Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

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

Medicina Könyvkiadó Zrt.

A B-limfociták fejlődése

A B-limfociták fejlődése

A B-limfociták érésének legfontosabb lépései az Ig-gének rekombinációja és kifejeződése, a fejlődő B-sejtek szelekciója és proliferációja a pre-B-sejtreceptor ellenőrzése alatt, végül az érett B-sejtrepertoár kiválasztódása. Születés előtt a B-limfociták a magzati máj elköteleződött prekurzor sejtjeiből fejlődnek, de a születést követően ez a folyamat a csontvelőben folytatódik. A B-limfociták többsége a felnőtt csontvelői progenitorokból származik, amelyek kezdetben Ig-negatívak, később éretlen B-sejtté fejlődnek, amelyek membránkötött IgM-molekulát fejeznek ki. Ezek a sejtek később elsősorban a lépben érnek tovább, ahol a follikuláris B-limfocitavonalhoz tartozó sejtek IgM- és IgD-molekulát fejeznek ki a felszínükön. Szintén a lépben nyerik el azt a képességüket, hogy a másodlagos nyirokszervek között vándoroljanak, illetve azokban megtelepedjenek. A másodlagos nyirokszervekben megtelepedett B-limfociták a specifikus antigén hatására aktiválódnak. Emberben ez a folyamat, azaz a progenitor sejtből az érett limfocita kialakulása mintegy két-három napig tart.

A B-limfociták fejlődésének állomásai

A B-limfociták érésük során jól azonosítható fejlődési szakaszokon mennek keresztül, amelyek megfelelő sejtfelszíni markerek és a sejtek gén-expressziós sajátosságainak kimutatásával nyomon követhetők, és egymástól megkülönböztethetők (11.14. ábra).

11.14. ábra. A B-sejtérés fázisai. A B-sejtek érésük egyes szakaszaiban jellemző változásokon mennek keresztül. Az egyes érési formák jól karakterizálhatók az ábrán feltüntetett sejtfelszíni markerek kimutatásával, az Ig-gének átrendeződésének meghatározásával, továbbá egyes funkciók azonosításával.

A csontvelőben a legkorábbi B-sejtvonalhoz köthető sejttípus a pro-B-sejt. Ez a sejttípus nem fejez ki immunglobulint, de a többi sejttípustól a sejtfelszíni CD19- és CD10-markerek alapján jól elkülöníthető. A Rag-enzimek már ebben a fázisban megjelennek, és az első rekombinációs folyamatok is lezajlanak a nehéz láncon. Ennek során egy D- és egy J-szegmens kapcsolódik egymáshoz és a köztük lévő DNS-szakasz eliminálódik. Ez a folyamat a D-szegmens 5’ végét, valamint a J-szegmens 3’ végét nem érinti. A D-J rekombinációs folyamat lezajlását követően, a sok V-gén közül egy kapcsolódik ehhez a DJ-szegmenshez, és így kialakul az átrendeződött VDJ-exon. Ennek kapcsán az adott V-gén és az adott D-szegmens közti DNS-szakasz eliminálódik. A TdT-enzim expressziója, amely szabad nukleotidok beépítésben vesz részt, ebben a fázisban a legnagyobb mértékű, később a könnyűlánc rekombinációja során már jelentősen csökken. Ez az oka annak, hogy az N-diverzitás kifejezettebb a nehézláncban, mint a könnyűláncokban. A nehézlánc C-régió exonjai változatlan távolságban maradnak a VDJ-komplextől, azaz a két szegmenst elválasztja egymástól az átrendeződés után megmaradt J-gének csoportja és a J–C közötti DNS-szakasz (11.15. ábra).

11.15. ábra. Az immunglobulin nehéz- és könnyűláncát kódoló gének rekombinációja és expressziója. Az ábrán az Ig-μ-nehézláncot és az Ig-κ-könnyűláncot kódoló gének rekombinációja és expressziójának lépései láthatók.

