Natural Killer (NK) Cells: Przydatne uwagi na temat naturalnych komórek NK (NK)
Naturalne zabójcze komórki (NK) odkryto przypadkowo podczas eksperymentów na aktywności in vitro komórek T myszy na komórkach nowotworowych.
W tych eksperymentach wykorzystano komórki T od myszy z nowotworem i limfocytami T od normalnych myszy bez guza. Naukowcy z zaskoczeniem zauważyli, że komórki T od normalnych myszy również wykazywały znaczącą aktywność przeciwko komórkom nowotworowym. Te limfocyty zostały nazwane komórkami NK (natural killer).
Komórki NK są dużymi ziarnistymi limfocytami i stanowią 15 procent limfocytów krwi obwodowej. Komórki NK pochodzą z hematopoetycznych komórek macierzystych w szpiku kostnym. Ale ich pochodzenie jest niepewne. Istnieją pewne podobieństwa między komórkami NK a komórkami T.
Istnieją jednak pewne istotne różnice między komórkami NK a komórkami T:
ja. Komórki NK nie wymagają grasicy do ich rozwoju.
ii. Większość komórek NK ekspresjonuje cząsteczki CD16 i CD56 na swojej powierzchni. Komórki NK nie mają cząsteczek CDS, podczas gdy komórki T to CD3 + . Zatem analiza CD3, CD16 i CD56 służy do odróżnienia komórek NK od komórek T. (Komórki NK to CD3 - a zazwyczaj komórki T CD16 +, CD56 + są CD3 + i zazwyczaj CD16 -, CD56-).
iii. Komórki NK mogą lizować pewne komórki nowotworowe i komórki zakażone wirusem in vitro. Podobnie jak komórki cytolityczne T (CTL), komórki NK mają granulki cytoplazmatyczne zawierające perforyny i granzymy, które zabijają komórki docelowe. Istnieją jednak różnice między komórkami NK a CTL w odniesieniu do zabijania komórek docelowych.
Aktywność komórek NK nie wymaga wcześniejszej ekspozycji na antygeny. Podczas gdy CTL wymagają wcześniejszego uczulenia na antygen.
Ponadto, komórki NK mogą działać przeciw dowolnej komórce nowotworowej lub zakażonej wirusem (tj. Aktywność komórek NK jest niespecyficzna). Podczas gdy CTL działają tylko na antygeny, przeciwko którym były aktywowane (tj. Aktywność CTL jest specyficzna).
Mechanizm zabijania komórki docelowej przez komórki NK:
1. Komórki NK zabijają komórki nowotworowe i komórki zakażone wirusem za pomocą procesu podobnego do CTL. Podobnie jak CTL, granulki komórek NK zawierają także granzymy i perforynę. Po przyleganiu do komórek docelowych komórki NK uwalniają granzymy i perforyny. Uważa się, że granzymy i perforyny pośredniczą w zabijaniu komórek docelowych w sposób podobny do CTL (Figura 12.5). Istnieją jednak różnice między komórkami NK i CTL w odniesieniu do zabijania komórek docelowych.
ja. Komórki NK nie wymagają, aby APC prezentowały im antygeny (podczas gdy CTL wymagają prezentacji antygenów przez cząsteczki MHC klasy I). Mechanizm rozpoznawania antygenu komórki docelowej przez komórki NK nie jest jeszcze znany.
ii. Komórki NK nie mają receptorów antygenów na błonie komórkowej (podczas gdy CTL mają TCR, które wiążą się ze specyficznymi antygenami).
iii. Komórki NK nie rozwijają pamięci immunologicznej (podczas gdy aktywowane CTL rozwijają pamięć immunologiczną i wytwarzają CTL pamięci).
2. Komórki NK mogą także zabijać komórki docelowe opłaszczone przeciwciałem poprzez mechanizm cytotoksyczności zależnej od przeciwciał (ADCC).
Cząsteczki CD16 na komórkach NK działają jako receptory dla regionu Fc przeciwciał. Komórka NK wiąże się z kompleksem antygen-przeciwciało poprzez cząsteczkę CD16.
↓
Wiązanie regionu Fc przeciwciała z CD16 inicjuje aktywność komórek NK (ryc. 9.9).
↓
Komórka NK wydziela substancje lityczne w komórce docelowej. Substancje lityczne uwalniane z komórek NK działają na komórkę niosącą antygen i niszczą komórkę. Ponieważ komórki NK mogą działać spontanicznie na dowolny antygen i nie wymagają uprzedniej sensybilizacji antygenami (i stąd nazwa komórki NK), jest bardziej prawdopodobne, że komórki NK są jednym z ważnych graczy wrodzonych odpowiedzi immunologicznych. Komórki NK działają jak linia obrony przed rozwojem specyficznych limfocytów B i limfocytów T przeciwko konkretnemu antygenowi.
