Методические указания по курсу «Молекулярная иммунология» для студентов биолого-почвенного факультета, обучающихся по специальности 011600 «Биология»
| Вид материала | Методические указания |
- Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы студентов биолого-почвенного, 633.59kb.
- Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы студентов заочного отделения, 624.34kb.
- Практикум Учебно-методическое пособие для студентов озо биолого-почвенного факультета, 240.69kb.
- Демоверсия рабочей программы по дисциплине гсэ. В. 03 «История и методология химии», 125.06kb.
- Методические указания для проведения практических занятий по курсу «Генетика с основами, 463.8kb.
- Рабочая программа Специальность 011600 биология Статус дисциплины, 213.17kb.
- Учебно-методическое пособие для студентов биологических факультетов специальности 011600, 1207.48kb.
- Горовцов Андрей Владимирович, ассистент кафедры биохимии и микробиологии биолого-почвенного, 32.35kb.
- М. К. Аммосова биолого-географический факультет кафедра общей биологии рабочая программа, 59.77kb.
- Методические указания по выполнению дипломной работы для студентов факультета массовых, 363.72kb.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по курсу «Молекулярная иммунология»
для студентов биолого-почвенного факультета,
обучающихся по специальности 011600 «Биология»
Ростов-на-Дону
2006
Методические указания разработаны кандидатом биологических наук, доцентом А.Б. Сагакянцем, кандидатом биологических наук, доцентом А.А. Синичкиным
Ответственный редактор доктор биол. наук, профессор В.В. Внуков
Печатается в соответствии с решением кафедры биохимии и микробиологии биологического факультета РГУ, протокол № 9 от 17 марта 2006 г.
II Организационно-методический раздел.
Специальный курс «Молекулярная иммунология» читается на старших курсах очно-заочного отделения биолого-почвенного факультета и является одним из важных курсов в системе высшего биологического образования.
Целью курса является углубление и расширение представлений студентов об молекулярных особенностях организации и функционирования защитных систем организмов различных уровней организации, раскрытие молекулярных механизмов доиммунных и иммунных систем резистентности и их взаимосвязи.
Задачами курса являются:
- углубление представлений студентов об молекулярных особенностях строения и жизнедеятельности многоклеточных организмов;
- формирование четких представлений о доиммунных систем реактивности, механизмах их функционирования и роли, как в жизнедеятельности отдельного организма, так и в эволюции живых систем;
- формирование четких представлений об иммунной системе, особенностях ее строения и молекулярных механизмах функционирования.
Иммунология – одна из общих дисциплин, вобравшая в себя достижения практически всех отраслей человеческого знания, объединившая в себе многие современные направления медико-биологических наук и активно использующая для достижения своих задач достижения в других дисциплинах. В связи с этим к студентам предъявляются высокие требования в изучении данной дисциплины.
III ПРОГРАММА КУРСА.
1 Введение. Общая характеристика молекулярной иммунологии: предмет и задачи. Молекулярная иммунология как наука, изучающая химические, биохимические и молекулярно-биологические основы реакций иммунитета.
2 Общая характеристика систем резистентности организма: неспецифическая и специфическая реактивность.
2.1 Неспецифическая система реактивности (НеСР): особенности состава и функций. Реакции и процессы, лежащие в основе НеСР. Опсонины и опсонизация – важнейшие реакции НеСР. Физические, гуморальные и клеточные составляющие НеСР.
2.2 Комплемент как важнейшая составляющая НеСР. Химия комплемента, группы молекул, составляющих систему комплемента: эффекторные и регуляторные молекулы (клеточные рецепторы, гуморальные соединения). Конвертаза – представление, строение, функции. Реакции протеолиза и работа комплемента. Пути активации системы комплемента.
Альтернативный путь активации системы комплемента: молекулярные механизмы, строение С3-конвертазы и особенности функционирования продуктов ее активности. МАК – мембранно-атакующий комплекс – механизмы формирования и работы. Регуляция активности альтернативного пути активации системы комплемента.
Классический путь активации системы комплемента: пусковые механизмы, молекулярные реакции активности С3-конвертазы классического пути.
Лектиновый путь активации системы комплемента: С-реактивный протеин и манан-связывающий лектин как пусковые сигналы активности системы комплемента.
Взаимосвязь отдельных путей активации системы комплемента, механизмы усиления и регуляции активности.
