Лекция_10

Иммунодефициты
Первичные Вторичные
(врожденные) (приобретенные)
Неспособность высшего организма противостоять инфекции
Избегание патогеном действия иммунной системы

Многие инфекционные агенты существуют в нескольких антигенных вариантах.
Streptococcus pneumoniae – 84 серотипа = 84 варианта полисахаридной капсулы, каждый из которых распознается своим специфическим АТ. Будут вызывать заболевание у одного и того же организма при повторной инфекции отличающимся серотипом бактерии.
2. Антигенный дрейф и антигенная смена = Antigenic drift and antigenic shift
- вирусы
3. Запрограммированные перестройки в ДНК патогена - Trypanosoma brucei
Антигенные варианты позволяют патогенам избежать иммунологического надзора.
Внеклеточные патогены, устраняемые обычно с помощью АТ к поверхностным АГ.

Множественные антигенные варианты полисахаридной капсулы Streptococcus pneumoniae позволяют бактерии вызывать повторную инфекцию у уже переболевшего индивидуума

Антигенный дрейф (antigenic drift) и антигенный шифт/сдвиг (antigenic shift) у вируса гриппа
Antigenic drift антигенный дрейф
Точечные мутации в генах оболочечных белков гемагглютинина (H) и нейраминидазы (N), эпидемии средней силы – за счет перекрестно реагирующих АТ и Т-клеток памяти
Antigenic shift
Рекомбинация РНК (их 8 штук в геноме ) вируса гриппа человека и животного (птицы) , большие изменения в H и N
пандемия !

Для вируса гриппа типа А

Смена подтипов вируса гриппа А и связанные с ней пандемии и эпидемии человека
Антигенный шифт вызывает резкие изменения вируса и приводит к пандемии в популяции хозяина
«испанка»
Азиатский грипп

Запрограммированные перестройки в ДНК патогена
Trypanosoma brucei , простейшее, переносчик – муха цеце, у человека – в крови, результат – сонная болезнь, покрыт одним типом гликопротеина - variant-specific glycoprotein VSG, вызывает наработку АТ, эффективных против паразита.
Но: 1000 генов для VSG в геноме, один ген экспрессируется в каждый момент времени, переключение экспрессии VSG (частота 0.1% на клеточное деление) - генная конверсия, идет спонтанно – новый ген в активном сайте экспрессии (или активация нового сайта экспрессии)– появление нового антигена - запаздывание иммунной системы с ответом – болезнь иммунных комплексов, проходит гематоэнцефалический барьер, кома, как конечный результат заболевания
Трипаносома всегда на шаг впереди иммунного ответа!
несколько сайтов транскрипции,работает один

Бактерии имеют адгезины, позволяющие им или просто присоединяться к клетке (Neisseria gonorrhoeae, белок адгезии - пилин) , или проникать внутрь клетки (Salmonella sp.). IgG и IgA антитела к адгезинам могут блокировать адгезию и препятствовать колонизации бактериями поверхности клеток.
НО: у обоих видов несколько вариантов гена флагеллина (Salmonella typhimurium) или пилина (N. gonorrhoeae), но активен только один ген, перестройка ДНК – новый варианты под контролем промотора – имеющиеся антитела уже не блокируют адгезию.
IgA – анти-пилин
Запрограммированные перестройки в ДНК патогена в бактериях

Некоторые вирусы могут «исчезать» из видимости иммунной системы в латентный период - персистируют in vivo и не реплицируются. Herpes simplex virus/ Herpes zoster
Репликация вируса – появление в инфицированной клетке вирусных белков – выставление на поверхности в комплексе с MHCI – опознавание CD8+ Т-клеткой.
Нет репликации (латентный период) – нет опознавания иммунной системой, нет болезни. При первичной инфекции HSV– почти эффективный иммунный ответ, но часть вирионов «уходит» по тройничному нерву в ганглий –латентный период –провокация - «спуск» по аксону в эпителий - реинфекция .
Herpes simplex virus - HSV
1. В нейронах HSV слабо реплицируется - мало вирусных пептидов.
2. Низкий уровень экспрессии MHCI в нейронах.
Иммунная система «не видит» HSV в нейронах и не убивает их

