Занятие 2. «Учение о специфическом иммунитете. Антигены, их материальная основа, функции, виды».

17.04.20 

Работу выполнила : Печерская В.М 202 Пед.фак

Ответы на вопросы : 

1. Иммунокомпетентные клетки, их функция, назначение, кооперация.

Ответ : Иммунокомпетентные клетки- клетки, способные специфически распознавать антиген и отвечать на него иммунной реакцией.

Такими клетками являются Т- и В-лимфоциты (тимусзависимые и костномозговые лимфоциты), которые под влиянием чужеродных агентов дифференцируются в сенсибилизированный лимфоцит и плазматическую клетку.

Функции : 

1. Распознание чужеродной антигенной структуры и запуск команды для начала иммунного ответа (АГ-реактивные лимфоциты и клетки иммунологической памяти)
2. Выработка антител и цитотоксический эффект на чужеродные клетки (АТ-продуценты и киллеры)
3. Усиление эффекта иммунного ответа за счет вовлечения других разновидностей лейкоцитов (эффекторы)
4. Усиление действия других лимфоцитов (хелперы)
5. Ограничение интенсивности и завершение иммунного ответа (супрессоры)

Кооперация иммунокомпетентных клеток. 

В формировании иммунного ответа включаются все звенья иммунной системы: системы макрофагов, Т- и В- лимфоцитов, комплемента, интерферонов и главная система гистосовместимости.

Выделяют следующие этапы межклеточной кооперации:

1. Поглощение и процессинг антигена макрофагом.

2. Представление процессированного антигена макрофагом с помощью белка главной системы гистосовместимости класса 2 Т- хелперам.

3. Узнавание антигена Т- хелперами и их активация.

4. Узнавание антигена и активация В- лимфоцитов.

5. Дифференциация В- лимфоцитов в плазматические клетки, синтез антител.

6. Взаимодействие антител с антигеном, активация систем комплемента и макрофагов, интерферонов.

7. Представление при участии белков МНС класса 1 чужеродных антигенов Т- киллерам, разрушение инфицированных чужеродными антигенами клеток Т- киллерами.

8. Индукция Т- и В- клеток иммунной памяти, способных специфически распознавать антиген и участвовать во вторичном иммунном ответе ( антигенстимулированные лимфоциты).

2. Характеристика Т- и В-лимфоцитов, их субпопуляций, назначение, определение, оценка.

Ответ : 

1. Т-лимфоциты – это сложная по составу группа клеток, которая происходит от полипотентной стволовой клетки костного мозга, а созревает и дифференцируется в тимусе из предшественников. Т-лимфоциты разделяются на две субпопуляции: иммунорегуляторы и эффекторы. Задачу регуляции иммунного ответа выполняют Т-хелперы. Эффекторную функцию осуществляют Т-киллеры и естественные киллеры. В организме Т-лимфоциты обеспечивают клеточные формы иммунного ответа, определяют силу и продолжительность иммунной реакции.

2. B-лимфоциты – преимущественно эффекторные иммунокомпетентные клетки. Зрелые В-лимфоциты и их потомки – плазматические клетки являются антителопродуцентами. Их основными продуктами являются иммуноглобулины. В-лимфоциты участвуют в формировании гуморального иммунитета, В-клеточной иммунологической памяти и гиперчувствительности немедленного типа.

Субпопуляции Т-лимфоцитов : 

• Т-киллеры (маркер – CD8) – вид лимфоцитов, которые осуществляют лизис повреждённых клеток собственного организма.
• Т-хелперы (маркер - СD4) – распознают антигены при взаимодействии их Т-клеточного рецептора (TCR) с антигеном, связанным с молекулами главного комплекса гистосовместимости 2 класса (MHC-II).
• Т-супрессоры – контролируют силу и продолжительность иммунного ответа через регуляцию функции Т-эффекторных клеток (Т-хелперов и Т-цитотоксических клеток).
• Клетки памяти – участвуют в иммунном ответе при вторичном попадании антигена.

