Система естественных киллерных клеток

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИГИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «ВИТЕБСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ, ВИРУСОЛОГИИ И ИММУНОЛОГИИ

Реферат

«Система естественных киллерных клеток»

Подготовила: студентка 2 курса

Лечебного факультета группы

Проверила: Зубарева И.В.

Витебск,

Оглавление

1. NK: общая характеристика

2. Цитотоксическое действие nk-клеток на клетки-мишени

3. Новый тип иммунных клеток, способных уничтожать опухоли

4. Рецепторы, с помощью которых nk-клетки детектируют клетки-мишени

5. Nkt-лимфоциты

1. NK: общая характеристика

киллер клетка мишень опухоль

Нормальные киллеры или NK (от англ. natural killer ) - это большие зернистые лимфоциты с характерной морфологией: основная часть обильной цитоплазмы содержит несколько митохондрий , свободные рибосомы с отдельными элементами шероховатого эндоплазматического ретикулума , аппарат Гольджи и характерные электроноплотные гранулы, связанные с мембраной. Большие зернистые лимфоциты с активностью нормальных киллеров выполняют цитотоксические функции, также как и цитотоксические T- лимфоциты ( рис. 2.16 "Уничтожение инфицированных вирусом клеток. Помимо механизма действия NK показан механизм действия цитотоксических T- лимфоцитов , которые прикрепляются к мишени в результате специфического узнавания поверхностного антигена , связанного с молекулами MHC класса I ").

Основная обязанность киллерных клеток - выявлять и уничтожать собственные клетки организма, в которых что-то нарушилось: они убивают опухолевые клетки и клетки, зараженные вирусами (а также, возможно, и другими чужеродными агентами).

Нормальные киллеры (НК-клетки) у человека составляют примерно 5% лимфоцитов периферической крови. Чаще всего они имеют фенотип CD3-CD16+CD56+CD94+ и гаметное (неперестроенное) расположение генов. Таким образом, хотя НК относятся к лимфоидным клеткам, они лишены маркеров Т- и В-лимфоцитов.

Полагают, что NK узнают определенные структуры высокомолекулярных гликопротеинов, которые экспрессируются на мембране инфицированных вирусом клеток. Узнавание клетки-мишени и сближение с ней происходит за счет рецепторов NK. В результате NK активируются, и содержимое гранул выбрасывается во внеклеточное пространство. Возможно, главная роль здесь принадлежит перфорину (цитолизину), имеющему некоторое структурное сходство с компонентом комплемента C9 (антитела к перфорину подавляют внеклеточное уничтожение). Перфорин встраивается в мембрану клетки- мишени и образовывает трансмембранные поры, что приводит к гибели клетки, поскольку содержимое клетки вытекает через эти поры. Кроме того, гранулы NK содержат две сериновые протеинкиназы, которые могут функционировать как цитотоксические факторы, но не вполне ясна их роль в NK-зависимом лизисе. Хондроитинсульфат A - протеогликан, устойчивый к протеинкиназам - тоже обнаружен в NK и может защищать эти клетки от автолиза.

При распознавании мишени НК-клетки способны как к "положительному", так и к "отрицательному" распознаванию.

В отличие от T-киллеров НК-клетки несут рецепторы подавления цитотоксичности ( KIR , англ. killer inhibitory receptor). При отрицательном распознавании взаимодействуя с молекулами MHC класса I на клетке-мишени, эти рецепторы дают инфицированной клетке сигнал торможения ее цитотоксической активности. Положительное распознавание происходит когда на клетках-мишенях отсутствует экспрессия молекул MHC, и взаимодействие НК-клеток с инфицированными клетками происходит с участием их собственных (НК-клеток) особых рецепторов, в частности CD2 и CD69 , или антител , с которыми они связываются через рецептор для Fc ( CD16 ). Связывание НК с антителами, образовавшими иммунные комплексы с антигенами на поверхности клеток-мишеней, интерпретируется как проявление киллерной клеточной активности, или антителозависимой клеточной цитотоксичности . К примеру вирусы герпеса пытаются избежать распознавание T-киллерами, подавляя экспрессию молекул MHC класса I на поверхности инфицированных клеток; однако в этом случае вирус распознают НК-клетки.

Следовательно, цитотоксические T-клетки (T-киллеры) и НК-клетки можно рассматривать как два взаимодополняющих инструмента иммунитета против вирусной инфекции тканей.