Ezt követően, a rekombinálódott Ig-nehézlánc a VDJ-génszakaszt és a Cμ-exonokat is tartalmazó primer RNS-molekulává íródik át, amelynek végén poli-A farok található. A primer RNS-ből ezt követően az RNS splicing hozza létre az IgM-nehézláncot kódoló mRNS-t. E folyamat során kivágódnak a szignál szekvencia és a VDJ közötti intronok, majd a VDJ és a Cμ első exonja közötti, illetve a Cμ exonjai közötti intronok, és a kódoló szakaszok egymáshoz kapcsolódnak. Amennyiben a mRNS egy olyan lókuszról származik, melynek átrendeződése sikeres volt, az IgM nehézláncának transzlációja megvalósul.

A rekombináció csak akkor sikeres, ha a kapcsolódás során beépülő vagy törlődő nukleotidok száma hárommal osztható marad; ebben az esetben ugyanis nem lesz a leolvasási keretben eltolódás. Mivel ez a folyamat esetleges, az átrendeződés hatására csak minden harmadik gén kódol megfelelő proteint. Ez jelentős választóvonal a B-sejtek érésében, és mivel a sejt túléléséhez nélkülözhetetlen a hibátlan Cμ megjelenése, a sejtek jelentős számban pusztulnak el ebben a fázisban.

A sikeres Cμ-szintézis a sejtet a következő – pre-B-sejt – fázisba juttatja. Ebben a fázisban tehát a sejt Igμ-láncot termel, de a könnyűlánc génjeinek átrendeződése még nem történt meg. Ebben az átmeneti állapotban a Cμ az ún. pót-könnyűláncokkal, azaz a λ5 vagy a VpreB fehérjével kapcsolódik. Ezeket a fehérjéket kizárólag a pro- és pre-B-sejtek állítják elő, és bár szerkezetileg a valódi könnyűlánchoz hasonlóak, invariánsak, azaz összetételük minden B-sejtben azonos.

A pre-B-sejtreceptort (pre-BCR) a μ-nehézlánc, a pót könnyűlánc és jeladó segédláncok (Igα és Igβ) alkotják (11.16. ábra).

11.16. ábra. A pre-B- és pre-T-sejtreceptor szerkezete és funkciói. A pre-B-sejtreceptor és a pre-T-sejtreceptor hasonló szerkezetű. A pre-B-sejtreceptort a μ-nehézlánc és a pót könnyűlánc alkotja. A pót könnyűlánc a VpreB és a λ5 proteinekből áll, amelyek diszulfid-híddal kapcsolódnak a μ-lánchoz. Ez a molekula az Igα- és Igβ-láncokhoz kapcsolódik, amelyek az érett B-sejtekben is kifejeződnek, és a jeladásban vesznek részt. A β-láncból és az invariáns pre-T-α-láncból álló alegység szintén kapcsolódik jelátvivő láncokhoz, a CD3- és ζ-proteinekhez, amelyek a TCR-komplex részei az érett T-sejtekben.

Bár nem ismert, hogy mit érzékel pontosan a pre-BCR, a szignalizációs folyamatban az egyik fő komponens a Bruton tirozinkináz (Btk), amely a túlélést, proliferációt és a sejtek pre-B-sejtállapotot követő érését biztosítja. Emberekben a Btk mutációja ún. X-kapcsolt agammaglobulinémiát (XLA) okoz (lásd 21. fejezet).

A pre-BCR az Ig-gének átrendeződését kétféle módon is befolyásolja. Az egyik hatása, hogy abban az esetben, ha az egyik kromoszómán sikeresen rendeződött át a μ-nehézláncot kódoló gén (és ez létrehozza a pre-BCR-t), akkor véglegesen meggátolja a másik kromoszóma nehézlánc génjeinek átrendeződését. Amennyiben az első átrendeződés sikertelen, akkor ezt követően a másik kromoszómán kezdődhet meg a nehézlánc VDJ rekombinációs folyamata. Tehát bármely B-sejt klónban csak az egyik allél rekombinálódhat sikerrel, míg a másik allél megmarad a csírasejt konfigurációban, vagy éppen sikertelenül rekombinálódott. Ezért egy B-sejt a két allélen kódolt nehézlánc közül csak az egyiket fejezheti ki. Ezt a jelenséget allél-kizárásnak nevezzük, amelynek révén minden B-sejt (vagy abból keletkező klón) csak egyféle BCR-t fejez ki és a sejt (klón) antigén-specificitása azonos. Amennyiben mindkét allélen sikertelen IgH rekombináció történik, a fejlődő sejt nem tud megfelelő nehézláncot kifejezni, a pre-BCR komplex kialakulása elmarad és a sejt programozott sejthalál révén (apoptózis) elpusztul. Ez gyakori esemény a B-sejt (és a T-sejt) érés kapcsán, és ennek eredménye, hogy a progenitor sejteknek csupán kis százaléka fejlődik érett B- vagy T-limfocitává (lásd 11.3. ábra). Az allél kizárás oka, hogy olyan változások történnek a kromatinon, amelyek megakadályozzák a V(D)J rekombinázok hozzáférését az adott génekhez.

