МолиммунУПЛ

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по курсу «Молекулярная иммунология»
для студентов биолого-почвенного факультета,
обучающихся по специальности 011600 «Биология»
Ростов-на-Дону
2006
Методические указания разработаны кандидатом биологических наук,
доцентом А.Б. Сагакянцем, кандидатом биологических наук, доцентом А.А.
Синичкиным
Ответственный редактор
доктор биол. наук, профессор В.В. Внуков
Печатается в соответствии с решением кафедры биохимии и микробиологии
биологического факультета РГУ, протокол № 9 от 17 марта 2006 г.
II Организационно-методический раздел.
Специальный курс «Молекулярная иммунология» читается на старших
курсах очно-заочного отделения биолого-почвенного факультета и является
одним из важных курсов в системе высшего биологического образования.
Целью курса является углубление и расширение представлений студентов
об молекулярных особенностях организации и функционирования защитных
систем организмов различных уровней организации, раскрытие молекулярных
механизмов доиммунных и иммунных систем резистентности и их взаимосвязи.
Задачами курса являются:
- углубление представлений студентов об молекулярных особенностях
строения и жизнедеятельности многоклеточных организмов;
- формирование четких представлений о доиммунных систем реактивности,
механизмах их функционирования и роли, как в жизнедеятельности отдельного
организма, так и в эволюции живых систем;
- формирование четких представлений об иммунной системе, особенностях
ее строения и молекулярных механизмах функционирования.
Иммунология – одна из общих дисциплин, вобравшая в себя достижения
практически всех отраслей человеческого знания, объединившая в себе многие
современные направления медико-биологических наук и активно использующая
для достижения своих задач достижения в других дисциплинах. В связи с этим к
студентам предъявляются высокие требования в изучении данной дисциплины.
III ПРОГРАММА КУРСА.
1 Введение. Общая характеристика молекулярной иммунологии: предмет и
задачи.
Молекулярная
иммунология
как
наука,
изучающая
химические,
биохимические и молекулярно-биологические основы реакций иммунитета.
2
Общая
характеристика
систем
резистентности
организма:
неспецифическая и специфическая реактивность.
2.1 Неспецифическая система реактивности (НеСР): особенности состава и
функций. Реакции и процессы, лежащие в основе НеСР. Опсонины и опсонизация
–
важнейшие
реакции
НеСР.
Физические,
гуморальные
и
клеточные
составляющие НеСР.
2.2 Комплемент как важнейшая составляющая НеСР. Химия комплемента,
группы
молекул,
составляющих
систему
комплемента:
эффекторные
и
регуляторные молекулы (клеточные рецепторы, гуморальные соединения).
Конвертаза – представление, строение, функции. Реакции протеолиза и работа
комплемента. Пути активации системы комплемента.
Альтернативный путь активации системы комплемента: молекулярные
механизмы, строение С3-конвертазы и особенности функционирования продуктов
ее
активности.
МАК
–
мембранно-атакующий
комплекс
–
механизмы
формирования и работы. Регуляция активности альтернативного пути активации
системы комплемента.
Классический путь активации системы комплемента: пусковые механизмы,
молекулярные реакции активности С3-конвертазы классического пути.
Лектиновый путь активации системы комплемента: С-реактивный протеин
и манан-связывающий лектин как пусковые сигналы активности системы
комплемента.
Взаимосвязь отдельных путей активации системы комплемента, механизмы
усиления и регуляции активности.
Регуляторные белки системы комплемента: особенности строения и
функций. Сывороточные (С1-игибитор, С4-связывающий протеин, протеаза J, Н,
С3b-ингибитор) и мембранные (DAF, MCP) составные. Биологически активные
пептиды системы комплемента.
Эффекторные
функции
системы
комплемента:
явление
иммунного
прикрепления, усиление фагоцитоза, сосудотропный эффект, хемотаксис, гибель
и лизис клеток – усиление воспалительной реакции. Участие С1q в регуляции
процесса переключения иммунологических реакций с клеточных на гуморальные
и наоборот.
Биосинтез компонентов комплемента.
2.3 Клеточные факторы НеСР: лейкоциты и NK-клетки – функциональные
отличия и сходства.
2.3.1. Лейкоциты: моноциты-макрофаги (резидентные и подвижные) и
гранулоциты-микрофаги (базофилы, нейтрофилы).
Макрофаги – особенности рецепторного аппарата и внутриклеточного
состава. Связь доиммунных и иммунных реакций.