Регуляторные белки системы комплемента: особенности строения и функций. Сывороточные (С1-игибитор, С4-связывающий протеин, протеаза J, Н, С3b-ингибитор) и мембранные (DAF, MCP) составные. Биологически активные пептиды системы комплемента.
Эффекторные функции системы комплемента: явление иммунного прикрепления, усиление фагоцитоза, сосудотропный эффект, хемотаксис, гибель и лизис клеток – усиление воспалительной реакции. Участие С1q в регуляции процесса переключения иммунологических реакций с клеточных на гуморальные и наоборот.
Биосинтез компонентов комплемента.
2.3 Клеточные факторы НеСР: лейкоциты и NK-клетки – функциональные отличия и сходства.
2.3.1. Лейкоциты: моноциты-макрофаги (резидентные и подвижные) и гранулоциты-микрофаги (базофилы, нейтрофилы).
Макрофаги – особенности рецепторного аппарата и внутриклеточного состава. Связь доиммунных и иммунных реакций.
Гранулоциты – особенности строения и химического составляющего гранул.
Общая схема активации лейкоцитов: стимул, активация, три пути реализации эффекта: фагоцитоз, внеклеточные цитолитические реакции, выброс регуляторных молекул.
Фагоцитоз завершенный и незавершенный. Молекулярные механизмы отдельных его стадий.
Молекулярные механизмы презентирования антигенных детерминант (номинальных антигенов) иммунокомпетентным клеткам. Антиген-презентирующие клетки (АПК).
Внеклеточные цитотоксические реакции: а) внеклеточное переваривание нейтрофилами и его особенности в заисимости от содержимого гранул; молекулярные механизмы экзоцитоза; б) «кислородный взрыв» - усиление продукции активных форм кислорода (АФК). Пути увеличения выработки АФК: 1) за счет изменения метаболизма углеводов, усиления пентозо-монофосфатного пути при увеличении активности НАДФН-оксидазы и цитохрома b245, активированных фосфолипазами и протеинкиназой С; 2) увеличение активности миелопероксидазы и наработка гипогалоидов; 3) увеличение активности NO-синтетазы, синтезирующей NO-радикал, который при взаимодействии с супероксид-анионрадикалом образует пероксинитрильный радикал, осуществляющий цитотоксические реакции.
Выброс регуляторных молекул – представление о цитокинах и интерлейкинах. Другие биологически активные соединения – Эйкозаноиды (простагландины, лейкотриены и тромбоксаны), веделяемые лейкоцитами. Связь усиления активности специфической системы резистентности и выделения биологически активных соединений путем активации высвобождения арахидоновой кислоты (усиление фосфолипазной активности) и ее окислительного метаболизма (работа циклооксигеназы и тромбоксансинтетазы).
Результат работы лейкоцитарной системы. Факторы, снижающие или ограничивающие эффективность работы лейкоцитов: узкий спектр конкретных бактериальных продуктов, которые детектируются лейкоцитами; характер реакций лейкоцитов (по принципу «все или ничего»); быстрая эволюция микроорганизмов.
NK-клетки – естественные киллеры как клеточный компонент НеСР. Особенности строения и молекулярные механизмы функционирования. Перфорины. Типы активации NK-клеток.
2.4 Воспаление как важнейший компонент доиммунной реактивности организма. Основные проявления, стадии, молекулярные и клеточные участники воспаления. Клеточная кооперация при воспалительной реакции как пример взаимодействия НеСР и ССР.
3 Клетки и органы иммунной системы – лимфоцит как основа для специфической системы реактивности (ССР). Органно-циркуляторный принцип строения иммунной системы.
3.1 Органы иммунной системы – центральные и периферические, капсулированные и не инкапсулированные. Кроветворные костный мозг, тимус, селезенка, лимфатические узлы – особенности строения и функционирования. Лимфоидная ткань, ассоциированная с различными системами органов (дыхания, пищеварения и т.д.).
3.2 Лимфоциты – особенности строения. Популяции лимфоцитов – Т- и В-лимфоциты, их субпопуляции. Многообразие лимфоцитов, молекулярные основы распознавания антигенов: особенности строения рецепторного аппарата В-клеток (BCR) и Т-клеток (TCR). Кластеры дифференцировки – CD-рецепторы лимфоцитов. Понятие о лимфопоэзе и иммуногенезе – молекулярные механизмы и локализация процессов.
3.3 Динамическая структура периферического отдела иммунной системы: распределение клеточных популяций лимфоцитов в организме человека. Стадии миграции лейкоцитов из сосудистого русла в ткань. Схема хоминга лейкоцитов. Адгезины и хемокины.
