Molekylær efterligning og klonal Deletion: et nyt Look | Jiotower
klonal DELETION
succesen med adaptiv immunitet hviler på antagelsen om, at det samlede interval af receptorer på lymfocytpopulationen, både T-celler og B-celler, er stort nok til at genkende ethvert potentielt patogen. Antigenet vælger, binder til og aktiverer den passende lymfocyt, hvilket får det til at replikere serielt og producere en klon af lymfocytter, der bærer den samme antigenspecifikke receptor. Den klonale selektionsteori for Burnet forudsagde, at for tidlig eksponering for dets beslægtede antigen ville føre til lymfocytens død snarere end proliferation (Burnet, 1959). For eksempel, hvis et møde med det beslægtede antigen forekommer under dannelsen af lymfocyten på et tidligt tidspunkt, hvor antigenspecificitet først tildeles, vil celledød og efterfølgende klonal deletion resultere. Denne proces med negativ selektion blev foreslået af Burnet som mekanismen til eliminering af selvstyrede lymfocytkloner under udvikling af det adaptive immunrespons.
klonal deletion kan forekomme centralt under den indledende differentiering af antigenspecifikke T-celler eller B-celler eller endda senere på perifere steder. I tilfælde af T-celler er stedet for T-celledifferentiering thymus (Sprent og Netb, 1995). Under processen med “thymisk uddannelse” støder T-celler med deres antigenspecifikke receptorer på tilsvarende antigenpræsenterende celler i den thymiske medulla. Når den thymiske medullære celle præsenterer en bestemt epitop af antigenet, gennemgår responderende T-celler apoptotisk celledød. I princippet vil progency af disse celler derfor være fuldstændig fraværende. Værten, der ikke er i stand til at reagere, vil blive betragtet som tolerant over for det bestemte antigen (Hamilton et al., 2014).
hvis man undersøger litteraturen, der er akkumuleret på naturligt forekommende t-celletolerance i nogle tres år siden formuleringen af klonal selektionsteori, kan man se, at central klonal sletning repræsenterer et spektrum i dets effektivitet (Kappler et al., 1988; MacDonald et al., 1988; Streilein, 1982; Vinsberger et al., 2011). I nogle få tilfælde ser elimineringsprocessen ud til at være afsluttet (Dighiero og Rose, 1999). Eksempler ses bedst i større celle-og vævsantigener, ofte komplekse kulhydrater og udtrykt på celleoverfladen. De største blodgruppeantigener, ABO og Forssman-antigenet, er primære eksempler på antigener, der er i stand til at inducere komplet, specifik klonal deletion. Således er et blodgruppe A-individ fuldstændigt ude af stand til at producere anti-a, skønt et blodgruppe B-individ producerer et kraftigt respons på dette nært beslægtede antigen. I eksempler på fuldstændig klonal deletion er det normalt forudsigeligt, at det tolerante individ vil producere antistofferne specifikke for den fraværende alloantigen. Således producerer blodgruppe A-individer spontant et anti-B. tilsvarende uddyber Forssman-negative dyr naturlige Forssman-antistoffer.
prænatal eller neonatal eksponering for et ikke-selvantigen kan inducere en form for erhvervet tolerance, der kan være livslang. I en kort rapport viste oven (1945), at genetisk forskellige kvæg tvillinger, der deler føtale vaskulære anastomoser, vil have de alloantigeniske røde blodlegemer fra de modsatte tvillinger. Faktisk viste Traubs (1936) undersøgelser af lymfocytiske choriomeningitis virusinfektioner hos mus vedvarende virus introduceret under embryonalt eller neonatal liv. Sådanne” tolerante ” mus kan blive livslange bærere af virussen, selvom de kan producere høje titere af antiviralt antistof og udvikle immunkompleks-medieret glomerenephritis (Oldstone & Dikson, 1967). I forsøg med Jameson & Ahmed (1987) var bærermus helbredt af virusinfektion ved adaptiv overførsel af immun donor T-celler i stand til at producere deres egen population af cytotoksiske T-celler. Disse fund antyder, at erhvervet immuntolerance hovedsageligt er relateret til rensning af antigenspecifikke T-celler i thymus og kan vendes ved rekonstitution med friskmyntede knoglemarvsafledte T-celler. Eliminering af virus gjorde det muligt for bærermusen at producere cytotoksiske T-celler.
