SYNAPSA

SYNAPSA

IMMUNOLOGICZNA

IMMUNOLOGICZNA

Zenon Czuba

Zenon Czuba



Synapsa (gr.

Synapsa (gr.

synapsis

synapsis

= połączenie)

= połączenie)

- styk, złącze między komórkami,

- styk, złącze między komórkami,

gdzie następuje przekazywanie

gdzie następuje przekazywanie

sygnału z jednej komórki do drugiej

sygnału z jednej komórki do drugiej



XIXw. - słowo użyte do opisu

XIXw. - słowo użyte do opisu

połączenia między dwoma

połączenia między dwoma

chromosomami

chromosomami

a następnie zastosowane w opisie

a następnie zastosowane w opisie

połączeń neuronów

połączeń neuronów



Synapsa immunologiczna

Synapsa immunologiczna

- termin zastosowany w opisie interakcji

- termin zastosowany w opisie interakcji

komórek T z komórkami APC

komórek T z komórkami APC



Norcross, M. A. A synaptic basis for T-

lymphocyte activation. Ann. Immunol.

(Paris)135D, 113–134 (1984).



Paul, W. E. et al. Regulation of B-

lymphocyte activation, proliferation,

and differentiation. Ann. NY Acad. Sci.

505, 82–89 (1987).

Wykrycie obecności SMACs

Wykrycie obecności SMACs

(

(supramolecular activation

clusters) w immunologicznej

synapsie



Monks, C. R., Freiberg, B. A., Kupfer,
H., Sciaky, N. & Kupfer, A. Three-
dimensional segregation of
supramolecular activation clusters in
T cells. Nature 395, 82–86 (1998).



Synapsa immunologiczna

Synapsa immunologiczna

(

(

IS

IS

) to strefa

) to strefa

styku błon komórek (np. limfocyty T i APC) w

styku błon komórek (np. limfocyty T i APC) w

której przekazywane są informacje

której przekazywane są informacje

warunkujące wzajemną odpowiedź.

warunkujące wzajemną odpowiedź.



Obecna definicja IS bazuje na polaryzacji

Obecna definicja IS bazuje na polaryzacji

komórek, segregacji cząsteczek adhezyjnych i

komórek, segregacji cząsteczek adhezyjnych i

receptorów TCR limfocytów T w strefie styku

receptorów TCR limfocytów T w strefie styku

między komórkami T i APC.

między komórkami T i APC.

Dustin ML, Colman DR (2002) Neural and

immunological synaptic relations. Science

298:785–789

Techniki stosowane w

Techniki stosowane w

badaniach synapsy

badaniach synapsy

immunologicznej

immunologicznej



Wide-field epi-illumination fluorescence microscopy



Confocal laser scanning microscopy (CLSM) – ok.

80μm



Spinning (Nipkow) disk confocal microscopy.

CHARGE COUPLED DEVICE (CCD)



Two-photon and multi-photon laser scanning

microscopy

- ok. 450 μm, fala wzb. – 900nm



Fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM)

FLUORSCENCE RESONANCE ENERGY TRANSFER

(FRET) – wykorzystuje przeniesienie energii między

parami fluorochromów.



Interference-reflection microscopy (IRM), TOTAL

INTERNAL REFLECTION MICROSCOPY (TIRFM)

Modele doświadczalne

Modele doświadczalne



Komórki Jurkat T i Raji B plus
superantygen



Hybrydy komórek T



Stabilne klony i linie kom. T



Pierwotne linie kom.T stymulowane in
vitro



Obrazowanie in vivo



Lipidowe układy dwuwarstwowe
(sztuczne błony) – techniki IRM i TIRM

Tworzenie synapsy

Tworzenie synapsy



Wzajemny kontakt dwóch komórek

Wzajemny kontakt dwóch komórek

i następnie przesunięcie centrosomu

i następnie przesunięcie centrosomu

w kierunku synapsy

w kierunku synapsy



Transport wewnątrzkomórkowych

Transport wewnątrzkomórkowych

pęcherzyków i powierzchniowych

pęcherzyków i powierzchniowych

receptorów (TCR, kostymulatory) do

receptorów (TCR, kostymulatory) do

prowadzącego

prowadzącego

lamellipodium

lamellipodium

IS może trwać od kilku minut do

IS może trwać od kilku minut do

kilkunastu godzin

kilkunastu godzin

Rodzaj i ilość przekazanych informacji

Rodzaj i ilość przekazanych informacji

zależy od stanu komórek i czynników

zależy od stanu komórek i czynników

środowiska

środowiska

Czynniki decydujące o IS

Czynniki decydujące o IS



Czas i dynamika interakcji

Czas i dynamika interakcji



Rodzaj zaangażowanych receptorów

Rodzaj zaangażowanych receptorów

cząsteczek sygnałowych

cząsteczek sygnałowych



Siła przekazywanego sygnału

Siła przekazywanego sygnału



Obecność sekrecji

Obecność sekrecji

Limfocyt T i APC – fazy

Limfocyt T i APC – fazy

interakcji

interakcji

Limfocyt T i APC

Limfocyt T i APC

FAZA I – inicjacja kontaktu

FAZA I – inicjacja kontaktu



Po adhezji do APC limfocyt T ulega

Po adhezji do APC limfocyt T ulega

zaokrągleniu (zanik

zaokrągleniu (zanik

uropodium

uropodium

)

)



