Bài giảng Hóa sinh động vật - Hoá sinh miễn dịch

HOÁ SINH MIỄN DỊCH I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HIỆN TƯỢNG MIỄN DỊCH Mỗi SV luôn có nguy cơ bị các SV khác tấn công → SV c ó nhiều cơ chế bảo vệ. ĐV có 1 sự trang bị rất tinh vi và h/hảo, đó là h/thống miễn dịch (immune system). Các pathogen có k/năng qua được ph/tuyến bảo vệ thứ nhất (da, niêm mạc), nhưng sẽ bị ph/hiện là vật lạ và bị tiêu diệt. - Miễn dịch (immunity) = hiện tượng một cơ thể sống chống đối lại sự xâm nhập của các yếu tố không phải của mình để bảo vệ sự toàn vẹn của bản thân. - H/thống MD có nhiều nét tương đồng với hệ TK: kh/năng ph/biệt , nhận biết k/thích, ph/ứng với k/thích và ghi nhớ nó. II. CÁC DẠNG MIỄN DỊCH MD b ẩm sinh MD thu được 1. Miễn dịch bẩm sinh - Gồm nhiều th/phần tạo thành sức đ/kháng cho cơ thể, đặc biệt ở gi/đoạn khởi đầu của qt MD (hay qt đề kháng), khi chưa tiếp cận lần nào, chưa ch/bị đầy đủ đối với y/tố gây hại. - Tuyến phòng ngự đầu tiên của cơ thể, có t/dụng tức thì đối với nhiều đv → MDBS có tầm q/trọng rất lớn. Hệ thống da: da lành lặn, khoẻ mạnh khi lớp thượng bì không bị tổn thương. Lớp thượng bì được thay đề đặn để loại các TB chết và vi khuẩn. Trong th/phần của thượng bì và biểu bì có mồ hôi, trong đó có NaCl, lactic acid (2 yếu tố mt tại chỗ có t/dụng diệt khuẩn. Lysozyme : thuộc nhóm glycosidase có k/năng th/phân lk β-1,4-glycoside trên màng peptidoglycan làm phá vỡ vách TB VK. Lysozyme có nhiều trong các h/thống ph/vệ của cơ thể (trong các dịch thể: nước bọt, nước mắt, trong máu, ), là yếu tố phòng vệ tự nhiên quan trọng. H/thống bổ thể (complement): v/trò chính của kh/thể là đánh dấu, còn bổ thể giữ vai trò tiêu diệt. Nhiều loại bạch cầu: Các loại bạch cầu có hạt: BC trung tính: chiếm số lượng lớn, nhân thường chia thuỳ, có hiệu lực diệt khuẩn mạnh số một. Trong các túi chứa nhiều loại enzyme có hoạt tính cao (trong đó có myeloperoxidase th/gia vào qt bùng nổ OXH. Có 2 cách xử lý trong các thể thực bào phagosome (VK khuẩn, vật lạ được bao bọc lại bởi một phần màng TB): - Gắn với lysosome: hệ thống enzyme hydrolase thuỷ phân rất mạnh, trong đó có cathepsin, nuclease, glycanase, esterase, (chỉ h/động trong mt pH 4,5-5). Khi phagosome và lysosome tiếp xúc nhau, xảy ra sự hoà hợp màng và tạo ra lysosome cấp II. Đồng thời với qt này, các bơm proton trên màng túi lysosome h/động mạnh. H + được bơm từ bào tương vào lysosome cấp II, làm cho pH từ gần trung tính hạ xuống 4,5-5, tạo đk cho các enzyme nói trên hđ → vật lạ bị tiêu hoá. Các s/phẩm t/hoá này có thể được TB s/dụng hay được thải ra ngoài nhờ qt xuất bào. - Bùng nổ OXH : ngoài con đường trên (phagosome gắn với lysosome), một số túi lysome được hoạt hoá đặc biệt, do đó xảy ra qt OXH mạnh, tạo ôxy hoạt động (gốc tự do) O 2- , tác động vào những mạch C nối đôi, chuyển về dạng OH hay O - tạo phản ứng dây chuyền, làm bùng nổ OXH . Qt diễn ra rất mạnh, ngoài ra còn tạo ra HClO là dẫn xuất OXH cực mạnh. Do đó, các vật lạ xâm nhập nhanh chóng bị tiêu diệt. (Sau qt trên, bạch cầu cũng bị chết. Th/gian sống b/thường của BC tr/tính khoảng 3-8 ngày. Bạch cầi ái toan: số lượng không nhiều. Trong các tr/hợp nhiễm KST (tiêu mao trùng, giun, sán, ), số lượng BCAT trong