Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Od buněk k molekulám

Jak pracuje imunitní systém, 3. část
 |  5. 1. 1995
 |  Vesmír 74, 29, 1995/1
 |  Seriál: Od buněk k molekulám, 3. díl (Předchozí)

Úkolem imunitního systému je obrana organizmu proti cizorodým látkám, mikroorganizmům a vlastním buňkám, které se vymkly kontrole. Imunitní systém musí být schopen rozeznávat normální složky organizmu od složek abnormálních a cizorodých. Radikálním mechanizmem likvidace nežádoucích buněk je buněčně zprostředkovaná imunita.Hlavním funkčním principem této části imunitního systému je snaha zničit infikované buňky a tím zabránit šíření infekce. Tato radikální, ale potenciálně nebezpečná strategie, se uplatňuje především u virových infekcí a jejími hlavními vykonavateli jsou cytotoxické T-lymfocyty. Tyto zabíječské buňky se vyvíjejí po kontaktu s antigenem z prekurzorů obdobně jako se vyvíjejí plazmatické buňky (producenti protilátek) ze zralých B-lymfocytů. Většina cytotoxických prekurzorů nese na svém povrchu charakteristický protein CD8, který je odlišuje od většiny pomocných T-buněk (resp. jejich prekurzorů), které mají na povrchu strukturně příbuzný glykoprotein CD4. Cytotoxické T-buňky poznají pomocí svých antigenně-specifických receptorů infikované buňky podle toho, že se na jejich povrchu objeví komplexy MHC-glykoproteinů I. třídy s krátkými peptidovými fragmenty (obyčejně 9 aminokyselinových zbytků) virových nebo jiných nepatřičných proteinů (69, 274, 1990/7). Při tomto rozpoznávání pomáhá zmíněný povrchový protein CD8, který působí jako koreceptor MHC-glykoproteinů I. třídy (obrázek). V poslední době přibývá důkazů o tom, že k  probuzení cytotoxických prekurzorů a nastartování jejich dělení a přeměny na zralé cytotoxické buňky je třeba, aby jim fragmenty virových proteinů předložily na svém povrchu profesionální buňky prezentující antigen (makrofágy, dendritické buňky). Pouze tyto buňky totiž mají na svém povrchu důležité adhezivní a signalizační molekuly, které prekurzorové T-buňce dodají nezbytný druhý hlavní pomocný signál. Hlavní takovou pomocnou molekulou je opět glykoprotein B7 (CD80), který se váže na receptorovou molekulu T-buňky CD28. Buňky prezentující antigen také produkují některé stimulační cytokiny, jako interleukin 1. 

Je tedy zřejmé, že ke stimulaci prekurzorů pomocných a cytotoxických T-lymfocytů dochází velmi podobně; rozdíl je v tom, že antigenní fragmenty jsou pomocným T-buňkám předkládány v komplexu s MHCglykoproteiny II. třídy a spolupracují přitom koreceptory CD4, zatímco cytotoxické T-buňky většinou vidí pomocí svých T-receptorů a koreceptoru CD8 komplexy tvořené strukturně poněkud odlišnými MHC-glykoproteiny I. třídy. V obou případech mají ale rozhodující důležitost pomocné signály poskytované buňkami prezentujícími antigen. Zdá se, že při vývoji cytotoxických Tbuněk hrají důležitou roli také specifické pomocné Tlymfocyty, které poskytují další stimulační cytokiny.

Je-li tedy všechno v pořádku, pomnoží se příslušné antigenně specifické klony a změní se ve zralé cytotoxické zabíječe. Těm už stačí rozeznat fragmenty virových proteinů (v komplexu s MHC-molekulami I. třídy) na jakýchkoli infikovaných buňkách, pevně takové buňky obejmout a zabít je tím, že na ně vypustí obsah svých cytotoxických váčků obsahujících hydrolytické enzymy a tzv.

perforiny, proteiny schopné proděravět (podobně jako komplement) povrchovou membránu napadené buňky. Některé cytotoxické T-buňky také umějí přinutit napadenou buňku, aby po vzájemném objetí spáchala sebevraždu (obrázek). Na rozdíl od B-buněk nedochází během zrání cytotoxických T-buněk k mutační afinitní maturaci T-receptorů - zřejmě proto, že by bylo příliš velké riziko náhodného vzniku autoreaktivních mutantů.