A pre-BCR másik hatása a könnyűlánc rekombinációjának beindítása. Bár alkalmanként μ-lánc expressziója nélkül is kimutatható könnyűlánc rekombináció, a pre-BCR nehézlánc nélkül nem funkcióképes, és a B-sejt érés nem fejeződik be. A pre-BCR az érés további szakaszában a pót-könnyűláncok további kifejeződését is leállítja.

A következő érési fázisban minden fejlődő B-sejt kifejezi a κ- vagy a λ-könnyűláncot, amely a korábban megtermelt μ-nehézlánccal összekapcsolódva létrehozza a komplett IgM-molekulát. Az IgM-molekulát kifejező B-sejteket, éretlen B-sejteknek nevezzük.

A κ- vagy λ- könnyűlánc rekombinációja az Ig-nehézlánclókuszához hasonló lépéseken keresztül történik (11.15. ábra). Tekintettel arra, hogy ebben az esetben hiányzik a D-szegmens, a rekombinációs események csupán a V- és a J-géneket érintik, kialakítva a VJ-exont. Ezt a VJ-exont ebben az állapotban egy intron választja el a C-régiótól, és ez a szeparálódás a primer (nukleáris) RNS-ben is megmarad. Az RNS-splicing hatására a VJ- és a C-exonok közötti intron kivágódik, és kialakul a κ- vagy a λ-könnyűláncot kódoló mRNS. (A λ-lókuszban négy funkcionális Cλ- gén van, melyek bármelyike funkcionális könnyűláncot eredményez.) A nehézlánc rekombinációját a κ-lókusz átrendeződése követi, és amennyiben sikeres, meggátolja a λ-lókusz átrendeződését. Ez alól a szabály alól kivétel az ún. receptorátszerkesztés (editing) folyamata, amelynek során a korábban kialakult, de autoreaktív könnyűlánc eliminálódik. Ennek következménye, hogy a B-sejtek csak egyféle könnyűláncot expresszálnak, amit könnyűlánc izotípuskizárásnak nevezünk. Hasonlóan a nehézlánchoz, ha az egyik allélen az átrendeződés sikertelen, akkor a másik allélen a folyamat megismétlődik. Mindazonáltal, ha mindkét allél átrendeződése sikertelen a κ- és a λ-lókusz esetében is, akkor a sejt elpusztul (11.3. ábra).

A funkcióképes könnyűlánc összekapcsolódik a korábbiakban termelődött μ-nehézlánccal, létrehozza az IgM-molekulát, mely a sejtmembránba ágyazódik az Igα- és Igβ-segédláncokhoz asszociáltan. Az így kialakult BCR-komplex ekkor válik képessé antigénfelismerésre.

Az éretlen B-sejtek nem aktiválódnak antigén hatására. Épp ellenkezőleg, azokban a B-sejtekben, amelyek nagyon erősen kapcsolódnak a csontvelőben jelen lévő multivalens saját antigénekhez, a receptorszerkesztés folyamata megáll, a sejt elpusztul, vagy éppen funkcionális reakcióképtelenség alakul ki. Ez a folyamat – azaz a B-sejtek negatív szelekciója – biztosítja a központi toleranciát, azaz a saját antigénekkel szembeni válaszképtelenséget. Az éretlen B-sejtek a csontvelőből a lépbe kerülnek, hogy ott fejlődésük befejeződjön, és ezt követően jutnak a perifériás nyirokszövetekbe.

A különböző progenitor sejtekből a B-limfociták különböző típusai alakulnak ki (11.17. ábra).

