Genetyczne podstawy odporności i oporności

advertisement
Genetyczne podstawy
odporności i oporności
Genetyczne podstawy odporności i oporności
Układ odpornościowy jest pod względem inteligencji” drugim po
układzie nerwowym układem komórkowym organizmu. Ma on,
podobnie jak układ nerwowy, zdolność uczenia się,
zapamiętywania, reagowania na różne bodźce i umiejętność
oceny tych bodźców pod kątem ich oddziaływania na organizm.
Główną rolą tego układu jest rozróżnianie obcych białek
(antygenów) i reakcja immunologiczna, której celem jest
zwalczenie, usunięcie tych obcych białek. Zastanawiające jest, iż
układ może rozróżnić ogromną liczbę antygenów i odpowiedzieć
na infekcje, mimo że ma tylko pięć klas przeciwciał. Zdolność ta
wynika przede wszystkim ze specyficznego sposobu genetycznej
kontroli syntezy przeciwciał, ale także z posiadania przez
organizmy wyższe unikatowego układu genetycznego, jakim jest
główny układ zgodności tkankowej.
Genetyczne podłoże różnorodności przeciwciał
Immunoglobuliny, czyli przeciwciała, są grupą złożonych białek
obecnych w surowicy krwi i płynach tkankowych wszystkich ssaków. Ich
wytwarzanie przez limfocyty B jest stymulowane przez kontakt układu
odpornościowego organizmu z obcą immunogenetycznie cząsteczką
(antygenem). Są one elementem odporności swoistej (nabytej,
adaptatywnej), ich zadaniem jest rozpoznanie i neutralizacja obcych
antygenów (np. bakterii czy wirusów). Cząsteczka przeciwciała ma
masę 150 kDa i składa się z dwóch łańcuchów ciężkich (ang. heavy —
H), po 50 kDa każdy, połączonych z dwoma łańcuchami lekkimi (ang.
light — L), o masie po 25 kDa. Jest pięć typów łańcuchów ciężkich (gr.
α — alfa, δ — delta, ε — epsilon, γ — gamma i µ— mi) i dwa typy
lekkich (κ — kappa i λ — lambda) Stosunek przeciwciał, które mają
łańcuch lekki typu κ, do łańcucha λ zależy od gatunku (np. u ludzi
wynosi on 70:30). Immunoglobuliny dzieli się na podstawie różnic w
budowie łańcuchów ciężkich na 5 klas : IgA, IgD, IgE, IgG i IgM.
Nazewnictwo to pochodzi od:
Ig — skrót od angielskiego słowa immunoglobulin, natomiast A, D, E, G
i M od symboli łańcuchów ciężkich.
Przeciwciało ma kształt litery Y (ryc. 10-1), utworzonej przez
łańcuchy ciężkie, a wzdłuż jej ramion znajdują się łańcuchy lekkie.
Łańcuchy ciężkie połączone są ze sobą wiązaniami
dwusiarczkowymi, których liczba i miejsce zależą od klasy
i podklasy immunoglobuliny. Zarówno łańcuchy ciężkie, jak i lekkie
mają części zmienne (ang. variable — V) oraz części stałe (ang.
constant — C). W części zmiennej znajdują się trzy regiony hiperzmienne (ang. hypervariable), oznaczone HV1, HV2 i HV3.
Ponieważ regiony te determinują swoistość przeciwciał, nazywane
są także regionami determinującymi dopasowanie (ang.
complementarity determining regions — CDR). W części stałej
łańcucha ciężkiego, między domeną CH1 i CH2, znajduje się tzw.
region zawiasowy (ang. hinge region), w którym są wiązania
dwusiarczkowe łączące oba łańcuchy ciężkie. Genetyczne
podłoże powstawania przeciwciał zostało wyjaśnione przez
Susumu Tonegawa w 1976 roku. Badacz ten odkrył, iż informacja
genetyczna immunoglobulin zawarta jest w znajdujących się w
różnych chromosomach czterech grupach „minigenów”, które
nazwał segmentami.
