Eläinfysiologia ja histologia Luento X Kitarisat Nielurisat. Puolustuslinja (hankittu ja spesifinen immuniteetti) Spesifinen immuniteetti - Lymfosyyttityypit Lymfosyytti Kahdenlaisia imusoluja (lymfosyyttejä): B lymfosyytit yy (B-solut) )ja T lymfosyytit yy (T-solut) Kiertävät veren mukana Luonnolliset tappajasolut syntyvät y samoista kantasoluista kuin lymfosyytit Niiden solukalvolla on antigeenireseptoreita Yhdessä solussa noin 00 000 identtistä reseptorimolekyyliä Lymfosyytit tunnistavat antigeenin solukalvon antigeenireseptorin avulla. B-lymfosyytit: Plasmasolut Tuottavat myös liukoisia vasta-aineita (humoraalinen immuniteetti) Muistisolut T-lymfosyytit: Auttaja T-solut Sytotoksiset T-solut Muistisolut T-lymfosyyttien vasta-aineet (=antigeenireseptorit) ovat aina solukalvolla (soluvälitteinen immuniteetti) Lymfosyytit syöpäsolujen kimpussa
Spesifinen immuniteetti - Lymfosyyttien erilaistuminen Antigeenireseptorit Pluripotentit kantasolut T-solut kypsyvät kateenkorvassa. B-solut luuytimessä; sikiöllä myös maksassa. Apoptoosi poistaa lymfosyytit, jotka eivät tunnista elimistön omia soluja. Lymfosyytin kantasolu Pluripotentti kantasolu Kateenkorva Epitoopin tunnistava kohta kevyt ketju Disulfidisilta Epitoopin tunnistava kohta Epitoopin tunnistava kohta Muuntelevat alueet V V C C Vakio- C C alueet Kalvonläpäisevä osa Raskaat ketjut Solukalvo B-solu B-solun sytoplasma (a) B-solun reseptori muodostuu identtisestä raskaasta ketjusta ja identtisestä i kevyestä ketjusta. Molekyylejä yhdistävät disulfidisillat. α ketju β ketju Disulfidisilta T-solu T-solun sytoplasma (b) T-solun reseptori koostuu yhdestä a ketjusta ja yhdestä b ketjusta, joita yhdistävät disulfidisillat. B-solu T-solu Imukudokset (perna, imusolmukkeet, veri, imuneste) epitoopin tunnistavaa kohtaa epitoopin tunnistava kohta Vasta-aine A Antigeenin tunnistamiskohdat Epitooppi (antigeenin määrittävä rakenne) Antigeeni Vasta-aine B Vasta-aine C Antigeeni: Patogeenin pintaproteiini tai polysakkaridi. Epitooppi: Rakenne, jonka B- tai T-solun antigeenireseptori (tai vasta-aine) tunnistaa. Vasta-aineet: Aktivoituneiden B-solujen (plasmasolujen) vereen tuottamia proteiineja, jotka tunnistavat antigeenin epitoopin. Veren immunoglobuliineja Erottuvat elektroforeesissa gammaglobuliinifraktiona Y-kirjaimen muotoinen raskasta ja kevyttä ketjua Y-sakaroiden alue (Fab-alue) on kullekin vasta-aineelle spesifinen
Vasta-aine tunnistaa spesifisesti antigeenin yhden epitoopin i Vasta-aine (immunoglobuliini) Antigeenin sitoutumiskohta Antigeeni Epitooppi (antigeenisyyden määräävä rakenne) Vasta-aineiden muuntelun alkuperä V 4 V 9 Erilaístumattoman V Introni B-solun DNA (Ig-geeni) V V V 40 J J J J 4 J 5 C V = muunteleva jakso (variable), 40 kpl J = liitosjakso (joining), 5 kpl C = vakiojakso (constant), kpl Erilaistuneen B-solun DNA B-solun kypsyessä sen Ig-geenin alueita yhdistellään niin, että soluun tulee yksi VJ-eksoni (esim. V J 5 ). Solun