Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

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

Medicina Könyvkiadó Zrt.

A T-limfociták fejlődése

A T-limfociták fejlődése

Az elkötelezett progenitor sejtekből kiinduló T-sejtérés folyamatának fontos eleme a TCR rekombinációja, a sejtosztódás, az antigénindukált szelekció és a teljes funkcióképesség elnyerése (11.19. ábra). A folyamat hasonlít a B-sejt éréséhez, ugyanakkor eltérő is abban az értelemben, hogy a T-sejtek antigén-felismerése MHC-korlátozott folyamat, azaz a TCR az MHC-peptid komplexét ismeri fel, és az antigén-bemutatás sajátos mikrokörnyezetben zajlik (lásd 12. fejezet).

11.19. ábra. A T-sejtérés fázisai. A T-limfociták fejlődése az ábrán látható, jól definiált lépések sorozatán keresztül vezet a funkcionálisan érett T-sejtek perifériás megjelenéséhez (DP – dupla pozitív, SP – szimpla pozitív).

A tímusz szerepe a T-limfociták fejlődésében

A T-sejtek érésében a tímusz kitüntetett szerepet játszik. Erre azok a korai vizsgálatok utaltak, amelyek során a tímusz mesterséges kiirtása kísérleti állatokban immunhiányos állapothoz vezetett. A tímusz kialakulásának genetikai okokra visszavezethető elmaradása emberben a DiGeorge-szindróma kialakulásához vezet (lásd 21. fejezet). Ennek a betegségnek immunológiai következménye, hogy csak nagyon kisszámú érett T-limfocita található a vérben és a perifériás szövetekben, és ennek természetes velejárója a T-sejtdependens immunfolyamatok nagymértékű károsodása.

A tímusz mérete és aktivitása az életkorral folyamatosan csökken, és a pubertás idejére gyakorlatilag kimutathatatlanná válik. Ennek ellenére a T-sejtek érése – bár kisebb mértékben – de a felnőttkorban is zajlik. E fejlődés színterei vélhetően a tímusz maradványszövetei. Feltételezések szerint felnőtt korban azért sincs szükség nagymértékű T-sejt érésre, illetve új T-sejtek kialakulására, mert a memória T-sejtek élettartama nagyon hosszú (akár a 20 évet is meghaladhatja), ezért az élet előrehaladtával felhalmozódnak.

A T-limfociták előalakjai, progenitor sejtjei a magzati májból, illetve később a felnőtt csontvelőből származnak. Ember esetében a magzati fejlődés 7-8. hetében jelennek meg a tímuszban először a T-sejtek kezdeményei (ez a fázis egérben a 21 napos magzati fejlődés 11. napjára tehető). A fejlődő T-sejteket timocitáknak nevezzük, amelyek sem TCR, sem pedig CD4, ill. CD8 koreceptor molekulákat nem fejeznek ki, és a tímusz kéreg alatti zónájában és a külső kéregállományban találhatók. A sejtek innen a kéregállományba vándorolnak, ahol a legtöbb éréssel összefüggő folyamat zajlik. Először a TCR γδ- vagy αβ-molekulák fejeződnek ki, majd az αβ-T-sejtek MHC-II korlátozott, CD4+ pozitív, vagy pedig MHC-I korlátozott, CD8+ pozitív sejtekké fejlődnek. Az érés végső fázisában a sejtek a tímusz velőállományába (medulla) migrálnak, majd onnan a perifériára kerülnek.

A tímuszban a T-sejtek érését a tímusz epitélsejtjei, makrofágok és dendritikus sejtek biztosítják. A kéregállományban az epitélsejtek hosszú citoplazmikus nyúlványai háromdimenziós hálózatot alkotnak, amelyek között a timociták a velőállomány felé vándorolnak. A kéreg-velő határon, valamint a velőállományban csontvelői eredetű dendritikus sejtek találhatók. A velőállományban epitélsejtek és makrofágok is jelen vannak. A timociták vándorlása ebben a sajátos környezetben lehetővé teszi, hogy közvetlen sejt-sejt interakciók alakuljanak ki, amelyek a T-sejtek éréshez nélkülözhetetlenek.