Гранулоциты – особенности строения и химического составляющего
гранул.
Общая схема активации лейкоцитов: стимул, активация, три пути
реализации эффекта: фагоцитоз, внеклеточные цитолитические реакции, выброс
регуляторных молекул.
Фагоцитоз завершенный и незавершенный. Молекулярные механизмы
отдельных его стадий.
Молекулярные механизмы презентирования антигенных детерминант
(номинальных
антигенов)
иммунокомпетентным
клеткам.
Антиген-
презентирующие клетки (АПК).
Внеклеточные цитотоксические реакции: а) внеклеточное переваривание
нейтрофилами и его особенности в заисимости от содержимого гранул;
молекулярные механизмы экзоцитоза; б) «кислородный взрыв» - усиление
продукции активных форм кислорода (АФК). Пути увеличения выработки АФК:
1) за счет изменения метаболизма углеводов, усиления пентозо-монофосфатного
пути
при
увеличении
активности
НАДФН-оксидазы
и
цитохрома
b245,
активированных фосфолипазами и протеинкиназой С; 2) увеличение активности
миелопероксидазы и наработка гипогалоидов; 3) увеличение активности NOсинтетазы, синтезирующей
NO-радикал, который
супероксид-анионрадикалом
образует
при
взаимодействии
пероксинитрильный
с
радикал,
осуществляющий цитотоксические реакции.
Выброс
регуляторных
молекул
–
представление
о
цитокинах
и
интерлейкинах. Другие биологически активные соединения – Эйкозаноиды
(простагландины, лейкотриены и тромбоксаны), веделяемые лейкоцитами. Связь
усиления активности специфической системы резистентности и выделения
биологически
активных
арахидоновой
кислоты
соединений
(усиление
путем
активации
фосфолипазной
высвобождения
активности)
и
ее
окислительного метаболизма (работа циклооксигеназы и тромбоксансинтетазы).
Результат работы лейкоцитарной системы. Факторы, снижающие или
ограничивающие эффективность работы лейкоцитов: узкий спектр конкретных
бактериальных продуктов, которые детектируются лейкоцитами; характер
реакций лейкоцитов (по принципу «все или ничего»); быстрая эволюция
микроорганизмов.
NK-клетки – естественные киллеры как клеточный компонент НеСР.
Особенности
строения
и
молекулярные
механизмы
функционирования.
Перфорины. Типы активации NK-клеток.
2.4 Воспаление как важнейший компонент доиммунной реактивности
организма. Основные проявления, стадии, молекулярные и клеточные участники
воспаления. Клеточная кооперация при воспалительной реакции как пример
взаимодействия НеСР и ССР.
3 Клетки и органы иммунной системы – лимфоцит как основа для
специфической системы реактивности (ССР). Органно-циркуляторный принцип
строения иммунной системы.
3.1 Органы иммунной системы – центральные и периферические,
капсулированные и не инкапсулированные. Кроветворные костный мозг, тимус,
селезенка, лимфатические узлы – особенности строения и функционирования.
Лимфоидная ткань, ассоциированная с различными системами органов (дыхания,
пищеварения и т.д.).
3.2 Лимфоциты – особенности строения. Популяции лимфоцитов – Т- и Влимфоциты, их субпопуляции. Многообразие лимфоцитов, молекулярные основы
распознавания антигенов: особенности строения рецепторного аппарата В-клеток
(BCR) и Т-клеток (TCR). Кластеры дифференцировки – CD-рецепторы
лимфоцитов. Понятие о лимфопоэзе и иммуногенезе – молекулярные механизмы
и локализация процессов.
3.3 Динамическая структура периферического отдела иммунной системы:
распределение клеточных популяций лимфоцитов в организме человека. Стадии
миграции лейкоцитов из сосудистого русла в ткань. Схема хоминга лейкоцитов.
Адгезины и хемокины.
3.4 Гуморальные факторы иммунной системы – антитела и цитокины.
3.4.1 Антитела (иммуноглобулины) – особенности строения, структурная
организация молекул. Биохимические свойства иммуноглобулинов: первичная
структура полипептидных цепей белка, пространственная структура легкой и
тяжелой цепей и организация четвертичной структуры антител. Антигенное
строение иммуноглобулинов: изотипические, аллотипические, идиотипические и
вариотипические детерминанты. Строение активного центра антител: участие
тяжелых
и
легких
цепей,
вариабельные
и
гипервариабельные
участки.
