Cytotoxický T-lymfocyt

Cytotoxické T lymfocyty (dále také T_C, CD8+ T buňky, CD4- T buňky) jsou typem bílých krvinek podílejích se na imunitní odpovědi organismu. Zaměřují se na ochranu organismu před intracelulárními patogeny, včetně virů, bakterií a parasitů, které se rozmnožují uvnitř hostitelské buňky. V ideálním případě donutí cytotoxické lymfocyty napadené hostitelské buňky k buněčné smrti dříve, než se z nich patogeny mohou dostat do prostředí.

Na membránách cytotoxických T lymfocytů se nachází proteiny (TCR), které se mohou vázat na specifický antigen. Antigeny jsou prezentovány na membránách všech tělu vlastních buněk proteiny MHC typu I. Pokud se při kontaktu cytotoxického T lymfocytu a kontrolované buňky TCR receptory naváží na presentované antigeny, je to pro lymfocyt signál k likvidaci dané buňky.

Samotná afinita TCR ke specifickému proteinu je však relativně malá a pro funkci lymfocytu nedostačující – proto je třeba podpůrný protein zvaný CD8. Ten se naváže na konstantní část MHC typu I. Afinita mezi CD8 a MHC „přidrží“ lymfocyt a cílovou buňku pevněji u sebe během antigen-specifické aktivace. Odtud tedy název CD8+ T buňky.

Vývoj

Schéma vývoje lymfocytu v brzlíku

Imunitní systém musí rozpoznat miliony potenciálních antigenů. V lidském genomu je však méně než 30 000 genů, tudíž mít pro každý antigen odpovídající gen není možné. Z toho důvodu je genetická informace v buňkách lymfocytů rekombinována, aby mohly být vytvořeny nové buňky s unikátními receptory schopnými vázat co největší množství antigenů. Rekombinací nicméně může dojít i k vytvoření buněk s afinitou k tělu vlastním antigenům. Aby nedocházelo ke vzniku autoimunitních onemocnění, prochází lymfocyty selekcí.

Lymfocyty se vyvíjejí z hematopoetických kmenových buněk, které migrují z kostní dřeň do brzlíku. Juvenilní lymfocyty, vyvíjející se v brzlíku, se nazývají tymocyty. Podle typu TCR proteinu jsou rozlišitelné 2 typy lymfocytů. TCR má vždy dva řetězce, obvykle alfa-beta a v malé menšině buněk (cca 5 %) gama-delta. Funkce dospělých lymfocytů se bude lišit podle typu TCR – lymfocyty s alfa-beta řetězcem se specializují na proteinové antigeny, lymfocyty s gama-delta řetězcem se nacházejí v epiteliálních buňkách (třeba ve střevě).

DN fáze vývoje

V prvních fázích vývoje tymocyty postrádají CD4 i CD8 proteiny a jsou to takzvaně „double negative“ (DN) buňky. Různá stádia vývoje tymocytů rozlišujeme podle přítomnosti CD44 a CD25 molekul. DN1 buňky jsou nejmladšími tymocyty. Typicky jsou CD44 pozitivní a CD25 negativní. DN2 buňky jsou již i CD44+ i CD25+.

Ve stadiu DN3, kdy je tymocyt CD44- a CD25+ dochází k rekombinaci beta řetězce. Tymocyty pak procházejí tzv. beta selekcí, při které jsou vybírány ty buňky, které úspěšně naváží vlákno substituující alfa řetězec (pre-Tα). Pokud tato interakce proběhne úspěšně, znamená to, že rekombinace beta řetězce proběhla v buňce tak, jak měla, a vznikne tzv. pre-TCR komplex. Buňky s tímto komplexem se dostávají do fáze DN4, jsou CD44- i CD25- a již nerekombinují beta řetězec, ale přežívají, proliferují a začínají exprimovat CD4 a CD8 proteiny.

DP fáze vývoje

Schéma zachycující kontakt antigen presentující buňky s nedospělým DP lymfocytem, po němž lymfocyt maturuje a diferencuje na CD4+ nebo CD8+ buňku

Buňky exprimující CD4 i CD8 jsou takzvaně „double positive“ (DP). U DN3 buněk neschopných navázat pre-Tα nastává buněčná smrt.DP buňky rekombinují svůj alfa řetězec, a produkují hotový αβ-TCR protein. Tento vysoce variabilní proces genetické rekombinace umožňuje organismu vytvořit miliony T lymfocytů s rozdílnými TCR proteiny, které mohou odpovědět na téměř jakýkoli potenciální patogen. V brzlíku poté prochází v rámci svého dalšího vývoje pozitivní a negativní selekcí, aby bylo rozhodnuto, zda jsou jednak efektivní, jednak bezpečné pro tělu vlastní buňky.