Różnorodność przeciwciał, ich swoistość wynikają z tego, iż
dziedziczone są nie całe geny immunoglobulinowe, ale ich
segmenty. Proces syntezy przeciwciała następuje po
skompletowaniu genów, czyli połączeniu się segmentów po
jednym z każdej grupy minigenów. Dopiero po połączeniu w
całość segmenty te tworzą kompletny funkcjonalny gen. Proces
ten zachodzi w poszczególnych limfocytach B podczas ich
dojrzewania. Za to odkrycie Tonegawa otrzymał
w 1987 roku Nagrodę Nobla.
Część zmienna łańcucha lekkiego jest determinowana przez dwa
geny V (ang. variable) i J (ang. joining), natomiast łańcucha
ciężkiego przez trzy geny: V, D (ang. diversity) i J. Część stała
obu rodzajów łańcuchów jest kodowana przez gen C. Geny
kodujące łańcuch ciężki znajdują się u człowieka w 14
chromosomie, natomiast geny łańcucha lekkiego typu κ w 2, typu
λ w 22 chromosomie,
Różnorodność przeciwciał wynika z wielu przyczyn, przede
wszystkim z:
• rearanżacji genów części zmiennych (V) i stałych (C) łańcuchów
immunoglobulin
• rekombinacji między wieloma genami V
• insercji minieksonów
• mutacji somatycznych
Różnorodność ciężkich łańcuchów immunoglobulinowych wynika
z rekombinacji (rearanżacji) genów V D, J i C, a łańcuchów
lekkich z rekombinacji regionów V, J i C. Teoretycznie jest
możliwość powstania do 1011 różnych immunoglobulinowych
sekwencji domen. Jednak rzeczywista liczba powstałych
wariantów przeciwciał wynosi 107-108. Przypuszczalnie jest wiele
genów kodujących region V. Dla łańcucha ciężkiego ich liczba nie
jest dokładnie znana (kilkadziesiąt, może kilkaset), dla lekkiego —
kilka. Istnieją co najmniej 3 rodziny genów (liczące 1—9 genów
każda) dla regionu D, 6 genów funkcjonalnych i 3 pseudogeny
Ogólnie liczbę genów determinujących poszczególne regiony
łańcuchów immunoglobulin można określić jako kilkaset genów V,
kilkadziesiąt genów D i kilka genów J. Geny determinujące region
C różnią się od pozostałych tym, że wpływają na funkcję
przeciwciała, a nie na jego powinowactwo do antygenu.
Kompletne funkcjonalne geny kodujące cząsteczki przeciwciał
powstają z omówionych wyżej genów, których kolejność łączenia
się jest następująca:
gen D z genem J następnie z genem V; powstały kompleks DJV
łączy się z genem kodującym część stałą łańcucha ciężkiego. W
funkcjonalnym genie łańcucha lekkiego nie ma genu D.
Rekombinacyjne łączenie się genów, zachodzące dzięki
aktywności enzymu — rekombinazy, jest głównym źródłem
różnorodności przeciwciał.
Podczas procesu powstawania genu kompletnego do połączeń między genami
— segmentami (V-J V-D i D-J mogą być wstawiane nukleotydy (od 1 do 15),
bądź też usuwane (do około 20 nukleotydów). Ponieważ są to nowopowstałe
odcinki DNA, prowadzi to do zmienności na złączach i utworzenia nowego
genu, tym samym liczba wariantów genu DJ może być zwiększona około 10
razy, natomiast genu VDJ następne 10 razy. Dodatkowo na różnorodność
sekwencji przeciwciał mają wpływ mutacje somatyczne zachodzące w
rekombinowanym genie V (dla łańcucha lekkiego) i VDJ (dla łańcucha
ciężkiego). Każdy limfocyt B wytwarza tylko jeden rodzaj łańcucha ciężkiego i
jeden lekkiego, które razem stanowią przeciwciało, będące specyficznym
receptorem tego limfocytu. Geny kodujące łańcuchy mają zdolność niezwykle
szybkiego mutowania w odpowiedzi na pobudzenie limfocytu B poprzez
związanie obcego białka (antygenu). Najczęściej są to mutacje punktowe,
powodujące zmianę pojedynczego aminokwasu, rzadziej natomiast delecje,
insercje lub konwersje. Pojedyncza nawet zmiana aminokwasu
w części zmiennej łańcucha ciężkiego może doprowadzić do całkowitej utraty
przez przeciwciało zdolności wiązania antygenu lub też do zwiększenia jego
powinowactwa do antygenu.