Boczna ruchliwość limf. T w stosunku

Boczna ruchliwość limf. T w stosunku

do błony APC jest mniejsza niż 1

do błony APC jest mniejsza niż 1

μ

μ

m/min, co pozwala na redystrybucję

m/min, co pozwala na redystrybucję

receptorów

receptorów

FAZA II – formowanie płaszczyzny

FAZA II – formowanie płaszczyzny

interakcji

interakcji



Polaryzacja w kierunku APC i powolny

Polaryzacja w kierunku APC i powolny

rozwój przebudowy cytoszkieletu w

rozwój przebudowy cytoszkieletu w

strefie kontaktu obu komórek

strefie kontaktu obu komórek



Boczna ruchliwość 1 do 2

Boczna ruchliwość 1 do 2

μ

μ

m/min

m/min



Wzajemne przemieszczanie się

Wzajemne przemieszczanie się

ułatwia wejście i wyjście receptorów

ułatwia wejście i wyjście receptorów

z i do obszaru synapsy

z i do obszaru synapsy

FAZA III – odłączanie się limfocytu

FAZA III – odłączanie się limfocytu

T

T

i jego dalsza migracja

i jego dalsza migracja



Zwiększenie aktywności ruchowej

Zwiększenie aktywności ruchowej



Polaryzacja komórki i ruch postępowy

Polaryzacja komórki i ruch postępowy

1 do 10

1 do 10

μ

μ

m/min

m/min

prowadzący do

prowadzący do

odczepienia się komórki

odczepienia się komórki

APC a typ synapsy

APC a typ synapsy



Stabilność i czas trwania interakcji

Stabilność i czas trwania interakcji

jest odwrotnie skorelowana z

jest odwrotnie skorelowana z

morfologiczną złożonością i

morfologiczną złożonością i

aktywnością cytoszkieletu APC

aktywnością cytoszkieletu APC

Limfocyt T a synapsa

Limfocyt T a synapsa



Typ limfocytu (T CD4+, T CD8+)

Typ limfocytu (T CD4+, T CD8+)



Stan aktywacji (limfocyty T bardziej

Stan aktywacji (limfocyty T bardziej

zaktywowane tworzą kontakty

zaktywowane tworzą kontakty

bardziej dynamiczne i krócej

bardziej dynamiczne i krócej

trwające)

trwające)

Rola gęstości kompleksów MHC -

Rola gęstości kompleksów MHC -

peptyd

peptyd



Gęstość powierzchniowa kompleksów

Gęstość powierzchniowa kompleksów

MHC – peptyd

MHC – peptyd

agonistyczny jest wprost

agonistyczny jest wprost

proporcjonalna do czasu trwania i

proporcjonalna do czasu trwania i

intensywności indukowanego sygnału

intensywności indukowanego sygnału

zależnego od kationów wapnia

zależnego od kationów wapnia



Podwyższony poziom

Podwyższony poziom

kationów wapnia

kationów wapnia

wyzwala przejściowy sygnał stop, co

wyzwala przejściowy sygnał stop, co

powoduje silniejsze związanie

powoduje silniejsze związanie

Znaczenie gęstości kompleksów

Znaczenie gęstości kompleksów

MHC - peptyd

MHC - peptyd



Około

Około

1-400

1-400

specyficznych kompleksów MHC -

specyficznych kompleksów MHC -

peptyd na APC może całkowicie zaktywować

peptyd na APC może całkowicie zaktywować

co najmniej kilka limfocytów T

co najmniej kilka limfocytów T



Można monitorować konsekwencję interakcji

Można monitorować konsekwencję interakcji

limf. T – APC, badając wzrost

limf. T – APC, badając wzrost

wewnątrzkomórkowego poziomu wapnia

wewnątrzkomórkowego poziomu wapnia

i zachowanie się białek przyczepionych do GFP

i zachowanie się białek przyczepionych do GFP



Wykazano w ten sposób, że niektóre limf. T

Wykazano w ten sposób, że niektóre limf. T

CD4

CD4

+

+

mogą odpowiadać nawet na

mogą odpowiadać nawet na

jeden

jeden

ligand

ligand

, słabo wpływając na ciągle zmiany

, słabo wpływając na ciągle zmiany

stężenia wapnia

stężenia wapnia



Limfocyt T może wytworzyć sygnał po

Limfocyt T może wytworzyć sygnał po

reakcji z nawet tylko jednym ligandem, ale

reakcji z nawet tylko jednym ligandem, ale

co najmniej

co najmniej

10

10

jest potrzebnych aby

jest potrzebnych aby

zwiększyć i podtrzymać poziom wapnia

zwiększyć i podtrzymać poziom wapnia

wewnątrz komórki.

wewnątrz komórki.



Jeśli cząsteczki CD4 będą zablokowane

Jeśli cząsteczki CD4 będą zablokowane

, to

, to

do otrzymania odpowiedniego efektu

do otrzymania odpowiedniego efektu

potrzeba

potrzeba

25-30 kompleksów MHC – peptyd

25-30 kompleksów MHC – peptyd

.

.



To wskazuje na fakt, iż CD4 są wymagane

To wskazuje na fakt, iż CD4 są wymagane

przy rozpoznawaniu antygenów o małej

przy rozpoznawaniu antygenów o małej

gęstości powierzchniowej.

gęstości powierzchniowej.

