7. Johdatus immuunireaktioiden ihmemaailmaan Aihetta käsittelevä videoluento on tarjolla osoitteessa http://bit.ly/1AZoht8 . Tässä tiedostossa tulen kertomaan yhtä ja toista elimistön puolustusjärjestelmän ja siihen kuuluvien valkosolujen toiminnasta. Odotettavissa ovat seuraavat aihekokonaisuudet:

1. Valkosolutyypit 2. Valkosolutyyppien yhteistyö ja T-soluaktivaatio 3. B-soluaktivaatio ja vasta-ainemolekyylien rakenne 4. Vasta-aineiden monimuotoisuuden geneettinen selitys 5. Klonaalinen valinta eli mikrobi-infektion torjunta käytännön tasolla 6. Monoklonaaliset vasta-aineet tieteen palveluksessa 7. Elinsiirtoihin liittyviä valkosoluasioita 8. B7-signaali 9. Ja vielä yksi huomio 10. Lähitarkastelussa T-soluaktivaatio ja MHC-reseptorityypit 11. MHC I ja MHCII-reseptorien toimenkuvat ovat erilaiset 12. T-solureseptorien rakennevaatimukset 13. Sitten rykäys autoimmuunisairauksista 14. Allergiat ja elimistömme puolustusjärjestelmä 15. Luonnolliset tappajat, Natural Killer Cellsit eli NKC:t 16. Dendriittisolut eli dendrosyytit 17. Muiskaukset, maiskaukset, pusut eli SMACit 18. Yhteenveto ja syventävä esitys valkosolujen reseptoreista

Sinun kannattaa ensin vain lukaista läpi koko aapiseni, jotta saat jonkinlaisen kokonaiskuvan siitä, mitä on odotettavissa. Myöhemmillä lukukerroilla voit sitten pysähtyä pohtimaan asioita syvällisemmin. Helli kuitenkin jo ekalla lukukerralla mielessäsi kuvan 35 havainnollistamia käsitteitä: 1) Antigeeni = puolustusreaktion laukaiseva yhdiste (tavallisimmin taudinaiheuttajan sisältämä proteiini tai sen pieni osa). Tämän voisi muistaa siitä, että ”anti” tarkoittaa torjumista ja ”geeni” aiheuttajaa. 2) Antibody eli immunoglobuliini eli vasta-ainemolekyyli = Pöpöjen torjuntaan tarkoitettu proteiini (näitä tuottavat B-valkosolut).

Immuunijärjestelmämme on tapana jakaa humoraaliseen (=vasta-ainevälitteiseen) ja soluvälitteiseen (enkuksi ”cell mediated”) osaan.

7.1. Valkosolutyypit Kaikki verisolutyyppimme syntyvät luuytimessä sijaitsevien kantasolujen (kaikkikykyisiä ja erilaistumattomia) jakautuessa tytärsoluiksi. Toisesta tytärsolusta kehittyy verisolu, toinen pysyy kantasoluna (kuva 36a).

Kuva 35. Käsitteet antigeeni ja vasta-aine.

Luuytimessä oleva kantasolu

Valmis verisolu (punasolu, verihiutale, megakaryosyytti, kaikki valkosolutyypit)

Kantasolu

Verisoluja syntyy luuytimen kantasolujen jakautuessa. Jakautumisessa syntyy yksi verisolu ja yksi uusi kantasolu. Näin kantasolujen määrä säilyy vakiona.

B- ja T-solureseptoreiden rakenteesta vastaavien kromosomijaksojen pilkkominen tapahtuu vasemmanpuoleisen nuolen kuvaamassa vaiheessa (siis se geneettinen lotto, josta kerrotaan kohdassa ”7.4. Vasta-aineiden monimuotoisuuden geneettinen selitys”).

Kuva 36a. Verisolutyypit syntyvät siten, että luuytimessä sijaitsevat kantasolut jakautuvat yhdeksi valmiiksi verisoluksi ja yhdeksi kantasoluksi.

Olen koonnut oheiseen taulukkoon (kuva 36b) tärkeimmät valkosolutyyppimme sekä jokaisen ryhmän keskeisimmät ominaisuudet. Tämän kaltainen yhteenveto on

suureksi avuksi, jos joudut esim. lääketieteellisissä opinnoissasi aihetta penkomaan. Kirjallisuudessa käytetään usein sekaisin tieteellistä ja suomalaista nimistöä. Samassa tekstissä voi vilahdella välillä valkosolujen ryhmänimiä, välillä taas tarkasti rajattujen yksittäisten valkosolutyyppien nimistöä. Tuollainen hyppeleminen hierarkiatasolta toiselle tahtoo aiheuttaa päänsärkyä, ellei jo ennestään osaa aihepiiriä perusteellisesti, ja kukapa opiskelija sitä osaisi. Kuva 36b on siis käyttökelpoinen sanakirja silloin, kun haluat tutustua alan kirjallisuuteen. Pahoittelen kuvassa käyttämääni pientä kirjasinkokoa. Tulostaminen lienee järkevin vaihtoehto tavoitellessasi lukukelpoisuutta.

Monosyytit eli makrofagit - aluksi veressä, siirtyvät myöhemmin muihinkin kudoksiin - T-auttajat aktivoituvat vasta, kun makrofagit tai dendriittisolut esittelevät niille pöpöistä peräisin olevia proteiineja

Vihaiset makrofagit - T-auttajat saavat tavalliset makrofagit suuttumaan

T-auttajat - aktivoivat T-tappajia ja B-plasmasoluja erittämällä lymfokiineja - muuttavat makrofagit vihaisiksi - toiminta estyy AIDS:ssa

Agranulosyytit = jyväsettömät valkosolut

Granulosyytit = jyvässolut

2. Eosinofiiliset - fagosytoivia (siis solusyöntiin kykeneviä) - aitotumallisten taudinaiheuttajien torjunta

3. Basofiiliset - erittävät hepariinia ja histamiinia (allergioissa) - kutsutaan myös syöttösoluiksi enkuksi mast cells

Lymfosyytit eli imusolut - viihtyvät etenkin imusolmukkeissa ja muissakin lymfaattisissa kudoksissa (= imusuonet ja perna)

T-solut - kypsymispaikka Thymus eli kateenkorva - aktivoiduttuaan vastaavat ns. soluvälitteisestä immuniteetista (cell mediated response)

B-solut -kypsymispaikka linnuilla ns. Fabriciuksen bursa (suolistossa) - aktivoiduttuaan vastaavat ns. humoraalisesta eli vasta-aineisiin perustuvasta immuniteetista (humoral response) Luonnolliset tappajat

eli Natural Killer T-Cellsit (NKC) - tuhoavat syöpäsoluja ja virustartunnan saaneita soluja

T-tappajat - liuottavat pöpöt kuoliaaksi

T-estäjät - estävät valkosoluja tuhoamasta elimistön omia kudoksia - puuttuminen lisää riskiä autoimmuu-nisairauksiin, kuten MS-tauti, diabetes, nivelreuma…

B-palsmasolut - erittävät vasta-aineita → houkuttelvat syöjäsoluja - aktivoivat ns. komplementin

Muistisolut - Kaikista T-solutyypeistä ja B-plasmasoluista syntyneet saman nimiset muistisolut

Valkosolutyypit (toimintaan ja ulkonäköön perustuva luokittelu)

1. Neutrofiiliset - fagosytoivia (siis solusyöntiin kykeneviä) - 50 % valkosoluista

Kuva 36b. Valkosolutyypit

Dendriittisolut eli dendrosyytit - esittelevät pöpöproteiineja, samoin

kuin makrofagit - esiintyvät pintakudoksissa kuten

iholla ja limakalvoilla -

Perinteisten nimien lisäksi valkosolutyyppejä kutsutaan usein kirjainlyhenteillä. Nämä ovat seuraavat (mukana ovat myös englannin kieliset nimitykset, joista lyhenteet on johdettu): T-tappaja = Killer T-cell= Cytotoxic T-lymphocyte = CTL = CD8-cell T-auttaja = Helper T-cell = Helper T-lymphocyte = HTL = CD4-cell T-estäjä = Supressor T-cell = Supressor T-lymphocyte = STL Luonnolliset tappajat = Natural Killer T-cells = NKT-cells = NK-cells Basofiiliset jyvässolut = Syöttösolut = Mast Cells Makrofagit, dendriittisolut ja muut antigeenejä esittelevät solut = Antigen Presenting Cells = APC Valkosolutyypit eroavat ulkonäkönsä perusteella toisistaan varsin vähän. Olennaisimmat erot ovatkin näkymättömiä ja sisältyvät solujen ulkopinnalla oleviin reseptoreihin. Nämä ovat muotonsa puolesta Y-kirjainta muistuttavia proteiineja. Ne sojottavat solukelmussa Y:n haarukkaosa ulospäin. Reseptoreillaan valkosolut tunnustelevat ympäristöään etsien muun muassa taudinaiheuttajia. Myös valkosolujen välinen yhteistyö perustuu reseptorien avulla tapahtuvaan ”käsipäivää-menettelyyn”. 7. 2. Valkosolujen välinen yhteistyö

Valkosolut kommunikoivat keskenään tietyn ”etiketin” mukaan (kuva 37).

4.…aineita (lymfokiinejä esim. interleukiinit ja interferonit), jotka aktivoivat…

5.…B-solut tuottamaan vasta-aineita, jotka…

2. …erilaistumattomille T-solujen esiasteille, jotka alkavat jakautua tuottaen …

8.… T-tappajia, jotka liuottavat pöpöt kuoliaaksi …

3… T-auttajia, jotka tuottavat …

6.…merkitsevät pöpön tarttumalla sen ulkopintaan …

1. Makrofagit tai dendriittisolut esittelevät pöpön proteiineja…

7.…makrofagit muuttumaan vihaisiksi makrofageiksi, jotka…

9.… popsivat pöpön suihinsa…

Kuva 37 . Valkosolujen yhteistyökaavio.

Pöpön saapuessa elimistöön ensikäden arvion tilanteen vaarallisuudesta tekevät antigeenien esittelyyn erikoistuneet solut: makrofagit tai dendriittisolut (englanniksi Antigen Presenting Cells, lyhennettynä APC). Näitä on runsaasti imusolmukkeissa, pernassa, ihossa ja limakalvoilla. Makrofagit ja dendriittisolut sulattelevat pöpön sisällään ja paketoivat pöpöproteiineista katkomiaan palasia makrofageille ja dendriittisoluille ominaisiin ”Y-kirjaimiin”, ns. MHC-reseptoreihin (Kuva 38, lähempi selvitys tästä reseptorityypistä tulee elinsiirroista kertovassa kappaleessa 7.7.). MHC-reseptoriensa avulla ne sitten esittelevät löydöksiään erilaistumattomille T-soluille (T-soluille ominaisille ”Y-kirjaimille”), jotka tämän tuloksena aktivoituvat.

Aktivoituminen tarkoittaa sitä, että T-solut alkavat jakautua. Samalla ne saavat selkeän identiteetin erilaistumalla joko T-auttajiksi tai T-tappajiksi. Jokaista mikrobihyökkäystä vastaan kehittyy kumpaakin solutyyppiä edustavia T-solulinjoja. T-auttajat tuottavat vereen lymfokiineiksi kutsuttuja proteiineja, jotka tehostavat muiden valkosolutyyppien toimintaa. Erityisesti lymfokiinit tehostavat B-solujen vasta-ainetuotantoa (vasta-aineet tarttuvat mikrobeihin ja houkuttelevat paikalle niiden syöntiin erikoistuneita valkosolutyyppejä, kuten makrofageja). Lymfokiinien vaikutuksesta makrofagit myös aktivoituvat eli muuttuvat vihaisiksi makrofageiksi. Lymfokiinit ovat valkosolujen molekulaarisia hätähuutoja. Lymfokiinit on yksi sytokiinien alatyyppi. Valkosolut havaitsevat alhaisiakin lymfokiinipitoisuuksia ja vainukoirien tapaan osaavat suunnistaa kohti kasvavia lymfokiinipitoisuuksia.

Makrofagi tai dendriittisolu paloittelee pöpön sisältämät proteiinit monenlaisiksi erilaisiksi peptideiksi ja esittelee niitä T-soluille.

Kuva 38. Makrofagit ja dendriittisolut aktivoivat T-soluja esittelemällä niille vierasantigeenejä. Koska kussakin taudinaiheuttajassa on valtava määrä erilaisia proteiineja, syntyy yhden taudinaiheuttajan tuhoamiseen suuri joukko erilaisia T-tappaja- ja T-auttajaklooneja.

MHC-reseptori

MHC-reseptori T-solu

T-solu

Vierasantigeeni

T-soluaktivaatio siis käynnistää varsinaisen torjuntareaktion yhteistyökaavioni esittämällä tavalla. Ajattele mielessäsi tarjoilijoita (makrofagit ja dendriittisolut) ja nälkäistä ravintolayleisöä (muut valkosolutyypit). Syöminen alkaa vasta, kun tarjoilijat kantavat sapuskan pöytään. Tyypillistä puolustusreaktiolle on, että se menettää tehonsa, jos yhteistyöverkosta poistetaan yksikin valkosolutyyppi. Näin käy esim HIV-infektiossa. Nämä virukset sattuvat nimittäin asumaan T-auttajasolujen sisällä. Tällöin puolustusreaktio katkeaa alkuunsa, sillä yhteistyö valkosolutyyppien välillä ei ole mahdollista. 7.3. B-soluaktivaatio ja vasta-ainemolekyylien (eli B-solureseptorien eli immunoglobuliinien) rakenne Vasta-aineet ovat muodoltaan Y-kirjainta muistuttavia proteiineja. Ne rakentuvat modulaarisesti, toisin sanoen pienempien osaproteiinien liittyessä yhteen (Kuvat 39a ja 40).

-

Raskas ketju (Heavy Chain) Kevyt ketju (Light Chain)

F F

C C

D

E B

A

E

D A

B

Kuva 39a. Immunoglobuliinien eli vasta-aineiden eli B-solureseptorien rakenne. Vasta-aineet ovat proteiineja, jotka koostuvat pienistä osaproteiineista (kirjaimet A- F). Jokaista immunoglobuliiniin kuuluvaa osaproteiinia koodaa yksi geeni valmiin B-solun tumassa, vaikka B-solun tuottaneessa emosolussa (=luuytimen ns. kantasolut) onkin alun perin jokaista osaproteiinia varten useita geenivaihtoehtoja. Osaproteiinien geenit sisältävä kantasolun kromosomi on eräänlainen geneettinen kirjahylly. Geneettisen kirjahyllyn toimintaperiaate selviää kuvista 40a ja 40b.

Osaproteiineista muodostuu suurempia kokonaisuuksia kahdessa vaiheessa. Ensimmäisen yhteenliittymisen tuloksena syntyy yksi pari ns. kevyitä ketjuja (kirjaimet E ja D) ja yksi pari ns. raskaita ketjuja (kirjaimet A,B,C ja F). Englanniksi kokoluokkien nimet ovat light ja heavy chain. Toisessa vaiheessa nämä keskikokoiset proteiiniosat liittyvät yhteen niin, että tuloksena on kuvan 39a havainnollistama symmetrinen kokonaisuus. Solubiologisessa ammattikirjallisuudessa edellä esittämieni kuuden eri aakkosen tilalla käytetään merkintöjä CH1, CH2, CH3, VH, CL ja VL. Merkintätavat juontavat seuraavista sanoista: H = Heavy, L = Light, V = Variable ja C = Constant. Vastaasi mahdollisesti tuleva lyhenne Fab tarkoittaa Y-kirjaimen haarukkaosaa kokonaisuutena ja Fc pelkkää Y-kirjaimen tyveä. Älä siis ihmettele, jos törmäät tällaisiin merkintätapoihin.

B-solut aktivoituvat, kun niiden pinnalla olevat reseptorit takertuvat taudinaiheuttajan pinnalla oleviin proteiineihin (kuvat 39b ja 39c). Tämä edellyttää sitä, että tarttuvien proteiinien ulkomuodot sopivat toisiinsa hyvin tarkasti. Koska taudinaiheuttajien proteiinirakenteet aikojen saatossa vähitellen muuttuvat, vaaditaan myös B-solureseptoreilta samanlaista muuntautumiskykyä.

Bakteeri tai muu taudinaiheuttaja

Kuva 39b. Eri B-soluyksilöt tunnistavat samastakin taudinaiheuttajasta kukin eri antigeenejä. Huomaa kuvasta värit ja kunkin B-soluyksilön reseptorien hienorakenne. Reseptorit loksahtavat antigeenin muotoihin kuin avain lukkoon.

Kahden eri B-solun reseptorirakenteet poikkeavat hieman toisistaan. Siksi ne myös kiinnittyvät erilaisiin antigeeneihin.

Antigeenejä eli puolustusreaktion laukaisevia proteiineja (tavallisimmin)

B-solu B-solu

B-solu

Yksittäisen B-solun kaikki reseptorit ovat samanlaisia.

Tällainen geneettiseltä toimintaperiaatteeltaan varsin kekseliäs muuntautumiskyky niillä onkin. B-soluja muodostavissa kantasoluissa oleva rajallinen määrä geenejä voi näet tuottaa lähes rajattoman valikoiman erilaisia vasta-ainemolekyylirakenteita. Miten tämä tapahtuu, ymmärrettiin vasta 1980-luvulla (kuvat 40a ja 40b). 7.4. Vasta-aineiden monimuotoisuuden geneettinen selitys (sama periaate koskee myös T-solureseptoreita) B-solureseptorien rakennetta koodaavat geenit sijaitsevat kaikilla ihmisillä tietyssä samaisessa kromosomissa (kuva 40a). Luuytimen kantasoluissa tässä kromosomissa on B-solureseptorin jokaiselle osaproteiinille alun perin kokonainen joukko vaihtoehtoisia ja peräkkäin sijaitsevia geeniversioita. Näistä jokaiseen valmiiseen B-soluun päätyy eräänlaisen geneettisen lottoarvonnan tuloksena lopulta kuitenkin vain yksi. Muut vaihtoehtoiset geeniversiot leikataan pois kantasolun jakautumisen (edellä ollut kuva 36a) aikana.

B

1. B-solureseptori takertuu kiinni bakteerin pinnalla olevaan antigeeniin

B

B

Bakteerin pinnalla oleva antigeeni

2. Aktivoitunut B-solu alkaa jakautua. Se ja sen tytärsolut alkavat karistaa reseptoreitansa verinesteeseen.

Vapaita vasta-ainemolekyylejä

Kuva 39c. B-solujen aktivoituminen.

Geeni 1 Geeni 2

Geeni 3 Geeni 4 jne.

Suurennos kromosomin yhden ”käsivarren” sisältämästä DNA-rihmasta.

Solu, tuma ja yksi sen sisältämistä kromosomeista.

Kuva 40a. Solu, kromosomi ja geenit.

Voimme ajatella kantasolussa olevien geeniversioiden rikkautta ikään kuin geneettisenä kirjahyllynä (kuva 40b). Kuvaan olen piirtänyt kromosomia kuvaavan DNA-molekyylin luikertelemaan hyllystöä pitkin. Esitystapa on perusteltu, sillä B-kantasoluissakin osaproteiinien geeniversiot sijaitsevat kaikki samassa kromosomissa ja vierekkäin.

Kukin hylly (A-F) kuvastaa yhden osaproteiinin rakenneohjeiden sijaintia kantasolun kromosomissa. Hyllyillä olevat kirjat taas symboloivat kromosomissa olevia saman osaproteiinin rakenneohjeeksi kelpaavia vaihtoehtoisia geeniversioita. Jokaiselta

A B C D E F

Kuva 40b. Vasta-ainemolekyylien monimuotoisuuden geneettinen selitys. Kirjahyllyllä olevat kirjat kuvaavat immunoglobuliinin osaproteiinien geenejä B-soluja muodostavan kantasolun kromosomissa. Kukin hylly (kirjaimet A – F) edustaa yhden osaproteiinin rakenneohjeeksi sopivien geenien ketjua kromosomissa. Jokaiselta hyllyltä heitetään lopulta vain yksi kirja (geeniversio) syntyvän B-solun reppuun (=tumaan) satunnaisotannalla. Suurin vaihtoehtoisten geeniversioiden määrä yksittäisellä hyllyllä on 180. Pienintä muuntelu on osaproteiinin F kohdalla. Tätä immunoglobuliinin varsiosaa koodaamaan on vain viisi erilaista geeniversiota. Näiden mukaan erotetaan viisi erilaista immunoglobuliinien pääryhmää IgA, IgD, IgE, IgM ja IgG. Jos havaintomallina käyttämämme kirjahylly olisi lottokuponki, siinä olisi sadoittain numeroita, joista rastitettaisiin vain kuusi kuhunkin B-soluun. Yksittäinen B-solu tuottaa vain yhdenlaisia vasta-ainemolekyylejä. B-soluja tuottavien kantasolujen tumassa tapahtuvan geneettisen ”lottoamisen” vuoksi on äärimmäisen epätodennäköistä, että kahdella eri B-solulla olisi täsmälleen samanlaiset reseptorit (paitsi jos ne ovat saman jakautumaan aktivoituneen B-solun jälkeläisiä eli samaa kloonia).

DNA levitettynä hyllyjä pitkin kulkevaksi nauhaksi

hyllyltä heitetään valmistuvan B-solun ”reppuun” (=tumaan) vain yksi kirja (=geeniversio) satunnaisotannalla. Kutakin osaproteiinia varten on aivan tietty määrä vaihtoehtoisia geeniversioita. Alhaisin tämä määrä on vasta-ainemolekyylin tyviosan muodostavalla proteiinilla (kirjain F). Tästä tunnetaan vain viisi erilaista muunnelmaa. Näiden mukaan nimetään vasta-ainemolekyylien päätyypit, joita niitäkin tunnetaan siis viisi. 1) IgM: Viisi tyvestään toisiinsa liittynyttä Y-kirjainta (lumihiutale). Liittyminen tapahtuu J-ketjuksi kutsutun ”laituriproteiinin” muodostaessa lumihiutaleen ytimen. Erittyy infektion alkuvaiheessa. 2) IgG: Runsain immunoglobuliini. Erittyy etenkin uusintainfektioissa. Laukaisee komplementtijärjestelmän. (Komplementiksi kutsutaan veressä valmiina olevaa proteiinien joukkoa, jotka aktivoivat toinen toisensa tietyssä järjestyksessä ja joista viimeisimpänä aktivoituva proteiinityyppi pystyy liuottamaan reikiä bakteereiden solukelmuun. Komplementtitekijät toimivat samalla periaatteella kuin veren hyytymiseen osallistuvat hyytymistekijät. Kummassakin reaktiokulussa aktivaation teho kymmenkertaistuu aktivaatioketjun jokaisella portaalla. Tämä johtuu siitä, että yksi ensimmäisen vaiheen proteiini aktivoi kymmenen toisen vaiheen proteiinia, joista taas jokainen aktivoi kymmenen seuraavan vaiheen proteiinia jne.. Tämän kaltainen ns. vesiputousmalli on tyypillinen myös esimerkiksi toisiolähettiviesteille, joita hormonit käynnistävät kohdesolujensa sisällä.) 3) IgA: Asettuvat elimistön solujen pinnalle ”siilinpiikeiksi” estäen näin pöpöjen lähestymisyritykset. IgA:ta esiintyy etenkin limakalvoilla, maidossa, kyynelissä, ysköksissä ja suolinesteessä. Molekyylit koostuvat yhdestä tai kahdesta Y-kirjaimesta. 4) IgE: Kiinniittyvät ns. syöttösolujen (basofiilisiä granulosyyttejä) pinnalle allergiareaktioissa. Muuten osallistuvat aitotumallisten taudinaiheuttajien, kuten suolistoloisten, hätistämiseen. 5) IgD: Toimintaa ei tarkasti tunneta. Pysyttelevät kiinni B-solujen ulkopinnassa. Voimakkaimmin muuntelevia ovat Y-kirjaimen haarukkaosassa sijaitsevat osaproteiinit. Kevyen ketjun ulkopään (kirjain D) muodostavaa osaproteiinia varten on olemassa peräti 180 erilaista geeniversiota. Modulaarisuuden lisäksi vasta-ainemolekyylien rakennepiirteitä monipuolistaa se, että täsmälleen samanlaisetkin osaproteiinit voivat kiinnittyä niitä ympäröiviin osaproteiineihin useammissa vaihtoehtoisissa asennoissa. Kaikesta edellä esittämästäni seuraa, että jos kirjahylly olisi lottokuponki, siinä olisi sadoittain numeroita, joista rastitettaisiin kuusi kuhunkin B-soluun. Ymmärrät varmaan, että on äärimmäisen epätodennäköistä, että tällä menetelmällä syntyisi kahta reseptorirakenteeltaan täsmälleen samanlaista B-solua. Tähän

reseptorirakenteiden tavattomaan muuntelevuuteen perustuu elimistömme kyky puolustautua lähes kaikkia mahdollisia mikrobihyökkäyksiä vastaan. Uusia reseptorirakenteita tuotetaan nimittäin kaiken aikaa ikään kuin kokeilumielellä (kuvaus seuraavan otsikon alla). Omaehtoisesti kehittyvä puolustusjärjestelmä on olemassaolomme ehto. Jäykkä ja sopeutumiskyvytön puolustusjärjestelmä olisikin elinkelvoton muuntumiskykyisyyttä uhkuvassa mikrobimaailmassa. 7.5. Klonaalinen valinta eli mikrobi-infektion torjunta käytännön tasolla B-solu siis aktivoituu, jos jokin vierasantigeeni, esimerkiksi bakteerin pinnalla oleva proteiini, tarttuu B-solureseptorin haarukkaosan kärkiin. Tarttuminen tapahtuu proteiineille tyypilliseen tapaan avain-lukko-periaatteella. Tämä tarkoittaa sitä, että yksittäinen bakteeri ei suinkaan saa kimppuunsa mitä tahansa B-soluyksilöitä. Vain sellaiset B-solut aktivoituvat, joiden reseptorirakenne ”tunnistaa” bakteeriproteiinien rakenteen. Aktivoituminen tarkoittaa, että B-solu tiputtaa reseptorinsa veriplasmaan. Samalla B-solu alkaa tuottaa samanlaisia reseptoreita suurin määrin. Kaikki nekin päätyvät verinesteen vietäviksi. T-tappajat puolestaan alkavat tuhota kohteita, joihin vasta-ainemolekyylit kiinnittyvät. Useimmiten siis taudinaiheuttajia. Aktivoituneet B-solut alkavat myös jakautua tuottaen itsensä kaltaisia jälkeläisiä, jotka nekin alkavat tiputella reseptoreitaan verinesteeseen. Siksi kulloiseenkin mikrobitilanteeseen parhaiten soveltuvat B-solut yleistyvät ja vähemmän hyödylliset B-solutyypit muuttuvat vähemmistöksi. Näin toteutuu evolutiivinen kilpajuoksu alati muotoaan muuttavien taudinaiheuttajien kanssa. Osa tarpeellisuutensa osoittaneista B-soluista muuttuu ns. B-muistisoluiksi, jotka jäävät vereen pitkiksi ajoiksi ja jatkossa aktivoituvat nopeasti tutun mikrobin kohdatessaan. B-solut ovat eräänlainen mikrotason esimerkki elimistön sisällä tapahtuvasta luonnonvalinnasta. Sen raaka-aineena on satunnaisesti määräytyvä vasta-aineiden rakenne. Englannin kielessä asia tunnetaan nimellä ”clonal selection” (suomeksi klonaalinen valinta). Klonaalinen valinta kohdistuu myös T-soluihin. Niidenkin ulkopinnalla on B-solureseptoreita suuresti muistuttavia modulaarisesti (siis pikkuosasista) rakentuvia reseptoreja. Toisin kuin B-solut, T-solut eivät reseptoreillaan pysty kiinnittymään vierasantigeeneihin sellaisinaan (vaikkapa vapaina liikkuviin bakteereihin). T-solut havaitsevat antigeenin vain, kun se tarjoillaan niille MHC-reseptorien avulla (jo edellä ollut kuva 38). Vaikka T-soluaktivaatio onkin hieman B-soluaktivaatiota monimutkaisempaa, sen tuloksena kutakin vierasta proteiinia vastaan syntyy T-auttaja- ja T-tappajasoluklooneja. Aktiivisen T-tappajan reseptorit solahtavat MHC-reseptori

/antigeeniyhdistelmän muotoihin. Näin se tunnistaa ja sitten tuhoaa jokaisen sellaisen kohdesolun, jonka pinnalta se löytää aktivaation alun perin aiheuttaneen MHC-reseptori /antigeeniyhdistelmän. Tällainen hyökkäys käynnistyykin helposti, sillä vaikka T-soluaktivaatioon kykenevät vain makrofagit ja dendriittisolut, lähes kaikissa muissakin elimistömme soluissa on MHC-reseptoreita. T-solureseptorien toimintaan perustuva puolustusreaktio on terveytemme kannalta yhtä tärkeä kuin vasta-ainevälitteinenkin (siis B-solureseptoreihin perustuva). Asiasta tulee uudelleen puhetta autoimmuunisairauksia käsittelevässä kappaleessa 7.13. T-soluaktivaation ja siihen sisältyvän klonaalisen valinnan tuloksena elimistöön rikastuu hyödyllisiksi osoittautuneita T-muistisoluja. 7.6. Monoklonaaliset vasta-aineet tieteen palveluksessa Rokotteet sisältävät heikennettyjä taudinaiheuttajia tai niistä eristettyjä proteiineja. Rokotuksen tuloksena eri valkosolutyypit aktivoituvat yhteistyökaavion mukaisella tavalla. Jos rokottamalla aktivoituja B-soluja laitetaan kasvatusmaljalle, jossa on riittävästi aminohappoja vasta-ainetuotantoa varten, B-solut jatkavat vasta-aineiden tuottamista myös elimistön ulkopuolella. Maljalta vasta-aineita voidaan rikastaa. B-solujen tuottamat vasta-aineet ovat kohdemolekyylinsä valinnassa äärimmäisen nirsoja. Ne kiinnittyvät vain ja ainoastaan siihen proteiiniin, joka B-soluaktivaation alun perin käynnisti. Erikoistuneisuus tarjoaa mahdollisuuden valmistaa B-solujen avulla täsmätyökaluja solubiologisia tutkimuksia varten. Tämä tapahtuu seuraavasti:

1. Laboratoriohiiri rokotetaan jollakin tieteellistä mielenkiintoa herättävällä proteiinilla. Tällöin hiirulaisen B-solut aktivoituvat.

2. Proteiinialtistuksen jälkeen hiiripoloiselta poistetaan paitsi nirri myös perna. Se sisältää paljon valkosoluja, myös B-soluja.

3. Pernasta poimitaan B-soluja kasvatusmaljoille. Kullekin kasvatusmaljalle asetetaan kasvamaan täsmälleen yksi B-solu. Kasvatuksen helpottamiseksi B-solu on tapana yhdistää syöpäsolun kanssa. Viljelmään lisätään aminohappoja (proteiinien perusosia) vasta-ainemolekyylien raaka-aineeksi (tarvittaessa voidaan käyttää radioaktiivisista raaka-aineista tehtyjä aminohappoja).

4. B-solun ja sen jakautumisen tuloksena syntyvien tytärsolujen (B-solukloonin) tuottamat vasta-aineet rikastetaan kasvatusliuoksesta. Koska kullakin maljalla on yksi (=mono) B-soluklooni, kasvatusliuoksessa on vain yhtä vasta-ainemolekyylityyppiä. Näin tuotettuja ja maljalta rikastettuja vasta-ainemolekyylejä kutsutaankin monoklonaalisiksi vasta-aineiksi.

Monoklonaalisia vasta-aineita voidaan käyttää vaikkapa tietyn proteiinin tunnistamiseen jostakin kudosleikkeestä. Tämä voi olla ajankohtaista esimerkiksi silloin, kun halutaan selvittää toimiiko kyseistä proteiinia koodaava siirrosgeeni

vastaanottajaksi valitussa eliössä vai ei. Kun leike upotetaan liuokseen, jossa vasta-ainetta on, vasta-ainemolekyylit tarttuvat kohdeproteiineihinsa. Ellei näin käy, kyseistä proteiinia ei esiinny näytteessä. Voidaan päätellä, että siirrosgeeni ei toimi. Monoklonaalisia vasta-aineita voidaan käyttää myös kohdeproteiinien ”rampauttamiseen”. Kohteeseensa kiinnittyvä vasta-ainemolekyyli estää proteiinin normaalin toiminnan. Siksi monoklonaalista vasta-ainetta verenkiertoon ruiskuttamalla voi selvitä kohdeproteiinin merkitys vaikkapa laboratoriohiiren hyvinvoinnille. Monoklonaalisia vasta-aineita voidaan käyttää myös lääkeaineina. Tällöin niitä kutsutaan immunoglobuliineiksi. Esimerkiksi maksatulehduksia (hepatiitit) vastaan kannattaa ottaa immunoglobuliiniruiske jo vaikkapa Pietariin matkustettaessa. Monia tutkimustyössä usein tarvittavia vasta-aineita voi nykyisin ostaa valmiiksi pullotettuina. Monoklonaaliset vasta-aineet ja vasta-aineiden vasta-aineet soveltuvat monin muinkin tavoin lääketieteen tarpeisiin. Seuraavassa olen esitellyt niistä muutaman (kuvat 41 – 43).

1. Superantigeenit (= toi) houkuttelevat laajempaa T-solujen joukkoa kuin tavanomaiset antigeenit

2. Eristetään syöpäsoluille ominaisia antigeeneja

Kuva 41. Esimerkki vasta-aineiden hyödyntämisestä syöpäkasvainten torjunnassa. Superantigeenit ovat aineita, jotka vetävät puoleensa poikkeuksellisen laajaa eri T-solukloonien joukkoa. Kuvan esittämä hoitomuoto on osoittautunut uskomattoman tehokkaaksi jopa laajalle levinneiden syöpäkasvainten hoidossa. Monoklonaaliset vasta-aineet ja superantigeenit kiinnitetään toisiinsa geenitekniikan avulla. Kummankin rakenneohjeen sisältävä geeni eristetään ja ne kiinnitetään toisiinsa. Kun tämä yhteenliittymä siirretään bakteerisoluihin, bakteerit tuottavat yhdistelmägeenin koodaamaa yhdistelmäproteiinia.

Syöpäsolu

T-tappaja

Tavallinen antigeeni Makrofagi

T-solun esiaste

Syöpäsolu

4. Kun yhdistetään syöpäantigeeneja tunnistavat monoklonaaliset vasta-aineet superantigeenien kanssa, tuloksena on T-tappajasoluja syöpäsolujen kimppuun tehokkaasti houkutteleva lääkeaine.

Makrofagi

3. Tuotetaan syöpäantigeenin tunnistavia monoklonaalisia vasta-aineita

T-solun esiaste T-tappaja

T-solun esiaste

T-tappaja

1. HI-virus pääsee T-auttajasoluihin vain telakoitumalla T-auttajasolujen ulkopinnalla olevien CD4-apureseptorien kanssa. Tämä tapahtuu HI-viruksen ulkopinnalla olevien GP120-proteiinien (pienet mustavalkoiset palloset) avulla.

T-auttajasolu

Terveen ihmisen T-auttajasolu

2. Tutkijat eristävät CD4-apureseptoreita ja tuottavat niiden avulla monoklonaalisia anti-CD4-vasta-aineita.

3. Jos anti-CD4-vasta-aineita ruiskutetaan ihmisen vereen, ne kiinnittyvät T-solun CD4-apureseptoreihin estäen HI-viruksen GP120-proteiinia telakoitumasta CD4-apureseptoreihin. Koska telakoituminen estyy, ei virus pääse solujen sisälle eikä voi lisääntyä. HIV

Kuva 42. Esimerkki monoklonaalisiin vasta-aineisiin perustuvasta AIDS-lääkkeestä. Viruksen pääsyä valkosolujen sisään edeltää telakoituminen, joka tapahtuu HI-viruksen pinnalla olevien GP120- ja T-solujen pinnalla olevien CD4-proteiinien välillä. Vasta-aineita voitaisiin tuottaa kumman tahansa telakoitumisessa tarvittavan proteiinin salpaamiseen. Kuvassa vasta-aineita on tuotettu CD4-proteiineja varten. Menetelmän käytöstä ei vielä ole kokeellisia tuloksia.

CD4-apureseptoreita

GP120- proteiini

Insuliinimolekyylejä

3. Tuotetaan monoklonaalisia vasta-aineita, jotka kiinnittyvät insuliinin vasta-aineisiin (vasta-aineen vasta-aineita siis)

Insuliinireseptori

Vasta-aineen vasta-aine

1. Insuliiniin kiinnittyvät vasta-ainemolekyylit estävät insuliinin normaalin toiminnan

4. Kun vasta-aineen vasta-aineita ruiskutetaan potilaan verenkiertoon, insuliinimolekyylit voivat jälleen toimia normaalisti. 5. Kiintoisa yksityiskohta on, että vasta-aineen vasta-aineet vaikuttavat elimistössä insuliinin tapaan. Nehän ovat insuliinimolekyylin ”negatiivin negatiiveja” eli siis alkuperäisen insuliinimolekyylin muotoisia ”positiiveja”.

Rasvasolu

2. Tutkijat eristävät insuliinin vasta-ainetta

Kuva 43. Vasta-aineiden vasta-aineiden (anti-antibody) käyttö insuliiniresistenssin hoidossa. Joillakin aikuistyypin diabetesta sairastavilla potilailla insuliinia erittyy normaalisti, mutta se ei vaikuta ns. insuliiniresistenssin vuoksi. Tällöin elimistön omat B-solut tuottavat vasta-ainemolekyylejä, jotka tarttuvat insuliinimolekyyleihin.

7. 7. Elinsiirtoihin liittyviä valkosoluasioita Valkosolujen yhteistyöhön tutustuessamme kerroin makrofageista ja dendrosyyteistä

(yhteisnimeltään APC eli Antigen Presenting Cells), joiden tärkeänä tehtävänä on aktivoida T-soluja. Tämän ne tekevät esittelemällä näille vieraita proteiineja. Esittely

tapahtuu makrofagien ja dendrosyyttien pinnalla olevien reseptorien avulla. Makrofagit ja dendrosyytit haalivat sisäänsä bakteereita ja kuolleiden solujen osia,

pilkkovat näiden sisältämiä proteiineja lyhyiksi aminohappoketjuiksi ja pakkaavat ne pintareseptoriensa haarukoihin. Samoin käy infektoituneiden makrofagien ja

dendrosyyttien solulimassa tuotetuille virusten proteiineille. T-soluaktivaatio tosiaankin edellyttää, että antigeenit ovat kiinnittyneinä makrofagien tai dendrosyyttien pintareseptoreihin. T-soluaktivaatio siis poikkeaa B-soluaktivaatiosta siinä, että T-solureseptorit eivät tunnista elimistössä vapaina ajelehtivia vierasantigeenejä. Esimerkiksi vapaina liikkuvat bakteerit jäävät siis T-soluilta huomaamatta. Makrofagien ja dendrosyyttien reseptoreita kutsutaan MHC-proteiineiksi (Major Histocompatibility Complex, suomeksi kudosyhteensopivuustekijä). Ihmisen MHC-molekyyleistä käytetään myös lyhennettä HLA (Human Leucocyte Antigen). Ihmisen MHC-reseptorigeenit sijaitsevat kuudennen kromosomin lyhyemmässä käsivarressa. Makrofageja ja dendrosyyttejä on paitsi veressä myös useimmissa kudoksissamme tavallisten solujen väliin soluttautuneina. Lepotilassa olevat T-solut seilaavat verenkiertomme mukana ja lukevat makrofagien ja dendrosyyttien MHC-reseptoreita omilla reseptoreillaan (kuva 44). APC-solujen ja T-solujen reseptorit sopivat yhteen avain-lukko-periaatteella ja MHC-reseptorit ovat ikään kuin tunnussana, joka makrofagien ja dendrosyyttien on lausuttava oikein. Tunnussana muuttuu virheelliseksi, jos reseptoriin on tarttunut vieras proteiini. Väärä tunnussana saa T-solut aktivoitumaan.

Kuva 44. Makrofagit ja dendrosyytit aktivoivat T-soluesiasteita esittelemällä niille vierasantigeenejä. Koska kussakin taudinaiheuttajassa on valtava määrä erilaisia proteiineja, syntyy yhden taudinaiheuttajan tuhoamiseen suuri joukko erilaisia T-tappaja- ja T-auttajaklooneja.

Makrofagi tai dendrosyytti paloittelee pöpön sisältämät proteiinit monenlaisiksi erilaisiksi peptideiksi ja esittelee niitä T-soluille.

MHC-reseptori

MHC-reseptori T-solun esiaste

T-solun esiaste

Vierasantigeeni

T-solujen aktivoituminen noudattaa samaa darwinistista luonnonvalintaa kuin B-solujenkin. Aktivoitunut T-solu alkaa jakautua ja kaikki sen jälkeläiset pystyvät kiinnittymään vain sellaiseen vieraaseen (MHC-reseptorissa kiinni olevaan) proteiiniin, joka on aktivoitumisen alun perin aiheuttanut. Näin jokaista vierasta proteiinia vastaan syntyy sen torjumiseen erikoistunut T-solujoukko. Jos aktivoitumisen tuottama T-solu on T-tappaja, se tuhoaa jokaisen sellaisen kohdesolun, jonka pinnalla tuttu MHC-antigeeniyhdistelmä on. 7. 8. B7-signaali T-solun aktivoitumiseen ei tosiasiassa riitä pelkkä makrofagin tai dendrosyytin väärin lausuma tunnussana. Saadakseen T-solut villiintymään makrofagin tai dendrosyytin on annettava eräs toinenkin ärsyke. Tämän toisen ratkaisevan ärsykkeen ne antavat ns. B7-proteiinin avulla (kuva 45). B7 toimii MHC-reseptorin apureseptorina nimenomaan vain APC-soluissa (Antigen Presnting Cells = makrofagit ja

dendrosyytit). T-soluesiasteisiin B7 puolestaan telakoituu käyttämällä niiden pinnalla olevaa apureseptoria, jonka nimi on CD28. Jos T-solut saavat APC-soluilta pelkän MHC-signaalin ilman B7:ää, T-solut muuttuvat loppuiäkseen aktivoitumiskyvyttömiksi (ns. anerginen tila). Anergian aikaansaaminen on tarpeellista silloin, kun T-solut kypsyvät kateenkorvassa tai pernassa. Kypsymisen aikana T-soluille esitellään elimistön omia proteiineja. Jos T-solu tällöin kiinnostuu niistä, APC-solut tuhoavat sen tai vaivuttavat anergiseen tilaan.

MHC-reseptori

T-solun esiaste

Makrofagi tai dendrosyytti

Antigeeni

CD28-reseptori

B7-reseptori

T-solureseptori

Kuva 45. B7-signaali.

B7-reseptori on kaikilla ihmisillä samanlainen, joten lääkeaine, joka estäisi sen toiminnan vaikuttaisi kaikkien ihmisten elimistössä samalla tavalla. Sen sijaan MHC-reseptorien rakenne muuntelee valtavasti eri ihmisyksilöiden välillä. Tämän reseptorin toimintaa olisi siksi vaikeata estää yhdellä kaikille sopivalla lääkkeellä. B7-signaalin löytyminen on luonut uutta toivoa elinsiirroissa tapahtuvien hylkimisreaktioiden torjumiseen. B7-signaalin estoon perustuva lääkitys estäisi uusien T-solujen aktivoitumisen kudossiirrännäisen saannin jälkeen. Mutta käsittely ei haittaisi potilaassa aiemmin aktivoituneiden T-solulinjojen toimintaa. Potilas säilyttäisi elämänsä aikana aiemmin kertyneen immunologisen pääoman taistelukykyisenä. Aikuisella tämä riittää useimpien pöpöjen torjumiseen. Ennen B7-signaalin löytymistä kudossiirtojen

yhteydessä annettu lääkitys aina lamaannutti potilaan kaikkien lymfosyyttien toiminnan. Sitä, millä perusteella makrofagit ja dendrosyytit päättävät B7-signaalin antamisesta, ei vielä tiedetä. 7. 9. Ja vielä yksi huomio Makrofagit ja dendrosyytit eivät ole varustautuneet MHC-reseptoreilla siksi, että ne olisivat jotenkin aavistaneet, että eräänä päivänä tehdään elinsiirtoja, jolloin huijaus pitäisi paljastaa vierasta elintä hylkimällä. Vastaanottajan elimistö onkin vain osittain vastuussa siirroselimen hylkimisestä. Päävastuun kantavat siirroselimen mukana tulevat vieraat makrofagit ja dendrosyytit. Nehän joutuvat yhtäkkiä kokonaan vieraaseen proteiiniympäristöön. Niiden MHC-reseptorit täyttyvät yhdessä hujauksessa vastaanottajan proteiineista. Tämän vuoksi ne lähettävät myös estoitta B7-signaaleja. Vastaanottajan T-soluissa vieras MHC-reseptori (varsinkin yhdessä B7-signaalin kanssa) tulkitaan merkiksi vieraista hyökkääjistä ja tavanomainen puolustusreaktio käynnistyy. (Kuva 45b)

2. Siirroselimen mukana tulevat makrofagit ja muut APC-solut pakkaavat vastaanottajan proteiineja MHC-reseptoreihin.

1. Vastaanottajalle ominaisia proteiineja

3. Vieras proteiiniympäristö käynnistää voimakkaan B7-signaalituotannon.

B7

B7

MHC MHC

MHC MHC

Vastaanottajan T-soluesiaste CD28

T-solureseptori

Vastaanottajan T-soluesiaste CD28

4. Vastaanottajan T-solut aktivoituvat ja aloittavat siirroselimen tuhoamisen.

Kuva 45b. Siirroselimen tuhoutuminen käynnistyy, koska sen mukana tulevat APC-solut aktivoivat vastaanottajan T-soluesiasteet. Kuvassa sydän kuvaa samanaikaisesti sekä siirroselintä että sen mukana tulevia APC-soluja.

Sian elimet sopisivat kokonsa puolesta hyvin ihmisen siirroselimiksi. Jos MHC-reseptorien rakenteesta vastaavat geenit siirrettäisiin hedelmöitettyyn possualkioon ihmiseltä, olisi syntyvällä sialla tälle ihmiselle sopivat varaelimet. Niiden mukana tulevat makrofagit ja dendrosyytit yrittäisivät kyllä kovasti esitellä ihmiselimistön proteiineja ja tyrkyttäisivät B7-signaaliakin, mutta vastaanottajan valkosolut tulkitsisivat esittely-yritykset aiheettomiksi, koska MHC-signaali vaikuttaisi täysin arkipäiväiseltä. 7. 10. Lähitarkastelussa T-soluaktivaatio ja MHC-reseptorityypit (kuva 47) Aikaisemmin on jo tullut esille, että antigeenejä esittelevät solut, etenkin makrofagit ja dendrosyytit, ovat vastuussa T-soluaktivaatiosta. Tähän ne käyttävät MHC-reseptoreitaan. Tarkasti ottaen MHC-reseptoreista tunnetaan kaksi alatyyppiä MHC I ja MHC II-reseptorit. Antigeenien esittelyyn erikoistuneet solut eroavat muista solutyypeistämme siinä, että niiden pinnalla on molempia MHC-reseptorityyppejä. MHC I-reseptoreita on kaikkien solujemme pinnalla (tässä eräs syy nimitykseen kudosyhteensopivuustekijä). Antigeenien esittelijät eivät aktivoi valmiita T-soluja, vaan T-soluesiasteita. Tällaiset T-solut eivät vielä ole sen kummemmin T-auttajia kuin T-tappajiakaan.

Makrofagi tai dendrosyytti paloittelee pöpön sisältämät proteiinit monenlaisiksi erilaisiksi peptideiksi ja esittelee niitä T-soluille.

MHC I

MHC II CD4

CD8

CD4

CD8

T-soluesiaste

T-soluesiaste

MHCII-reseptorin aktivoimasta T-solusta surkastuvat CD8-reseptorit, tuloksena T-auttaja.

MHCI-reseptorin aktivoimasta T-solusta surkastuvat CD4-reseptorit, tuloksena T-tappaja.

Kuva 46a. MHC I ja MHC II reseptorien merkitys T-soluaktivaation aikana. T-soluesiasteet erilaistuvat T-auttajiksi ja T-tappajiksi riippuen siitä, kumpi MHC-reseptorityypeistä on T-solun alun perin aktivoinut.

T-solujen pinnalla on varsinaisten T-solureseptorien lisäksi myös niin sanottuja apureseptoreita. Näistä CD4 ja CD8 ovat T-auttajien (CD4) ja T-tappajien (CD8) tuntomerkkejä. Erilaistumattomilla T-soluilla on molemmat apureseptorityypit. Aktivaation tuloksena toinen apureseptorityyppi surkastuu (kuva 46a), jolloin T-solu saa oman yksiselitteisen identiteettinsä. Vasta makrofagien tai dendrosyyttien aikuistamat T-solut ovat toimintakykyisiä. Huomaa, että koska jokaisessa taudinaiheuttajassa on valtavasti erilaisia proteiineja, yhden pöpötyypin tuhoamiseen syntyy useita T-auttaja- ja T-tappajasoluklooneja. Peukalosääntö ja kiikaritähtäin Reseptorityyppien surkastumiseen liittyy seuraava muistisääntö: kun yhden käden peukalo on pystyssä (= MHC I reseptori), neljä sormea on koukussa (= CD4

reseptorit surkastuvat), kun kaksi peukaloa ovat pystyssä (= MHCII reseptori), kahdeksan sormea on koukussa (= CD8 reseptorit surkastuvat). Numero kahdeksan muistuttaa vaakasuoraan käännettynä kiikareita ja palkkamurhaajilla on usein kiikaritähtäin. Tästä voisi muistaa, että CD8-solut ovat T-tappajia. Havainnosta seuraa toisin päin, että CD4-solut ovat T-auttajia. MHC I ja MHC II-reseptorien kyky saada T-soluesiasteet erilaistumaan T-tappajiksi ja T-auttajiksi näkyy myös kuvissa 46 b ja 46 c. Nämä kuvat ovat astetta seikkaperäisempiä esityksiä kuvasta 46a sekä kuvasta 37, valkosolujen välinen yhteistyökaavio. 7. 11. MHC I ja MHC II-reseptorien toimenkuvat ovat erilaiset MHC-I-tyypin reseptorit esittelevät pääsääntöisesti proteiineja, jotka ovat syntyneet solujemme sisällä. Tällaiset vierasantigeenit ovat tavallisimmin peräisin viruksista (virukset ovat aitotumallisten solujen loisia). Virusten saastuttamat solut on tuhottava. Näin ajatellen on luontevaa, että MHC-I-reseptorin aktivoimista T-soluista tulee nimenomaan T-tappajia. Nämä nimittäin tappavat sellaiset solut, joista ne löytävät alkuperäisen aktivaatiosignaalin mukaisen MHC-I-reseptori / virusproteiiniyhdistelmän. (Kuva 46b) MHC-II tyypin reseptorit esittelevät pääsääntöisesti solujemme ulkopuolella syntyneitä vierasantigeeneja. Tavallisimmin nämä ovat peräisin bakteereista tai aitotumallisista mikrobeista. Näin ajatellen on luontevaa, että aktivoituvista T-soluista kehittyy T-auttajia. T-auttajasolut tuottavat lymfokiineja, jotka houkuttelevat paikalle solusyöntiin erikoistuneita valkosoluja esimerkiksi makrofageja ja dendrosyyttejä. Houkutusvaikutusta vielä lisäävät B-solujen tuottamat vasta-aineet. (Kuva 46c) Mainittakoon vielä sekin, että MHC-I-reseptoreita on kaikkien solujemme pinnalla (ainakin lähes, ope ei tiedä ihan varmasti). Asialla on yhteyksiä myös autoimmuunisairauksiin, joita käsitellään kappaleessa 7.13. Sen sijaan MHC-II-reseptoreita ja B7-signaalin antavia reseptoreita tavataan vain antigeenien esittelyyn erikoistuneissa solutyypeissä, kuten makrofageissa, dendriittisoluissa ja (hassua kylläkin) B-soluissa. Näitä kutsutaan yhteisnimellä APC-solut (Antigen Presenting Cells). Kun tutkit kuvia 46b ja 46c, kiinnitä huomiota erityisesti T-solureseptorien, MHC I ja II sekä B7 / CD28 -reseptorien merkitykseen antigeenien esittelyssä. Huomaa myös, missä suhteissa bakteeri- ja virusinfektion torjunta muistuttavat toisiaan, mutta myös, missä suhteissa ne eroavat toisistaan. Jotta saat luetuksi myös kuvatekstit, kuvia täytyy zoomata jonkin verran. Esim. 130 % saattaa olla sopiva zoomausarvo.

Vihainen makrofagi

.

. Makro- fagi . .

B-solu

Kuva 46b. Virusinfektion torjunta. Huomaa, että T-solu-esiasteet saavat erilaistumi- seen johtavan B7-signaalin vain APC-soluilta

MHC-II

MHC-II

MHC-I

3. MHC-II- aktivaatio

3. MHC-I-aktivaatio

Solun oma proteiini

Ei aktivaatiota

2. Virus- proteiini

2.Virusproteiini

MHC-II

MHC-I

3. MHC-I- aktivaatio

1. Tavallinen solu, jossa virusinfektio

MHC-I

4b. MHC-I-kontakti, apoptoosis eli sairaan solun ohjattu solukuolema

4b. MHC-I-kontakti, apoptoosis eli sairaan solun ohjattu solukuolema

Solun oma proteiini, ei T-solukontaktia

T-tappaja

T-auttaja

T-solu-esiaste

T-solu- esiaste

T-solu- esiaste

T-tappaja

T-tappaja

T-tappaja

MHC-I

Solun oma proteiini

2. Virus- proteiini

2. Virus- proteiini

1. APC-solu, jossa virusinfektio

1.Solusyönti eli fago- sytoosi

T-solu-esiaste

T-solu-esiaste

T-solu-esiaste

Ei aktivaatiota

T-auttaja

3. MHC-II- aktivaatio

T-tappaja

T-auttaja

T-auttaja

T-auttaja

T-Tappaja

4a. Lymfokiineja

B-solu

B-solu

B-solu

5. Vasta-ainetuotanto

4c. B-soluaktivaatio

4a. Lymfokiineja

B-solu

B-solu

4c. B-solu-aktivaatio

5. Vasta-ainetuotanto

DNA

DNA

Virus

Virus

Virus

Virus

Virus

Virus

4a. Lymfokiineja

4a. Lymfokiineja

B7

B7

B7

B7

CD28

CD28

CD28

CD28

MHC-I

MHC-I

MHC-I

MHC-I

MHC-I

MHC-I

Vihainen makrofagi

.

. 6. Solusyönti eli fagosytoosi

6. Vihaiset makrofagit syövät ohjatun solukuoleman eli apoptoosin kokeneen solun rippeet.

Tässä vielä tiiviisti yhteenveto ylläolevan kuvan 46b esittelemistä tapahtumista: 1. APC-solut syövät viruksia. Tapahtuu siis solusyöntiä eli fagosytoosia. 2. Viruksen infektoima APC-solu alkaa tuottaa virusproteiineja 3. Virusproteiineja sitoutuu sekä MHC I että MHC II reseptoreihin, jolloin käynnistyy sekä MHC I että MHC II välitteinen T-soluaktivaatio (tähän tarvitaan myös B7 / CD28 kontakti). Solun omat proteiinit eivät käynnistä T-soluaktivaatiota. 4a. MHC II aktivaatio tuottaa T-auttajasoluja. Nämä erittävät ulkopuolelleen lymfokiinejä. Lymfokiinit voimistavat B-solujen aktivaatiota (4c). Lymfokiinit voimistavat myös T-soluaktivaatiota (4b). 5. B-solut tuottavat vasta-aineita, jotka tarttuvat elimistössä oleviin virusproteiineihin. 6. Vihaiset makrofagit tuhoavat vasta-aineilla merkityt virukset. 4b. MHC I aktivaatio tuottaa puolestaan T-tappajia. T-tappajat aiheuttavat ohjatun solukuoleman eli apoptoosin sellaisissa soluissa, joista ne löytävät saman MHC I reseptoriin tarttuneen proteiinin kuin oli se, jonka vaikutuksesta ne alunperin aktivoituivat. Huomaa, että ohjatussa solukuolemassa solun sisältämät makromolekyylit hajotetaan perusosasiinsa. Näin myös viruksen sisältämä geneettinen koodi tuhoutuu.

Tässä vielä tiiviisti yhteenveto myös ylläolevan kuvan 46c esittelemistä tapahtumista: 1a. Bakteereita saapuu elimistöön. 1b. Osa bakteereista joutuu APC-soluihin aktiivisen solusyönnin eli fagosytoosin tuloksena. 2. APC-solu hajottaa bakteereita ja pakkaa bakteeriantigeeneja MHC-reseptoreihinsa. 3a ja 3b. Tapahtuu sekä MHC I että MHC II välitteinen T-soluaktivaatio (tähän tarvitaan myös B7 / CD28 kontakti). MHC II aktivaatio tuottaa T-auttajasoluja, MHC I aktivaatio tuottaa T-tappajasoluja. 3c. Reseptorirakenteeltaan oikeanlaiset B-solut aktivoituvat ja alkavat tuottaa vasta-ainemolekyylejä. 4a. T-auttajat tuottavat lymfokiineja, jotka voimistavat T-tappajasolujen ja B-solujen aktivaatiota (4b). Lymfokiinit myös muuttavat tavalliset makrofagit vihaisiksi makrofageiksi. 5a. T-tappajasolut hajottavat bakteerisoluja. Bakteerisoluissa tapahtuu siis lyysis. 5b. Vihaiset makrofagit poistavat hajonneet bakteerit fagosytoimalla niitä. 7. 12. T-solureseptorien rakennevaatimukset

4b.Vasta-aine-tuotanto

CD28

T-tappaja

T-tappaja

3b. MHC-I-aktivaatio

Makro- fagi . .

2. Bakteeri- antigeeneja

T-solu- esiaste

T-auttaja

Vihainen makrofagi

.

. T-solu- esiaste

T-auttaja

APC-solu

MHC-I

MHC-II

MHC-II MHC-I

4a. Lymfokiineja

B-solu

B-solu

B-solu

T-auttaja

4a. Lymfokiineja

5. Solusyönti

1b. Solusyönti

3a. MHC-II-aktivaatio

3c. B-soluktivaatio

T-tappaja

5a. Lyysis

4b. Vasta-aine-tuotanto

4b.Vasta-aine-tuotanto

1a. Bakteereita elimistöön

Kuva 46c. Bakteeri-infektion torjunta

T-solu- esiaste

T-solu- esiaste

T-solu- esiaste

MHC-I MHC-II

T-auttaja T-tappaja

MHC-II

Bakteeri

5a. Lyysis

Bakteeri

4a. Lymfokiineja

Bakteeri

4a. Lymfokiineja

4a. Lymfokiineja

T-solu- esiaste

B7

CD28

CD28

CD28

CD28

CD28

B7 B7

B7

B7

B7

Toisin kuin B-solujen reseptorit T-solureseptorit eivät siis kiinnity vierasantigeeniin sellaisenaan. Tästä säännöstä on tosin yksi poikkeus: eräät gamma-delta-reseptorilla (katso tekstin viimeisestä kappaleesta T-soluja koskeva reseptoriyhteenveto) varustetut T-solut pystyvät itsenäiseen antigeenikontaktiin. Pääsääntöisesti, kuitenkin, antigeenin on aina ensin oltava kiinni MHC-reseptorissa. T-solureseptorilla onkin näin ollen omalla tavallaan kiinnostavat rakennevaatimukset:

1. Sen tulee sopia reunaosiensa puolesta MHC-reseptorin muotoihin 2. Sen on keskiosiltaan sovittava vierasproteiinin muotoihin 3. Sen keskiosat eivät saa sopia elimistön omien proteiinien muotoihin Viimeinen kohdista on tärkeä siksi, että makrofagit ja dendrosyytit esittelevät T-soluille enimmäkseen elimistön omia proteiineja. Jos T-solureseptorit tarttuisivat näihin, tuloksena olisi helposti autoimmuunisairauksia. Autoimmuunitaipumusta tarkkaillaan T-solujen kypsymisen aikana kateenkorvassa eli Thymuksessa (joka surkastuu murrosiässä), imusolmukkeissa ja pernassa. Tällöin jopa 95 % kypsyvistä T-soluista tuhotaan tai asetetaan anergiseen tilaan, koska ne osoittavat taipumuksia autoimmuunihyökkäyksiin. Tuhoamisesta vastaavat ennen kaikkea dendrosyytit. Sitä, miten autoimmuunitaipumuksen tarkkailu tapahtuu, ei vielä tarkoin tunneta. Se tapahtuu kuitenkin vaiheittain. Ensimmäisessä vaiheessa (ns. positiivinen valinta) jätetään henkiin vain sellaiset T-solut, joiden reseptorit ”loksahtavat” MHC-reseptorien muotoihin. Seuraavassa vaiheessa (ns. negatiivinen valinta) T-soluille esitellään elimistön omia proteiineja ja niihin reagoivat T-solut tuhotaan. Kateenkorvan ja pernan solut tuottavat tämän jälkimmäisen valintavaiheen aikana myös sellaisia proteiineja, joita muutoin elimistössä tuottavat vain harvat ja valitut elimet tai kudostyypit. Tällainen proteiini on esimerkiksi insuliini. Myös B-solujen elämänkaareen kuuluu samantapainen autoimmuunitaipumusta ehkäisevä kypsymiskausi. Linnuilla B-solujen kypsyminen tapahtuu Fabriciuksen Bursaksi (Bursa = B-solu) kutsutussa elimessä, joka sijaitsee suolistossa. Nisäkkäillä B-solujen kypsyminen tapahtuu imusolmukkeissa ja pernassa.

7. 13. Sitten rykäys autoimmuunisairauksista Autoimmuunisairauksilla tarkoitetaan tilaa, jossa potilaan omat valkosolut alkavat tuhota hänen omia kudoksiaan. Tyypillisiä esimerkkejä ovat nuoruustyypin diabetes, nivelreuma ja MS-tauti. Ainakin joissakin tapauksissa näiden tautien synty johtuu ilmiöstä, jota kutsutaan nimellä molekulaarinen mimikry (= molekulaarinen yhdennäköisyys). Oletetaan, että nämä taudit laukaisee elimistölle vieras proteiini, joka sattumalta suuresti muistuttaa jotakin elimistön omaa proteiinia. Proteiinin lähteeksi voi sopia vaikkapa tavallinen influenssavirus tai vatsanväänteitä aiheuttava bakteeri.

Jos rakenteellinen samankaltaisuus on hyvin suuri, B-solujen tuottamat vasta-aineet tarttuvat paitsi taudinaiheuttajaan myös elimistön omiin proteiineihin. Vasta-aineet vetävät puoleensa T-tappajia, makrofageja ja dendrosyyttejä: solusyöntiin erikoistuneita valkosolutyyppejä. Tuloksena on kudosvaurioita. Vierasantigeenit aktivoivat usein myös T-soluvälitteisen (siis T-solujen aktivaatioon perustuvan) autoimmuunireaktion. Kun katsot tarkasti kuvaa 46b voit havaita, että kaikki (ainakin lähes) tavalliset solumme, esittelevät solun sisällä syntyviä proteiineja MHC- I-reseptoriensa avulla. Jos nimittäin solun sisään asettuu virus, solu itse ei tätä asiaa havaitse. Mutta kun solu tuon tuostakin nostaa erilaisia arkisia proteiininäytteitä MHC-I-reseptoreissaan esiteltäviksi, mukaan päätyy myös virusproteiineja silloin, kun infektio on tapahtunut. Valkosolujen toiminta muistuttaa siis kovasti tilannetta, jossa kuuro taluttaa sokeata. Kumpikaan ei oikein tiedä, mistä kokonaisuudessa on kysymys, mutta yhdessä oltaessa tilanne pysyy hallinnassa. Kun solu on terve, MHC-I-reseptoreissa on vain solun omia ”terveitä” proteiineja. T-solujen kypsymisen aikana mm. kateenkorvassa ja pernassa huolehditaan, että näiden kanssa kiinnittymiskykyisiä T-solureseptoreita ei elimistössä esiinny. Silti, aivan samoin kuin B-solureseptoreidenkin kohdalla, saattaa toisinaan käydä niin, että jokin elimistön oma proteiini, eroaa vain vähän jostakin taudinaiheuttajille ominaisesta proteiinista (Kuva 47). Mikäli nyt paikalle osuu tällaisen vieraan proteiinin aktivoima T-tappaja, sen reseptorit saattavat tarttua terveeseenkin soluun, jonka se sitten tuhoaa. Näin voi joskus syntyä runsaastikin sellaisia T-tappajia, jotka taudinaiheuttajien ohella harhautuvat tuhoamaan elimistön omia kudoksia. Vaikuttaa siltä, että täysin aukotonta keinoa estää tällaiset molekulaarisen yhdennäköisyyden laukaisemat puolustusreaktiot, ei ole.

Esimerkiksi haiman Beta-soluissa oleva MHC-I-reseptori

Makro- fagin tai dendros. MHC- reseptori

T-solu

Omasta elimistöstä peräisin oleva aminohappoketju. Vain osittainen yhteensopivuus T-solureseptorin kanssa.

Taudinaiheuttajasta peräisin oleva aminohappoketju. Täydellinen yhteensopivuus T-solureseptorin kanssa.

Kuva 47. Autoimmuunisairauksien puhkeaminen molekulaarisen yhdennäköisyyden seurauksena. Vasemmalla: Vierasantigeeni saa T-solun aktivoitumaan. Oikealla: Aktivoitu T-solu virheellisesti tulkitsee myös elimistön oman proteiinin taudinaiheuttajaperäiseksi. T-tappajat alkavat tuhota tällaisia soluja. Tuloksena on autoimmuunisairaus.

T-solun reseptori

Kun molemmat immuunireaktion muodot, vasta-ainevälitteinen ja soluvälitteinen, käynnistyvät elimistön omia kudoksia vastaan, yhdistelmä on tuhoisa. Valkosolut popsivat pois haiman beeta-solut nuoruustyypin sokeritaudissa, hermosolujen viejähaarakkeiden myeliinitupet (”a-luokan nakit”) MS-taudissa sekä nivelpinnat nivelreumassa. Perinnöllinen alttius autoimmuunisairauksiin riippuu makrofageissa ja dendrosyyteissä olevien MHC-reseptorien rakenteesta. Tietyt MHC-reseptoreja koodaavat geeniversiot tuntuvat muita useammin esiintyvän ihmisillä, joilla on jokin autoimmuunisairaus. On mahdollista, että nämä reseptorit sitovat poikkeuksellisen tiukasti antigeenejä. Tämän on todettu aktivoivan T-soluja tavallista voimakkaammin. Kääntäen, on havaittu, että mitä löysemmin antigeeni MHC-reseptoriin kiinnittyy sitä helpommin T-solut joutuvat anergiseen tilaan. Vaikka asiaa ei vielä tarkasti tunnetakaan, on MHC-reseptorien genetiikalla mitä ilmeisimmin tärkeä osa autoimmuunireaktioiden synnyssä ja estämisessä. On joka tapauksessa selvää, että autoimmuunisairaudet eivät ole perinnöllisiä sanan arkisessa tiukassa merkityksessä. Periytyvyys tulee ilmi vasta laajoissa tilastollisissa aineistoissa ja taudin kehittyminen vaatii potilaalta myös huonoa tuuria: altistumisen taudinaiheuttajille, joissa molekulaarisesti samankaltaisia proteiineja esiintyy.

7. 14. Allergiat ja elimistömme puolustusjärjestelmä Allergiatkin perustuvat valkosolujen toimintaan. Allerginen reaktio etenee kolmessa vaiheessa.

1. Altistuminen 2. Aktivaatio 3. Myöhäisvaihe

1. Altistuminen (kuva 48)

Vieras aine, tavallisimmin proteiini, saapuu elimistöön ja joutuu makrofagien tai dendrosyyttien sulattelemana valkosolujen yhteistyökaavion mukaiseen ryöpytykseen. Syntyvät T-auttajat alkavat erittää interleukiini-4-nimistä lymfokiiniä. Tämä kiihdyttää nimenomaan sellaisten B-solulinjojen kypsymistä, jotka tuottavat immunoglobuliini-E-ryhmän vasta-ainetta. E-vasta-aineet tarttuvat Y-kirjaimen kahvaosasta ns. syöttösolujen (basofiilisiä granulosyyttejä) pintareseptorien Y-haarakkeisiin. Tämä allergiareaktion vaihe ei aiheuta näkyviä oireita.

Kuva 48. Allergian altistumisvaihe.

Verisuoni

2. Makrofagi tai dendrosyytti esittelee allergeenia T-solun esiasteelle, joka erilaistuu T-auttajaksi Syöttö-

solu

T-auttaja

B-solu

B-plasma-solu

3. B-solut alkavat tuottaa IgE-tyypin vasta-aineita

IgE-reseptori

1. Allergeeniä saapuu elimistöön

Interleukiini 4 Makro-fagi tai dendro- syytti

4. IgE-tyypin vasta-aineet tarttuvat syöttösolujen pinnalla oleviin IgE-reseptoreihin

2. Aktivaatio (kuva 49)

Jos allergeenia (=allergian aiheuttava molekyyli) saapuu elimistöön altistumisvaiheen jälkeen, allergeenimolekyylit kiinnittyvät syöttösolujen pinnalla odottaviin immunoglobuliini-E-molekyyleihin. Tämä laukaisee syöttösolun sisällä toisiolähettien parven, joka puolestaan saa syöttösolun sisällä olevat kalvorakkulat yhtymään solun ulkokelmuun. Yhtymisen tuloksena kalvorakkulat hajoavat ja niistä vapautuu solun ulkopuolelle mm. histamiinia ja prostaglandiineja. Nämä aineet aiheuttavat allergialle tyypilliset oireet supistamalla juovattomia lihaksia mm. keuhkoputkien ympärillä (hengitysvaikeudet), kiihdyttämällä limakalvoilla olevien solujen limaneritystä (vuotava nenä) ja laajentamalla hiusverisuonia (punoitus). Aikaisempien opintojesi perusteella varmaan jo arvaatkin, että soluissa, joihin histamiinin vaikutus kohdistuu, on histamiinireseptoreita. Näistä tunnetaan neljä eri tyyppiä H1, H2, H3 ja H4. Kaikki nämä vaikuttavat solun toimintoihin G-proteiinivälitteisesti. H1 aiheuttaa kutinaa, hiussuonten laajentumista (= punoitus ja limaneritys) ja supistaa keuhkoputkissa olevia juovattomia lihassoluja (= hengenahdistus). H2 lisää vatsahapon erittymistä mahalaukussa, kohottaa sydämen lyöntitiheyttä ja rentouttaa juovattomia lihassoluja. H3 vähentää serotoniinin, asetylikoliinin ja norepinefriinin eritystä hermosolujen synapseissa. H4 vaikuttaa soluihin siten, että syöttösolut löytävät paremmin alueelle. Kutakin reseptorityyppiä esiintyy vain tietyissä elimistön solutyypeissä. Siksi allergioitakin voi olla hyvin monenlaisia. Allergioihin yleisimmin käytetty lääke on antihistamiini. Tämä aine ei nimestään poiketen kuitenkaan sitoudu histamiinimolekyyleihin, vaan edellä lueteltuihin histamiinireseptoreihin. Näin se katkaisee histamiinin toisiolähettivaikutukset kohdesoluihinsa. Asiansa osaava allergialääkäri osaa valita sellaisen antihistamiinilääkityksen, joka lamauttaa valikoiden vain jonkin tai jotkin neljästä histamiinireseptorityypistä.

Voimakkaassa allergiareaktiossa voi seurauksena olla anafylaktinen shokki. Se on hengenvaarallinen tila, jossa elimistön kaikki hiussuonet laajenevat samanaikaisesti. Tällöin verta ei riitä elimistössä kunnolla enää minnekään. Nopeimmin ja kohtalokkaimmin veren puute alkaa haitata keskushermoston toimintaa.

3. Myöhäisvaihe (kuva 50)

Aktiiviset syöttösolut houkuttelevat etenkin basofiilisia ja eosinofiilisia jyvässoluja poistumaan verenkierrosta allergeenille altistuneeseen kudokseen. Nämä solutyypit alkavat sitten tuhota syöttösolujen merkitsemiä kudoksia. Kyseessä on tulehdusreaktio ilman taudinaiheuttajaa, siis tulehdus elimistön omia kudoksia vastaan. Esimerkiksi astmaan kuuluu tämänkaltainen autoimmunologinen juonne.

Kuva 49. Allergian aktivaatiovaihe. Ihmisen syöttösolut näyttävät täysin erilaisilta ennen (vasen solu) aktivaatiota ja sen jälkeen (oikeanpuoleinen solu). Ennen aktivaatiota syöttösoluissa on valtavasti antihistamiinia, prostaglandiineja ja leukotriineja sisältäviä kalvorakkuloita (mustat palloset). Aktivaation tapahtuessa kalvorakkulat yhtyvät solukelmuun ja purkavat sisältönsä ympäröivään kudokseen. Solusta jää käytännössä jäljelle vain tyhjiä kalvonriekaleita.

Kuva 50. Allergian myöhäisvaihe. Syöttösolujen erittämät aineet houkuttelevat verisuonistosta valkosoluja tuhoamaan syöttösolujen merkitsemiä soluja.

Syöttö-solu

4. Syöttösolut erittävät histamiinia, prostaglandiineja ja leukotriineja, jotka houkuttelevat jyvässoluja ulos verisuonista niitä ympäröiviin kudoksiin.

3. IgE-tyypin vasta-ainemolekyyli syöttösolun IgE-reseptoriin tarttuneena

IgE-reseptori

1. Allergeeniä saapuu uudelleen elimistöön

Verisuoni

2. Allergeenit kiinittyvät syöttösolujen pinnalla oleviin IgE-molekyyleihin

Allergiat ovat etenkin hyvinvointivaltioiden vitsaus. Immunoglobuliini E:n tiedetään runsastuvan ihmisillä, joilla on aitotumallisia loisia. Bakteeri- ja virustautien torjuntaan elimistömme käyttää muita vasta-ainetyyppejä. Immunoglobuliini E:n evoluutiota on tarkasteltava tätä taustaa vasten. Siitä on ollut (ja on edelleen) hyötyä oloissa, joissa loisten saaminen on todennäköistä. ”Turhautuessaan” tyhjänpanttina olemiseen basofiiliset granulosyytit muuttuvat hermoheikoiksi ja innostuvat hätistelemään täysin harmittomiakin aitotumallisia kohteita. Näitä ovat vaikkapa siitepölyhiukkaset ja eräät ruoka-aineet. 7.14. Luonnolliset tappajasolut (Natural Killer Cells NKC) Luonnolliset tappajasolut ovat lymfosyyttejä, joilta puuttuvat sekä T-solu- että B-

solutyyppiset vierasantigeenien tunnistamiseen erikoistuneet reseptorit.

Sen sijaan niiden (kuten myös monien muiden solusyöntiin pystyvien

valkosolutyyppien) solukelmulla on ns. Fc-reseptoreita. Näillä on kyky kiinnittyä B-

solujen tuottamien vasta-ainemolekyylien varsiosan uloimpaan päähän, viralliselta

nimeltään F-constant. Kun vasta-ainemolekyylit kiinnittyvät haarukkaosansa avulla

vaikkapa bakteerin solukelmulla olevaan antigeeniin, vasta-ainemolekyylin varsiosa

(F-constant) jää törröttämään pystyssä ulospäin (kuva 51).

Fc-reseptorin avulla luonnollinen tappaja telakoituu B-solujen merkitsemiin

taudinaiheuttajiin. Tällöin luonnollisen tappajan sisältä purkautuu kalvorakkuloita,

jotka sisältävät hajottavia entsyymeitä. Bakteerisolussa tapahtuu lyysis (= bakteerin

solukelmu hajoaa ja solun sisältö vapautuu ympäristöön). Tätä vaikutustapaa

kutsutaan vasta-ainevälitteiseksi sytotoksisuudeksi (syto = solu, toksiini = myrkky).

Luonnolliset tappajat aktivoituvat myös sytokiineista. Sytokiinit, esimerkiksi

interleukiinit ja interferonit, ovat solujen molekyylimuotoisia hätähuutoja. Kaikki

solutyyppimme alkavat tuottaa sytokiineja, jos niihin asettuu taudinaiheuttajia.

Sytokiineja solut erittävät useimmiten paikallisesti, vain sellaisiin soluihin, jotka

telakoituvat niihin kiinni. Erityisen merkittäviä sytokiinit ovat valkosolujen välisessä

vestinnässä.

Aikaisemmin olemme oppineet, että MHC-I-reseptorit ovat erikoistuneet

esittelemään nimenomaan viruksista, ja muistakin solun sisällä elävistä

Kuva 51. Vasta-ainemolekyylin Fc-osa.

taudinaiheuttajista, peräisin olevia antigeeneja. Tällöin T-soluesiasteista kypsyy

voittopuolisesti solujen tappamiseen erikoistuneita T-tappajasoluja.

Evoluutiobiologi saattaisi siksi ounastella, että luonnonvalinta suosisi sellaisia

solujen sisällä lymyileviä taudinaiheuttajia, jotka pystyisivät vähentämään MHC-I-

reseptorien määrää isäntäsoluissaan. Tätä seikkaa tukee havainto, että etenkin

soluissa, joihin virukset ovat pesiytyneet, onkin usein tavallista vähemmän MHC-I-

reseptoreita.

Evolutiivisen kilpajuoksun hengessä olisi ihmiselle puolestaan eduksi saada

puolustusjärjestelmäänsä solutyyppi, joka pystyisi tunnistamaan ne solut, joissa

MHC-I-reseptoreita on poikkeuksellisen vähän.

Mahdollisesti luonnolliset tappajat ovatkin kehittyneet juuri tämän evolutiivisen

valintapaineen tuloksena. Niiden pinnalla on reseptoreita (esim. CD94, Ly49 ja KIR),

joilla ne tunnustelevat muiden solujen MHC-I-reseptoreita. Jos MHC-I-reseptoreita

on liian vähän, luonnolliset tappajat aktivoituvat ja purskauttavat soluun

granzyymeiksi kutsuttuja hajottavia entsyymeitä. Nämä aiheuttavat kohdesolussa

ohjatun solukuoleman eli apoptoosin.

Apoptoosi on eri asia kuin lyysis. Apoptoosissa kohdesolu hajotetaan hallitummin ja

perusteellisemmin: kaikki solun sisältämät molekyylit (myös virusperäiset) pilkotaan

perusosasiinsa. Ellei näin tapahtuisi, solun hajoaminen vain helpottaisi virusten

leviämistä uusiin isäntäsoluihin.

Myös joissakin kasvaimissa, mukaan lukien monet syöpäkasvaimet, on tavallista

vähemmän MHC-I-reseptoreita. Siksi luonnolliset tappajat tuhoavat

kasvainsolujakin.

Itse asiassa luonnolliset tappajat alun perin löydettiinkin juuri syöpätutkimuksissa

1970-luvulla. Niissä aktivoitiin T-tappajia syöpäsoluille ominaisilla antigeeneilla ja

saatiin ne tuhoamaan syöpäsoluja. Havaittiin kuitenkin, että oli olemassa myös

valkosoluja, jotka ilman aktivaatiotakin onnistuivat tunnistamaan ja tuhoamaan

syöpäsoluja. Koska ne toimivat kuin luonnostaan, ilman tavanomaista T-

soluaktivaatiota, niitä alettiin kutsua luonnollisiksi tappajiksi.

7.15. Dendrosyytit eli dendriittisolut

Makrofagien ohella dendrosyytit eli dendriittisolut ovat merkittävä APC-ryhmä (APC

= Antigen Presenting Cells eli antigeeneja esittelevät solut). Dendro tarkoittaa puu,

syytti puolestaan solu.

Nimensä nämä solut ovat saaneet monihaaraisia pitkiä sakaroita kasvattavasta

solukelmustaan. Solu tuo siksi elävästi mieleen puun latvuksen, mutta myös

hermosolujen solukeskuksen (hermosoluissahan dendriitit eli tuojahaarakkeet

kuljettavat impulsseja hermosolun solukeskukseen päin). Pitkien

solukelmuhaarojensa avulla dendrosyytit voivat viestiä suuren solumäärän kanssa

samanaikaisesti ja olla solukelmuyhteydessä kaukanakin oleviin soluihin.

Dendrosyytit syntyvät luuytimessä samoista kantasoluista kuin muutkin verisolut.

Dendriittisolun esiasteet muistuttavat valkosoluja. Ne liikkuvat veren mukana ja

asettuvat elimistössä pintakudoksiin. Siksi niitä on erityisesti iholla, nenän ja

keuhkojen limakalvoilla ja suolistossa. Havaitessaan elimistössä vierasantigeenin ne

muuttuvat monihaaraisiksi, kypsiksi dendrosyyteiksi, ja siirtyvät imusolmukkeisiin ja

pernaan. Siellä ne esittelevät antigeeneja erilaistumattomille T-soluesiasteille, T-

tappajille ja T-auttajille.

Tavanomaisten MHC-I- ja MHC-II-resptorien lisäksi dendriittisolujen solukelmulla on

koko joukko reseptoreita, jotka on valmiiksi ”ohjelmoitu” tunnistamaan tiettyjä

molekyylejä, jotka toistuvat samanlaisina monissa eri taudinaiheuttajaryhmissä (ovat

siis vähän niin kuin poliisin vanhoja tuttuja). Tähän tehtävään erikoistuneista

reseptoreista käytetään nimeä TLR:t (=TOLL-like receptors).

Ainakin yksitoista erilaista TLR:ää tunnetaan:

- TLR1, 2 ja 6 kiinnittyvät bakteereille ominaisiin lipoproteiineihin

- TLR3 tunnistaa kaksijuosteiset RNA-molekyylit, jotka ovat tyypillisiä monille

viruksille (esimerkiksi pikkuvauvoille vatsatautia aiheuttavalle rotavirukselle)

- TLR4 tunnistaa monien bakteerilajien soluseinälle ominaisen

lipopolysakkaridin (=LPS), rasitustilojen seurauksena vapautuvia ns.

lämpöshokkiproteiineja ja erään hengitystieinfektioita aiheuttavan viruksen

- TLR5 tunnistaa erään bakteerien liikkumissiimalle ominaisen proteiinin

- TLR7 ja 8 tunnistavat retroviruksille (esim. HIV) ominaiset yksijuosteiset RNA-

molekyylit

- TLR9 tunnistaa bakteereille ominaisen vähän metyloidun DNA-tyypin (CpG

DNA)

- TLR11 tunnistaa bakteereiden profiliini nimisen proteiinin

- TLR10:n kohdemolekyyliä ei tunneta

Kukin TLR-tyyppi saa dendriittisolun aktivoitumaan ja tuottamaan tilanteeseen

parhaiten sopivia sytokiineja. Nämä puolestaan saavat juuri kyseisen

taudinaiheuttajatyypin torjumiseen parhaiten sopivat valkosolut aktivoitumaan.

Sytokiineista esimerkiksi interleukiini-12 aktivoi T-tappajia ja sellaisen T-

auttajasolujen osapopulaation, joka parhaiten sopii solun sisäisten

taudinaiheuttajien torjuntaan. Interleukiini 6 taas suosii sellaisia T-auttajien

alatyyppejä, jotka saavat B-solut tuottamaan runsaasti vasta-ainemolekyylejä jne.

TLR:iensa avulla dendriittisolut reagoivat muuttuvaan mikrobitilanteeseen

epätarkemmin, mutta nopeammin kuin MHC-välitteistä reittiä käyttämällä. Siksi

myös rokotteisiin on alettu lisätä antigeeneja, joita TLR:t tunnistavat. Tällaisia

antigeeneja kutsutaan adjuvanteiksi (latinaksi adjuvare = auttaa).

7.16. Muiskaukset / maiskaukset / pusut eli SMACit

Valkosolujen välisen viestinnän tutkimuksessa keskityttiin pitkään vain eri

reseptorimolekyylien rakenteen, genetiikan ja toimintaperiaatteen selvittämiseen.

Vasta viime vuosina on havaittu, että esitellessään antigeenejä, erittäessään

sytokiineja tai tuhotessaan mikrobien saastuttamia soluja, valkosolut

muodostavat toistensa kanssa samantapaisia synapseja kuin välittäjäaineita

erittävät hermosolut.

Immunologisen synapsin muodostamiseen osallistuu, ei suinkaan vain yksi

reseptorimolekyylien pari (esim. MHC-I- ja T-solureptori), vaan suoranaisia

reseptorimolekyylien joukkoja.

Tällaisia valkosolujen välisiä synapseja kutsutaan nimellä ”immune synapse” tai

SMAC (=supramolecular activation cluster). Suomennettuna tämä voisi olla

esimerkiksi ”enemmän kuin vain molekyylitasoinen aktivaatiorypäs”, mutta

osuvuuden ja muistettavuuden lisäämiseksi vaikkapa muiskaus tai pusu.

SMAC muodostuu esimerkiksi dendrosyytin ja T-soluesiasteen välille silloin, kun

dendrosyytti esittelee vierasantigeenejä. Dendrosyytin pinnalla on MHC-

reseptoreita ja B7-apureseptoreita (B7-apureseptorista on oikeasti kaksi

alatyyppiä B7-1 ja B7-2, kirjallisuudessa nämä usein esiintyvät myös nimillä

CD80 ja CD86). T-solun pinnalla on CD28-apureseptoreita sekä

vierasantigeenien tunnistamiseen erikoistuneita T-solureseptoreita.

Esittelyn alkaessa solut asettavat solukelmunsa vastakkain. Paikkaan, missä

solukelmut koskettavat toisiaan, kertyy tuolloin runsaasti kummankin solutyypin

apureseptoreita B7, CD28. Apureseptoreillaan solut ”paiskaavat kättä” ja

telakoituvat kiinni toisiinsa.

Kun telakoituminen on tapahtunut, apureseptorit alkavat siirtyä muiskauskohdan

reunamille. Nyt muiskauksen keskiosaan alkaa puolestaan kerääntyä MHC- ja T-

solureseptoreita. Kun ne nyt kohtaavat toisensa, on vuorossa varsinainen

antigeenien esittely. Tätä siis tapahtuu laajalla alueella makrofagin ja

dendrosyytin solukelmulla lukuisien MHC- / T-soluresptoriparien kesken (kuva 53 kauempana alla).

SMACien muodostaminen tarjoaa APC:lle mahdollisuuden esitellä yhden

muiskauksen aikana melkoisen määrän erilaisia antigeenimolekyylejä MHC-

reseptoreissaan. Näin se myös saavuttaa suuremman mahdollisuuden, että edes

jokin vierasantigeenimolekyyli sopisi kyseisen T-soluyksilön reseptoreiden

poimuihin (yhdellä T-soluyksilöllähän on vain yhtä antigeenin tunnistamiseen

erikoistunutta reseptorimolekyylimuunnosta).

Solukelmulla olevat kalvoproteiinit eivät suinkaan liiku muiskausmuodostelmiksi

itsestään, vaan solukelmun sisäpuolella olevat solutukirangan molekyylit

(mikroputket ja mikrosäikeet) liikuttavat niitä. Nämä koostuvat muun muassa

aktiinista, joka on toinen lihassolujenkin supistumiskykyisistä säietyypeistä. Jos

solutukirangan molekyylit lamautetaan, SMACit lakkaavat muodostumasta.

Solukelmu koostuu rasva-ainerakenteisista fosfolipidimolekyyleistä, joiden

lomassa proteiinirakenteiset reseptorit liikkuvat helposti. Toiminta luonnollisesti

kuluttaa mitokondrioiden tuottamaa ATP:tä.

Myös silloin, kun sytotoksiset T-solut tai luonnolliset tappajat aiheuttavat

kohdesoluissaan lyysiksen tai apoptoosin, tähän johtavat entsyymit päätyvät

kohdesoluun muiskauttamalla (eräänlainen kuoleman suudelma siis).

Synapsimuotoinen viestintä saattaa olla yleinen viestintätapa muidenkin kuin vain

hermosolujen välillä. Onkin oikeastaan hassua, että vaikka hermosolujen väliset

synapsit on tunnettu jo vuosikymmenien ajan, vasta nyt on havahduttu

huomaamaan, että synapseja voi muodostua muissakin solutyypeissä.

7.17. GFP eli Green Fluorescent Protein

SMACien muodostumista voidaan nykyisin seurata reaaliaikaisesti uusien

molekyylitasolle yltävien värjäysmenetelmien avulla. Värjäysmenetelmissä

hyödynnetään sinivihreää valoa hohtavaa proteiinia, jota eräät meduusat ja

kampamaneetit tuottavat. Proteiini tuntee nimen Green Fluorescent Protein

(=GFP).

GFP:tä koodaava geeni onnistuttiin eristämään. Tutkijat myös tarkoituksellisesti

mutatoivat geeniä niin, että geenituotteina saatiin lukuisia erilaisia

värimuunnoksia. Nykyisin tuotetaan esimerkiksi punaista, keltaista, vihreätä tai

sinistä valoa hohtavia GFP-proteiineja.

GFP-geenin eri versioita voidaan yhdistää vaikkapa CD28-geenin jatkoksi. Kun

CD28-geenin promoottoriosa päräyttää RNA-polymeraasin liikkeelle, syntyy

lähetti-RNA-molekyylejä, joiden alussa on CD28-proteiinin rakenneohje, mutta

sen mukana myös GFP-proteiinia koodaava RNA-ketju. Näin jokainen CD28-

proteiini saa kylkeensä näkyvää valoa hohtavan ”lampun”. (Kuva 52)

Proteiinien avaruusrakenne, ja samalla proteiinin toimintatapa, häiriintyy helposti

ylimääräisten lisukkeiden vaikutuksesta. Jotta GFP-osa ei häiritsisi CD28-

proteiinin toimintaa, liitetään CD28- ja GFP-geenijakson väliin lyhyt ylimääräinen

nukleotidiketju. Tarkoitukseen valitaan sellainen emäsjärjestys, jonka vanhastaan

tiedetään koodaavan suoraa, siimamaisen muodon saavaa aminohappoketjua

(Kuva 52). Näin GFP kulkee ”isäntänä” toimivan proteiinin lisukkeena, mutta

turvallisen etäisyyden päässä, vähän niin kuin ilmapallo narussaan.

Tämä välike varsinaista proteiinia ja GFP-osaa koodaavan geenijakson välillä on

suomeksi linkkeri eli yhdistäjä. Sen virallinen nimi englanniksi on ”flexible

polypeptide linker region” (flexible = taipuisa, polypeptide = lyhyt

aminohappoketju, linker = yhdistäjä, region = alue).

Jos yhdistelmä-DNA-tekniikalla liitetään esimerkiksi CD28-reseptoreihin vihreä

GFP-proteiini ja MHC-reseptoreihin punainen, voidaan reseptorien sijaintia ja

liikehdintää solukelmulla seurata värien leikkinä reaaliaikaisesti

valomikroskoopilla (kuva 53). Näin on havaittu, että muiskaus etenee

telakoitumisesta vierasantigeenien esittelyvaiheeseen suunnilleen yhdessä

tunnissa.

GFP-rekombinanttigeenit ovat rajusti helpottaneet solubiologisten ilmiöiden

tutkimusta. Merkittävyydessä menetelmää on verrattu jopa mikroskoopin

keksimiseen. GFP-väreillä on tutkittu synapsien syntyä hermosoluissa,

aivosolujen vaurioitumista rappeuttavissa aivosairauksissa, haiman insuliinia

tuottavien beta-solujen toimintaa ja syöpäsolujen leviämistä elimistössä. GFP

paljastaa milloin ja missä jokin geeni alkaa toimia sekä sen, minne geenin

koodaamat proteiinit siirtyvät valmistumisensa jälkeen. GFP:n ja GFP-

rekombinanttitekniikan kehittäjät (Osamu Shimomura, Martin Chalfie ja Roger

Tsien) saivat työstään kemian Nobel-palkinnon vuonna 2008.

Kuva 52. CD28-GFP-yhdistelmägeeni. Alkuperäisen CD28-geenin promoottoriosan (musta) ja rakenneosan (vihreä) jatkoksi on liitetty linkkeriosa (punainen) ja GFP-osa (sininen). RNA-polymeraasi kopioi promoottorin perässä olevan DNA-jakson yhdeksi pitkäksi mRNA-molekyyliksi.

Promoottori GFP-osa CD28-osa Linkkeriosa

CD28-GFP-yhdistelmägeeni

Lopputilanne: CD28-apureseptorit laidoilla (vihreä), MHC-reseptorit keskellä (punainen).

Lähtötilanne: CD28-apureseptorit keskellä (vihreä), MHC-reseptorit laidoilla (punainen).

Kuva 53. SMACin elinkaari. Kuvassa on se alue solukelmusta, jonka kohdalta naapurisolut telakoituvat toisiinsa.

Välivaihe: CD28- ja MHC-reseptorit vaihtavat paikkaa.

7. 18. Yhteenveto ja syventävä esitys valkosolujen reseptoreista, jotta pystyt tarvittaessa perehtymään myös vieraisiin lähdeteoksiin tuntematta olevasi aivan eksyksissä 1) B-solureseptorit 2 x light chain 2 x heavy chain

Raskas ketju (Heavy chain)

Kevyt ketju (Light chain)

B-solureseptorin eli immunoglobuliinin eli vasta-ainemolekyylin rakennemalli

Molempien ketjujen latvoissa on voimakkaasti muuntelevat osat (=variable region). Tyviosat muuntelevat vähemmän (=constant region). 2) T-solureseptorit Reseptoreita on kaksi eri tyyppiä, joista kussakin T-solussa on vain jompia kumpia. Molemmissa reseptorityypeissä on variable ja constant region.

a) Alfa-Beta-reseptori

T-solujen Alfa-Beta-reseptorien rakennemalli

Alfa-ketju (Alpha chain) Beta-ketju (Beta chain)

CD4 tai CD8-apureseptori

b) Gamma-Delta-reseptori

Gamma-ketju (Gamma chain)

Delta-ketju (Delta chain)

T-solujen Gamma-Delta-reseptorien rakennemalli

Ei kumpaakaan (siis CD4 tai CD8) apureseptoria

T-solujen Alfa-Beta-reseptoreihin liittyy avustava reseptori, joka vastaa T-solun kyvystä kiinnittyä antigeeneja esitteleviin soluihin, kuten makrofageihin. Avustava reseptori on joko CD4 tai CD8 (mahdollisia reseptoriyhdistelmiä on siis kaikkiaan neljä). Jos apureseptorina on CD4, on solu T-auttaja ja makrofagikontakti toteutuu useimmiten MHC II-reseptorien kautta (toisinaan myös MHC I-välitteisesti). Jos apureseptorina on CD8, on solu T-tappaja ja makrofagikontakti toteutuu useimmiten MHC I-reseptorien kautta. CD4- ja CD8-lyhennettä käytetään usein synonyyminä T-auttajasta tai T-tappajasta. HI-virus tarvitsee CD4-apureseptoreja T-auttajasolujen sisälle siirtymiseen. Gamma-Delta-reseptorista CD4 ja CD8-apureseptorit puuttuvat. Siksi Gamma-Delta-reseptoreilla varustetut T-solut pystyvätkin samanlaiseen makrofageista riippumattomaan antigeenikontaktiin kuin B-solut. 3) MHC I-reseptorit MHC I-reseptoreita on kaikkien solujemme pinnalla. Jokaisessa ihmisessä näistä esiintyy kuusi erilaista muunnelmaa. Nämäkin reseptorit koostuvat kahdesta osasta Alfa-ketjusta ja Beeta-2-mikroglobuliinista (nimensä mukaisesti varsin pienikokoinen).

MHC I-reseptorin rakenne

Beta-2-mikroglobuliini (Small subunit)

Alfa-ketju (Heavy subunit)

4) MHC II-reseptorit Vain ”Antigen Presenting Cellseissä” (lyhennettynä APC), joista yleisimpiä ovat monosyytteihin kuuluvat makrofagit ja dendriittisolut sekä B-solut. Reseptorissa on kaksi toisiinsa hieman X-kirjaimen tapaan liittyvää osaa, joita kutsutaan A- ja B-ketjuksi.

MHC II-reseptorin rakenne

Beta-ketju Alfa-ketju