Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

Anna, Erdei, Gabriella, Sármay, József, Prechl (2012)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

11. fejezet - 11. fejezet – A limfociták antigén-felismerő receptorkészletének kialakulása, a limfociták túlélése és érése a limfoid szövetekben

11. fejezet - 11. fejezet – A limfociták antigén-felismerő receptorkészletének kialakulása, a limfociták túlélése és érése a limfoid szövetekben

(Kacskovics Imre)

A limfociták rendkívül sokféle specificitású antigén-felismerő receptort képesek kifejezni, amelyek a legkülönfélébb idegen anyagokhoz kapcsolódhatnak. Ez a nagyfokú diverzitás az érett B- és T-limfocitákra jellemző, amelyek olyan limfocita-előalakokból (prekurzor sejtekből) fejlődnek ki, melyek antigén-felismerő receptorokat nem fejeznek ki, és ezért antigénekkel reagálni nem képesek. A progenitor sejtek érése a központi nyirokszervekben (csontvelő, tímusz) zajlik le, majd a már érett sejtek a perifériás nyirokszervekbe települnek. A szervezet T- és B-limfocitáin kifejeződő antigén-felismerő receptorok összességét immunkészletnek (immunrepertoár) nevezzük. A limfociták érésük során sejtfelszíni receptoraik révén aktiválódnak, aminek során elindul egy olyan génexpressziós láncolat, amely a prekurzor sejteket B-, ill. T-limfocita irányba kötelezi el, valamint beindítja az antigénreceptor génátrendeződési folyamatát. Mindezek a limfociták érésének központi elemei, és nagyfokú hasonlóságot mutatnak a B- és T-limfociták esetében.

A limfociták fejlődésének áttekintése

A B- és a T-limfociták érése a központi nyirokszervekben a következő események sorozatából áll (11.1. ábra):

– A progenitor sejtek B- vagy T-limfocita irányú elkötelezettsége.

– Az antigén-felismerő receptorláncok génjeinek szomatikus rekombinációja és a receptorok kifejeződése.

– Szelekciós folyamatok, amelyek során megőrződnek a megfelelő antigénreceptorokkal rendelkező limfociták, de elpusztulnak a saját struktúrát felismerni képes – potenciálisan veszélyes (autoreaktív) – sejtek.

– A progenitorok és a fejlődő, már elkötelezett sejtek az érésük kezdetén proliferálnak, és nagyszámú utódsejtet hoznak létre

– a B- és T-sejtek differenciálódásuk során funkcionálisan és fenotípus alapján is eltérő alpopulációkat hoznak létre – vagyis a B-sejtekből follikuláris, marginális zóna – és B-1, B-sejtek, míg a T-sejtekből CD4+ helper, CD8+ citotoxikus és γδ-T- sejtek képződnek

Miután a limfociták antigénkötő receptora kialakult a központi nyirokszervekben, a naiv limfociták a perifériára kerülnek, ahol folyamatos „őrjáratot” tartanak a másodlagos nyirokszervek között annak érdekében, hogy találkozzanak a velük kapcsolódni képes antigénekkel.

11.1. ábra. A limfociták érése . Az ábra a limfociták érésének jellemző közös lépéseit mutatja be, példaként a B-sejtek esetét feltüntetve. Hasonló lépésekben zajlik le a T-sejtek érése is a központi és a perifériás nyirokszervekben.

A B- és a T-sejtvonalak elkötelezettsége

Valamennyi vérsejt, így a limfociták is a csontvelőben (és a magzati májban) található multipotens őssejtekből származik, amelyeket hematopoetikus őssejtnek (Hematopoetic Stem Cell – HSC) is nevezünk. A HSC-k aszimmetrikus osztódással keletkező utódai érésük során általános limfoid progenitor sejtekké alakulnak, amelyekből a B-sejtek, a T-sejtek, az NK-sejtek is kialakulnak (11.2. ábra és 3.2 ábra).

11.2. ábra. A limfociták különböző típusai a multipotens hemopoetikus őssejtből fejlődnek ki. A hemopoetikus őssejtek (HSC) valamennyi vérsejt, így a limfociták eredetéül is szolgálnak. Ebből a sejtből származik a közös limfoid progenitor (CLP – Common Lymphoid Progenitor), melyből elsődlegesen a B- és a T-sejtek fejlődnek ki, illetve az NK-sejtek. A pro-B-sejtek follikuláris- (FO), marginális zóna (MZ) valamint B-1 B-sejtekké fejlődnek. A pro-T-limfociták vagy αβ- vagy γδ-T-sejtekké érnek.