Набор клеток, подвергающихся литическому действию НК, достаточно широк. Это ряд вирусинфицированных и опухолевых клеток; клетки, на поверхности которых представлены цитофильные антитела; эмбриональные клетки.

Точное происхождение NK до сих пор остается неясным. Они происходят, в основном, из больших гранулярных лимфоцитов (БГЛ) . Несмотря на то что НК морфологически напоминают лимфоциты или лимфобласты , их гистогенетическая связь с Т- или В-лимфоцитами не установлена. Вероятно, НК относятся к самостоятельной линии дифференцировки, хотя на самых ранних этапах развития у них имеется общий с лимфоцитами предшественник. В отличие от лимфоцитов, НК не имеют антигенраспознающих рецепторов, не увеличиваются количественно после взаимодействия с чужеродным (например, вирусным) антигеном и не спрособны к формированиюиммунологической памяти . При этом их активность повышается под влиянием цитокинов Т-клеток и, в первую очередь, интерферона-гамма .

Одной из характеристик НК является наличие Fc-рецептора .

NK-лимфоциты играют важную роль в противовирусном и противоопухолевом иммунитете и участвуют в отторжении трансплантата. Снижение цитотоксической активности NK-лимфоцитов выявляется при многих заболеваниях, в том числе при злокачественных новообразованиях , а отсутствие наблюдается крайне редко.

2. Цитотоксическое действие nk-клеток на клетки-мишени

NK-клетки оказывают цитотоксическое действие на опухолевые и инфицированные вирусами клетки с помощью механизмов, сходных с теми, которые используют CD8+ЦТЛ.

В цитоплазме NK-клеток содержатся многочисленные гранулы, содержащие перфорин и грэнзимы. В отличие от CD8+ЦТЛ, у которых формирование гранул происходит после их активации, NK-клетки и в покоящемся состоянии содержат в своей цитоплазме секреторные гранулы. Поэтому морфологически они представляют собой большие гранулярные лимфоциты. После прикрепления NK-клетки к клетке-мишени с помощью соответствующих рецепторов в клетку поступает достаточно сильный активационный сигнал, и она отвечает дегрануляцией. В месте межклеточного контакта выделяются перфорин и грэнзимы, которые вызывают апоптоз клетки-мишени (аналогично CD8+ЦТЛ). В отличие от CD8+ЦТЛ, синтезирующих TNF-в (лимфотоксин), NK-клетки продуцируют TNF-б, который также содержится в секреторных гранулах и может индуцировать апоптоз клеток-мишеней, экспрессирующих на своей поверхности рецепторы к этому цитокину.

Возможна также прямая клеточная цитотоксичность, не опосредованная действием цитокинов. Она обусловлена тем, что NK-клетки содержат на своей поверхности Fas-лиганд (мембраносвязанная форма TNF) и легко индуцируют апоптоз клеток-мишеней, экспрессирующих на своей поверхности Fas-рецепторы. Необходимо отметить, что распознавание клеток-мишеней NK-клетками не рестриктировано по белкам МНС. Поэтому во многих случаях цитотоксическая активность этих клеток одинакова как по отношению к сингенным, так и к аллогенным опухолям. Кроме того, цитотоксическая активность NK-клеток не снижается при уменьшении экспрессии белков МНС I класса, характерном для некоторых опухолей.

Важность участия NK-клеток в противоопухолевом иммунитете подтверждается исследованиями больных с синдромом Чедиака-Хигасси, при котором имеет место генетический дефект, вызывающий значительное повреждение NK-клеток. У таких больных отмечено возрастание частоты определенных типов злокачественных опухолей.

Как уже упоминалось, NK-клетки с фенотипом CD56+16+, имеющие на своей поверхности Fc-рецепторы к IgG, участвуют в осуществлении антителозависимой клеточной цитотоксичности (АЗКЦТ). IgG своими Fab-фрагментами связывается с антигенными детерминантами на поверхности клеток-мишеней, а с помощью Fc-фрагмента прикрепляется к Fc-рецептору на поверхности NK-клеток. В результате через Fc-рецептор стимулируется дегрануляция этих клеток. Выделяющиеся перфорин, грэнзимы и TNF-б индуцируют гибель антигенно чужеродных клеток. Показано, что большинство NK-клеток способны участвовать в АЗКЦТ.