i den anden ende af det klonale deletionsspektrum er antigener, der ikke udtrykkes godt i thymus. I disse tilfælde kan autoimmunitet induceres relativt let ved at præsentere det beslægtede antigen i den rette sammenhæng. Klassiske tilfælde er vævsantigenerne fra” immunologisk privilegerede ” steder som i det forreste kammer i øjet, sæd i testiklerne og til en vis grad hjerne (Medavar, 1948). I disse organer er allogene og endda fremmedogene væv i stand til at overleve, hvilket tyder på en kombination af barrierer og lokal tolerance. Når de præsenteres på andre steder, inducerer disse “sekvestrerede” antigener let autoimmune reaktioner (Streilein et al., 1997). Ved blot at binde vas deferens indføres sæd i kroppen og stimulerer sædspecifikke autoantistoffer (Samuel and Rose, 1980). Immunprivilegium i øjet kan overvindes ved at øge andelen af T-celler, der bærer en receptor, der er specifik for et nethindespecifikt antigen (Horai et al., 2013). En spontan form for autoimmun sygdom kan udvikle sig i neonatalt thymektomiserede mus, en proces afhængig af værtsens genetiske sammensætning og bidraget fra værtsmikrobiomet (Pillai, 2013). Formentlig ville produktionen af inflammatoriske immunresponser i linsen eller andre privilegerede steder i sig selv være skadelig for deres nøglefunktioner (Stein-Streilein og Caspi, 2014), og evolution har givet dem særlige tolerancemekanismer.
forestillingen om, at antigenekspression i thymus er nøglen til central klonal deletion, forstærkes af nylige undersøgelser af immunregulerende (AIRE) gener (Venan et al., 2004; Laan og Peterson, 2013). Mutationer eller arvelige allotypiske forskelle i denne genfamilie bestemmer de medullære thymiske epitelcellers evne til at erhverve og præsentere et vævsbegrænset eller organspecifikt antigen. De vigtigste antigener, der har været forbundet med aire-genmutationer, er repræsenteret i det endokrine system. Således lider mennesker med visse alleler i Aire-gen ofte af flere endokrinopatier, en forkærlighed, der måske er relateret til de udtalt organspecifikke antigener i disse højt specialiserede organer. Selvom tilstedeværelsen eller dysfunktionen af AIRE-lignende gener i andre eksempler på autoimmun sygdom stadig er ukendt, er induktion af autoimmun sygdom ikke almindelig med vævsbegrænsede, organspecifikke antigener (Vitebsky et al., 1957).
med undtagelse af de polære eksempler vil de fleste antigener, der kommer ind i kroppen, sandsynligvis blive mødt med en vis grad af delvis klonal deletion (Gallegos og Bevan, 2006). Denne gradient kan primært være baseret på affiniteten mellem peptidepitopen af antigenet og T-cellereceptoren eller på affiniteten af peptidet med det største histokompatibilitetskompleks (MHC) element i den præsenterende celle. Selv subtile ændringer af naturligt forekommende epitoper ved kemisk manipulation vil undertiden forhindre og øge sandsynligheden for en autoimmun sygdom. Ændret hjertemyosin kan bruges som en vaccine til forebyggelse eller endda behandling af eksperimentel autoimmun myocarditis (Cihakova et al., 2008). Et halogenafledt produkt hæver antigeniciteten af leveren CYP2E1 og forbedrer produktionen af autoimmun hepatitis hos mus (Njoku et al, 2005). Et andet eksempel ses i thyroglobulin, hvor thyroninepitopen med en jodsubstituent er en mere aktiv autoantigen end det samme peptid, der mangler jod (Barin et al., 2005). Der er mange andre eksempler, hvor selv mindre ændringer i antigen induceret ved infektion eller ved eksponering for lægemidler eller miljøkemikalier kan øge affiniteten af antigene peptider og lette en autoimmun sygdomsproces (Rose og Caturegli, 1997).
klonal sletning af B-celler er også ufuldstændig. Ud over negativ selektion under deres generation i knoglemarven kan B-celle gennemgå en proces med receptorredigering, hvorved lymfocytter med autoreaktive receptorer kan undgå deletion ved at gennemgå et sekundært receptorrearrangement (Prak et al., 2011).