11.17. ábra. B-limfocitapopulációk eredete és fejlődése. A magzati májból származó őssejtből (FL HSC – Fetal Liver Hemaopoetic Stem Cell) a B-1 típusú, CD5+ B-limfociták, míg a születést követően, a csontvelői progenitor sejtekből B-2 típusú sejtek alakulnak ki. Ez utóbbinak két alpopulációja jön létre: a follikuláris B-sejtek, melyek folyamatosan keringenek, és a marginális zóna B-sejtek, melyek elsődlegesen a lépben telepszenek meg.

A magzati máj őssejtjeiből B-1 B-sejtek fejlődnek. A csontvelői őssejtekből a B-sejtek többsége, az ún. B-2 B-sejtek alakulnak ki, amelyek vagy marginális zóna B-sejtekké (MZB), vagy pedig a follikuláris B-sejtekké (FO) alakulnak. A legtöbb érett B-limfocita follikuláris B-sejt. Ezek a sejtek μ- és δ- nehézláncot fejeznek ki, amelyek κ- vagy λ-könnyűlánccal kapcsolódva alkotják a membránkötött IgM- és IgD-molekulát. A két izotípus egy sejtben azért fejeződik ki, mert az adott VDJ kialakulását követő transzkripció során olyan hosszú primer RNS keletkezik, amelyen a Cμ- és a Cδ-exonok is megtalálhatók. Ebből a hosszú primer RNS-ből alternatív hasítással vagy a Cμ- vagy a Cδ-exonok kapcsolódnak ugyanahhoz a VDJ-exonhoz, ezáltal létrehozva a μ-mRNS és a δ-mRNS-molekulát, majd az ezt követő transzláció során a μ-, illetve a δ-nehézláncot (11.18. ábra). Az IgM és IgD egyidejű kifejeződésével (koexpresszió) a sejtek elérik funkcionális kompetenciájukat és azt a képességüket, hogy a szervezetben recirkuláljanak. Az érett FB-sejtek a vérkeringés útján a perifériás limfoid szervekbe jutnak, ahol a B-sejt follikulusokban telepednek le. Itt életképességüket a tumor nekrózis faktor (TNF) citokin családhoz tartozó B-sejt aktiváló faktor (BAFF vagy BlyS) tartja fenn (részletesen lásd a 4. és a 14. fejezetben).

11.18. ábra. Az IgM és IgD koexpressziója. A primer RNS alternatív hasításával létrejön a μ-mRNS, illetve a δ-mRNS, ugyanabban a B-sejtben. Az ábrán látható, hogy mindkét esetben azonos a VDJ-exon, azaz a sejtfelszínen megjelenő kétféle izotípusú ellenanyag (IgM és IgD) specificitása azonos.

Az érett B-limfociták a BCR-ük specificitásának megfelelő antigén hatására aktiválódhatnak (lásd 14. fejezet), de ha ez a kapcsolódás nem történik meg, akkor néhány hónap elmúltával elpusztulnak.

Az érett B-sejtrepertoár szelekciója

Amennyire jól definiált a fejlődő T-sejtek pozitív szelekciója (lásd később), annyira keveset tudunk a megfelelő BCR-rel rendelkező B-sejtek pozitív kiválasztásáról. Az érett B-sejtek legfontosabb paramétere a funkcionális immunoglobulin létrehozása, azaz emberi B-sejtek esetében az IgM és az IgD molekulák sejtmembránon történő kifejeződése. A pozitív szelekció során működő faktorok a BCR komplexen keresztül hatva biztosítják a sejtek túlélését. Ennek során az éretlen B-sejtek kapcsolatba kerülnek környezetükkel, illetve az ún. saját antigénekkel. Amennyiben a BCR és a saját antigén közötti kapcsolat erős (nagy affinitás, nagy aviditás), akkor a sejtek egy részében a receptor átszerkesztése indukálódik. Ennek lényege, hogy az antigén-felismerés hatására újra aktiválódnak a RAG-gének, és egy újabb könnyűlánc rekombinációs eseménysor indul meg, azaz egy új VJ-exon jön létre. A folyamat eredményeként termelődő új könnyűlánc kapcsolódik az eredeti nehézlánchoz, és ezzel egy új, eltérő specificitású BCR jön létre, ami nagy valószínűséggel nem lesz képes a saját antigénnel erősen kapcsolódni. A receptor editing elsődlegesen a κ-lánc esetében fordul elő. E folyamat során az autoreaktív BCR képzésében részt vevő VJκ-exonok eliminálódnak a genomból, és egy új VJκ- vagy egy, a λ-lánc rekombinációjából létrejövő VJλ-exonnal helyettesítődnek. Az új VJκ-exon kialakításában az eredeti V-régiót megelőző V-szegmens, illetve az eredeti J-régiót követő J-szegmens vehet részt, a korábbi rekombinációs események géndeléciós mechanizmusai miatt. Egerekben a sejtek legalább 25%-ban lehet a κ-lánc átszerkesztését kimutatni.