Этот механизм сочетает в себе элементы адаптивного (участие антител) и врожденного (участие NK-клеток) иммунитета. Помимо NK-клеток, в АЗКЦТ могут участвовать и другие клетки системы врожденного иммунитета - макрофаги, нейтрофилы и эозинофилы. При дегрануляции, индуцированной через Fc-рецепторы, нейтрофилы, эозинофилы и отчасти макрофаги выделяют литические ферменты, разрушающие мембраны клеток-мишеней. Гранулы макрофагов содержат также TNF-б, индуцирующий апоптоз.

NK-клетки вовлечены в раннюю фазу иммунного ответа на инфицирование вирусами и внутриклеточными бактериями. Активность этих клеток стимулируется IFN-б, IFN-в и ИЛ-12, которые выделяются инфицированными клетками, а также активированными через Толл-подобные рецепторы макрофагами и дендритными клетками. В случае вирусной инфекции уровень этих цитокинов быстро повышается, за ним следует повышение числа NK-клеток в очаге инфекции, достигая максимума на 3-й день. Они сдерживают прогрессирование инфекции, пока не произошло образование CD8+ЦТЛ. После того, как численность CD8+ ЦТЛ достигает максимума (на 7-10 день после инфицирования), титр вируса быстро снижается (до 0 на 11-12 день).

Это свидетельствует о том, что NK-клетки являются первой линией защиты против вирусов (убивая инфицированные клетки и подавляя их размножение с помощью IFN-г) в течение времени, необходимого для активации, пролиферации и дифференцировки пЦТЛ в CD8+ЦТЛ. При этом NK-клетки с помощью IFN-г способствуют индукции адаптивного иммунного ответа, так как данный цитокин стимулирует дифференцировку Тх1, которые являются ключевыми клетками, вызывающими формирование пула эффекторных CD8+ЦТЛ.

3. Новый тип иммунных клеток, способных уничтожать опухоли

В результате работы, проведенной американскими и французскими исследователями, были обнаружены мышиные иммунные клетки, одновременно выполняющие функции посредников и киллеров. Если удастся идентифицировать подобные клетки у человека, они могут быть использованы в терапии, направленной на обнаружение и уничтожение опухолей. Ученые считают, что эти клетки, получившие название продуцирующих интерферон киллерных дендритных клеток (IKDC), не были обнаружены ранее в силу своей крайней малочисленности - они составляют не более 1/10 общего числа дендритных клеток селезенки. Функционирование иммунной системы основано на взаимодействии клеток разных типов. Одними из первых на пути поражающих организм бактерий или опухолевых клеток появляются натуральные киллеры (НК). Эти клетки уничтожают захватчиков, разрушая их мембрану. НК синтезируют молекулы, которые информируют о произошедшем вторжении другие клетки иммунной системы, в том числе дендритные клетки. Дендритные клетки, в свою очередь, передают сигнал тревоги дальше. При изучении одного из типов дендритных клеток исследователи университета Джонса Хопкинса заметили, что на их мембране присутствуют молекулы, считающиеся маркерами НК. Оказалось, что эти клетки являются своего рода гибридами, несущими молекулярные характеристики как НК, так и дендритных клеток и синтезирующие биологически активные вещества, характерные для обоих типов клеток. В начале своего жизненного пути IKDC ведут себя как обычные НК, но после встречи с патогеном они превращаются в дендритные клетки. Обратный процесс превращения из дендритной клетки в НК не наблюдался. Как оказалось, IKDC в виде натуральных киллеров содержатся в крови, слизистой кишечника, печени и других органах - везде, где возможен контакт с патогенами. После взаимодействия с чужеродными агентами значительная часть трансформированных IKDC перемещается в лимфатические узлы. Французская группа из института им. Густава Росси вводила мышам противоопухолевый препарат Гливек (Gleevec), блокирующий патологический белок, синтезируемый опухолевыми клетками, и фактор роста НК. Комбинация Гливек/фактор роста служила своего рода приманкой для IKDC. При этом опухоли у мышей, которым были сделаны параллельные инъекции IKDC, существенно уменьшились в размерах, чего не произошло при введении животным обычных натуральных киллеров. В настоящее время исследователи активно занимаются поисками клеток-аналогов у людей. Обнаружение таких клеток откроет новые возможности лечения инфекционных и онкологических заболеваний.