​Субпопуляции В-лимфоцитов : 

• В-1 субпопуляция (CD 5) - локализуется в брюшной и плевральной полостях, сальнике, миндалинах, это клетки естественного иммунитета, а образуемые ими иммуноглобулины – естественные антитела.
• В-2 субпопуляция (CD 19, CD 20, CD 22) – обычные В-лимфоциты, имеющие на поверхности Ig-рецепторы для распознавания антигена. При стимуляции антигенами они созревают в плазмоциты, секретирующие антитела – иммуноглобулины.
• Плазматические клетки – результат конечной дифференцировки В-лимфоцитов, не имеют на наружной мембране рецепторов для антигенов, направлены на интенсивный синтез иммуноглобулинов. После завершения фазы активной продукции антител плазмоциты прекращают свое существование.
• В-лимфоциты памяти – эффекторы вторичных иммунных реакций.

​Скрининговые методы оценки Т- лимфоцитов :

• Определение общего числа лимфоцитов.
• Определение процентного и абсолютного числа зрелых Т-лимфоцитов (CD3+ клеток) 
• И двух основных популяций –CD4+(хелперов) и CD8+ (цитотоксических) клеток.
• Исследование ответа Т-лимфоцитов в реакции бласттрансформации (РБТЛ), либо определение маркеров пролиферации - то есть оценка способности Т-клеток к делению (клональной экспансии). 

Уточняющие методы оценки Т-лимфоцитов : 

• Определение маркеров активации Т-лимфоцитов - экспрессии CD25 (рецептор к интерлейкину 2)
• И молекул HLA 2 класса на поверхностной мембране т-лимфоцитов.
• Исследование продукции цитокинов. 
• Изучение пролиферативного ответа Т-лимфоцитов в реакции бласттрансформации на специфические антигены. 

Скрининговые методы оценки В-лимфоцитов : 

• Определение процентного и абсолютного числа В-лимфоцитов (CD19+ клеток). 
• Определение уровней "неспецифических" иммуноглобулинов классов А,М, G, Е. 
• Определение циркулирующих иммунных комплексов.
• Исследование пролиферативной активности В-лимфоцитов на В-митогены. 

Уточняющие методы оценки В-лимфоцитов : 

• Определение "специфических" (т.е выработанных на конкретный антиген) иммуноглобулинов классов А,М,G и субклассов G1-4. ​
• Определение продукции цитокинов. 
• Определение секреторного иммуноглобулина класса А (s IgA) 

3. Функции и определение субпопуляций Т- лимфоцитов: хелперы, киллеры, эффекторы. 

Ответ : 

• Т-киллеры – самая известная субпопуляция лимфоцитов. Они обладают способностью разрушать неполноценные клетки организма, вступая с ними в непосредственный контакт. Их еще называют цитотоксические лимфоциты. 

  Т-киллеры, строго осуществляющие иммунный надзор, агрессивно реагируют на чужеродный белок. Именно они вызывают реакцию отторжения трансплантата при пересадке органов. По этой причине при пересадке человеку любого органа ему некоторое  время дают специальные медикаменты, которые угнетают иммунную систему: уменьшают повышенное содержание лимфоцитов и нарушают их взаимодействие. Иначе любая подобная операция заканчивалась бы отторжением нового органа или ткани, а может, даже гибелью пациента, которому такое вмешательство проводится.

  Интересен механизм работы этих клеток. В отличие от фагоцитов, активно атакующих, пожирающих и переваривающих чужеродные частицы, Т-киллеры ведут себя на первый взгляд достаточно сдержанно. Своими отростками они прикасаются к объекту, а затем разрывают контакт и «уходят по своим делам».  Клетка же, к которой прикоснулся лимфоцит, спустя какое-то время погибает.

