Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

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

Medicina Könyvkiadó Zrt.

A T-sejtektől függő B-sejt válasz eseményei a nyirokszervekben, a csíracentrumok kialakulása

A T-sejtektől függő B-sejt válasz eseményei a nyirokszervekben, a csíracentrumok kialakulása

Fontos, hogy a B-sejtek megkülönböztessék a szervezetre ártalmatlan fehérjéket a veszélyes antigénektől. Ezt egyrészt az biztosítja, hogy csak olyan T-sejtek képesek segítséget nyújtani a B-sejtek számára, amelyek már találkoztak az antigénnel, a B7 kostimulátor molekulát kifejező dendritikus sejtek által bemutatott formában (lásd 12. fejezet). Másrészt a B-sejtek maguk is érzékelik a patogének jelenlétét Toll-szerű receptoraik (TLR4, TLR5, TLR9 – l. 4. fejezet) segítségével, amelyek a ligandumkötést követően stimulációs jeleket továbbítanak.

Az egy adott epitópra specifikus B- és T-sejtek gyakorisága kicsi: 1:105-106, ezért e sejtek találkozását kemokinek segítik elő (lásd 4. fejezet). A kemokinreceptorok expressziója antigén hatására mind a B-, mind a T-sejteken megváltozik. Az aktiválódott B-sejtek osztódni kezdenek, felszínükön megnő a B7-1 és a B7-2 molekulák száma, továbbá megváltozik citokin- és kemokinreceptor-expressziós mintázatuk. A CXCR5 – amely a follikulusokban tartotta a B-limfocitákat – kifejeződése csökken, és megjelenik a sejtmembránon a CCR7, ami a nyirokcsomó T-sejtes zónáival határos területére irányítja ezeket a sejteket. Itt a B-sejtek kölcsönhatásba kerülnek az antigén-specifikus Th-sejtekkel (14.6. ábra), melyek éppen fordítva viselkednek; csökkentik a CCR7, és növelik a CXCR5 kifejeződését, majd a T-sejtes zónát elhagyva a follikulusok felé vándorolnak.

14.6. ábra. A B-sejtek migrációja és kölcsönhatása T-sejtekkel. a) Az antigén által aktivált Th- és B-limfociták a T-sejtes zónából, illetve a primer follikulusból a kemokinreceptorok (CCR7, CXCR5) megváltozott kifejeződése hatására egymás felé vándorolnak, és a primer follikulusok szegélyében találkoznak. Itt a B-sejtek bemutatják az antigénből származó peptideket a T-sejtek számára, majd aktivációs jeleket kapnak a T-sejtektől.

14.6. ábra. A B-sejtek migrációja és kölcsönhatása T-sejtekkel. b) A T-sejtekkel kapcsolatot létesítő antigén-bemutató DC-k B7-molekulái kölcsönhatásba lépnek a T-sejtek CD28-molekulájával. Ennek hatására a T-sejteken megjelenik a CD40L, amely kötődik a DC-n kifejeződő CD40-hez. A T-sejtek az aktivációs jelek hatására citokineket termelnek. A B-sejtek szintén bemutatják az antigénből származó peptidet a T-sejteknek, melyek CD40L-molekulája kötődik a B-sejtek CD40-éhez, és további aktivációs jelet közvetít. A T-sejtek által termelt citokinek osztódásra és differenciálódásra serkentik a B-sejteket.

A humorális immunválasz során elsősorban azok az antigén-specifikus B-sejtek aktiválódnak, amelyek elindították a válasz kialakulását. A stimulushoz szükséges második jelet ui. csak azok a B-sejtek kapják meg, amelyek az antigént jóval alacsonyabb koncentráció esetében is képesek bemutatni a T-sejtek számára, mint a fajlagos felismerésre nem képes sejtek. Az adott antigénre specifikus B- és T-sejtek között kialakuló immunológiai szinapszis (lásd 4. és 13. fejezet, 13.6. ábra) lehetővé teszi a CD40-ligandum és más, T-sejt-felszíni molekula kapcsolódását a B-sejtek megfelelő molekuláihoz, és így a hatékony jeltovábbítást az antigén-specifikus B-sejtek számára. Ugyanekkor a B- és a T-sejtek közötti szinaptikus résben lokálisan igen magas citokinkoncentráció alakul ki, ami biztosítja, hogy elsősorban az antigént bemutató B-sejtek szaporodjanak és differenciálódjanak a T-sejtek által termelt citokinek hatására.