4. Рецепторы, с помощью которых nk-клетки детектируют клетки-мишени

NK-клетки осуществляют распознавание потенциальных клеток-мишеней, используя специальные клеточные рецепторы, с помощью которых они опознают аномалии клеточной поверхности, такие как снижение или отсутствие экспрессии молекул МНС I класса, необычный профиль поверхностных антигенов, экспрессированных на некоторых опухолевых и инфицированных вирусами клетках, а также повышенное содержание индуцированных клеточным повреждением молекулярных мишеней на клеточной поверхности.

Детектирование клеток-мишеней NK-клетки осуществляют с помощью двух типов рецепторов - активационных и ингибиторных.

Осуществление цитотоксического действия на опухолевые и инфицированные вирусами клетки требует прямого контакта атакующих NK-клеток и клеток-мишеней. Для этого NK-клетки должны обладать механизмом, направляющим их цитотоксическое действие на аномальные клетки и защищающим нормальные. Выполнение этого двойного требования и обеспечивается двумя наборами рецепторов: ингибиторными и активационными.

Ингибиторные рецепторы подавляют цитоксическое действие NK-клеток путем связывания с белками МНС I класса или другими поверхностными молекулами, постоянно экспрессирующимися на нормальных здоровых клетках.

Активационные рецепторы, напротив, индуцируют цитотоксическое действие NK-клеток путем связывания с молекулярными структурами, которые индуцируются клеточным повреждением или кодируются встроенными в геном клетки-мишени генами вирусов или онкогенами.

У человека ингибиторные и активационные рецепторы относятся к суперсемейству иммуноглобулинов и называются KIR-рецепторами (от Killer cell-Ig-like Receptors). KIR-рецепторы NK-клеток являются разновидностью так называемых паттерн-распознающих рецепторов (ППР) врожденного иммунитета, к которым также относятся Толл-подобные рецепторы и NOD-рецепторы. KIR-рецепторы кодируются генами, расположенными в 19-й паре хромосом. В их составе содержится 2 или 3 внеклеточных домена и несколько внутриклеточных, с помощью которых (в зависимости от их структуры) KIR-рецепторы могут подавлять или активировать цитотоксичность NK-клеток. У мышей аналогом KIR-рецепторов являются лектиноподобные рецепторы.

Активация NK-клеток определяется суммарным воздействием на эти клетки активационных и ингибиторных рецепторов, величина этой активации определяется динамическим балансом активирующих и ингибирующих сигналов, обеспечиваемых через эти рецепторы.

Ингибиторные KIR-рецепторы распознают различные варианты полиморфных молекул МНС I класса, а также подобные им по строению вирусные белки. Так как практически все клетки экспрессируют молекулы МНС I класса, ингибирование цитотоксической функции NK-клеток через эти рецепторы является одним из наиболее важных механизмов для предотвращения разрушения нормальных клеток организма NK-клетками. Снижение или полное отсутствие экспрессии молекул МНС I класса (характерное для опухолевых клеток и клеток, инфицированных некоторыми вирусами, которые блокируют эту экспрессию) уменьшает или полностью отменяет ингибирующий сигнал. Это смещает баланс в сторону преобладания активационных сигналов, что стимулирует цитотоксичность NK-клеток.

Таким образом, активационный порог NK-клеток в конечном счете определяется уровнем экспрессии молекул МНС I класса на клетках хозяина. Клетки, экспрессирующие нормальные уровни неизмененных молекул МНС I класса, как правило, избегают всех видов цитотоксического действия NK-клеток.

Активационные KIR-рецепторы более многочисленны, чем ингибиторные. Основные активационные рецепторы NK-клеток распознают либо собственные модифицированные повреждением молекулы, либо белки, кодируемые вирусными генами или онкогенами.

Одной из важных групп индуцированных клеточным повреждением лигандов активационных KIR-рецепторов являются молекулы МНС I класса, экспрессия которых нарушена повреждением или стрессом, а также связанные с молекулами МНС I класса стресс-индуцированные белки.

Другая группа лигандов представлена вирусными белками (такими как гемагглютинины вируса гриппа), продуктами онкогенов, а также пептидами патогенов, например, M. tuberculosis. В этой роли могут также выступать МНС-подобные вирусные белки.