  Дело в том, что во время своего «смертельного поцелуя» Т-киллеры оставляют на поверхности уничтожаемой ими клетки частицы своей мембраны. В местах контакта частицы «разъедают» поверхность объекта нападения. В результате в обреченной на гибель клетке фактически образуется сквозное отверстие. Она теряет ионы калия, внутрь нее входят ионы натрия и вода – так как клеточный барьер нарушается,  ее внутренняя среда начинает напрямую сообщаться с внешней. В исходе клетка раздувается проникшей внутрь ее водой, из нее выходят белки цитоплазмы, органеллы разрушаются. Она погибает, а дальше к ней подходят фагоциты и пожирают ее остатки. Вот такое страшное наказание готовит организм всем клеткам, которые были распознаны иммунитетом как «неправильные» или чужеродные.

•  

  Т-хелперы - клетки помощники. Они индуцируют, стимулируют иммунный ответ: под их влиянием усиливают свою работу цитотоксические лимфоциты. Также хелперы передают информацию о присутствии в теле чужеродного белка В-лимфоцитам, которые выделяют против них защитные антитела. Наконец, хелперы оказывают стимулирующее действие на работу фагоцитов, главным образом моноцитов. 

  В зависимости от выполняемой функции Т-хелперы подразделяются на 2 типа: первый и второй.

  Первые осуществляют продукцию фактора некроза опухоли (борьба с новообразованиями), гамма-интерферона (борьба с вирусными агентами), интерлейкина-2 (участие в воспалительных реакциях).

  Все эти функции направлены на уничтожение антигенов, находящихся внутри клетки.

  Второй тип Т-хелперов нужен для связи с гуморальным иммунитетом. Данные Т-лимфоциты продуцируют интерлейкины 4, 5, 10 и 13, обеспечивающие эту взаимосвязь. Кроме того, Т-хелперы 2 типа отвечает за продукцию иммуноглобулина Е, который связан непосредственно с аллергическими реакциями организма. 

  Благодаря выделению интерлейкинов иммунная система развивается и защищает нас от вредных воздействий. Фактор некроза опухоли предотвращает онкологические процессы, что является одной из важнейших функций организма. Всё это осуществляют Т-хелперы.

  Несмотря на то, что они действуют опосредованно (через другие клетки), их значение в иммунной системе очень важно, так как они помогают в организации защитных свойств организма. ​

 

• Т-эффекторы - обеспечивают клеточный иммунный ответ, непосредственно участвуя в формировании аллергических реакций по типу гиперчувствительности замедленного типа - продуцируют лимфокины 

​4. Антигены, их классификация, функция, состав.

Ответ : Антиген — это биополимер органичес­кой природы, генетически чужеродный для макроорганизма, который при попадании в последний распознается его иммунной системой и вызывает иммунные реакции, направленные на его устранение. 

Классификация антигенов.

 

1. По происхождению:

1) естественные (белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, бактериальные экзо– и эндотоксины, антигены клеток тканей и крови);

2) искусственные (динитрофенилированные белки и углеводы);

3) синтетические (синтезированные полиаминокислоты, полипептиды).

2. По химической природе:

1) белки (гормоны, ферменты и др.);

2) углеводы (декстран);

3) нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК);

4) конъюгированные антигены (динитрофенилированные белки);

5) полипептиды (полимеры a-аминокислот, кополимеры глутамина и аланина);

6) липиды (холестерин, лецитин, которые могут выступать в роли гаптена, но, соединившись с белками сыворотки крови, они приобретают антигенные свойства).

3. По генетическому отношению:

1) аутоантигены (происходят из тканей собственного организма);

2) изоантигены (происходят от генетически идентичного донора);

3) аллоантигены (происходят от неродственного донора того же вида);

4) ксеноантигены (происходят от донора другого вида).

4. По характеру иммунного ответа:

1) тимусзависимые антигены (иммунный ответ зависит от активного участия Т-лимфоцитов);

2) тимуснезависимые антигены (запускают иммунный ответ и синтез антител В-клетками без Т-лимфоцитов).

Выделяют также:

1) Внешние антигены; попадают в организм извне. Это микроорганизмы, трансплантированные клетки и чужеродные частицы, которые могут попадать в организм алиментарным, ингаляционным или парентральным путем;

2) Внутренние антигены; возникают из поврежденных молекул организма, которые распознаются как чужие;

3) Скрытые антигены – определенные антигены (например, нервная ткань, белки хрусталика и сперматозоиды); анатомически отделены от иммунной системы гистогематическими барьерами в процессе эмбриогенеза; толерантность к этим молекулам не возникает; их попадание в кровоток может приводить к иммунному ответу.

Иммунологическая реактивность против измененных или скрытых собственных антигенов возникает при некоторых аутоиммунных заболеваниях.

Функции антигенов : 

Антигены разделены на:

1. Полные (иммуногенные), всегда проявляющие иммуногенные и антигенные свойства,

2. Неполные (гаптены), не способные самостоятельно вызывать иммунный ответ.

1. Специфичность – структуры особенно отличающие 1 антиген от другого. Специфический участок – антигенная детерминанта (или эпитоп) избирательно реагирует с рецепторами и специфично с антигенами. Чем больше эпитопов, тем больше вероятности иммунного ответа.

2. Антигенность – избирательное реагирование со специфическими антителами или анти-специфичными клетками, способность вызывать иммунный ответ в определенном организме.

3. Чужеродность – без нее нет антигенности.

4. Иммуногенность – способность создавать иммунитет; зависит: от генетических особенностей, от размера, от количества эпитопов.

5. Толерантность – альтернатива в создании иммунитета; отсутствие иммунного ответа; не отвечает иммунный ответ на антигены – аалергия на уровне организма – иммунологическая терпимость.

Состав антигена: носитель + эпитопы (Антигенная детерминанта – отличительная часть молекулы антигена, обуславливающая специфичность АТ и эффекторных Т- лимфоцитов при иммунном ответе). Количество эпитопов определяет валентность АГ. Эпитоп комплементарен активному центру АТ или Т-клеточному рецептору.

1. Различают линейные, или секвенциальные, антигенные детерминанты (например, пер­вичная аминокислотная последовательность пептидной цепи) и поверхностные, или конформационные (расположенные на повер­хности молекулы антигена и возникшие в результате вторичной или более высокой конформации).

2. Кроме того, существуют конце­вые эпитопы (расположенные на концевых участках молекулы антигена) и центральные.

3. Определяют также «глубинные», или скрытые, антигенные детерминанты, которые проявля­ются при разрушении биополимера.

Размер антигенной детерминанты невелик, но может варьировать. Он определяется осо­бенностями антигенрецепторной части фак­тора иммунитета, с одной стороны, и видом эпитопа — с другой.

5. Полные, полноценные антигены. Структура, функции. 

Ответ : Полноценные антигены обладают выраженной антигенностью и иммуногенностью — иммунная система чувствительного организма реагирует на их введение выработкой факторов иммунитета.

Структура : Такие вещества, как правило, имеют достаточно большую молекулярную массу (более 10 кДа), большой размер молекулы (частицы) в виде глобулы и хорошо взаимодействуют с факторами иммунитета.

Функции : Полноценные антигены вызывают в организме синтез антител или сенсибилизацию лимфоцитов и вступают с ними в реакцию как in vivo, так и in vitro. Для полноценных антигенов характерна строгая специфичность, т. е. вызывают в организме выработку только специфических антител, вступающих в реакцию только с данным антигеном. К таким антигенам относят белки животного, растительного и бактериального происхождения.

6. Термопреципитиногены. Структура, функции.

Ответ : Термопреципитиноген - это преципитирующая сибиреязвенная сыворотка со стандартный антигеном. Они используется в реакции термопреципитации по Асколи для выявления сибирской язвы в исследуемом материале.

Смешивается термопреципиноген и экстракт материала полученный при горячем и холодном экстрагировании. При положительной реакции при соединении компонентов между ними появляется тонкое боле кольцо.

7. Гаптены. Структура, функции.

Ответ : ГАПТЕНЫ (греч, haptein привязывать, прикреплять; син. неполноценные антигены) — химические вещества, способные к специфическому взаимодействию с гомологичными антителами, но, в отличие от полноценных антигенов, не вызывающие антителообразования при введении в организм иммунореактивных животных.

Структура : Соединения с молекулярной массой менее 10000, например лекарственные средства, сами по себе не иммуногенны. Такие соединения принято называть гаптенами. Они приобретают иммуногенность лишь после соединения с высокомолекулярным белком-носителем. Гаптены не могут стимулировать выработку антител, но могут связываться с ними. Это простые химические соединения, в основном ароматического ряда, не в состоянии запускать иммунный процесс, демонстрируя тем самым отсутствие иммуногенных свойств. В то же время они обладают вполне конкретной специфичностью, то есть способностью вступать в реакции взаимодействия с предсуществующими к ним антителами.

Обычно гаптены - небольшая функциональная группа, представляющая собой одну детерминанту. Это могут быть органические соединения, фениларсонат, моно- и олигосахариды, а также олигопептиды. Наиболее часто используемый гаптен - динитрофенил (ДНФ).

Они могут связываться с уже имеющимся антителом или поверхностным рецептором на специфической B-клетке, но не способны вызвать образование антител, поскольку гаптены не иммуногенны. Однако приобретают иммуногенность при соединении с подходящим белком-носителем. В настоящее время установлено, что функция носителя заключается в стимуляции T-хелперов, помогающих B-клеткам реагировать на гаптен.

Функции : Гаптены обладают свойством антигенности (то есть взаимодействуют со
специфическими AT), но не обладают свойством иммуногенности (самостоятельно не способны запускать иммунные реакции).

Иногда гаптены называют «неполными» антигенами.Как правило, они имеют небольшую молекулярную массу и не распознаются АПК. 

Гаптены могут стать иммуногенными при связывании с высокомолекулярным
носителем, обладающим собственной иммуногенностью.

Например, хром и никель, связываясь с белками кожи, способны вызвать аллергический контактный дерматит, развивающийся при повторных соприкосновениях кожи с хромированными или никелированными предметами.

8. Аутоантигены?

Ответ : 

Аутоантигены — вещества собственных нормальных тканей, у которых в эмбриогенезе отсутствует контакт с иммунокомпетентными клетками (забарьерные антигены).

К забарьерным антигенам не формируется иммунологическая толерантность, поскольку содержащие их органы отделены от крови гистогематическими барьерами. Чаще всего аутоантитела вырабатываются к собственным тканевым компонентам, измененным под действием лекарств, токсинов и ферментов бак­терий, вирусов.

Классификация аутоаллергенов: 

-естественные, первичные — антигены забарьерных тканей (хрусталик, нервная ткань и т. д.);

-приобретенные, вторичные:

неинфекционные, образующиеся при действии термофак­тора, ионизирующего излучения;

инфекционные, возникающие в результате воздействия на ткани микробных токсинов;

Аутоантителообразование возникает как результат:

соединения экзогенного гаптена с белком организма хозяина;

• освобождения антигенов, в норме не контактирующих с им-мунокомпетентными клетками (антитела к хрусталику при травме глаза, к миокарду — при инфаркте и т. д.);
• изменения структуры макромолекул под влиянием биологи­ческих факторов (например, вирус гриппа за счет гемолизина обна­жает внутренние структуры эритроцита и активирует антиэритро-цитарные антитела);
• появления в организме комплексов, антигенно сходных с де-терминантамихозяина, но конъюгировавших с другим носителем (стрептолизин-0);
• соматических мутаций, при которых могут появляться кло­ны клеток, реагирующие против собственных неизмененных ан­тигенов.

9. Методы обнаружения антигенов. Идентификация антигенов. 

Ответ : 

1. Преципитация (precipitation) [лат. praecipitatio — сбрасывание, стремительное падение]: 

1) осаждение веществ из раствора в результате перевода их из растворимого в нерастворимое состояние (напр., преципитация. белков при повышении в растворе концентрации сульфата аммония);

 2) иммунологическая реакция осаждения комплексов антиген-антитело, обусловленная нерастворимостью этих комплексов в изотонических растворах; сыворотка после П. становится истощенной в отношении антител (или антигенов), перешедших в нерастворимое состояние.