Az autoreaktív BCR-t expresszáló éretlen B-sejtek másik része elpusztul, vagy nem lép a következő fejlődési fázisba. E sejtek eliminálását negatív szelekciónak nevezzük, aminek alapvető szerepe van a B-sejt tolerancia kialakításában (lásd 19. fejezet). Természetesen ez a tolerancia csak azokra a saját antigénekre vonatkozik, amelyek kifejeződnek a csontvelőben. Ezen a negatív szelekciós lépésen túljutott sejteket érett, IgM+IgD+ B-limfocitáknak nevezzük, amelyek, ha antigénnel találkoznak, osztódnak és differenciálódnak. Ez a folyamat a humorális immunválasz alapvető mechanizmusa a periférián.

A B-limfociták B-1 és marginális zóna (MZ) populációja

A B-limfociták többségét jelentő B-2 sejtek mellett megtalálhatók a szervezetben a magzati májból fejlődő B-1 B-sejtek, amelyeknek a többsége CD5 (egérben Ly-1) molekulát fejez ki. Ezek a sejtek a B-2 sejtekhez képest az ontogenezis korábbi szakaszában fejlődnek, és viszonylag korlátozott V-repertoárral, valamint sokkal kisebb kapcsolódási diverzitással jellemezhetők. (A TdT nem fejeződik ki a magzati májban). Felnőttekben a B-1-sejtek jelentős önmegújító populációi találhatók a nyálkahártyákban és a hashártyában. A B-1-sejtek csakúgy, mint a marginális zóna B-sejtek, spontán szekretálnak IgM-molekulákat, amelyek általában mikrobiális poliszacharidokat és lipideket ismernek fel. Ezeket az ellenanyagokat sokszor természetes ellenanyagoknak is nevezik, mivel az egyén nyilvánvaló immunizálódása nélkül is megjelennek. Nem zárható ugyanakkor az sem ki, hogy a bél mikrobiális flórája jelenti ebben az esetben az antigéningert és az immunizáló hatást. A B-1-sejtek fontos szerepe, hogy nagyon gyorsan termelnek ellenanyagot olyan kórokozókkal szemben, amelyek pl. a hasüregben jelennek meg. A nyálkahártya lamina propria rétegében lévő, IgA-termelő B-limfociták közel fele B-1 eredetű. A B-1-sejtek és a γδ-T-sejtek analógoknak is felfoghatók, abban az értelemben, hogy mindkét sejttípus korlátozott variabilitású antigén-felismerő receptorokat fejez ki, és bizonyos kórokozók ellen védelmet biztosít az immunválasz korai fázisában.

A marginális zóna B-sejtek (MZB) elsődlegesen a lép marginális szinuszának közelében találhatók, és számos vonatkozásban nagyon hasonló szerepet töltenek be, mint a B-1-sejtek (korlátozott diverzitás, poliszacharid-specifikus, természetes ellenanyagok). A marginális zóna B-sejtek IgM- és CD21-molekulákat fejeznek ki. Ezek a sejtek nagyon gyorsan képesek reagálni a vérbe került mikrobákkal és ún. rövid életű, IgM-szekretáló plazmasejtekké differenciálódnak. Bár általában T-sejtfüggetlen (TI) immunválaszt alakítanak ki a keringő patogénekkel szemben, esetlegesen T-sejtfüggő (TD) immunválaszban is részt vesznek (részletesen lásd a 14. fejezetben).