 ------ CD28, CTLA-4 B ćelija: CD40L ------ CD40, FcRⅡB

5. Regulacija citokinima Citokini su pozitivni ili negativni regulatori Produkuju ih različite ćelije Deluju na mnogim stupnjevima imunskog odgovora U zavisnosti od sredine drugi citokini i receptori Regulišu tip i obim imunskog odgovora

STIMULATORNI I INHIBITORNI CITOKINI IL-2 IL-1 IL-4 IL-5 IL-6 IL-12 IL-18 IFN-  IL-4 IL-10 IL-11 IL-13 TGF- IFN-/ IFN-

Citokinska regulacija posredstvom TH1 – TH2 balansa visok afinitet izmeđuTCR i APC visoka [Antigena] IFN-g IL-4 IL-10 & TGF-b IL-12 IL-18 nizak afinitet izmeđuTCR i APC niska [Antigena] Th1

Th1 versus Th2 balans Bolest Th1 Th2 Eksperimentalna Lečenje Progresija Lešmanijaza Eksperimentalni autoimunski Progresija Prevencija encefalomijelitis Tuberkuloza Lečenje/ Prevencija Progresija Atopija Prevencija? Progresija Dijabetes Tip 1 (NOD) Progresija Prevencija

Imunoregulacija na ćelijskom nivou   Značaj APĆ u regulaciji Regulacija među subsetovima T ćelija Regulacija pomoću regulatornih T ćelija (Treg) Regulacija B ćelijama aktivacijom indukovana ćelijska smrt (engl. activation induced cell death, AICD)

1. Regulacija od strane APĆ Profesionalne vs. neprofesionalne APĆ Interakcija CD40L na T ćelijama i CD40 na APĆ Nivo ekspresije MHC na APĆ Količina produkovanih citokina od strane APĆ Unakrsna prezentacija (cross-priming) virusnih Ag u sklopu MHC I od strane APĆ CD8+ T ćelijama APĆ ubijaju posredstvom citotoksičnih T ćelija

2. Regulacija među subsetovima T ćelija Th1 ćelije stimulišu ćelijski imunitet suprimirajući humoralni imunitet Th2 ćelije stimulišu humoralni imunitet suprimirajući ćelijski imunitet Th1 +IL-12 +IL-4 IL-2 IFN-g IL-4 IL-10 inhibit Cell mediated immunity Humoral immunity Th0 Th2 Interakcija Th1 i Th2 Multidimenzionalna imunska homeostaza

Centralna i periferna toleranca

Centralna Toleranca

Mehanizmi periferne tolerance

3. Regulacija regulatornim T ćelijama Regulatorne T ćelije (Treg) ne sprečavaju inicijalnu aktivaciju T ćelija Inhibiraju odgovor koji se održava Sprečavaju hronične i potencijalno oštećujuće imunske odgovore Nema karakteristike Th1, Th2, Th17 Suprimira Th1 i Th2 odgovore

Poreklo CD4+ regulatornih T ćelija CD4+ Treg ? Endogene Prirodno nastale Indukovane tokom imunskog odgovora

Regulacija regulatornim T ćelijama Tipovi Treg: prirodne U timusu nastaju CD4+CD25+Foxp3+ = Treg CD25 Foxp3 = transkripcioni faktor, defekti („scurfy“ miševi i osobe koje nemaju Foxp3)→ autoimunske i inflamatorne bolesti kod ljudi značajan broj neregulatornih T ćelija nakon aktivacije ispoljava Foxp3 Indukcija Foxp3 sa TGF-β ne dovodi do regulatornog fenotipa T ćelija Supresija na ćelija-ćelija zavisan način Mehanizam nepoznat

Šta usmerava T ćelije u razvoju da postanu prirodne regulatorne T ćelije? I hipoteza: ćelije koje će postati Treg selektuju se na osnovu osobine njihovih receptora da prepoznaju sopstvene antigene II hipoteza: regulatorne i neregulatorne T ćelije imaju sličan receptorski repertoar

