Ünite 8: Humoral ve Hücresel Bağışıklık

Fagositoz

Vücuda giren bir mikroorganizma veya yabancı maddenin belirli immun sistem hücreleri tarafından yutulmasına fagositoz , Fagozitik hücrelere de fagosit denir. Fagositoz; non spesifik bir bağışıklık mekanizması olup, myeloid seriye bağlı polimorfnükleer hücreler (nötrofiller ve eozinofiller) ve mononükleer fagositik hücreler (makrofajlar) tarafından gerçekleştirilir.

Fagositozun Aşamaları

• Kemotaksis : Hücreleri kendine doğru çeken maddelere kemotaktik madde , hücrelerin kemotaktik maddeye doğru yönelmesine de kemotaksi denir. Fagositleri hasarlı dokuya kemotaktik maddeler çeker ve damar endotelinin fagositlere tutunma özelliğini arttırırlar. Fagositler, yüzeylerindeki integrin adı verilen hücrelerin birbirine nonspesifik olarak tutunmasını sağlayan hücre yüzeyi molekülleri aracılığıyla endotel yüzeyindeki selektinlere bağlanırlar. Endotele tutunan fagositlerin hasarlı dokuda gelişen olaylar sonucunda gevşeyen endotel tabakasından geçerek dokuya ulaşmalarına diapedezis denir.
• Bağlanma : Fagositlerin mikroorganizmalar ile katı dokular içinde karşılaştıklarında bunları kolayca yakalayıp bağlanmalarına yüzey fagositozu denir. Vücut sıvılarında fagositlerin ve mikroorganizmaların negatif yüklü olması bağlanmaya engel olur, bu duruma zeta potansiyeli denir. Mikroorganizma yüzeyini kaplayarak fagositozu kolaylaştıran pozitif yüklü maddelere opsonin , bu olaya opsonizasyon denir.
• Yutma : Fagositik hücreler mikroorganizmalara bağlanırken, membran uzantıları onu çevrelemeye başlar ve hücre yüzeyinde bir çöküntü oluşur. Mikroorganizma, fagozom adı verilen bir vakuol ile fagosit içine alınır. Fagositler hidrofobik yüzeye sahip bakterileri (örn. Mycobacterium tuberculosis ) kolayca yutarken, hidrofilik yüzeylileri (örn. Streptococcus pneumonia) çok zor yutar.
• Öldürme ve Sindirme : Fagositlerin yuttuğu mikroorganizmalar, hücre içinde respiratorik yıkım ve lizozomal enzim sindirimi ile tahrip edilirler. Respiratorik yıkım mikroorganizmanın hücreye bağlanmasından birkaç saniye sonra bafllar ve fagozom membranında devam eder. Bu süreçte bir membran enzimi olan NADPHoksidaz, süperoksit dizmutaz ve miyeloperoksidaz enzimleri rol oynar. Hidrojen peroksit ve hipoklorid iyonlarının oluştuğu bu olaya oksidatif metabolizma denir.
• Lizozomal enzim sindirimi ; fagozom içinde hücre sitoplazmasındaki lizozomların fagozomla birleşmesi ve enzimleri boşaltması olaylarını kapsar. Bu birleşik vakuole f agolizozom denir.

Farklı Hücrelerin Fagositozu

Fagositoz yapan başlıca fagositik hücreler nötrofil, eozinofil, monosit ve makrofajlardır. Nötrofiller , vücuda giren mikroorganizmalara ilk müdahaleyi yapan fagositlerdir. Eozinofiller , nötrofillere benzer şekilde fagositoz yaparlar. Makrofajlar da nötrofiller gibi fagositoz yapar ancak onlar sadece mikroorganizmaları değil, vücuda ait yaşlı, ölü veya hasarlı hücreleri, bunların artıklarını, hatta asbest ve partiküler karbon gibi inorganik maddeleri bile fagosite ederler.

