SYNAPSA IMMUNOLOGICZNA
nSynapsa (gr. synapsis = połączenie)- styk, złącze między komórkami, gdzie następuje przekazywanie sygnału z jednej komórki do drugiej
nXIXw. - słowo użyte do opisu połączenia między dwoma chromosomami, a następnie zastosowane w opisie połączeń neuronów
nSynapsa immunologiczna - termin zastosowany w opisie interakcji komórek T z komórkami APC
nNorcross, M. A. A synaptic basis for T-lymphocyte activation. Ann. Immunol. (Paris)135D, 113–134 (1984).
n Paul, W. E. et al. Regulation of B-lymphocyte activation, proliferation, and differentiation. Ann. NY Acad. Sci. 505, 82–89 (1987).
Wykrycie obecności SMACs (supramolecular activation clusters) w immunologicznej synapsie
nMonks, C. R., Freiberg, B. A., Kupfer, H., Sciaky, N. & Kupfer, A. Three-dimensional segregation of supramolecular activation clusters in T cells. Nature 395, 82–86 (1998).
nSynapsa immunologiczna (IS) to strefa styku błon komórek (np. limfocyty T i APC) w której przekazywane są informacje warunkujące wzajemną odpowiedź.
nObecna definicja IS bazuje na polaryzacji komórek, segregacji cząsteczek adhezyjnych i receptorów TCR limfocytów T w strefie styku między komórkami T i APC.
Dustin ML, Colman DR (2002) Neural and immunological synaptic relations. Science 298:785–789
Techniki stosowane w badaniach synapsy immunologicznej
nWide-field epi-illumination fluorescence microscopy
nConfocal laser scanning microscopy (CLSM) – ok. 80μm
nSpinning (Nipkow) disk confocal microscopy. CHARGE COUPLED DEVICE (CCD)
nTwo-photon and multi-photon laser scanning microscopy - ok. 450 μm, fala wzb. – 900nm
nFluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) FLUORSCENCE RESONANCE ENERGY TRANSFER (FRET) – wykorzystuje przeniesienie energii między parami fluorochromów.
nInterference-reflection microscopy (IRM), TOTAL INTERNAL REFLECTION MICROSCOPY (TIRFM)
Modele doświadczalne
nKomórki Jurkat T i Raji B plus superantygen
nHybrydy komórek T
nStabilne klony i linie kom. T
nPierwotne linie kom.T stymulowane in vitro
nObrazowanie in vivo
nLipidowe układy dwuwarstwowe (sztuczne błony) – techniki IRM i TIRM
nWzajemny kontakt dwóch komórek i następnie przesunięcie centrosomu w kierunku synapsy
nTransport wewnątrzkomórkowych pęcherzyków i powierzchniowych receptorów (TCR, kostymulatory) doprowadzącego lamellipodium
Rodzaj i ilość przekazanych informacji zależy od stanu komórek i czynników środowiska
nCzas i dynamika interakcji
nRodzaj zaangażowanych receptorów cząsteczek sygnałowych
nSiła przekazywanego sygnału
nObecność sekrecji
Limfocyt T i APC – fazy interakcji
FAZA I – inicjacja kontaktu
nPo adhezji do APC limfocyt T ulega zaokrągleniu (zanik uropodium)
nBoczna ruchliwość limf. T w stosunku do błony APC jest mniejsza niż 1 μm/min, co pozwala na redystrybucję receptorów
FAZA II – formowanie płaszczyzny interakcji