Молекулярные механизмы образования комплекса антиген-антитело: физико-
химические взаимодействия, их характеристика и значение в образовании
стабильного иммунного комплекса.
Гены иммуноглобулинов: особенности строения, молекулярные механизмы
биосинтеза антител. Секреция новообразованных иммуноглобулинов.
Эффекторные
функции
иммуноглобулинов:
антигеннезависимые
и
антигензависимые. Антигеннезависимые эффекторные функции – преодоление
плацентарного барьера, реабсорбция в извитых канальцах почек, фиксация на
тучных клетках и базофилах, фиксация на макрофагах (моноцитах) и лимфоцитах,
связывание C1q субкомпонента комплемента, сявзывание С3 компонента
комплемента. Антигензависимые эффекторные функции - активация системы
комплемента, нейтрализация бактериальных токсинов, усиление фагоцитоза,
нейтрализация вирусов, участие в высвобождении биогенных аминов из тучных
клеток,
зависимая
от
антител
клеточная
цитотоксичность;
связывание
лимфоцитами иммунных комплексов. интерференция эффекторных функций
иммуноглобулинов.
Катаболизм
иммуноглобулинов.
Биологические
свойства
продуктов
расщепления (усиление фагоцитоза, проявление хемотактических свойств и
участие в воспалении).
3.4.2 Цитокины и интерлейкины – регуляторные молекулы системы
иммунитета, их основные свойства. Классификация цитокинов, основные
представители, их молекулярная характеристика и функциональные свойства:
регуляторы воспаления, регуляторы Т-клеточного иммунного ответа, регуляторы
В-клеточного антигенспецифического иммунного ответа, регуляторы гемопоэза.
Хемокины.
4.1 Антигены – определение, свойства. Физико-химические характеристики
соединений,
обладающих
антигенными
свойствами.
Свойства
антигенов
(чужеродность, антигенность, иммуногенность, специфичность). Структурные
основы антигенной специфичности. Типы антигенной специфичности (видовая,
групповая,
типоспецифичность,
гетероспецифичность
и
гетероантигены,
функциональная специфичность, стадиоспецифичнсоть, гаптеноспецифичность,
патологическая
Антигенные
полипептиды,
специфичность).
свойства
Гаптены
некоторых
нуклеиновые
и
конъюгированные
соединений:
кислоты
и
белки
синтетические
и
антигены.
синтетические
полинуклеотиды,
полисахариды. Антигенные детерминанты- эпитопы, их виды и молекулярные
особенности строения.
4.2 Детерминанты антигена, распознаваемые В- и Т-лимфоцитами.
Антигенная специфичность и генотип реципиента (гены иммунного ответа).
4.3 Главный комплекс гистосовместимости (ГКГ) – важнейший участники
иммунологических реакций. Состав генного комплекса HLA на С6 хромосоме.
Особенности структурной организации ГКГ I, II класса, их функциональная
активность. Представление о разнообразии и аллельном полиморфизме генов
HLA – наличие в пределах каждого локуса большого количества различных
специфичностей HLA-генов.
HLA-I класса – особенности строения и характеристика молекулярных
продуктов этих генов. Экспрессия ГКГ I класса на клетках организма. Индукция
продуктов ГКГ I и II класса эндогенными факторами модификации иммунного
ответа. Представление о «пептидсвязываюшей бороздке» антигена HLA класса I.
Молекулярные механизмы образования комплекса HLA-I-номинальный антиген
(пептид): участие продуктов генов HLA класса II, роль протеасомного
разрушения исходного антигена и пептидов-переносчиков. Локализация процесса.
Распознавание презентированного антигена предшественниками Т-лимфоцитовкиллеров/супрессоров (CD8+ клетки).
HLA II класса - особенности строения и характеристика молекулярных
продуктов этих генов. Строение «пептидсвязываюшей бороздки» в антигена ГКГ
II класса. Молекулярные механизмы презентации антигена с помощью HLA II
класса: участие лизосом в деградации первичного антигена, а также аппарата
Гольджи и эндосомального компартмента. Распознавание презентированного
антигена Т-лимфоцитами-хелперами (CD4+ клетки).
Индукция HLA антигенов на различных клетках под действием различных
регуляторных молекул: -интерферона, ингибирование простагландинами Е.