V podstatě obdobným způsobem, alespoň v principu, rozeznávají prekurzory cytotoxických T-buněk i nádorové buňky. Ty mohou totiž na svém povrchu také vystavovat nepatřičné peptidové fragmenty pocházející buď z mutovaných produktů onkogenů, nebo z normálních proteinů, které jsou však v metabolicky abnormální buňce abnormálně štěpeny. Problém je v tom, že nádorově pozměněné buňky nemají potřebné vlastnosti dobrých buněk prezentujících antigen - nemají na povrchu kostimulační protein B7 (CD80) a neprodukují aktivační cytokiny. Proto setkání prekurzorové T-buňky správné specifity s nádorovou buňkou paradoxně vede k jejímu uspání (anergizaci). Zdá se, že se začínají rýsovat značné možnosti imunoterapie nádorů tím, že se nádorové buňky uměle geneticky pozmění tak, aby byly schopné poskytovat prekurzorům cytotoxických T-buněk i nezbytné pomocné signály.

Druhou důležitou variantou buněčně zprostředkované odpovědi je zajímavá spolupráce mezi makrofágy a subpopulací pomocných T-lymfocytů zvanou TH1, která se uplatňuje hlavně v případech, kdy některé mikroby poněkud paradoxně infikují jedny z hlavních bojovníků proti infekci - makrofágy. Takovými zákeřnými útočníky jsou např. mykobakterie a někteří protozoální paraziti. Rozezná-li prekurzor TH1 na povrchu infikovaného makrofága (který je dobře vybaven i pomocnými stimulačními molekulami) nepatřičné komplexy MHC-glykoproteinů II. třídy s fragmenty cizorodých proteinů, aktivuje se, dělí a diferencuje ve zralé buňky TH1 produkující cytokiny (hlavně interferon-γ), jež stimulují infikovaný makrofág k přeměně v tzv. aktivovaný makrofág, který už umí své parazity zahubit různými toxickými látkami. Celý tento proces vzájemné stimulace mezi buňkami TH1 a makrofágy vyvolává intenzivní místní zánět s účastí dalších složek imunitního systému.

Obě složky buněčně zprostředkované imunity - tj. založené jednak na cytotoxických T-buňkách a jednak na TH1 a makrofázích, působí většinou jako velmi účinné obranné mechanizmy. Někdy však působí více škody než užitku, a to tehdy, zabíjejí-li slepě buňky infikované relativně neškodným virem. Tak může docházet k těžkým poškozením životně důležitých tkání a orgánů, jako např. při tzv. sérové žloutence, hepatitidě B. T-lymfocyty bohužel útočí podobně jako na infikovanou tkáň také na transplantáty od geneticky neshodných dárců, protože na jejich povrchu vidí pro ně cizí komplexy odlišných alelických forem MHC-glykoproteinů s normálními (ale jinými než u příjemce) fragmenty proteinů organizmu vlastních (viz Vesmír 69, 274, 1990/7).

Přirození zabíječi

Některé viry a nádorové buňky se snaží uniknout cytotoxickým T-buňkám tím, že potlačují expresi MHC-glykoproteinů. Pro tento případ má imunitní systém v záloze alternativu - NK-buňky ( přirozené zabíječe ). Tento zvláštní druh lymfocytů nemá na povrchu dosud známé typy antigenně specifických receptorů (T-receptory, povrchové imunoglobuliny). Disponuje však dosud nedostatečně prozkoumanými receptory, pomocí kterých kontroluje, zda na povrchu jiných buněk jsou MHC-glykoproteiny I. třídy. Kupodivu se zdá, že tyto receptory se chovají alespoň zčásti jako lektiny a rozeznávají sacharidové části MHC-molekul. Mnoho jevů kolem NK-receptorů však zůstává dosti záhadných a je pravděpodobné, že zatím neznáme nějaký důležitý prvek tohoto unikátního rozpoznávacího systému.

