Information

Hvordan ser de variable dele af antistofgener ud i celler, der ikke producerer antistoffer?

Hvordan ser de variable dele af antistofgener ud i celler, der ikke producerer antistoffer?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Der findes flere familier af antistoffer i pattedyr. De kan have to eller flere antistofdomæner, som indeholder tunge og lette kæder. De variable områder af generne for lette og tunge kæder i kromosomet splejses i antistofproducerende celler, således at hver celle producerer et forskelligt antistof med en unik sekvens af aminosyrer i de variable regioner.

Her er en tegneserie:

De variable regioner er uforholdsmæssigt store her, men det giver en ide...

Det, jeg har problemer med at finde, er, hvordan DNA-regionerne i disse gener ser ud i celler, som ikke producerer antistoffer. Er de det samme som i kimlinien? Gennemgår de rekombination, men kommer ikke til udtryk?

Enhver hjælp ville blive værdsat.


Måske vil du spørge, hvordan VDJ-rekombination reguleres i ikke-lymfoide celler...

Selv i umodne lymfoide celler er VDJ-rekombination reguleret. Og også Ig-gener undertrykkes i T-celler og TCR-gener undertrykkes i B-celler... Også rekombinationen af ​​Ig undertrykkes i T-celle og omvendt.

RAG-1,2 (rekombinationsaktiverende gen) nedregulering gør delvist arbejdet, men ikke fuldt ud.

Tidligere rapporter siger, at transkription i locus er essentiel, og epigenetisk regulering af transkription regulerer igen rekombination. Men hvad det præcis betyder, er, at tilgængeligheden til RSS (rekombinationssignalsekvenser) er begrænset i et undertrykt kromatin, og nyere rapporter siger, at nukleosomer er passende placeret over RSS for at kontrollere rekombination.

Tag et kig på disse:

http://www.cell.com/abstract/S0092-8674%2802%2900675-X

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0952791506000057

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC204470/


13.1D: Generering af antistofdiversitet

  • Bidraget af Gary Kaiser
  • Professor (mikrobiologi) ved Community College of Baltimore Country (Cantonsville)
  1. Definer gentranslokation og relater det til, at hver B-lymfocyt er i stand til at producere et antistof med et unikt formet Fab.
  2. Definer følgende:
    1. kombinatorisk mangfoldighed
    2. junctional mangfoldighed
    3. affinitetsmodning

    I dette afsnit vil vi se på generering af antistofdiversitet gennem gentranslokation. Som nævnt tidligere, har kroppens immunsystem ingen idé om, hvilke antigener det i sidste ende kan støde på. Derfor har det udviklet et system, der besidder evnen til at reagere på ethvert tænkeligt antigen. Immunsystemet kan gøre dette, fordi både B-lymfocytter og T-lymfocytter har udviklet et unikt system for gen-splejsning kaldet gentranslokation, en type gen-shuffling-proces, hvor forskellige forskellige gener langs et kromosom skæres ud af et sted og forbindes med andre gener langs kromosomet.

    For at demonstrere denne gentranslokationsproces vil vi se på, hvordan hver B-lymfocyt bliver genetisk programmeret til at producere et antistof, der fungerer som en B-cellereceptor (BCR) med en unik formet Fab. Som nævnt ovenfor er Fab-delen af ​​et antistof sammensat af 2 proteinkæder: en tung og en let (se figur (PageIndex<1>)).

    Den variable tunge kædedel af Fab er kodet for af en kombination af 3 gener, kaldet VH (variabel tung), DH (diversitetstung) og JH (sammenføjning tung). Den variable let kæde del af Fab består af enten en kappa kæde eller en lambda kæde kodet af en kombination af 2 gener, VL (variabelt lys) og JL (sammenføjning af lys). I hver B-lymfocyts DNA er der flere former for hver af disse variable determinante gener. Selvom det nøjagtige antal af hvert gen ikke er kendt og varierer fra person til person, er der ca. 38-46 VH-gener 23 DH-gener 6 JH-gener 34-38 kappa VL-gener 5 kappa JL-gener 29-33 lambda VL-gener og 4-5 lambda JL gener.

    Mens en person arver alleler for de forskellige V(D)J gener fra hver forælder, vil en individuel B-lymfocyt kun udtrykke et nedarvet allelsæt fra en forælder. Dette øger en større mangfoldighed af antistoffer i det pågældende individ.

    Gennem tilfældig gentranslokation kan enhver kombination af de multiple former af hvert gen gå sammen (se figur (PageIndex<2>)), hvilket resulterer i tusindvis af mulige genkombinationer. Dette er kendt som kombinatorisk mangfoldighed.

    Gentranslokation af V(D)J-generne initieres, når et enzym kaldet V(D)J-rekombinase genkender rekombinationssignalsekvenser placeret i 3'-enden af ​​V-gener, 5'-enden af ​​J-gener og begge ender af D-gener . Som et resultat danner kromosomet en løkke, der tillader forskellige gener fra forskellige regioner langs kromosomet at tilpasse sig (se figur (PageIndex<3>)). I den tunge kæde retter ethvert J-tungt gen og et hvilket som helst D-tungt gen sig og binder sammen, når generne skæres fra et sted og indsættes i et andet. Efterfølgende er et hvilket som helst af de V-tunge gener knyttet til dette DJ-segment. I den lette kæde gør kromosomal looping ethvert V-light-gen i stand til at binde sig til ethvert J-light-gen.

    Under gentranslokation forårsager specialiserede enzymer i B-lymfocytten splejsningsunøjagtigheder, hvor yderligere nukleotider tilføjes eller deleteres ved de forskellige genforbindelser. Denne ændring i nukleotidbasesekvensen genererer endnu større diversitet i Fab-form. Dette kaldes junctional diversity.

    Efterhånden som B-lymfocytter prolifererer, gennemgår de endvidere affinitetsmodning, en proces, der "finjusterer" formen af ​​Fab-epitopbindingsstedet. Dette skyldes, at immunoglobulin V-generne i B-lymfocytter har en mutationshastighed mellem 1000 og 10.000 gange større end andre menneskelige gener i kroppen. Denne somatiske hypermutation skaber en stor mulighed for udvælgelse af variant B-lymfocytter med endnu bedre passende antigenbindingssteder, der passer mere præcist til epitopen. Jo længere og tættere antigenet binder til B-celle-receptoren, jo større er chancen for, at B-lymfocytter har for at overleve og replikere. Med andre ord kan antistoffets "tilpasning" forbedres over tid. Affinitetsmodning sker i lymfeknudernes germinale centre.

    Mest sandsynligt producerer mennesker mindst 1011 forskellige formede BCR'er. Husk, at den 3-dimensionelle form af et protein i sidste ende bestemmes af sekvensen af ​​dets aminosyrer, og sekvensen af ​​aminosyrer bestemmes af rækkefølgen af ​​nitrogenholdige baser i generne, der koder for det protein. Mellem kombinatorisk diversitet, junctional diversitet og affinitetsmodning er der sandsynligvis milliarder af mulige genkombinationer og omlejringer, der kan kode for Fab-delene af et antistof. Chancerne er derfor, at hver B-lymfocyt vil udføre en unik serie af gentranslokationer og være i stand til at producere et antistof med et unikt formet epitopbindingssted.