Zależności indukowanego sygnału

Zależności indukowanego sygnału

wapniowego od ilości kompleksów

wapniowego od ilości kompleksów

peptyd – MHC na APC, przy

peptyd – MHC na APC, przy

obecności

obecności

/

/

braku

braku

CD4

CD4



Wzrost poziomu wapnia jest kluczowy

Wzrost poziomu wapnia jest kluczowy

do aktywacji limfocytu T, ponieważ

do aktywacji limfocytu T, ponieważ

indukuje obecność w jądrze

indukuje obecność w jądrze

komórkowym czynnika

komórkowym czynnika

transkrypcyjnego

transkrypcyjnego

NF-AT

NF-AT

odpowiedzialnego za wiele zmian

odpowiedzialnego za wiele zmian

w ekspresji genów związanych

w ekspresji genów związanych

z aktywowanymi limf. T

z aktywowanymi limf. T



Być może połączenie jednego liganda, wraz

Być może połączenie jednego liganda, wraz

z dostarczeniem

z dostarczeniem

kinazy LCK

kinazy LCK

przez

przez

cząsteczki CD4 i CD8, wystarcza do inicjacji

cząsteczki CD4 i CD8, wystarcza do inicjacji

kaskady sygnału.

kaskady sygnału.



W reakcji z

W reakcji z

rozpuszczalnym kompleksem

rozpuszczalnym kompleksem

MHC – peptyd

MHC – peptyd

wymagane są dimery lub

wymagane są dimery lub

wielomery TCR do aktywacji limfocytu T.

wielomery TCR do aktywacji limfocytu T.



W reakcji

W reakcji

kompleksu MHC – peptyd z

kompleksu MHC – peptyd z

limfocytem Tc CD8

limfocytem Tc CD8

+

+

wystarczają

wystarczają

monomeryczne TCR, pod warunkiem

monomeryczne TCR, pod warunkiem

współdziałania fibronektyny lub CD18/CD11

współdziałania fibronektyny lub CD18/CD11

.

.



Sugeruje się istnienie modelu

Sugeruje się istnienie modelu

pseudodimeru – CD4 wiąże krzyżowo

pseudodimeru – CD4 wiąże krzyżowo

2 TCR, z których jeden wiąże

2 TCR, z których jeden wiąże

kompleks: agonistyczny peptyd-MHC,

kompleks: agonistyczny peptyd-MHC,

a drugi wiąże się słabo z

a drugi wiąże się słabo z

endogennym kompleksem peptyd –

endogennym kompleksem peptyd –

MHC, którego duże ilości ulegają

MHC, którego duże ilości ulegają

wiązaniu z TCR i są rekrutowane do

wiązaniu z TCR i są rekrutowane do

synapsy.

synapsy.

Rola siły agonistycznej

Rola siły agonistycznej

peptydu

peptydu



Swoistość łączenia limf. T z APC jest

Swoistość łączenia limf. T z APC jest

dodatnio skorelowana z

dodatnio skorelowana z

powinowactwem

powinowactwem

lub

lub

awidnością

awidnością

TCR

TCR

do kompleksu MHC-peptyd

do kompleksu MHC-peptyd



faworyzacja stabilnej i wydłużonej

faworyzacja stabilnej i wydłużonej

interakcji, jeśli peptyd jest agonistą

interakcji, jeśli peptyd jest agonistą

Rola środowiska

Rola środowiska



Środowisko

Środowisko

o wysokiej złożoności

o wysokiej złożoności

(np. narządy miąższowe, strefa

(np. narządy miąższowe, strefa

grasiczozależna węzłów chłonnych)

grasiczozależna węzłów chłonnych)

→

→

dynamiczny kontakt

dynamiczny kontakt

limf. T i APC

limf. T i APC



Środowisko

Środowisko

o niskiej złożoności

o niskiej złożoności

(np. zatoka brzeżna węzłów

(np. zatoka brzeżna węzłów

chłonnych)

chłonnych)

→

→

stabilna agregacja

stabilna agregacja

RODZAJE

RODZAJE

SYNAPS

SYNAPS

Podział synaps pod

Podział synaps pod

względem rodzaju

względem rodzaju

molekularnej struktury

molekularnej struktury

płaszczyzn kontaktujących

płaszczyzn kontaktujących

się

się

1.

1.

Synapsa stabilna (monocentryczna)

Synapsa stabilna (monocentryczna)

2.

2.

Synapsa wydzielnicza (efektorowa)

Synapsa wydzielnicza (efektorowa)

3.

3.

Synapsa częściowo posegregowana

Synapsa częściowo posegregowana

(multicentryczna)

(multicentryczna)

4.

4.

Synapsa nieposegregowana

Synapsa nieposegregowana

5.

5.

Synapsa dynamiczna

Synapsa dynamiczna

Synapsy immunologiczne różnią się:

Synapsy immunologiczne różnią się:



Właściwościami fizycznymi

Właściwościami fizycznymi



Czasami istnienia

Czasami istnienia



Wykazują zmienność, różnorodność

Wykazują zmienność, różnorodność

oraz niejednorodność rozwoju

oraz niejednorodność rozwoju

1. SYNAPSA

1. SYNAPSA

MONOCENTRYCZNA

MONOCENTRYCZNA

Synapsa monocentryczna

Synapsa monocentryczna



Spolaryzowana interakcja limf. T i

Spolaryzowana interakcja limf. T i

APC

APC



Trwa 30’ albo dłużej

Trwa 30’ albo dłużej



Powstaje dzięki rekrutacji i segregacji

Powstaje dzięki rekrutacji i segregacji

receptorów powierzchniowych i

receptorów powierzchniowych i

białek adaptorowych

białek adaptorowych



Powoduje ciągłą transmisję sygnałów

Powoduje ciągłą transmisję sygnałów

wewnątrzkomórkowych

wewnątrzkomórkowych

Fazy istnienia synapsy

Fazy istnienia synapsy

monocentrycznej

monocentrycznej

I.

I.

Skanowanie powierzchni, kontakt,

Skanowanie powierzchni, kontakt,

areszt adhezyjny

areszt adhezyjny

II.

II.