A csíraközpontok kialakulásához vezető sejtkölcsönhatások

Az antigén a szervezetbe kerülve, 1-2 óra elteltével a másodlagos nyirokszervekben halmozódik fel, ahol a T-sejtekben gazdag zónában a makrofágok és a dendritikus sejtek prezentálják azt a naiv, antigén-specifikus CD4+ Th-sejtek számára (lásd 3., 12. és 13. fejezet). A TCR felismeri a prezentált antigént, és aktiválódási jelet közvetít a T-sejtbe. A dendritikus sejtek PRR-jaihoz kötődő patogén hatására megnő az APC-ken a B7-1 és a B7-2 molekulák expressziója, melyek a CD28-hoz kapcsolódva második aktivációs jelet biztosítanak a T-sejtek számára. Az aktivált T-sejtek membránján megjelenik a CD40 ligandum (CD40L), amely más sejtek CD40 molekuláihoz kötődik, és végül az aktivált Th-sejtek citokintermelő effektor-sejtekké alakulnak (lásd 13. fejezet, 13.13. ábra).

A nyirokcsomó B- és T-sejtes zónáinak határán a B-sejtek szintén találkoznak az antigénnel, melynek felvétele és feldolgozása után prezentálják a peptidfragmentumokat az aktivált Th-sejtek számára. Az aktivált B- és T-sejtek egymás felé vándorolnak, majd miután a B-sejtek CD40-molekulája és az aktivált T-sejteken megjelenő CD40L összekapcsolódik, a kétféle sejt szoros kontaktusba kerül egymással. Ez a kapcsolat további aktivációs jeleket közvetít mind a B-, mind a T-sejtek felé, amelynek eredményeképpen a Th-sejtek citokineket kezdenek termelni. A Th-sejtekkel kialakult kontaktus és a B-limfocitákhoz kötődő citokinek biztosítják a B-sejtek számára szükséges segítséget, és elindítják az antigén-prezentáló B-sejtek klonális osztódását, majd ellenanyag-termelő plazmasejtekké történő differenciálódását. A B- és a T-sejtek egymás felé, majd a B-sejtek follikulusokba történő vándorlását is a kemokinek és kemokinreceptorok irányítják; az FDC-k és a strómasejtek CXCL13-at termelnek, ami a CXCR5 kemokinreceptor liganduma. Az aktivált B-sejtek elveszítik CXCR5 receptorukat, és a follikulusok széle felé vándorolnak, míg az antigénnel már találkozott T-sejtek CXCR5 expressziója nő, ezért ezek a sejtek a csíraközpontok felé vándorolnak (14.6. ábra). A későbbiek során a follikulusok mélyére vándorló, aktivált B-sejtek gyors osztódásba kezdenek, és centroblasztokká alakulnak. A másodlagos follikulusok sötét zónájából a világos zónába vándorló centrociták ismét erősen expresszálják a CXCR5-öt, melynek ligandumát itt az FDC-k termelik.

Itt jegyezzük meg, hogy az elsődleges és a másodlagos csíraközpontok (follikulus, tüsző, centrum germinativum) jellemzőit a 3. fejezetben és a 3.28-as ábrán ismertettük részletesen.

A helper T-sejtek stimulálják a B-sejtek klonális osztódását, az izotípusváltást, az affinitásérést és a memóriasejtekké való differenciálódást. A humorális immunválasz korai fázisában az aktivált B-sejtek kis csoportjai a T-sejtekben gazdag zónák határain, pl. a lépben az arteriolák melletti limfoid szövetrészekben, a T-sejt aktiváció helyéhez közel alakulnak ki. Ezekben az oligoklonális, azaz néhány limfocitából eredő sejtcsoportokban kezdődik a B-sejtek osztódása, a korai ellenanyag-termelés, és a kezdeti izotípusváltás az aktivált Th-sejtek által termelt citokinek hatására (14.7. ábra).