    Fordi gentranslokation er en tilfældig proces, ender nogle umodne B-lymfocytter med at danne B-cellereceptorer, der passer til kroppens egne antigener. Umodne B-lymfocytter med selvreaktive B-cellereceptorer kan stimuleres til at gennemgå en ny genomlejring for at lave en ny receptor, der ikke længere er selvreaktiv. Genkendelse af selvantigen kan reaktivere gener, der gør det muligt for B-lymfocytten at udføre nye let kæde V-J rekombinationer og gøre det muligt for denne celle at udtrykke en ny B-celle receptor. Denne proces kaldes receptorredigering.

    Alternativt kan selvreaktive B-lymfocytter også gennemgå negativ selektion. Da knoglemarven, hvor B-lymfocytterne produceres og modnes, normalt er fri for fremmede stoffer, skal alle B-lymfocytter, der binder stoffer der, genkende "selv" og elimineres ved apoptose, et programmeret celleselvmord. Apoptose resulterer i aktivering af proteaser i målcellen, som derefter nedbryder cellens strukturelle proteiner og DNA.


    Indhold

    Humane antistofmolekyler (herunder B-cellereceptorer) er sammensat af tunge og lette kæder, som hver indeholder både konstant (C) og variabel (V) regioner, genetisk kodet på tre loci:

    • Immunoglobulin tunge locus ([email protected]) på kromosom 14, der indeholder gensegmenterne for immunoglobulin tunge kæde.
    • Immunoglobulin kappa (K) locus ([email protected]) på kromosom 2, der indeholder gensegmenterne for en del af immunoglobulinets lette kæde.
    • Immunoglobulin lambda (λ) locus ([email protected]) på kromosom 22, der indeholder gensegmenterne for resten af ​​immunglobulinets lette kæde.

    Hvert gen for tung kæde eller let kæde indeholder flere kopier af tre forskellige typer gensegmenter for de variable regioner af antistofproteinerne. For eksempel indeholder den tunge kæderegion for humant immunglobulin 2 konstante (Cμ og Cδ) gensegmenter og 44 variable (V) gensegmenter, plus 27 diversitets (D) gensegmenter og 6 forbindende (J) gensegmenter. [2] De lette kædegener besidder enten et enkelt (Cκ) eller fire (Cλ) konstante gensegmenter med talrige V- og J-gensegmenter, men har ikke D-gensegmenter. [3] DNA-omlejring får en kopi af hver type gensegment til at gå ind i en given lymfocyt, hvilket genererer et enormt antistofrepertoire, ca. 3×10 11 kombinationer er mulige, selvom nogle fjernes på grund af selvreaktivitet.

    De fleste T-celle-receptorer er sammensat af en variabel alfa-kæde og en beta-kæde. T-cellereceptorgenerne ligner immunglobulingener, idet de også indeholder flere V-, D- og J-gensegmenter i deres beta-kæder (og V- og J-gensegmenter i deres alfa-kæder), som omarrangeres under udviklingen af ​​lymfocytten til forsyne den celle med en unik antigenreceptor. T-cellereceptoren i denne forstand er den topologiske ækvivalent til et antigenbindende fragment af antistoffet, som begge er en del af immunoglobulinsuperfamilien.

    En autoimmun reaktion forhindres ved at eliminere celler, der selv reagerer. Dette sker i thymus ved at teste cellen mod en række af selvantigener udtrykt gennem funktionen af ​​den autoimmune regulator (AIRE). Immunoglobulin lambda let kæde locus indeholder proteinkodende gener, som kan gå tabt med dets omlejring. Dette er baseret på en fysiologisk mekanisme og er ikke patogenetisk for leukæmier eller lymfomer. En celle består, hvis den skaber et vellykket produkt, der ikke selvreagerer, ellers beskæres den via apoptose.

    Tung kæde Edit

    I den udviklende B-celle er den første rekombinationsbegivenhed, der forekommer, mellem et D- og et J-gensegment af den tunge kæde-locus. Ethvert DNA mellem disse to gensegmenter deleteres. Denne D-J-rekombination efterfølges af sammenføjningen af ​​et V-gensegment fra en region opstrøms for det nydannede DJ-kompleks, der danner et omarrangeret VDJ-gensegment. Alle andre gensegmenter mellem V- og D-segmenter er nu deleteret fra cellens genom. Primært transkript (usplejset RNA) genereres indeholdende VDJ-regionen af ​​den tunge kæde og både konstanten mu og delta kæder (Cμ og Cδ). (dvs. det primære transkript indeholder segmenterne: V-D-J-Cμ-Cδ). Det primære RNA behandles for at tilføje en polyadenyleret (poly-A) hale efter Cμ kæden og for at fjerne sekvensen mellem VDJ-segmentet og dette konstante gensegment. Translation af dette mRNA fører til produktionen af ​​IgM tungkædeproteinet.

    Lyskæde Rediger

    Kappa (κ) og lambda (λ) kæderne af immunoglobulin lette kæde loci omarrangeres på en meget lignende måde, bortset fra at de lette kæder mangler et D-segment. Med andre ord involverer det første rekombinationstrin for de lette kæder sammenføjningen af ​​V- og J-kæderne for at give et VJ-kompleks før tilføjelsen af ​​konstantkædegenet under primær transkription. Translation af det splejsede mRNA for enten kappa- eller lambda-kæderne resulterer i dannelse af Ig K- eller Ig A-letkædeproteinet.

    Samling af Ig μ tung kæde og en af ​​de lette kæder resulterer i dannelsen af ​​membranbundet form af immunoglobulin IgM, der udtrykkes på overfladen af ​​den umodne B-celle.

    Under thymocytudvikling gennemgår T-cellereceptorkæderne (TCR) i det væsentlige den samme sekvens af ordnede rekombinationshændelser som den, der er beskrevet for immunoglobuliner. D-til-J-rekombination forekommer først i β-kæden af ​​TCR. Denne proces kan involvere enten sammenføjning af Dβ1 gensegment til en af ​​seks Jβ1-segmenter eller sammenføjningen af ​​Dβ2 gensegment til en af ​​seks Jβ2 segmenter. [3] DJ-rekombination følges (som ovenfor) med Vβ-til dβJβ omlægninger. Alle gensegmenter mellem Vβ-Dβ-Jβ gensegmenter i det nydannede kompleks deleteres, og det primære transkript syntetiseres, der inkorporerer det konstante domæne-gen (Vβ-Dβ-Jβ-Cβ). mRNA-transkription splejser enhver mellemliggende sekvens og muliggør translation af proteinet i fuld længde for TCR-β-kæden.

    Omlejringen af ​​alfa (α) kæden af ​​TCR følger β-kædeomlejringen og ligner V-til-J omlejring beskrevet for Ig lette kæder (se ovenfor). Samlingen af ​​β- og α-kæderne resulterer i dannelsen af ​​αβ-TCR, der udtrykkes på et flertal af T-celler.