Дополнительные сигналы, активирующие NK-клетки, могут быть обеспечены цитокинами, в первую очередь IFN-б,в, TNF-б, ИЛ-12 и ИЛ-15. Активации NK-клеток при вирусной инфекции может способствовать также наличие TLR3 рецепторов в их цитоплазме [6,9,15].

Дефицит активационных сигналов, снижая цитотоксическую функцию NK-клеток, может способствовать развитию рака, вирусных инфекций и накоплением в организме поврежденных, нефункциональных клеток. В то же время дефекты ингибиторной сигнализации могут вести к индукции цитотоксической активности NK-клеток против нормальных клеток организма хозяина.

В генетических исследованиях установлено, что определенные комбинации KIR-рецепторов и белков МНС хозяина ассоциированы с репродуктивными нарушениями, такими как частые спонтанные выкидыши или преэклампсия. Некоторые комбинации KIR-МНС способны замедлить прогрессию определенных инфекционных заболеваний, таких, например, как СПИД и цитомегаловирусная инфекция. Установлено также, что одни комбинации KIR-МНС ускоряют прогрессию опухолей цервикального канала, индуцированных вирусом папилломы, другие, напротив, замедляют ее. Выявлены определенные комбинации KIR-МНС, способствующие прогрессии злокачественной меланомы.

Показано, что некоторые комбинации KIR-МНС коррелируют со снижением ингибиторных сигналов и ведут к более быстрому и интенсивному развитию таких аутоиммунных заболеваний, как диабет I типа и псориатический артрит.

5. Nkt-лимфоциты

NKT-клетки (англ. Natural Killer T-cell) рассматривают как высококонсервативную неклассическую субпопуляцию Т-лимфоцитов, зависимую от CDld -- неклассической антигенпрезентирующей молекулы главного комплекса гистосовместимости класса I. Цитотоксичность NKT-клеток, так же как NK-клеток, опосредуется через рецепторы, кодируемые множественными зародышевыми генами. NKT-лимфоциты относятся к уникальной популяции Т-клеток, которые экспрессируют одновременно TCR и лектиновые рецепторы С-типа, характерные для NK-клеток. NKT-клетки распознают гликолипидные антигены. Считают, что NKT-лимфоциты развиваются в тимусе из гемопоэтических предшественников и в процессе формирования их а- и р-цепей происходит инвариантная перегруппировка генов TCR (Va24-Jal8 у человека и Va24-Ja у мыши). Важную роль в их развитии играют стромальные клетки тимуса. Лиганд Val4 NKT клеток человека -- гликосфинголипид a-галактозилцерамид (aGalCer), нрезентируемый молекулами CDld, которые подобны MHC-I. Связывание TCR приводит к быстрой выработке провоспалительных цитокинов, влияющих на другие иммунные клетки, в том числе на NK-, Т- и В-лимфоциты, ДК. Выявление NKT-клеток возможно с использованием тетрамеров, которые сконструированы из молекул CDld и aGalCer, выделенного из морских губок. Рецептор NKT-клеток распознает гликосфинголипиды грамотрицательных бактерий Sphyngomonas, не содержащих ЛПС. NKT-клетки обнаруживаются в различных органах, включая тимус, селезенку, печень, костный мозг; их мало в лимфатических узлах и слизистой оболочке кишечника (единичные). NKT-клетки могут мигрировать в зону воспаления. Содержание NK-, NKT- и Т-клеток памяти повышено в печени, где их рассматривают как внутрипеченочные лимфоциты. У мышей больше 30% лимфоцитов в печени составляют NKT-клетки. В других тканях они составляют 0,1-1,0% от отбщего числа лимфоцитов. У человека NKT-клеток меньше, чем у мышей, и уровень их варьирует от индивида к индивиду. Так, в тимусе они составляют приблизительно 0,001% тимоцитов, а в печени -- около 1% лимфоцитов. Таким образом, помимо эффекторной, NKT-лимфоциты выполняют важную иммунорегуляторную функцию во врожденном и адаптивном иммунном ответе.

Литература

1. http://medicalplanet.su/oncology/funkcii_nk-kletok.html

2. http://meduniver.com/Medical/Physiology/1967.html

3. http://humbio.ru/humbio/immunology/imm-gal/000cdf77.htm

Размещено на Allbest.ru