máu sẽ tăng. Bạch cầu ái kiềm: thường gặp trong các tr/hợp viêm, dị ứng. Tóm lại, MDBS là MD có sẵn và có tác dụng tức thời. Nếu MD t/nhiên có h/quả thì không cần đến v/trò của hệ MD thứ hai nữa. Tuy nhiên, trong th/tế, có rất nhiều loại vật lạ khiến cho hệ MD thứ hai phải h/động. 2. Miễn dịch đặc hiệu (Miễn dịch thu được) MDĐH chỉ đặc trưng cho một loại vật lạ và nhất thiết phải qua tiếp xúc với vật lạ ấy. (Đặc hiệu: chỉ có t/dụng với một loại đ/tượng nhất định. Thu được: phải qua một lần t/tác với đ/tượng mới sinh ra MD). MDĐH có v/trò rất q/trọng đối với đ/sống SV. Đây là h/thống rất ph/tạp, trong đó luôn có nhiều sự t/tác giữa các th/phần để giúp cho hđ MD được hoàn chỉnh. Ở đv có xương sống, ĐƯMD được một số loại lympho bào đảm tr ách . Chúng được h/thành ở t/xương như mọi TB máu khác. Tuy nhiên, khác với HC, các lympho bào có thể rời mạch quản và tuần tra phần gi/bào (intercellular spaces), len lỏi giữa các TB để chống lại các vật lạ. Sau đó, chúng lại theo hệ l/ba trở về m/quản sau khi đã t/tác với những m/bào ĐƯMD ch/biệt như tuyến ức, hạch lâm ba và lách. Phân biệt hai loại ĐƯMD: - ĐƯMD tế bào - ĐƯMD dịch thể MD tế bào (cellular immunity): Bảo vệ cơ thể chống lại các tế bào nhiễm virus, các loại nấm, ký sinh trùng và mô bào lạ. Được th/hiện tr/gian qua các lympho T (còn gọi là t/bào T) . Gọi tên như vậy (tế bào T), vì TB này ph/triển trong t/ức - T hymus). MD dịch thể (humoral immunity): Bảo vệ hiệu quả nhất chống lại sự nhiễm khuẩn và virus; Đ ược th/hiện bởi các kháng thể (antibody) hay còn gọi là các globulin miễn dịch (immunoglobulin) do các lympho B (t/bào B) s/sinh ra. Ở đ/v có vú, lympho B th/thục ở tủy xương ( B one marrow); ở các loài chim, TB này th/thục ở túi huyệt ( B ursa Fabricius). 1. Hệ thống MD tế bào (cellular immune system) ĐƯMD được gây ra bởi sự có mặt của các đại ph/tử ngoại lai (foreign macromolecules), gọi chung là các kháng nguyên (antigens). KN có thể là protein, nucleic acid, các polysaccharide, có kh/năng gây ra sự x/hiện tính đề kháng và sinh KT. Một hợp chất s/học để trở thành KN phải: có c/trúc ph/tạp, kh/lượng lớn và phải dị loại (lạ) đối với c/thể tiếp nhận. ĐƯMD diễn ra qua một hệ thống những tương tác giữa các dạng lympho T và B khác nhau gắn đặc hiệu với KN. - ĐTB nuốt (1a; 1b) và ph/giải KN (2a; 2b), - Trình diện mảnh KN còn sót lại trên bề mặt (3a; 3b). - Receptor của T gắn đặc hiệu với KN tr/diện trên MHC (4a). - Sau khi gắn với T, ĐTB tiết interleukin -1 (5a, 5b) k/thích T t/sinh và b/hoá (6a, 6b). T tự tiết interleukin-2; T chỉ tạo ra receptor cho interleukin-2 sau thời gian gắn với ĐTB (7a, 7b), một số ngày sau khi t/xúc với KN, sẽ sinh ra nhiều T độc th/thục (8a) còn gọi là T sát thủ, gắn với TB vật chủ mang KN (9), Khi t/xúc, T độc tiết perforin (có k/n ph/giải TB bằng cách tập hợp trên màng và tạo ra những lỗ hổng trên màng). Hệ thống miễn dịch dịch thể (humoral immune system) Các t/bào B tr/diện cả Ig và MHC- protein lớp 2 trên bề mặt. Nếu t/bào B gặp KN mà KN này gắn đ/hiệu với Ig của mình, nó sẽ nuốt luôn cả ph/hợp này (12) và ph/giải một phần KN (13), rồi trình diện mảnh KN sót lại được gắn với MHC-protein lớp 2 trên bề mặt (14). Các t/bào T hỗ trợ (T H ) thành thục (8b) có các receptor đ/hiệu với phức hợp này sẽ gắn vào các t/bào B (15) và gi/phóng interleukin để k/thích các t/bào B tăng sinh và biệt hoá (16). Sự ph/chia TB cứ tiếp tục chừng nào các TB B còn bị k/thích bởi các T hỗ trợ (T H ). T H là TB, ngược lại, luôn phụ thuộc vào sự có mặt liên tục của KN. T/bào B tr/diện cả Ig và MHC- protein lớp 2 trên bề mặt. Nếu gặp KN mà KN này gắn đ/hiệu với Ig của mình nó sẽ nuốt luôn cả phức hợp này (12) và ph/giải một phần KN (13), rồi tr/diện mảnh KN sót lại được gắn với MHC-protein lớp 2 trên bề mặt (14). T hỗ trợ th/thục (8b) có các receptor đặc hiệu với phức hợp này sẽ gắn vào các t/bào B (15) và gi/phóng interleukin để k/thích các t/bào B t/sinh và b/hoá (16). Sự ph/chia TB bào cứ tiếp tục chừng nào các t/bào B còn bị k/thích bởi T hỗ trợ. Phần lớn th/hệ sau của t/bào B là TB plasma (TB ch/biệt tạo ra các Ig đ/hiệu). Các KT này gắn các KN và đánh dấu các KN, để bạch cầu tiêu diệt (thực bào) hoặc bổ thể phân giải Phần lớn các t/bào T và B chỉ sống ít ngày nếu không được KN k/thích. Hơn nữa, sự tăng sinh của các t/bào B bị hạn chế bởi những t/tác của chúng với tế bào T ức chế – T S (suppressor T). T S có ch/năng ngược hẳn với T H . Đặc tính của h/thống MD là giúp động vật không bị nhiễm lại pathogen cùng loại lần thứ hai (S au khi đã vượt qua sự xâm nhiễm của một loại pathogen nhất định thì cơ thể MD với pathogen đó). ĐƯMD thứ cấp (sec. im. respone) được th/hiện nhờ các t/bào T nhớ, và B nhớ; có kh/năng sống rất lâu. Hàng chục năm sau, nếu tình cờ các TB này gặp lại KN đã được nhận diện, chúng sẽ s/sản nhanh và nhiều hơn rất nhiều so với các t/bào T và B chinh nguyên chưa từng tiếp xúc KN. Cấu trúc và chức năng của các immunoglobulin Một trong những c/n cơ bản của h/thống MD là sinh ra các KT. KT được các t/bào B ở g/đoạn ph/triển cuối cùng (tương bào B - plasmatic B cells) tạo ra. KT là những glycoprotein (khác nhau về TLPT, độ lớn của th/phần glucid và th/phần aa) được sinh ra bởi những TB có thẩm quyền MD khi t/xúc với những KN khác nhau. Các globulin MD (Ig) được chia thành các lớp khác nhau. Có 5 lớp Ig: IgA, IgD, IgE, IgG và IgM. - Khác nhau bởi chuỗi nặng (H) tương ứng:  ,  ,  ,  và  (muy). - Hai loại chuỗi nhẹ (L):  và  (kapa và lamda), x/hiện ở tất cả các lớp Ig. Các Ig cấu tạo từ 4 chuỗi: 2 chuỗi nhẹ L ( l ight) giống nhau , k/thước khoảng 23 kD, 2 chuỗi nặng H ( h eavy) giống nhau, k/thước 53-75 kD. Các chuỗi gắn với nhau bằng các cầu disulfide và các lk phụ, tạo một cấu trúc cân đối dạng chữ Y: (L-H) 2 . - Mỗi chuỗi H có gắn một đoạn oligosaccharide C = vùng hằng định; V = vùng biến đổi H, L = chuỗi nặng, chuỗi nhẹ C = vùng hằng định, V = vùng biến đổi H, L = chuỗi nặng, chuỗi nhẹ Vị trí papain tác động Các Ig khác nhau có những ch/năng s/lý khác nhau: IgM: phần lớn x/h trong máu, là loại có h/quả nhất trong việc chống lại VSV; là KT đầu tiên được sinh thể tạo ra để chống lại KN; được sinh ra sau 2-3 ngày t/xúc với KN. IgG: KT thường gặp nhất, ph/bố đều giữa máu và dịch kẽ (interstitial fluid); là KT chủ lực trong tất cả các loại pứ MD; là KT duy nhất có thể qua nhau thai và tạo MD cho phôi; bắt đầu được tạo ra 2-3 ngày sau khi x/hiện IgM. IgA: x/h chủ yếu trong đường TH và các dịch tiết (nước bọt, m/hôi và nước mắt); có nh/vụ chống lại các pathogen, ngăn cản không cho chúng gắn vào bề mặt niêm mạc. IgA cũng là KT chính trong sữa và sữa đầu, giúp trẻ (thú) s/sinh chống lại sự nhiễm khuẩn đường t/h. IgE: x/h trong máu với n/độ rất thấp, giúp cơ thể chống lại KST và th/gia vào các pứ dị ứng. IgD: cũng có ít trong máu, vai trò chưa rõ. Các mảnh chức năng của Ig (functional segments) có thể được tách ra nhờ enzyme phân giải protein: Theo Porter (1959), IgG, lớp Ig thường gặp nhất bị papain thuỷ phân thành 3 mảnh có k/thước khoảng 50 kD: 2 mảnh Fab giống nhau và 1 mảnh Fc. - Hai mảnh Fab (hai cạnh chữ Y của ph/tử IgG) tạo thành từ 1 chuỗi L và phần đầu N của 1 chuỗi H, chứa chỗ gắn KN (“ab”: a ntigen – b inding). Sự gắn hai (ở IgA) hay nhiều (ở IgM) KN tạo cơ sở cho ph/ứ ngưng kết đã được dùng để x/định sự hiện diện của KN: hỗn hợp KN và KT kết hợp thành mạng và tạo kết tủa. Việc hình thành các mạng lưới kết tủa này làm tăng cường liên kết KN- KT (nhờ các tương tác lẫn nhau) và điều này cần thiết để các t/bào B bắt đầu biệt hoá. - Mảnh Fc tạo thành từ 2 đoạn đầu C của 2 chuỗi H, có tên như vậy vì mảnh này dễ kết tinh (crystallizes). Fc chứa những chỗ gây hiệu ứng th/hiện ch/năng đ/trưng cho từng lớp Ig (VD cảm ứng thực bào, kh/động ph/ứ của bổ thể và định hướng vận chuyển Ig tới nơi ph/ứ). Các chuỗi H và L chứa những vùng hằng định C và vùng biến đổi V: Các chuỗi L chứa vùng b/đổi V L (ở nửa đầu N) từ aa 1 đến aa108 và vùng h/định C L (từ aa109 đến aa 214). Các chuỗi H chứa vùng b/đổi V H và vùng h/định C H . Vùng C H được tạo thành từ các đoạn C H 1, C H 2 và C H 3 kích thước khoảng 110 aa. Các đoạn này đồng nhất với nhau. Các vùng V L và V H không b/đổi giống nhau, phần lớn t/trung vào 3 đoạn siêu biến ngắn. Các đoạn siêu biến này tạo chỗ gắn KN và chính các aa của chúng qui định ái lực lk. Nơi gắn KN luôn phối hợp bổ sung với KN t/ứng: K/thước và h/dáng của rãnh gắn ph/thuộc vào th/phần aa của V L và V H . Ph/hợp KN-KT gần giống như phức hợp E- S, cả 2 dạng kết gắn này đều chứa các tương tác Van der Waals, kỵ nước, hydro và ion. Tại sao KT đa dạng, mặc dù chỉ x/phát từ số lượng gen không lớn (t/số gen tạo KT chỉ hàng trăm đến hàng nghìn)? Do: không c ó gen c/trúc tạo KT mà chỉ có những đoạn gen biệt lập. VD: M ột đoạn gen của chuỗi L nằm rải rác trong phôi B ình thường, các TB bạch cầu ở dạng chưa h/hoá (native cell). Nó chỉ biến đổi khi gặp KN → C ác lâm ba cầu được sắp xếp lại và trở thành LBC hoạt hoá L V L V J J J C T ái tổ hợp ADN ADN J L V J C J L V J C Poli (A) Sao ch ép Pre-m ARN J L V C Poli (A) Ho àn thiện m ARN Qt xl ý, loại bỏ những phần không cần thiết, nối các phần mang mã lại →h ình ảnh tương lai của KT Nh ư vậy, từ những mảng gen rời rạc, s/xếp thành gen h/chỉnh để tạo KT tương lai. C/ chế tạo ra sự đa dạng của KT là sự s/xếp các tổ hợp, trong đó các đoạn gen được chọn lọc và gắn kết thông qua nhiều bước để cuối cùng có một gen h/chỉnh VD: Ở chuột nhắt, đoạn V của chuỗi nhẹ K có 100 -300 đoạn gen đoạn J của chuỗi nhẹ λ c ó 4 đ o ạn gen → t ạo tổ hợp giữa V và J có 300 x 4 = 1 200 cách (tức 1200 chuỗi tổ hợp) Đoạn V H : 100-300 đoạn gen Đoạn D H có > 12 đoạn gen Đoạn J H : 4 đoạn gen C ó thể tạo 300 x 12 x 4 chuỗi = 14 400 chuỗi H N ếu tổ hợp cả chuỗi L và H, có thể cho ra 1200 x 14 400 = 1,8 x 10 7 loại KT có thể được hình thành Ngo ài ra trong đoạn V, J, C còn xảy ra sự biến đổi trình tự, số lượng các nucleotid trên đoạn gen đó → t ạo KT mới Sau khi s/ xếp gen để tạo ra 1 loại KT t/ứng 1KN, TB sẽ “khoá” các h/thống s/xếp khác để chỉ tạo ra 1 loại KT t/ứng, chuyên biệt cho 1 loại KN nào đó. DNA Rearrangements Assemble an L-Chain Gene by Combining Three Separate Genes The organization of mouse immunoglobulin gene segments. The organization in germline cells is shown on the left, and the rearranged organization characteristic of mature B lymphocytes is shown to the right of the arrows. The rearranged states shown are but single examples of the many possibilities for each gene family.  (Adapted from Tonewaga, S., 1983. Somatic generation of antibody diversity.  Nature   302: 575.) HỆ THỐNG BỔ THỂ - BT là h/thống ph/vệ quan trọng có k/năng tiêu diệt TB và các chất lạ. Bao gồm toàn bộ các protein h/tương và protein màng có kh/năng tiêu diệt các VSV, làm th/lợi cho qt thực bào, cảm ứng các chất gây viêm. Các TB của h/thống MD có receptor đ/hiệu cho các thành phần BT hay các mảnh của chúng. Đây là một loạt protein h/động ph/hợp với nhau. Được gọi tên như vậy, vì chúng hỗ trợ (complement) các KT trong việc loại trừ KN. H/thống BTcó danh pháp riêng: k/hiệu chữ C, sau là chữ số và chữ nhỏ nếu protein là một tiểu phần hay mảnh (fragment) của protein lớn. Protease hđ có gạch ngang bên trên chữ số hay chữ nhỏ; ví dụ: C4 là protease đã được h/ hoá, do C4 ph/giải ra. Bổ thể hoạt động theo 3 cách: - Giết các TB lạ bằng cách gắn với màng và ph/giải màng TB - Kích thích thực bào những vật lạ - Gây pứ viêm cục bộ nhằm khoanh vùng và thu hút các thực bào (phagocytotic cells). H/thống BT gồm ≈ 20 loại protein tạo thành,có thể coi đây là hệ thống enzyme, phần lớn thuộc nhóm endoprotease. Qt t/tác giữa các BT là qt h/hoá liên hoàn với nhau, tương tự như qt h/hoá các y/tố đông máu. Sau qt h/hoá sẽ là qt phá vỡ màng của VK, virus. Phân biệt 9 nhóm BT: C1 →C9 Khi c ó KN, KT sẽ nhận biết và bám vào; C1 sẽ đến nhận diện Đ/vị h/hoá: C2, C3 và C4; lần lượt h/hoá nhau:C2 → C3 →C4 Đơn vị phá màng TB: C5 →C9 Có hai con đường hoạt hoá BT: - C ổ điển (clasical pathway) ph/thuộc KN - Thay thế (alternative pathway) không phụ thuộc KN. (Trong cả hai đường này, một loạt các protease đều dần dần được hoạt hoá). Phức hợp KN- KT khởi động con đường cổ điển ( khi đã hình thành sự lk KN-KT thì BT được h/hoá): Trong cách cổ điển, các protein BT tạo ra liên tiếp 3 tổ hợp h/hoá gắn với màng: - Đơn vị nhận biết (recognition unit) được hình thành trên phức hợp KN– KT gắn trên bề mặt TB. - Đơn vị hoạt hoá (activation unit) khuếch đại sự nhận biết - Tổ hợp tấn công màng MAC ( m embrane a ttack c omplex) đục thủng màng sinh chất của TB đã được KT đánh dấu, phân giải và giết chết TB. Đơn vị nhận biết (C1) mở đầu con đường cổ điển. Khi gắn đặc hiệu với phức hợp KN – KT trên bề mặt TB, C1 được hoạt hoá (C1  ) KHUẾCH ĐẠI Có một nghề, bụi phấn dính đầy tay Người ta bảo, đó là nghề sạch nhất. Có một nghề, không trồng hoa trên đất Lại nở cho đời những đóa hoa thơm.