Tsütotoksilised T-rakud

Tsütotoksilised T-rakud ehk CD8+ T-rakud ehk tsütolüütilised T-rakud ehk T-tappurrakud ehk Tc-rakud on T-lümfotsüütide alagruppi αβT kuuluvad T-rakud, mis on võimelised põhjustama kahjustatud somaatiliste rakkude apoptoosi ehk programmeeritud rakusurma, eritades rakku tsütotoksilisi graanuleid või Fas-ligandi raja kaudu. T-tappurrakud on peamiseks adaptiivseks immuunmehhanismiks patogeenide ja kasvajate vastu. Rakule seondumine toimub CD8-glükoproteiini ja T-raku retseptori ehk TCR-i vahendusel, mis paiknevad CD8+ T-rakkude pinnal. Tsütotoksiline T-rakk seondub peamise koesobivuskompleksi I klassi antigeenile, kusjuures seondumise afiinsuse määrab glükoproteiin. Tsütotoksilised T-rakud toodavad ka tsütokiine, mis aktiveerivad immuunsüsteemi. T-rakkude areng saab alguse hematopoeetiliste tüvirakkude diferentseerumisest luuüdis. Luuüdis tekkinud rakud migreeruvad tüümusesse, kus leiab aset VDJ-rekombinatsioon ehk somaatiline rekombinatsioon. VDJ-rekombinatsioon võimaldab piiratud geenide kombineerimisega saada väga palju erinevaid retseptoreid, mis omakorda on oluline võimalikult suure hulga antigeenide äratundmiseks. Rakud, mis on jõudnud tüümusesse ehk tümotsüüdid jätkavad jagunemist. Esialgu puuduvad tümotsüütidel CD4- ja CD8-glükoproteiinid. Eristumata on ka γ-δ-T-rakud, mis osalevad soolestiku epiteelis mittevalguliste patogeenide äratundmises. Tüümuses toimub pidev uute retseptorite genereerimine, rekombineerides T-raku retseptorite α- ja β-ahela geene. T-raku retseptorite geenide variatsiooniline kombineerimine võimaldab toota T-rakke, mis seonduvad miljonitele antigeenidele. T-rakke, mis on omandanud nii CD4- kui ka CD8-koretseptorid ning stabiilse TCR-i, nimetatakse topeltpositiivseteks – need on nii CD4- kui ka CD8-positiivsed. Topeltpositiivseid T-rakke eksponeeritakse tüümuses autoantigeenidele ja selekteeritakse kahe mehhanismi abil: positiivne selektsioon, mille käigus selekteeritakse nõrgalt MHC-autoantigeeni-kompleksile seondunud tümotsüüdid, mis jätkavad diferentseerumist; negatiivne selektsioon, mille käigus liiga tugevasti MHC-autoantigeeni-kompleksile seondunud tümotsüüdid lähevad apoptoosi. Positiivse selektsiooni eesmärk on elimineerida ebaefektiivsed ja negatiivse selektsiooni eesmärk on elimineerida autoimmuunsust põhjustavad T-rakud. Selektsiooni käigus läheb umbes 98% rakkudest apoptoosi. Selektsiooni läbinud tümotsüüdid diferentseeruvad üksikpositiivseteks. Neil T-rakkudel esineb ainult CD4- või CD8-retseptor ja vastavalt sellele kuuluvad nad CD4+ või CD8+ T-rakkude hulka. CD8+ T-rakud muutuvad aktiveerumisel tsütotoksilisteks T-rakkudeks. Koos fenotüüpse küpsusega saabub ka funktsionaalne küpsus ning CD8+ T-rakud on edaspidi võimelised indutseerima somaatiliste rakkude apoptoosi. Enne aktivatsiooni on tegemist naiivsete T-tappurrakkudega, mis pole veel puutunud kokku antigeeniga ja on seetõttu aktiveerumata. Tc-rakud on võimelised pärast aktiveerumist indutseerima apoptoosi. Aktivatsioon toimub mitme etapina ja kuigi kirjeldatud on ka alternatiivseid radu, on peamiseks aktivatsioonirajaks TCR-vahendatud seondumine MHC I klassi antigeenile. T-tappurrakkude retseptorid tunnevad ära vaid I klassi MHC-valgud. T-tappurrakkudel on CD8-valk, mis seondub kõikidel somaatilistel rakkudel esinevate I klassi MHC-valkudega. Rakkude proteasoomides lagundatud valgud paigutuvad MHC-valkudele ja kompleks transporditakse rakumembraani. T-rakkude retseptorid tunnevad ära peptiidi ja I klassi MHC valgu kompleksi raku pinnal, aga mitte kumbagi komponenti üksikuna. Kuna proteasoomides lagundatakse ka kehaomaseid valke, siis on MHC I koostises rakkude pinnal esindatud