Слайд 1Онтогенез Т-лимфоцитов
антигенНЕзависимое созревание
МАПО
Санкт-Петербург
2007 год
Слайд 5Клетки-предшественники – претимоциты
мигрируют в тимус из кроветворных органов
печени эмбриона
и
костного мозга взрослых
в ответ на хемотаксический сигнал, который
обеспечивается гуморальными продуктами тимоэпителиальных клеток (ТЭК) (преимущественно хемокинами)
Слайд 8Внутреннее пространство тимуса ограничивают ТЭК
Детали этих взаимодействий не изучены
Молекулы
CD44 и 1-интегрина, экспрессируемые тимоцитами рассматриваются в качестве «рецепторов хоминга»
в тимус
Слайд 9Кортикальные дендритные эпителиальные клетки
Кортикальные эпителиальные клетки
Интердигитирующие дендритные клетки
Медуллярные эпителиальные клетки
Слайд 10Этапы развития Т-клеток в тимусе
1 стадия - ранние протимоциты
CD44+CD25-CD3-
CD44-CD25+CD3-
CD44-CD25+CD3low
CD44-CD25- CD3low
Реаранжировка
-гена ТКР
Экспрессия про-ТКР
Реаранжировка -гена ТКР
Экспрессия ТКР
Субкапсулярная зона
CD4-CD8-CD2+CD7+
Слайд 11CD4+CD8+ (CD4+CD8+CD3lo)
Первичный антигенраспознающий репертуар ТКР
включает практически все «нужные» специфичности, т.е.
рецепторы, обладающие сродством к молекулам ГКГС, комплексированным с пептидами
Положительная селекция:
отбор тимоцитов,
несущих низкоаффинные ТКР и способных распознавать комплексы «своих» молекул ГКГС с любыми пептидами
Такая проверка осуществляется при контакте тимоцитов с поверхностными молекулами кортикальных ТЭК
И обеспечивает выживание и пролиферацию клонов тимоцитов, которые несут соответствующие ТКР (остальные клоны гибнут)
(CD4+CD8+CD3hiCD6)
Этапы развития Т-клеток в тимусе
2 стадия - кортикальная зона
Слайд 12CD4+CD8+CD3hiCD6
деление CD4+/CD8+
CD4-CD8+CD3hi
CD4+CD8-CD3hi
Кортикально-медулярная зона и медулярная
зона
Отрицательная селекция:
Уничтожение тимоцитов с экспрессией ТКР с повышенной аффинностью к
собственным антигенам
Слайд 13На этом этапе выбраковываются тимоциты, способные распознавать «свои» молекулы МНС,
несущие аутологичные пептиды
Выбраковка осуществляется путем индукции апоптоза аутоспецифических клеток
Выживают клетки,
распознающие чужеродные пептиды в комплексе с аутологичными молекулами МНС
В процессе дальнейшего развития тимоцитов меняется экспрессия молекул адгезии, с помощью которых они взаимодействуют с ТЭК на всех этапах дифференцировки тимоцитов
Слайд 14Именно взаимодействие с ТЭК определяют основные события, связанные с развитием
тимоцитов
Клетки-предшественники, мигрирующие в тимус могут развиваться не только в Т-лимфоциты,
но и в
миелоидные клетки,
В-лимфоциты,
дендритные и
НК-клетки
Слайд 15Возможности предшественников Т-лимфоцитов сужаются по мере продвижения по стадиям развития
Окончательная
специализация в направлении Т-ряда устанавливается на стадии CD44+CD25+, когда начинается
наиболее ответственный процесс на пути развития Т-клеток - перестройка генов антигенраспознающего рецептора, ТКР
Слайд 16Пусковые механизмы этого события пока не
раскрыты.