3.4 Гуморальные факторы иммунной системы – антитела и цитокины.
3.4.1 Антитела (иммуноглобулины) – особенности строения, структурная организация молекул. Биохимические свойства иммуноглобулинов: первичная структура полипептидных цепей белка, пространственная структура легкой и тяжелой цепей и организация четвертичной структуры антител. Антигенное строение иммуноглобулинов: изотипические, аллотипические, идиотипические и вариотипические детерминанты. Строение активного центра антител: участие тяжелых и легких цепей, вариабельные и гипервариабельные участки. Молекулярные механизмы образования комплекса антиген-антитело: физико-химические взаимодействия, их характеристика и значение в образовании стабильного иммунного комплекса.
Гены иммуноглобулинов: особенности строения, молекулярные механизмы биосинтеза антител. Секреция новообразованных иммуноглобулинов.
Эффекторные функции иммуноглобулинов: антигеннезависимые и антигензависимые. Антигеннезависимые эффекторные функции – преодоление плацентарного барьера, реабсорбция в извитых канальцах почек, фиксация на тучных клетках и базофилах, фиксация на макрофагах (моноцитах) и лимфоцитах, связывание C1q субкомпонента комплемента, сявзывание С3 компонента комплемента. Антигензависимые эффекторные функции - активация системы комплемента, нейтрализация бактериальных токсинов, усиление фагоцитоза, нейтрализация вирусов, участие в высвобождении биогенных аминов из тучных клеток, зависимая от антител клеточная цитотоксичность; связывание лимфоцитами иммунных комплексов. интерференция эффекторных функций иммуноглобулинов.
Катаболизм иммуноглобулинов. Биологические свойства продуктов расщепления (усиление фагоцитоза, проявление хемотактических свойств и участие в воспалении).
3.4.2 Цитокины и интерлейкины – регуляторные молекулы системы иммунитета, их основные свойства. Классификация цитокинов, основные представители, их молекулярная характеристика и функциональные свойства: регуляторы воспаления, регуляторы Т-клеточного иммунного ответа, регуляторы В-клеточного антигенспецифического иммунного ответа, регуляторы гемопоэза. Хемокины.
4.1 Антигены – определение, свойства. Физико-химические характеристики соединений, обладающих антигенными свойствами. Свойства антигенов (чужеродность, антигенность, иммуногенность, специфичность). Структурные основы антигенной специфичности. Типы антигенной специфичности (видовая, групповая, типоспецифичность, гетероспецифичность и гетероантигены, функциональная специфичность, стадиоспецифичнсоть, гаптеноспецифичность, патологическая специфичность). Гаптены и конъюгированные антигены. Антигенные свойства некоторых соединений: белки и синтетические полипептиды, нуклеиновые кислоты и синтетические полинуклеотиды, полисахариды. Антигенные детерминанты- эпитопы, их виды и молекулярные особенности строения.
4.2 Детерминанты антигена, распознаваемые В- и Т-лимфоцитами. Антигенная специфичность и генотип реципиента (гены иммунного ответа).
4.3 Главный комплекс гистосовместимости (ГКГ) – важнейший участники иммунологических реакций. Состав генного комплекса HLA на С6 хромосоме. Особенности структурной организации ГКГ I, II класса, их функциональная активность. Представление о разнообразии и аллельном полиморфизме генов HLA – наличие в пределах каждого локуса большого количества различных специфичностей HLA-генов.
HLA-I класса – особенности строения и характеристика молекулярных продуктов этих генов. Экспрессия ГКГ I класса на клетках организма. Индукция продуктов ГКГ I и II класса эндогенными факторами модификации иммунного ответа. Представление о «пептидсвязываюшей бороздке» антигена HLA класса I. Молекулярные механизмы образования комплекса HLA-I-номинальный антиген (пептид): участие продуктов генов HLA класса II, роль протеасомного разрушения исходного антигена и пептидов-переносчиков. Локализация процесса. Распознавание презентированного антигена предшественниками Т-лимфоцитов-киллеров/супрессоров (CD8+ клетки).
HLA II класса - особенности строения и характеристика молекулярных продуктов этих генов. Строение «пептидсвязываюшей бороздки» в антигена ГКГ II класса. Молекулярные механизмы презентации антигена с помощью HLA II класса: участие лизосом в деградации первичного антигена, а также аппарата Гольджи и эндосомального компартмента. Распознавание презентированного антигена Т-лимфоцитами-хелперами (CD4+ клетки).