    Nøgleenzymer og komponenter Rediger

    Processen med V(D)J-rekombination medieres af VDJ-rekombinase, som er en mangfoldig samling af enzymer. De involverede nøgleenzymer er rekombinationsaktiverende gener 1 og 2 (RAG), terminal deoxynukleotidyltransferase (TdT) og Artemis-nuklease, et medlem af den allestedsnærværende ikke-homologe endesammenføjningsvej (NHEJ) til DNA-reparation. [4] Adskillige andre enzymer er kendt for at være involveret i processen og omfatter DNA-afhængig proteinkinase (DNA-PK), X-ray reparation krydskomplementerende protein 4 (XRCC4), DNA ligase IV, ikke-homolog ende-sammenføjning faktor 1 (NHEJ1 også kendt som Cernunnos eller XRCC4-lignende faktor [XLF]), den nyligt opdagede Paralog af XRCC4 og XLF (PAXX), og DNA-polymeraser λ og μ. [5] Nogle involverede enzymer er specifikke for lymfocytter (f.eks., RAG, TdT), mens andre findes i andre celletyper og endda allestedsnærværende (f.eks., NHEJ komponenter).

    For at opretholde specificiteten af ​​rekombination genkender og binder V(D)J-rekombinase til rekombinationssignalsekvenser (RSS'er), der flankerer de variable (V), diversitets- (D) og forbinder (J) gensegmenter. RSS'er er sammensat af tre elementer: en heptamer af syv konserverede nukleotider, en spacerregion på 12 eller 23 basepar i længden og en nonamer på ni konserverede nukleotider. Mens størstedelen af ​​RSS'er varierer i sekvens, er konsensus-heptamer- og nonamer-sekvenserne henholdsvis CACAGTG og ACAAAAACC, og selvom sekvensen af ​​spacer-regionen er dårligt konserveret, er længden meget konserveret. [6] [7] Længden af ​​spacer-regionen svarer til cirka en (12 basepar) eller to drejninger (23 basepar) af DNA-helixen. Efter det, der er kendt som 12/23-reglen, støder gensegmenter, der skal rekombineres, sædvanligvis op til RSS'er med forskellige spacerlængder (dvs., en har en "12RSS" og en har en "23RSS"). [8] Dette er et vigtigt træk ved reguleringen af ​​V(D)J-rekombination. [9]

    Procesredigering

    V(D)J-rekombination begynder, når V(D)J-rekombinase (gennem aktiviteten af ​​RAG1) binder en RSS, der flankerer et kodende gensegment (V, D eller J) og skaber et enkeltstrenget hak i DNA'et mellem den første base af RSS (lige før heptameren) og kodningssegmentet. Dette er i det væsentlige energetisk neutralt (intet behov for ATP-hydrolyse) og resulterer i dannelsen af ​​en fri 3'-hydroxylgruppe og en 5'-phosphatgruppe på den samme streng. Den reaktive hydroxylgruppe er placeret af rekombinasen til at angribe phosphodiesterbindingen af ​​modsatte streng, og danner to DNA-ender: en hårnål (stammeløkke) på det kodende segment og en stump ende på signalsegmentet. [10] Den nuværende model er, at DNA-hak og hårnåledannelse forekommer på begge strenge samtidigt (eller næsten) i et kompleks kendt som en rekombinationscenter. [11] [12] [13] [14]

    De stumpe signalender er flush ligeret sammen for at danne et cirkulært stykke DNA indeholdende alle de mellemliggende sekvenser mellem de kodende segmenter kendt som et signalled (selv om det er cirkulært af natur, skal dette ikke forveksles med et plasmid). Selvom det oprindeligt antages at gå tabt under successive celledelinger, er der bevis for, at signalled kan genindtræde i genomet og føre til patologier ved at aktivere onkogener eller afbryde tumorsuppressorgenfunktion(er)[Ref].

    De kodende ender behandles yderligere forud for deres ligering af adskillige begivenheder, der i sidste ende fører til junctional diversitet. [15] Forarbejdning begynder, når DNA-PK binder til hver knækket DNA-ende og rekrutterer adskillige andre proteiner, herunder Artemis, XRCC4, DNA-ligase IV, Cernunnos og adskillige DNA-polymeraser. [16] DNA-PK danner et kompleks, der fører til dets autophosphorylering, hvilket resulterer i aktivering af Artemis. Kodende hårnåle åbnes af Artemis aktivitet. [17] Hvis de åbnes i midten, vil en stump DNA-ende resultere, men i mange tilfælde er åbningen "off-center" og resulterer i, at ekstra baser bliver tilbage på en streng (et overhæng). Disse er kendt som palindromiske (P) nukleotider på grund af den palindromiske karakter af den sekvens, der produceres, når DNA-reparationsenzymer løser overhænget. [18] Processen med hårnåleåbning af Artemis er et afgørende trin i V(D)J-rekombination og er defekt i musemodellen med svær kombineret immundefekt (scid).

    Dernæst justerer XRCC4, Cernunnos og DNA-PK DNA-enderne og rekrutterer terminal deoxynukleotidyltransferase (TdT), en template-uafhængig DNA-polymerase, der tilføjer ikke-templatede (N) nukleotider til den kodende ende. Tilføjelsen er for det meste tilfældig, men TdT udviser en præference for G/C-nukleotider. [19] Som med alle kendte DNA-polymeraser tilføjer TdT nukleotider til en streng i en 5' til 3' retning. [20]

    Endelig kan exonukleaser fjerne baser fra de kodende ender (herunder eventuelle P- eller N-nukleotider, der kan være dannet). DNA-polymeraser λ og μ indsætter derefter yderligere nukleotider efter behov for at gøre de to ender kompatible for sammenføjning. Dette er en stokastisk proces, derfor kan enhver kombination af tilføjelse af P- og N-nukleotider og exonukleolytisk fjernelse forekomme (eller slet ingen). Til sidst ligeres de bearbejdede kodende ender sammen af ​​DNA-ligase IV. [21]


    Hvordan COVID-19-vacciner virker

    COVID-19-vacciner hjælper vores kroppe med at udvikle immunitet over for den virus, der forårsager COVID-19, uden at vi behøver at få sygdommen.

    Forskellige typer vacciner virker på forskellige måder for at tilbyde beskyttelse. Men med alle typer vacciner står kroppen tilbage med en forsyning af &ldquomemory&rdquo T-lymfocytter såvel som B-lymfocytter, der vil huske, hvordan man bekæmper denne virus i fremtiden.

    Det tager typisk et par uger efter vaccination, før kroppen producerer T-lymfocytter og B-lymfocytter. Derfor er det muligt, at en person kan blive smittet med den virus, der forårsager COVID-19 lige før eller lige efter vaccination og derefter blive syg, fordi vaccinen ikke havde tid nok til at yde beskyttelse.

    Nogle gange efter vaccination kan processen med at opbygge immunitet forårsage symptomer, såsom feber. Disse symptomer er normale og er tegn på, at kroppen opbygger immunitet.


    Gener forklarer raceforskel som svar på et hjertemedicin (5/29)

    1. DNA-omlejring sker under udvikling - Derfor har hver celle et unikt sæt gener for antigenbindende protein.

    2. DNA-omlejring sker før eksponering for Ag.

    3. Et protein med unikt bindingssted lavet pr. celle. (Enten et antistof/BCR eller en TCR. Bemærk, at dette betyder, at kun én af to alleler af gen er udtrykt i dette tilfælde).

