Врожденный иммунитет: на стыке наук С. А.

Врожденный иммунитет: на стыке наук С. А. НЕДОСПАСОВ Институт Молекулярной Биологии им. В. А. Энгельгардта РАН Институт Физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУ

Скопление фагоцитов в личинке морской звезды вокруг занозы Мечников Илья Ильич (родился в 1845 г. под Харьковом, умер в 1916 г. в Париже) Нобелевская премия по физиологии и медицине 1908 г.

1. Защищает все виды живых существ, в то время как адаптивный иммунитет есть только у высших позвоночных. 2. Является и главной системой (сенсором) распознавания «чужого» (например, заражения патогенами), и первой линией защиты. 3. Кодируется относительно небольшим числом генов, которые не могут увеличивать разнообразия рецепторов с помощью соматических перестроек (как это происходит в адаптивном иммунитете). 4. Из-за ограниченности числа генов рецепторы (сенсоры) распознают не индивидуальный патоген, а целые классы патогенов. Важные факты про врожденный иммунитет

Christiane Nusslein-Volhar d Нобелевская премия по физиологии и медицине 1995 г.

Мухи без гена Toll зарастают грибками и погибают Lemaitre B, Nicolas E, Michaut L, Reichhart JM, Hoffmann JA. Cell, 1996, 20: 973 -83 Jules Hoffmann Président de l’Académie des Sciences Иностранный член РАН

Чарльз Дженуэй (1943 -2003) и Руслан Меджитов

TLR 4 ЛПС, Г — бактерии MD-2 TLR семейство и его лиганды у человека и мыши Флагелин TLR 5 TLR 2 TLR 1 Липопептиды TLR 2 TLR 6 ЛТК, Г + бактерии , грибки, микоплазма TLR 7 ss. RNAds. RNATLR 3 TLR 9 Cp. G DNAЭндосома NF- B IRF Гены медиаторов, включая ФНОАдаптерные белки (My. D 88, Trif) Профилин TLR 11 Сигнальные киназы Все бактерии

Парадокс эволюции TLR семейства Грибки Г + бактерии Pelle Tube. My. D 88 DD DDDD NF- B /DIFI- B/ CACTUS ? Защитные пептиды Сенсоры микробов. Spaetzle Toll 9 Toll 318 W Toll 4 Toll 6 Toll 8 Toll 5 Toll

1. Принципиально разные стратегии распознавания: во врожденном — рецептор узнает инвариантные химические структуры целого класса патогенов в адаптивном – генерируется набор рецепторов со случайной специфичностью, которые потом отбираются. 2. За каждую из двух ветвей иммунитета, в первом приближении, отвечают разные виды клеток иммунной системы (иммуноцитов). Клетки адаптивного иммунитета — Т и В лимфоциты (а также NKT клетки). Клетки врожденного иммунитета – макрофаги (наши главные фагоциты!), нейтрофилы , дендритные клетки, NK -клетки. Дополнительные факты про врожденный иммунитет

O OPO H O O OO H N H H 3 C O O HO H 3 C O O N H OO O H 3 CH O O P O HO O O OPO H O O OO H N H H 3 C O O HO H 3 C O O H N H OO O H 3 C H O H 3 C O P O HO OЛипид А E. coli Липид А Rhodobacter Sphaeroides Патогенный Непатогенный. Структура TLR 4 — связывающих фрагментов ЛПС ( «липиды А» ) различных Г — бактерий

O OPO H O O OO C H 3 N H H 3 C O O H 3 C O C H 3 N H H O O P O HO O O H 3 CERITORAN – синтетический аналог непатогенного липида А LPS R. sphaeroides. Является мощным антагонистом TLR 4 -MD-2 ; находится в III фазе клинических испытаний при тяжелом сепсисе. Структура комплекса LPS-MD-2 -TLR 4 Kim et al, Cell 130, 906– 917,

Углеводный скелет (генциобиоза) Липидная часть. Полиглицерофосфатный эфир. Структура липотейхоевых кислот из клеточных стенок Г + бактерий – лигандов TLR 1/2 O O O HO H H OOP O O O R 2 O O R 4 OO R 3 OOP O O O H O R 1 n O H C 1 4 — C 1 9 a l k y l sn = 4 5 —

Локализация главных сенсоров и рецепторов врожденного иммунитета: TLRs и NLRs Один из результатов активации NLR рецепторов – продукция ИЛ-1, который сам запускает каскад, подобный TLR Механизм, позволяющий избежать узнавания своей ДНК и РНК, — компартментализация

1. Неприродные химические соединения могут распознаваться рецепторами врожденного иммунитета, являясь их активаторами (агонистами) или блокаторами (антагонистами). 2. Осмысленные манипуляции с системой врожденного иммунитета будут иметь возрастающее практическое значение для медицины. 3. Значительная часть рекламируемых иммуностимуляторов относятся к природным или неприродным лигандам рецепторов врожденного иммунитета. Применять их надо с большой осторожностью и умом (главное, чтобы не вредили). Дополнительные соображения про врожденный иммунитет

Марио Капекки Нобелевская премия по физиологии и медицине 2007 г.

