Doğal Bağışıklık işlevleri Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı Doğal Bağışıklık işlevleri 2015-2016, Bahar, Trakya Üniv Tıp Fak 6. Kurul, 30.03.2016 Neşe Akış, PhD, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı akisn@trakya.edu.tr http://personel.trakya.edu.tr/akisn

Doğal bağışıklık hücreleri primer organlarda ve molekülleri karaciğer ve böbreklerde savaşmaya hazır olarak üretilir ve dolaşıma verilir. Bu eylemciler dolaşımda ve dokularda tanıma yaptıklarında hemen aktiflenir ve eylemlerine başlarlar.

1 Doğal Savunmada Sıvısal Yanıt, Doku ve Sıvılarda Serbest Dolaşan Tehlikelere Karşı Etkindir

Dışarıdan gelen tehlikeler Mikrop Çözünebilen toksin/kimyasal Çözünmez kimyasal ve partikül

Dışarıdan giriş yerleri Solunuma: İnhalasyonla, partiküle asılı olabilir Sindirime: Gıda ve sıvı ile, ağızdan, gıda hijyensiz ise Ürogenital yola: Hijyensizlik, cinsel temas Deriden: Temas, konjuktivadan Kana: Açık yaradan, parenteral yol

Dokulardan ve dolaşımdan gelen tehlikeler Biriken atık ve eski hücre Yanlış katlanan çözünmez proteinin dokuda yığılımı Dolaşımda hapten taşıyıcısı Hücre yüzeyinde hapten taşıyıcısı Sindirim kanalından kana kaçan mikroorganizmalar Oyuklarda saklanan mikroorganizmalar

0-4 saat sıvısal yanıtlar 1- Tehlikeyi plazmada tahrip eden çözünebilir elemanlar Antimikrobiyaller Enzimler Üç yolaklı kompleman enzim sistemi (lektinli, klasik, alternatif yolaklar) Nötralizanlar 2- Stres algılayan hücrenin stres proteini aracılı savunma yanıtı 3- Tehlikeyi yüzeyel PRR veya opsoninle tanıyarak tahrip eden hücre aracılı sıvısal sistemler Mast dokuda: Fagositoz, degranülasyon Dendritik hücre dokuda: Pinositoz Trombosit kanda: Yapışma, antimikrobiyal, yangı, tümör ve helminte sitotoksisite Monosit kanda/makrofaj dokuda: Fagositoz, larva ve helminte sitotoksisite Eozinofil kanda ve dokuda: Fagositoz, larva ve helminte sitotoksisite Nötrofil kanda: Fagositoz Bazofil kanda: Yangı, antimikrobiyal

Stres algılayan hücrenin stres proteini aracılı savunma yanıtı Hücre işleyişinde sorun belirince protein katlanmasında hatalar başlar, bu da stres proteini ifadesini artırır. Stres proteini hücre dışına salgılanır. Salgı hedef hücrede aktiflenmeye yol açar. Stres proteinleri Mukus IFN-alfa ve IFN-beta IL1, IL6, TNF-alfa salgılanması üretimi üretimi Plazmasistoid dendritik hücre Monosit/makrofaj Epitel hücre Dış düşmanı felç eder Makrofaj ve yangı uyarılır Makrofaj aktiflenir

Bir larvayı lizis ile öldürmeye çalışan eozinofil sitotoksisitesi

Kandan dokuya gelen nötrofil: Tuzak, fagositoz Yangı süresince (4-96 saat) kandan çağrılan dört lökosit, yüzeyel PRR veya opsoninle tehlikeyi tanıyan sıvısal tahrip sistemlerini oluşturur Kandan dokuya gelen nötrofil: Tuzak, fagositoz Kandan dokuya gelen monosit: Fagositoz Kandan dokuya gelen eozinofil: Fagositoz ve helminte sitotoksisite Kandan gelen bazofil: Yangı, antimikrobiyal Bu lökositler normal durumda venlerde depolanmıştır, enfeksiyon durumunda kana geçerek lökositoza neden olurlar

2 Doğal Savunmada Hücresel Yanıt, Hücre İçinde Saklanan Tehlikelere Karşı Etkindir

Hücre içinden gelen tehlikeler Tümör Hücre içinde biriken atıklar ve çözünmez proteinler Mikroorganizma Genoma entegre yabancı genom