    4. Protein (BCR eller TCR) har en variabel del (specifik for antigen) og en konstant del (ikke afhængig af Ag).

    5. Mekanisme for klonal selektion

    en. Ag-bindende protein fungerer som fælde/receptor for A g. Antigenbinding til overflade-Ab (BCR) eller TCR tjener til at udvælge celler med passende specificitet. (Celler, der laver den 'rigtige' Ab eller TCR.)

    b. Klonal ekspansion (eller suppression) sker som reaktion på Ag-binding

    (1). Ødelæggelse. Hvis Ag opfattes som "selv" → celle (T eller B) ødelagt eller undertrykt (→ tolerance). Se Sadava fig. 18.7 (kun 8. udgave)

    (2). Aktivering. Hvis Ag opfattes som fremmed → celledeler → klonal ekspansion, yderligere differentiering til effektor- eller hukommelsesceller. (Se nedenfor for detaljer.)

    (3). Hvorvidt antigen opfattes som "selv" eller "fremmed" afhænger af tidspunktet for eksponering for antigenet (embryonalt versus voksen) og yderligere faktorer. (Dette viser sig at være meget kompliceret, så vi ignorerer "yderligere faktorer".)

    B. Egenskaber, der er unikke for T-celler (Se toppen af ​​uddelingsark 25A for B vs T og TC vs TH )

    1. Protein lavet af T-celle er T-cellereceptor, ikke Ab . (Se Sadava fig. 18.12 (18.13)). Hver T-celle laver en unik TCR (også kaldet T-celle-antigenreceptor) på grund af DNA-omlejringer af TCR-gener.

    2. T-cellereceptor forbliver altid på celleoverfladen aldrig udskilt

    3. Antigen skal være på eukaryot celleoverflade:

    en. Antistof vil binde til frit antigen i opløsning (eller til en del af en hel bakterie). TCR vil ikke.

    b. TCR binder kun til Ag på overfladen af ​​en anden (euk.) celle. .

    c. TC vs TH

    (1). TC

    (en). Målcelle: TC binder til almindelig (euk.) celle med unormale epitoper på overfladen, f.eks. en inficeret celle.

    (b). Resultat af binding til målcelle: TC ødelægger målet.

    (c). Overflademarkør: TC er CD8+ -- har protein kaldet CD8 på overfladen

    (en). Målceller: TH binder til immunceller med unormale epitoper på overfladen, normalt kaldet en antigen-præsenterende celle (APC).

    (b). Resultat af binding til målcelle: Binding aktiverer TH celle &/eller APC. (Fremmer immunresponset - detaljer varierer afhængigt af typen af ​​APC.)

    (c). Overflademarkør: TH er CD4+ -- har protein kaldet CD4 på overfladen


    II. Aktivering af B- og T-celler - hvad udløser klonal ekspansion? Se Sadava fig. 18.15 (18.17) for helhedsbillede.

    A. Hvad kræves? For at aktivere en B- eller T-celle skal cellen få et juxtakrint signal og et parakrint signal. Se Sadava fig. 18.14 (18.16)

    1. Parakrin = et cytokin = udskilt protein, der påvirker udviklingen af ​​immunsystemet og nogle relaterede funktioner.

    en. Terminologi: Cytokiner lavet af leukocytter ofte kaldet interleukiner, forkortet IL-1, IL-2 osv.

    b. Eksempel på handling: Aktivering af både B og TC celler kræver parakriner fra TH celler. Se tekster, hvis du er interesseret i navne og funktioner på forskellige cytokiner. (Ingen detaljer om parakriner vil blive dækket i klassen, nogle detaljer er inkluderet her og kun i opgavebogen FYI.)

    2. Juxtacrin - Indebærer kontakt mellem overfladeproteiner på to celler - en T-celle og dens partner (inficeret målcelle eller APC). Se uddelingsark 25A og Sadava fig. 18.14 (18.16). Der kræves mindst to juxtacrine interaktioner:

    en. T-cellen skal have: TCR & CD4 eller CD8: CD4 (hvis det er en TH) eller CD8 (hvis det er en TC)

    b. Partner skal have epitop knyttet til MHC (MHC = celleoverfladeprotein detaljer nedenfor).

    (1). TCR binder til epitop

    (2). CD4 eller CD8 binder til MHC

    c. Andre proteiner er også involveret vi ignorerer dem. Se avancerede tekster, hvis du er interesseret.

    1. Klonal udvidelse: En aktiveret B- eller T-celle deler sig og specialiserer sig og danner en udvidet klon, der indeholder både hukommelsesceller og effektorceller. Se Sadava figner. 18.6 & 18.15 (18.7 & 18.17).

    2. Hvad gør effektorcellerne?

    en. Effektor B-celler udskiller antistof

    b. Effektor TC celler dræbe mål

    c. Effektor TH celler giver juxtacrine og parakrine signaler, der fremmer funktionen af ​​andre immunceller.

    C. Mere om MHC -- Hvordan hjælper T'er og cytotoksiske T'er skelner mellem deres respektive mål. (For billeder af MHC molekyler se billede fra Alberts to typer MHC)

    1. Hvad er det? MHC = meget variabel overfladeprotein. (MHC er et akronym for major histokompatibilitet ckompleks.)

    en. Typer: Der er 2 hovedtyper, og mange versioner af hver type.

    b. Gener: Hvert individ har flere forskellige gener for hver af de to hovedtyper af MHC. Hvert af disse gener har 20-40 eller endnu flere varianter (alleler).

    c. Variation fra person til person: Da der er flere gener per person og mange forskellige alleler af hvert gen i befolkningen, er der stor variation i de faktiske MHC-proteiner (og DNA) fra person til person.

    d. Ingen celle til celle variation: Disse gener, i modsætning til gener for antistoffer og TCR'er, omarrangeres ikke under udvikling. Alle celler i person har det samme MHC DNA. Der er altså variation fra person til person, men alle celler i en enkelt person har de samme MHC-gener og laver de samme MHC-proteiner (flere typer lavet pr. celle).

    2. To grundlæggende typer af MHC

    en. MHC I. Alle nukleerede celler har MHC I på deres overflade.

    b. MHC II. Immunsystemets celler (fagocytter og B-celler) har MHC II på deres overflade. (Ikke alle T-celler har MHC II på alle tidspunkter, og vi vil antage, at T-celler ikke har MHC II.)

    3. Hvordan er MHC involveret i T & B celle aktivering? Se Sadava fig. 18.15 (18.17).

    en. Hvad laver MHC? MHC og små stykker antigen (epitoper eller antigene determinanter) danner et kompleks. Komplekset er på celleoverfladen, så epitoper 'vises' på celleoverfladen, klæbet til MHC-molekylerne.

    b. Hvordan binder T-cellen til euk. celle?

    (1). Euk-cellen skal have MHC + Antigen (epitop) på overfladen

    (2). TCR binder til variabel del af MHC-Ag kompleks = binder til selve epitopen

    (3). CD4 eller CD8 binder til en del af tilsvarende MHC (henholdsvis II eller I).

    c. To typer T'er binder til forskellige MHC'er (w/ Ag) -- det er sådan, T-celler fortæller immunceller (der har fanget Ag) og inficerede (almindelige) celler fra hinanden.