Nawracające infekcje wirusowe występują u osób z wybiórczym niedoborem komórek NK. Wydaje się zatem, że komórki NK odgrywają główną rolę ochronną przeciwko infekcjom wirusowym. Komórki NK mogą również odgrywać ważną rolę w obronie przed infekcjami bakteryjnymi i pasożytniczymi.
Komórki NK atakują komórki rakowe, przeszczepione obce komórki i komórki zakażone wirusem. Ale cząsteczki powierzchni komórki na komórkach nowotworowych i zakażonych wirusem, które są rozpoznawane przez komórki NK, nie są jeszcze znane.
Aktywowane komórki NK wytwarzają wiele cytokin, takich jak IFNγ i TNFα. IFNγ wydzielany przez komórki NK może zwiększać odpowiedzi CMI aktywowanych makrofagów. Więcej niż IFNγ wydzielany przez komórki NK może pomóc w kierowaniu komórek T H w kierunku odpowiedzi TH1.
Odporność komórkowa:
Przeciwciała nie wchodzą do żywej komórki i nie atakują drobnoustrojów wewnątrzkomórkowych. Dlatego humoralna odpowiedź immunologiczna nie jest skuteczna wobec drobnoustrojów żyjących w komórce gospodarza. W wykrywaniu i eliminacji drobnoustrojów wewnątrzkomórkowych pośredniczą komórkowe odpowiedzi immunologiczne (CMI).
Komórki CD8 + T C przeprowadzają rozpoznawanie i eliminację drobnoustrojów wewnątrzkomórkowych. Jednak aktywacja i funkcjonowanie komórek T CD8 + wymaga pomocy komórek T CD4 + . Zatem skuteczna odpowiedź CMI wymaga zarówno komórek TH, jak i TC.
Syndrom DiGeorge:
Zespół DiGeorge'a jest wrodzonym zaburzeniem niedoboru odporności, w którym dziecko rodzi się bez grasicy. W związku z tym odpowiedzi immunologiczne, w których pośredniczą komórki T, są nieobecne. Dziecko cierpi na powtarzające się ataki wewnątrzkomórkowych zakażeń wirusowych, bakteryjnych i grzybiczych. Ale dziecko jest w stanie poradzić sobie z pozakomórkowymi infekcjami bakteryjnymi (ponieważ są one zwalczane przez przeciwciała).
U dzieci z zespołem DiGeorge nawet atenuowana szczepionka wirusowa może wywoływać zagrażające życiu infekcje. To zaburzenie uwydatnia potrzebę komórek T do działania przeciwko mikkomórkom wewnątrzkomórkowym. Odpowiedzi CMI rozpoznają i eliminują komórki nowotworowe i komórki przeszczepionego narządu.
Organizacja genów TCR i produkcja TCR:
Receptory komórek T (TCR) są zawsze obecne jako receptory związane z błoną, a TCR nie są wydzielane przez limfocyty T jako wolne cząsteczki. (Podczas gdy immunoglobuliny istnieją w dwóch postaciach, sigy istnieją jako formy związane z błoną, a wydzielane immunoglobuliny nie są związane z powierzchnią komórek B.)
Istnieją dwie formy TCR wyrażane na powierzchni limfocytów T, αβ TCR i γδ TCR. Komórka AT ma tylko αCR TCR lub y8 TCR. Łańcuchy polipeptydów α, β, γ i δ TCR są kodowane przez cztery rodziny wielogenów TCR. Rodzina wielogenów α, β, γ i δ, genomowa rearanżacja DNA TCR oraz wytwarzanie polipeptydów TCR zasadniczo przypominają organizację genów immunoglobulin i produkcję immunoglobulin.
ja. Przegrupowanie DNA linii zarodkowej genów TCR jest podobne do rearanżacji DNA linii zarodkowej genów immunoglobulin.
ii. Zakonserwowane heptamery i sekwencje sygnałowe rozpoznawania nonomerów (RSS) zawierające sekwencje przerywnika o długości 12 bp (jedno-obrotowe) lub 23 bp (o dwóch obrotach) flankują każdy segment V, D i J w DNA linii zarodkowej TCR.
iii. Łańcuch α TCR (podobnie jak łańcuch lekki immunoglobuliny) jest kodowany przez segmenty genów V, J i C. Łańcuch β TCR jest kodowany przez segmenty genów V, D, J i C.
iv. Przegrupowania genu TCRs są zgodne z zasadą łączenia jedno- i dwuobrotowego widoczną w przegrupowaniach genów immunoglobulin.
v. Komórki T wyrażają również geny aktywujące rekombinację RAG-1 i RAG-2. Enzym rekombinazy RAG-1 / RAG-2 rozpoznaje sygnały rozpoznawcze heptameru i nonameru i katalizuje przyłączanie VJ i VDJ podczas przegrupowania genu TCR przez podobne delecyjne lub inwersyjne mechanizmy, które występują podczas przegrupowania genu immunoglobuliny.