Genetyczne podłoże różnorodności receptorów limfocytów T
W odpowiedzi immunologicznej organizmu biorą udział dwie populacje
limfocytów: limfocyty T i limfocyty B, przy czym limfocyty T uczestniczą w
odpowiedzi typu komórkowego, atakując i niszcząc komórki zakażone (Tc —
cytotoksyczne limfocyty T), oraz odpowiedzi typu hormonalnego (Th —
pomocnicze limfocyty T), podobnie jak limfocyty B, które odpowiadają za
syntezę przeciwciał.
Dwie subpopulacje limfocytów T (Tc i Th) różnią się receptorami błonowymi.
Limfocyty pomocnicze mają receptory CD4, cytotoksyczne — CD8.
Reaktywność tych receptorów znajdujących się na limfocytach pomocniczych
i cytotoksycznych jest skierowana odpowiednio na antygeny MHC klasy II
i klasy L.
Proces rearanżacji elementów genów receptorowych, który następuje podczas
dojrzewania komórek T w grasicy, zachodzi podobnie jak rekombinacja genów
przeciwciał. Poprzez proces rearanżacji genów, jeden do czterech elementów
zostaje włączonych do genów kodujących pierwotną strukturę białek receptora
komórki T. Znane są dwa rodzaje receptorów limfocytów T — receptory
składające się z łańcuchów α i β oraz receptory składające się z łańcuchów γ i δ.
U człowieka geny kodujące łańcuchy receptorów znajdują się w chromosomie 7
(dla łańcuchów β i γ) i 14 (dla łańcuchów α i δ). Części zmienne łańcuchów
kodowane są przez geny V i J (łańcuchy α i γ) i przez geny V D i J (łańcuchy β
i γ).
Oczywiście jest mało prawdopodobne, że wszystkie
elementy genów
są włączone w rearanżacje, ale teoretycznie losowe
kombinacje łańcuchów α i β mogą dać do 2,5 x 106 α-β
heterodimerów. Gdyby zostały wzięte pod uwagę
wszystkie mechanizmy biorące udział w tworzeniu
różnorodności struktury receptorów limfocytów T, liczba
różnych receptorów wyniosłaby do 1015 receptorów α-β i
1018 γ-δ. Potencjał dla różnorodności receptorów
komórek T jest istotnie wyższy niż wynosi liczba komórek
T obecnych
w organizmie.
Główny układ zgodności tkankowej — MHC
Główny układ zgodności tkankowej został odkryty w wyniku
badań nad genetycznym tłem przyjmowania lub odrzucania
przeszczepu u myszy. Bodźcem do podjęcia tych badań było
odkrycie przez Landsteinera grup krwi systemu ABO i
wyjaśnienie zjawiska aglutynacji krwinek czerwonych biorcy pod
wpływem surowicy krwi dawcy. Poszukiwania innych antygenów
grupowych krwi, odpowiedzialnych za przyjęcie przeszczepu,
doprowadziły do wykrycia grup (klas) antygenów oznaczonych I,
II i III. Przełomowe znaczenie dla poznania i wyjaśnienia roli tych
antygenów miało wytworzenie linii kongenicznych myszy
różniących się tylko locus zgodności tkankowej, który kontroluje
ich syntezę. Badania polegające na przeszczepach skórnych
między tymi liniami, wykonywanych dla kilkunastu kolejnych
pokoleń, wykazały, iż reakcja na ten zabieg zależy przede
wszystkim od locus głównego układu zgodności tkankowej (ang.
major histocompatibility complex — MHC), a tylko w niewielkim
stopniu od innych loci, nazwanych słabymi antygenami
zgodności tkankowej (ang. minor histocompatibility loci).