На самом деле, в нервных ганглиях с персистирующим HSV есть CD8+ Т-клетки и CD68+ макрофаги, повышен уровень экспрессии цитокинов IFN-γ и TNF-α, c подавляющей репликацию HSV активностью.
Хронический воспалительный процесс в ганглиях с латентным HSV.
Но без повреждения нервных клеток!
CD8+ T клетки контролируют низкий уровень репликации вируса в нейронах через секрецию цитокинов
Иммуносупрессиия реактивация вируса

Каковы молекулярные механизмы избегания вирусом HSV нормального иммунного
ответа в клетках эпителия?
M. L. Oldham, R.K. Hite, A. Steffen, E. Damko, Z. Li, T. Walz & J. Chen, Nature. 2016
Небольшой белок (88 а.к.) вируса герпеса ICP47 связывается с белком-транспортером TAP и предотвращает перемещение пептидов из цитозоля в ЭПР.

ICP47 с высокой аффинностью (больше, чем у других пептидов) связывается с TAP со стороны цитозоля, с его центром связывания и «затыкает» его.
Комплексы TAP-ICP47
«Пустые» молекулы MHCI остаются в ЭПР, презентация вирусных пептидов нарушается

ICP47 в виде шпильки связывается с активным центром TAP и стабилизирует его в одном неактивном, «открытом» в цитозоль положении. TAP не может изменить конформацию и связать другие пептиды. TAP не может транспортировать ICP47 в цитозоль как другие пептиды из-за его большого размера (88 а.к.).

Вирус HSV имеет 1000 и 1 способ избегания иммунного ответа со стороны организма

Epstein-Barr virus EBV
Инфицирует В-клетки через СD21 и MHCII.
Первичная инфекция – или бессимптомно или инфекционный мононуклеоз. Большая часть вирусных белков (более 70) экспрессируется. CD8+ Т-клеточный иммунный ответ, CTL убивают инфицированные В-клетки
Латентная инфекция - В-клетки памяти (редко делятся), вирус не реплицируется, экспрессируется небольшая часть вирусных генов. EBNA-1 (Epstein-Barr Nuclear Antigen) взаимодействует с протеосомой, блокирует ее и предотвращает деградацию и презентацию собственных белков. Опухолевая трансформация В-клеток человека in vitro. Спонтанная опухолевая трансформация инфицированных EBV В клеток in vivo лимфома Беркита (подавлена экспрессия транспортеров TAP1/TAP2-подавлена презентация пептидов молекулами MHCI – CD8 СTL «не видят» опухолевые клетки)
= CD21

Некоторые патогены устойчивы к защитным механизмам хозяина или используют его в своих собственных целях
Micobacterium tuberculosis – захватываются макрофагами, но мешают слиянию фагосомы с лизосомой. Нужна помощь TH1.
Toxoplasma gondii – вырабатывает свои собственные везикулы, которые отделяют ее от содержимого клетки-хозяина
Listeria monocytogenes – внутриклеточная бактерия, в макрофагах ускользает из фагосомы в цитоплазму, размножается и передается напрямую в цитоплазму соседней клетки, похищая из цитоскелета и используя нити актина, т.о. избегает межклеточного пространства и воздействия антител. Но CTLs могут убивать инфицированные клетки.
Болезнь - листериоз

Врожденные иммунодефициты (более 100) –дефекты в генах, участвующих в контроле иммунного ответа
Общая особенность - в истории болезни частые инфекции начиная с очень раннего возраста
Бактериальные – страдает антительный ответ, комплемент
Вирусные – Т-клеточный ответ.
Врожденный и приобретенный иммунный ответ.
Возможность изучить молекулярную иммунологию человека. Лечение – пересадка костного мозга или редактирование генома стволовых клеток.