0-4 saat hücresel yanıtlar 1- İçinden PRR ile tanıma yapan hücrenin kendini savunma yanıtı 2- İçinde stres algılayan hücrenin stres proteini aracılı stres yanıtı 3- Plazmasitoid dendritik hücreler virüs işgalinde IFN-alfa ve IFN-beta üreterek kendini savunan hücrelere yardımcı olur 4- Kan veya dokuda tehlikeyi barındıran hedef hücreyi yüzeyindeki stres proteini veya MHC’ler ile antijen sunuyor iken tanıyan sitotoksik hücreler lizis ve/veya apoptozla hedefi tahrip ederler NK lenfositi ϒδ T lenfositi CD8+ T lenfositi Yangı süresinde (4-96 saat) ek CD8+ T, NK ve ϒδ T lenfositi kandan dokuya gelir

İçte PRR ile Tanıma Olduğunda Hücrenin Yanıtı Hücrede fagolizozom oluşumu aktiflenir Hücreiçi enzimler aktiflenir Hücrede stres yanıt sistemi aktiflenir Tanınan RNA/DNA ise anti-sens eşlenik sentezlenir MHC-I ile PAMP epitoplarının sunumu belirir Yangı sitokinleri (IL1, IL6, TNF-α) salgılanır Apoptoz indüklenir

İçten İşgal Edilen Hücrenin Stres Yanıtı Hücre işleyişinde sorun nedeniyle hatalı katlanan proteinler mikrop veya tümörden de kaynaklanır Stres proteini nükleusa girer ve stres genlerine bağlanarak hücreyi aktifleşir Stres proteini yanlış katlanmış proteine bağlanır Tip-I IFN salgılanır Hücre içi Komşu hücrede enzimler iç enzimler aktiflenir aktiflenir Kompleks salgılanır Kompleks hücre yüzeyine çıkarak hücrelere sunulur Stres proteini salgılanır

HEM SIVISAL HEM HÜCRESEL YANIT EYLEMCİSİDİR 3 Kompleman Sistemi HEM SIVISAL HEM HÜCRESEL YANIT EYLEMCİSİDİR

TEHLİKEYİ 3 farklı yoldan TANIYAN kompleman sistemi Enzim şelalesi C3 konvertaz oluşumu C3a C4a C5a C5 konvertaz oluşumu

Alternatif yol kompleman sisteminin %80 kullandığı aktivasyon yolağıdır B

Klasik yolakta C1q opsonin bir antikora opsonizasyon yapar. Ayrıca bazen, tehlikeli yüzeylere doğrudan bağlanabilir.

Membrana Saldırı Kompleksi (MSK) C5 konvertazın devamında gelişebilir ve hedefte por (delik) açar Hedef hücre yüzeyindeki porlardan dışarı kaçan sitoplazma sonucu hedef hücre lize olur (kompleman sitotoksisitesi)

Kompleman aktivasyonu esnasında oluşan ara metabolitler 3 işlev görür Tümöre sitotoksisite (membranına saldırı kompleksi ile) Tümör hücresi Opsonizasyon ile fagositoz Anti-tümör antikoru Eylemci hücre C1q C3b Kompleman reseptörü MSK Mikroba sittotoksisite (membranına saldırı kompleksi ile) Kemotaksis ve anaflatoksinle yangı başlatma Mikrop yüzeyi Lektin Güçlü anaflatoksin (damarları gevşetir, sistemik ise hayati risk getirir) MSK

Komplemanın diğer işlevleri  Alternatif kompleman eskimiş hücre membranlarını ve toksinleri doğrudan tanır ve opsonize eder Toksinlerin immün kompleks formunda temizlenmesi kompleman yardımıyla olur Antikorla opsonize bir bakteri ayrıca komplemanla da opsonize olursa fagositlerin bakteriyi tahribat gücü çok yükselir  Kompleman B hücreye tehlike bildiren aracıdır (eşuyarandır)

Komplemanın meydana getirdiği doku hasarının azaltılması ve kontrolünde rol oynayan moleküller Plazmadaki alternatif kompleman kontrol proteinleri: Faktör I, Faktör H Karboksipeptidaz N, Klusterin, Vitronektin Plazmadaki klasik kompleman kontrol proteinleri: C1-inh C4 bağlayan protein Vücut hücreleri yüzeyindeki kontrol proteinleri: DAF: CD55 CD59 Membran kofaktör protein (MCP, CD46)