14.7. ábra. A TD antigénekre adott immunválasz korai és késői fázisai. A naiv B-sejtek a primer follikulusokban találkoznak az oldott, és a DC-ken bemutatott natív antigénnel, míg a T-sejtes zónában a DC-k bemutatják az antigén-peptideket a T-sejteknek. A DC és a naiv limfociták között kialakuló kapcsolatokat nevezik első szinapszisnak. Az aktivált T- és B-sejtek kemokinek hatására egymás felé vándorolnak, több receptorligandumpár közvetítésével kapcsolódnak egymáshoz, és kialakítják a második szinapszist. A T- és B-sejtek kölcsönösen aktiválják egymást, majd klonálisan osztódnak. Az extrafollikuláris B-sejt-fejlődés eredményeként rövid életű plazmasejtek differenciálódnak. Az aktivált B-sejtek többsége másodlagos follikulusokat képez, melyek sötét zónájában a centroblasztok intenzíven osztódnak. Ez a BCR variábilis régióinak gyakori szomatikus hipermutációját (SHM) váltja ki. A centroblasztokból centrociták fejlődnek, amelyek közül csak a nagy affinitású BCR-rel rendelkező-sejtek maradnak életben. Ezek szelekciója az FDC-kel kialakított kölcsönhatás során megy végbe. A nem megfelelő affinitású receptort hordozó limfociták apoptózissal elpusztulnak, míg a nagy affinitásúakból memóriasejtek fejlődnek. A csíraközpontban szelektálódott B-sejtek és a csíraközpont aktivált Th-sejtjei között kialakul a harmadik szinapszis, ami a preplazmasejtes memória, majd a hosszú életű ellenanyag-termelő plazmasejtek kialakulásához vezet. Ez utóbbiak a csontvelőbe vándorolnak.

Az események előrehaladtával a B-sejtek által termelt ellenanyagok a keringésbe jutnak, ahol megkötik a még előforduló antigént, és az így keletkezett immunkomplexek komplementet aktiválhatnak (lásd 7. fejezet). Ezek a komplexek az FcγRIIb és C3b- ill. C3d-receptorokhoz kötődve a follikuláris dendritikus sejtek (FDC) felszínén koncentrálódnak. A hosszú citoplazmatikus nyúlványokkal rendelkező FDC-k alakítják azt a “hálót”, amely lehetővé teszi a csíraközpontok kialakulását (l. 3. fejezet). Az FDC-k (melyek nem azonosak a DC-kkel! – lásd 3. fejezet) kizárólag a csíraközpontok világos zónájában fordulnak elő. Fontos szerepük, hogy az ellenanyaggal komplexben lévő antigént Fc- és komplementreceptoraikhoz kötve mutatják be a B-sejtek számára. Az FDC-k membránján konstitutív módon jelenik meg egy olyan sejtfelszíni ligandum (a VCAM-1), amely az aktivált B-sejteken kifejeződő receptor, a VLA-4 integrin nagy affinitású formájához kötődik. Az FDC-n az immunkomplex kötődését követően az FcγRIIb expresssziója növekszik, ami elősegíti az FDC érését. A csíraközpont B-sejtjein ezzel szemben csökken a negatívan szabályozó FcγRIIb expressziója, ami a sejtek aktiválódásának és az ellenanyag-termelésnek kedvez. Az immunkomplexek hosszú ideig történő megkötésén és B-sejteknek való bemutatásán kívül az FDC-k túlélési jeleket is közvetítenek a B-sejtek számára. A szomatikus hipermutáción átesett B-sejtek kölcsönhatásba kerülnek az FDC-k által megkötött antigénnel. Azok a B-sejtek, amelyek felszíni Ig-jei a szomatikus mutációk eredményeképpen nagy affinitással kötik az antigént, tovább élnek, míg az antigént fel nem ismerő (a szomatikus mutáció következtében “rosszul sikerült” BCR-t hordozó) B-sejtek apoptózis útján elpusztulnak (lásd box). Ezért nem meglepő, hogy a csíraközpontokban rengeteg elpusztult sejt található, melyeket makrofágok takarítanak el. Az immunizálás után 1-2 héttel a csíraközpontok száma és mérete fokozatosan csökken, és az affinitásérés befejeződik (14.7. ábra).