nPolaryzacja w kierunku APC i powolny rozwój przebudowy cytoszkieletu w strefie kontaktu obu komórek
nBoczna ruchliwość 1 do 2 μm/min
nWzajemne przemieszczanie się ułatwia wejście i wyjście receptorów z i do obszaru synapsy
FAZA III – odłączanie się limfocytu T i jego dalsza migracja
nZwiększenie aktywności ruchowej
nPolaryzacja komórki i ruch postępowy 1 do 10 μm/min prowadzący do odczepienia się komórki
APC a typ synapsy
nStabilność i czas trwania interakcji jest odwrotnie skorelowana z morfologiczną złożonością i aktywnością cytoszkieletu APC
nTyp limfocytu (T CD4+, T CD8+)
nStan aktywacji (limfocyty T bardziej zaktywowane tworzą kontakty bardziej dynamiczne i krócej trwające)
nGęstość powierzchniowa kompleksów MHC – peptyd agonistyczny jest wprost proporcjonalna do czasu trwania i intensywności indukowanego sygnału zależnego od kationów wapnia
nPodwyższony poziom kationów wapnia wyzwala przejściowy sygnał stop, co powoduje silniejsze związanie
Znaczenie gęstości kompleksów MHC – peptyd
nOkoło 1-400 specyficznych kompleksów MHC - peptyd na APC może całkowicie zaktywować co najmniej kilka limfocytów T
nMożna monitorować konsekwencję interakcji limf. T – APC, badając wzrost wewnątrzkomórkowego poziomu wapnia i zachowanie się białek przyczepionych do GFP
nWykazano w ten sposób, że niektóre limf. T CD4+ mogą odpowiadać nawet na jeden ligand, słabo wpływając na ciągle zmiany stężenia wapnia
nLimfocyt T może wytworzyć sygnał po reakcji z nawet tylko jednym ligandem, ale co najmniej 10 jest potrzebnych aby zwiększyć i podtrzymać poziom wapnia wewnątrz komórki.
nJeśli cząsteczki CD4 będą zablokowane, to do otrzymania odpowiedniego efektu potrzeba 25-30 kompleksów MHC – peptyd.
nTo wskazuje na fakt, iż CD4 są wymagane przy rozpoznawaniu antygenów o małej gęstości powierzchniowej.
Zależności indukowanego sygnału wapniowego od ilości kompleksów peptyd – MHC na APC, przy obecności/braku CD4
nWzrost poziomu wapnia jest kluczowy do aktywacji limfocytu T, ponieważ indukuje obecność w jądrze komórkowym czynnika transkrypcyjnego NF-AT odpowiedzialnego za wiele zmian w ekspresji genów związanych z aktywowanymi limf. T
nByć może połączenie jednego liganda, wraz z dostarczeniem kinazy LCK przez cząsteczki CD4 i CD8, wystarcza do inicjacji kaskady sygnału.
nW reakcji z rozpuszczalnym kompleksem MHC – peptyd wymagane są dimery lub wielomery TCR do aktywacji limfocytu T.
nW reakcji kompleksu MHC – peptyd z limfocytem Tc CD8+ wystarczają monomeryczne TCR, pod warunkiem współdziałania fibronektyny lub CD18/CD11.
nSugeruje się istnienie modelu pseudodimeru – CD4 wiąże krzyżowo 2 TCR, z których jeden wiąże kompleks: agonistyczny peptyd-MHC, a drugi wiąże się słabo z endogennym kompleksem peptyd – MHC, którego duże ilości ulegają wiązaniu z TCR i są rekrutowane do synapsy.