    (1). Cytotoksiske T'er (CD8+) binder til målceller med Ag + MHC I på overfladen.

    (en). TC siges at være "MHC I begrænset" -- bemærk at målet skal have MHC I og Ag.

    (b). Målceller for cytotoksiske T'er er normalt almindelige celler, der laver unormale proteiner - for eksempel inficerede celler.

    (c). Binding til målcelle (unormal) → aktivering af TC og drab af målcelle.

    (2). Hjælper-T'er (CD4+) binder til målceller med Ag + MHC II på overfladen.

    (en). TH siges at være "MHC II-begrænset" -- bemærk at målet skal have MHC II og Ag.

    (b). Målceller for hjælper-T'er er normalt celler i immunsystemet, især B-celler og fagocytiske celler, der har internaliserede fremmede antigener. Disse kaldes 'antigen-præsenterende celler' eller APC'er.

    (c). Binding til målcelle (APC) → aktivering af TH og aktivering af målcelle (hvis det er en B-celle).

    d. Aktivering af B-celler - kræver normalt et TH, men kan være et eller to trin (Se Sadava fig. 18.15 (18.17))

    (1). Et trin: B og TH binde sig til og aktivere hinanden. B fungerer som APC for at aktivere TH TH aktiverer igen B.

    (2). To trin:

    (en). Fagocytisk APC (ikke en B-celle) binder til og aktiverer en TH (Se Sadava fig. 18.13 (18.15)).

    (b). Aktiveret TH løsnes fra APC binder til og aktiverer en B-celle.

    4. Hvordan kommer epitop på MHC? Hvordan 'præsenteres' eller 'vises' antigener på celleoverfladen?

    en. Hvordan brikkerne bliver knyttet til MHC - afhænger af celletype og hvor protein kommer fra.

    (1). Inficerede celler - fremstillede proteiner inde cellen fordøjes i proteosomer proteinfragmenter (epitoper) kommer ind i ER ved hjælp af en speciel transporter og binder til MHC I.

    (2). Immunsystemets celler -- fremstillede proteiner uden for cellen opsluges (af fagocytiske celler) eller endocyteres (efter binding til antistof på overfladen af ​​B-celler). Proteinfragmenter binder MHC II i endosomer.

    b. Hvordan MHC + epitop når celleoverfladen -- MHC'er er transmembrane proteiner i subcellulære membraner (i endomembransystem). MHC'er binder epitop og kompleks når celleoverfladen ved exocytose.

    c. Mange epitoper vises pr. celle -- hver APC (antigen-præsenterende celle) 'præsenterer' mange forskellige stykker af det eller de antigen, den opslugte, endocyterede eller lavede.

    Prøv opgave 13-5 og amp 13-9. For en gennemgang af oplysningerne indtil videre, prøv 13-6 , 13-11 (spring C over) & 13-12.

    III. Hvordan aktiveres T-celler? Oversigtstabel. Se også Sadava, fig. 18.14 (18.16).

    Bemærkninger:
    (1). Aktivering af lymfocytter kræver også passende cytokiner. TH celler har brug for IL-1 fra APC'ens TC celler har brug for IL-2 fra TH og B-celler har brug for forskellige IL's klasse af Ab lavet af B-celler, afhænger af typen af ​​IL, den får.

    (2) I et TH -- B-cellekombination, hver kan aktivere den anden. Alternativt kan en hjælper T aktiveres først, og derefter aktivere en B-celle.


    IV. Ab-struktur -- Se uddelingsark 25B, billede af et immunglobulin (fra Alberts), eller Sadava fig. 18.9 (18.10). Hvad er den molekylære struktur af antistofmolekyler?

    A.V vs. C - typer af immunoglobulin (Ig).

    1. Der er 5 hovedklasser af antistof -- IgM, IgD, IgG, IgE og IgA. Se tabel om uddelingsark 25B & Sadava tabel 18.3.

    2. V & C: Hvert Ab eller Ig består af en V-sektion ("variabel" region eller Vee) og en C-sektion ("konstant"-region eller Cee).

    3. Variabel region

    en. V er specifik for Ag (eller epitop). Bestemmer, hvad Ag vil være bundet = gribere.

    b. V er variabel på grund af forskelle i rækkefølge, ikke kun forskelle i foldning omkring Ag.

    c. Hver Ab eller Immunogloblin (Ig) har (mindst) 2 grabbere.

    d. Alle gribere i én Ab er de samme.

    e. Alle antistoffer lavet af en Ab-producerende celle har samme V. Alle antistoffer lavet af efterkommere af den celle har meget ens V'er. (Mindre forskelle skyldes somatisk mutation, se avancerede tekster, hvis du er interesseret. Vi vil ignorere somatisk mutation i resten af ​​denne diskussion og antage, at alle antistoffer, der er lavet af efterkommerne af en celle, har den samme variable region.)

    en. C bestemmer biologiske effekter - lokalisering af Ab, og hvad der vil ske som følge af binding af Ag. (Om komplement vil blive aktiveret, om Ab primært findes i blod eller sekreter osv.)

    b. 5 hovedtyper af C-regioner, derfor 5 hovedklasser af antistof. (For egenskaber for de forskellige klasser se uddelingsark 25B eller Sadava tabel 18.3)

    c. De samme V'er kan gå med forskellige C'er. (Kaldet "Klasseskift")

    (1). Alle antistoffer lavet af en Ab-producerende celler har ikke nødvendigvis samme C.

    (2). Antistofferne fremstillet af efterkommereaf en enkelt celle kan have forskellige C'er. Den samme variable region kan gå med forskellige konstante regioner, når B-celleklonen udvider sig. Hvordan er det muligt? Har brug for et nærmere kig på Ig-strukturen

    B.H mod L. Se uddelingsark 25B eller Sadava fig. 18,9 (18,10)

    1. Hver Ig har 2 slags kæder , L (" let") og H ("tung"). Let og tung henviser til relative forskelle i mol. vægt.

    2. Grundenhed er 2 af hver for i alt 4 kæder. (Se tabel for antallet af grundlæggende fire-kædede enheder pr. Ig.)

    3. Variabel region (grabber) lavet af dele af hver.

    4. Hver kæde har en konstant region

    en. 2 slags for L (kappa eller lambda)

    b. 5 grundlæggende typer for H (mu, delta, gamma, epsilon eller alfa)

    c. Hc (konstant del af H) bestemmer klasse (IgM, IgD, IgG, IgE, IgA)

    d. Klasse (bestemt af Hc) bestemmer placering og andre aspekter af funktion (se "særlige egenskaber" i tabellen)

    d. Klasseskift involverer kun H-kæderne, ikke L-kæderne.