A T-sejtektől függő immunválasz késői szakasza speciális mikrokörnyezetben, a másodlagos follikulusok csíraközpontjaiban zajlik. A csíraközpontok kialakulásában fontos szerepet játszanak a CXCR4 és a CXCR5 kemokinreceptorok és ligandumaik, a CXCL12 és a CXCL13. A késői fázisban, az immunizálást követő 4–7. napon néhány, az aktivált B-sejtek által alkotott sejtcsoport a follikulusok mélyére vándorolva csíraközponttá alakul, melyekbe egyre több aktivált B-sejt vándorol. T-sejt-hiányos egyedekben csíraközpontok nem fejlődnek ki, ami arra utal, hogy a folyamat a T-sejtektől függ, és valószínűleg a CD40-CD40L kapcsolódás indítja el (lásd 13.13. ábra ). A CD40 konstitutíven fejeződik ki a B-sejteken, míg a CD40 liganduma (CD154) a TCR-en és a kostimulátorokon keresztül érkezett jel hatására jelenik meg a T-sejtek membránján. A CD40L hatására olyan transzkripciós faktorok aktiválódnak (egyebek között az NFκB és AP1), amelyek alapvetően szükségesek a csíraközpont kialakulásához és hozzájárulnak az aktivációindukált deamináz-enzim (AID) kifejeződéséhez.

Az AID aktivitása elengedhetetlen mind a szomatikus hipermutációk, mind az izotípusváltás létrejöttéhez. CD40 a DC-ken és a makrofágokon is kifejeződik, és a ligandummal való kapcsolódás ezekben a sejtekben is aktivációs jeleket indít el. A CD40-CD40L kapcsolódás fontosságát jelzi, hogy a CD40 vagy CD40L génkiütött állatokban nincs izotípusváltás és affinitásérés, továbbá fehérjeantigének hatására nem alakulnak ki memóriasejtek sem. Emberben a CD40L-gén mutációja X-kromoszómához kötött hiper IgM-szindrómát okozza (lásd 21. fejezet).

A B-sejtek pusztulásának feltételezett mechanizmusa a csíraközpontokban

A csíraközpontokban található B-sejtekre jellemző az erős Fas-expresszió, ami a Fas-által közvetített sejtpusztulás fontosságára hívja fel a figyelmet. Ennek ellenére Fas-deficiens (lpr-mutációt hordozó) egérben a csíraközpontban zajló reakció normális, ezért valószínű, hogy más apoptózist indukáló folyamatok is részt vesznek a B-sejtek pusztulásában. A tüszőkben lokalizált B-sejtek túlélésében a CD40-CD40 ligandum kölcsönhatás mellett fontos szerep jut a bcl-2 megjelenésének is.

A csíraközpontban lezajló folyamatok: szomatikus hipermutáció, affinitásérés, plazmasejtek és memóriasejtek kialakulása

A csíraközpontok B-sejtjeiben három lényeges folyamat zajlik le (14.8. ábra):

1. A sötét zónában a sejtek rendkívül gyorsan szaporodnak; 6–12 óra alatt a B-limfociták száma megduplázódik, ami azt jelenti, hogy 5 nap alatt egyetlen B-sejtből 5000 utódsejt (centrocita) kelekezik, amelyek a világos zónába vándorolnak.

2. Az osztódó B-sejtekben az Ig-molekulák V-génjei szomatikus hipermutáción mennek keresztül. Ennek eredményeképpen V-gén mutációk halmozódása figyelhető meg a proliferálódó B-sejt klónok utódsejtjeiben. A csíraközpontok világos zónáiban, az FDC-k részvételével zajlik a szomatikusan mutált V-génkészlettel rendelkező B-sejtek szelekciója, az affinitásérés.