A nem limfoid tímuszsejtek két alapvető molekulatípust fejeznek ki, amelyek az éréshez szükségesek. Az egyik csoportba az MHC-I és MHC-II molekulák tartoznak, amelyeket az epitélsejtek, dendritikus sejtek és makrofágok expresszálnak. A másik típusba a tímusz strómasejtjei (köztük az epitélsejtek) által termelt citokinek és kemokinek tartoznak, amelyek az éretlen T-sejtek proliferációját (IL-7) és az αβ-T-sejtek kéregből velőállományba irányuló vándorlását (a CCL19 és CCL21) szabályozzák. Ez utóbbiak a timocitákon kifejeződő CCR7 receptorral kapcsolódnak.

A tímusz kéregállományában a timociták rendkívül nagymértékben pusztulnak, a progenitor sejtek apoptózisa akár a 95%-ot is elérheti. Ennek oka egyfelől a rekombináció során kialakuló hibás TCR β-lánc, ami miatt a fejlődő T-sejt nem tud az MHC-molekulákhoz kapcsolódni, és a pozitív szelekciós folyamaton túljutni. A kéregállományban érő timociták nagyon érzékenyek a besugárzásra, valamint a glükokortikoid-kezelésre; ezek a hatások szintén jelentős apoptózist okozhatnak.

A T-sejt fejlődésének fázisai

A T-sejt érése során szigorúan meghatározott az egyes TCR-gének átrendeződésének sorrendje, valamint a CD4 és CD8 koreceptorok kifejeződése (11.19. ábra). Emberi magzatban a γδ TCR expressziója a 9 héten, míg az αβ TCR kifejeződése a 10. héten kezdődik. (Egérmagzatban a 14, illetve a 16. napon mutathatók ki ezek a folyamatok.) A legtöbb kéregállománybeli timocita TCR génjei a csíravonalra jellemző állapotban vannak, a sejtek nem expresszálnak sem TCR-t, sem CD3 vagy ζ-láncokat, Mivel CD4-, ill. CD8-koreceptorokat sem fejeznek ki, ezeket a limfocitákat duplanegatív (DN) sejteknek, vagy pro-T-sejteknek nevezik. Ezek többségéből (> 90%) αβ TCR-t expresszáló, MHC-korlátozással működő CD4+ és CD8+ sejtek válnak (11.20. ábra).

11.20. ábra. A T-sejtérés főbb fázisai a tímuszban. A T-limfociták prekurzorai a csontvelőből a vérárammal a tímuszba jutnak. A tímusz kéregállományában a TCR αβ-láncot, CD4-et és CD8-at nem expresszáló sejtek tripla pozitívvá válnak, azaz megjelenik rajtuk mindhárom struktúra. Ezek közül a sejtek közül az autoreaktív sejtek elpusztulnak, és csak azok maradnak életben, amelyek a saját MHC-molekulákhoz kis affinitással kapcsolódnak. Funkcionális és fenotípusos jellemzéssel a fejlődő sejtek két csoportja különíthető el a velőállományban: a CD4+CD8-, ill. CD4-CD8+ T-sejtek. Az ezekből kialakuló érett T-limfociták – Th, Tc – a perifériára kerülnek. A T-sejtek másik populációja, a γδ-T-sejtek, szintén a csontvelőből származnak, és a tímuszban érnek.