Показано участие в их
запуске
ИЛ-1, ИЛ-7 и других гуморальных факторов,
но не вызывает
сомнений ведущая роль (по
крайней мере при формировании зрелых
генов - и -цепей ТКР) неизвестных
сигналов со стороны ТЭК
Слайд 17Ключевым событием при этом является экспрессия генов RAG1 и RAG2,
катализирующих начальные этапы перестройки генов
Гены различных цепей перестраиваются последовательно,
перестройка - и -генов происходит практически одновременно и предшествует перестройке -гена
Слайд 18Перестройке -гена предшествует «- селекция» - означающая «проверку» правильности формирования
«проторецептора», содержащего - цепь и пре--цепь
Контроль осуществляется с участием молекул
ТЭК CD81 и CD27 и выражается в индукции пролиферации клеток с нормально экспрессированным проторецептором
Слайд 19Лишь после этого вновь индуцируется экспрессия RAG1 и RAG2 и
начинается перестройка гена -цепи ТКР
После ее завершения на поверхности тимоцитов
экспрессируется ТКР -типа
Слайд 20Клетки, сформировавшие рецептор δ-типа, не нуждаются в тимусном микроокружении и
рано покидают тимус
-Т-клетки превращаются в CD4+CD8+ тимоциты, подвергаются положительной и
отрицательной селекции и следующим этапам дифференцировки
Слайд 21Отрицательная селекция тимоцитов и образование субпопуляций Т-лимфоцитов
CD4+CD8+CD3hibcl-2-
Контакт с ДК
и ТЭК, способных распознавать «свои» молекулы МНС, несущие аутологичные пептиды
не распознают аутологичный комплекс
CD4+CD8+CD3+ bcl-2-
CD4+CD8+CD3+ bcl-2+
Апоптоз
Образование субпопуляций
Слайд 22CD4+CD8+CD3+ bcl-2+
Контакт с медуллярными МНС I / II+ ТЭК
Распознает МНС-II-пептидный
комплекс
Образование субпопуляций
Распознает МНС-I-пептидный комплекс
CD4+CD8-CD3+
CD4-CD8+CD3+
Т-хелперы
Т-киллеры
(цитотоксические Т-лимфоциты)
Слайд 23CD4+CD8-CD3+ CD4-CD8+CD3+
Т-хелперы
ЦТЛ
мигрируют на периферию
CD2, 1-, 2-интегрины, их рецепторы и другие адгезионные молекулы принимают участие во взаимодействии тимоцитов и ТЭК
Слайд 24Выживают клетки, распознающие чужеродные пептиды в комплексе с аутологичными молекулами
МНС
Они и образуют вторичный антигенраспознающий репертуар, необходимый для защиты организма
от клеток, несущих «измененное свое», но не способных осуществлять аутоагрессию
Слайд 25Контроль на аутоспецифичность осуществляется в форме контакта тимоцитов с дендритными
клетками или медулярными ТЭК
Процесс отрицательной селекции завершается вне тимуса
Слайд 26С селекцией клонов тимоцитов сопряжен важный этап созревания Т-клеток, на
котором происходит их разделение на субпопуляции (CD4+CD8- и CD4-CD8+) и
который также нуждается в контакте с ТЭК
Этот процесс включает два события:
1) утрату одного из двух корецепторов
2) подтверждение «правильности» этого выбора
Слайд 27Правильным является сохранение того корецептора, который совпадает по специфичности в
отношении молекул МНС I или II корецептора с ТКР:
клетки,
несущие рецептор, распознающий антигенный пептид в составе MHC-II, должны экспрессировать CD4, обладающий сродством к МНС-II
клетки с рецептором, распознающим комплекс пептид-МНС-I, должны экспрессировать CD8
Слайд 28Механизм блокады генов одного из рецепторов неизвестен (хотя и считается,
что она включается сигналом со стороны ТЭК), а отбор «правильных»
комбинаций ТКР-корецептор осуществляется
1) на основе контактов тимоцитов с ТЭК
и
2) распознавания комплексов пептид-МНС на их поверхности
Слайд 29В тимусе происходит также ряд других, не менее принципиальных событий
дифференцировки, которые запускаются в результате контакта с ТЭК:
1) формирование функциональных
потенций хелперов и киллеров
2) экспрессия рецепторов хоминга и др.