3. A differenciálódás befejeztével ellenanyag-termelő plazmasejtek és memória B-sejtek képződnek.

A csíraközpontban lezajló folyamat lépései

A T-sejtektől függő humorális immunválasz szigorú szabályozás alatt áll a nyirokcsomókban (14.9. ábra). Az első “ellenőrzési pont” még a csíraközponton kívül van, ahol a különböző sejtek szabályozott együttműködése a feltétele az aktiváció beindulásának. A B-sejtek felismerik a natív antigént és aktiválódnak, míg a T-sejteket a DC-k és a B-sejtek az MHC-II-höz kötött, antigénből származó peptidek bemutatásával stimulálják. A B-sejtek aktiválódásához a T-sejtek CD40L-ével való kapcsolódás további segítséget ad, a T-sejtek kostimulációjához pedig a B7-CD28 kölcsönhatásra is szükség van.

14.8. ábra. A csíraközpontban zajló folyamatok. A másodlagos follikulusok csíraközpontjainak sötét zónájában az aktivált B-sejtek (centroblasztok) intenzíven osztódnak, és az Ig V-gének szomatikus hipermutációja következtében az antigént különböző affinitással kötő BCR-rel rendelkező sejtek jönnek létre. A következő lépésben ezekből szelektálódnak az FDC-n bemutatott natív antigénnel való kölcsönhatás során a nagy affinitású receptorral rendelkező sejtek (centrociták), míg az antigént nem, vagy csak kis aviditással felismerő sejtek elpusztulnak. A nagy aviditású B-sejtekből memóriasejtek és ellenanyag-termelő plazmasejtek differenciálódnak.

14.9. ábra. Ellenőrzési pontok a csíraközpontban. A B-sejtek fejlődése szempontjából három fontos ellenőrzési pont található a csíraközpontban. 1. Az elsőben az antigén fajlagos felismerése zajlik le, és csak az antigénspecifikus T-és B-sejtek fejlődhetnek tovább. 2. A következő kontroll után csak a nagy affinitású receptorral rendelkező B-sejtek jutnak tovább. Az FDC-k Fc- és komplementreceptorai révén hosszú ideig “fogva tartják” az immunkomplexben levő antigént, amihez a B-sejtek a BCR-en keresztül kötődnek. A-sejtek között kialakuló adhéziós kapcsolatok és a sejtmembránok között kialakuló ún. “tight junction” következtében a túlélést elősegítő, apoptózist gátló jelek érkeznek a B-sejtbe. Ezek biztosítják az antigént nagy aviditással felismerő B-sejtek pozitív szelekcióját. 3. A harmadik pontban az antigén fajlagos felismerésének ellenőrzése történik, az aktivált B- és T-limfociták részvételével. Ez a mechanizmus biztosítja azt, hogy kizárólag az azonos antigént felismerő Th- és B-sejtek között alakul ki ez utóbbiak továbbélését, differenciálódását, és az antigén-specifikus ellenanyag termelését lehetővé tevő kapcsolat. Itt zajlik le az ellenanyagok izotípusváltása, és a sejtek további differenciálódása is.

Az első ellenőrzési ponton tehát az antigén-specifikus sejtek pozitív szelekciója történik meg. A “kiválogatott” B-sejtek a csíraközpontba vándorolnak, és a sötét zónában intenzíven osztódó centroblasztokká alakulnak. Itt következik be a szomatikus mutáció és az affinitásérés. A gyorsan szaporodó B-sejtek V-génjeiben nagy gyakorisággal jönnek létre pontmutációk mind a nehéz-, mind a könnyűlánc variábilis régiójában (CDR-régiók), és akkumulálódnak az egyes B-sejt-klónokban a csíraközpontban töltött idő alatt. Becslések szerint minden egyes osztódásnál egy mutáció esik ezer V-gén bázispárra, ami azt jelenti, hogy a gyakoriság 103-104-szer nagyobb, mint más emlős gének spontán mutációs rátája (14.10. ábra).

