Imūnā atbilde pret audzēju : 1. tolerance

1. Imūnāatbildepretaudzēju:1. tolerance lekcijas LU BF maģirstratūrasstudijukursam “Imunoloģija” Dr. biol. KarīnaSiliņa LU BF 2012

2. Lekcijutēmas • Tolerance: • centrālās tolerances mehānismi • perifērā tolerance/adaptīvāsimūnāsatbildesaktivācija • Adaptīvāsimūnāsatbildesaktivācija • Iekaisums • imūnāsatbildesefektorātipadiferenciācija • Audzēju imunoloģija: • vēža un imūnsistēmasmijiedarbība • audzējuimūnterapija.

3. Adaptīvāimūnāatbilde • Imūnsistēmanodrošinaorganismahomeostāziiznīcinot “svešo” un sargājot “savējo”: • antigēnureceptoru - B un T šūnu virsmasreceptoru (BCR un TCR) - gēnuģenētiskāvariabilitāte(V(D)J rekombinācijas) radamilzīgureceptormolekuludažādību, kasvar “atpazīt” jebko: gan “svešu” (antigēns), gan “savu” (autoantigēns) • mērķēta un spēcīgacitotoksicitātespējiznīcinātmilzudaudzumupatogēnu, lielasaudzējumasas, orgānus (transplantaatgrūšana, leprau.c. autoimūsnasslimības) • tolerances mehānisminodrošina “sevis” pasargāšanu • Galvenieadaptīvāsimūnāsatbildesefektori: • B šūnas - veidojas un nobrieztkaulusmadzenēs • T šūnas – veidojaskaulusmadzenēs, nobriezttīmusā

4. Adaptīvāsimūnsistēmasefektori Antigēn- prezentējošā šūna (APC) Jebkura šūna Humorālā imunitāte Šūnu imunitāte

5. Tolerance • Antigēnureceptorudažādībulimfocītosģenerēnejaušas, “aklas” ģenētiskāsrekombinācijasreceptugēnos, kasradaarīnefunkcionālusvaiautoantigēnusatpazīstošusreceptorus. • Tolerances mehānisminepieļaujimūnāsatbildesvēršanospretsavuorganismu (novēršautoimunitāti), kāarīpretaugligrūtniecībaslaikā: • centrālā tolerance/limfocītuattīstība un nobriešana • perifērā tolerance/imūnāsatbildesaktivācija: • Briesmumodelis • receptoruafinitātesmodelis • regulatorāsšūnas • iekššūnukontrolesmehānismi • ignorance

6. Centrālā tolerance • Tiekvērtētaantigēnareceptoraafinitāte un aviditātepretsavāmmolekulām (autoantigēnaatpazīšanasspēks) • Notieklimfocītunobriešanaslaikāprimārajoslimfātiskajosorgānos: pre-T šūnām – tīmusā pre-B šūnām – kaulusmadzenēs + koreceptori Analoga shēma attiecas arī uz B limfocītiem [1]

7. Centrālā tolerance: T šūnām Kaulu smadzenes Tīmuss Serde Garoza (pro-T cells) (pre-T cells) Hemoato- poētiskās cilmes šūnas (HSC) un agrie tīmusa priekšteči (ETP) T līnijas diferencēšanos nosaka Notch1 + DL4, Runx1, GATA-3, E-box transkripc. faktori. Timocīti ar veiksmīgi pārkartotu TCRβ ķēdi izdzīvo un proliferē, jo TCRβ spēj saistīties ar pre-Tα un dot intracelulāru signālu. Negative selection!!! DN – dubultnegatīvas (CD4-CD8-), dalītas stadijās (DN1-DN4) atkarībā no CD44 un CD25 ekspresijas DP – dubultpozitīvas (CD4+CD8+) cTEC – tīmusa garozas epitēlijšūnas [2]

8. Pārvietošanāstīmusā Hemokīni, ko ekspresē konkrēti audi, un to receptori, kas atrodas uz imūnšūnām, nosaka imūnšūnu migrāciju pa organismu un attiecīgi spēju funkcionēt. un nTreg diferen- ciācija multipotent progenitors (MPPs) lymphoid-primed multipotent progenitors (LMPPs) common lymphoid progenitors (CLPs) CC-chemokine receptor thymus-settling progenitors (TSPs) early T cell progenitors (ETPs; also known as KIT+ double negative 1 (DN1) thymocytes) [3]

9. T šūnu negatīvāselekcija • Negatīvāselekcijanotiekgan DP (garozā), gan SP stadijās (serdē). • tīmusaserdesepitēlijšūnas (mTEC) ekspresē AIRE (autoimmune regulator) – transkr. f., kasinducēcituauduspecifisku proteīnu ekspresijutīmusā, padarottospieejamusjaunajām T šūnām:. • autoantigēnustīmusāprezentēarīDCs (mieloīdās un plazmacītoīdās (migrē no perifērijas), tīmusarezidējošās), iespējams, arī B šūnas un makrofāgi • spēcīgasaistīšanās - TCR aktivācijasizraisītaapoptoze • vidējasaistīšanās: T šūnaizdzīvo, pamettīmusu un kļūst par recirkulējošunaivulimfocītu. • T šūnasarvidējasafinitātesautoantigēn-specifiskiem TCR, nonākotperifērijā, varbūtnopietnsautoimunitātesizraisītājs -> daļaaugstasafinitātes CD4 T šūnu kļūst par nTreg, kaskontrolēšīsšūnasperifērijā.

10. nTreg • šo šūnu izslēgšanapieaugušāpelesorganismāizraisaautoimūnunāvidažunedēļulaikā – nepieciešamas visas dzīvesgarumā • tīmusānTregdiferenciācijuinducē: • TCR stimulācija, kaslielāka par pozitīvāsselekcijas, bet mazāka par negatīvāsselekcijasizraisošustimulāciju. • APC, kasprezentēretus, auduspecifiskusautoantigēnus • NKκB tr.f., kas, atbildot uz TCR saistīšanosarligandu, inducēFOXP3 tr.f. ekspresiju - galvenaisTregdiferenciācijunoteicošais un uzturošaistr.f. [1]

11. nTreg • diferenciāciju un frekvenciietekmē: • TCR afinitāte+aviditāte+pieejamo APC daudzums (TCR-atkarīgāniša) • sastapšanāsreizesar APC (vienavaivairākas)? • CD28 – kostimuācijasmolekula, kasveicinanTregpavairošanos • IL2 un IL15 pieejamība (TCR-neatkarīgā niša) --------> šībrīžanTreg diferenciācijas modelis ??? ??? ??? [1]

12. Centrālā tolerance: T šūnām [7]

13. Centrālā tolerance: B2 šūnām BCR H un L ķēdes pārkārtošana [4] B līnijas diferencēšanos no HSC nosaka PAX5 tr.f. 50-70% Igμ nav spejīgas saistīt SLC; >75% no atlikušajiem preBRC ir autoreaktīvi (daudzu + lādiņu dēļ) Tolerance checkpoints kaulusmadzenēs (1.) un liesā (2.) [5]

14. Centrālā tolerance: B šūnām Autoreaktīvām B šūnām ir samazināta jutība uz BAFF augš.f., uz kā rēķina tās aiziet bojā liesā. Augstas aviditātes BCR (sarkanās) – delēcija Vidēji augstas av. BCR (sarkanās) – receptora labošana, anerģija, delēcija Zemas av. BCR (rozā) – emigrē Nesaista autoAg (baltās) – tiek ignoretas un emigrē uz liesu ???? [6] atsevišķs B šūnu subtips??

15. Negatīvāselekcija Navzināms, kātieknodrošinātaautoAgprezentācijanenobriedušajai B šūnaikaulusmadzenēspirmā checkpoint laikā. Šābrīžamodelis: Rozā aplīši – autoAg C1q, C1qR, C1R un C4 – komplementa sistēmas elementi un to receptori FcγR – dabīgo IgM antivielu receptori TLR – Tollike receptori Šādi tiek aizvāktas 90% nenobriedušo B šūnu pirms emigrācijas no kaulu smadzenēm [5]

16. Centrālā tolerance; apkopojums: • Tīmusā DP un SP T šūnām αβTCR kairinājumsar MHC I vai II/autoAg pep. kompleksu: • zemasaviditātes TCR -> apoptoze (~95%) (tīmusagaroza), jo TCR kairinājumsnodrošinaizdzīvošanassignālu. • vidējasaviditātes TCR -> pozitīvāselekcija (tīmusagaroza)-> differenciācijasubtipos (CD4+ vs CD8+) -> migrācija uz perifēriju (1-5%) • augstasaviditātes TCR -> negatīvāselekcija(tīmusagaroza un serde) vainTreg (natural T regulatory cell) diferenciācija (serdē) • Kaulusmadzenēsnenobriedušu B šūnu BCR kairinājumsar XXX-autoAgkompleksu: • Augstasaviditātes BCR – delēcija • Vidējiaugstasaviditātes BCR – receptoralabošana, anerģija, delēcija • Zemas av. BCR – samazinātajutība uz BAFF augš.f., emigrē uz liesu, kurpuseatmirst BAFF nepietiekamībasdēļ, pusenobriezt (20% autoreaktīvunaivu B šūnu) • NesaistaautoAg – tiekignoretas, emigrē uz liesu un nobriezt

17. Perifērā tolerance • Autoimūnuapdraudējumuperifērijāveido: • vidējasaviditātes TCR naivas CD4 un CD8 T šūnas • zemasaviditātes BCR naivas B šūnas • Galvenieaizsardzībasmehānismi: • imūnāsatbildesaktivācijainepieciešamastrīskontrolpunktu “atļaujas”: Briesmumodelis • imūnšūnasarimūnsupresīvuaktivitāti • T limfocītuiekššūnassignālceļukontrole • B šūnu kontrolesmehānismi • limfocītumigrācijaskontrole

18. 1. Briesmumodelis • DC irgalvenie tolerances vs. aktivācijasregulatori • Nenobriedušas DCmigrē pa audiem un skenēmikrovidi, meklējotbriesmusihnālus – PAMPs un DAMPs. Tāsneekspresēkostimulējošāsmolekulas un stimulējošuscitokīnus. Satiekot T limfocītu, kassaista uz nenobriedušas DC prezentētu Ag – tiekinducēta T šūnasdelēcijasvaianerģijavairegulatorās T šūnasveidošanās (iTreg) • Ja DC sastopkādu no briesmusignāliem, apregulē Ag prezentēšanu, samazina Ag uzņemšanu, nobriezt – sākekspresētkostimulējošasmolek. un citkīnus, un migrē uz limfāt. audiem, laisatiktuatbilstošu T šūnu.

19. Briesmumodelis [8]

20. 2. Perifērā tolerance • Imūnsupresīvasimūnšūnas: • nTreg un iTreg • regulatorās CD8 T šūnas • regulatorās B šūnas • limfmezglustromasšūnas (endotēlijsu.c. ) • mieloīdāssupresoršūnas • Darbībasmehānismi: • efektoro šūnu aktivitātesnomākšana: • sintezējotimūnsupresīvuscitokīnus (IL-10, TGFβ) • producējotagresīvusmetabolītus (ROS, iNOS, etc.) • inducējotapoptizivaianerģijutiešākontaktā • nobriedušu DC funkcionalitātesmaiņa: • nenobriedušafenotipainducēšana • aktivējošu DC ārvēršana par tolerogēnām DC • DC apoptoze

21. Imūnsupresīvasimūnšūnas Treg [10]

22. Imūnsupresīvasimūnšūnas • 1. Qa-1-restricted CD8+ regulatory T cells (varbūt tikai pelēs) – Aviditātes modelis • Qa-1 peles homologs cilvēka HLA-E – neklasiska MHC Ib molekula, kas ekspresējas uz aktivētām DC, T un B šūnām un prezentē dažus peptīdus ko nosaka TCR aviditāte pret Ag. • CD8 Treg TCR saista aktivēto limfocītu Qa-1 prezentētos peptīdus un atkarībā no pept. inducē vai nē toleranci. • 2. Alloantigen-specific CD8+CD28- Treg cells: • ietekmē APCs tiešā kontaktā • paaugstina inhibitoros receptorus ILT3 and ILT4 • 3. CD8+CD25+ Treg cells: • līdzīgas Treg • nepeiciešami IL2, IL15 un TGFβ • ietekmē naivas un efektorās CD4 un CD8 šūnas • 4. CD11c+CD8+ T cells: • piemīt gan efektoras, gan supresoras aktivitātes, inducē IDO sintēzi DC š., kas nomāc CD4 T šūnu aktivitāti • nepieciešama 4-1BB receptora un TCR kairināšana • 5. CD103+CD8+ T cells: • supresorā aktivitāti veic šūnu kontakt-atkarīgā veidā • nepieciešams TGFβ • sekretē IL10 un maz IFNγ • 6. CD122+CD8+ T cells: • mm Regulatorās CD8 šūnas [11]

23. Imūnsupresīvasimūnšūnas • Regulatorās B šūnas: B10 šūnas • B cells exert their regulatory role through the production of interleukin-10 (IL-10) by either B-1, marginal zone (MZ), or transitional 2–MZ precursor B-cell subsets. • CD1dhiCD51+ B-cell subsets, kasekspresēvirsmasmarķierus, kasraksturīgiabām, B-1 un MZ B šūnām. Šisiriespējamsvienīgais B šūnu subsets, kassekretē IL10.

24. Imūnsupresīvasimūnšūnas Limfmezglustromasšūnas [12] Fibroblastic reticular cells (FRCs), lymphatic endothelial cells, blood endothelial cells and double-negative (gp38–CD31–) stromal cells express peripheral tissue-restricted antigens (caur AIRE). FRCs, lymphatic endothelial cells and double-negative stromal cells have been shown to directly present these antigens to CD8+ T cells, leading to the deletion of self-reactive T cells. It is unclear what effect these stromal cell populations have on CD4+ T cells

25. Imūnsupresīvasimūnšūnas Mieloīdās supresoršūnas (Myeloid derived supressor cells) [9]

26. 3. Perifērā tolerance • T limfocītuiekššūnassignālceļukontrole: • aktivācijasizraisīta šūnu nāve (AICD) – atkārtota TCR kairināšanaizraisaapoptozi • adaptīvā tolerance – ilglaicīga TCR kairināšana CD4 šūnāmizraisaapoptozivai TCR desensitizāciju, un CD8 šūnām – funkcionāluinhibīciju (functional exhaustion) • antigēnainducētaneatbildēšana (AINR) – CD8 T šūnu TCR kairinājumspturšūnasproliferāciju, janetieksaņemtipapildussignāli no CD4 (Th) T šūnāmieskaitotaugš/stim/ citokīnu IL-2

27. 4. Perifērā tolerance • B šūnām: • augstasaviditātes BCR -> negatīvāselekcijaliesā -> nobriešana (20% autoreaktīvunobriedušu B šūnu) • lai B šūnaaktivētosatbildot uz BCR kairinājumu, tai arījāsaņem 2. un3. signāls no Th, un saistīšanāsarneaktivētuvainepilnīgiaktivētuTh -> apoptoze • saistīšanāsarTregšūnām -> apoptoze • cituregulatoru šūnu sekretētiesupresīviecitokīninomāc B š. aktivēšanos • pēcsomatiskāshipermutācijas -> de novo autoreaktivitātikontrolē T folikulārārlīdzētājšūnas (Tfh)

28. 5. Perifērā tolerance • Ignorance: • limfocītumigrācijaskontrole: • naivilimfocītiekspresēhemokīnureceptorus, kasļaujtiempārvietoties pa asins-linfassistēmu, bet ne migrēt uz audiem • aktivētilimfocītisākekspresēthemokīnus, kastiemļaujsajustiekaisumavietu un migrētcaurendotēlijasienu uz audiem • nav 100% drošaregulācija • Imūnpriviliģetieaudi: • aizpapildusanatomiskāmbarjerām (blood-brain, blood-eye), kasekspresēmazlimfocītumigrācijinepieciešamāsmolekulas • ekspresēapoptotiskosligandus (FasL) (sēklinieki)

29. Perifērā tolerance;apkopojums: • Imūnāsatbildesaktivācijainepieciešamastrīskontrolpunktu “atļaujas”: • Briesmumodelis - – laiThaktivētos, tai jāsastopasaraktivētuantigēnprezentējošo šūnu, visbiežāk, DC, kasprezentēspecifiskoantigēnu MHC II kontekstā; savukārt, DC varaktivēties, tikaijasastopbriemusignālus, kāpatogēnumolekulas (PAMPs) un audubojājumasignālmolekulas (DAMPs). Neaktivētas DC saistīšana -> apoptoze, anerģijuvaidiferenciāciju par inducētajāmTregšūnām. • imūnšūnasarimūnsupresīvuaktivitāti • dažādas T, B unnespecifiskāsimunitātessupresorasšūnas • Aviditātesmodelis – CD8 tregšūnasspējdatektētcituaktivētolimfocītu TCR aviditāti uz antigēnu un nomācjebkuru šūnu, kuras TCR irvidējasvaizemasaviditātesneatkarīgi no Ag izcelsmas, kamērnenomāc TCR araugstuaviditāti. • T limfocītuiekššūnassignālceļukontrole • B šūnu kontrolesmehānismi • pēcsomatiskāshipermitācijasTfhkontrolē B šūnu autoreaktivitāti. • Ignorance: • limfocītumigrācijaskontrole • anatomiskasbarjeras

30. Literatūra [1] Selection of regulatory T cells in the thymus. Hsieh CS, Lee HM, Lio CW. Nat Rev Immunol. 2012 Feb 10;12(3):157-67. [2] The golden anniversary of the thymus.MillerJF.Nat Rev Immunol. 2011 May 27;11(7):489-95. [3] Signal integration and crosstalk during thymocyte migration and emigration. Love PE, Bhandoola A. Nat Rev Immunol. 2011 Jun 24;11(7):469-77. [4] Regulation of B-cell proliferation and differentiation by pre-B-cell receptor signalling. Herzog S, Reth M, Jumaa H. Nat Rev Immunol. 2009 Mar;9(3):195-205. [5] Checkpoints in lymphocyte development and autoimmune disease. von Boehmer H, Melchers F. Nat Immunol. 2010 Jan;11(1):14-20. Epub 2009 Dec 17. [6] B-cell self-tolerance in humans. Wardemann H, Nussenzweig MC. Adv Immunol. 2007;95:83-110. [7] Thymic and peripheral differentiation of regulatory T cells. Lee HM, Bautista JL, Hsieh CS. Adv Immunol. 2011;112:25-71. [8] The instructive role of dendritic cells on T-cell responses. Sallusto F, Lanzavecchia A . Arthritis Res. 2002;4 Suppl 3:S127-32. Epub 2002 May 9. [9] Myeloid derived suppressor cells and their role in tolerance induction in cancer. Fujimura T, Mahnke K, Enk AH. J Dermatol Sci. 2010 Jul;59(1):1-6. [10] [10] How many mechanisms do regulatory T cells need? Vignali D. Jour J Immunol. 2008 Apr;38(4):908-11. [11] Inhibitory CD8+ T cells in autoimmune disease.Suzuki M, Konya C, Goronzy JJ, Weyand CM. Hum Immunol. 2008 Nov;69(11):781-9. Epub 2008 Sep 21. [12] The stromal and haematopoietic antigen-presenting cells that reside in secondary lymphoid organs. Turley SJ, Fletcher AL, Elpek KG. Nat Rev Immunol. 2010 Dec;10(12):813-25. Epub 2010 Nov 19.