A progenitor sejtek B-sejtté fejlődése a csontvelőben és – születés előtt – a magzati májban zajlik. Míg a csontvelői eredetű sejtek keringő vagy follikuláris B-sejtté, addig a magzati májból fejlődők az ún. B-1 B-limfocitákká válnak. A T-limfociták előalakjai elhagyják a csontvelőt, illetve születés előtt a magzati májat, és a tímuszba kerülnek, ahol érésük befejeződik.Azαβ-T-sejtek zöme a csontvelői őssejtekből, míg a γδ-T-sejtek többsége a magzati máj őssejtjeiből fejlődik. A morfológiai különbségektől eltekintve a B- és a T-limfociták érésének korai fázisai nagymértékben hasonlítanak egymásra. Fontos hangsúlyozni, hogy a limfociták egyik jellegzetes sajátsága, hogy képződésük nem fejeződik be a magzati élet lezárulásával, hanem az élet további szakaszaiban állandóan új limfocita-előalakok jelennek meg; a repertoár naponta megújul, újratermelődik. Kivételt képeznek ez alól a magzati máj eredetű B1 B-sejtek, amelyek fejlődése röviddel a születés után lezárul, majd önmegújító, aszimmetrikus osztódás révén tartja fenn magát a populáció (lásd 14.7. fejezet).

A B- és a T-limfociták érésének korai fázisát a progenitor sejtek nagymértékű proliferációja jellemzi, amit elsődlegesen a csontvelőben és a tímuszban termelődő interleukin-7 indukál. Ez a nagyarányú sejtszám-növekedés biztosítja az antigén-specifikus limfociták nagymértékű diverzitásának kialakulását. Az IL-7-receptor mutációja az emberi X-kromoszómához kötött súlyos kombinált immunhiányhoz (X-linked Severe Combined Immunodeficiency Disease – SCID) vezet. Ezt a betegséget elsődlegesen a T-limfociták fejlődésének elmaradása jellemzi, ugyanis az emberi B-sejt progenitorok proliferációja IL-7 hiányában is bekövetkezik (lásd 21. fejezet).

Az elsődlegesen IL-7 által fenntartott korai proliferáció folyamata leáll, még mielőtt az antigén-felismerő receptorláncok génátrendeződési folyamata befejeződik. A továbbiakban a fejlődő limfociták túlélése és osztódása a pre-B- és a pre-T-sejtek receptorán keresztül kiváltott szignalizáció függvénye. Ez egy kritikus ellenőrzési pont a limfociták érésében, mert ennek révén csak azok a sejtek jutnak a következő érési fázisba, amelyek funkcionálisan alkalmas receptorokat fejeznek ki.

Az antigén-felismerő receptorláncok génjeinek szomatikus átrendeződése és kifejeződése

Az antigén-felismerő receptorláncok génjeinek szomatikus átrendeződése a limfociták fejlődésének kritikus eseménye, ami alapvető szerepet játszik a nagyméretű immunrepertoár kialakulásában. A kialakult antigénkötő receptorok ui. további aktivációs jeleket közvetítenek, amelyek a limfociták túlélését biztosítják. Amint azt a 10. fejezetben bemutattuk, minden egyes B- és T-limfocita-klón egyedi antigénkötő receptort fejez ki. Így tehát minden egyén kb. 109 különböző specificitású receptort kifejező B- és T-sejt klónnal rendelkezik. Könnyű belátni, hogy e nagyszámú, különféle receptort nem kódolhatja hasonlóan nagyszámú gén, mivel ebben az esetben a genom teljes mérete sem lenne elegendő az immunrepertoár kialakításához. Az antigénkötő receptorláncok funkcionális génjei csak az éretlen B-sejtekben (a csontvelőben), ill. az éretlen T-sejtekben (a tímuszban) alakulnak ki, a szomatikus génátrendeződés folyamatában. Ennek során a genom viszonylag kisméretű szakaszában kódolt variábilis régió számos eleme közül egyetlen génszegmens véletlenszerűen kiválasztódik, majd a DNS egy további (downstream) szakaszával kapcsolódik össze. Eközben a DNS adott pontjain kettősszálú törések alakulnak ki, amit az újra összekapcsolódás folyamata követ (nem homológ végek összekapcsolása). A limfocitarepertoár diverzitását jelentősen fokozza az, hogy a nem homológ végek összekapcsolása során nukleotidok épülnek be, vagy éppen eliminálódnak véletlenszerűen. Fontos kiemelni, hogy a DNS-átrendeződés folyamata nem függ az antigén jelenlététől, azaz ahogy azt a klónszelekciós elmélet eredetileg is megfogalmazta, az egyedi antigénkötő receptorral rendelkező B- vagy T-sejt-klónok (repertoár) még azelőtt kialakulnak, hogy antigénnel találkoznának.