    5. Myelomer og hybridomer: Ig-strukturen blev fundet ud af ved at studere proteiner lavet af myelomceller (kræft afledt af Ab-producerende celler) eller hybridomer (hybrider af Ab-producerende normale celler og cancerceller). Eneste måde at få et stort antal celler, der alle laver det samme Ab/Ig. Se tekster for betydningen af ​​hybridomer og monoklonale antistoffer. (Sadava 18.11 (18.12))

    C. Klasser af Ab og klasseskift under udvikling af immunrespons

    1. Begivenhedsrækkefølge (se uddelingsark 25A, nederst) under immunrespons, når B-cellen modnes

    en. Lav først M, derefter M + D - alt sammen på overfladen.

    b. Mød Ag → primære svar: udskille M.

    c. Mød Ag en anden gang → sekundært svar udskiller normalt G, men kan være E eller A.

    d. Alle disse Ig'er kombineres med samme Ag

    2. Implikationer af struktur og skift

    en. Kan lave forskellige variable områder -- zillioner af dem, en for hver forskel. epitop. Så IgG, for eksempel i en person, er en blanding - alle IgG-molekyler har de samme konstante regioner, men har forskellige variable regioner.

    b. Under forskellige stadier af immunrespons, kan lave Ab med samme variable region, men forskellig konstant region (for H). Kan skifte klasse og/eller udskilles vs. overflade. Hvordan er det muligt?

    3. Hvad vi allerede ved: Hvordan skifte fra membranbundet til udskilt virker. Variabel del forbliver den samme Hc skifter fra hydrofob til hydrofil ved alt. splejsning/poly A tilføjelse.

    4. What we don't know so far: How do you make so many dif. variable regions AND What changes when you switch classes (from IgM to IgG? M to M + D)? Must be rearrangement of DNA or alternate splicing of RNA. Different solutions at different steps.

    Try Problems 13-1 to 13-3.

    V. Structure of the DNA coding for Antibodies -- Basis of Generation of Diversity (G.O.D) and Class Switching

    A. Basic idea: genes for H and L are mosaic -- Each "Gene" has several parts. See texts or handout 25B or Sadava 18.16 (18.18.)

    B. How "gene" is divided -- region coding for each chain (H or L) has parts coding for each type of constant region and several parts coding for the variable region .

    C. How DNA is used to make different antibodies (With different V's) -- DNA is rearranged -- See Handout 25C.

    1. Pre Ag

    en. Rearrange V/D/J region of DNA to make one coding region for variable part of H chain per naive/virgin B.

    b. A similar process of DNA rearrangement occurs in DNA coding for variable part of L chain.

    c. Net: Only one H chain allele and one L chain allele are rearranged and used. Therefore each cell makes only one type of variable region.

    2. Post Ag -- Somatic Mutation → minor changes in region of DNA coding for V regions of H & L chains. (No change in DNA coding for C regions ). In the secondary response, there is a second round of clonal selection for B cell variants making 'better Ab' -- Ab that binds Ag better (higher affinity Ab). This is why Ab made in secondary response is better at binding Ag than primary Ab.

    3. Påmindelse: Switching at DNA level is unique to immune system.

    Note: We are going to ignore the effects of somatic mutation, but it is included here for reference.

    D. Summary of G.O.D (generator of diversity) -- how get so many V's?

    1. H & L mix and match -- any H chain can go with any L chain

    2. Mosaic V genes -- V parts (V, D, J) of DNA coding for each chain mix and match

    3. Joins are inexact -- bases can be added when you rearrange the DNA -- when join V to D etc.

    4. Somatic mutation -- post Ag

    E. TCR genes are similar, except no somatic mutation. Genes are mosaic, and are rearranged. The proteins that are made have more than one chain each TCR has constant and variable regions. See TCR picture from Alberts.

    F. Class Switching -- How DNA is used to make different versions of the same antibody (with different C regions) See Handout 25C.

    1. Definition of Class switching -- cell makes antibody with samme variable region and forskellige constant region.

    2. Mechanism -- Switching occurs at DNA and RNA levels.

    3. Pre Ag -- M vs D

    Alternate splicing allows cell to produce M and D antibodies with same V/D/J (but different constant region of H chain). For details see Sadava fig. 18.17 (18.19).

    3. Post Ag -- Alt splice of RNA and/or further rearrangement of DNA → new mRNA → new version of antibody with same variable region. Can have either of the following:

    en. Rearrangement (usually deletion) of DNA → gene for H chain with original variable region and a new "constant" region. Make new class of antibody. (See Sadava fig. 18.18 (18.20))

    b. Alternative splicing → mRNA for secreted version of cell surface antibody -- Same H chain except it's missing part that anchors the protein in the plasma membrane. Go from making "BCR" to making secreted antibody.

    Try recitation problem 14-3 & problem 13-13.

    VI. Evolutionary Aspects (FYI)

    A. Clonal vs. Natural Selection . Note how clonal selection and natural selection compare. In both cases, need to have many variants (diff. antibodies or dif. organisms) to be able to respond to unpredictable environmental challenges. How is this done? In both cases, make many variants and conditions select (promote propagation of) cells making the few suitable Ab (or carrying out a rare, useful function) the rest are wasted. Random generation of variants seems wasteful, but is the biological solution to preparing for change without conscious planning ahead.

    B. The Major Proteins of the Immune System are Related

    1. The immune system uses 3 types of proteins that have a common evolutionary origin. These are antibodies, TCR and MHC. For additional pictures see Sadava fig. 18.9 (18.10) for antibodies & Sadava fig. 18.12 (18.13) for TCR. Here are links to parallel pictures (from Alberts) of the two types of MHC, a TCR, and an immunoglobulin (showing the domains).

    2. All 3 types of proteins have a "constant" part and a "variable part."

    en. Constant part determines where protein is (cell surface? What kind of cell? etc.) and its general function.

    b. All 3 proteins bind epitopes -- Variable part determines what antigen/epitope will bind to the protein.

    3. All 3 proteins include one or more copies of the immunoglobulin domain -- a section of the protein that is similar in structure and function. this is a common theme -- the same domains are found over and over in different proteins. (Examples are SH2 domains DNA binding domains, etc.)

    4. Variable part of antibodies and TCR's are generated by rearranging the DNA the variable part of MHC's is encoded in the germ line -- the DNA inherited in the zygote is the DNA used to code for the MHC's. The DNA from MHC is NOT rearranged. However the genes for MHC's are polymorphic (have many different common alleles).


    VII. Summary of Major Players in the Immune System:

    Celler B cells, TC celler, TH cells, phagocytic cells, APC's
    Secreted Proteins Antibodies (Ab or immunoglobulins 5 classes), Perforin*, Cytokines*
    Cell Surface Proteins MHC, BCR, TCR, CD4, CD8

    The chart above summarizes the major players in immunology. You should be able to describe what each item is, its significance, and how it is related to all the others. "Secreted proteins" refers to those made by B and T cells. Proteins involved in the immune response (such as complement*) that are not made by lymphocytes are not listed. See ans. to problem 13-6, table above, and the table in lecture 24 (IV-C).

    *Terms with a star have not been discussed in detail, but you should be aware of their general roles.


    What is a secondary antibody?

    A secondary antibody is an antibody designed to target a primary antibody. Secondary antibodies are often used in combination with primary antibodies to detect target proteins in various immunoassays, like western blots, ELISA, and immunofluorescence. Many secondary antibodies are conjugated to other molecules, like Alexa Fluor dyes or horseradish peroxidase (HRP), which enable detection of the secondary antibody.