Ligand TLR ( PRR) NF B TNFR NF B JNK Caspases TNFРецепторы врожденного иммунитета активируют Фактор Некроза Опухолей (один из иммуномодуляторных цитокинов)

Лиганды, рецепторы и адапторы ФНО — тримеры TNF LT TNFR 1 LT TNFR 1 TRAF 3 TNFR 1 TNFR 1 LT TR

A. Гранулемы образуются вокруг клеток, зараженных бактериями, инкапсулируя их в составе стабильной структуры. В состав гранулем входят макрофаги, Т клетки и клетки стромы. B. Вокруг «ядра» гранулемы, образованного зараженными макрофагами, находится слой незараженных макрофагов и T клеток. C. ФНО, продуцируемый Т клетками, необходим для активации макрофагов, а также – неизвестным образом – для поддержания целостности гранулем. D. Блокировка ФНО в ходе терапии может разрушить гранулемы, позволяя микобактериям выйти из зараженных клеток и начать размножаться. Adapted from S. Ehlers Ann Rheum Dis 2003; 62: 37 Одна из физиологических функций ФНО – защита от бактерий (в т. ч. от M. tuberculosis ) через образование гранулем

A. Macrophage-derived TNF acts as a costimulus for T cells. B. T cell–derived TNF primes macrophages for mycobactericidal activity. C. Macrophage and T cell–derived TNF, together with IFN-g and chemokines, induces recruitment and organized accumulation of mononuclear cells into highly structured granulomas. TNF and IFN-g also regulate excessive inflammation by inducing apoptosis of T cells. D. Anti-TNF therapy results in granuloma breakdown and dissemination of mycobacteria. Adapted from S. Ehlers Ann Rheum Dis 2003; 62: 37 Одна из физиологических функций ФНО – защита от бактерий (в т. ч. от M. tuberculosis ) через образование гранулем Egen et al Immunity

Удивительно высокая подвижность Т клеток во внешних слоях гранулем

Панель мышей с кондиционной инактивацией гена ФНО Мышь с модифицированным геном ФНО lox. P X Мыши к кондиционным нокаутом X = Т лимфоциты. Трансгенные мыши, обеспечивающие контролируемую делецию гена ФНО CD 4 -Cre = B лимфоциты X CD 19 -Cre Mx-Cre =MLys-Cre = Макрофаги и нейтрофилы X lox. PTNF Индуцибельная делеция

i. TN F+Макрофаги и нейтрофилы – главные источники системного ФНО S urvival, % 020406080100 0 5 20 Hours 40 WT, i. TNF -, T-TNF, B-TNFTNF KO, MN-TNF, i. TNF+ 012345 M N -TN F B -TN F, T-TN F K O Ф Н О , ng/m l Концентрация ФНО в крови после инъекции ЛПС Токсичность к ЛПС /D-gal (модель острого септического шока) W T, i. TN F-

ФНО критическим образом нужен для защиты от туберкулеза, причем его источники – как макрофаги, так и Т лимфоциты. 020406080100 0 Дни после заражения. В ы ж и в аем о сть , % WT T-TNF KO MN-TNF KO 20 40 60 80 100 TNF KO

Блокировка ФНО : лекарства* Лекарство Структура Болезни Ремикейд / infliximab Химерные моноклональные антитела против ФНО человека Ревматоидный артрит, болезнь Бехтерева, болезнь Крона, псориаз Энбрел / etanercept Димер растворимого рецептора p 75 ФНО, «сфьюженного» с Ig. G человека Ревматоидный артрит, болезнь Бехтерева Хумира / adalimumab Полностью гуманизованные моноклональные антитела против ФНО Ревматоидный артрит болезнь Бехтерева, болезнь Крона *Примерная стоимость курса лечения в Европе – 15 тыс Евро в год

Блокировка ФНО (индуцибельная делеция гена) замедляет развитие экспериментального артрита WT i-TNF + poly. ICTNF KO 00. 25 0. 50. 75 Change in paw thickness, m m

Блокировка ФНО с помощью индуцибельной делеции гена или с помощью блокаторов в «гуманизованных» мышах разрушает врожденную защиту против бактерий Доза бактерий Listeri а 2 x 10 4 cfu / мышь, внутривенно 020406080100 0 2 4 6 8 Дни после заражения. В ы живаем ость, % i. TNF + poly. IC TNF KO i. TNF (naïve) Hum. TNF Tg (mus. TNF/LT) + Remicade Hum. TNF Tg (mus. TNF/LT) + Remicade

«вредные» свойства «полезные» свойства Структура лимфоидных органов Врожденная защита организма Системная токсичность Аутоиммунитет «вредные» свойства «полезные» свойства Структура лимфоидных органов Врожденная защита организма Системная токсичность Аутоиммунитет. Баланс «полезных» и «вредных» свойств ФНО Что произойдет при системном блокировании ФНО у больных (препараты Infliximab, Etanercept )? — Инфекции (ТБ), лимфомы

Благодарности Р. Меджитов Ж. Хоффманн Д. В. Купраш С. Гривенников А. Кучмий П. Белоусов Т. Ачельдиева www. oncoimmunology. ru sergei. nedospasov@gmail. com