tuottaessa immunoglobuliinia, introni muuntelevan ja vakiojakson välistä poistetaan. pre-mrna Ig-geenin järjestely on pysyvä ja siirtyy tytärsoluihin solun jakautuessa. Järjestely koskee vain yhtä kevyen ketjun ja yhtä raskaan ketjun alleelia kussakin solussa. mrna Cap V V V J 5 Introni C DNA:n poisto V ja J jakson välistä ja osien yhteen liittäminen Transkriptio V J 5 Introni C V J 5 C RNA prosessointi (intronin poisto; capin ja poly-a hännän lisäys) Poly-A häntä 4 Translaatio Vasta-aineen kevyen ketjun polypeptidi p V C Muunteleva Vakioalue alue B-solu B-solun reseptori Spesifinen immuniteetti - MHC-proteiinit Miten omat solut erotetaan elimistölle vieraista soluista? Yksilölliset solunpintaproteiinit (major histocompatibility complex, MHC) (tai human leucocyte antigens, HLA). MHC-I luokan proteiinit: Kaikissa tumallisissa soluissa Antigeenin esittely infektoituneissa soluissa Aktivoivat sytotoksisia T-soluja MHC-II luokan proteiinit: Makrofagit, B-solut, dendriittisolut (antigeenejä esittelevät solut) Aktivoivat auttaja T-soluja Veriryhmäantigeenit (ABO, Rh) MHC-I proteiinit ja antigeenin esittely Infektoituneissa soluissa antigeenin osia liittyy osaksi MHC-proteiinia ja joutuu solukalvolle. Antigeenin esittely muille immuunipuolustuksen soluille MHC-I molekyylit esittelevät antigeenejä sytotoksisille T-soluille. Infektoitunut solu Antigeenin osa MHC I Proteiini T-solun antigeenireseptori Antigeenin pala liittyy osaksi MHC I proteiinia ja joutuu solun pinnalle. Sytotoksinen T-solun tunnistaa antigeenin ja aktivoituu. (a) Sytotoksinen T-solu
Sytotoksinen T-solu Sytotoksisten T-solujen toimintamekanismi Sytotoksiset T-solut sitoutuvat Aktivoidut T-solut vapauttavat perforiiniproteiineja, jotka muodostavat huokosia Grantsyymit käynnistävät kohdesoluun reseptorinsa (TCR) ja apoptoosin, mikä johtaa solun CD8-proteiinin välityksellä. kohdesolun solukalvoon ja vapauttavat kuolemaan. Tämän jälkeen T-solu Tämä yhdessä auttaja-t-solujen proteolyyttisiä entsyymejä (grantsyymejä), etsii uuden kohteen. erittämien sytokiinien kanssa aktivoi jotka pääsevät soluun endosytoosin avulla. sytotoksisen T-solun (Luonnolliset tappajasolut käyttävät samaa mekanismia solujen tuhoamiseen). Perforiini TCR Grantsyymit CD8 MHC-I molekyyli Huokonen Syöpäsolu Kohde- solu Peptidiantigeeni Vapautunut sytotoksinen T-solu Kohdesolun apoptoosi pp Sytotoksinen T-solu Mikä on dendriittisolu? Niitä on ihossa (siitä käytetään myös nimiä Langerhansin solu ja ihon makrofagi), hengitysteiden ja suoliston limakalvoissa. Tunnistavat antigeenejä Toll-like like reseptorien avulla. Toll-like reseptorit ovat samanlaisia proteiineja kuin Drosophilan Tollgeenin tuotteet (sieni-infektion torjunta kärpäsessä). Toll-like reseptorit tunnistavat tiettyjä patogeenisten mikrobien pintamolekyylejä. Tunnistettuaan antigeenin ne menevät imukudoksiin esittelemään antigeeniä T- ja B- soluille. MHC-II proteiinit ja antigeenien esittely Dendriittisoluissa, makrofageissa