SIVISAL YANIT EYLEMİDİR 4 Fagositoz SIVISAL YANIT EYLEMİDİR

Profesyonel ve Non-profesyonel Fagositler Etkin tahribat N M E D Mast Hafif tahribat Epitel hücreler Endotel hücreler Fibroblastlar Lenfositler NK Eritrositler Mezenkimal kök hücreler

DOĞRUDAN OPSONİN ile FAGOSİTOZ FAGOSİTOZ fagosit opsonin reseptörü Fagozom oluşumu Fagozom oluşumu fagosit opsonin reseptörü mikrop TLR opsonin

Makrofaj/monosit, nötrofil, eozinofil ve mast hücre fagositozu Dendiritik hücre fagositozu

Fagositozda tahribat reaksiyonları

Fagositlerin savunma yöntemleri Hücre içinde ve oksijen kullanarak ROS (reaktif oksijen türleri) yapımı ile fagositoz 1) Süperoksit, hidrojen peroksit, bekar oksijen, hidroksi radikalleri 2) Miyeloproksidaz kullanarak hidrojen peroksit ve kloritden hipoklorit üretimi Hücre içinde ve oksijen kullanmadan fagositoz 1) Bakteri duvarına zarar veren lizozimler 2) Bakteri membranına zarar veren elektrik yüklü proteinler 3) Bakteriye çok gerekli demiri bloke eden laktoferrinler 4) Bakteriyi sindiren proteaz ve hidrolitik enzimler Hücre dışında iken tahrip edici eylemcileri kullanmak 1) IFNg uyarısı ile komşu hücrelere NO (nitrik oksit) salgılatmak 2) TNF-α uyarısı ile hedefi apoptoz indüklemek 3) Nötrofillerin salgıladığı fosfolipaz ürünleri (LTR'ler) nötrofil kemotaksisi yapar (doku hasarı kaçınılmaz!! Bol ROS ve proteaz) 4) Makrofajların salgıladığı TNF-α pıhtılaşma, ayrıca, sistemik yüksek düzeyde hayati organlarda aşırı vazodilatasyon yaparak ölüme yol açabilir

Yangı ortamında fagositlerin yetkinlikleri, sonuç

Hücredışı Nötrofil Tuzağı Nötrofil çevresinde ''antimikrobial+ekstraselüler globular protein+kırık DNA’lar'' içerikli bir kabuk ile dolaşır. Hatta bu kabukları örümcek ağı gibi dokuya yığarak ’’hücredışı nötrofil tuzağı’’ denen tuzaklar kurar. Tuzak sayesinde hasarlı dokudan dışarı sızacak tahrip edici moleküller çevreye kontrollü salınır. Nötrofil salgıladığı antimikrobiyallerin de çevreye kontrollü dağılımını tuzak sayesinde başarır.

Bakteri - fagosit kovalamacası Nötrofil dışarı düzenli antimikrobiyal salgılar. Bakteriler antimikrobiyalleri kendi duvarlarında bulunan PhoQ sensör kinaz ile hemen algılar, ikincil habercilerin fosforlanma şelalesi sonucu virülans aktiviteleri indüklenir, sonuçta iskelet antimikrobiyalin aksi yönünde harekete geçer. Nötrofil her hareketinde antimikrobiyalin yeri değiştiğinden bakteri de buna göre yerini değiştirir. Bakteri hareket ederken döküntüleri saçılır. Nötrofil PRR ile algıladığı döküntüye kemotaksis yapar. Hareketler saliseler içinde gerçekleştiğinden fagosit-bakteri arasında gerçek bir kovalamaca ortaya çıkar.

5 TEHLİKELİ İÇEREN ÖZ HÜCREYE Sitotoksisite HÜCRESEL YANIT EYLEMİDİR

Apoptoz + lizisle öldürme yöntemi Granül ile Perforinler (delik açar) Granzimeler (apoptoz) Granülisinler (apoptoz) Enzimlerle delik açar Hücre-hücre bağlantısı ile CD8+ T ile hedef öldürmede Fas ligand hedefteki Fas’a bağlanır, hedef hücrede apoptoz indüklenir Salt lizisle öldürme yöntemi Salt apoptozla öldürme yöntemi