14.10. ábra. A V-gének szomatikus hipermutációja. Egerek lépsejtjeiből hapténnel történő immunizálást követően a 7., 14. és újabb oltást követően a 21. napon hibridómákat hoztak létre, majd izolálták a hapténspecifikus klónokat. Az egyes klónok V-génjeinek nukleotidszekvenciáját meghatározták, és azonosították a mutációk helyét. Megfigyelték, hogy az idő előrehaladtával, illetve a második, “emlékeztető” oltást követően a mutációk száma úgy a könnyű-, mint a nehézlánc hipervariábilis régióiban (CDR1, 2, 3) nő, és ezzel párhuzamosan az ellenanyag-affinitása is növekszik. (C. Berek és C. Milstein, 1987., Immunol. Rev. 96., 23. alapján).

A második ellenőrzési pontban a csíraközpont világos zónájában a nagy affinitású BCR-rel rendelkező sejtek szelekciója történik meg, amit az FDC-k és az antigén-specifikus B-sejtek között kialakuló szoros kölcsönhatás tesz lehetővé. A kölcsönhatásban részt vesznek adhéziós molekulák (VLA4/VCAM, LFA1/ICAM) és az FDC-k komplement és Fc-receptorain bemutatott, immunkomplexben lévő antigén. Ez az előfeltétele annak, hogy az antigén-specifikus B-sejt megmeneküljön a programozott sejthaláltól, és részt vegyen a további eseményekben. A nagy affinitású B-sejtek az FDC-től apoptózist gátló jeleket kapnak. A kis affinitású receptorral rendelkező B-sejtek elpusztulnak.

Végül a harmadik ellenőrzési pontban a szelektált, az antigént nagy affinitású receptorral felismerő B-sejtek mutatják be az antigénből származó peptideket a specifikus T-limfociták számára. A kialakult kölcsönhatás során a B-sejt fogadja a T-sejtekből érkező kostimulációs jeleket, és osztódni, differenciálódni kezd (14.9. ábra). Az adott antigénre nem fajlagos B-sejtek kapcsolódása a T-sejtekhez Fas ligandum (FasL) megjelenését váltja ki, ami a B-limfocita apoptózisát indukálja.

A nagy affinitású receptort hordozó B-sejtek, amelyek elhagyják a csíraközpontot, a limfoid follikulusokat övező területeken ellenanyag-termelő plazmasejtté differenciálódnak. Plazmasejtek találhatók a lép vörös pulpájában és a nyirokcsomók kéreg alatti és velőállományában. A plazmasejtek döntő többsége nem jut a keringésbe, csak az általuk termelt ellenanyagok, melyek az antigénnel találkozva immunkomplexet képeznek, és elindítják a humorális immunválasz effektor fázisát.

A csíraközpontot elhagyó, nagy affinitású B-limfociták másik része memóriasejtekké alakul, és a vérkeringésbe kerül. Ezek újabb antigénstimulus hiányában is több hónapig vagy akár évekig életképesek maradnak. A memóriasejtekre jellemző, hogy nagy affinitású, izotípusváltáson átesett receptort hordoznak. A másodlagos immunválasz során az előzőekben leírt folyamatok rendkívül felgyorsulnak, egyrészt a nagy affinitású receptorral rendelkező memóriasejtek jelenléte miatt, amelyek az antigén felismerése után a csíraközpontokba vándorolnak, másrészt a gyorsan kialakuló immunkomplexeknek az FDC-k felszínén történő koncentrálódása következtében.

Az izotípusváltás folyamata

A CD40 által stimulált jelek izotípusváltást eredményeznek a B-sejtekben, amely az aktivációindukált citidin-deamináz (AID) gén indukcióján keresztül valósul meg. Az AID kizárólag B-sejtekben fejeződik ki, és kulcsfontosságú szerepet játszik nemcsak az izotípusváltás, hanem a szomatikus hipermutáció létrejöttében is. Az AID-közvetített izotípusváltás célpontját – az adott Ig-nehézlánc lókuszát – a különböző citokinek hatására aktiválódott transzkripciós faktorok “jelölik ki”. A citokinek hatására egyláncú DNS-szegmensek jönnek létre, amelyek az AID citidin-deamináló hatásának célpontjaivá válhatnak (lásd később).