da klonal deletion generelt er ufuldkommen, er lymfocytter, der er i stand til selvstyrede autoimmune reaktioner, almindelige (Ada og Rose, 1988; Enous et al, 2012). Gennem hele levetiden genereres forskellige T-og B-celler i knoglemarven og udvikler sig i thymus eller et perifert lymfoidorgan. I tilfælde af B-celler findes deres produkter almindeligvis i form af naturlige autoantistoffer; det vil sige autoantistoffer induceret uden en bevidst eller defineret immuniseringsproces (Rose og Brinckerhoff, 1969). Meget af det totale immunoglobulinindhold i humant serum omfatter naturligt forekommende autoantistoffer (Aveameas et al., 1983). De er til stede i alle normale forsøgspersoner, skønt de ofte er noget vanskelige at demonstrere på grund af deres lave affinitet og omfattende krydsreaktivitet. Selvreaktive T-celler er også godt beskrevet i litteraturen, men deres lave bindingsaffinitet giver særlige problemer. T-celle” degeneration ” rejser spørgsmålet om at definere og opretholde t-cellespecificitet (Van Den Berg et al., 2001).
selvom en eller anden form for B-celle og T-celle naturlig autoimmunitet er universel, er autoimmun sygdom relativt set ikke en hyppig begivenhed. (Det skal dog påpeges, at mellem 5 og 8% af amerikanerne har en eller anden form for autoimmun sygdom.) På grund af den ufuldkomne karakter af klonal sletning kræves både passive og aktive reguleringsmetoder (Rose Et al, 1980). I tilfælde af B-celler kan mødet med et antigen i fravær af de krævede ikke-antigenspecifikke signaler føre til en tilstand af suspenderet animation eller anergi (Nossal, 1994). Denne proces kan vendes, hvis de sekundære stimulerende signaler senere tilvejebringes fra en eller anden kilde, såsom en infektion. T-celle-manglende respons er også blevet godt beskrevet og relateret ikke kun til fraværet af de ikke-antigene signaler, men til selve antigenpræsentationens tilstand. Administration af antigen ad visse veje, såsom oral eller nasal, eller præsentation af bestemte populationer af dendritiske celler, kan således resultere i negative snarere end positive reaktioner (Guerder et al., 2013).
ud over passiv regulering er aktiv regulering en vigtig mekanisme til at præsentere de daglige autoimmune reaktioner fra at nå et klinisk signifikant niveau. Specialiserede populationer af T-lymfocytter, naturligt forekommende eller induceret, og virker ved en antigenspecifik eller ikke-specifik måde beskrives ofte i den aktuelle litteratur. En række andre celler inklusive B-celler, NK-celler og myelocytter samt celleprodukter bidrager aktivt til at opretholde den homeostatiske kontrol af Selvreaktive lymfocytter (Shen et al, 2014; Lindau et al, 2012).
som antydet ovenfor er T-celler og B-celler skræddersyet til at genkende og reagere på bestemte korte aminosyresekvenser. Sekvenserne kan være kontinuerlige eller diskontinuerlige. Nabosekvenser kan udøve virkninger under immuniseringsprocessen. Alligevel behøver de reaktive sekvenser ikke altid at være perfekte duplikater af peptidet, der anvendes til immunisering. Et par vigtige forankringsaminosyrer på visse steder inden for den immunogene peptidsekvens er hovedsageligt ansvarlige for at etablere t-cellereceptoraffinitet for peptidet. En antigenspecifik T-celle er i stand til at genkende en noget bredere vifte af peptider end den, der inducerede den.
ufuldstændig klonal sletning har et sundt evolutionært grundlag. Det er vigtigt, at en vært genkender de patogenetiske epitoper af et nærunivers af potentielle patogener. Der er endda chance for, at et individ kan have langvarig hukommelse af et nyt patogen på grund af en tidligere adaptiv immunrespons, hvis der forekommer en vis grad af krydsreaktion blandt epitoper. Beskyttelse af værten ville være hurtigere og mere effektiv og lettere spredes til yderligere epitoper på grund af molekylær efterligning.