    It is possible to use conjugated primary antibodies, but secondary antibodies provide many advantages. Using a secondary antibody makes it easy to choose a different conjugate no matter the primary antibody. For example, the same primary can be used with a secondary antibody conjugated to HRP in a western blot and with a different secondary antibody conjugated to Alexa Fluor 488 dye in immunofluorescence.

    Also, secondary antibodies enhance detection by localizing more conjugate at the antigen than is possible with a labeled primary antibody. By using secondary antibodies, one avoids needing to chemically label (conjugate) primary antibodies, which are more specialized and costly to obtain. Conjugation (which is amino acid-specific) can interfere with the primary antibody’s recognition of the antigen.


    What are Antigens?

    An antigen is a foreign or &ldquonon-self&rdquo macromolecule (typically a protein) that reacts with cells of the immune system. However, not all antigens will provoke a response . For example, each of us produce a large number of self-antigens. Each of us has a unique set of self-antigens that do not trigger an immune response within ourselves. The absence of this immune response very important and highly regulated, it prevents scenarios where the immune cells begin to attack host cells. In the presence of foreign atnigens, proteins called antistoffer attach to the antigens on the plasma membrane of the cell containing the antigen.

    Antigens and ABO Blood Types

    Like other cells, our red blood cells may or may not have self-antigens present on their cell membrane. The ABO blood typing is a naming scheme that states the presence or absence of just two antigens: antigen A and antigen B. The antigens that are present on the surface of our red blood cells determine our blood type. If we looking at the table below, we&rsquoll see that:

        • &rarr Blood type A has A-antigens
        • &rarr Blood type B has B-antigens
        • &rarr Blood type AB has both A-antigens and B antigens
        • &rarr Blood type O has neither antigen.


        Virkningsmekanisme

        Antibodies and antibiotics also differ in their mechanism of action: the way they kill pathogens and fight off infection. Antibodies produced in B cells bind to specific factors, called antigens, found on the pathogen. Once an antibody binds an antigen, the antibody triggers an activation of the immune system. The antibody signals for immune system cells to engulf and digest the infectious invader, helping to neutralize the infection.

        Antibiotics, on the other hand, typically work by inhibiting essential cellular functions the infectious bacteria requires to live and divide. Penicillin, the first discovered antibiotic, works by preventing synthesis of the cell wall, an essential step in bacterial cell division, according to Elmhurst College 2. Without proper cell wall formation, water can rush into the bacteria and cause the cell to burst, thereby treating the infection.


        Immune training underway

        To see if the usual plasmablast wave was followed by a germinal center response, the team extracted cells from participants’ armpit lymph nodes at multiple timepoints and used flow cytometry to quantify the proportion of germinal center–resident B cells there, which carry specific cell markers. Fluorescently labeled probes were used to isolate cells that target SARS-CoV-2’s spike protein, which is produced by the mRNA vaccine.

        Sure enough, the researchers observed spike-binding germinal center B cells in all participants three weeks after the first jab. The proportion of these cells increased after the second shot and stayed at high levels in most participants for at least seven weeks—a good sign that memory B cells and plasma cells are being generated. The longer germinal center reactions go on, the more rigorous training antibody-producing cells are getting. “You get higher affinity B cells, but you get also more B cells differentiating into the memory B cells and [a] long-lived plasma cell pool,” he says. “This is what the vaccine is meant to do.”

        The fact that the mRNA vaccine elicits a strong germinal center response “is not a huge surprise,” Ellebedy says a good plasmablast response is usually a good indication that the germinal center reactions will follow. What was surprising is that the response appeared to be stronger than they’d previously observed in the influenza study, when only three of eight participants’ lymph nodes harbored hemagglutinin-binding germinal center B cells. And in those three, “the magnitude of the response was modest,” Ellebedy recalls.

        With the mRNA vaccine, “in every node we looked at, we found very nice, beautiful germinal center responses specific to the spike,” Ellebedy says. He suspects that the difference may have to do with the fact that the seasonal influenza vaccine they investigated doesn’t contain efficacy-boosting compounds known as adjuvants. Instead, the vaccine essentially only consists of a piece of protein, selected for inducing a strong immune response, and relies heavily on the fact that many people already have pre-existing immunity to influenza in order to produce protection. The SARS-CoV-2 mRNA vaccine, in contrast, contains adjuvants, and mRNA itself can elicit immune reactions and is potentially translated into larger quantities of protein than those contained in the flu vaccine, Ellebedy hypothesizes.

        The results are in line with recently published mouse data that suggest a stronger germinal center response after a single shot of a SARS-CoV-2 mRNA vaccine than to a recombinant protein vaccine with an adjuvant. Although the germinal center responses to non-mRNA vaccines haven’t yet been tested in people, Ellebedy’s data underscore the potency of mRNA vaccines, he says.


        Decoding the Immune System

        A remarkable range of insights and new drugs might result from new T cell technologies, including medicines to fight cancer and immune diseases.

        T cells spend their lives talking the language of disease, and we should listen to what they have to say.

        Almost every cell in the body chews up a small fraction of its proteins and presents them as antigens on its surface to enable immune system monitoring. T cells surveil these antigens and represent the critical first arm of the adaptive immune system. This component of the overall immune system kills diseased cells, coordinates antibody production by B cells, and provides the essential memory of past disease. For every antigen that a T cell probes with its highly variable T cell receptor (TCR), the cell must integrate the resulting signaling with a variety of its past and current experiences. These include the core functional training the T cell received in the thymus, memories of previous antigen exposure, all previous and concurrent immune interactions, and the microenvironment and functional state of the target cell it is probing. In choosing among many potential paths, each T cell, and the T cell compartment as a whole, must find a balance between killing cancer and aberrantly attacking healthy tissue, thereby causing autoimmune disease. T cells must walk that fine line every day, and in doing so they collectively demonstrate a fundamental and severely underappreciated ability to continuously monitor every cell in our body.

        The enormous potential and limitations of current T cell therapeutics are best exemplified by two of today’s most vaunted avenues of therapeutic research: checkpoint inhibitors that disinhibit T cells to enable antigen-specific tumor killing, and CAR T cell therapies that redirect a patient’s own T cells to known antigen targets on cancer cells. Both therapeutics leverage T cell potency to kill cancer cells, but they do it with almost no knowledge of the native antigen specificity of the cells, often resulting in toxicity—particularly with checkpoint inhibitors, when the activated T cells turn against healthy tissue to cause autoimmunity.

        What we can learn from B cell development

        The current state of T cell antigen discovery can be understood by considering its sibling B cells. With B cells, revolutions in antibody screening and protein engineering have allowed antibodies and their derivatives to transform medicine and dominate the biologics market. As with T cell therapeutics today, the first B cell therapeutics were poorly defined mixtures of B cell–produced antibodies targeted to specific antigens. The result was antiserum therapeutics that were initially used as antibacterials (and predated antibiotics by over 40 years) and are still used to great effect today as antivenoms. The turning point came in the 1970s with technologies that allowed high-throughput antibody interrogation. Hybridoma technology and, later, surface display technologies provided high-throughput screening methods to identify individual B cell antibody clones that bind a specific target antigen. This ability to produce, screen, and optimize antibodies resulted in five of the top six biologics on the market today, whose mechanisms include the core targeting moieties of both the checkpoint inhibitors and CAR T therapeutics.