ja B-soluissa Nämä solut esittelevät antigeenejä auttaja-t-soluille Antigeenin pala liittyy osaksi MHC II proteiinia ja joutuu solun pinnalle (dendriittisolu, makrofagi tai B-solu). Mikrobi Antigeeniä esittelevä solu MHC-II proteiini T-solun reseptori Antigeenin pala jen keskeinen rooli humoraalisessa ja soluvälitteisessä immuniteetissa Dendriittisolu esittelee antigeenin, johon auttaja-t-solu tarttuu spesifisen reseptorinsa (TCR) ja CD4-proteiinin avulla. Tämä vuorovaikutus aktivoi dendriittisolun erittämään sytokiinejä. Dendriittisolu u tunnistaa antigeenin ja aktivoi immuunipuolustuksen. Dendriittisolu Peptidiantigeeni MHC-II molekyyli TCR CD4 Sytotoksinen T-solu Sytokiinit B-solu T-solut erittävät Dendriittisolun ja T-solun erittämät sytokiinit aktivoivat T-solun jakautumaan ja muodostuu aktiivisten auttaja-tsolujen klooni. Kaikilla syntyvillä soluilla on identtinen T-solu-reseptori antigeenille. muita sytokiinejä, jotka aktivoivat B-soluja (humoraalinen immuniteetti) ja sytotoksisia-t-soluja (soluvälitteinen immuniteetti). Sl Soluvälitteinen i immuniteetti (infektoituneiden solujen tuhoaminen) Humoraalinen immuniteetti (vasta-aineiden eritys plasmasoluista) (b)
Humoraalinen immuunivaste Humoraalinen immuunivaste Makrofagi Makrofagi Peptidiantigeeni Peptidiantigeeni MHC-II molekyyli T-solun reseptori CD4 MHC-II molekyyli T-solun reseptori CD4 B-solu Sytokiinit Aktivoitu auttaja-t-solu MHC-II molekyyli Makrofagi T-solun respetori Humoraalinen immuunivaste Humoraalisen ja soluvälitteisen immuniteetin kehittyminen Humoraalinen immuunivaste. altistus antigeenille Antigeenin tunnistaminen ja sen esittely (dendriittisolut) Aktivoi Peptidiantigeeni B-solu Plasmasoluklooni Liukoiset vasta-ainemolekyylit CD4 Plasmasolun endoplasma- Sytokiinit kalvostoa Auttaja-Tsolut Jolloin T-soluista muodostuu Soluvälitteinen immuunivaste Aktivoitu B-muistisoluklooni Aktiivisia auttaja-t-soluja ja muisti-t-soluja
Humoraalisen ja soluvälitteisen immuniteetin kehittyminen Humoraalinen immuunivaste. altistus antigeenille Soluvälitteinen immuunivaste Humoraalisen ja soluvälitteisen immuniteetin kehittyminen Humoraalinen immuunivaste. altistus antigeenille Soluvälitteinen immuunivaste Antigeenin tunnistaminen ja Antigeenien esittely Ehyt antigeeni sen esittely (dendriittisolut) (infektoituneet solut) Aktivoi Aktivoi Aktivoi Jolloin muostuu Antigeenin tunnistaminen jaantigeenien esittely sen esittely (dendriittisolut)(infektoituneet solut) Aktivoi Aktivoi Sytokiinit Auttaja-Tsolut T-soluja aktivoivat Sytotoksisia Jolloin T-soluista Jolloin muodostuu muodostuu B-solunAuttaja-Tsolu Jolloin T-soluista muodostuu Sytokiinit aktivoi Sytotoksisia T-soluja Jolloin muodostuu Aktiivisia auttaja-t-soluja Muistisoluja ja muisti-t-soluja Aktiivisia sytotoksisia T-soluja Plasmasoluja Muisti- Aktiivisia auttaja-t-soluja B-soluja ja muisti-t-soluja Muistisoluja Aktiivisia sytotoksisia T-soluja Puolustus infektoituneita