Fagositozun Sonuçları

Mikroorganizmalar veya yabancı partiküller damara injekte edilirlerse, kandan hızla temizlenirler. Bu yabancı partiküllerin kandan temizlenme şekli hayvan türüne bağlı olup köpeklerde ve kemiricilerde bunların %80-90’ı dalak ve karaciğer makrofajları tarafından, ruminantlarda, atlarda, kedilerde ve domuzlarda akciğer damarlarındaki makrofajlar tarafından yakalanır.

Bir protein solüsyonu damar içine injekte edilirse, protein kümeleri nötrofiller ve makrofajlar tarafından fagosite edilerek kandan hızla uzaklaştırılır. Sıvı fazdaki eriyebilir maddelerin fagositozuna pinositoz denir.

Antijen İşlenmesi ve Sunulması

Vücuda antijenlerin çoğunun, güçlü bir immun yanıtı uyarabilmeleri için, hücre içinde belli bir düzeye indirgenmeleri (antijen işlenmesi) ve MHC molekülleri ile birlikte T lenfositlerine sunulması (antijen sunulması) gerekir. İki temel antijen grubu vardır; sadece işlendikten sonra T lenfositlerine sunulabilen protein yapıdaki Tbağımlı antijenler ve işlenmeden B lenfositlerini uyarabilen protein yapıda olmayan T-bağımsız antijenler dir.

MHC Molekülleri

İnfeksiyöz veya immunite ile ilişkili hastalıklara direnci veya duyarlılığı belirleyen en önemli genetik faktör olan hücre içinde işlenen antijenleri hücre yüzeyinde lenfositlere sunan polipeptid yapılara MHC molekülleri veya transplantasyon antijenleri denir.

MHC sınıf I molekülleri, eşey hücreleri dışında tüm çekirdekli hücrelerin yüzeyinde bulunur. Sitozolik yolla işlenmifl endojen antijenleri T-lenfositlerine sunar. MHC sınıf II molekülleri , sadece makrofaj, dendritik hücre ve B lenfositi gibi profesyonel antijen sunan hücrelerin yüzeyinde bulunur. Endozomal yolla işlenmiş ekzojen antijenleri T-lenfositlerine sunar.

Ekzojen Antijenlerin İşlenmesi ve Sunulması

Ekzojen antijenlerin işlenmesi ile ilgili mekanizmaya endozomal işlem denir. Bu mekanizmada ekzojen antijenler sadece MHC sınıf II molekülleri ile birlikte sunulur. Bunlar makrofajlar, dendritik hücreler ve B lenfositlerinde bulunur. Bu nedenle bu hücrelere profesyonel antijen sunan hücreler de denir. MHC sınıf II moleküllerini taşıyan makrofajlar çoğunlukla, dalak, timus ve karaciğerde, dendritik hücreler deri ve lenf nodüllerinde, B hücreleri lenf nodüllerinde bulunur.

İlk olarak antijen yutulur ve bir fagozom (veya endozom) içinde hücreye alınır. Sitoplazmada bulunan lizozomlar antijen içeren fagozomlarla birleşerek, sindirim enzimlerini antijenlerin üzerine boşaltırlar. Enzimler, antijeni küçük peptid parçalarına ayırır. Bu peptid parçalarını içeren fagozom, daha sonra yeni sentezlenmiş MHC sınıf II molekülleri içeren endozomla birleşir. Bu endozom içindeki işlenmiş peptid parçaları, uygun sınıf II moleküllerinin antijen oluğuna bağlanır. Daha sonra endozom hücre membranına doğru gider ve burada açılarak, MHC-peptid kompleksini hücre yüzeyinde sergiler. Yardımcı T lenfositleri bu kompleksi spesifik antijen reseptörleri (TCR) ile tanırlar.

Endojen Antijenlerin İşlenmesi ve Sunulması

Vücuda yabancı olmasına rağmen, hücre sitoplazmasında serbest olarak bulunan ve hücreye ait bir yapı gibi kabul edilen antijenlere endojen antijen denir. MHC sınıf I molekülleri ile birlikte sunulur ve MHC sınıf I moleküllerine bağlanırlar. Bu moleküllere bağlanan antijenler, sitotoksik T lenfositlerini uyarırlar.