Wczesne gromadzenie molekuł i

Wczesne gromadzenie molekuł i

przekazywanie sygnału

przekazywanie sygnału

III.

III.

Dojrzewanie i segregacja

Dojrzewanie i segregacja

receptorów

receptorów

IV.

IV.

Internalizacja TCR

Internalizacja TCR

V.

V.

Rozpad

Rozpad

Faza I

Faza I

1.

1.

Limf. T rozpoznaje kompleks MHC-

Limf. T rozpoznaje kompleks MHC-

peptyd oraz intracellular adhesion

peptyd oraz intracellular adhesion

molecule (ICAM-1)

molecule (ICAM-1)

2.

2.

Przejściowy areszt (sygnał stop)

Przejściowy areszt (sygnał stop)

3.

3.

CD4 zbliża się do łańcucha

CD4 zbliża się do łańcucha

ξ

ξ

CD3

CD3

Faza II

Faza II

Faza II

Faza II

1.

1.

Rekrutacja

Rekrutacja

CD3

CD3

ξ

ξ

, LCK, ZAP70 (

, LCK, ZAP70 (

ξ

ξ

-chain

-chain

associated protein kinase of 70kDa), kinaza 3-

associated protein kinase of 70kDa), kinaza 3-

fosfatydyloinozytolu (PI3K)

fosfatydyloinozytolu (PI3K)

2.

2.

Fosforylacja LCK, ZAP70

Fosforylacja LCK, ZAP70

3.

3.

Uruchomienie sygnałów zależnych od wapnia

Uruchomienie sygnałów zależnych od wapnia

4.

4.

ZAP70

ZAP70

→

→

Pi+LAT (linker for activation of T cells);

Pi+LAT (linker for activation of T cells);

LAT zawiera immunoreceptor tyrosine-based

LAT zawiera immunoreceptor tyrosine-based

activation motifs (ITAMs), po ich fosforylacji

activation motifs (ITAMs), po ich fosforylacji

mogą się do nich przyłączać Src homology 2

mogą się do nich przyłączać Src homology 2

domains kinaz oraz białek adaptorowych

domains kinaz oraz białek adaptorowych

5.

5.

PI3K przyłącza się do LAT

PI3K przyłącza się do LAT

→

→

wzrost stęż.

wzrost stęż.

trójfosforanu inozytolu

trójfosforanu inozytolu

→

→

jego zgrupowanie

jego zgrupowanie

→

→

rekrutacja białek zawierających pleckstrin

rekrutacja białek zawierających pleckstrin

homology domain czyli WAVE i AKT = PKB

homology domain czyli WAVE i AKT = PKB

6.

6.

TCR, CD4, CD28 i inne – migracja do obszaru

TCR, CD4, CD28 i inne – migracja do obszaru

kontaktu (transport – cytoszkielet, mikrotubule)

kontaktu (transport – cytoszkielet, mikrotubule)

7.

7.

Organizacja platformy sygnałowej TCR (PI3K, PLC,

Organizacja platformy sygnałowej TCR (PI3K, PLC,

homologiczna do RAS rodzina GTP-az)

homologiczna do RAS rodzina GTP-az)

8.

8.

Małe GTP-azy RAC1 i RHO-A

Małe GTP-azy RAC1 i RHO-A

→

→

wzrost dynamiki de-

wzrost dynamiki de-

i polimeryzacji aktyny

i polimeryzacji aktyny

9.

9.

Kostymulacja => aktywacja kofiliny

Kostymulacja => aktywacja kofiliny

→

→

rozpad F-

rozpad F-

aktyny (warunek remodelingu sieci)

aktyny (warunek remodelingu sieci)

→

→

wspomożenie RAC1

wspomożenie RAC1

Wpływ wielkości cząstek

Wpływ wielkości cząstek

powierzchniowych na ich segregację

powierzchniowych na ich segregację



W aktywnym procesie cząsteczki

W aktywnym procesie cząsteczki

powierzchniowe są transportowane

powierzchniowe są transportowane

z

z

całego limfocytu T do synapsy

całego limfocytu T do synapsy

.

.



Aby cząsteczki powierzchniowe

Aby cząsteczki powierzchniowe

mogły się przemieszczać potrzebne

mogły się przemieszczać potrzebne

są sygnały z

są sygnały z

TCR i CD28/LFA-1

TCR i CD28/LFA-1



Następuje również przegrupowanie

Następuje również przegrupowanie

mikrodomen (

mikrodomen (

LIPID RAFTS

LIPID RAFTS

) (glikolipidy,

) (glikolipidy,

cholesterol)

cholesterol)



Mniejsze, stabilne połączenia receptorów z

Mniejsze, stabilne połączenia receptorów z

ligandami wykluczają ze swego sąsiedztwa

ligandami wykluczają ze swego sąsiedztwa

większe białka błonowe

większe białka błonowe



Większe molekuły chronią mniejsze białka

Większe molekuły chronią mniejsze białka

błonowe przed kontaktem z adekwatnym

błonowe przed kontaktem z adekwatnym

receptorem

receptorem



Sąsiadujące ligandy po połączeniu z

Sąsiadujące ligandy po połączeniu z

receptorami spowodują pofałdowanie

receptorami spowodują pofałdowanie

błony komórkowej (termodynamicznie

błony komórkowej (termodynamicznie

niekorzystne)

niekorzystne)



Powiększenie rozmiaru CD48, łączącej

Powiększenie rozmiaru CD48, łączącej

się z CD2,

się z CD2,

hamuje aktywację limfocytu

hamuje aktywację limfocytu

T

T

.

.