Prirodne CD4+ regulatorne T ćelije Autoimmunity Dominant self-tolerance Unique lineage of CD25+ (IL-2R) T cells 1-10% of thymic or peripheral CD4+ T cells In resting, endogenous T cell repertoire Rodents, human and non-human primates Allergy Infectious disease CD4+CD25+ Treg cells Tissue regeneration Transplantation Mucosal Immunity Gastritis Oophritis Orchitis Thyroiditis Pancreatitis Colitis Auto Abs Depletion Day3 thymectomy Genetic anomalies Irradiation Infections Drugs Normal Immune responses Tumor Immunity

CD4+CD25+ prirodne Treg ćelije glavni prekidač periferne tolerance Immunity

Regulacija regulatornim T ćelijama Tipovi Treg: indukovane Treg Na periferiji neke T ćelije se indukuju u Treg Zahtevaju Ag, IL-10, ili TGF-β IL-10: CD4+ CD25+ Foxp3- ovo su Tr1 TGF-β: CD4+ CD25+ Foxp3+ Ag: CD4+ CD25- Foxp3- Supresija produkcijom citokina: Tr1 sa IL-10 Indukovane Treg sa TGF-β T efektorske memorijske ćelije sa IL-2, IFN-γ, i dr

Indukovane CD4+ regulatorne T ćelije Peripherally-induced Thymic CD4+ T cell pool Peripherally-induced CD4+ Treg cells ( iTreg ) TCR + Peripheral differentiation signals APC _ Activated Effector T cell Autoimmunity Transplantation Tumor Immunity Infectious disease

Regulacija regulatornim T ćelijama Tipovi Treg: CD8+ Treg (CTL2 ćelije) oslobađaju spektar citokina sličnih Th2 ćelijama: IFN-γ, IL-6, IL-10 Diferencijacija je pod uticajem CD4+ citokina, Ag, i IL-10 CD8+ Foxp3+ Supresija na ćelijskim kontaktom Smanjenje ekspresije kostimulatornih molekula na APĆ → toleranca

Tipovi regulatornih T ćelija

Doprinos svih populacija Treg je podjednako bitan: Treg su neophodne tokom čitavog života da bi očuvale toleranciju imunskog sistema i sprečile razvijanje fatalne autoimunosti IL-10 TGF-β Doprinos svih populacija Treg je podjednako bitan: Eksperimenti neonatalne timektomije Transfer perifernih T ćelija bez Treg u limfopeničnog domaćina

Supresija inhibitornim citokinima Osim za supresorsku funkciju, IL-10 i TGF-b su značajni i za razviće Treg. Međutim, u in vitro studijama blokiranje receptora za ove citokine nije značajno narušavalo njihovu reg f-ju. Ekspreimentalni modeli astme- funkcija je delimično zavisna od IL-10. Ali adoptivni transfer IL-10-/- Treg takođe dovodi pozitivnog ishoda što ukazuje da su Th2 ćelije podložne modulaciji IL-10, ali i da regulacija nije zavisna od sekrecije IL-10 od strane Treg. U IBD i u tumorskoj mikrosredini Treg koje sekretuju IL-10 su ključne za regulaciju imunog sistema a ove funkcije su kontakt-nezavisne Za TGF-b je pokazano da je bitan u razvoju inducibilnih Treg ali i za f-ju u modelu IBD. Pokazano je da je membranski TGF-b u vazi za supresijom funkcije CD8+ T ćelija u pankreasnim ostrvcima IL-35 je neophodan za maksimalnu supresiju od strane Treg. Pripada familiji IL-12 citokina gde je za p35 vezan Ebi3 (epstain bar induced gen 3) prisutan i u IL-27 sa p28 subjedinicom)

2. Supresija citolizom Sem NK i CD8+ i Treg ispoljavaju citotoksicnu aktivnost nakon adhezije CD18. Kod ljudi aktivirane prirodne Treg ćelije produkuju granzim A putem koga zajedno sa perforinima sprovode ćelijsku smrt posredovanu Treg ćelijama Kod miševa je regulacija apoptozom efektorskih T ćelija posredovana granzimom B a nezavisna od perforina i veoma rano u razviću Treg je povećano prepisivanje gena za ovaj enzim Supresija B ćelija granzimom B koja je delimično zavisna i od perforina Citolizu NK i CTL usmerenih protiv tumora Treg vrše na način zavisan od granzima B i perforina Drugi kandidati za posrednike citolize su: TRAIL-DR5 put, galektin-1