Selekce

Pozitivní selekcí, probíhající v cortexu brzlíku, prochází DP buňky jako první. Ty, které projeví příliš slabou afinitu k antigenům presentovaným antigen prezentujícími buňkami (APC) jsou vyhodnoceny jako neefektivní a dochází u nich k buněčné smrti.

Negativní selekcí prochází tymocyty poté, co doputují z kůry brzlíku do vnitřní vrstvy (medulla). Antigen presentující buňky, jako jsou makrofágové nebo dendritické buňky, prezentují DP buňkám tělu vlastní molekuly. Pokud na ně reagují příliš agresivně, dojde k jejich vyřazení a buněčné smrti. Ve chvíli kontaktu s APC dojde u DP buňky downregulací k diferenciaci na naivní CD4+ nebo CD8+ T lymfocyt. Tento proces nepřežije většina tymocytů a jen malé procento dospívá. V případě cytotoxického lymfocytu se diferencuje na CD8+ buňku.

Aktivace

Dospělé cytotoxické T lymfocyty cirkulují tělem, zejména lymfatickým oběhem a jsou neaktivní. Pro jejich aktivaci je třeba série několika navazujících signálů.

Antigen presentující buňky jsou schopny aktivace cytotoxických lymfocytů pomocí zkřížené prezentace (anglicky cross-presentation), což je proces, při kterém APC prezentují fragmenty antigenu na svém vlastním MHC I, přestože sami nejsou nijak napadeny ani poškozeny.

Samotný kontakt antigen prezentující buňky s lymfocytem ale není dostatečný signál pro zahájení imunitní reakce. Pro kompletní aktivaci a zahájení proliferace je nutno několik sekundárních signálů. Na rozdíl od pomocných T lymfocytů není pro cytotoxické T lymfocyty natolik zásadní protein CD28, ale potřebují zejména signály od dalších kostimulačních molekul, jako je CD70 a CD137 (4-1BB). Pokud je afinita T buňky k antigenu dostatečně silná, T lymfocyt dostane pozitivní signál několika dalších molekul, jako je ICOS, OX40 a víše zmíněné CD137.

Tyto molekuly se nachází na membráně T lymfocytu a jsou stimulovány odpovídajícími ligandy, typicky se vyskytujícími na membránách APC. Na rozdíl od proteinů CD28 a TCR se molekuly ICOS, CD137 a OX40 nevyskytují na membráně lymfocytu neustále, ale jen při kontaktu s afinním antigenem. Ani antigen prezentující buňky neprodukují odpovídající ligandy neustále, ale jen při nalezení antigenu.

Tato mechanika je důležitá, protože zajišťuje, že se T lymfocyt může zaktivovat pouze v přítomnosti buněk, které nějaký antigen opravdu našly a aktivně ho prezentují. Pokud se zaktivuje bez této kostimulační zpětné reakce, může dojít k funkčnímu útlumu (tzv. anergie), nebo dokonce buněčné smrti, aby lymfocyt nemohl zahájit nevhodnou, potenciálně autoimunitní odpověď.

Aby byly vytvořeny paměťové buňky, které umožňují opakovanou stimulaci cytotoxických T lymfocytů, musí dendritické buňky interagovat s CD4+ i CD8+ lymfocyty. Během tohoto procesu získají dendritické buňky stimulaci ze strany CD4+ lymfocytů, následkem čehož mohou potentněji aktivovat CD8+ lymfocyty.

Maturace CD8+ lymfocytů je dále zprostředkována signalizačními molekulami CD40. Jakmile se naivní CD8+ lymfocyt naváže na infikovanou buňku, napadená buňka je stimulována k vypuštění CD40 molekul, jenž s podporou CD4+ lymfocytů pomáhají s diferenciací cytotoxických T buněk.

Přestože ve většině případů je aktivace lymfocytu závislá na rekognici antigenu molekulou TCR, byly popsány i alternativní způsoby aktivace. U některých CD8+ lymfocytů byla například pozorována aktivace poté, co byli účelně cíleny jinými CD8+ buňkami.

Jakmile je lymfocyt definitivně zaktivován, projde klonální expanzí za účasti cytokinu IL-2, což je růstový a diferenciační faktor pro T lymfocyty. Tímto se zvýší počet buněk specifických vůči danému antigenu, ty pak následně putují tělem a vyhledávají antigen-pozitivní somatické buňky.