Индукция HLA антигенов на различных клетках под действием различных регуляторных молекул: -интерферона, ингибирование простагландинами Е.
HLA III класса - особенности строения и характеристика молекулярных продуктов этих генов. Способность регулировать активность ферментов цитохрома Р450, кодирование компонентов комплемента, гены теплового шока, локус фактора некроза опухолей.
Гены иммунного ответа Ir-гены- предположительная природа и биологические функции. Представление об Ir-генах у человека как о некой интегральной функции, в которой принимают участие «главные действующие лица» процесса иммунологического распознавания.
5 Иммунная система при ответе на антигены: молекулярные основы иммунного реагирования. Молекулярные основы межклеточной адгезии. Последствия взаимодействия Т-лимфоцитов и антигенпрезентирующих клеток. Развитие, взаимодействие и функции Т-хелперов, индукция клеточного и гуморального иммунных ответов.
Молекулярные изменения в структуре иммунной системы при иммунном ответе и его завершении.
Перечень вопросов для итогового контроля знаний.
1 Молекулярная иммунология – определение, предмет исследования и основные задачи.
2 Общая характеристика систем резистентности организма человека.
3 Неспецифическая система резистентности: клеточные и гуморальные составляющие. Характеристика процессов, лежащих в основе работы НеСР.
4 Гуморальные факторы НеСР: опсонины и опсонизация. Система комплемента – структурно-функциональная характеристика компонентов. Группы белков и их функция.
5 Конвертаза системы комплемента – особенности строения, функций.
6. Альтернативный путь активации системы комплемента - молекулярные особенности прохождения. Понятие об инициирующем сигнале.
7 Мембрано-атакующий комплекс – молекулярные механизмы формирования, эффекты, реализуемые с его участием.
8 Классический путь активации системы комплемента - молекулярные особенности прохождения. Инициирующий сигнал.
9 Лектиновый путь активации комплемента - молекулярные особенности прохождения. Инициирующий сигнал.
10 Кооперативный механизм работы различных путей активации комплемента.
11 Регуляция активности системы комплемента – регуляторные молекулы и рецепторы, их характеристика и молекулярные механизмы работы.
12 Лейкоциты – главный фактор клеточного звена НеСР, особенности состава, строения и функций.
13 Гранулоциты – особенности строения, состава гранул. Виды гранулоцитов, их особенности. Молекулярные механизмы работы.
14 Макрофаги–моноциты – особенности строения и функций.
15 Способы реагирования клеточного звена НеСР на чужеродные сигналы – общая характеристика.
16 Фагоцитоз – характеристика процесса, молекулярные механизмы отдельных стадий. Виды фагоцитоза: завершенный и незавершенный.
17 Экзотитозная активность лейкоцитов. Внеклеточное переваривание: молекулярные механизмы, характеристика ферментов, содержащихся в гранулах клеток.
18 «Кислородный взрыв» и бактерицидная активность лейкоцитов. Пути генерации АФК в клетках НеСР. НАДФН-оксидаза и миелопероксидаза – особенности регуляции их активности, пути активации.
19 Эйкозаноиды – важнейшие биологически активные соединения, механизм генерации, молекулярные основы их активности.
20 Регуляторные молекулы, выделяемые лейкоцитами и их эффект.
21 Воспаление – характеристика процесса, молекулярные механизмы протекания. Стадии воспаления. Место воспалительной реакции в общей системе резистентности организма.
22 Органно-циркуляторный принцип строения иммунной системы.
23 Лимфоцит как главный носитель свойств специфической системы резистентности. Особенности строения.
24 Популяции и субпопуляции лимфоцитов, кластеры дифференцировки.
25 Представление о лимфопоэзе и иммуногенезе, локализация процессов.
26 Т-лимфоциты, особенности популяционного состава. Строение Т-клеточного рецептора (TCR).
27 В-лимфоцит, особенности популяционного состава. Строение В-клеточного рецептора (BCR).
28 NK-клетки – особенности строения, молекулярные механизмы функционирования.
29 Адгезины, особенности циркуляции клеток иммунной системы. Стадии проникновения клеток в ткани.
30 Антитела, иммуноглобулины, молекулярные особеннсоти структурной организации.
31 Особенности строения отдельных классов иммуноглобулинов.
32 Гены иммуноглобулинов, строение, молекулярные механизмы биосинтеза антител.