После чего созревшие Т-клетки покидают тимус
Слайд 30Таким образом, большая часть событий, отражающих процесс процесс развития Т-клеток
в тимусе обусловлена:
1) привлечением в тимус клеток-предшественников
2) взаимодействием развивающихся
клеток с ТЭК
В тимусе происходит
осуществление основных этапов дифференцировки тимоцитов
избирательное включение пролиферации и апоптоза тимоцитов, обуславливающее селекцию клонов
формирование антигенраспознающего репертуара
Слайд 311) блокада развития тимоцитов приводит к дезорганизации эпителиального каркаса, нарушению
дифференцировки и пролиферации кортикальных и медулярных ТЭК
2) опустошение тимоцитов у
взрослых особей приводит к активации ТЭК, что служит предпосылкой ускоренного восстановления популяции тимоцитов
3) цитокины, выделяемые тимоцитами, регулируют секреторную активность и пролиферацию ТЭК (например, тимоциты стимулируют секрецию ИЛ-6 ТЭК)
Однако и тимоциты оказывают влияние на ТЭК:
Слайд 37Значительно менее изучены взаимодействия зрелых Т-лимфоцитов с ЭК барьерных тканей
Субпопуляционный
состав Т-клеток в эпидермисе, слизистом слое тонкого кишечника и lamina
propria весьма различен
Слайд 38Фенотип Т-лимфоцитов в слизистом слое тонкого кишечника
CD3+ (Т)
CD3-RAG+ (пре-Т)
85%
10%
ТКР+
75%
ТКР+
15%
CD4+
7%
CD8+
75%
CD4+CD8+
7%
CD4-CD8-
10%
CD4-CD8-
70%
CD8+…
30%
Слайд 39Активационные маркеры Т-лимфоцитов в слизистом слое тонкого кишечника
CD69+CD25-CD28loCD44+CD62Llo47+E7+
Слайд 40Фенотип Т-лимфоцитов в lamina propria
CD3+ (Т)
ТКР+
87%
δТКР+
8%
CD4+
73%
CD8+
25%
CD4-CD8-
5%
Слайд 41Фенотип Т-лимфоцитов в эпидермисе
CD3+
ТКР+
90%
δТКР+
10%
CD4+
50%
CD8+
45%
CD4-CD8-
5%
CD4-CD8-
85%
CD8+
15%
Слайд 42 Соотношение - и -, а также CD4+ и CD8+
Т-клеток в
lamina propria примерно
соответствует таковому в лимфатических узлах
и селезенке, что отражает принадлежность
всех этих клеток к рециркулирующему пулу
Слайд 43В слизистой тонкого кишечника среди Т-лимфоцитов (внутриэпителиальные Т-клетки):
1) высокий
процент Т-клеток
2) большинство имеют фенотип CD4-CD8-
3) одновременно часть Т-клеток несет
гомодимерную форму CD8 (), что свидетельствует о внетимусном происхождении этих клеток
4) среди Т-клеток преобладают CD8 + лимфоциты
5) велик процент CD4-CD8- и CD4+CD8+ клеток
Слайд 44В эпидермисе
1) доля Т-клеток также достаточно велика и среди них
содержатся CD8+ лимфоциты внетимусного происхождения
2) среди Т-клеток CD4+ лимфоциты сильно
преобладают над CD8+ клетками
Слайд 45Особенности состава популяций Т-лимфоцитов эпидермиса и слизистой оболочки тонкого кишечника
могут быть объяснены двумя процессами:
1) избирательностью миграции в эти участки
организма Т-клеток тимусного происхождения
2) внетимусным (возможно локальным) развитием Т-лимфоцитов
Слайд 461) поступление в эпидермис CD4+ клеток, экспрессирующих CLA+ E7+
2) CD8+
клетки, обладающие сродством к слизистой тонкого кишечника, также имеют определенные
фенотипические особенности:
экспрессируют интегрин E7+
лишены 2- интегрина, LFA1 и костимулирующей молекулы CD28
имеют “активированный” фенотип CD69+CD25-CD44+CD62L-
Хемотаксические сигналы осуществляют преимущественно хемокины МСР-1 и МIP-1
Cвидетельства избирательной миграции:
Слайд 47Развитие Т-клеток вне тимуса
В слизистой кишечника обнаружены морфологические структуры, в
которых осуществляется развитие Т-клеток
Ими оказались криптопатчи - скопления незрелых
(CD3-TCR-IgM-) лимфоцитов, контактирующих с ЭК слизистой
Слайд 48Развитие Т-клеток вне тимуса
CD3-CD4-CD8-CD45R+Thy-1+ IL-7R+
ТКР+CD3
CD8+FcRI-
ТКР+CD3
V5
V4/ V6
ТКР+CD3
СD4-CD8-СD45R+
Cлизистая
кишечника
(криптопатчи)
Миграция
в легкие
Слизистая
кишечника
Слизистая
кишечника
Печень
?