Дефекты в развитии Т- и В-клеток, вызывающие иммунодефициты. Дефекты Т-клеток – самые тяжелые
SCID – severe combined immunodeficiency, м.б. обусловлен мутациями в разных генах
X-linked SCID (XSCID) – мутация в гене гамма-цепи, общей для рецепторов к IL-2, IL-4, IL-7, IL-9,IL-15, IL-21, нарушение развития T- и NK клеток, “bubble boy disease”, количество (но не функция) B-клеток - нормальное
RAG дефицит – RAG1/RAG2 гены, нет V(D)J -рекомбиназы, нет V(D)J– перестроек, нет В- и Т-клеток, количество NK- нормальное – мыши SCID
Btk дефицит – нет тирозин-киназы, опосредующий сигналинг от pre-BCR – нет созревания В-клеток, нет ИГ
Много сцепленных с X-хромосомой – страдают мальчики

Синдром приобретенного иммунодефицита СПИД/AIDS
подавление иммунного ответа, вызванное инфекцией HIV (human immunodeficiency virus)
1981 – первое сообщение. Сейчас -35 млн. больных, каждый год заражается более 2 млн.
Причина смерти: оппортунистические инфекции, саркома Капоши, В-клеточная лимфома - как результат почти полной элиминации CD4+ клеток
Инфекционный агент у человека – ВИЧ /HIV-1 and HIV-2
у макаки - SIV
У человека – от шимпанзе?
Две стадии – острая инфекция
- хроническая инфекция

Пути попадания HIV в организм человека:
Через слизистую половых путей – основной путь
С кровью (через шприц б/у, при переливании крови и т.д.)
От инфицированной матери к ребенку при рождении или с грудным молоком (частота - 11%-60%)
+ при проведении диагностических процедур
Не ясно, как вирус проходит эпителиальный барьер, нужно большое количество контактов, при физическом повреждении или при инфекциях прохождение облегчается.
Начинается с одной вирусной частицы, которая высоко эффективно заражает СD4+ T-лимфоцит в слизистой через рецептор CD4 и хемокиновый ко-рецептор CCR5 (CXCR4), который экспрессируется в основном на CD4+ T-клетках памяти, макрофагах и дендритных клетках. Далее – размножение в клетках лимфоузла и распротранение с кровью по всему организму. Потомство этой частицы может заражать лимфоидные и миелоидные клетки с одинаковой эффективностью. Делеция по CCR5 (1% людей европейского происхождения в США) – почти полное отсутствие заражения. Заражение – через Т-лимофиты, макрофаги, дендритные клетки.

HIV – ретровирус, подгруппа лентивирусов (лат. Lentus – медленный) HIV проникает в Т-клетки человека через CD4-рецептор и свой оболочечный белок gp120. Хемокиновые рецепторы ССR5 (чаще) и CXCR4 на клетках человека используются HIV для заражения как ко-рецепторы. Оболочечный белок gp41 - слияние вирусной оболочки с мембраной клетки-хозяина. ССR5 –тропный вирус заражает CD4+ Т-клетки памяти и макрофаги всегда при первом заражении, CXCR4 –CD4+ Т-клетки памяти, наивные CD4+ Т-клетки, макрофаги

Вирус HIV заражает CD4+ Т-клетки. Элиминация CD4+ Т-клеток (цитопатический эффект вируса, апоптоз, CD8+ Т-клетки) – основная причина СПИДа.

Темная фаза – вирус не детектируется в плазме крови (ниже 102 в.ч./мл)
Пик виремии – вирус и зараженные клетки доходят до лимфоузлов, где встречают активированные CD4+CCR5+ T-клетки. Помогают в распространении вируса дендритные клетки через DC-SIGN рецептор и В-клетки через СR2 (CD21). Вирус быстро реплицируется в активированных Т-клетках и доходит до GALT - основной резервуар ВИЧ. Виремия – до 106 в.ч./мл. Количество CD4+ в крови очень низкое, затем нормализуется, в GALT – остается низким. Активация адаптивного иммунного ответа, сопровождается ранним и активным апоптозом Т- и В-клеток. СD8+ Т-клеточный ответ – функционально нормальный в острой фазе инфекции, позволяет снизить вирусную нагрузку, но функционально истощенный – в хронической фазе.
Антигенный дрейф и, как следствие, смена иммунодоминантного эпитопа – основная причина ускользания вируса HIV от иммунного надзора и хронизации заболевания
virus escape
Пик Т-кл.ответа
Острая и хроническая фаза ВИЧ-инфекции