HLA III класса - особенности строения и характеристика молекулярных
продуктов этих генов. Способность регулировать активность ферментов
цитохрома Р450, кодирование компонентов комплемента, гены теплового шока,
локус фактора некроза опухолей.
Гены
иммунного
ответа
Ir-гены-
предположительная
природа
и
биологические функции. Представление об Ir-генах у человека как о некой
интегральной функции, в которой принимают участие «главные действующие
лица» процесса иммунологического распознавания.
5 Иммунная система при ответе на антигены: молекулярные основы
иммунного
реагирования.
Молекулярные
основы
межклеточной
адгезии.
Последствия взаимодействия Т-лимфоцитов и антигенпрезентирующих клеток.
Развитие, взаимодействие и функции Т-хелперов, индукция клеточного и
гуморального иммунных ответов.
Молекулярные изменения в структуре иммунной системы при иммунном
ответе и его завершении.
Перечень вопросов для итогового контроля знаний.
1 Молекулярная иммунология – определение, предмет исследования и
основные задачи.
2 Общая характеристика систем резистентности организма человека.
3 Неспецифическая система резистентности: клеточные и гуморальные
составляющие. Характеристика процессов, лежащих в основе работы НеСР.
4 Гуморальные факторы НеСР: опсонины и опсонизация. Система
комплемента – структурно-функциональная характеристика компонентов. Группы
белков и их функция.
5 Конвертаза системы комплемента – особенности строения, функций.
6. Альтернативный путь активации системы комплемента - молекулярные
особенности прохождения. Понятие об инициирующем сигнале.
7
Мембрано-атакующий
комплекс
–
молекулярные
механизмы
формирования, эффекты, реализуемые с его участием.
8 Классический путь активации системы комплемента - молекулярные
особенности прохождения. Инициирующий сигнал.
9 Лектиновый путь активации комплемента - молекулярные особенности
прохождения. Инициирующий сигнал.
10
Кооперативный
механизм
работы
различных
путей
активации
комплемента.
11 Регуляция активности системы комплемента – регуляторные молекулы и
рецепторы, их характеристика и молекулярные механизмы работы.
12 Лейкоциты – главный фактор клеточного звена НеСР, особенности
состава, строения и функций.
13
Гранулоциты
–
особенности
строения,
состава
гранул.
Виды
гранулоцитов, их особенности. Молекулярные механизмы работы.
14 Макрофаги–моноциты – особенности строения и функций.
15 Способы реагирования клеточного звена НеСР на чужеродные сигналы –
общая характеристика.
16 Фагоцитоз – характеристика процесса, молекулярные механизмы
отдельных стадий. Виды фагоцитоза: завершенный и незавершенный.
17 Экзотитозная активность лейкоцитов. Внеклеточное переваривание:
молекулярные механизмы, характеристика ферментов, содержащихся в гранулах
клеток.
18 «Кислородный взрыв» и бактерицидная активность лейкоцитов. Пути
генерации АФК в клетках НеСР. НАДФН-оксидаза и миелопероксидаза –
особенности регуляции их активности, пути активации.
19 Эйкозаноиды – важнейшие биологически активные соединения,
механизм генерации, молекулярные основы их активности.
20 Регуляторные молекулы, выделяемые лейкоцитами и их эффект.
21 Воспаление – характеристика процесса, молекулярные механизмы
протекания. Стадии воспаления. Место воспалительной реакции в общей системе
резистентности организма.
22 Органно-циркуляторный принцип строения иммунной системы.
23 Лимфоцит как главный носитель свойств специфической системы
резистентности. Особенности строения.
24 Популяции и субпопуляции лимфоцитов, кластеры дифференцировки.
25 Представление о лимфопоэзе и иммуногенезе, локализация процессов.
26 Т-лимфоциты, особенности популяционного состава. Строение Тклеточного рецептора (TCR).
27 В-лимфоцит, особенности популяционного состава. Строение Вклеточного рецептора (BCR).
28
NK-клетки
–
особенности
строения,
молекулярные
механизмы
функционирования.
29 Адгезины, особенности циркуляции клеток иммунной системы. Стадии
проникновения клеток в ткани.
30 Антитела, иммуноглобулины, молекулярные особеннсоти структурной
организации.
31 Особенности строения отдельных классов иммуноглобулинов.
32
Гены
иммуноглобулинов,
строение,
биосинтеза антител.
33 Эффекторные функции иммуноглобулинов.