A Rag-1 és Rag-2 enzimek először ebben az állapotban expresszálódnak és ezzel kezdetét veszi a TCR-gének rekombinációja. Először a TCR β-láncának Dβ–Jβ átrendeződése következik be, amelynek során vagy a Dβ-szegmens kapcsolódik össze a hat Jβ-szegmens egyikével, vagy pedig a Dβ1-szegmens kapcsolódik össze a hat Jβ1-szegmens valamelyikével. A Vβ és a DJβ átrendeződés a pro-T és a pre-T érési fázisok között történik meg. Az átrendeződési folyamat során a rekombinációban részt vevő szegmensek közti DNS-elemek törlődnek a genomból. A primer RNS tartalmazza a rekombinálódott VDJβ-exont, az azt követő intront, a megfelelő Cβ-gént, majd a poli-A szakaszt. Az RNS-feldolgozás során kihasítódnak az intron szekvenciák, és a mRNS a VDJ exont, valamint a két Cβ-exon egyikét tartalmazza – attól függően, hogy melyik J-szegmens került kiválasztásra a rekombináció során (11.21. ábra (Megjegyezzük, hogy a két exon funkcionálisan nem különbözik egymástól). A transzlációt követően a sejtben kifejeződik a TCR β-lánca. Fontos továbbá, hogy a TCR esetében – ellentétben a B-limfocitákkal – nincs izotípus-váltás. Az átrendeződés során a V-gének előtti promoter a Cβ2 génszakaszt követő enhancer régió közelébe kerül, ami nagyfokú génkifejeződést eredményez.

11.21. ábra. A TCR- β és α - lánc génjeinek rekombinációja és kifejeződése. A β-lánc esetében az ábrán bemutatott folyamat első lépéseként a Dβ1-génszakasz a Jβ1-szegmens harmadik eleméhez kacsolódik, amelyek ezt követően a Vβ1-génszegmenssel rekombinálódnak. A konstans régiót a Cβ1-génszakasz adja. A TCR-α-lánc esetében Vα1-gén és a Jα-elemek második szegmense kapcsolódik össze. A génrekombinációs folyamatokat követő transzkripciós és transzlációs lépések mindkét TCR-lánc kialakulása esetében az Ig kialakulásánál megismert folyamatokhoz hasonlatosak.

Amennyiben az adott pro-T-sejtben bekövetkezik a TCR β-lánc produktív átrendeződése (in-frame), akkor a TCR β-láncfehérje megjelenik a sejtfelszínen, és az ún. pre-T α-lánccal (egy invariáns fehérjével), a CDR3-komplexszel és a ζ-láncdimerrel együtt a pre-TCR-talkotja (11.16. ábra). A pre-TCR ligandumtól függetlenül közvetíti az első szelekciós lépést, amit a fejlődő sejteknek csupán egyharmada él túl; e sejtekre azonban erős proliferációs készség jellemző. A nagymértékű pusztulás oka az, hogy a rekombináció során, a csatlakozó génszegmensek közötti nukleotidok beépülése vagy törlése leolvasási kereteltolódást okozhat. A funkcionálisan intakt pre-TCR másik jelentős szerepe a TCR α-lánc rekombinációjának beindítása, aminek hatására a dupla negatív sejtek dupla pozitív (DP) sejtekké válnak. A B-sejt éréséhez hasonlóan, a pre-TCR gátolja a másik allél β-lánc rekombinációját (allélkizárás).

A DP T-sejtek a CCR7 kemokinreceptort is kifejezik, aminek segítségével a kéregből a velőállományba vándorolnak, mivel a receptor ligandumai, a CCL19 és CCL21 citokinek szekretálódnak. A TCR α-láncának rekombinációja (szintén Rag1 és Rag2 által közvetített folyamat), ill. a TCR αβ-heterodimer kifejeződése a CD4+CD8+ dupla pozitív sejtekben zajlik le, a velőállományba történő vándorlást közvetlenül megelőzve, vagy éppen azzal egyidejűleg. A TCR α-lánc rekombinációs lépései alapvetően megegyeznek a TCR β-lánc átrendeződésével, de mivel ebben az esetben nincs D-szegmens, a V- és J-gének közvetlenül kapcsolódnak (11.21. ábra). A másik jellemző eltérés, hogy ebben az esetben nincs allélkizárás, ezért nem ritka, hogy egy adott T-sejt kétféle TCR-t expresszál (azonos β- lánc kombinálódik a két allélen átrendeződött α-lánc egyikével). Ez a periférián keringő T-sejtek mintegy 30%-ban kimutatható. E jelenség funkcionális következménye nem ismert. Tekintettel azonban arra, hogy a pozitív szelekció során a saját MHC-molekulával csak az egyik TCR képes kapcsolódni, előfordulhat, hogy a másik TCR αβ-heterodimer nem tölt be semmiféle szerepet az immunválaszban. Amennyiben egyik lánc átrendeződése sem vezet funkciót betölteni képes TCR-komplex létrejöttéhez, a sejt a pozitív szelekciós lépésen nem jut túl, és apoptózis során elpusztul. A TCR-α-gének átrendeződése a TCR-δ-lókusz deléciójához vezet, mivel az a Vα- és a Jα-gének között található (11.15. ábra). Ennek következménye, hogy ezek a sejtek a későbbiekben már nem alakulhatnak γδ-T-sejtekké. E fázis végén a Rag-enzimek kifejeződése csökken, majd megszűnik.