Rola siły agonistycznej peptydu
nSwoistość łączenia limf. T z APC jest dodatnio skorelowana z powinowactwem lub awidnością TCR do kompleksu MHC-peptyd
nfaworyzacja stabilnej i wydłużonej interakcji, jeśli peptyd jest agonistą
nŚrodowisko o wysokiej złożoności (np. narządy miąższowe, strefa grasiczozależna węzłów chłonnych) → dynamiczny kontakt limf. T i APC
nŚrodowisko o niskiej złożoności (np. zatoka brzeżna węzłów chłonnych) → stabilna agregacja
Podział synaps pod względem rodzaju molekularnej struktury płaszczyzn kontaktujących się
1.Synapsa stabilna (monocentryczna)
2.Synapsa wydzielnicza (efektorowa)
3.Synapsa częściowo posegregowana (multicentryczna)
4.Synapsa nieposegregowana
5.Synapsa dynamiczna
Synapsy immunologiczne różnią się:
nWłaściwościami fizycznymi
nCzasami istnienia
nWykazują zmienność, różnorodność oraz niejednorodność rozwoju
1. SYNAPSA MONOCENTRYCZNA
nSpolaryzowana interakcja limf. T i APC
nTrwa 30’ albo dłużej
nPowstaje dzięki rekrutacji i segregacji receptorów powierzchniowych i białek adaptorowych
nPowoduje ciągłą transmisję sygnałów wewnątrzkomórkowych
Fazy istnienia synapsy monocentrycznej
I.Skanowanie powierzchni, kontakt, areszt adhezyjny
II.Wczesne gromadzenie molekuł i przekazywanie sygnału
III.Dojrzewanie i segregacja receptorów
IV.Internalizacja TCR
V.Rozpad
1.Limf. T rozpoznaje kompleks MHC-peptyd oraz intracellular adhesion molecule (ICAM-1)
2.Przejściowy areszt (sygnał stop)
3.CD4 zbliża się do łańcucha ξ CD3
1.Rekrutacja CD3ξ, LCK, ZAP70 (ξ-chain associated protein kinase of 70kDa), kinaza 3-fosfatydyloinozytolu (PI3K)
2.Fosforylacja LCK, ZAP70
3.Uruchomienie sygnałów zależnych od wapnia
4.ZAP70 → Pi+LAT (linker for activation of T cells); LAT zawiera immunoreceptor tyrosine-based activation motifs (ITAMs), po ich fosforylacji mogą się do nich przyłączać Src homology 2 domains kinaz oraz białek adaptorowych
5.PI3K przyłącza się do LAT → wzrost stęż. trójfosforanu inozytolu → jego zgrupowanie → rekrutacja białek zawierających pleckstrin homology domain czyli WAVE i AKT = PKB
6.TCR, CD4, CD28 i inne – migracja do obszaru kontaktu (transport – cytoszkielet, mikrotubule)
7.Organizacja platformy sygnałowej TCR (PI3K, PLC, homologiczna do RAS rodzina GTP-az)
8.Małe GTP-azy RAC1 i RHO-A → wzrost dynamiki de- i polimeryzacji aktyny
9.Kostymulacja => aktywacja kofiliny → rozpad F-aktyny (warunek remodelingu sieci) → wspomożenie RAC1
nW aktywnym procesie cząsteczki powierzchniowe są transportowane z całego limfocytu T do synapsy.
nAby cząsteczki powierzchniowe mogły się przemieszczać potrzebne są sygnały z TCR i CD28/LFA-1
nNastępuje również przegrupowanie mikrodomen (LIPID RAFTS) (glikolipidy, cholesterol)
nnMniejsze, stabilne połączenia receptorów z ligandami wykluczają ze swego sąsiedztwa większe białka błonowe
nWiększe molekuły chronią mniejsze białka błonowe przed kontaktem z adekwatnym receptorem
nSąsiadujące ligandy po połączeniu z receptorami spowodują pofałdowanie błony komórkowej (termodynamicznie niekorzystne)
nnPowiększenie rozmiaru CD48, łączącej się z CD2, hamuje aktywację limfocytu T.
nDuże rozmiary pary ICAM-1 – LFA-1 powodują że mieści się ona w pSMAC, a CD45 jest z podobnych przyczyn wyrzucana poza obwód pSMAC, daleko od centralnie położonej, dużo mniejszej pary peptyd–MHC – TCR. Później wraca do pSMAC.
nAgryna – (glikoproteina, normalnie występuje w złączu nerwowo – mięśniowym, gdzie pomaga w kontroli rec. Ach) indukuje polaryzację TCR, CD28 i mikrodomen w spoczynkowych limfocytach T
nMGAT5 – enzym szlaku N–glikozylacji – w skrócie: powoduje podwyższenie progu aktywacji limf. T
nOkres trwania 5 – 30 minut interakcji
nDochodzi do molekularnej segregacji
ØcSMAC (central supramolecular activation cluster) – TCR, CD3, PKC, CD28, CD2, CTLA4, (CD4, CD45)
ØpSMAC (peripheral) – LFA1 (lymphocyte function -associated antigen 1)
...
ludi.lg