ka normaalse valkude uuenduse käigus tekkinud peptiidid. Et tappurrakud ei hävitaks keha normaalseid rakke, hävitatakse T-rakkude arengu käigus organismis need T-rakkude populatsioonid, millel on retseptorid kehaomaste valkude suhtes. Kui T-tappurrakk seostub rakuga, mille pinnal on MHC I kompleksina eksponeeritud võõrvalgu fragmendid, vabanevad sellest tsütokiinid ja toimub tõenäoliselt apoptoos. Samal ajal T-rakud paljunevad ja tekivad aktiveeritud T-tappurrakkude kloonid. Antigeeniga seondumisel osaleb ka glükoproteiin, millel on koretseptori roll, ja tema seondumise afiinsus määrab T-raku efektiivsuse. Antigeenile seondumine põhjustab T-tappurrakkude aktiveerumise. MHC I antigeeni esitamine on omane tuumaga rakkudele, seega saab aktiveeritud Tc indutseerida vaid tuumaga rakkude apoptoosi. T-rakkude seondumist vahendab α-β-TCR. α-β-TCR on kaheahelaline glükoproteiin, mida leidub kõigi veres ringlevate T-rakkude pinnal. α-β-TCR tunneb ära MHC esitatud antigeene. Antigeenideks on enamasti lühikesed peptiidisegmendid, mida MHC esitab membraanil paikneva retseptori kaudu. MHC-retseptorile seonduvad T-rakud enamasti mõneks sekundiks, kuid võõrvalgu äratundmisel kuni mitmeks tunniks. CD4+ ehk T-abistajaraku roll piirdub enamasti immuunsüsteemi ergutamisega tsütokiinide vahendusel ja uute leukotsüütide valmimise kiirendamisega. CD8+ rakk seondub oma α-β-TCR ja koretseptoriga MHC I tetrameerile ning moodustunud TCR/MHC/CD8-kompleks määrab tsütotoksilise T-raku vastuse. Võõrpeptiidi äratundmine ja piisavalt tugev seondumine kutsub esile apoptoosi. Aktiveerunud T-tappurrakud läbivad klonaalse ekspansiooni tsütokiini IL-2 vabanemise tõttu. IL-2 on T-rakkude kasvufaktor ja indutseerib nende jagunemist. Antigeeni ära tundvate T-rakkude arv kasvab ja uued antigeenile spetsialiseerunud T-rakud jätkavad nakatunud somaatiliste rakkude otsingut. Antigeen-positiivsed somaatilised rakud suunatakse apoptoosi. Apoptoosi kutsuvad T-tappurrakud esile, seondudes pöördumatult nakatunud või kahjustatud somaatilisele rakule. Apoptoosile peab eelnema Tc aktivatsioon ja püsiv seondumine MHC-I-retseptorile. Seejärel vabanevad Tc vesiikulitest perforiinid ja tekitavad rakumembraani auke, mille kaudu saavad siseneda gransüümid. Gransüümid on seriinproteaasid, mis aktiveerivad kaspaase. Gransüüme hoiustab Tc rakk lüsosoomides aktiveerimata kujul. Gransüümid sisenevad perforiinide tekitatud avauste kaudu vesiikulitena, seejärel vabanevad lüsosoomist kaltsiumiioonide mõjul ja aktiveeruvad. Kaspaaside kaskaadi aktiveerumine viib lõpuks apoptoosini. Tsentrifuugitavas rakukultuuris toimub kaspaaside aktiveerumine viie minuti jooksul, kuid apoptoos ilmneb mõne tunni möödudes, kui tuum kondenseerub ja raku pinnalt hakkavad vabanema laguprodukte sisaldavad vesiikulid. Tc-rakud kasutavad apoptoosi indutseerimiseks ka Fas-sõltuvat rada. Fas-raja korral toimub T-tappurrakus esmalt Fas-ligandide süntees. Fas-ligandid ehk FasL-id seonduvad Fas-molekulile raku pinnal. Seondumise tulemusena aktiveeritakse samuti kaspaaside kaskaad, mis viib apoptoosini. RNA-onkoviiruste loend: C-hepatiidi viirus ehk HCV; HTLV-1 ehk täiskasvanu ägeda leukeemia tekitaja (ingl human T-cell leukemia virus); HTLV-2 ehk retikuloendoteliaalse leukeemia tekitaja (ingl human T-cell lymphotropic virus); inimese immuunpuudulikkuse viirus (ingl human immunodefciency virus) ehk HIV; jt.  Pikemalt artiklis DNA-viirused ja onkogenne võimekus  Pikemalt artiklis Vähktõve viiruseteooria Lisaks mitmetele erinevatele viiruslikele komponentidele (näiteks viirusliku DNA insertsioonidena genoomis) on mitmed uuringud tõendanud ka teatud DNA-viiruste olemasolu hea- ja pahaloomuliste kasvajate kudedes. Nende olemasolu (viirusliku DNA tuvastamine biopsiaproovides) ja vähitekke vahelised seosed pole veel selged. Hinnanguliselt võib 15% inimese vähijuhtumitest seostada viirustega.  