İlk olarak ubiquitin denen küçük proteinler işlenecek olan endojen antijene bağlanır; böylece işlenecek protein işaretlenmiş olur. Ubiquitin zinciri, antijeni proteazom adı verilen enzimatik bir yapıdan geçirir. Antijen burada küçük peptid parçalarına ayrılır. Peptidler taşıyıcı proteinlere bağlanır ve bunlar vasıtasıyla endoplazmik retikuluma geçirilir. Peptid parçaları, burada kendilerine uygun MHC sınıf I moleküllerinin özel antijen taşıyan oluklarına yerleşirler. Daha sonra, MHC sınıf I molekülleri bağlandıkları peptid ile birlikte hücre membranına taşınır ve burada sergilenirler. Sitoplazma içinde gerçekleşen bu mekanizmaya sitozolik işlem denir.

Sitokinler

İmmun sistem hücreleri tarafından salgılanan ve hücrelerin özelliklerini veya fonksiyonlarını etkileyen küçük proteinler veya glikoproteinler ve hücrelerarası iletişimi sağlayan sinyal molekülleri olup hücre gelişmesi, çoğalması, aktivasyonu, yangı, bağışıklık doku tamiri ve morfogenezis gibi önemli biyolojik faaliyetleri düzenlerler.

Lenfositler tarafından üretilen sitokinlere lenfokin, makrofajlar tarafından üretilenlere monokin denir. Ancak, birden fazla hücre tipi tarafından da üretilebildikleri için, tümüne sitokin demek daha doğrudur. Fonksiyonlarına göre, lenfositler ile diğer immun sistem hücreleri arasında ki ilişkileri düzenleyenlere interleukin (örn. IL-1, IL-2, IL12), yangıda görev alan ve kemotaktik özellikli sitokinlere kemokin , hücrelerin üreme ve çoğalmasını uyaranlara da büyüme faktörleri denir. Bir de viral infeksiyonlarda görevli interferon (IFN), sitotoksik özellikli lenfotoksin veya tümör nekrozis faktörü (TNF) grupları vardır.

Humoral İmmun Yanıt

B hücrelerinin antijenle uyarılması ile başlayan ve antikor üretimi ile sonuçlanan olayları içine alır. Antikorlar sıvı fazdadır. T hücre yardımı ile gerçekleşir. B hücrelerini uyarmak için T hücre yardımı gereken ekzojen antijenlere, T-bağımlı antijenler denir. Protein yapısında olmayan, ek sinyalleri kendileri sağlayarak ve T hücre yardımına gerek duymadan B lenfositlerini direkt olarak aktive edebilen antijenlere T-bağımsız antijenler denir.

T-Bağımlı Antijenlere Karşı Humoral İmmun Yanıt

Vücuda giren bir mikrorganizma fagositik hücreler tarafından yutulur. Mikroorganizmanın fagozom içinde parçalanması sonucu açığa çıkan T-bağımlı antijenler hücre içinde endozomal yolla işlenir. Mikroorganizmanın vücuda ilk kez girişinde bu işi genellikle makrofajlar, daha sonraki girişlerinde dendritik hücreler ve/veya B hücreleri yaparlar. Antijen sunan hücreler işledikleri antijenin peptid parçalarını sınıf II MHC mülekülü ile birlikte hücre yüzeyinde sergilerler. Bu özel kompleks, buna spesifik T hücre reseptörü (TCR) taşıyan yardımcı T lenfositleri tarafından algılanır. Bu iki hücre CD4 molekülü yardımıyla bağlanır. Bir tarafta yard›mc› T lenfositleri antijen sunan hücreler tarafından uyarılırken, diğer tarafta B lenfositleri vücuda giren mikroorganizmayı BCR vasıtasıyla tanır. B lenfositlerinin as›l aktivasyonunu, antijen sunan hücrelere bağlanmış olan yardımcı T lenfositlerinin ürettiği sitokinler sağlar. Antijene BCR ile spesifik olarak bağlanan ve yardımcı T lenfositinden sitokin desteğini alan B lenfositi uyarılmış olur. Bundan sonra bu B lenfosit soyu prolifere olur, yani aktif faza girerek çoğalmaya başlar. Birkaç bölünmeden sonra antikor üretmekle görevli olan plazma hücreleri ortaya çıkar. Çoğalmaya başlayan B hücrelerinin bir kısmı bellek B hücresi haline geçer. Bu hücreler antijenle daha sonraki karşılaşmalarda doğrudan uyarılarak çok kısa sürede bağışıklık sağlarlar. B hücrelerinin aynı antijenle tekrar karşılaşmalarında affinite maturasyonu (üretilen antikorun spesifik antijene bağlanma yeteneğinin artması) ortaya çıkar.