A B- és a T-limfocita-repertoár kialakulását befolyásoló szelekciós folyamatok

A prereceptorok és az antigénkötő receptorok a fejlődő limfociták számára a túlélést, a proliferációt és a folyamatos érést biztosító jeleket közvetítik. Ahogy korábban említettük, az immunglobulin gének, valamint a TCR antigénkötő láncainak kifejeződését biztosító gének rekombinációja során a kódba nukleotidok épülnek be, vagy törlődnek ki, ami által tovább fokozódik a diverzitás. Ennek során azonban a receptor leolvasási kerete (open-reading-frame) a sejtek mintegy kétharmadában eltolódik, és az így keletkező protein funkcióképtelen lesz. Míg a fejlődő B-sejtekben az első rekombinálódó gén az immunglobulin nehézláncát kódolja (IgH), addig az αβ-T-sejtekben a TCR β-génjének rekombinációja az első lépés. A sikeres IgH génátrendeződés után a sejtben kifejeződik az Ig nehézlánca, amelyhez a még nem végleges, ún. pót könnyűláncok csatlakoznak (pre-antigénkötő receptor) és a sejt pre-B-limfocitává válik. Ehhez hasonló módon, azt a fejlődő T-sejtet, amelyben a TCR β-lánca a szintén nem végleges pót alfa-lánccal együtt fejeződik ki, pre-T-limfocitának nevezzük. Ezekben a sejtekben a pre-BCR-, ill. a pre-TCR-molekulák ligandum (azaz antigén) hiányában is túlélési szignált közvetítenek, ami további osztódáshoz, az ún. allélkizáráshoz (lásd később), valamint a sejtek további fejlődéséhez vezet. Ezzel szemben azok a sejtek, amelyekben a génátrendeződés olyan leolvasási kereteltolódást (out-of-frame) eredményez, amelynek hatására a B-sejtekben az IgH-, a T-sejtekben pedig a β-lánc kifejeződése elmarad, programozott sejthalálnak (apoptózisnak) esnek áldozatul (11.3. ábra).

11.3. ábra. A limfociták érésének ellenőrzési pontjai. A limfociták érése során a sejtmembránon olyan receptorok jelennek meg, amelyek nélkülözhetetlenek a további éréshez, osztódáshoz és a túléléshez. E folyamat alatt a sejtek pozitív és negatív szelekciós lépéseken keresztül jutnak el az érett B- és T-sejtállapotig.

Ezen a fázison túljutva a még mindig éretlen limfociták további fejlődésen mennek keresztül a központi nyirokszervekben, és a teljes antigénkötő receptorrepertoárt kifejezik. Ebben a fejlődési szakaszban azok a sejtek, amelyek a szervezet saját struktúráival erősen kapcsolódnak, elpusztulnak (negatív szelekció), vagy megváltoztatják az antigénreceptorukat. Ezzel szemben azok sejtek, amelyek nem reagálnak erősen a szervezet saját molekuláival, megmaradnak (pozitív szelekció) és kijutnak a perifériára.

A T-sejtvonal fejlődése során a pozitív szelekció azoknak a T-sejteknek biztosítja az érését, amelyek receptora gyengén kötődik a szervezet saját MHC-molekuláihoz. Az így kialakult érett T-limfociták, elhagyva a tímuszt képesek a perifériás szövetekben, az antigénprezentáló sejtek MHC-molekuláin bemutatott antigént erősen megkötőni. A pozitív szelekció további túlélési szignált biztosít azoknak a B- és T-sejteknek, amelyeken kifejeződött a funkcionális antigénkötő receptor.

A negatív szelekció tehát azokat a fejlődő limfocitákat érinti, amelyek a tímuszban ill. a csontvelőben erősen kötődnek a saját struktúrákhoz. Mind a B-sejtek, mind a T-sejtek áldozatul eshetnek ennek a folyamatnak, de míg a T-sejtek esetében a negatív szelekció minden esetben a klón elpusztulásához vezet (klóndeléció), addig a B-limfociták esetében akár újabb génrekombinációs folyamatok is beindulhatnak. Ennek az ún. receptorszerkesztési („receptor editing”) folyamatnak az eredményeként az eredetileg autoreaktív (saját antigénnel reagáló) sejtek BCR-ének specificitása (sajátot felismerő képessége) megváltozik, és a perifériára kerülve idegen struktúrákat ismerhet fel.