Różnice między słabymi antygenami zgodności tkankowej a
MHC są zarówno natury jakościowej, jak i ilościowej. Geny
słabych antygenów zgodności tkankowej nie są jeszcze dobrze
poznane i, być może dlatego, często ich efekt jest niedoceniany.
Tymczasem niektóre z tych antygenów stymulują silniejszą
odpowiedź transplantacyjną niż antygeny MHC. W zasadzie
antygeny minor H loci nie biorą udziału w reakcji
immunologicznej prowadzącej do syntezy przeciwciał, natomiast
mogą być rozpoznawane przez limfocyty T w połączeniu z
antygenami MHC, podobnie jak to występuje przy
rozpoznawaniu antygenów wirusowych. Antygeny te są istotną
barierą podczas transplantacji tkanek, zwłaszcza transplantacji
szpiku kostnego. Nawet wówczas, gdy biorca
i dawca są zgodni pod względem haplotypów MHC, słabe
antygeny transplantacyjne mogą spowodować odrzucenie
przeszczepu.
W dziedziczeniu słabych antygenów zgodności tkankowej
obserwuje się pewne charakterystyczne zjawiska. Antygen H-Y
występuje tylko u samców, gdyż gen kodujący go jest
zlokalizowany w chromosomie Y. Zatem jest on przekazywany
przez ojca męskim potomkom. Natomiast inny antygen, nazwany
Mta (ang. maternally transmitted antigen), pochodzi tylko od
matki, ponieważ jest on kontrolowany przez gen mitochondrialny
Główną funkcją genów MHC jest determinowanie antygenów
leukocytarnych (ang. leukocyte antigens LA).
Główny układ zgodności tkankowej jest ogromnie
konserwatywnym regionem DNA, jego struktura i funkcje są
podobne u ludzi i wszystkich gatunków zwierząt. Umożliwia to
prowadzenie badań molekularnych MHC u jednego gatunku z
zastosowaniem sond molekularnych uzyskanych z DNA innego
gatunku.
Struktura i funkcje głównego układu zgodności tkankowej
U ludzi MHC jest odcinkiem DNA składającym się ze
specyficznych regionów genów kodujących trzy klasy białek —
klasę I, II i III, będących glikoproteinami. Ponieważ wiele białek
MHC zostało zidentyfikowanych metodą serologiczną, często są
one nazywane antygenami MHC. Białka (cząsteczki) MHC tak ze
względu na podobieństwo na poziomie struktury białka, jak i na
poziomie genów zaliczane są do nadrodziny immunoglobulin.
Mechanizm dziedziczenia układu zgodności tkankowej jest taki jak
w przypadku jednej pary alleli. Potomek otrzymuje od każdego
rodzica po jednym chromosomie z każdej pary chromosomów
homologicznych, a wraz z nim — haploidalny genotyp MHC
(haplotyp). Ponieważ MHC zawiera wiele genów oraz, jak już
wspomniano, układ ten cechuje ogromny polimorfizm,
w populacji istnieje bardzo duża liczba różnych haplotypów.
Zwłaszcza niektóre geny MHC, należące do klasy I i II są wysoce
polimorficzne. W wielu przypadkach polimorfizm ten jest wynikiem
konwersji genów, rzadziej mutacji punktowych, crossing over czy
rekombinacji wewnątrzgenowych.
W obrębie MHC znajdują się regiony szczególnie często
uczestniczące w rekombinacjach genetycznych.
Polimorfizm alleliczny obserwowany w loci MHC charakteryzuje się
tym, iż:
• liczba alleli w większości loci jest bardzo duża ( >50)
• allele często różnią się dużą liczbą mutacji punktowych typu
zmiany sensu, powodujących podstawienia aminokwasów w
cząsteczce MHC (> 20 dla loci klasy II i > 30 dla loci klasy I); w
większości innych systemów genetycznych allele różnią się
nielicznymi podstawieniami nukleotydów
• polimorfizm występuje głównie w odcinkach istotnych
funkcjonalnie, a więc w tych, które kodują miejsce wiązania
peptydów; zjawisko polimorfizmu w innych systemach genetycznych
częściej obserwowane jest w regionach, których znaczenie
funkcjonalne jest mniej istotne
• polimorfizm w obrębie MHC, co zostało już udowodnione, wpływa
na możliwość immunologicznego rozpoznania obcych białek.