Pokud NK-buňka narazí na normální buňku, přechodně se na ni adheruje pomocí řady nespecifických adhezivních molekul a po chvíli NK-receptory najdou MHC-molekuly, což dá NK-buňce signál k odpoutání. Pokud však MHC-molekuly nalezeny nejsou, aktivují se cytotoxické mechanizmy velmi podobné těm, o kterých jsme již hovořili u cytotoxických T-buněk, a podezřelá buňka je zabita (obrázek). Důležité je, že NK-buňky jsou schopny zabíjet už při prvním kontaktu s defektní buňkou a nemusí se nejprve pomnožovat a diferencovat z prekurzorů tak jako T-buňky. Výjimečnými buňkami, které na povrchu nemají téměř žádné MHC-glykoproteiny, jsou červené krvinky. Ty nejsou NK-buňkami napadány zřejmě proto, že jim chybí některé důležité adhezivní molekuly.

Regulace imunitní odpovědi

Při každé reálné situaci se ve větší nebo menší míře uplatňují všechny dosud popisované složky obrany: nespecifické mechanizmy, protilátková i buněčně zprostředkovaná odpověď. Pro zdárný výsledek je třeba dosáhnout optimálního poměru jednotlivých složek, který je naprosto odlišný pro různé druhy patogenů. V některých případech mají klíčovou důležitost protilátky, jindy jsou hlavním obranným mechanizmem cytotoxické T-buňky, jindy zas TH1 buňky a aktivované makrofágy. Pokud systém učiní chybné rozhodnutí a položí důraz na nesprávnou složku, může to mít pro organizmus fatální důsledky. Jednotlivé složky imunitního systému se vzájemně ovlivňují a regulují a jsou regulovány i neuroendokrinně. Uveďme jen několik příkladů regulačních mechanizmů:

  • Základní význam mají rozpustné hormony - cytokiny (interleukiny, interferony, chemokiny, tzv. faktory stimulující růst kolonií a řada dalších). Některé mají pozitivní stimulační účinky na růst a diferenciaci určitých buněk, jiné (anebo tytéž, ale za jiných okolností) mají tlumivé účinky. Tak například interleukin 2 je produkován aktivovanými T-buňkami (hlavně TH1) a současně stimuluje jejich růst - vytváří tedy pozitivní zpětnou vazbu amplifikující původní stimulační signál. Velmi důležité je regulační působení mnoha cytokinů produkovaných dvěma hlavními typy pomocných T-buněk TH1 a TH2: interferon-&947;, kromě svých všeobecně imunostimulačních účinků daných zvýšením exprese MHC-glykoproteinů, působí jednak stimulačně na TH1-buňky (tj. ty, které jej produkují), ale inhibičně na  konkurenční TH2-buňky. Naopak, cytokiny IL-4IL-10 produkované buňkami TH2 působí stimulačně na TH2 a inhibičně na TH1. Tento mechanizmus zřejmě velmi účinně pomáhá selektivnímu rozvoji částečně protichůdných obranných cest závislých na podpoře buňkami TH1 nebo TH2. Cytokiny také regulují izotypový přesmyk, a tedy poměr protilátek stejných specifit, ale různých izotypů. To může být rozhodující pro úspěšnost protilátkové odpovědi proti určitému patogenu, protože protilátky různých izotypů velmi odlišně aktivují jednotlivé efektorové mechaizmy (komplement, opsonizace, aktivace žírných buněk).
  • Při regulaci protilátkové části imunitní odpovědi se mimo jiné uplatňuje negativní zpětná vazba. Vazba komplexů antigenu s protilátkou (imunokomplexy) na tzv. Fc-receptory inhibuje růst B-lymfocytů. Produkt B-buněk, resp. jejich potomstva - plazmatických buněk, tedy blokuje svoji další produkci, což přispívá k tlumení rozvíjející se odpovědi.