молекулярные
механизмы
34 Катаболизм антител и биологическая активность продуктов деградации
иммуноглобулинов.
35 Цитокины, интерлейкины и хемокины – особенности строения,
молекулярные механизмы работы.
36 Общее представление об антигенах. Свойства антигенов.
37 Белки и полипептиды как антигены.
38 Углеводы как антигены.
39 Нуклеиновые кислоты и полинуклеотиды как антигены.
40 Главный комплекс гистосовместимости (ГКГ) I, II, III класса - общая
характеристика.
41 Молекулярные особенности структурной организации ГКГ I класса.
Характеристика
продуктов
работы
ГКГ
I
класса.
«Пептид-связывающая
бороздка». Молекулярные механизмы презентации антигена ГКГ I класса.
42 Молекулярные особенности структурной организации ГКГ II класса.
Характеристика продуктов работы ГКГ II класса. «Пептид-связывающая
бороздка». Молекулярные механизмы презентации антигена ГКГ II класса.
43 Молекулярные особенности структурной организации ГКГ III класса.
Характеристика продуктов работы ГКГ III класса: регуляторы активности
цитохрома Р450, компоненты комплемента, белки теплового шока, фактор
некроза опухолей.
44 Особенности иммунной системы при ответе на антиген и его
завершении.
IV Распределение часов курса по темам и видам работ
Всего
часов
(трудоемк
ость)
Наименование тем и разделов
Введение:
предмет
и
задачи
молекулярной иммунологии. Общая
характеристика системы резистентности.
Неспецифическая
система
резистентности:
компелмент,
молекулярные особенности строения и
функционирования, пути активации.
МАК.
Клетки
неспецифической
системы
резистентности
–
строение,
молекулярные
основы
функционирования.
Фагоцитоз.
Воспаление.
Иммунная система – клетки и органы.
Лимфоциты
–
строение,
и
функциональные
особенности
популяций и субпопуляций .
Антитела – молекулярные особенности,
строение
и
функции.
Цитокины,
Интерлейкины, хемокины.
Антигены – молекулярные особенности
строения, свойства.
Главный комплекс гистосовместимости
I, II, III классов – строение и структурнофункциональная характеристика их
продуктов. Молекулярные механизмы
презентации антигенов.
Иммунная система при ответе на
антигены и после его завершения.
ИТОГО
Аудитор.
занятия (час).
в т.ч.(лекции)
Сам. работа
4
2
-
2
8
2
-
6
8
2
-
6
10
2
-
8
6
2
-
4
4
2
-
2
8
2
-
6
6
2
-
4
54
16
-
38
Итоговый контроль – зачет.
V Учебно-методическое обеспечение курса.
Литература
Основная:
1 Хаитов Р.М., Игнатьева Г.А., Сидорович И.Г. Иммунология. - М.:
Медицина, 2000.-432 с.
2 Ярилин А.А. Основы иммунологии. - М.: Медицина, 1999.- 608 с.
3 Кульберг А.Я. Молекулярная иммунология. М.: ВШ, 1985.- 287 с.
4 Ройт А., Дж. Брострофф, Д. Мейл. Иммунология. - М.: Мир, 2000. - 592
с.
5 Галактионов В.Г. Иммунология. - М.: РИЦМДК, 2000. - 487 с.
6 Брондз Б.Д., Рохлин О.В. Молекулярные и клеточные основы
иммунологического распознавания. М.: Наука, 1978.- 336 с.
7 Дельвиг А.А., Робинсон Д.Г., Семенов Б.Ф. Клеточные и молекулярные
основы презентации антигенов. М.: Медицина, 2004.- 184 с.
8 Фрейдлин И.С., Тотолян А.А. Клетки иммунной системы. СПб.: Наука,
2001.- 390 с.
9 Дранник Г.Н. Клиническая иммунология и аллергология.-
Одесса:
АстроПринт, 1999. - 604 с.
Дополнительная:
1 Коненков В.И. Медицинская и экологическая иммуногенетика. СО РАМН,
Новосибирск, 1999.- 250 с.
2 Иммунология /под ред. Пол У. – М.: Мир, 1987-1989. -Т.1. - 375 с.; Т.2. 345 с.; Т.3. - 360 с.
3 Петров Р.В. Иммунология и иммуногенетика. М.: Медицина, 1976.- 338 с.
4 Вершигора А.Е. Общая иммунология. Киев: Выща школа, 1990.- 736 с.