soluja, syöpäsoluja ja kudossiirrännäisiä vastaan Liukoiset vasta-aineet suojaavat myrkkyjä Puolustus infektoituneita soluja, syöpäsoluja ja taudinaiheuttajia vastaan ja kudossiirrännäisiä vastaan solunulkoisessa nesteessä. Spesifinen immuniteetti - Klooniselektio B-solu Kukin imusolu tunnistaa vain yhden antigeenin. Antigeenin kohtaaminen indusoi spesifisen solukloonin muodostumisen: Muistisolut Plasmasolut Antigeeni B-solu :n antigeenireseptori Antigeeni sitoutuu B-solun () reseptoriin B-solu jakautuu ja muodostaa kloonin, jossa kaikilla B-soluilla on identtinen antigeenireseptori. Immunologinen muisti Päivä :. altistus 4 Sekundaarinen vaste anti- geenille A tuottaa vasta-ainetta A; antigeenille A Päivä 8: primaarinen vaste antigeenille B tuottaa vasta-ainetta B Primäärinen. altistus vaste: muodostuu antigeenille A; vasta-. altistus ainetta A antigeenille B Vasta-ain neen määrä 0 4 0 0 Vasta-aine aine A Vasta-aine B 0 Joistakin B -soluista tulle pitkäikäisiä muistisoluja Vasta-aineet Joistakin B -soluista tulee vasta-ainetta tuottavia plasmasoluja 0 0 0 7 4 8 5 4 49 56 Aika päivinä B -muistisoluklooni Plasmasoluklooni Primaarinen immuunivaste: Klooniselektio, effektorisolut ja muistisolut. Sekundaarinen immuunivaste: Immunologinen muisti (vaste on nopeampi ja voimakkaampi kuin primaarinen vaste.
Vasta-aineiden tehtävät ) Antigeenien peittäminen (neutralointi ja opsonointi) ehkäisee virus- tai bakteeri-infektiota. ) en yhteen liimaaminen (agglutinaatio). ) Liukoisten antigeenien sakkauttaminen. 4) Komplementin aktivoiminen. Viruksen neutralointi Antigeenia kantavien (estää sitoutumisen isäntään) partikkeleiden (mikrobien) ja opsonointi (lisää yhteen liimaaminen fagosytoosia) (agglutinaatio) Virus Vasta-aineen sitoutuminen antigeeniin inaktivoi sen Liukoisten antigeenien sakkauttaminen Komplementin aktivoiminen Komplementin proteiinit ABO veriryhmä Vasta-aineita ei ole omille antigeeneille. Vastaanottajan veriryhmä Vasta-aineet, jos henkilö on veren vastaanottaja Liukoiset proteiinit Vieras solu Huokonen Tyyppi AB on yleisvastaanottaja ja tyyppi O on yleisluovuttaja. Voimistaa Aiheuttaa Fagosytoosi Solun hajoaminen Punasolun pinnan antigeeni Makrofagi Ei ABO-veriryhmäantigeenia (mutta vasta-aineita sekä A että B antigeenille: voi ottaa vastaan vain O-ryhmän verta) Immuunipuolustuksen virhereaktiot () Allergiat Allergia on elimistön ylireagointi antigeenille (allergeenille). Kyseessä tavallisesti IgE -luokan vasta-aineet. aineet Heinänuha: plasmasolut tuottavat IgE -vasta-aineita siitepölyhiukkasten pintamolekyyleille. Vasta-aineet tarttuvat mast-solujen pinnalle. Toinen altistus samalle siitepölylle aiheuttaa nopean ja voimakkaan reaktion, koska mast-solut reagoivat välittömästi antigeeniin. Mast-solut vapauttavat histamiinia ja muita tulehdusta välittäviä yhdisteitä. Histamiini aiheuttaa verisuonien laajenemisen ja verisuonen seinämän läpäisevyyden kasvun. Allergian oireet: nenän ja