B hücresi aktive olup çoğalarak plazma hücresine dönüşürken hücrenin ürettiği immunglobulin sınıfının gen düzenlenmesiyle değişmesine izotip değişimi denir.

Primer ve Skonder İmmun Yanıt

T bağımlı antijenlere karşı humoral immun yanıt mikrorganizmanın veya antijenin vücuda ilk girişinde, yani primer infeksiyon sırasında gerçekleşiyorsa buna primer immun yanıt, aynı etkenin sonraki girişlerinde gerçekleşiyorsa sekonder immun yanıt denir.

T-Bağımsız Antijenlere Karşı Humoral İmmun Yanıt

T bağımsız antijenler grubunda bakterilerin hücre duvarında bulunan lipopolisakkarid, kapsül polisakkaridi ve diğer polimerize moleküller bulunur. Direkt olarak BCR’lere bağlanarak B hücresini aktive edebilirler. Tekrarlayan polimerler aynı anda birçok BCR’ye bağlanabilir. T bağımsız antijenler, B hücrelerini uyarma mekanizmalarına göre TI-1 ve TI-2 olmak üzere iki gruba ayrılır.

Antikorların Görevleri

Direkt Etki: Toksin Nötralizasyonu

Bakterilerin patolojik etkilerini gösterebilmek için salgıladığı toksinlerin etki etmesi için de özel bir kısmı ile konağın somatik hücrelerine bağlanması gerekir. Spesifik antikorların toksinlerin bu özel kısmına bağlanarak, bunların konak hücrelerine tutunmalarını engellemelerine toksin nötralizasyonu , böyle antikorlara nötralizan antikor denir.

Direkt Etki: Virus nötralizasyonu

Virusların konak hücre yüzeyine bağlandıkları özel yapıların spesifik antikorlar ile kaplanması sonucu konak hücres ile temas kuramaması, hücreye girememesi ve çoğalamaması olayına denir.

Direkt Etki: Bakteriyel Adhezyon İnhibisyonu

Spesifik antikorların bakterilerin adhezyon moleküllerini bloke etmesi sonucu bakterilerin hücrelere bağlanamama ve patolojik etkilerini gösterememe olayıdır.

İndirekt Etki: Opsonizasyon

Patojenik bakterilerin, ancak antikorlarla kaplandıklarında fagositoza duyarlı hale gelmeleridir.

İndirekt Etki: Antikora Bağımlı Hücresel Sitotoksite

Viral infeksiyonlarda, viral proteinlere karşı oluşan antikorlar infekte hücrelerin üzerindeki viral proteinlere bağlandıklarında Fc kısımları NK hücreleri üzerindeki Fc reseptörleri tarafından tanınır. Bu yolla bağlantı kuran NK hücreleri de enzimleri ile infekte hücreyi öldürür. Bu olaya Antikora bağımlı hücresel sitotoksite (ADCC) denir.

İndirekt Etki: Komplement Aktivasyonu

IgM ve IgG gibi immunglobulinlerin ağır zincirleri üzerinde bulunan komplement balanma bölgesi serbest antikorlarda kapalı durumda bulunur. Ancak bir antikor antijene bağlandığında, komplement bağlanma bölgesi açığa çıkar ve komplement sisteminin ilk proteini buraya bağlanarak zincirleme komplement reaksiyonları oluşur.