        T cells should be our teachers

        T cells should follow a similar path to antigen discovery and therapeutic value, but there are critical differences in T cell biology that will increase both the difficulty of antigen discovery and the potential value of the antigens and therapeutic modalities that result. T cells function through direct cell-cell interactions in which they use their highly diverse T cell receptors (TCRs) to inspect antigens loaded on a target cell’s surface. Upon interaction with their target antigen, activated T cells often stay at the target site, rapidly expand, and kill the target cell. This makes T cells a potent weapon against infections and diseases such as cancer. But it also makes them ideal immune teachers, because their presence can be used not only to isolate the TCRs that bind to diseased cells but also to identify antigens that protect against infectious disease, cancer, and autoimmune disease. Perhaps most important, these antigens are derived from proteins in all cellular compartments, including the cytoplasm and organelles, providing a much larger range of disease-specific targets than are possible for B cell antibodies, which target only surface and secreted molecules.

        What we need is a method to decipher the functional state of T cells, the TCRs they carry, and the immunogenic antigens that they see.

        3D rendered illustration of white blood cells attacking a cancer cell. Photo via AdobeStock

        T cells see color, not black and white

        Many of the antigens that T cells see in these diseases are not the ones that immunologists typically look for. Antigens generated by pathogens and cancer mutations have never been produced by the body or encountered by the body’s T cell repertoire, so they are typically described as foreign, or non-self. Cells that display these non-self antigens are recognized by T cells and killed. Then again, a core tenet of T cell biology is that all T cells that react to self are killed or converted to regulatory T cells self-reactive cells that escape this clearance and central and peripheral tolerance cause autoimmunity. And yet time and again self-reactive T cells are found in tumors. Early examples were identified from testes and other immune-privileged sites where cells and their presented antigens are shielded from T cell surveillance. Proteins from immune-privileged sites that are aberrantly expressed in cancer cells can be immunogenic, and these cancer testes antigens, such as NY-ESO-1 and MAGE-A1, are the foundation of many of today’s targeted T cell therapy trials.

        Yet this vision of immune-privileged proteins as sources of cancer antigens may vastly underestimate the ability of T cells to recognize disease. The entire human genome can theoretically produce immunogenic antigens if the antigens are transcribed, translated, and presented on the surface of the cell for T cell recognition. Around 1.5 percent of the genome codes for conventional proteins that may be subject to T cell deletion and tolerance. But some fraction of those genes, such as many endogenous retrovirus genes, are transcriptionally repressed, and they are never expressed in normal tissue or thymus, leading to immune recognition when they are activated in disease. No doubt a large fraction of the remaining 98.5 percent of the genome is non-coding and does not produce protein. But a significant portion does in fact encode short or frameshift proteins that can be highly immunogenic when aberrantly expressed in cancer.

        Recent examples of these germline cancer antigens are almost certainly the first of many potential therapeutic targets that could be far more broadly useful and cost effective than current personalized neoantigen mutations that are rarely shared between patients.

        Clearance of cancer and infection may be the least interesting thing T cells do

        Even this broadened view of T cell surveillance dramatically underestimates their role in the body. The body selects a significant subset of T cells, known as regulatory T cells (Tregs), to specifically recognize self and actively protect cells and tissues expressing these antigens from immune attack. Thus, Tregs sit at the interface of self and non-self to convert the conventionally stark black-and-white image of self and non-self into a spectrum of grays. They are most often studied in the context of barrier homeostasis in the intestine and lung, but their emerging role in adipose and cardiovascular tissue strongly suggests that they play essential homeostatic roles in all tissue. Importantly, the antigens that these cells see in tissue are almost entirely unknown.

        The size of the puzzle

        Why don’t we already know what T cells see? T cells can produce at least 10^13 different TCRs. They can recognize a theoretical diversity of over 10^11 antigens loaded on surface receptors known as major histocompatibility complex (MHC) proteins. These proteins are the most polymorphic in the human population, with thousands of variants. The problem becomes one of massive potential diversity on both sides. When targeted to any one person, the practical diversities of the TCRs and antigens are restricted to the person’s defined set of MHCs and the roughly 10-100 million T cell clones that exist in any person at any one time—but the numbers remain nonetheless daunting. Tetramer technology, developed in seminal work over 20 year ago, enabled visualization and isolation of T cells that recognize a single antigen. But inherent limitations in fluorescence and isotope-based isolation have severely restricted the number of antigens that can be effectively screened. Cell-based screening methods enable high-throughput antigen discovery, but they are limited to the interrogation of relatively small numbers of T cell clones. On the other hand, recent advances in single-cell-sequencing technology now allow high-throughput characterization of T cells and the TCRs they encode. Single-cell sequencing has already begun to revolutionize all areas of immunology, but it will be essential to couple high-throughput antigen detection with single-cell sequencing to break the T cell field wide open.

        T cell therapeutics

        A remarkable range of insights and drugs might result from the new T cell technologies. Every nucleated cell in our body presents MHC-bound antigens on its surface, and those antigens provide a distinct signature of the cell’s identity and functional state. Novel cancer-specific antigens will dramatically improve autologous T cell therapy, in which a patient’s own T cells are specifically activated and expanded to increase anti-cancer activity. Furthermore, the TCRs that bind these antigens will provide an entirely new reservoir for recombinant TCRs that can be used to redirect patient cells to cancer, much like CAR T technology today.

        Beyond their immediate utility in cancer treatment, TCRs and their antigen targets will almost certainly be useful in fighting all immune diseases, particularly autoimmunity and transplantation, in which T cell activity must also be redirected to ameliorate disease. Therapeutic modalities that provide antigen-specific immune tolerance are in early development, and they are in desperate need of better antigen targets. But most broadly and perhaps most impactfully, these antigens and TCRs can target any cell in the body, either healthy or diseased, delivering therapeutic cargo wherever it is needed.

        Finally, high-throughput interrogation of antigen–T cell interactions would provide an enormous data set that could be used to predict the antigen specificity of potentially every TCR. This would dramatically improve the accuracy and safety of TCR therapeutics. It would also provide an easy and ubiquitous method to diagnose disease at potentially a very early stage. Periodic blood draws and T cell sequencing would provide the functional state and TCR sequence of circulating T cells. For example, activated T cells with specificity to pancreatic cancer antigens could catch early-stage pancreatic cancer that is treatable but largely asymptomatic. A drop in vaccine-induced memory T cells to measles antigens could be followed by a simple booster vaccine. T cells with reactivity to specific cardiomyocyte antigens could predict underlying heart disease or subclinical atherosclerosis. All of these benefits may be achieved with a blood draw, standard sequencing, and an AI platform trained on a massive antigen-TCR interaction map.

        If we ask the right questions with the right technology, the answers will come quickly. And if we listen to T cells carefully, they will show us where to look and what we will find. At Flagship Pioneering, we have built a foundational platform within Repertoire Immune Medicines to decode T cell–antigen interactions at unprecedented scale, and we have begun to apply it across cancer, infection, and autoimmune disease. Our ears are attuned.


        Se videoen: Редактирование ГЕНОВ. Имеем ли мы право менять людей? (August 2022).