A negatív szelekció nagyon fontos a centrális tolerancia (lásd 19. fejezet) kialakulásához, vagyis annak elkerülésére, hogy a T-, ill. a B-limfociták a szervezet saját elemeit tekintsék célpontnak.

A limfociták altípusainak kialakulása

A limfocitaérés pozitív szelekcióhoz köthető további lényeges tulajdonsága a B- és a T-limfociták funkcionálisan eltérő fejlődési vonalainak szétválása, a különböző altípusok kialakulása (11.4. ábra). A T-limfocita prekurzorok eredetileg a T-sejtek CD4 és CD8 koreceptorát egyaránt kifejezik. A pozitív szelekciót követően azonban a sejtek elköteleződnek, és vagy CD4+, azaz MHC-II korlátozott, vagy pedig CD8+, azaz MHC-I korlátozott antigén-felismerő T-limfocitává fejlődnek. Miután a CD4+ sejtek a tímuszt elhagyják, és a periférián antigénnel találkozva segítő (Th) sejtekké aktiválódnak, effektor funkcióikat új sejtmembrán-struktúrák kifejezésével, valamint citokintermeléssel valósítják meg. A CD8+ sejtek citotoxikus T-limfocitává (Tc) fejlődhetnek, amelyek legfontosabb feladata, hogy elpusztítsák a vírussal fertőzött vagy tumorossá vált célsejtet. A pozitív szelekciót követően a B-sejtekből is különböző típusok alakulnak ki; a csontvelői eredetű B-limfocitákból fejlődnek egyfelől a follikuláris B-sejtek, amelyek a szervezetben folyamatosan recirkulálnak, és a másodlagos nyirokszervekben a T-sejtektől függő (T-dependens; TD) humorális immunválaszt közvetítik. A másik csontvelői eredetű B-sejttípus az ún. marginális zóna B-sejt (MZB), amelyik a lépben található, és főként a vérbe jutó kórokozókkal szembeni T-sejtektől független (T-independens; TI) humorális immunválaszt közvetíti.

A limfociták fejlődése a központi nyirokszervekben indul meg, ahol részben azonos faktorok (IL-7 citokin, Rag) és hasonló mechanizmusok (génrekombináció, klónszelekció) révén történik meg a T- és a B-sejtek antigénkötő receptorrepertoárjának kialakulása (11.5. ábra). Ezeket a folyamatokat a következőkben részletezzük.

11.4. ábra. A limfociták érése során lezajló szelekciós folyamatok. A központi nyirokszervekben (tímusz, csontvelő) az antigénkötő receptorral (BCR/TCR) rendelkező limfociták pozitív, majd negatív szelekciós folyamatokon mennek keresztül. Az ábrán a B-sejtek szelekcióját mutatjuk be. Azok a sejtek, amelyek a saját antigénnel gyengén reagálnak, pozitívan szelektálódnak, és kijutnak a perifériás limfoid szervekbe, ahol a megfelelő klónok képesek az idegen antigéneket erősen megkötni, osztódni és differenciálódni. Az elsődleges nyirokszervekben lezajló negatív szelekció során azok a sejtek, amelyek a saját antigéneket erősen kötik, elpusztulnak, vagy antigénreceptoruk egy újabb génrekombinációs folyamat (receptorátszerkesztés) révén megváltozik. A T-sejtek fejlődése során nincs receptorátszerkesztés.

11.5. ábra. A B- és a T-limfociták érésének közös mozzanatai. A B- és a T-limfociták közös csontvelői őssejtből differenciálódnak. Ebben a folyamatban az IL-7 receptor α- és γ-láncát kódoló gének, valamint a jelátvitelben fontos Jak3-kináz megjelenése mindkét sejtvonalra jellemző. Fejlődésük során a T- és NK-sejt előalakok a tímuszba vándorolnak, és a sejtérés két központi nyirokszervben, a tímuszban és a csontvelőben folytatódik. A limfocitaérés folyamán a RAG-enzimek megjelenését követően megindul az egyik receptorlánc (β, illetve H) génjeinek átrendeződése, megjelennek a pót receptorláncok, végül az adott vonal éretlen alakjainak kialakulása a másik lánc (α, illetve L) átrendezésével zárul le. Az antigénfelismerő receptorok működése bizonyos sejtek szelekcióját, illetve delécióját teszi lehetővé. Az érett, naiv limfociták a perifériára vándorolnak, ahol az antigénnel való találkozás eredményeként aktiválódhatnak, válaszképtelenné válhatnak (anergia) vagy apoptózissal elpusztulhatnak. Az aktivációt követően memóriasejtek is kialakulnak. Az antigénnel való találkozás elmaradása a naiv limfociták apoptózisához vezet a periférián.