A dupla pozitív sejtek képesek MHC-peptidkomplexekhez kapcsolódni, és ez által a pozitív és negatív szelekciós folyamatokban részt venni. E szelekciós lépéseket követően a dupla pozitív sejtek vagy CD4- vagy CD8-koreceptort fejeznek ki, és ezért egyszeresen pozitív (Sigle Positive – SP) sejteknek is nevezzük. Ezzel a T-sejtek érésének különböző fázisai jól elkülöníthetők egymástól. A fenotípusos különbségek mellett jellemző funkcionális sajátosságok is megjelennek az így létrejött T-sejtpopulációkban. A CD4+-sejtek antigén stimulus hatására citokineket termelnek, és többek között CD40-ligandumot fejeznek ki a sejtmembránon, amelyekkel B-limfocitákat és makrofágokat aktiválnak. A CD8+ T-sejtek olyan molekulákat termelnek, amelyekkel más sejteket képesek elpusztítani. Az érett T-sejtek a tímusz velőállományából a keringésbe, ill. a szekunder limfoid szervekbe kerülnek.

Az MHC-elkötelezett αβ-T-sejtek érése során lezajló szelekciós lépések

Az éretlen, és a szelekciós folyamatokon még át nem esett T-sejtek TCR-molekulakomplexei bármilyen antigén (saját vagy nem saját) MHC (saját vagy nem saját) komplex felismerésére képesek, sőt akár egyáltalán nem képesek peptid-MHC komplex felismerésére. Az immunvédelem során azok a T-sejtek „hasznosak”, amelyek képesek kapcsolódni az idegen peptidek saját MHC-vel alkotott komplexével. Tudjuk, hogy az emberi populációban számos MHC-allél létezik (lásd 9. fejezet), de az adott egyén ezek közül csak egy-egy allélpárt örököl a szüleitől. Ez az MHC „garnitúra” az egyén sajátja, ami az egyén T-sejtkorlátozottságát is jellemzi. Ismert, hogy azok a T-sejtek, amelyek a saját MHC-vel kapcsolt saját peptiddel erősen képesek kapcsolódni, autoimmunitást idézhetnek elő. A fejlődő T-sejtek szelekciója az antigén (MHC-peptid) felismerés alapján történik, és ennek során az immunválaszban hasznos sejtek megmaradnak, míg a potenciálisan károsak (autoreaktívak) elpusztulnak (11.22. ábra).

11.22. ábra. A tímuszban zajló szelekciós folyamatok. Pozitív szelekció akkor történik, ha a fejlődő T-sejt kis affinitással/aviditással kötődik a környezetében levő kortikális epitélsejteken (cTEC) megjelenő saját peptid-MHC komplexéhez. Ekkor a sejt érése folytatódik. Ellenkező esetben, vagyis ha egyáltalán nem képes kapcsolódni az MHC-peptidkomplexhez, akkor a T-sejt apoptózis következtében elpusztul. Negatív szelekció akkor történik, ha a fejlődő T-sejt nagy affinitással/aviditással kötődik a tímuszban levő medulláris epitélsejtek (mTEC) saját peptid-MHC-komplexéhez. Ilyenkor a fejlődő T-sejt apoptózis következtében elpusztul.