LİZİS ve APOPTOZ MHC İçi mikrop dolu öz hücre veya tümör hücresi Sitotoksik ve apoptotik moleküller MHC İçi mikrop dolu öz hücre veya tümör hücresi Sitotoksik hücre

Akut Yangı (Ani inflamasyon) 6 Akut Yangı (Ani inflamasyon)

Akut Yangı (akut inflamasyon) Başlamasının Nedeni 1. 0-4 saatte konak hücrenin stresi durdurulamamıştır. Çünkü tehlikelinin sayısı artmış veya bağışıklık sisteminin eylemcileri birikmiştir. Her ikisi de dokuda hasara neden olur 2. Konakta kolayca tamir edilemeyen bir lezyon başlamıştır

Akut Yangının Amacı 1. Tehlikelinin vücutda yaptığı hasar ve lezyonlara karşı savaş başlatmak ve tehlikelinin vücutta dağılmasını durdurmak 2. Daha fazla bağışıklık sistem eylemcisi ve özellikle nötrofilleri ve kan eozinofillerini savaşta kullanmak, bazofillerin yangı arttırıcı etkisinden yararlanmak 3. Parasempatik ve sempatik kollarıyla yangıyı desteklemesi için sinir sistemini haberdar etmek

Yangıda devreye giren mekanizmalar  Proinflamatuvar sitokinler: IL1, IL6, TNF-α (endotel geçirgenliği artar, ateş ayarı değişir)  Kemokinler: IL-8, C5a’nın etkisi (kandan lökosit çağrılır)  Stres yanıtını aktifleyici: INF-α ve INF-β (tip-1 interferonlar)  Anafilatoksinler: C5a, C3a, C4a (endotel geçirgenliği artar)  Akut Faz Proteinleri: Ateş ayarını arttırarak bakterinin demir kullanımına engel olur  Sinir sitemine bilgi vericiler: Bradikinin ile ağrı, histamin ile kaşıntı  Pıhtılaşma-Fibrinolitik Sistem: Trombin salınımıyla tromosit, fibrinojen ve eritrosit yırtılan damardan sıvı kaçağını önleyen tıkaç üretir, plasminojen sistemiyle fazla tıkaç yıkılır  Vasküler aminler: Histamin, PAF, vb.. (damar geçirgenliği ayarı)  Vasküler kinin sistemi: Endotellerdeki kininojen salgılanır (endotel gevşetme ayarı)  Prostaglandin, prostasiklinler, tromboksan: Yırtılan doku anyonik yüzeylerinden çıkar, anyonik yüzeye yangısal tepkileri başlatır  Lökotrienler: LTR2, LTR3, LTR4 (anyonik yüzeye yangısal tepkileri uzatır)

Lokal Akut Yangı Belirtilerinin Nedenleri Şişme Kızarıklık Sıcaklık Ağrı  Şişme: Geçirgen damardan sızan plazma ve infiltre olan lökositler dokuya dolar  Kızarıklık: Geçirgen damardan kaçan kırmızı eritrositler dokuya dolar  Sıcaklık: (1) Lezyona artmış plazma ve lökosit giriş-çıkışının oluşturduğu artmış sürtünme ile ısınma; (2) lezyonda savaş esnasında kullanılan bol ATP'li kimyasal reaksiyonlardan çıkan ısı

Yangıda kandan granülosit çağırma işlemi Dokuya önce PMNL’ler çağrılır. Nötrofil güçlü bir fagosittir. 3-4 saatte lenfositler de gelir. Edinsel immünitenin hücrelerinden sadece deneyimliler ve hafızalılar çağrıya yanıt verebilir.

Lökositlerin Yangı Alanına Geliş Süreci 1. Dolaşımdaki nötrofillerden (keza bazofil ve eozinofil de) damara yakın olanlar halihazırda sürtünme ile biraz yavaşlamıştır. 2. Aktive olan endotellerin yüzeyinde selektinler ve integrinler belirir. Selektinler lökosit hızını yuvarlanacakları kadar düşürür. 3. Yuvarlanan bu lökositler integrinler tarafından sıkıca bağlanarak durdurulur. Lökositte kemokin reseptörü belirir. 4. Lezyon yöresinden salgılanan kemokinleri algılayan lökositler kaynağa doğru ilerler (ekstravazasyon). 5. Lezyon bölgesinde lökositler mikroorganizmalardan dökülen moleküllerin kaynağına ilerler.