Pikemalt artiklis DNA-onkoviirused inimese papilloomiviirus (ingl human papillomavirus) ehk HPV; B-hepatiidi viirus (ingl hepatitis B virus) ehk HBV; Epsteini-Barri viirus (ingl Epstein-Barr virus) ehk EBV, ka HHV4; Kaposi sarkoomiga seostuv herpesviirus ehk inimese herpesviirus 8 (ingl Kaposi’s sarcoma-associated/human herpes virus 8) ehk HHV8 jpt. B-hepatiidi viirus on viirus, mis põhjustab B-hepatiiti. B-hepatiit on üks levinumaid nakkushaigusi. Arvatakse, et maailmas on 400 miljonit kroonilist B-hepatiidi kandjat, kusjuures B-hepatiit on ligikaudu sada korda nakkavam kui HIV. HBV genoom esineb kaheahelalise DNA kujul ja replikatsioon toimub üle RNA vaheprodukti. HBV on mittetsütolüütiline ehk ei põhjusta peremeesraku lüüsumist. Sellele lisandub HBV võime oma replikatsiooni alla suruda ja olla seetõttu immuunsüsteemile peaaegu märkamatu. B-hepatiit ei ole maksarakkudele tsütotoksiline, küll aga on seda tsütotoksilised T-rakud. Ägeda nakkuse puhul on tsütotoksiliste T-rakkude toime tugev ja 95% täiskasvanuid terveneb spontaanselt ilma püsivate kahjustusteta, samas kui enamikul imikutest tekib persistentne infektsioon. Persistentse ehk kroonilise infektsiooni korral, kui organismi tsütotoksiliste T-rakkude aktiivsus on väike ja organism ei suuda B-hepatiidi viiruseosakestest vabaneda, võib kujuneda maksatsirroos või halvemal juhul maksavähk. Immuunsüsteemi vastureaktsioon on CD4+ ja CD8+ T-rakkude süntees. CD4+ rakkudel on pigem CD8+ rakke hooldav ja aktiveeriv toime. CD4+ rakud on tuntud ka kui T-abistajarakud. Peamine immuunvastus oleneb CD8+ rakkudest, mis kutsuvad esile nakatunud rakkude apoptoosi, kuigi mõlemad T-rakkude grupid eritavad tsütokiine ja kemokiine, mis aktiveerivad täiendavalt immuunsüsteemi. Seeläbi suureneb nakkusohus olevate rakkude vastupanuvõime ja toimub virionide eemaldamine ringlusest. CD8+ rakkude indutseeritud apoptoos on peamine viis viirusest vabanemiseks, kuid sellega kaasneb ka maksa enda kahjustumine. Persistentse nakkuse korral toimub pidev CD8+ rakkude indutseeritud apoptoos ja kompensatsiooniks rakkude vähenemisele käivitub maksarakkude taastootmine. Rohked uuringud keskenduvad adaptiivse immuunsüsteemi aktiveerimisele, eriti CD8+ rakkude abil, mis omavad keskset rolli vähi- ja viirusvastases võitluses. Eesmärgiks on luua sünteetilised T-rakud, millel oleks suurema afiinsusega retseptorid vähi, HIV, EBV ja HBV vastu. CD8+ rakkude baasil loodav vaktsiin on siiski teoreetiline, kuna kõik immuunsüsteemi mehhanismid pole veel teada. Immunoloogia Immuunsüsteem Immunoretseptor Antigeen Tüümus Lümfotsüüt Harald zur Hausen, Oncogenic DNA viruses, Oncogene (2001) 20, 7820-7823, veebiversioon (vaadatud 22. septembril 2017) inglise keeles John B Liao, Viruses and Human Cancer, Yale J Biol Med. 2006 detsember; 79(3-4): 115–122, PMCID: PMC1994798, Cancer Issue, veebiversioon (vaadatud 22. septembril 2017) inglise keeles HBV pathogenesis in animal models: recent advances on the role of platelets Matteo Iannacone, Giovanni Sitia, Zaverio M. Ruggeri, and Luca G. Guidotti Varela-Rohena, A., P.E. Molloy, S. M. Dunn, Y. Li, M. M. Suhoski, R.G. Carroll, A. Milicic, T. Mahon, D.H. Sutton, B.E. Laugel, R. Moysey, B.J. Cameron, A. Vuidepot, M.E. Purbhoo, D.K. Cole, R.E. Phillips, C.H. June, B.K. Jakobsen, J.L. Riley* and A.K. Sewell* (2008) NCBI Immunobiology, 5th edition otsing: CTL Tcellsi koduleht Khan Academy video: CD8+ rakud Springer.DNA Tumor Viruses, 2008. Amazoni raamat