İndirekt Etki: Lokal Yangısal Reaksiyon Uyarımı

Aktive olan mast hücreleri tarafından ortama salınan kemotaktik maddeler immun sistem hücrelerini lokal infeksiyon bölgesine çeker. Mast hücrelerinin aktive olabilmesi için, üzerlerinde bulunan Fc reseptörlerine Fc kısmı ile bağlanan IgE’nin spesifik antijen ile teması yeterli olup mast hücreleri içeriğini ortama boşaltır ve lokal yangısal reaksiyonları başlatır. Bu mekanizmanın en iyi örneği alerji olarak da bilinen tip I aşırı duyarlılık reaksiyonlarıdır.

İndirekt Etki: B Hücre Fonksiyonlarının Düzenlenmesi

B hücreleri üzerinde BCR’lerin yanısıra Fc reseptörleri (FcR) bulunur. Antijene bağlanmış bir IgG, B hücresindeki Fc reseptörüne bağlandığında, FcR hücreye inhibitör sinyaller yollar ve antikor sentezi yavaşlar.

Komplement

Komplement sistemi , enzimatik özellikteki serum proteinlerinden ve bunların yan ürünlerinden oluşan, vücudun humoral savunmasında ve yangıda önemli rol oynayan proteinler topluluğudur.

Komplement sistemi içinde 20’den fazla serum proteini bulunur. Bunların herbiri numaralandırılmış C harfi ile (örn. C1, C2, C3, .., C9), veya sadece büyük harflerle (örn. D, B, H, I, vb.) gösterilirler. Komplement moleküllerinin enzimatik aktivite sonucu ortaya çıkan alt birimleri C1s, C2a, C2b, C3a, C3b, vb. şeklinde gösterilirler.

Komplementin Görevleri

• Opsonizasyon
• Lizis: Terminal yolun sonunda membran atak kompleksinin hedef hücre yüzeyinde delikler açması ile öldürme işlemidir.
• İmmun komplekslerin uzaklaştırılması
• İmmun regülasyon
• Kemotaktik etki
• Yangı uyarımı

Hücresel İmmun Yanıt

Virus ve bakterilerin bulundukları infekte vücut hücrelerinin öldürülmesi ile etkisiz hale getirlme mekanizmalarını içerir. Sitotoksik T lenfositleri tarafından yürütülen hücresel sitotoksite ve NK hücre sitotoksitesi olmak üzere ikiye ayrılır.

T Hücre Sitotoksitesi

Endojen Antijenlerin Sunulması

Viruslar zorunlu olarak hücre içinde çoğalan patojenler olup bir hücreyi infekte ettiklerinde, kendi yapısal proteinlerini konak hücreye yaptırırlar. Viral proteinler hücre içinde işlendikten sonra MHC sınıf I molekülleri ile birlikte hücre üzerinde sergilenir. Vücuttaki tüm çekirdekli hücreler MHC sınıf I molekülü taşıdıkları için, sitotoksik T hücrelerine endojen antijen sunabilirler. Antijen sunulması sırasında sitotoksik T hücresi üzerindeki CD8, antijen sunan hücrenin MHC sınıf I molekülüne bağlanır.

Sitotoksik T Hücrelerinin Aktivasyonu

Sitotoksik T hücreleri, antijenle temas etmeden önce naif CD8 T hücreleri olarak bulunurlar. CD8 T hücrelerin sitotoksik T lenfositleri haline geçebilmeleri uyarılmaları gerekir. Anormal hücreler veya dendritik hücreler tarafından MHC sınıf I ile sunulan endojen antijenler, CD8 T hücreleri üzerindeki TCR’lere bağlanır. Sitotoksik T lenfositlerinin aktivasyonunu sağlayan en önemli ikinci faktör Interleukin-2’dir. Yardımcı T lenfositleri tarafından salgılanan IL-2, doğrudan veya CD8 hücrelerde IL-2 üretiminin otokrin etki artmasını sağlayarak CD8 hücrelerin daha çok uyarımına neden olur. Bu uyarımlar sonucu CD8 T hücreleri bölünür, bir kısmı sitotoksik T hücresi, bir kısmı sitotoksik bellek T hücresi haline geçer.