Mimo iż początkowo uważano, że MHC pełni funkcję tylko w
odrzucaniu przeszczepu, obecnie wiadomo, że białka kodowane
przez ten region biorą udział w mechanizmach rozpoznania
immunologicznego, w tym także
w interakcji różnych komórek limfoidalnych oraz limfocytów i
komórek prezentujących antygen.
Cząsteczki MHC klasy I są obecne na powierzchni wszystkich
komórek jądrzastych i warunkują zachowanie się cytotoksycznych
limfocytów T, biorąc tym samym udział w reakcji przeciwko infekcji
wirusowej, a także w odrzucaniu przeszczepu. Cząsteczki te
składają się z dwóch łańcuchów polipeptydowych lekkiego i
ciężkiego. Łańcuch ciężki jest kodowany przez geny MHC,
natomiast związany z nim niekowalencyjnie łańcuch lekki β2mikroglobuliny jest determinowany przez gen znajdujący się poza
układem MHC.
Cząsteczki MHC klasy II, stwierdzane tylko na
powierzchni wyspecjalizowanych komórek układu
odpornościowego (makrofagi, komórki
dendrytyczne i limfocyty B), regulują
immunologiczne rozpoznanie antygenów za
pomocą limfocytów B iT. Cząsteczki te są
zbudowane z dwóch niekowalencyjnie
połączonych łańcuchów o podobnej budowie,
oznaczonych symbolami α i β, kontrolowanych
przez geny zlokalizowane w obrębie
MHC.Łańcuchy te, podobnie jak łańcuch ciężki
cząsteczki klasy I, składają się z trzech części:
zewnątrzkomórkowej N-końcowej, śródbłonowej i
wewnątrzkomórkowej.
Zarówno białka MHC klasy I, jak i klasy II prezentują
obcy peptyd (antygen) limfocytom T. Jednak cząsteczki
klasy I mogą wiązać jedynie krótki, złożony z kilku
aminokwasów peptyd. Natomiast białka MHC klasy II
mogą wiązać peptydy różnej długości, od kilkunastu do
ponad 20 aminokwasów.
Cząsteczki MHC klasy III wchodzą w skład układu
dopełniacza (komplementu). Zadaniem układu
dopełniacza jest uzupełnianie (dopełnianie) roli
przeciwciał w zakresie unieszkodliwiania antygenu. W
jego skład wchodzą białka surowicy i płynów
tkankowych, których jest łącznie z czynnikami
regulującymi około 30. Białka te są oznaczane literą C
(ang. complement) i liczbą. Białka C2, C4 i czynnik B
(BF) u ludzi są kontrolowane przez loci MHC klasy III.
Główny układ zgodności tkankowej człowieka
U ludzi MHC (HLA) znajduje się w krótkim ramieniu chromosomu
6, zajmuje łącznie około 4 mpz DNA (4 miliony par zasad), czyli
ponad 0,1% całego genomu. Częstość rekombinacji między
skrajnymi końcami tego kompleksu genów wynosi około 1%.
Klasyczne cząsteczki klasy I kodowane są przez 3 loci — HLA-A,
-B i –C, natomiast cząsteczki kontrolowane przez loci HLA-E, -F i
-G należą do nieklasycznych cząsteczek klasy I. Geny klasy II
HLA znajdują się w pięciu podklasach: DQ, DR DP, DOB/DNA i
DM przy czym trzy pierwsze kodują klasyczne cząsteczki klasy II,
podczas czwarta podklasa DOB/DNA, determinuje syntezę
nieklasycznych cząsteczek klasy II. Odkryty niedawno locus DM
jest nieco inny niż pozostałe, bowiem jego sekwencja jest w takim
samym stopniu podobna do genów klasy I, jak i do genów klasy II.