Duże rozmiary pary ICAM-1 – LFA-1

Duże rozmiary pary ICAM-1 – LFA-1

powodują że mieści się ona w pSMAC,

powodują że mieści się ona w pSMAC,

a CD45 jest z podobnych przyczyn

a CD45 jest z podobnych przyczyn

wyrzucana poza obwód pSMAC, daleko

wyrzucana poza obwód pSMAC, daleko

od centralnie położonej, dużo

od centralnie położonej, dużo

mniejszej pary peptyd–MHC – TCR.

mniejszej pary peptyd–MHC – TCR.

Później wraca do pSMAC.

Później wraca do pSMAC.

Wpływ innych czynników na

Wpływ innych czynników na

segregację cząsteczek

segregację cząsteczek

powierzchniowych

powierzchniowych



Agryna

Agryna

– (glikoproteina, normalnie

– (glikoproteina, normalnie

występuje w złączu nerwowo –

występuje w złączu nerwowo –

mięśniowym, gdzie pomaga w

mięśniowym, gdzie pomaga w

kontroli rec. Ach) indukuje

kontroli rec. Ach) indukuje

polaryzację TCR, CD28 i mikrodomen

polaryzację TCR, CD28 i mikrodomen

w spoczynkowych limfocytach T

w spoczynkowych limfocytach T



MGAT5

MGAT5

– enzym szlaku N–glikozylacji

– enzym szlaku N–glikozylacji

– w skrócie: powoduje podwyższenie

– w skrócie: powoduje podwyższenie

progu aktywacji limf. T

progu aktywacji limf. T

Faza III

Faza III



Okres trwania 5 – 30 minut interakcji

Okres trwania 5 – 30 minut interakcji



Dochodzi do molekularnej segregacji

Dochodzi do molekularnej segregacji



cSMAC (central supramolecular

cSMAC (central supramolecular

activation cluster)

activation cluster)

– TCR, CD3, PKC,

– TCR, CD3, PKC,

CD28, CD2, CTLA4, (CD4, CD45)

CD28, CD2, CTLA4, (CD4, CD45)



pSMAC (peripheral)

pSMAC (peripheral)

– LFA1 (lymphocyte

– LFA1 (lymphocyte

function -associated antigen 1)

function -associated antigen 1)



dSMAC (distal)

dSMAC (distal)

– CD45

– CD45

•

IFN-

IFN-

γ

γ

R, IL-4R => pomoc w kostymulacji

R, IL-4R => pomoc w kostymulacji

Warstwy SMAC

Warstwy SMAC



cSMAC

cSMAC

– część środkowa

– część środkowa

SMAC (TCR, efektory

SMAC (TCR, efektory

przekazujące sygnał w

przekazujące sygnał w

dół – kinaza proteinowa

dół – kinaza proteinowa

C-

C-

Θ

Θ

→ PKC-

→ PKC-

Θ

Θ

)

)



pSMAC

pSMAC

– cześć

– cześć

peryferyjna SMAC

peryferyjna SMAC

(cząsteczki adhezyjne,

(cząsteczki adhezyjne,

np. LFA1)

np. LFA1)



dSMAC

dSMAC

– obszar poza

– obszar poza

pSMAC (tu duże

pSMAC (tu duże

cząsteczki, takie jak

cząsteczki, takie jak

CD43, CD45)

CD43, CD45)



Po kontakcie z APC

Po kontakcie z APC

TCR-CD3 i CD4

TCR-CD3 i CD4

znajdują

znajdują

się w centrum synapsy, ale później tylko

się w centrum synapsy, ale później tylko

TCR-CD3 dalej tam pozostaje, natomiast

TCR-CD3 dalej tam pozostaje, natomiast

CD4 przemieszcza się na obwód.

CD4 przemieszcza się na obwód.



Rekrutacja

Rekrutacja

ZAP70

ZAP70

do TCR-CD3 jest

do TCR-CD3 jest

procesem dynamicznym (szybkie łączenie

procesem dynamicznym (szybkie łączenie

się

się

i rozłączanie)

i rozłączanie)



LCK

LCK

najpierw lokalizuje się w cSMAC,

najpierw lokalizuje się w cSMAC,

potem przechodzi do pSMAC

potem przechodzi do pSMAC

Faza IV

Faza IV



Internalizacja TCR

Internalizacja TCR

stanowi ujemne

stanowi ujemne

sprzężenie zwrotne regulujące

sprzężenie zwrotne regulujące

pobudzenie i prowadzi do rozpadu

pobudzenie i prowadzi do rozpadu

synapsy

synapsy

Faza V

Faza V



Na początku pewne fragmenty błon

Na początku pewne fragmenty błon

pozostają ogniskowo w kontakcie

pozostają ogniskowo w kontakcie



Możliwe dalsze reakcje:

Możliwe dalsze reakcje:



Hamowanie ekspresji TCR i cząsteczek

Hamowanie ekspresji TCR i cząsteczek

adhezyjnych

adhezyjnych



Stymulacja ekspresji inhibitorów przesyłania

Stymulacja ekspresji inhibitorów przesyłania

sygnału (np. CTLA4)

sygnału (np. CTLA4)



Indukcja ekspresji chemokin i ich receptorów

Indukcja ekspresji chemokin i ich receptorów

→

→

wzrost ruchliwości

wzrost ruchliwości



Redystrybucja współzawodniczących cząsteczek

Redystrybucja współzawodniczących cząsteczek

adhezyjnych (np. CD43) do strefy kontaktu

adhezyjnych (np. CD43) do strefy kontaktu

2. SYNAPSA

2. SYNAPSA

WYDZIELNICZA

WYDZIELNICZA

(2) Synapsa wydzielnicza

(2) Synapsa wydzielnicza



Wariant synapsy stabilnej tworzony przez

Wariant synapsy stabilnej tworzony przez

Tc, Th, NK

Tc, Th, NK

i komórkę docelową, która ma zostać uszkodzona

i komórkę docelową, która ma zostać uszkodzona

bądź wystawiona na wpływ cytokin (np. aktywacja

bądź wystawiona na wpływ cytokin (np. aktywacja

limf. B przez limf. Th)

limf. B przez limf. Th)