silmien vuotaminen; keuhkoputkien supistuminen (hengitys vinkuu). Apu saadaan antihistamiineista: histamiini-reseptoreiden blokkaaminen. Pahimmillaan allerginen reaktio aiheuttaa anafylaktisen shokin. Ampiaisen pisto, pensilliini pähkinät, kala Mast-solujen yhdisteet aiheuttavat voimakkaan perifeeristen verisuonten laajenemisen ja siten verenpaineen laskun (hengen vaarallinen). Adrenaliini! Spesifinen immuniteetti - Allergia IgE Allergeeni Solun tuhoamiskompleksi Histamiinijyvänen Mast-solu Ensimmäisessä altistuksessa Toinen altistuminen allergeenille muodostuu IgE samalle allergeenille: vasta-aineita, jotka sitoutuvat mast-solujen pinnalle takertuneet mast-solujen pinnalle: IgE molekyylit tunnistavat histamiinin vapautuminen välittömästi allergeenin ja ja lievät allergia oireet. sitovat sen. Histamiini IgE molekyylien kytkeytyminen toisiinsa laukaisee massiivisen histamiinin vapautumisen ja voimakkaat allergian oireet. B-solut tunnistavat allergeenin ja tuottavat plasmasolukloonin. Plasmasolut erittävät vasta-ainetta.
Spesifinen immuniteetti - Autoimmuunisairaudet Elimistön immuunireaktio omia kudoksia kohtaan Nivelreuma Ruston tulehdus Multippeliskleroosi (MS-tauti) Hermojen myeliinitupet Sokeritauti i(diabetes mellitus) Haiman beta-solut Lupustauti (systemic lupus erythematosus) Vasta-aineita histoniproteiineille ja DNA:lle. Niveltulehduksia, munuaisen vajaatoimintaa, ihovaurioita Kilpavarustelu immuunipuolustuksen ja taudinaiheuttajien välillä Taudinaiheuttajan keinot: () Antigeenin muuntelu Patogeeni tuottaa koko ajan uusia pintaproteiineja, joita isännän immuunipuolustus ei tunne. Influenssavirukset, Trypanosoma-unitautiloinen ym. () Piileskely Virus pysyttelee solussa hiljaisena lisääntymättä. Osana isännän genomia tai erillisenä DNA molekyylinä. Virus aktivoituu sopivan hetken tullen (isännän immuunipuolutuksen heiketessä stressin, kuumeen yms. seurauksena) Herpes simplex virus Virus piileksii ihmisen tuntohermoissa Tyyppi I: yskänrokko Tyyppi II: gentiaaliherpes () Hyökkäys immuunipuolustusta vastaan Tärkeiden immuunireaktioiden tuhoaminen Esim. HIV AIDS:in aiheuttajana Antigeenin muuntelu unitautiloinen (Trypanosoma sp.) Herpes simplex viruksen aktivaatio: sensoriset neuronit pystyvät normaalisti pitämään viruksen kurissa. Tähän tarvitaan hermoston kasvutekijää (NGF, nerve growth factor)? Kun NGF vähenee hermosoluissa jostakin syystä (stressi, adrenaliini, muu infektio), virus pääsee jakautumaan huuliherpes tai genitaaliherpes Miljoon naa loista per ml verta 5.5.0 0.5 Variantti Vasta-aineet loismuunnelma :lle Variantti Vasta-aineet loismuunnelma :lle Variantti Vasta-aineet loismuunnelma :lle 0 5 6 7 8 Potilas viikkoja infektion jälkeen Unitautiloinen pystyy vaihtelemaan pintaproteiiniensa ilmenemistä ja siten osin ohittamaan immuunipuolustuksen. Kun immuunipuolustus tuottaa vasta-ainetta yhtä proteiinia vastaan, loinen alkaa ilmentää toista > krooninen trypanosomiasis-infektio.