Cząsteczka MHC kodowana przez ten locus odgrywa szczególną
rolę
w prezentacji antygenów, co potwierdza fakt, iż komórki nie
wykazujące ekspresji tej cząsteczki mają upośledzoną zdolność
prezentacji antygenów.
Region klasy II HLA zawiera także geny, które strukturalnie nie należą do
genów klasy II. Najbardziej interesujące z immunologicznego punktu
widzenia są geny włączone w przetwarzanie własnych białek komórkowych.
Biorą one udział w proteolizie białek, m.in. białek transkrypcyjnych oraz białek
nieprawidłowych. Są to geny TAP1 i TAP2 kodujące peptydowe transportery,
przenoszące peptydy (pocięte białka) do siateczki śródplazmatycznej w celu
prezentacji ich przez cząsteczki klasy I MHC. Dwa inne geny LMP2 i LMP7
kodują podjednostki kompleksu białek cytoplazmatycznych nazywanych
proteasomami. O szczegónej roli proteasomu świadczy określanie go jako
„wewnątrzkomórkowego układu immunologicznego”.
Dotychczas wykryto 267 alleli klasy I HLA, 314 alleli klasy II i 40 alleli klasy
III. Ta liczba alleli wynika z ogromnego polimorfizmu genów MHC.
Stwierdzono na przykład, że geny HLA-A, -B, -DRB i -DPB występują w
postaci kilkudziesięciu alleli. Nieliczne z genów MHC, na przykład DRA, mają
tylko 2 allele. Jest pewnym paradoksem, iż cząsteczka DR jest kodowana
przez wysoko polimorficzny gen DRB (determinujący syntezę łańcucha β)
oraz dialleliczny gen DRA (kontrolujący syntezę łańcucha α).
Ponadto w obrębie HLA wykryto także kilkanaście pseudogenów, nie
podlegających transkrypcji (np. HLA kląsy II - DPB2 i DPA2) oraz geny
kodujące inne białka, m.in. geny dla 21-hydroksylazy (CYP21), białek szoku
cieplnego 70 (HSP70) i dwa geny dla czynnika martwicy nowotworu (TNFA i
TNFB).
Identyfikacja cząsteczek głównego układu zgodności
tkankowej
Określanie genotypu osobnika pod względem układu zgodności
tkankowej (haplotypu) może być przeprowadzane dwoma
podstawowymi sposobami:
1) za pomocą metod serologicznych, pozwalających na
identyfikację określonej cząsteczki (białka, antygenu) MHC,
2) poprzez analizę molekularną DNA, dzięki której możliwe jest
wykrycie obecności danego allelu MHC.
Do badań serologicznych wykorzystywane są surowice lub, od
pewnego czasu, przeciwciała monoklonalne. Natomiast
bezpośrednia identyfikacja genów MHC jest możliwa dzięki takim
technikom genetyki molekularnej, jak:
• hybrydyzacja z sondą komplementarną do danego allelu (ang.
allele specific oligonucleotides — ASO), poprzedzona amplifikacją
danego fragmentu DNA (PCR),
• metoda RFLP.
Cząsteczki MHC klasy II można również identyfikować w
mieszanej hodowli limfocytów (MLC).
Znaczenie głównego układu zgodności
tkankowej
Związek MHC z odpornością na choroby
Najważniejszą funkcją cząsteczek MHC jest
udział w odpowiedzi immunologicznej
organizmu na infekcje wewnątrzkomórkowe.
Rola głównego układu zgodności tkankowej w
odporności/podatności na wiele chorób
u ludzi jest przedmiotem intensywnie
prowadzonych badań. Znane są już powiązania
antygenów MHC z zapadalnością na różne
choroby.