Sitotoksik T Hücrelerinin Adhezyonu

Aktive olan sitotoksik T hücrelerinin, hedef hücreler üzerindeki etkilerini gösterebilmeleri için nonspesifik adhezyon molekülleri ile bu hücrelere bağlanmaları gerekir. Bu bağlantıyı, T hücresindeki LFA-1 ve hedef hücredeki ICAM gerçekleştirir.

Hedef Hücrenin Öldürülmesi

Sitotoksik T hücreleri tamamen uyarılıp hedef hücreye spesifik olarak bağlandıklarında bu hücreyi apoptozis mekanizmasıyla öldürürler. Perforin yolu, CD95 yolu ve TNF-beta yolu olmak üzere üç tip apoptozis mekanizması vardır. İnfeksiyonlarda vücut savunmasnda en çok kullanılan perforin yoludur.

Sitotoksik T Lenfositlerinin Fonksiyonları

• Sitotoksik T lenfositleri, virusla infekte hücreleri apoptozis yoluyla öldürür. Apoptozis sırasında bir taraftan hücre ölürken, diğer taraftan endonükleazlar viral DNA’yı da parçalayarak virionun montajını, dolayısıyla virusun sağlam hücrelere yayılmasını engeller.
• Viruslar dışında, bazı hücre içi bakteriler ve bazı protozoonlar sitotoksik T lenfositlerini uyarırlarsa, bu hücrelerin sitotoksik etkisine maruz kalabilirler.
• Tümör hücrelerinin öldürülmesinde ve yabancı doku transplantlarının reddinde önemli rol oynarlar.
• T hücre geliflimini düzenler. Timustaki gelişimleri sırasında otoreaktif T hücrelerini apoptozis yoluyla öldürürler.
• Sitotoksik T lenfositleri tarafından salgılanan IFN-gama direkt olarak virusların replikasyonunu önler. TNF-alfa ve TNF-beta hedef hücrelerin öldürülmesini ve makrofajların aktivasyonunu sağlarlar.

NK Hücre Sitotoksitesi

NK hücreler (natural killer/doğal öldürücü), spesifik antijen reseptörleri taşımazlar ancak anormal veya infekte hücreleri çeşitli mekanizmalarla öldürebilirler. Hedef hücreleri öldürme mekanizması sitotoksik T lenfositleri ile aynıdır ancak hedef hücreyi tanıma ve bağlanma yolları farklıdır. Fonksiyonlarını antikora bağımlı hücresel sitotoksite (ADCC) ve direk sitotoksite olmak üzere iki mekanizma ile gerçekleştirirler.

Antikora Bağımlı Hücresel Sitotoksite (ADCC)

NK hücreler spesifik antijen reseptörleri taşımazlar ancak immunglobulinler için IgG1 ve IgG3 sınıfı immunglobulinlerin Fc kısımlarına bağlanan Fc reseptörlerine sahiptirler. NK hücrelerin bu mekanizma ile tanıdıkları hedef hücrelerin en önemlisi virusla infekte hücrelerdir.

Spesifik antikorlar viral antijenlere bağlandığında Fc kısımları NK hücreleri üzerindeki Fc reseptörlerine bağlanır. Fc reseptörüne antikorun bağlanması, NK hücresini uyarır. Bundan sonraki öldürme olayı sitotoksik T hücreleri ile tamamen aynıdır.

Direkt NK Hücre Sitotoksitesi

NK hücreleri, hücre içi patojenlerden ileri gelen infeksiyonların ve tümörlerin erken dönemlerinde antikorların kullanılmadığı bir mekanizma ile sitotoksik etki gösterirler. Bu mekanizma; sitotoksik T lenfositlerinden kaçmak için virusların hücrenin MHC sınıf I sentezini engellemesi, NK hücrelerinin de bu durumu algılaması esasına dayanır.