Слайд 49Формирование криптопатчей зависит от ИЛ-7
В криптопатчах образуются δТ-клетки изотипов V
5 и V 4/V6 и Т-клетки, экспрессирующие CD8 и -цепь
FcRI
V 5-клетки мигрируют в слизистую бронхолегочного аппарата, а другие Т-клетки остаются в кишечнике или мигрируют в слизистые оболочки других органов
Есть сведения, что в каждом криптопатче формируются клетки одного клона, причем в разных криптопатчах (а их число у мышей
составляет около 1500) клоны отличаются по специфичности и в сумме они формируют ограниченный антигенраспознающий репертуар
Слайд 50Известен еще один участок организма, в котором происходит дифференцировка Т-клеток
в контакте с ЭК. Это синусоиды печени
В синусоидах печени образуются
клетки фенотипа CD4-CD8- c промежуточным уровнем экспрессии рецепторного комплекса TRC-CD3
Однако об этом пути внетимусной дифференцировки известно еще меньше, чем о развитии Т-клеток в криптопатчах
Слайд 51Клетки, формирующиеся вне тимуса, не подвергаются селекции в той форме,
как этот процесс осуществляется в тимусе
Однако в барьерных тканях происходят
процессы, приводящие к селекции и формированию клонов с антигенраспознающим репертуаром, который можно назвать третичным
Слайд 52Суть этой формы селекции состоит в том, что Т-клетки, первично
активированные бактериальными антигенами в пейеровых бляшках и дифференцировавшиеся в лимфатических
узлах, в процессе рециркуляции возвращаются в кишечник и повторно испытывают воздействие тех же антигенов
Результатом является накопление в организме Т-клеток памяти, специфичных к антигенам, с которыми организм реально контактирует в повседневной жизни
Слайд 53Формирование этого «актуального» третичного репертуара происходит во всех барьерных тканях
параллельно с атрофией тимуса
В определенной степени этот процесс делает
излишней деятельность тимуса по формированию «необязательных» клонов.
Слайд 55Зачем нужен тимус?