Zarys przebiegu reakcji odpornościowej
W odpowiedzi na wniknięcie patogenów (wirusy, bakterie i pasożyty) do
organizmu układ immunologiczny reaguje w różny sposób, zależnie od rodzaju
patogenu i miejsca infekcji. Zasadniczą rolę w ich rozpoznaniu, bez względu na
to, czy są to antygeny zewnątrzkomórkowe czy wewnątrz komórkowe,
odgrywają cząsteczki głównego układu zgodności tkankowej. Przebieg reakcji
immunologicznej jest niezmiernie skomplikowany i jak dotychczas, nie do
końca został poznany. Obecna wiedza pozwala na przedstawienie jedynie w
zarysie przebiegu reakcji, zwłaszcza w odniesieniu do zakażenia
zewnątrzkomórkowego.
Cząsteczki MHC klasy I biorą udział w odpowiedzi układu
immunologicznego na wirusową infekcję wewnątrzkomórkową. W
zakażonej komórce białka wirusowe ulegają proteolizie (w cytosolu), czyli są
degradowane do peptydów. Peptydy te są następnie przekazywane do
siateczki śródplazmatycznej. W siateczce śródplazmatycznej są syntetyzowane
cząsteczki klasy I MHC. Tutaj też następuje związanie cząsteczki MHC z
peptydem, po czym powstały kompleks transportowany jest na powierzchnię
komórki, gdzie zostaje rozpoznany przez obecne w pobliżu limfocyty T
cytotoksyczne, nazywane inaczej zabijającymi, mające na powierzchni
cząsteczkę CD8. Limfocyty te uwalniają cytokiny hamujące replikację wirusów i
cytotoksyny, które zabijają zakażoną komórkę.
Cząsteczki MHC klasy II uczestniczą w reakcji przeciwko infekcji
zewnątrzkomórkowej, prezentując przede wszystkim obce
antygeny, które zostały pochłonięte przez wyspecjalizowane komórki
układu immunologicznego — komórki dendrytyczne, makrofagi lub
limfocyty B. Podczas infekcji bakteryjnej, jeśli bakterie zostaną
pochłonięte przez makrofagi, są rozkładane na peptydy w wakuolach
(endosomach). Peptydy te wiążą się z cząsteczkami MHC klasy II,
przedostającymi się z siateczki śródpiazmatycznej. Powstały
kompleks jest transportowany na powierzchnię komórki i tutaj
rozpoznawany przez limfocyty T CD4 typu zapalnego (Th1).
Limfocyty te nie niszczą komórek tak jak limfocyty T cytotoksyczne
(CD8), ale uwalniają limfokiny aktywujące komórkę do zwalczenia
infekcji. W określonych przypadkach, gdy jest zbyt mała liczba
limfocytów B zdolnych do rozpoznania antygenu (co może wystąpić
przy pierwszym zetknięciu się organizmu z danym antygenem) bądź
gdy fagocytowane cząsteczki lub bakterie są dużych rozmiarów,
makrofagi mogą pełnić rolę pośrednią, prezentując limfocytom B
cząsteczki po fagocytozie i wstępnej fragmentacji. Makrofagi
wchłaniają, degradują i prezentują wszystkie antygeny
Jeśli bakterie zostaną pochłonięte przez limfocyty B, w
odpowiedzi immunologicznej biorą udział limfocyty T CD4
pomocnicze, określane jako Th2. Dojrzały limfocyt B ma na swej
powierzchni przeciwciała IgM lub IgM i IgD, które służą jako
receptory antygenów. Obce białko rozpoznane przez limfocyt B
jest przekazywane do wakuoli (endosomów) i tam trawione na
krótkie peptydy. Następnie peptydy te są wiązane przez
cząsteczki klasy II, które dotarły tu z siateczki śródplazmatycznej.
Utworzony kompleks, po przedostaniu się na powierzchnię
komórki, jest rozpoznawany przez limfocyt pomocniczy T. Limfocyt
ten daje sygnał limfocytom B do proliferacji (namnażania) i
syntezy przeciwciał. Zaktywowane limfocyty B rozpoczynają
syntezę przeciwciał wtórnych (IgG, IgE lub IgA), które różnią się
od pierwotnych tylko strukturą łańcucha ciężkiego. Tak więc
wytwarzanie przeciwciał przez limfocyty B jest kontrolowane przez
cząsteczki MHC i limfocyty T. Zdolność cząsteczek MHC do
wiązania peptydów, a raczej ich pojemność jest różna. 1
cząsteczka MHC klasy I może związać około 1000 różnych
peptydów, natomiast klasy II może ich związać dwa razy więcej.