A B-sejteknek az a képessége, hogy különböző izotípusú ellenanyagokat termelhetnek, a humorális immunválasz jelentős plaszticitását teszi lehetővé. Különböző típusú mikrobák eltérő izotípusú ellenanyagok termelését váltják ki, amit az egyes kórokozók által aktivált Th-sejtek határoznak meg (lásd 17. fejezet). A vírusok és számos baktérium a Th1-sejteket aktiválja, amelyek az IgG izotípusváltásra késztető IFNγ-t termelik. Az IgG opszonizáló hatású, elősegíti a fagocitózist, és a komplementrendszert is aktiválja.A paraziták a Th2 szubpopulációt aktiválják, amelyek az IgE izotípusváltást indukáló IL-4-t termelik (lásd 17. fejezet). Ugyanakkor a poliszaharidban gazdag tokkal rendelkező baktériumok elsősorban IgM izotípusú ellenanyagok termelését váltják ki, melyek a baktériumokhoz kötődve aktiválják a komplementrendszert, és ezzel az opszonizált baktérium fagocitózisát segíti elő.

A különböző anatómiai helyeken lévő B-limfociták eltérő izotípusú ellenanyagokat termelhetnek. A nyálkahártyával borított testfelszín immunvédelmét ellátó B-sejtek például főként IgA termelésére váltanak, amely izotípus a leghatékonyabban transzportálódik az epitéliumon keresztül (lásd 3. és 4. fejezet). Így az IgA nagy mennyiségben fordul elő szekrétumokban, ahol megakadályozza, hogy a kórokozók az epitéliumon keresztül a szervezetbe jussanak. Az IgA izotípusváltást elsősorban a TGF-β (Transforming Growth Factor β) stimulálja, amelyet a nyálkahártyában és más szövetekben levő sejtek is termelnek.

Az izotípusváltás (isotype switch) olyan, ún. switch-rekombináció eredményeként jön létre, melynek során a μ - , illetve δ -nehézlánctól eltérő izotípusú molekulák kerülnek expresszióra. Az izotípusváltás lényege, hogy a korábban átrendeződött VDJ génszegmens a Cµ vagy Cδ konstans doméneket kódoló gének helyett más izotípusú ellenanyagokat kódoló C-génekkel (γ, ε, α) kapcsolódik, a közbülső D NS-szakasz pedig kivágódik (14.11. ábra). Fontos kiemelni, hogy az izotípusváltás során az Ig-molekula variábilis szekvenciája – így specificitása – nem változik meg, tehát az antitest ugyanazt az antigént ismeri fel, de más effektor funkciók ellátására lesz képes. Ezek a DNS-rekombinációs események az egyes C-gének 5’ végén, a J-C intronban elhelyezkedő switch-régióknál (S-régiók) kezdődnek. Az S-régiók 1–10 kb hosszúak, ismétlődő GC-nukleotidokban gazdag DNS-szekvenciák, és a Cδ-gén kivételével minden konstans domént megelőzően jelen vannak. Az S-régiók előtt a transzkripciót iniciáló I-exon található, amelyet az I-régió promóter előz meg. Először a citokinek indukálják az I-exon, az S-régó és az adott CH exon átírását. Ezeket az elsődleges RNS-átiratokat a switch-régió csíravonal-átiratainak (germ-line transcripts) nevezik, mert nem kódolnak fehérjét, hanem az izotípusváltás kialakításában vesznek részt. Az S-régió csíravonal-átiratainak képződése együtt jár a megfelelő C-gén DNS-törésre és DNS-javító mechanizmusokra való érzékenységével, amelyet a következőkben ismertetünk részletesen. Mindennek eredményeképpen a korábban átrendeződött VDJ-exon rekombinálódik a transzkripció következtében aktív, “downstream” C-régióval. Például az IL-4 az Iε-Sε-Cε lókusz transzkripcióját indukálja, így először Iε-Sε-Cε RNS-átirat jön létre a még IgM-et expresszáló B-sejtben, majd a rekombináció bekövetkezte után az IgM-mel azonos specificitású IgE fejeződik ki.