Efektorové funkce

Cytotoxické lymfocyty zachycené při imunitní reakci proti rakovinné buňce

Když je lymfocyt vystaven infikované nebo jinak poškozené buňce prezentující odpovídající antigen na MHC1, vypustí několik cytotoxinů – perforin, granzymy a granulysin. Perforiny penetrují membránu cílové buňky, díky čemuž mohou do její cytoplazmy proniknout granzymy, které zde následně spouštějí kaspázovou kaskádu, což je série několika procesů vedoucí k apoptóze. Tento jev se označuje jako programovaná buněčná smrt. Samotné T lymfocyty jsou vůči vlastním perforinům rezistentní díky vysoce organizovaným lipidům a záporně nabytým fosfatidylserinům v jejich plazmatických membránách.

Druhý způsob, jakým může u cílové buňky být spuštěna apoptóza je skrze kontakt povrchů lymfocytu a buňky. Aktivovaný CD8+ lymfocyt exprimuje na své membráně protein Fas ligand (FasL)(Apo1L)(CD95L), které se mohou vázat na Fas (Apo1)(CD95) molekuly exprimované na cílové buňce. Nicméně tato Fas-Fas ligandová interakce je pravděpodobně důležitější spíše pro zbavování se vyřazených T lymfocytů během jejich vývoje v brzlíku nebo pro lytickou aktivitě některých helper T cells, než pro cytolytickou aktivitu cytotoxických lymfocytů. Kontakt Fas s FasL umožňuje interakci s multiproteinovým komplexem DISC, umožňujícím aktivaci prokaspáz 8 a 10. Ty dále aktivují efektorové kaspázy 3,6 a 7, vedoucí k nástupu substrátů jako je lamin A, lamin B1, lamin B2, PARP a DNA-PKcs. Výsledkem tohoto procesu je apoptóza buňky, která exprimovala Fas.

Předpokládá se, že transkripční faktor Eomesodermin hraje klíčovou roli ve funkci CD8+ buněk, regulující adaptivní imunitní odpověď. Studie, které se zabývali vlivem ztráty funkce Eomesoderminu zjistili, že se snížení množství tohoto transkripčního faktoru klesá i množství perforinu produkovaného CD8+ buňkami.

Role v patogenezi

Na rozdíl od protilátek, které jsou efektivní vůči virovým i bakteriální onemocněním se cytotoxické T lymfocyty uplatňují především v boji s viry.

Během onemocnění žloutenkou typu B (HBV) cytotoxické T lymfocyty zabíjejí infikované buňky a produkují cytokiny schopné zásadně poškodit i zdravé hepatocyty. Tato imunitní reakce hraje významnou roli v průběhu onemocnění a pravděpodobně zodpovídá za většinu následků spojovaných s infekcí žloutenky typu B. Krevní destičky jsou spojovány s kumulací cytotoxických T lymfocytů v infikovaných játrech.

Předpokládá se, že cytotoxické T lymfocyty hrají roli v progresi artritidy: zmenšování počtu důležitých molekul kolenních chrupavek, jako jsou mukopolysacharidy, vlivem cytotoxických lymfocytů a makrofágů byla pozorována na myším modelu.

CD8+ T buňky hrají roli při HIV infekci. HIV se v průběhu času velmi dobře adaptovalo na imunitní systém svého hostitele. Například vysoká míra mutací viru umožňuje uniknout poznávacím mechanismům CD8+ buněk. Vir také dokáže hostitelskou buňku přimět ke snížení množství exprimovaných MHC1 na povrchu membrány, což zneschopňuje CD8+ lymfocytům efektivní rozpoznání a likvidaci nakažených buněk.

Dále se ukazuje, že CD8+ lymfocyty mohou být zapojeny do onemocnění cukrovky typu 1. Studie na diabetických myších ukazují, že CD8+ lymfocyty by mohli hrát v onemocnění cílením a likvidací insulin-produkujících slinivkových buněk.

CD8+ T buňky jsou pravděpodobně nezbytné pro předcházení a léčbu CIPN, což je vedlejší efekt způsobený chemoterapeutickými léky, poškozující nervový systém. Bylo zjištěno, že myši bez CD8+ buněk mají delší CIPN v porovnání se standardními myšmi a vpíchnutí CD8+ buněk pomáhá řešit nebo dokonce předchází CIPN.

Odkazy

Související články

• Vitiligo

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Cytotoxický T-lymfocyt na Wikimedia Commons