Przekazuje stały sygnał

Przekazuje stały sygnał



Podobne fazy jak w synapsie stabilnej

Podobne fazy jak w synapsie stabilnej



Do cSMAC przylega

Do cSMAC przylega

domena wydzielnicza

domena wydzielnicza

, która

, która

zawiera centrosom (MTOC), spolimeryzowaną

zawiera centrosom (MTOC), spolimeryzowaną

tubulinę i nowo zrekrutowane granule; ten region

tubulinę i nowo zrekrutowane granule; ten region

odpowiada za ogniskową egzocytozę zawartości

odpowiada za ogniskową egzocytozę zawartości

pęcherzyków

pęcherzyków



Zewnętrzny pierścień adhezji stabilizuje połączenie i

Zewnętrzny pierścień adhezji stabilizuje połączenie i

redukuje wyciek uwalnianych czynników, co pozwala

redukuje wyciek uwalnianych czynników, co pozwala

na zogniskowanie wydzielania

na zogniskowanie wydzielania

Zawartość granul komórek Tc i

Zawartość granul komórek Tc i

Th

Th



Tc: granzymy, perforyna,

Tc: granzymy, perforyna,

proteoglikany, białka lizosomalne

proteoglikany, białka lizosomalne



Th: IL-2, IL-4, IL-5, IFN-

Th: IL-2, IL-4, IL-5, IFN-

γ

γ

LIMFOCYTY Th

LIMFOCYTY Th



Kontakt limf. Th z APC trwa zwykle

Kontakt limf. Th z APC trwa zwykle

ponad 10 godzin

ponad 10 godzin



TCR przekazuje sygnał do produkcji

TCR przekazuje sygnał do produkcji

wtórnych przekaźników: Ca

wtórnych przekaźników: Ca

2+

2+

i kinazy

i kinazy

fosfatydyloinozytolu (PI3K)

fosfatydyloinozytolu (PI3K)



Dochodzi do zmian w transkrypcji genów

Dochodzi do zmian w transkrypcji genów

po kilku godzinach od kontaktu z APC

po kilku godzinach od kontaktu z APC



Następuje sekrecja IL-2 i innych cytokin

Następuje sekrecja IL-2 i innych cytokin



Proliferacja limfocytu T zachodzi po

Proliferacja limfocytu T zachodzi po

24-48

24-48

godzinach od kontaktu z APC,

godzinach od kontaktu z APC,

trwa kilka dni; dochodzi do

trwa kilka dni; dochodzi do

3-4

3-4

kolejnych podziałów komórkowych

kolejnych podziałów komórkowych



Kiedy komórka jest już aktywowana

Kiedy komórka jest już aktywowana

szybko z powierzchni wyrzucane są

szybko z powierzchni wyrzucane są

kompleksy TCR – CD3, są

kompleksy TCR – CD3, są

jednocześnie zastępowane nowo

jednocześnie zastępowane nowo

produkowanymi receptorami;

produkowanymi receptorami;



CTLA4

CTLA4

rywalizuje z CD28 o wiązanie

rywalizuje z CD28 o wiązanie

się z CD80/CD86 i po ich związaniu

się z CD80/CD86 i po ich związaniu

hamuje przekaz sygnału

hamuje przekaz sygnału

z TCR przez

z TCR przez

rekrutację wewnątrzkomórkowej

rekrutację wewnątrzkomórkowej

fosfatazy SHP2, która defosforyluje

fosfatazy SHP2, która defosforyluje

zaktywowane CD3

zaktywowane CD3

LIMFOCYTY Tc

LIMFOCYTY Tc



W obrębie cSMAC występuje

W obrębie cSMAC występuje

wyspecjalizowany region, który przekazuje

wyspecjalizowany region, który przekazuje

cytolityczne ziarnistości. Region ten

cytolityczne ziarnistości. Region ten

pozbawiony jest TCR.

pozbawiony jest TCR.



Rozłączenie komórek może nastąpić szybko

Rozłączenie komórek może nastąpić szybko

po fazie inicjacji.

po fazie inicjacji.



Limf. Tc wymaga tylko kilku kompleksów

Limf. Tc wymaga tylko kilku kompleksów

peptyd – MHC, aby zabić komórkę.

peptyd – MHC, aby zabić komórkę.



Jeden limf. Tc może tworzyć synapsy z

Jeden limf. Tc może tworzyć synapsy z

kilkoma komórkami

kilkoma komórkami

3. SYNAPSA

3. SYNAPSA

MULTICENTRYCZNA

MULTICENTRYCZNA

(3) Synapsa multicentryczna

(3) Synapsa multicentryczna



Sortowanie molekuł zatrzymuje się,

Sortowanie molekuł zatrzymuje się,

zanim uformowały się cSMAC i pSMAC

zanim uformowały się cSMAC i pSMAC



Zgrupowywanie się TCR i CD3 zostaje

Zgrupowywanie się TCR i CD3 zostaje

przerwane

przerwane

→

→

powstają niejednolite

powstają niejednolite

agregaty do

agregaty do

1

1

μ

μ

m wielkości

m wielkości



Są dowody, że odgrywa rolę w

Są dowody, że odgrywa rolę w

sygnalizacji z udziałem TCR między

sygnalizacji z udziałem TCR między

limf. T i komórkami dendrytycznymi

limf. T i komórkami dendrytycznymi

Kiedy powstaje synapsa

Kiedy powstaje synapsa

multicentryczna?

multicentryczna?