7 Doğal bağışıklık yanıttında yangı şiddetinin kontrolü ve sonlandırılması

Yangı sürecinden beklenen tehlikeli bertaraf olduğunda susmasıdır Yangı sürecinden beklenen tehlikeli bertaraf olduğunda susmasıdır. Yangı boyunca kullanılan tahrip molekülleri dokuya kaçabilir ve hasara neden olur. Hasar kendi başına yangı tetikleyici olduğundan, tehlikeli etken bertaraf olsa bile kalan hasar bir yangı-hasar döngüsü kurabilir. Yangı-hasar döngü olasılığını azaltmak için hasar tamir sistemi yangı esnasında sürekli çalışır. Ek olarak savaş şiddeti değişik stratejilerle sürekli kontrol altında tutulmaya çalışılır.

YARA TAMİR BASAMAKLARI İlk hasarda hemostaz: Pıhtılaşma ile damar daralması Yangı söndüğünde: Ölü nötrofil ve monosit içeren irin Fibroblast ve epitel hücrelerden birbirlerini çoğaltma hormonları (EGF, VEGF, FGB) Damarlanma başlar kollajenle yara örülür. 1-2 hafta sonra olgunlaşma: Yara ve damar daralması, atık temizleme, kolajen tipinin dayanıklısıyla değiştirilmesi Olgunlaşma yıl boyunca ilerler kollajenle yara örülür

Yanıt şiddetinin dizginlenmesinde kontrol yolakları Eylemci hücre davranışının temporal aktiflenmeyle kontrolü Eylemci hücre ömrünün kontrolü Dokunun yangıya izin vermesi ile kontrol Eylemci hücre davranışının düzenleyici hücrelerle kontrolü

Eylemci hücre ömrü Monositlerin yarı ömrü 1-3 gün Nötrofil yarı ömrü 6-8 saat Dolaşan eozinofil yarı ömrü 6-12 saat Dolaşan NK hücrelerinin yarı ömrü 7-10 gün Endotel hücre yarı ömrü 144 gün Mast hücre sırt derisinde yarı ömrü 4-9 gün (28nci günde tamamı ölüyor); kulak derisinde yarı ömrü 7-20 gün (84üncü günde tamamı ölüyor) Dendritik hücrelerde çeşidine göre birkaç gün-birkaç hafta

HÜCRELER TEMPORAL AKTİFLENİR Savunma eylemcisi tehlikeyi tanıyınca tek kezlik aktive olur, işini yapar ve susar. Tehlike varlığını sürdürdükçe her kez tanıma-aktive olma-susma döngüsünü hücrede ATP bitene dek sürdürür. Tehlike bittiğinde tanıma durduğundan yanıt kendiliğinden sonlanır.

Düzenleyici hücreler savunmayı saldırma veya tamir moduna yöneltir Düzenleyici nötrofiller Düzenleyici bazofiller Düzenleyici mast hücreleri Düzenleyici γδ-T hücreleri (inter epitelya lenfositler= IEL) Düzenleyici NK hücreleri Alternatif aktiflenen makrofaj

Salgıladıkları baskılayıcı faktörlerle (TGF-beta, baskılayıcı prostaglandinler, vb..) bazı dokular lokal yangıyı azaltır 1- İmmün ayrıcalıklı dokular (beyin, göz ön kamarası, testis, fetus) 2- Savaş sonrasındaki dokular

Dokuda tehlikelinin yok edilemediği ancak varlığının ve/veya oluşturduğu lezyonun bağışıklık sistemi tarafından saldırılmayacak kadar saklı veya düşük düzeyde sürdüğü durumda ne olur?

Yangı Çevresindeki Eylemci Makrofaj Salgıladığı Sitokin Panelini Durdurarak Alternatif Moda Girer ve Lezyon Tamirini İndükleyen Sitokinler Salgılamaya Başlar Klasik MΦ Alternatif MΦ Böylece Alternatif Makrofaj Tarafından Kronik Yangı Başlatılmış Olur. Kronik Yangının Amacı Tehlikelinin Vücuttaki Varlığına Rağmen Konağı Sürdürülebilir Hasarla Yaşatmaktır. Bu Nedenle Kronik Yangı Esnasında Tehlikelinin Çoğalması ve Vereceği Hasar Sürekli Kontrol Altında Tutulur