33 Эффекторные функции иммуноглобулинов.
34 Катаболизм антител и биологическая активность продуктов деградации иммуноглобулинов.
35 Цитокины, интерлейкины и хемокины – особенности строения, молекулярные механизмы работы.
36 Общее представление об антигенах. Свойства антигенов.
37 Белки и полипептиды как антигены.
38 Углеводы как антигены.
39 Нуклеиновые кислоты и полинуклеотиды как антигены.
40 Главный комплекс гистосовместимости (ГКГ) I, II, III класса - общая характеристика.
41 Молекулярные особенности структурной организации ГКГ I класса. Характеристика продуктов работы ГКГ I класса. «Пептид-связывающая бороздка». Молекулярные механизмы презентации антигена ГКГ I класса.
42 Молекулярные особенности структурной организации ГКГ II класса. Характеристика продуктов работы ГКГ II класса. «Пептид-связывающая бороздка». Молекулярные механизмы презентации антигена ГКГ II класса.
43 Молекулярные особенности структурной организации ГКГ III класса. Характеристика продуктов работы ГКГ III класса: регуляторы активности цитохрома Р450, компоненты комплемента, белки теплового шока, фактор некроза опухолей.
44 Особенности иммунной системы при ответе на антиген и его завершении.
IV Распределение часов курса по темам и видам работ
| Наименование тем и разделов | Всего часов (трудоемкость) | Аудитор. занятия (час). в т.ч.(лекции) | Сам. работа | |
| Введение: предмет и задачи молекулярной иммунологии. Общая характеристика системы резистентности. | 4 | 2 | - | 2 |
| Неспецифическая система резистентности: компелмент, молекулярные особенности строения и функционирования, пути активации. МАК. | 8 | 2 | - | 6 |
| Клетки неспецифической системы резистентности – строение, молекулярные основы функционирования. Фагоцитоз. Воспаление. | 8 | 2 | - | 6 |
| Иммунная система – клетки и органы. Лимфоциты – строение, и функциональные особенности популяций и субпопуляций . | 10 | 2 | - | 8 |
| Антитела – молекулярные особенности, строение и функции. Цитокины, Интерлейкины, хемокины. | 6 | 2 | - | 4 |
| Антигены – молекулярные особенности строения, свойства. | 4 | 2 | - | 2 |
| Главный комплекс гистосовместимости I, II, III классов – строение и структурно-функциональная характеристика их продуктов. Молекулярные механизмы презентации антигенов. | 8 | 2 | - | 6 |
| Иммунная система при ответе на антигены и после его завершения. | 6 | 2 | - | 4 |
| ИТОГО | 54 | 16 | - | 38 |
Итоговый контроль – зачет.
V Учебно-методическое обеспечение курса.
Литература
Основная:
1 Хаитов Р.М., Игнатьева Г.А., Сидорович И.Г. Иммунология. - М.: Медицина, 2000.-432 с.
2 Ярилин А.А. Основы иммунологии. - М.: Медицина, 1999.- 608 с.
3 Кульберг А.Я. Молекулярная иммунология. М.: ВШ, 1985.- 287 с.
4 Ройт А., Дж. Брострофф, Д. Мейл. Иммунология. - М.: Мир, 2000. - 592 с.
5 Галактионов В.Г. Иммунология. - М.: РИЦМДК, 2000. - 487 с.
6 Брондз Б.Д., Рохлин О.В. Молекулярные и клеточные основы иммунологического распознавания. М.: Наука, 1978.- 336 с.
7 Дельвиг А.А., Робинсон Д.Г., Семенов Б.Ф. Клеточные и молекулярные основы презентации антигенов. М.: Медицина, 2004.- 184 с.
8 Фрейдлин И.С., Тотолян А.А. Клетки иммунной системы. СПб.: Наука, 2001.- 390 с.
9 Дранник Г.Н. Клиническая иммунология и аллергология.- Одесса: АстроПринт, 1999. - 604 с.
Дополнительная:
1 Коненков В.И. Медицинская и экологическая иммуногенетика. СО РАМН, Новосибирск, 1999.- 250 с.
2 Иммунология /под ред. Пол У. – М.: Мир, 1987-1989. -Т.1. - 375 с.; Т.2. - 345 с.; Т.3. - 360 с.
3 Петров Р.В. Иммунология и иммуногенетика. М.: Медицина, 1976.- 338 с.
4 Вершигора А.Е. Общая иммунология. Киев: Выща школа, 1990.- 736 с.