Если раствор интигена в определенном соотношении смешать с антисывороткой, то образуется преципитат. Количественный анализ этого процесса дает информацию как о содержании антител в иммунной сыворотке, так и о валентности антигена, т.е. числе участков связывания с антителами. Эта величина может существенно варьировать в зависимости от структуры антигена, его размеров, а также вида животного, от которого были получены антитела.

Кривая преципитации по мере добавления антигена вначале показывает максимум преципитата, а затем его количество постепенно уменьшается. При этом в супернатанте появляются растворимые комплексы антигена (Ar) и антител (At), многие из которых имеют строение Ar4At3, Ar3At2 и Ar2At.

Небольшие агрегаты увеличивают мутность раствора, которая может быть измерена по рассеянию падающего света (нефелометрия). Данный метод постепенно вытесняет простую радиальную иммунодиффузию при количественной оценке иммуноглобулинов, компонента комплемента С3, С-реактивного белка и тд. 

Помимо простой радиальной иммунодиффузии при визуализации реакции преципитации в гелях используются также метод двойной диффузии по Ухтерлони и иммуноэлектрофорез.

2. Агглютинация (agglutination) [лат. agglutinatio — приклеивание] — склеивание и выпадение в осадок под действием специфических антител-агглютининов,  корпускулярных антигенных частиц — микроорганизмов, клеток или других носителей, нагруженных антигенами. Такими носителями могут быть клетки (напр., эритроциты), частицы латекса, полиакриламида, бентонита и др. Различают прямую и непрямую (пассивную) А. 

Взаимодействие антител с клетками или другими крупными частицами приводит к агглютинации последних. Поскольку большинство клеток несет электрический заряд, для преодоления их взаимного отталкивания и связывания между собой требуется довольно значительное количество антител.

Реакция агглютинации используется для идентификации бактерий или типирования эритроцитов. Кроме того удавалось наблюдать агглютинацию лейкоцитов, тромбоцитов и даже сперматозоидов в некоторых случаях мужского бесплодия, , связанного с наличием антител к сперматозоидам. Отличаясь чувствительностью и простотой, реакция агглютинации используется и для идентификации антител к астворимым антигенам, которыми нагружают различные частицы. Особенно часто для этой цели используют эритроциты. 

3. Аффинная хроматография (affinity chromatography) [лат. affinis — родственный, смежный, соседний; греч. chroma — цвет и grapho — пишу, рисую] — вариант хроматографии, метод очистки биомолекул (белков, нуклеиновых кислот и др.) на основании их биологической функции или индивидуальной химической структуры за счет специфического взаимодействия этих молекул с определенным лигандом, который иммобилизован на твердой подложке. После промывки для удаления примесей других соединений выделяемые биомолекулы, прочно связанные с носителем, элюируют добавлением растворимого лиганда или создания условий, снижающих сродство макромолекул к связывающему лиганду. 

Метод аффинной хроматографии для очистки антигенов и антител очень прост и широко применяется. Разработан Р. Аксеном в 1967 г.

4. Иммунологический анализ с помощью меченых реагентов : 

Для определения антигенов и антител разработаны многочисленные варианты иммунологического анализа с помощью меченых реагентов. В качестве меток используют как радиоактивные, такие как 131I и 125I, так и ферменты, в частности, пироксидазу и фосфатазу. На использовании ферментов основан, в частности, метод определения антител, а иногда и антигенов, называемый ELISA (от англ. enzyme-linked immunosorbent assay - твердофазный иммуноферментный анализ). Все большую популярность приобретает коньюгация с биотином и, кроме того, широко используются хемилюминесцентные и флуоресцентные метки.

Для определения антител используется как жидкофазный иммунологический анализ, так и твердофазный иммунологический анализ. Для определения антигена часто используют классический радиоиммунологический анализ и иммунорадиометрическое определение антигена.

Задания для СРС : 

1. Составить таблицу иммуннокомпетентных клеток. 

2.