Polipeptyd łańcucha α TCR ma region Vα (zmienny) i region Cα (stały). Podobnie, łańcuch β TCR ma regiony Vβ i Cp. Łańcuchy α i β są połączone wiązaniami dwusiarczkowymi.
Łańcuch wieloskładnikowy TCR α a produkcja polipeptydu TCR α:
Rodzina genów łańcucha mysiej TCR w chromosomie 14 składa się z segmentów genowych 100 V ?, 50? A i pojedynczego segmentu C ?. (Jedną z unikatowych cech TCR w rodzinie genów łańcucha jest to, że segmenty genu rodziny genów TCR δ znajdują się pomiędzy segmentami genów Vα i Jα rodziny genów łańcucha a TCR).
Dowolny z segmentów genu Vα łączy się z dowolnym z segmentów genu Jα (łączenie VJ). Pośrednie segmenty są następnie usuwane.
↓
Przegrupowana Vα JαCα jest transkrybowana przez enzym polimerazy RNA w celu wytworzenia pierwotnego transkryptu RNA.
↓
Enzymy przetwarzające RNA usuwają introny z pierwotnego transkryptu RNA, a powstały mRNA łańcucha a TCR wychodzi z jądra do cytoplazmy.
↓
MRNA ulega translacji przez rybosomy do polipeptydu łańcucha α TCR.
↓
Sekwencje liderowe kierują łańcuch peptydowy do szorstkiej retikulum endoplazmatycznego (RER). Następnie aminokwasy sekwencji liderowych są odcinane, a ostateczny TCR tworzy polipeptyd łańcucha.
Łańcuch wielodawkowy z rodziny TCR β i polipeptyd łańcucha β TCR:
Mysi wielogenowy łańcuch genu TCR β w chromosomie 7 ma 20 do 30 segmentów genów Vβ i dwa prawie identyczne powtórzenia segmentów D, J i C. (Każde powtórzenie składa się z jednego segmentu Dβ, 6 lub 7 segmentów Jβ i jednego segmentu genu Cβ.
Przegrupowanie genu łańcucha β TCR jest podobne do przegrupowania łańcucha ciężkiego immunoglobulin. Pierwsze łączenie D β i J β następuje (połączenie DJ-a) (zdjęcie 12.10).
Następnie D β J β łączy się z jednym Vβ, tworząc jednostkę Vβ? D? J? (Łączenie VDJ).
↓
Jednostka V? J? | 3? 3 jest transkrybowana przez enzymową polimerazę RNA i generowany jest pierwotny transkrypt RNA. Enzymy przetwarzające RNA usuwają introny w pierwotnym transkryptie RNA, a powstały mRNA łańcucha β TCR opuszcza jądro i wchodzi do cytoplazmy.
↓
Rybosomy wiążą się z mRNA i przekształcają go w łańcuch polipeptydowy TCR β.
↓
Sekwencje liderowe kierują polipeptyd łańcucha β TCR do RER. Następnie sekwencje liderowe są cięte i generowany jest końcowy polipeptyd łańcucha β-TCR.
↓
Łańcuchy TCR α i β przesuwają się do aparatu Golgiego, a następnie do pęcherzyków sekrecyjnych. Błona pęcherzyka sekrecyjnego łączy się z błoną komórek T, a w konsekwencji TCR ulegają ekspresji na zewnętrznym aspekcie komórki T. Łańcuchy TCR α i β ulegają ekspresji jako heterodimer połączony wiązaniami dwusiarczkowymi na błonie komórkowej T.
Generowanie różnorodności TCR:
Kilka mechanizmów (występujących w generowaniu różnorodności immunoglobulin) działa również w celu wygenerowania ogromnej liczby TCR do rozpoznawania różnych antygenów.
ja. Połączenie kombinatoryczne VJ (w łańcuchu α) i VDJ (w łańcuchu β) generuje dużą liczbę losowych kombinacji genów.
ii. Elastyczność połączeń.
iii. Dodatek P-nukleotydu.
iv. Dodatek N-nukleotydu.
v. Kombinatoryczne połączenie łańcuchów α i β lub łańcuchów y i δ.
Somatyczna mutacja genu immunoglobuliny jest jednym z mechanizmów, które dodają różnorodności do generowania immunoglobulin. Ale mutacje somatyczne nie występują w rearanżowanych genach TCR. Niezależnie od tego, przegrupowanie DNA, które nastąpiło podczas dojrzewania limfocytów T w grasicy, utrzymuje się później. (Jeśli zdarza się, że w dojrzałych komórkach T zachodzi mutacja somatyczna TCR, na obwodzie mogą być generowane automatycznie reaktywne komórki T, co może prowadzić do ataku autoagresyjnego na autoantygeny gospodarza).