  • Nerozhodnut zatím zůstává význam dalšího regulačního mechanizmu - antiidiotypových protilátek (obrázek). Vznikne-li určitá protilátka, je její vazebné místo pro antigen novou unikátní strukturou, která se v systému náhle objeví v relativně velkém množství. Proti této idiotypové struktuře se mohou vytvářet nové protilátky druhé generace, zvané též antiidiotypové protilátky. Proti protilátkám druhé generace se podobně mohou tvořit protilátky třetí generace atd. Tento zajisté mimořádně zajímavý systém skýtá řadu teoretických možností regulace - snadno si můžeme představit rafinovanou rovnováhu vzájemných stimulačních a inhibičních interakcí antiidiotypových protilátek (sekretovaných i membránově vázaných) různých generací. Velmi lákavá je např. idea, že vazebné místo některých antiidiotypových protilátek druhé generace bude tvarově připomínat část molekuly původního antigenu, který vyvolal tvorbu protilátek první generace a bude tak vytvářet vnitřní obraz antigenu v imunitním systému. Existence antiidiotypových protilátek včetně typu vnitřního obrazu antigenu byla jasně prokázána; na jejich skutečný regulační význam však panuje mnohem skeptičtější názor než před 10 - 15 lety.
  • Nejasný je také význam i samotná povaha tzv. supresorových (tlumivých) T-lymfocytů, které by se měly, podobně jako cytotoxické T-buňky, vyznačovat expresí povrchového proteinu CD8. Před 10 - 15 lety byly považovány za klíčový element imunitního systému a byly jim věnovány stovky publikací. Poté přišlo období, kdy se zdálo, že tyto buňky jako samostatná subpopulace neexistují a že jejich efekty jsou jen jakýmsi vedlejším produktem činnosti cytotoxických T-buněk; samotný výraz supresorová T-buňka se stal mezi imunology takříkajíc společensky neúnosným. Nyní se opět povaha a funkce těchto buněk začínají vážně studovat. Zdá se, že skutečně jde o T-buňky nesoucí povrchové molekuly CD8, které po stimulaci antigenem produkují tlumivé cytokiny (IL-10, TGF-β). Tato tematika zůstává jedním ze stinných koutů imunologie, které teprve čekají na důkladné osvětlení.

Lze snad doufat,

že ohromný pokrok v poznání struktury a funkce imunitního systému v posledních 10-15 letech přinese už brzy i bohaté praktické plody. Těmi by měly být např. lepší vakcíny, účinné postupy podporující v žádoucích případech rozvoj imunitní odpovědi, resp. naopak potlačující nežádoucí projevy imunitní odpovědi (např. při transplantacích, alergiích, autoimunitních onemocněních nebo chronických zánětlivých stavech).

Bylo by jistě krásné, kdyby po éře antibiotik přišlo období dokonalejších, imunoterapeutických postupů. Je ale docela možné, že to je ještě vzdálený cíl, protože asi ještě neznáme mnoho důležitých prvků imunitního systému, a hlavně jejich funkční souvislosti. Další léta budou v imunologii určitě velice zajímavá.

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Imunologie

O autorovi

Václav Hořejší

Prof. RNDr. Václav Hořejší, CSc., (*1949) vystudoval Přírodovědeckou fakultu UK v Praze. V Ústavu molekulární genetiky AV ČR, v. v. i., který od roku 2005 řídí a kde je vedoucím oddělení molekulární imunologie, se zabývá povrchovými a signalizačními molekulami buněk imunitního systému. Přednáší imunologii na Přírodovědecké fakultě UK v Praze.
Hořejší Václav

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné