Informatie

11.4: Vroeg geïnduceerde aangeboren immuniteit - biologie


Vroeg geïnduceerde aangeboren immuniteit begint 4 - 96 uur na blootstelling aan een infectieus agens en omvat de rekrutering van afweercellen als gevolg van pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen of PAMP's die binden aan patroonherkenningsreceptoren of PRR's. Deze gerekruteerde afweercellen omvatten fagocytische cellen (leukocyten zoals neutrofielen, eosinofielen en monocyten; weefselfagocytische cellen in het weefsel zoals macrofagen), cellen die ontstekingsmediatoren afgeven (bijvoorbeeld ontstekingscellen in het weefsel zoals macrofagen en mestcellen; leukocyten zoals basofielen en eosinofielen) en natuurlijke killercellen (NK-cellen).

In tegenstelling tot adaptieve immuniteit herkent aangeboren immuniteit niet elk mogelijk antigeen. In plaats daarvan is het ontworpen om moleculen te herkennen die worden gedeeld door groepen verwante microben die essentieel zijn voor het overleven van die organismen en die niet worden gevonden in verband met zoogdiercellen. Deze unieke microbiële moleculen worden pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen of PAMP's genoemd en omvatten LPS van de gramnegatieve celwand, peptidoglycaan en lipotechoïnezuren van de grampositieve celwand, de suikermannose (een eindsuiker die veel voorkomt in microbiële glycolipiden en glycoproteïnen, maar zeldzaam bij mensen), bacterieel en viraal niet-gemethyleerd CpG-DNA, bacterieel flagelline, het aminozuur N-formylmethionine gevonden in bacteriële eiwitten, dubbelstrengs en enkelstrengs RNA van virussen en glucanen van celwanden van schimmels. Bovendien worden unieke moleculen die worden weergegeven op gestresste, beschadigde, geïnfecteerde of getransformeerde menselijke cellen ook herkend als onderdeel van de aangeboren immuniteit. Deze worden vaak met gevaar geassocieerde moleculaire patronen of DAMP's genoemd.

Afbeelding (PageIndex{1}): Pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen die binden aan patroonherkenningsreceptoren op verdedigingscellen. Glycoproteïnemoleculen die bekend staan ​​als patroonherkenningsreceptoren, worden aangetroffen op het oppervlak van een verscheidenheid aan lichaamsverdedigingscellen. Ze worden zo genoemd omdat ze pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen herkennen en eraan binden - moleculaire componenten die geassocieerd zijn met micro-organismen maar niet gevonden worden als onderdeel van eukaryote cellen. Deze omvatten bacteriële moleculen zoals peptidoglycaan, teichoïnezuren, lipopolysaccharide, mannanen, flagelline, piline en bacterieel DNA. Er zijn ook patroonherkenningsmoleculen voor viraal dubbelstrengs RNA (dsRNA) en schimmelcelwandcomponenten zoals lipoteichoïnezuren, glycolipiden, mannanen en zymosan. Veel van deze patroonherkenningsreceptoren staan ​​bekend als toll-like receptoren.

De meeste lichaamsverdedigingscellen hebben patroonherkenningsreceptoren of PRR's voor deze veel voorkomende PAMP's, waardoor een onmiddellijke reactie tegen het binnendringende micro-organisme mogelijk is. Pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen kunnen ook worden herkend door een reeks oplosbare patroonherkenningsreceptoren in het bloed die functioneren als opsoninen en de complementroutes initiëren. In totaal wordt gedacht dat het aangeboren immuunsysteem ongeveer 10 procent herkent3 van deze microbiële moleculaire patronen.


11.4: Vroeg geïnduceerde aangeboren immuniteit - biologie

Het immuunsysteem omvat zowel aangeboren als adaptieve immuunresponsen. Aangeboren immuniteit komt van nature voor vanwege genetische factoren of fysiologie, het wordt niet veroorzaakt door infectie of vaccinatie, maar werkt om de werklast voor de adaptieve immuunrespons te verminderen. Zowel de aangeboren als de adaptieve niveaus van de immuunrespons omvatten uitgescheiden eiwitten, receptor-gemedieerde signalering en ingewikkelde cel-tot-cel communicatie. Het aangeboren immuunsysteem ontwikkelde zich vroeg in de evolutie van dieren, ongeveer een miljard jaar geleden, als een essentiële reactie op infectie. Aangeboren immuniteit heeft een beperkt aantal specifieke doelen: elke pathogene dreiging veroorzaakt een consistente opeenvolging van gebeurtenissen die het type pathogeen kunnen identificeren en ofwel de infectie onafhankelijk kunnen verwijderen of een zeer gespecialiseerde adaptieve immuunrespons kunnen mobiliseren. Tranen en slijmafscheidingen bevatten bijvoorbeeld microbicide factoren.

Leerdoelen

  • Beschrijf fysieke en chemische immuunbarrières
  • Beschrijf verschillende manieren waarop gastheerorganismen ziekteverwekkers herkennen en bestrijden
  • Bespreek natuurlijke killercellen
  • Vat samen hoe de eiwitten in een complementsysteem functioneren om extracellulaire pathogenen te vernietigen

De aangeboren immuunreceptoren TLR2/4 bemiddelen bij herhaalde sociale nederlaag Stress-geïnduceerde sociale vermijding door prefrontale microgliale activering

Er is voorgesteld dat herhaalde omgevingsstress neurale ontsteking veroorzaakt, samen met depressie en angst. Aangeboren immuunreceptoren, zoals Toll-like receptoren (TLR's), worden geactiveerd door exogene of endogene liganden om ontstekingen op te wekken. Hier laten we zien dat het verlies van TLR2 en TLR4 (TLR2 / 4) herhaalde sociale nederlaagstress (R-SDS)-geïnduceerde sociale vermijding en angst bij muizen afschafte. TLR2/4-deficiëntie verminderde door R-SDS geïnduceerde verzwakking van de neuronale respons, dendritische atrofie en microgliale activering in de mediale prefrontale cortex (mPFC). Bovendien blokkeerde mPFC microglia-specifieke TLR2/4 knockdown sociale vermijding. Transcriptoomanalyses onthulden dat R-SDS IL-1α en TNF-α in mPFC-microglia induceerde op een TLR2 / 4-afhankelijke manier, en antilichaamblokkering van deze cytokinen in de mPFC onderdrukte door R-SDS geïnduceerde sociale vermijding. Deze resultaten identificeren TLR2/4 als cruciale mediatoren van door R-SDS geïnduceerde microgliale activatie in de mPFC, wat leidt tot neuronale en gedragsveranderingen door ontstekingsgerelateerde cytokines, wat de onverwachte cruciale rollen van aangeboren immuniteit in de mPFC benadrukt bij herhaalde omgevingsstress-geïnduceerde gedragsveranderingen. VIDEOSamenvatting.

trefwoorden: Toll-like receptor depressie aangeboren immuunreceptor mediale prefrontale cortex microglia stress.


42.1 Aangeboren immuunrespons

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • Beschrijf fysieke en chemische immuunbarrières
  • Leg onmiddellijke en geïnduceerde aangeboren immuunreacties uit
  • Bespreek natuurlijke killercellen
  • Beschrijf de belangrijkste histocompatibiliteitsklasse I-moleculen
  • Vat samen hoe de eiwitten in een complementsysteem functioneren om extracellulaire pathogenen te vernietigen

Het immuunsysteem omvat zowel aangeboren als adaptieve immuunresponsen. Aangeboren immuniteit komt van nature voor vanwege genetische factoren of fysiologie, het wordt niet veroorzaakt door infectie of vaccinatie, maar werkt om de werklast voor de adaptieve immuunrespons te verminderen. Zowel de aangeboren als de adaptieve niveaus van de immuunrespons omvatten uitgescheiden eiwitten, receptor-gemedieerde signalering en ingewikkelde cel-tot-cel communicatie. Het aangeboren immuunsysteem ontwikkelde zich vroeg in de evolutie van dieren, ongeveer een miljard jaar geleden, als een essentiële reactie op infectie. Aangeboren immuniteit heeft een beperkt aantal specifieke doelen: elke pathogene dreiging veroorzaakt een consistente opeenvolging van gebeurtenissen die het type pathogeen kunnen identificeren en ofwel de infectie onafhankelijk kunnen verwijderen of een zeer gespecialiseerde adaptieve immuunrespons kunnen mobiliseren. Tranen en slijmafscheidingen bevatten bijvoorbeeld microbicide factoren.

Fysische en chemische barrières

Voordat er immuunfactoren worden geactiveerd, fungeert de huid als een continue, ondoordringbare barrière tegen potentieel infectieuze pathogenen. Ziekteverwekkers worden op de huid gedood of geïnactiveerd door uitdroging (uitdroging) en door de zuurgraad van de huid. Bovendien concurreren nuttige micro-organismen die naast elkaar op de huid voorkomen met binnendringende pathogenen, waardoor infectie wordt voorkomen. Gebieden van het lichaam die niet door de huid worden beschermd (zoals de ogen en slijmvliezen) hebben alternatieve verdedigingsmethoden, zoals tranen en slijmafscheidingen die ziekteverwekkers vangen en wegspoelen, en trilhaartjes in de neusholtes en luchtwegen die de slijm met de ziekteverwekkers uit het lichaam. Door het hele lichaam zijn andere afweermechanismen aanwezig, zoals de lage pH van de maag (die de groei van ziekteverwekkers remt), bloedeiwitten die bacteriële celmembranen binden en verstoren, en het proces van urineren (waardoor ziekteverwekkers uit de urinewegen worden weggespoeld).

Ondanks deze barrières kunnen ziekteverwekkers het lichaam binnendringen via schaafwonden of puncties, of door zich in grote aantallen op slijmvliesoppervlakken te verzamelen die het slijm of de trilharen overwinnen. Sommige pathogenen hebben specifieke mechanismen ontwikkeld waarmee ze fysieke en chemische barrières kunnen overwinnen. Wanneer ziekteverwekkers het lichaam binnendringen, reageert het aangeboren immuunsysteem met ontstekingen, het opslokken van pathogenen en afscheiding van immuunfactoren en eiwitten.

Pathogeenherkenning

Een infectie kan intracellulair of extracellulair zijn, afhankelijk van de ziekteverwekker. Alle virussen infecteren cellen en repliceren binnen die cellen (intracellulair), terwijl bacteriën en andere parasieten intracellulair of extracellulair kunnen repliceren, afhankelijk van de soort. Het aangeboren immuunsysteem moet dienovereenkomstig reageren: door de extracellulaire ziekteverwekker te identificeren en/of door gastheercellen te identificeren die al zijn geïnfecteerd. Wanneer een ziekteverwekker het lichaam binnenkomt, detecteren cellen in het bloed en de lymfe de specifieke pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen (PAMP's) op het oppervlak van de ziekteverwekker. PAMP's zijn "kenmerken" van koolhydraten, polypeptiden en nucleïnezuren die tot expressie worden gebracht door virussen, bacteriën en parasieten, maar die verschillen van moleculen op gastheercellen. Het immuunsysteem heeft specifieke cellen, beschreven in figuur 42.2 en weergegeven in figuur 42.3, met receptoren die deze PAMP's herkennen. Een macrofaag is een grote fagocytische cel die vreemde deeltjes en ziekteverwekkers opslokt. Macrofagen herkennen PAMP's via complementaire patroonherkenningsreceptoren (PRR's). PRR's zijn moleculen op macrofagen en dendritische cellen die in contact staan ​​met de externe omgeving. Een monocyt is een type witte bloedcel die circuleert in het bloed en de lymfe en differentieert in macrofagen nadat het in geïnfecteerd weefsel is terechtgekomen. Dendritische cellen binden moleculaire handtekeningen van pathogenen en bevorderen de opname en vernietiging van pathogenen. Toll-like receptoren (TLR's) zijn een type PRR dat moleculen herkent die worden gedeeld door pathogenen maar die te onderscheiden zijn van gastheermoleculen. TLR's zijn aanwezig in zowel ongewervelde als gewervelde dieren en lijken een van de oudste componenten van het immuunsysteem te zijn. TLR's zijn ook geïdentificeerd in het zenuwstelsel van zoogdieren.

Cytokine-afgifte-effect

De binding van PRR's met PAMP's veroorzaakt de afgifte van cytokinen, die aangeven dat een pathogeen aanwezig is en samen met geïnfecteerde cellen moet worden vernietigd. Een cytokine is een chemische boodschapper die celdifferentiatie (vorm en functie), proliferatie (productie) en genexpressie reguleert om de immuunrespons te beïnvloeden. Er bestaan ​​bij mensen minstens 40 soorten cytokinen die verschillen in het celtype dat ze produceert, het celtype dat erop reageert en de veranderingen die ze produceren. Eén type cytokine, interferon, wordt geïllustreerd in figuur 42.4.

Een subklasse van cytokinen is de interleukine (IL), zo genoemd omdat ze interacties tussen leukocyten (witte bloedcellen) bemiddelen. Interleukinen zijn betrokken bij het overbruggen van de aangeboren en adaptieve immuunresponsen. Naast het vrijkomen van cellen na PAMP-herkenning, worden cytokinen vrijgegeven door de geïnfecteerde cellen die binden aan nabijgelegen niet-geïnfecteerde cellen en die cellen ertoe aanzetten cytokinen af ​​te geven, wat resulteert in een cytokine-uitbarsting.

Een tweede klasse van vroegwerkende cytokinen zijn interferonen, die door geïnfecteerde cellen worden afgegeven als waarschuwing voor nabijgelegen niet-geïnfecteerde cellen. Een van de functies van een interferon is het remmen van virale replicatie. Ze hebben ook andere belangrijke functies, zoals tumorsurveillance. Interferonen werken door aangrenzende niet-geïnfecteerde cellen te signaleren om RNA te vernietigen en eiwitsynthese te verminderen, door naburige geïnfecteerde cellen te signaleren dat ze apoptose (geprogrammeerde celdood) moeten ondergaan en immuuncellen te activeren.

Als reactie op interferonen veranderen niet-geïnfecteerde cellen hun genexpressie, wat de weerstand van de cellen tegen infectie verhoogt. Een effect van interferon-geïnduceerde genexpressie is een sterk verminderde cellulaire eiwitsynthese. Viraal geïnfecteerde cellen produceren meer virussen door grote hoeveelheden virale eiwitten te synthetiseren. Door de eiwitsynthese te verminderen, wordt een cel dus resistent tegen virale infectie.

Fagocytose en ontsteking

De eerste cytokinen die worden geproduceerd, zijn pro-inflammatoir, dat wil zeggen, ze stimuleren ontstekingen, de plaatselijke roodheid, zwelling, hitte en pijn die het gevolg zijn van de beweging van leukocyten en vloeistof door steeds meer permeabele haarvaten naar een infectieplaats. De populatie leukocyten die op een infectieplaats aankomt, hangt af van de aard van de infecterende ziekteverwekker. Zowel macrofagen als dendritische cellen verzwelgen pathogenen en celresten door middel van fagocytose. Een neutrofiel is ook een fagocytische leukocyt die pathogenen opslokt en verteert. Neutrofielen, weergegeven in figuur 42.3, zijn de meest voorkomende leukocyten van het immuunsysteem. Neutrofielen hebben een kern met twee tot vijf lobben en ze bevatten organellen, lysosomen genaamd, die verzwolgen ziekteverwekkers verteren. Een eosinofiel is een leukocyt die samenwerkt met andere eosinofielen om een ​​parasiet te omringen. Het is betrokken bij de allergische reactie en bij de bescherming tegen wormen (parasitaire wormen).

Neutrofielen en eosinofielen zijn bijzonder belangrijke leukocyten die grote pathogenen, zoals bacteriën en schimmels, overspoelen. Een mestcel is een leukocyt die ontstekingsmoleculen produceert, zoals histamine, als reactie op grote pathogenen. Een basofiel is een leukocyt die, net als een neutrofiel, chemicaliën afgeeft om de ontstekingsreactie te stimuleren, zoals geïllustreerd in figuur 42.5. Basofielen zijn ook betrokken bij allergie- en overgevoeligheidsreacties en induceren specifieke soorten ontstekingsreacties. Eosinofielen en basofielen produceren extra ontstekingsmediatoren om meer leukocyten te werven. Een overgevoelige immuunrespons op onschadelijke antigenen, zoals in pollen, omvat vaak de afgifte van histamine door basofielen en mestcellen.

Cytokinen sturen ook feedback naar cellen van het zenuwstelsel om de algemene symptomen van misselijkheid teweeg te brengen, waaronder lethargie, spierpijn en misselijkheid. Deze effecten kunnen zijn geëvolueerd omdat de symptomen het individu aanmoedigen om te rusten en de verspreiding van de infectie naar anderen te voorkomen. Cytokinen verhogen ook de kerntemperatuur van het lichaam, waardoor koorts ontstaat, waardoor de lever ijzer uit het bloed houdt. Zonder ijzer zijn bepaalde ziekteverwekkers, zoals sommige bacteriën, niet in staat om dit te repliceren, dit wordt nutritionele immuniteit genoemd.

Link naar leren

Bekijk deze stop-motionvideo van 23 seconden waarin een neutrofiel te zien is die gedurende ongeveer 79 minuten naar schimmelsporen zoekt en deze opslokt.

Natuurlijke killercellen

Lymfocyten zijn leukocyten die histologisch herkenbaar zijn aan hun grote, donkergekleurde kernen. Het zijn kleine cellen met heel weinig cytoplasma, zoals weergegeven in figuur 42.6. Geïnfecteerde cellen worden geïdentificeerd en vernietigd door natural killer (NK)-cellen, lymfocyten die cellen kunnen doden die zijn geïnfecteerd met virussen of tumorcellen (abnormale cellen die zich ongecontroleerd delen en ander weefsel binnendringen). T-cellen en B-cellen van het adaptieve immuunsysteem worden ook geclassificeerd als lymfocyten. T-cellen zijn lymfocyten die rijpen in de thymusklier en B-cellen zijn lymfocyten die rijpen in het beenmerg. NK-cellen identificeren intracellulaire infecties, vooral van virussen, door de veranderde expressie van major histocompatibility class (MHC) I-moleculen op het oppervlak van geïnfecteerde cellen. MHC I-moleculen zijn eiwitten op de oppervlakken van alle cellen met kern, dus zijn ze schaars op rode bloedcellen en bloedplaatjes die niet-gekiemd zijn. De functie van MHC I-moleculen is om fragmenten van eiwitten van de infectieuze agentia in de cel weer te geven aan T-cellen, gezonde cellen zullen worden genegeerd, terwijl "niet-zelf" of vreemde eiwitten door het immuunsysteem zullen worden aangevallen. MHC II-moleculen worden voornamelijk aangetroffen op cellen die antigenen bevatten (“niet-zelf-eiwitten”) en op lymfocyten. MHC II-moleculen interageren met helper-T-cellen om de juiste immuunrespons te activeren, waaronder de ontstekingsreactie.

Een geïnfecteerde cel (of een tumorcel) is meestal niet in staat om MHC I-moleculen op de juiste manier te synthetiseren en weer te geven. De metabolische bronnen van cellen die door sommige virussen zijn geïnfecteerd, produceren eiwitten die interfereren met de verwerking van MHC I en/of het transport naar het celoppervlak. De verminderde MHC I op gastheercellen varieert van virus tot virus en is het gevolg van actieve remmers die door de virussen worden geproduceerd. Dit proces kan gastheer MHC I-moleculen op het celoppervlak uitputten, die NK-cellen detecteren als "ongezond" of "abnormaal" tijdens het zoeken naar cellulaire MHC I-moleculen. Evenzo leidt de dramatisch veranderde genexpressie van tumorcellen tot expressie van extreem vervormde of afwezige MHC I-moleculen die ook "ongezond" of "abnormaal" signaleren.

NK-cellen zijn altijd actief een interactie met normale, intacte MHC I-moleculen op een gezonde cel schakelt de moordsequentie uit en de NK-cel gaat verder. Nadat de NK-cel een geïnfecteerde of tumorcel heeft gedetecteerd, scheidt het cytoplasma ervan korrels af die bestaan ​​uit perforine, een destructief eiwit dat een porie in de doelcel creëert. Granzymen worden samen met de perforine vrijgegeven in de immunologische synaps. Een granzyme is een protease dat cellulaire eiwitten verteert en de doelcel ertoe aanzet geprogrammeerde celdood of apoptose te ondergaan. Fagocytische cellen verteren vervolgens het achtergebleven celafval. NK-cellen patrouilleren voortdurend door het lichaam en zijn een effectief mechanisme voor het beheersen van mogelijke infecties en het voorkomen van kankerprogressie.

Aanvulling

Een reeks van ongeveer 20 soorten oplosbare eiwitten, een complementsysteem genoemd, functioneert om extracellulaire pathogenen te vernietigen. Cellen van de lever en macrofagen synthetiseren continu complementeiwitten. Deze eiwitten zijn overvloedig aanwezig in het bloedserum en kunnen onmiddellijk reageren op infecterende micro-organismen. Het complementsysteem wordt zo genoemd omdat het complementair is aan de antilichaamrespons van het adaptieve immuunsysteem. Complementeiwitten binden zich aan de oppervlakken van micro-organismen en worden vooral aangetrokken door ziekteverwekkers die al door antilichamen zijn gebonden. Binding van complementeiwitten vindt plaats in een specifieke en sterk gereguleerde sequentie, waarbij elk volgend eiwit wordt geactiveerd door splitsing en/of structurele veranderingen die worden geïnduceerd bij binding van het (de) voorgaande eiwit(ten). Nadat de eerste paar complementeiwitten binden, volgt een cascade van opeenvolgende bindingsgebeurtenissen waarin het pathogeen snel wordt gecoat in complementeiwitten.

Complementeiwitten vervullen verschillende functies. De eiwitten dienen als een marker om de aanwezigheid van een pathogeen voor fagocytische cellen, zoals macrofagen en B-cellen, aan te geven en de verzwelging te versterken. Dit proces wordt opsonisatie genoemd. Bepaalde complementeiwitten kunnen combineren om aanvalscomplexen te vormen die poriën in microbiële celmembranen openen. Deze structuren vernietigen ziekteverwekkers door hun inhoud te laten lekken, zoals geïllustreerd in figuur 42.7.


BIO 140 - Menselijke biologie I - Leerboek

/>
Tenzij anders vermeld, is dit werk gelicentieerd onder een Creative Commons Naamsvermelding-NietCommercieel 4.0 Internationaal-licentie.

Om deze pagina af te drukken:

Klik op het printerpictogram onderaan het scherm

Is uw afdruk niet compleet?

Zorg ervoor dat uw afdruk alle inhoud van de pagina bevat. Als dit niet het geval is, probeer dan deze handleiding in een andere browser te openen en van daaruit af te drukken (soms werkt Internet Explorer beter, soms Chrome, soms Firefox, enz.).

Hoofdstuk 24

Barrièreverdediging en de aangeboren immuunrespons

  • Beschrijf de barrièreverdediging van het lichaam
  • Laat zien hoe de aangeboren immuunrespons belangrijk is en hoe deze helpt het lichaam te begeleiden en voor te bereiden op adaptieve immuunresponsen
  • Beschrijf verschillende oplosbare factoren die deel uitmaken van de aangeboren immuunrespons
  • Leg de stappen van ontsteking uit en hoe deze leiden tot vernietiging van een ziekteverwekker
  • Bespreek vroege geïnduceerde immuunreacties en hun mate van effectiviteit

Het immuunsysteem kan worden onderverdeeld in twee overlappende mechanismen om pathogenen te vernietigen: de aangeboren immuunrespons, die relatief snel maar niet-specifiek en dus niet altijd effectief is, en de adaptieve immuunrespons, die langzamer ontwikkelt tijdens een initiële infectie met een pathogeen. , maar is zeer specifiek en effectief in het aanvallen van een breed scala aan pathogenen (Figuur 1).

Afbeelding 1: Het aangeboren immuunsysteem versterkt adaptieve immuunresponsen, zodat ze effectiever kunnen zijn.

Elke discussie over de aangeboren immuunrespons begint meestal met de fysieke barrières die voorkomen dat ziekteverwekkers het lichaam binnendringen, ze vernietigen nadat ze zijn binnengekomen of ze wegspoelen voordat ze zich kunnen vestigen in de gastvrije omgeving van de zachte weefsels van het lichaam. Barrièreverdediging maakt deel uit van de meest elementaire afweermechanismen van het lichaam. De barrièreverdediging is geen reactie op infecties, maar ze werken voortdurend aan bescherming tegen een breed scala aan pathogenen.

De verschillende manieren van barrièreverdediging houden verband met de externe oppervlakken van het lichaam, waar ziekteverwekkers kunnen proberen binnen te dringen (tabel 1). De primaire barrière voor het binnendringen van micro-organismen in het lichaam is de huid. Niet alleen is de huid bedekt met een laag dood, verhoornd epitheel dat te droog is voor bacteriën om in te groeien, maar omdat deze cellen voortdurend van de huid worden afgestoten, dragen ze bacteriën en andere ziekteverwekkers met zich mee. Bovendien kunnen zweet en andere huidafscheidingen de pH verlagen, giftige lipiden bevatten en microben fysiek wegspoelen.

Tabel 1: Barrièreverdediging

website specifieke verdediging Beschermend aspect
Huid Epidermaal oppervlak Gekeratineerde cellen van het oppervlak, Langerhans-cellen
Huid (zweet/secreties) Zweetklieren, talgklieren Lage pH, wassende actie
Mondholte Speekselklieren lysozym
Maag Maagdarmkanaal Lage pH
Mucosale oppervlakken Mucosaal epitheel Niet-verhoornde epitheelcellen
Normale flora (niet-pathogene bacteriën) Mucosale weefsels Voorkom dat ziekteverwekkers groeien op slijmvliesoppervlakken

Een andere barrière is het speeksel in de mond, dat rijk is aan lysozym en mdashan-enzym dat bacteriën vernietigt door hun celwanden te verteren. De zure omgeving van de maag, die dodelijk is voor veel ziekteverwekkers, is ook een barrière. Bovendien vangt de slijmlaag van het maagdarmkanaal, de luchtwegen, het voortplantingsstelsel, de ogen, de oren en de neus zowel microben als vuil op en vergemakkelijkt het de verwijdering ervan. In het geval van de bovenste luchtwegen verplaatsen trilhaarepitheelcellen mogelijk besmet slijm naar boven naar de mond, waar het vervolgens wordt ingeslikt in het spijsverteringskanaal en terechtkomt in de barre zure omgeving van de maag. Als je bedenkt hoe vaak je ademt in vergelijking met hoe vaak je eet of andere activiteiten uitvoert die je blootstellen aan ziekteverwekkers, is het niet verwonderlijk dat er meerdere barrièremechanismen zijn ontwikkeld om samen te werken om dit vitale gebied te beschermen.

Cellen van de aangeboren immuunrespons

Een fagocyt is een cel die een deeltje of cel kan omringen en opslokken, een proces dat fagocytose wordt genoemd. De fagocyten van het immuunsysteem verzwelgen andere deeltjes of cellen, hetzij om een ​​gebied van puin, oude cellen te reinigen, of om pathogene organismen zoals bacteriën te doden. De fagocyten zijn de snelwerkende, eerste lijn van immunologische verdediging van het lichaam tegen organismen die de barrière-afweer hebben doorbroken en de kwetsbare weefsels van het lichaam zijn binnengedrongen.

Fagocyten: macrofagen en neutrofielen

Veel van de cellen van het immuunsysteem hebben een fagocyterend vermogen, tenminste op een bepaald moment tijdens hun levenscyclus. Fagocytose is een belangrijk en effectief mechanisme voor het vernietigen van pathogenen tijdens aangeboren immuunresponsen. De fagocyt neemt het organisme in zichzelf op als een fagosoom, dat vervolgens versmelt met een lysosoom en zijn spijsverteringsenzymen, waardoor veel pathogenen effectief worden gedood. Aan de andere kant, sommige bacteriën, waaronder: Mycobacteriën tuberculose, de oorzaak van tuberculose, kan resistent zijn tegen deze enzymen en zijn daarom veel moeilijker uit het lichaam te verwijderen. Macrofagen, neutrofielen en dendritische cellen zijn de belangrijkste fagocyten van het immuunsysteem.

Een macrofaag is een onregelmatig gevormde fagocyt die amoeboïde van aard is en de meest veelzijdige van de fagocyten in het lichaam is. Macrofagen bewegen door weefsels en knijpen door capillaire wanden met behulp van pseudopodia. Ze nemen niet alleen deel aan aangeboren immuunresponsen, maar zijn ook geëvolueerd om samen te werken met lymfocyten als onderdeel van de adaptieve immuunrespons. Macrofagen komen voor in veel weefsels van het lichaam, ofwel vrij rondzwervend door bindweefsels of gefixeerd op reticulaire vezels in specifieke weefsels zoals lymfeklieren. Wanneer ziekteverwekkers de barrière van het lichaam doorbreken, vormen macrofagen de eerste verdedigingslinie (tabel 2). Ze heten verschillende namen, afhankelijk van het weefsel: Kupffer-cellen in de lever, histiocyten in bindweefsel en alveolaire macrofagen in de longen.

Een neutrofiel is een fagocytische cel die via chemotaxis vanuit de bloedbaan naar geïnfecteerde weefsels wordt aangetrokken. Deze bolvormige cellen zijn granulocyten. Een granulocyt bevat cytoplasmatische korrels, die op hun beurt een verscheidenheid aan vasoactieve mediatoren bevatten, zoals histamine. Macrofagen daarentegen zijn agranulocyten. Een agranulocyt heeft weinig of geen cytoplasmatische korrels. Terwijl macrofagen fungeren als schildwachten, altijd op hun hoede voor infectie, kunnen neutrofielen worden gezien als militaire versterkingen die in een strijd worden geroepen om de vernietiging van de vijand te bespoedigen. Hoewel, meestal beschouwd als de primaire pathogeen-dodende cel van het ontstekingsproces van de aangeboren immuunrespons, heeft nieuw onderzoek gesuggereerd dat neutrofielen ook een rol spelen in de adaptieve immuunrespons, net als macrofagen.

Een monocyt is een circulerende voorlopercel die differentieert in een macrofaag of dendritische cel, die snel kan worden aangetrokken tot infectiegebieden door signaalmoleculen van ontsteking.

Tabel 2: Fagocytische cellen van het aangeboren immuunsysteem

Cel celtype Primaire locatie Functie in de aangeboren immuunrespons
macrofaag Agranulocyt Lichaamsholten/organen fagocytose
Neutrofiel granulocyt Bloed fagocytose
Monocyt Agranulocyt Bloed Voorloper van macrofaag/dendritische cel

Natuurlijke killercellen

NK-cellen zijn een type lymfocyt dat het vermogen heeft om apoptose te induceren, dat wil zeggen geprogrammeerde celdood, in cellen die zijn geïnfecteerd met intracellulaire pathogenen zoals obligate intracellulaire bacteriën en virussen. NK-cellen herkennen deze cellen door mechanismen die nog steeds niet goed worden begrepen, maar waarbij vermoedelijk hun oppervlaktereceptoren betrokken zijn. NK-cellen kunnen apoptose induceren, waarbij een cascade van gebeurtenissen in de cel zijn eigen dood veroorzaakt door een van twee mechanismen:

1) NK-cellen kunnen reageren op chemische signalen en het fas-ligand tot expressie brengen. Het fas-ligand is een oppervlaktemolecuul dat zich bindt aan het fas-molecuul op het oppervlak van de geïnfecteerde cel, het apoptotische signalen verzendt, waardoor de cel en de ziekteverwekker erin worden gedood of

2) De korrels van de NK-cellen geven perforines en granzymen af. Een perforine is een eiwit dat poriën vormt in de membranen van geïnfecteerde cellen. Een granzyme is een eiwitverterend enzym dat de cel binnenkomt via de perforineporiën en intracellulair apoptose veroorzaakt.

Beide mechanismen zijn vooral effectief tegen viraal geïnfecteerde cellen. Als apoptose wordt geïnduceerd voordat het virus in staat is om al zijn componenten te synthetiseren en te assembleren, zal er geen infectieus virus uit de cel worden vrijgegeven, waardoor verdere infectie wordt voorkomen.

Erkenning van pathogenen

Cellen van de aangeboren immuunrespons, de fagocytische cellen en de cytotoxische NK-cellen herkennen patronen van pathogeen-specifieke moleculen, zoals bacteriële celwandcomponenten of bacteriële flagellaire eiwitten, met behulp van patroonherkenningsreceptoren. Een patroonherkenningsreceptor (PRR) is een membraangebonden receptor die karakteristieke kenmerken herkent van een pathogeen en moleculen die worden afgegeven door gestresste of beschadigde cellen.

Deze receptoren, waarvan wordt gedacht dat ze zijn geëvolueerd voorafgaand aan de adaptieve immuunrespons, zijn aanwezig op het celoppervlak, of ze nu nodig zijn of niet. Hun variëteit wordt echter beperkt door twee factoren. Ten eerste vereist het feit dat elk receptortype moet worden gecodeerd door een specifiek gen dat de cel het meeste of al zijn DNA toewijst om receptoren in staat te stellen alle pathogenen te herkennen. Ten tweede wordt de verscheidenheid aan receptoren beperkt door het eindige oppervlak van het celmembraan. Het aangeboren immuunsysteem moet dus slechts een beperkt aantal receptoren gebruiken die actief zijn tegen een zo breed mogelijke verscheidenheid aan pathogenen. Deze strategie staat in schril contrast met de benadering die wordt gebruikt door het adaptieve immuunsysteem, dat een groot aantal verschillende receptoren gebruikt, elk zeer specifiek voor een bepaald pathogeen.

Als de cellen van het aangeboren immuunsysteem in contact komen met een soort ziekteverwekker die ze herkennen, zal de cel zich aan de ziekteverwekker binden en fagocytose (of cellulaire apoptose in het geval van een intracellulaire ziekteverwekker) initiëren in een poging de schadelijke microbe te vernietigen. Receptoren variëren enigszins afhankelijk van het celtype, maar ze omvatten gewoonlijk receptoren voor bacteriële componenten en voor complement, zoals hieronder besproken.

Oplosbare bemiddelaars van de aangeboren immuunrespons

De vorige discussies hebben gezinspeeld op chemische signalen die cellen ertoe kunnen aanzetten om verschillende fysiologische kenmerken te veranderen, zoals de expressie van een bepaalde receptor. Deze oplosbare factoren worden uitgescheiden tijdens aangeboren of vroeg geïnduceerde reacties en later tijdens adaptieve immuunreacties.

Cytokinen en chemokinen

Een cytokine is een signaalmolecuul dat ervoor zorgt dat cellen over korte afstanden met elkaar kunnen communiceren. Cytokinen worden uitgescheiden in de intercellulaire ruimte en de werking van het cytokine zet de ontvangende cel ertoe aan zijn fysiologie te veranderen. Een chemokine is een oplosbare chemische mediator die vergelijkbaar is met cytokinen, behalve dat het zijn functie is om cellen (chemotaxis) van grotere afstanden aan te trekken.

Bezoek de website waarnaar hieronder wordt gelinkt om meer te weten te komen over chemotaxis van fagocyten. Fagocyten chemotaxis is de beweging van fagocyten volgens de secretie van chemische boodschappers in de vorm van interleukinen en andere chemokinen. Op welke manier vernietigt een fagocyt een bacterie die hij heeft ingeslikt?

Vroeg geïnduceerde eiwitten

Vroeg geïnduceerde eiwitten zijn die eiwitten die niet constitutief in het lichaam aanwezig zijn, maar worden gemaakt zoals ze vroeg tijdens de aangeboren immuunrespons nodig zijn. Interferonen zijn een voorbeeld van vroeg geïnduceerde eiwitten. Cellen die zijn geïnfecteerd met virussen scheiden interferonen uit die naar aangrenzende cellen reizen en ze ertoe aanzetten antivirale eiwitten te maken. Dus ook al wordt de initiële cel opgeofferd, de omringende cellen worden beschermd. Andere vroeg geïnduceerde eiwitten die specifiek zijn voor bacteriële celwandcomponenten zijn mannose-bindend eiwit en C-reactief eiwit, gemaakt in de lever, die specifiek binden aan polysacharidecomponenten van de bacteriële celwand. Phagocytes such as macrophages have receptors for these proteins, and they are thus able to recognize them as they are bound to the bacteria. This brings the phagocyte and bacterium into close proximity and enhances the phagocytosis of the bacterium by the process known as opsonization. Opsonization is the tagging of a pathogen for phagocytosis by the binding of an antibody or an antimicrobial protein.

Complement System

The complement system is a series of proteins constitutively found in the blood plasma. As such, these proteins are not considered part of the early induced immune response , even though they share features with some of the antibacterial proteins of this class. Made in the liver, they have a variety of functions in the innate immune response, using what is known as the &ldquoalternate pathway&rdquo of complement activation. Additionally, complement functions in the adaptive immune response as well, in what is called the classical pathway. The complement system consists of several proteins that enzymatically alter and fragment later proteins in a series, which is why it is termed cascade. Once activated, the series of reactions is irreversible, and releases fragments that have the following actions:

  • Bind to the cell membrane of the pathogen that activates it, labeling it for phagocytosis (opsonization)
  • Diffuse away from the pathogen and act as chemotactic agents to attract phagocytic cells to the site of inflammation
  • Form damaging pores in the plasma membrane of the pathogen

Figure 2 shows the classical pathway, which requires antibodies of the adaptive immune response. The alternate pathway does not require an antibody to become activated.

Figure 2: The classical pathway, used during adaptive immune responses, occurs when C1 reacts with antibodies that have bound an antigen.

The splitting of the C3 protein is the common step to both pathways. In the alternate pathway, C3 is activated spontaneously and, after reacting with the molecules factor P, factor B, and factor D, splits apart. The larger fragment, C3b, binds to the surface of the pathogen and C3a, the smaller fragment, diffuses outward from the site of activation and attracts phagocytes to the site of infection. Surface-bound C3b then activates the rest of the cascade, with the last five proteins, C5&ndashC9, forming the membrane-attack complex (MAC). The MAC can kill certain pathogens by disrupting their osmotic balance. The MAC is especially effective against a broad range of bacteria. The classical pathway is similar, except the early stages of activation require the presence of antibody bound to antigen, and thus is dependent on the adaptive immune response. The earlier fragments of the cascade also have important functions. Phagocytic cells such as macrophages and neutrophils are attracted to an infection site by chemotactic attraction to smaller complement fragments. Additionally, once they arrive, their receptors for surface-bound C3b opsonize the pathogen for phagocytosis and destruction.

Inflammatory Response

The hallmark of the innate immune response is inflammation . Inflammation is something everyone has experienced. Stub a toe, cut a finger, or do any activity that causes tissue damage and inflammation will result, with its four characteristics: heat, redness, pain, and swelling (&ldquoloss of function&rdquo is sometimes mentioned as a fifth characteristic). It is important to note that inflammation does not have to be initiated by an infection, but can also be caused by tissue injuries. The release of damaged cellular contents into the site of injury is enough to stimulate the response, even in the absence of breaks in physical barriers that would allow pathogens to enter (by hitting your thumb with a hammer, for example). The inflammatory reaction brings in phagocytic cells to the damaged area to clear cellular debris and to set the stage for wound repair (Figure 3).

This reaction also brings in the cells of the innate immune system, allowing them to get rid of the sources of a possible infection. Inflammation is part of a very basic form of immune response. The process not only brings fluid and cells into the site to destroy the pathogen and remove it and debris from the site, but also helps to isolate the site, limiting the spread of the pathogen. Acute inflammation is a short-term inflammatory response to an insult to the body. If the cause of the inflammation is not resolved, however, it can lead to chronic inflammation, which is associated with major tissue destruction and fibrosis. Chronic inflammation is ongoing inflammation. It can be caused by foreign bodies, persistent pathogens, and autoimmune diseases such as rheumatoid arthritis.

There are four important parts to the inflammatory response:

  • Tissue Injury. The released contents of injured cells stimulate the release of mast cell granules and their potent inflammatory mediators such as histamine, leukotrienes, and prostaglandins. Histamine increases the diameter of local blood vessels (vasodilation), causing an increase in blood flow. Histamine also increases the permeability of local capillaries, causing plasma to leak out and form interstitial fluid. This causes the swelling associated with inflammation.
    Additionally, injured cells, phagocytes, and basophils are sources of inflammatory mediators, including prostaglandins and leukotrienes. Leukotrienes attract neutrophils from the blood by chemotaxis and increase vascular permeability. Prostaglandins cause vasodilation by relaxing vascular smooth muscle and are a major cause of the pain associated with inflammation. Nonsteroidal anti-inflammatory drugs such as aspirin and ibuprofen relieve pain by inhibiting prostaglandin production.
  • Vasodilation. Many inflammatory mediators such as histamine are vasodilators that increase the diameters of local capillaries. This causes increased blood flow and is responsible for the heat and redness of inflamed tissue. It allows greater access of the blood to the site of inflammation.
  • Increased Vascular Permeability. At the same time, inflammatory mediators increase the permeability of the local vasculature, causing leakage of fluid into the interstitial space, resulting in the swelling, or edema, associated with inflammation.
  • Recruitment of Phagocytes. Leukotrienes are particularly good at attracting neutrophils from the blood to the site of infection by chemotaxis. Following an early neutrophil infiltrate stimulated by macrophage cytokines, more macrophages are recruited to clean up the debris left over at the site. When local infections are severe, neutrophils are attracted to the sites of infections in large numbers, and as they phagocytose the pathogens and subsequently die, their accumulated cellular remains are visible as pus at the infection site.

Overall, inflammation is valuable for many reasons. Not only are the pathogens killed and debris removed, but the increase in vascular permeability encourages the entry of clotting factors, the first step towards wound repair. Inflammation also facilitates the transport of antigen to lymph nodes by dendritic cells for the development of the adaptive immune response.

Chapter Review

Innate immune responses are critical to the early control of infections. Whereas barrier defenses are the body&rsquos first line of physical defense against pathogens, innate immune responses are the first line of physiological defense. Innate responses occur rapidly, but with less specificity and effectiveness than the adaptive immune response. Innate responses can be caused by a variety of cells, mediators, and antibacterial proteins such as complement. Within the first few days of an infection, another series of antibacterial proteins are induced, each with activities against certain bacteria, including opsonization of certain species. Additionally, interferons are induced that protect cells from viruses in their vicinity. Finally, the innate immune response does not stop when the adaptive immune response is developed. In fact, both can cooperate and one can influence the other in their responses against pathogens.


Phagocytosis and Inflammation

The first cytokines to be produced are pro-inflammatory that is, they encourage inflammation , the localized redness, swelling, heat, and pain that result from the movement of leukocytes and fluid through increasingly permeable capillaries to a site of infection. The population of leukocytes that arrives at an infection site depends on the nature of the infecting pathogen. Both macrophages and dendritic cells engulf pathogens and cellular debris through phagocytosis. EEN neutrophil is also a phagocytic leukocyte that engulfs and digests pathogens. Neutrophils, shown in Figure 23.3, are the most abundant leukocytes of the immune system. Neutrophils have a nucleus with two to five lobes, and they contain organelles, called lysosomes, that digest engulfed pathogens. Een eosinophil is a leukocyte that works with other eosinophils to surround a parasite it is involved in the allergic response and in protection against helminthes (parasitic worms).

Neutrophils and eosinophils are particularly important leukocytes that engulf large pathogens, such as bacteria and fungi. EEN mast cell is a leukocyte that produces inflammatory molecules, such as histamine, in response to large pathogens. EEN basophil is a leukocyte that, like a neutrophil, releases chemicals to stimulate the inflammatory response as illustrated in Figure 23.5. Basophils are also involved in allergy and hypersensitivity responses and induce specific types of inflammatory responses. Eosinophils and basophils produce additional inflammatory mediators to recruit more leukocytes. A hypersensitive immune response to harmless antigens, such as in pollen, often involves the release of histamine by basophils and mast cells.

Figure 23.5. In response to a cut, mast cells secrete histamines that cause nearby capillaries to dilate. Neutrophils and monocytes leave the capillaries. Monocytes mature into macrophages. Neutrophils, dendritic cells and macrophages release chemicals to stimulate the inflammatory response. Neutrophils and macrophages also consume invading bacteria by phagocytosis.

Cytokines also send feedback to cells of the nervous system to bring about the overall symptoms of feeling sick, which include lethargy, muscle pain, and nausea. These effects may have evolved because the symptoms encourage the individual to rest and prevent them from spreading the infection to others. Cytokines also increase the core body temperature, causing a fever, which causes the liver to withhold iron from the blood. Without iron, certain pathogens, such as some bacteria, are unable to replicate this is called nutritional immunity.


Small Intestine Early Innate Immunity Response during Intestinal Colonization by Escherichia coli Depends on Its Extra-Intestinal Virulence Status

Uropathogenic Escherichia coli (UPEC) strains live as commensals in the digestive tract of the host, but they can also initiate urinary tract infections. The aim of this work was to determine how a host detects the presence of a new UPEC strain in the digestive tract. Mice were orally challenged with UPEC strains 536 and CFT073, non-pathogenic strain K12 MG1655, and ΔPAI-536, an isogenic mutant of strain 536 lacking all 7 pathogenicity islands whose virulence is drastically attenuated. Intestinal colonization was measured, and cytokine expression was determined in various organs recovered from mice after oral challenge. UPEC strain 536 efficiently colonized the mouse digestive tract, and prior Enterobacteriaceae colonization was found to impact strain 536 colonization efficiency. An innate immune response, detected as the production of TNFα, IL-6 and IL-10 cytokines, was activated in the ileum 48 hours after oral challenge with strain 536, and returned to baseline within 8 days, without a drop in fecal pathogen load. Although inflammation was detected in the ileum, histology was normal at the time of cytokine peak. Comparison of cytokine secretion 48h after oral gavage with E. coli strain 536, CFT073, MG1655 or ΔPAI-536 showed that inflammation was more pronounced with UPECs than with non-pathogenic or attenuated strains. Pathogenicity islands also seemed to be involved in host detection, as IL-6 intestinal secretion was increased after administration of E. coli strain 536, but not after administration of ΔPAI-536. In conclusion, UPEC colonization of the mouse digestive tract activates acute phase inflammatory cytokine secretion but does not trigger any pathological changes, illustrating the opportunistic nature of UPECs. This digestive tract colonization model will be useful for studying the factors controlling the switch from commensalism to pathogenicity.

Belangenconflict verklaring

Competing Interests: This study was partly funded by Novartis Pharma. There are no patents, products in development or marketed products to declare. This does not alter the authors' adherence to all the PLOS ONE policies on sharing data and materials, as detailed online in the guide for authors.

Figuren

Fig 1. Intestinal colonization after a single…

Fig 1. Intestinal colonization after a single oral challenge with 10 7 CFU of UPEC…

Fig 2. TNFα, IL-6, and IL-10 cytokine…

Fig 2. TNFα, IL-6, and IL-10 cytokine ELISA measurements in the ileum (A), caecum (B)…


Innate immunity signalling and membrane trafficking

The mammalian innate immune system serves as the front line of the host to eliminate invading pathogens. The receptors that sense invading pathogens or the pathogen-associated molecules localized at various membrane compartments that include the plasma membrane, endosomes, and the endoplasmic reticulum. Intriguingly, growing evidence indicates that the sites of pathogen detection do not always represent the site where innate immune signal is triggered. Rather, pathogen detection often induces translocation of the receptors by membrane trafficking. Furthermore, dysregulated membrane trafficking of the receptors renders the host susceptible to infection or prone to autoinflammatory diseases. These findings underscore the critical role of membrane trafficking in the innate immunity. In this review, we highlight emerging issues regarding PRRs and membrane trafficking, with the particular focus on STING and TLR4, the activity of which is tightly regulated by membrane trafficking.


Pathogen Recognition

Upon pathogen entry to the body, the innate immune system uses several mechanisms to destroy the pathogen and any cells it has infected.

Learning Objectives

Describe the role of PAMPs and PRRs, interferons, and other cytokines in innate immunity

Key Takeaways

Key Points

  • Pathogens are recognized by a variety of immune cells, such as macrophages and dendritic cells, via pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) on the pathogen surface, which interact with complementary pattern-recognition receptors (PRRs) on the immune cells’ surfaces.
  • Upon binding of PRRs with PAMPs (pathogen recognition), immune cells release cytokines to tell other cells to start fighting back.
  • One class of cytokines, interferons, warn nearby uninfected cells of impending infection, cause cells to start cleaving RNA and reduce protein synthesis, and signal nearby infected cells to undergo apoptosis.
  • Another class of cytokines, called inerleukins, mediate interactions between white blood cells ( leukocytes ) and help bridge the innate and adaptive immune responses.
  • Inflammation (hot, red, swollen, painful tissue associated with infection) is encouraged by cytokines that are produced immediately upon pathogen recognition the increase in blood flow associated with inflammation allows more leukocytes (a type of innate immune cell) to reach the infected area.

Key Terms

  • macrophage: a white blood cell that phagocytizes necrotic cell debris and foreign material, including viruses, bacteria, and tattoo ink part of the innate immune system
  • phagocytosis: the process where a cell incorporates a particle by extending pseudopodia and drawing the particle into a vacuole of its cytoplasm
  • cytokine: any of various small regulatory proteins that regulate the cells of the immune system they are released upon binding of PRRs to PAMPS

Pathogen recognition

When a pathogen enters the body, cells in the blood and lymph detect the specific pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) on the pathogen’s surface. PAMPs are carbohydrate, polypeptide, and nucleic acid “signatures” that are expressed by viruses, bacteria, and parasites, but which differ from molecules on host cells. These PAMPs allow the immune system to recognize “self” from “other” so as not to destroy the host.

The immune system has specific cells with receptors that recognize these PAMPs. A macrophage is a large, phagocytic cell that engulfs foreign particles and pathogens. Macrophages recognize PAMPs via complementary pattern recognition receptors (PRRs). PRRs are molecules on macrophages and dendritic cells which are in contact with the external environment and can thus recognize PAMPs when present. A monocyte, a type of leukocyte (white blood cell) that circulates in the blood and lymph, differentiates into macrophages after it moves into infected tissue. Dendritic cells bind molecular signatures of pathogens, promoting pathogen engulfment and destruction.

Blood cells related to the innate immune response: Cells of the blood include (1) monocytes, (2) lymphocytes, (3) neutrophils, (4) red blood cells, and (5) platelets. Leukocytes (1, 2, 3) are white blood cells that play an important role in the body’s immune system.

Cells involved in the innate immune system: The immune system has specific cells whose job is to recognize pathogen-associated molecular patterns. The characteristics and location of cells involved in the innate immune system are described in this chart.

Once a pathogen is detected, the immune system must also track whether it is replicating intracellularly (inside the cell, as with most viruses and some bacteria) or extracellularly (outside of the cell, as with other bacteria, but not viruses). The innate immune system must respond accordingly by identifying the extracellular pathogen and/or by identifying host cells that have already been infected.

Cytokine release affect

The binding of PRRs with PAMPs triggers the release of cytokines, which signal that a pathogen is present and needs to be destroyed along with any infected cells. A cytokine is a chemical messenger that regulates cell differentiation (form and function), proliferation (production), and gene expression to affect immune responses. At least 40 types of cytokines exist in humans that differ in terms of the cell type that produces them, the cell type that responds to them, and the changes they produce.

One subclass of cytokines is the interleukin (IL), which mediates interactions between leukocytes (white blood cells). Interleukins are involved in bridging the innate and adaptive immune responses. In addition to being released from cells after PAMP recognition, cytokines are released by the infected cells which bind to nearby uninfected cells, inducing those cells to release cytokines, resulting in a cytokine burst.

A second class of cytokines is interferons, which are released by infected cells as a warning to nearby uninfected cells. A function an interferons is to inhibit viral replication, making them particularly effective against viruses. They also have other important functions, such as tumor surveillance. Interferons work by signaling neighboring uninfected cells to destroy RNA (often a very important biomolecule for viruses) and reduce protein synthesis signaling neighboring infected cells to undergo apoptosis (programmed cell death) and activating immune cells.

Interferon release: Interferons are cytokines that are released by a cell infected with a virus. The response of neighboring cells to interferons helps stem the infection.

Cytokines also send feedback to cells of the nervous system to bring about the overall symptoms of feeling sick, which include lethargy, muscle pain, and nausea. These effects may have evolved because the symptoms encourage the individual to rest, preventing them from spreading the infection to others. Cytokines also increase the core body temperature, causing a fever, which causes the liver to withhold iron from the blood. Without iron, certain pathogens (such as some bacteria) are unable to replicate this is called nutritional immunity.

Phagocytosis and inflammation

The first cytokines to be produced are pro-inflammatory that is, they encourage inflammation, or the localized redness, swelling (edema), heat, loss of function, and pain that result from the movement of leukocytes and fluid through increasingly-permeable capillaries to a site of infection. The population of leukocytes that arrives at an infection site depends on the nature of the infecting pathogen. Both macrophages and dendritic cells engulf pathogens and cellular debris through phagocytosis. A neutrophil is also a phagocytic leukocyte that engulfs and digests pathogens. Neutrophils, the most-abundant leukocytes of the immune system, have a nucleus with two to five lobes and contain organelles (lysosomes) that digest engulfed pathogens. An eosinophil is a leukocyte that works with other eosinophils to surround a parasite. It is involved in the allergic response and in protection against helminthes (parasitic worms).

Neutrophils and eosinophils are particularly important leukocytes that engulf large pathogens, such as bacteria and fungi. A mast cell is a leukocyte that produces inflammatory molecules, such as histamine, in response to large pathogens. A basophil is a leukocyte that, like a neutrophil, releases chemicals to stimulate the inflammatory response. Basophils are also involved in allergy and hypersensitivity responses and induce specific types of inflammatory responses. Eosinophils and basophils produce additional inflammatory mediators to recruit more leukocytes. A hypersensitive immune response to harmless antigens, such as in pollen, often involves the release of histamine by basophils and mast cells this is why many anti-allergy medications are anti-histamines.

Innate immune response to cuts: In response to a cut, mast cells secrete histamines that cause nearby capillaries to dilate. Neutrophils and monocytes leave the capillaries. Monocytes mature into macrophages. Neutrophils, dendritic cells, and macrophages release chemicals to stimulate the inflammatory response. Neutrophils and macrophages also consume invading bacteria by phagocytosis.


The understanding of the role of adipose tissue has changed from a lipid storage organ to an endocrine and immunologically active organ. Here, we summarize the evidence for an important role of adipose tissue in innate immunity. The review focuses on the expression and function of Toll-like receptors (TLRs) in adipocytes and on the role of adipose tissue macrophages. The dual activation of TLR4 in adipocytes by lipopolysaccharide and fatty acids represents a molecular gate that connects innate immunity with metabolism. Dichotomic molecules derived from ancient precursor molecules control metabolism and immune function. Visceral adipose tissue is infiltrated by macrophages in obesity, and there is local crosstalk between these two types of cells, leading to an inflammatory transformation of adipose tissue.

We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content and ads. By continuing you agree to the use of cookies .


Bekijk de video: Perwarisan Manusia Part 1. Biologi Tingkatan 5 (Januari- 2022).