A dupla pozitív, αβ-TCR-t kifejező timociták először saját peptiddel kapcsolódhatnak (fiziológiás körülmények között csak ilyenek vannak a tímuszban), amelyek saját MHC-molekulákkal alkotnak komplexet. Ezeket a tímusz kéregállományának epitélsejtjei (cortical Thymic Epitehelial Cell – cTEC) és az itt lévő dendritikus sejtek jelenítik meg. A pozitív szelekció során a kapcsolat gyenge (kis affinitás/aviditás), ami a sejtek túlélését biztosítja. Ha a timociták receptora egyáltalán nem kapcsolódik az antigén-MHC komplexhez, akkor a sejt apoptózis révén elpusztul. Ez a folyamat biztosítja az érett T-sejtek saját MHC által korlátozott aktivitását. A pozitív szelekció során a T-sejteket MHC-I- és MHC-II-molekulákat kifejező sejtek veszik körül. Amennyiben a T-sejt az antigén-MHC-I-komplexhez kötődik, és ezzel egyidejűleg a CD8 koreceptor is kapcsolódik az MHC-I-molekulához, a sejt túléli ezt a szelekciót. Ahhoz, hogy a sejt életben maradjon, az adott TCR-t és a CD8-koreceptort folyamatosan ki kell, hogy fejezze, de közben a CD4-koreceptor expressziója elmarad. Ennek eredménye a CD8+CD4-, MHC-I-korlátozott sejt létrejötte. Abban az esetben, ha a kezdetben dupla pozitív sejt az antigén-MHC-II-komplexszel kapcsolódik, és egyidejűleg a T-sejt CD4 koreceptora is kötődik az MHC-II-molekulához, a sejt túléli ezt a szelekciót. Ebben az esetben a CD8-koreceptor expressziója szűnik meg, és az eredménye a CD4+CD8-, MHC-II korlátozott sejt kialakulása.

A negatív szelekció során azok a fejlődő T-sejtek, amelyek nagy affinitással/aviditással kötődnek a tímuszban levő epitélsejtek, dendritikus sejtek vagy makrofágok saját antigén-MHC-komplexszéhez, apoptózis következtében elpusztulnak. Fontos kiemelni, hogy a tímuszban az MHC-molekulákhoz kapcsolódó peptidek mindig a saját szervezet fehérjéiből származnak. A tímusz medulláris epitélsejtjei a szervezet csaknem minden szöveti antigénjét bemutatják (promiszkuis génexpresszió, lásd 13. fejezet), aminek következtében a kialakult T-sejtek nem reagálnak a saját antigénekkel, és létrejön a centrális tolerancia. Kimutatták, hogy a CCR-7 kemokinreceptort expresszáló T-sejtek a tímusz velőállományába vándorolnak, ahol az epitélsejtek az AIRE (AutoImmune REgulator) elnevezésű sejtmagfehérjét is expresszálják. Ez a fehérje számos szövetspecifikus protein kifejeződését aktiválja a tímuszban, és így a fejlődő T-sejtek a negatív szelekciós lépés során a lehető legtöbb féle saját peptid-MHC komplexszel találkozhatnak. A saját antigének felismerése a tímuszban a regulátor T-sejteket is létrehozhatja, amelyek az autoimmun folyamatok megakadályozását szolgálják (lásd 13. és 19. fejezet).

A pozitív és a negatív szelekciós folyamatok eredményeként tehát olyan T-sejtek kerülnek a perifériára, amelyek a saját MHC-molekulához kötött idegen antigénekkel képesek erősen kapcsolódni, és ezt követően aktiválódni, de a legtöbb saját peptid-MHC-komplexszel nem kerülnek erős kölcsönhatásba, és nem aktiválódnak (11.20. és 22. ábra).