Spesifinen immuniteetti - AIDS (acquired immuno-deficiency syndrome) HIV (human immunodeficiency virus). Virus infektoi auttaja-t-soluja sitoutumalla CD4-proteiiniin. Viruksen RNA kopioidaan DNA:ksi ja osaksi isäntäsolun genomia viruksen lisääntyminen. Virus voi piileksiä suojassa lääkkeiltä ja immuunipuolustukselta.. Elimistö tunnistaa viruksen ja immuunivaste poistaa viruksia (HIV kuitenkin monistuu koko ajan imukudoksissa). Antigeenin muuntelu mutaatioiden kautta pitää viruksen elimistössä (virus adaptoituu).. Viruksen lisääntyminen tuhoaa auttaja-t-soluja (hyökkäys immuunipuolustusta vastaan).. Immuunipuolustuksen romahtaminen. Sekä humoraalinen että soluvälitteinen puolustus heikkenee. Infektiot (esim. Pneumocystis carnii sienen aiheuttama keuhkokuume) ja syövät (esim. Kaposin sarkooma) voivat aiheuttaa kuoleman. Simian immunodeficiency viruses (SIV) elää noin 40 Afrikan kädellisessä lajissa. SIV siirtyi ehkä simpansseista ihmiseen ja muuntui HIV- ja HIV- viruksiksi. Kissoissa esiintyy FIV (Feline immunodeficiency virus) ja aiheuttaa kissa- AIDSin. Kaikki kuuluvat lentivirusten ryhmään (retrovirukset, lentivirukset). Eläinfysiologia ja histologia Lämmönsäätely Luento X
Lämmönsäätely Lämmönsäätely - Lämmön siirtymistavat Lämmönsäätelyn tarkoituksena pitää ruumiin lämpötilan sellaisissa rajoissa, että solut pystyvät y toimimaan tehokkaasti. Fysiologiset toiminnot ovat herkkiä lämpötilan muutoksille. Jokaisella eläimellä on optimilämpötila. Nuoren naisen 0 vuoden energiabudjetti (kuvaa sitä miten paljon energiaa tasalämpöiseltä eläimeltä kuluu energiaa mm. lämmönsäätelyyn). Hapenkulutus 000 kg (400 m ) Lämpöä siirtyy eläimen ja ympäristön välillä eri tavoin: ) Johtuminen (conduction): 50-00x tehokkaampaa vedessä kuin ilmassa ) Siirtyminen (convection): esim. viiman vaikutus ) Säteileminen (radiation): esim. suora auringon säteily 4) Haihtuminen (evaporation): esim. hien haihtuminen (g vettä 585 cal) Siirtyminen Säteily Johtuminen Haihtuminen Lämmönsäätely - Eläinten ryhmittely lämmönsäätelyn ää l suhteen Lämmönsäätely - Linnut ja nisäkkäät ovat endotermisiä Ektoterminen eläin: Saa lämmön ympäristöstä Kalat, sammakkoeläimet, matelijat, useimmat selkärangattomat Endoterminen eläin: Tuottaa aineenvaihdunnassaan oman lämpönsä Aineenvaihdunnan nopeus 4-0 kertaa suurempi kuin (samankokoisilla) k ill ektotermisillä t illä eläimillä. illä Nisäkkäät, linnut, jotkut kalat, eräät hyönteiset Heterotermiset eläimet: Endotermisiä eläimiä, joiden ruumiin lämpötila vaihtelee ajallisesti tai paikallisesti kehon eri osissa. Kameli, karhu, kolibri Hait, tonnikalat, lentävät hyönteiset
Lämmönsäätely - Heterotermisyys Lämmönsäätely - Vastavirtavaihdin Valtimo veri Laskimo veri Verenvirtaus Laskimo Valtimo Endotermisiä ja heterotermisiä Esim. linnun jalka tai hylkeen eväraaja Lämmönsäätely - Säätelymekanismit Elimistö pysyy lämpötasapainossa, kun Lämmön tuotto = Lämmön hukka ) Käyttäytymislämmönsäätely Muutto tai hakeutuminen suojaan Merimetsot lämmittelevät aamuauringossa.