3. Supresija metaboličkim prekidom Neki radovi ukazuju da Treg visokom ekspresijom CD25 brzo troše IL-2 i tako indukuju apoptozu efektorskih T ćelija koje ostaju bez ovog faktora rasta Supresija intracelularnom i ekstracelularnom sintezom andenozinskih nukleozida. Ektoenzimi CD39 i CD73 generišu pericelularni adenozin koji preko adenozinskig receptora A2aR inhibira efektorske T celije. + povećava se broj Treg i TGF-b, a smanjuje nivo IL-6 (time i Th17) aktivacijom ovog receptora. Inhibicija modulacije DĆ ka tolerogenom fenotipu. Sem ovoga transfer cAMP u T efekrotske ćelije kroz gap veze suprimira njihovu aktivnost

4. Supresija modulacijom DĆ Iako postoji malo podataka, opisani su mehanizmi atenuacije funkcije DĆ u aktvaciji T ćelija nakon interakcije sa Treg. Treg imaju konstitutivno ispoljene CTLA4 molekule, a blokirajuća antitela za ovaj molekul smanjuju inhibiciju aktivacije T ćelija pomoću DĆ. Treg indukuju povećanje indolamin-2,3-dioksigenaza (IDO) u DĆ. Treg downregulišu ekspresiju kostimulatora CD80/86 na DĆ. Treg mogu da spreče maturaciju DĆ, makrofaga i monocita iako precizni mehanizmi nisu poznati (CTLA4, IL-10, TGF-b) LAG3, homolog CD4 molekulu, koji veže MHC II aktivira SHP1 i suprimira maturaciju DĆ Treg mogu da modulišu mesta inflamacije regurutovanjem mast ćelija preko IL-9, a pokazano je da ove ćelije čine vazne medijatore indukcije tolerancije na periferne alografte

Da li efektorske T ćelije potenciraju funkciju Treg ćelija?

Koliko mehanizama je potrebno Treg ćelijama? sve Treg ćelije, bez obzira na poreklo i način aktivacije, za svoju supresorsku ulogu koriste pre svega jedan najefikasniji i najrasprostranjeniji mehanizam jedna uređena mreža mnogobrojnih mehanizama i molekula međusobno povezanih na određen način je neophodna za potpuno funkcionisanje Treg ćelija Treg poseduju veći broj molekula i mehanizama nego što je to potrebno za njihovo funkcionisanje

Kontrola imunske patologije Treg ćelijama

Potencijalni mehanizmi Treg posredovane supresije

Hemokinski receptori su uključeni u navođenje Treg do specifičnih tkiva i mesta

Aktivacijom indukovana ćelijska smrt (AICD) AICD: apoptoza aktiviranih T ili B ćelija posredstvom Fas(CD95) Apoptoza ciljne ćelije: FasL na Tc vezuje se za Fas na ciljnim ćelijama-----indukcija apoptoze ciljne ćelije. Apoptoza aktiviranih T ćelija: Fas je takođe eksprimiran na aktiviranim Tc ili B ćelijma FasL na aktiviranim T ćelijama se vezuje za Fas na aktiviranim T ili B ćelijama i indukjuje se njihova apopotoza. (FasL) (Fas)

Imunska homeostaza: balans između aktivacije limfocita i kontrole aktivacije Aktivacija Efektorske T ćelije Toleranca RegulatorneT ćelije Normalno: reakcija protiv patogena Patološki: inflamatorne bolesti, npr . Uzrokovane reakcijom protiv sopstvenih Ag Ne reagovanje na sosptvene Ag Kotrolisanje odgovora na patogene

Regulacija na sistemskom nivou Regulacija neuro-endokrino-imunske mreže: Nervni i endokrini regulišu imunski sistem. Imunski sistem reguliše nervni i endokrini sistem. Neuroendokrina regulacija imunskog sistema - većina limfoidnih tkiva poseduje simpatičku inervaciju limfociti eksprimiraju receptore za različite hormone, neurotransmitere i neuropeptidaze