Первые нейтрализующие антитела возникают 12 недель спустя начала инфекции, ограничены по спектру эпитопов – реагируют только с определенными штаммами и позволяют вирусу «ускользать» от иммунного ответа. Широко нейтрализующие антитела, реагирующие со многими штаммами, редки и возникают после 20-30 месяцев в хронической стадии инфекции, в результате соматического гипермутагенеза V-генов ИГ в зародышевых центрах, реагируют также с собственными АГ. Медленно развивается Т-зависимый В-клеточный ответ (функция CD4 Т-клеток нарушена, толерантность В-клеток к собственным АГ, массивный В-клеточный апоптоз и потеря 50% зародышевых центров в GALT в острую фазу инфекции).
Здесь должна работать вакцина, предотвращая элиминацию CD4+ Т-клеток и хроническую активацию всей иммунной системы
Естественный иммунный ответ слишком мал и наступает слишком поздно, чтобы элиминировать HIV – из-за потери CD4+ T-клеток

Вакцина против ВИЧ должна обеспечивать присутствие широко нейтрализующих антител в плазме и слизистых

Антигенный дрейф и функциональное истощение CTLs – основные причины неспособности иммунной системы человека элиминировать ВИЧ

~ через 30 дней вирус-специфические ЦТЛ
Env and Nef, whereas Gag-specific and Pol-specific responses tend to arise later. Epitope changes are
rapidly optimized for the fittest variants and occur through three main mechanisms: mutations that affect HLA allele binding; mutations that affect TCR recognition; and mutations that affect epitope processing, which can also occur in sequences flanking the actual T cell epitope.
Хроническая фаза HIV-инфекции

Хроническая фаза ВИЧ-инфекции
Результат хронической антигенной стимуляции CD8+ T-клеток и, как следствие, повышенной экспрессии ингибирующих рецепторов – PD-1, TIM-3, CTLA-4, LAG-3. Функциональное истощение СD8+ клеток, неспособность размножаться и выполнять свои цитотоксические функции (снижено содержание перфорина и гранзима В в цитолитических гранулах, снижена продукция IL-2 и IFN-γ). Одна из причин неспособности иммунной системы элиминировать вирус из организма. Функциональное истощение не является необратимым.

PD1 - №1 в функциональном истощении Т-клеток, основной регулятор. ITIM-содержащий рецептор, экспрессия всегда повышается при активации T-клеток, после взаимодействия TCR c лигандом, в нормальных условиях – для ограничения «сверх-активации» и поддержания толерантности к «своим» антигенам. Механизм истощения через PD1 наиболее вероятный – рекрутирует фосфатазы и подавляет сигналинг через TCR.
Блокирование сигнального пути PD1-PD-L1 с помощью антител восстанавливает эффекторные функции Т-клеток и уменьшает вирусную нагрузку и опухолевую нагрузку.
Анти-PD1 антитела в 2014 - больше в иммунотерапии опухолей.

Около 1% ВИЧ-зараженных – «элит-контроллеры» или «элит-нон-прогрессоры» или «элит-супрессоры».
Без ретровирусной терапии – вирусная нагрузка не выше 100в.ч./мл в течение долгого времени. СПИД не развивается, уровень CD4+ клеток нормальный.
Связь с определенными аллелями MHC I. Причины не ясны.
HlA alleles HlA‑B*5701, HlA‑B*5703, HlA‑B*5801 HlA‑B27 and HlA‑B51 ассоциированы с хорошим контролем ВИЧ-инфекции и медленным развитием СПИД.

ССR5del
Это теперь не зазорно!
2008. Timothy Brown, also known as the «Berlin patient»
1995 – ВИЧ
2006 – лейкемия
2007 – пересадка костного мога
2008 – ВИЧ не определяется, АТ нет