14.11. ábra. Az izotípusváltás mechanizmusa emberben. Az izotípusváltás az aktivációindukált citidin-deamináz (AID) hatására jön létre. A T-sejtekből érkező jelek hiányában a B-sejtek csak IgM termelésére képesek. A T-sejtek CD40L-a és a CD40 kapcsolódása, továbbá a citokinek (pl. IL-4) hatására a B-sejtekben izotípusváltás (az ábrán IgE termelése) következik be. Ennek során a minden konstans szekvenciát kódoló génszegmens előtt elhelyezkedő ún. switch-régióban (S) amely GC nukleotidokban gazdag, a csíravonal DNS-ben az AID hatására kettősszálú törés keletkezik. A már átrendeződött VDJ-génszegmensekhez közelebb levő CH-gének cirkuláris DNS formájában kivágódnak, és lehetővé válik a távolabbi (az ábrán Cε) génszegmensek kapcsolódása a VDJ-hez. A rekombináció az S-régiók (az ábrán az Sμ és Sε) között jön létre, majd a transzkripciót és transzlációt követően IgE termelődik.

A kulcsfontosságú enzim, amely mind az izotípusváltáshoz, mind az affinitáséréshez elengedhetetlen, az AID, amely az egyláncú DNS-templátban a citozinokat deaminálja, és így uracil jön létre (14.12. ábra). A citokinek hatására átíródott RNS (switch-transcript) stabil komplexet alkot a kódoló DNS-szállal. Ennek következtében a másik DNS-szál szabaddá válik, és egy R-huroknak nevezett, egyszálú DNS-t alkot, amely az AID célpontja. Az R-hurokban nagyszámú citozin található, amelyeket az AID deaminál uracillá. Ezeket az uracil-glikoziláz (UNG) eltávolítja, és így bázishiány keletkezik, majd az AP-endonukleázok (APurinic/apyrimidinic Endonuclease – APE 1 és APE 2) ezeken a helyeken elhasítják a DNS-t, ami kettősszálú DNS-töréshez vagy transzlokációhoz vezethet (14. 12. ábra). A két switch-régió (pl. Sµ és a következő C-domén előtti S-régió, pl. Sε) területén létrejött kettősszálú DNS-törés a közbülső DNS-szakasz delécióját eredményezi, majd a két S-régió összekapcsolódik a kettősszálú törést javító, nem homológ végeket csatlakoztató (non-homologous end joining, NHEJ) mechanizmus segítségével. Így a VDJ-exonhoz például a IL-4 hatására a Cε, vagy IFNγ hatására a Cγ-exon kapcsolódhat, ami IgE, vagy IgG termelését eredményezi (14.11. ábra). A korrekt S-S rekombinációhoz elengedhetetlen bizonyos fehérjék kapcsolódása a kettősszálú DNS-hez – ilyenek a DNS-függő protein-kinázok, KU70/KU80, vagy a H2AX, amelyek részben a megfelelő pozícióban tartják a DNS-t, másrészt a DNS-hez kötődő fehérjék foszforilációját végző kinázt toborozzák a komplexbe.

14.12. ábra. Az AID-indukált DNS-törés, mutáció és transzlokáció modellje. Az AID dezaminálja az S-régióban a citozint, ami uracil megjelenését eredményezi. Az uracil DNS-glikoziláz-enzim (UNG) kivágja az U-t, így bázishiányos hely keletkezik. Ez a hely érzékeny az AP-endonukleáz-hasításra, ami DNS-törést eredményez az egyik láncon, ami spontán vagy DNS-javító enzimek hatására kettősszálú DNS-töréssé alakulhat. Egy másik lehetőség, hogy a DNS-polimerázok kijavítják a törést, ami vagy az eredeti állapot helyreállítást eredményezi (C beépítése), vagy más nukleotid beépítése következtében mutációt hoz létre. A DNS-törés vezethet kóros folyamatot kiváltó gén-transzlokációhoz is.

Miután az AID aktivitása a genom instabilitását eredményezheti, expressziója és aktivitása szigorú szabályozás alatt áll, amiben többféle – részben átfedő – mechanizmus vesz részt. Ilyen pl. az AID mRNS-e indukciójának, stabilitásának, a szabályozó fehérjékkel és transzkripciós faktorokkal való kölcsönhatásának, valamint a foszforilációnak a regulációja.