APC o wysokiej aktywności

APC o wysokiej aktywności

cytoszkieletu

cytoszkieletu



Tworzą ją tymocyty podczas

Tworzą ją tymocyty podczas

negatywnej selekcji

negatywnej selekcji

4. SYNAPSA

4. SYNAPSA

NIEPOSEGREGOWANA

NIEPOSEGREGOWANA

(4) Synapsa

(4) Synapsa

nieposegregowana

nieposegregowana



TCR i białka sygnałowe są rozproszone

TCR i białka sygnałowe są rozproszone

w obrębie obszaru interakcji

w obrębie obszaru interakcji



Przekazuje całą gamę sygnałów

Przekazuje całą gamę sygnałów



Wyróżnia się

Wyróżnia się

4 typy

4 typy

synaps :

synaps :

a)

a)

Synapsa niespecyficzna

Synapsa niespecyficzna

b)

b)

Synapsa wczesna przejściowa

Synapsa wczesna przejściowa

c)

c)

Rozlany kontakt cytolityczny (dyfuzyjna)

Rozlany kontakt cytolityczny (dyfuzyjna)

d)

d)

Synapsa między dziewiczym limf. T i DC

Synapsa między dziewiczym limf. T i DC

(a)

(a)

Synapsa niespecyficzna

Synapsa niespecyficzna



In vitro

In vitro

: gdy limf. T łączy się z APC bez

: gdy limf. T łączy się z APC bez

rozpoznawanego antygenu

rozpoznawanego antygenu



Występuje małe zagęszczenie CD3, słaba

Występuje małe zagęszczenie CD3, słaba

fosforylacja w szlakach sygnałowych,

fosforylacja w szlakach sygnałowych,

niewielka ilość uwolnionego wapnia

niewielka ilość uwolnionego wapnia



In vivo

In vivo

: dynamiczny kontakt bez

: dynamiczny kontakt bez

związania adhezyjnego

związania adhezyjnego



Niska liczebność peptydów endogennych

Niska liczebność peptydów endogennych

lub słabe powinowactwo TCR do nich

lub słabe powinowactwo TCR do nich

(b)

(b)

Synapsa wczesna

Synapsa wczesna

przejściowa

przejściowa



Trwa minuty, generuje silny sygnał

Trwa minuty, generuje silny sygnał

mimo nieuporządkowania

mimo nieuporządkowania

(c)

(c)

Rozlany kontakt

Rozlany kontakt

cytolityczny (dyfuzyjna)

cytolityczny (dyfuzyjna)



Przy małej ilości antygenu nie

Przy małej ilości antygenu nie

dochodzi do wytworzenia synapsy

dochodzi do wytworzenia synapsy

sekrecyjnej między Tc i komórką

sekrecyjnej między Tc i komórką

docelową

docelową



Mimo nieuporządkowania następuje

Mimo nieuporządkowania następuje

egzocytoza i zabicie komórki

egzocytoza i zabicie komórki

docelowej

docelowej

(d) IS między dziewiczym

(d) IS między dziewiczym

limf. T

limf. T

i DC

i DC



Kiedy nieaktywowany lub

Kiedy nieaktywowany lub

aktywowany limf. T jest stabilnie w

aktywowany limf. T jest stabilnie w

interakcji z DC, często nie dochodzi

interakcji z DC, często nie dochodzi

do segregacji i limf.T

do segregacji i limf.T

pozostanie w

pozostanie w

fazie adhezyjnej, słabo ruchliwej o

fazie adhezyjnej, słabo ruchliwej o

typie wczesnym

typie wczesnym

5. SYNAPSA

5. SYNAPSA

DYNAMICZNA

DYNAMICZNA

(5) Synapsa dynamiczna

(5) Synapsa dynamiczna



Powstaje, gdy nie dochodzi do

Powstaje, gdy nie dochodzi do

zahamowania migracji limf. T

zahamowania migracji limf. T



Limf. T migrujący wzdłuż powierzchni

Limf. T migrujący wzdłuż powierzchni

APC może uskutecznić sygnalizację

APC może uskutecznić sygnalizację



Obserwacje

Obserwacje

in vitro

in vitro

i

i

in vivo n

in vivo n

p.

p.

limfocytoblasty migrujące po

limfocytoblasty migrujące po

powierzchni aktywowanych

powierzchni aktywowanych

fibroblastów

fibroblastów

INTEGRACJA

INTEGRACJA

PRZEKAZYWANEJ

PRZEKAZYWANEJ

INFORMACJI

INFORMACJI

Integracja przekazywanej

Integracja przekazywanej

informacji

informacji



koncepcje

koncepcje

integracji informacji w

integracji informacji w

limf. T:

limf. T:



Model pojedynczego zetknięcia się

Model pojedynczego zetknięcia się



Model wielokrotnego zetknięcia się

Model wielokrotnego zetknięcia się



Model kinetycznego przechodzenia

Model kinetycznego przechodzenia

Model pojedynczego

Model pojedynczego

zetknięcia się

zetknięcia się



Jeden długotrwały i stabilny kontakt

Jeden długotrwały i stabilny kontakt

wystarczy do pobudzenia

wystarczy do pobudzenia



Zdarza się to rzadko, ponieważ

Zdarza się to rzadko, ponieważ

wystarczająco długo trwająca

wystarczająco długo trwająca

stabilizacja jest niełatwa do

stabilizacja jest niełatwa do

osiągnięcia

osiągnięcia

Model wielokrotnego

Model wielokrotnego

zetknięcia się

zetknięcia się



Dynamiczne interakcje trwają zbyt

Dynamiczne interakcje trwają zbyt

krótko, by wzbudzić dostateczną

krótko, by wzbudzić dostateczną

aktywację

aktywację



Limf. T musi wymieniać informacje z

Limf. T musi wymieniać informacje z

wieloma APC

wieloma APC



Następuje kumulacja poszczególnych

Następuje kumulacja poszczególnych

sygnałów

sygnałów

→

→

aktywacja

aktywacja

Model kinetycznego

Model kinetycznego

przechodzenia

przechodzenia

Strefa grasiczozależna węzła chłonnego myszy

Strefa grasiczozależna węzła chłonnego myszy



Faza I:

Faza I:

wiele dynamicznych kontaktów

wiele dynamicznych kontaktów

limfocyta T i wielu DC

limfocyta T i wielu DC

→

→

wczesna aktywacja

wczesna aktywacja



Faza II:

Faza II:

stabilny, długi lub powolnie

stabilny, długi lub powolnie

dynamiczny kontakt z DC

dynamiczny kontakt z DC

→

→

transformacja

transformacja

blastyczna

blastyczna



Faza III:

Faza III:

limfocytoblast znów wymienia

limfocytoblast znów wymienia

informacje z licznymi DC

informacje z licznymi DC



Faza IV

Faza IV

(tylko CD4)

(tylko CD4)

:

:

kontaktowanie się

kontaktowanie się

blastów w sieci DC

blastów w sieci DC

Podczas tych faz dziewiczy limfocyt T zbiera

Podczas tych faz dziewiczy limfocyt T zbiera

informacje o różnym charakterze

informacje o różnym charakterze

Rodzaj synapsy a

Rodzaj synapsy a

los komórek

los komórek



Pozytywna selekcja w grasicy

Pozytywna selekcja w grasicy

– czas

– czas

trwania przekazywania sygnału wpływa

trwania przekazywania sygnału wpływa

na równowagę między liczbą limf. CD4 i

na równowagę między liczbą limf. CD4 i

CD8

CD8



utrzymanie puli rezerwowej

utrzymanie puli rezerwowej

i różnorodności repertuarowej – seria

i różnorodności repertuarowej – seria

podprogowych sygnałów przekazywanych

podprogowych sygnałów przekazywanych

podczas powstawania synaps

podczas powstawania synaps

niespecyficznych - wędrówka dziewiczych

niespecyficznych - wędrówka dziewiczych

limf. T i spotykanie różnych DC

limf. T i spotykanie różnych DC



Wstępna aktywacja limf. T

Wstępna aktywacja limf. T

– dziewicze CD4

– dziewicze CD4

i CD8 wchodzą w interakcje dynamicznie

i CD8 wchodzą w interakcje dynamicznie

wiele razy z DC

wiele razy z DC

→

→

transformacja

transformacja

blastyczna, ale nie do rozwoju wszystkich

blastyczna, ale nie do rozwoju wszystkich

funkcji efektorowych

funkcji efektorowych



Polaryzacja limf. T w kierunku Th

Polaryzacja limf. T w kierunku Th

–

–

wymagany jest długotrwały, stabilny

wymagany jest długotrwały, stabilny

kontakt z APC, na zróżnicowanie Th

kontakt z APC, na zróżnicowanie Th

wpływa rekrutacja pewnych receptorów i

wpływa rekrutacja pewnych receptorów i

cząsteczek adhezyjnych (IFN-

cząsteczek adhezyjnych (IFN-

γ

γ

R

R

→

→

Th1)

Th1)



Indukcja tolerancji

Indukcja tolerancji

– niedojrzałe DC

– niedojrzałe DC

→

→

krótkie i dynamiczne kontakty z limf. T

krótkie i dynamiczne kontakty z limf. T

CD8

CD8

→

→

krótkotrwała, klonalna ekspansja

krótkotrwała, klonalna ekspansja



Funkcja wydzielnicza limf. Th i Tc

Funkcja wydzielnicza limf. Th i Tc

–

–

wysokie stężenia substancji

wysokie stężenia substancji

wydzielonych i uszczelnienie szczeliny

wydzielonych i uszczelnienie szczeliny

synaptycznej przez zewnętrzny

synaptycznej przez zewnętrzny

pierścień adhezyjny - pomoc dla limf. B

pierścień adhezyjny - pomoc dla limf. B

(Th), zabicie komórki docelowej (Tc)

(Th), zabicie komórki docelowej (Tc)



Wychwytywanie rzadkich limf. T

Wychwytywanie rzadkich limf. T

–

–

stabilizacja kontaktu, by raz nawiązany nie

stabilizacja kontaktu, by raz nawiązany nie

został utracony

został utracony



Odpowiedź indukuje immunodominujący

Odpowiedź indukuje immunodominujący

antygen, gdy podane różne –

antygen, gdy podane różne –

„walka o

„walka o

antygen”

antygen”

– poprzez regulację stabilności

– poprzez regulację stabilności

kontaktu synaptycznego

kontaktu synaptycznego



Zmiana pozycji koniugatów komórkowych

Zmiana pozycji koniugatów komórkowych

–

–

np. połączone ze sobą limf. B i T migrują z

np. połączone ze sobą limf. B i T migrują z

dużą prędkością w węźle chłonnym

dużą prędkością w węźle chłonnym

Dziękuję za uwagę

Dziękuję za uwagę