События, происходящие в тимусе и их уникальность
Слайд 56В тимусе происходят ключевые события развития Т-лимфоцитов:
формирование и экспрессия Т-клеточного
рецептора (ТКР, TCR)
cелекция клонов тимоцитов
разделение единой линии Т-клеток на субпопуляции
Слайд 57CD3-CD4-CD8-
экспрессия генов рекомбиназ RAG-1 и RAG-2
под влиянием ИЛ-7
перестройка генов
, и TCR
(ТКР антигенраспознающего рецептора)
Слайд 58В случае выбора TCR
клетки покидают тимус
Суть перестройки состоит в
сближении генетических сегментов V, D и J и формировании зрелого
V- гена
Клетки делают выбор между дифференцировкой
в сторону лимфоцитов, несущих рецепторы типов
TCR и TCR
Слайд 59При выборе - пути на поверхности появляется предшественник рецептора с
- цепью и пре-TCR-цепь в сочетании с комплексом CD3, а
также CD4 и CD8
Такие клетки размножаются (подвергаются
«-селекции»)
После нескольких делений происходит
перестройка -гена TCR
Слайд 60После перестройки -гена экспрессируется
полноценный рецептор TCR-
Перестройка генов происходит
в клетке
случайно и независимо, и на каждой Т-клетке
появляется уникальный по
специфичности
рецептор
Слайд 61На уровне целой популяции тимоцитов
формируется набор рецепторов, способный
распознавать практически
все мыслимые
конфигурации молекул, который составляет
первичный антигенраспознающий репертуар
Слайд 62Зрелые Т-лимфоциты, как известно, распознают
чужеродные пептиды в комплексе с
аутологичными
молекулами главного комплекса
гистосовместимости - МНС
Для того, чтобы привести первичный
репертуар в соответствие с этой потребностью, клоны тимоцитов подвергаются двухэтапной селекции
Слайд 63На этапе положительной селекции в результате
контакта с эпителиальными клетками стромы
тимуса отбираются клоны тимоцитов,
распознающие любые пептиды в комплексе с
аутологичными молекулами ГКГ (МНС-молекулами)
Клетки, соответствующие этому условию, защищаются от апоптоза и пролиферируют, остальные клетки гибнут вследствие развития апоптоза
Слайд 64На этапе отрицательной селекции выбраковываются
потенциально опасные клоны, распознающие
комплексы аутологичных
пептидов с аутологичными
молекулами МНС, которые представлены на
поверхности ДК тимуса
В
случае, если такое распознавание произошло, в клетку поступает сигнал к апоптозу, и она гибнет, тогда как остальные выживают и продолжают развитие
Слайд 65Параллельно с селекцией
популяция незрелых CD4+CD8+ тимоцитов
разделяется на субпопуляции
зрелых Т-клеток,
несущих корецепторы
CD4 или CD8 (но не оба вместе)
Корецептор
CD4 обладает сродством к молекуле МНС II класса
Корецептор CD8 - к молекуле МНС I класса
В случае расхождения специфичностей рецептора и корецептора клетка гибнет
Слайд 66Таким образом,
все рассмотренные события специфичны для тимуса
основа уникальности
процессов, осуществляющих в тимусе, заключается в уникальном сочетании, создающем «конвеер»,
который обеспечивает оптимальную пространственную организацию
процесса развития Т-клеток
практически все клеточные и гуморальные факторы тимуса в той или иной форме представлены в периферическом отделе иммунной системы
Слайд 67ТЭК продуцируют:
Цитокины: ИЛ-7, ИЛ-1, ИЛ-1, ИЛ-3, ИЛ-6, ФНО,
ГМ-КСФ, Г-КСФ, М-КСФ,
ИФН, ИФН,
ТФР1
Пептиды: тимулин, 1-тимозин, тимопоэтины,
ростовой гормон, окситоцин,
вазопрессин, пролактин, релизинг
фактор, ростовой фактор нервов,
соматотонин и др.
Слайд 68Тимус является органом, относящимся
одновременно к двум системам - иммунной
и
эндокринной:
ТЭК вырабатывают пептидные субстанции, часть
которых поступает в циркуляцию
и обеспечивает
поддержание на должном уровне функциональной
активности Т-лимфоцитов
эндокринная функция тимуса взаимосвязана
с функциями других желез
Слайд 69
эндокринная функция тимуса взаимосвязана
с функциями других желез:
- на выработку тимулина оказывает
стимулирующее действие соматотропный
гормон (СТГ), пролактин, гормоны
щитовидной железы, половые гормоны
- регуляция 1-тимозина, тимопоэтинов
изучается
Слайд 70 изучается влияние на выработку гормонов
тимуса цитокинов, которые в отличие
от
гормонов являются по преимуществу
близкодействующими факторами и многие из
них образуются в
тимусе и участвуют в
регуляции выработки гормонов его ТЭК
имеются сведения о стимулирующем
действии на выработку тимулина
интерлейкина-1
Слайд 71Следующая лекция
Онтогенез Т-лимфоцитов
антигензависимое созревание