Cząsteczki MHC biorą także udział w usuwaniu własnych
białek pochodzących z komórek, które uległy apoptozie.
Apoptoza (gr. apoptosis — opadanie) jest to programowana
śmierć komórki, czyli jej fizjologiczna śmierć. Podczas tego
procesu komórka początkowo kurczy się i oddziela od sąsiednich
komórek, chromatyna ulega kondensacji na obrzeżach jądra,
wkrótce potem jądro, a następnie cała komórka pęka, a jej
fragmenty są trawione przez sąsiadujące komórki.
Genetyczna oporność na choroby
. Ostatnio coraz więcej uwagi poświęca się genetycznie
uwarunkowanej oporności na choroby. Oporność na choroby jest
definiowana jako właściwość organizmu uniemożliwiająca rozwój
choroby pomimo wniknięcia patogenu. Genetyczna oporność nie
obejmuje typowej odpowiedzi immunologicznej.
Mechanizm dziedziczenia genetycznej oporności na różne choroby
nie został jeszcze w pełni poznany. Na ogół jest to cecha
poligeniczna, chociaż w przypadku niektórych schorzeń
stwierdzono, iż oporność na nie zależy od pojedynczego genu o
dużym efekcie.
Ostatnio coraz więcej uwagi poświęca się
genetycznie uwarunkowanej oporności na
choroby. Oporność na choroby jest
definiowana jako właściwość organizmu
uniemożliwiająca rozwój choroby pomimo
wniknięcia patogenu. Genetyczna oporność
nie obejmuje typowej odpowiedzi
immunologicznej. Mechanizm dziedziczenia
genetycznej oporności na różne choroby nie
został jeszcze w pełni poznany. Na ogół jest to
cecha poligeniczna, chociaż w przypadku
niektórych schorzeń stwierdzono, iż oporność na
nie zależy od pojedynczego genu o dużym
efekcie.
Wybór cechy będącej wskaźnikiem oporności powinien być
przeprowadzony z uwzględnieniem pewnych kryteriów. Cecha ta
powinna:
• charakteryzować się dużą genetyczną zmiennością i
odziedziczalnością
• • być łatwa do mierzenia bez ponoszenia wysokich kosztów.
Gdy cecha — wskaźnik oporności jest już wybrana, należy
oszacować jej zmienność genetyczną. Umożliwi to poznanie
sposobu jej dziedziczenia. W przypadku gdy oporność na
chorobę jest cechą poligeniczną, następnym krokiem jest
oszacowanie parametrów genetycznych: odziedziczalności tej
cechy i jej korelacji genetycznej z innymi cechami istotnymi.
Informacje te mogą być przydatne w opracowaniu strategii
doskonalenia oporności. Jeśli okaże się, iż cecha oporności jest
warunkowana pojedynczym genem, celowe jest zmapowanie
tego genu, czyli określenie jego położenia w chromosomie,
następnie sklonowanie go i poznanie sekwencji nukleotydów.
Zasadniczym krokiem w badaniach genetycznej oporności jest
poszukiwanie sprzężeń między genetyczną opornością,
warunkowaną wieloma lub jednym genem, a markerami
genetycznymi, takimi jak antygeny erytrocytarne czy białka
polimorficzne (markery klasy I) lub niekodujące sekwencje DNA
(markery klasy II).
W opracowaniu strategii doskonalenia oporności genetycznej
wykorzystuje się zarówno metody tradycyjne, jak i techniki
inżynierii genetycznej.
• cechy eksterierowe (widoczne gołym okiem),
• cechy, które są określane za pomocą testów serologicznych lub
elektroforezy,
• cechy ustalane za pomocą badań molekularnych DNA.
Download