11.3A: Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs) and Danger-Associated Molecular Patterns (DAMPs)

W celu ochrony przed zakażeniem, jedną z pierwszych rzeczy, które musi zrobić organizm jest wykrycie obecności mikroorganizmów. Organizm początkowo robi to poprzez rozpoznawanie cząsteczek unikalnych dla grup powiązanych mikroorganizmów, które nie są związane z komórkami ludzkimi. Te unikalne cząsteczki mikroorganizmów nazywane są wzorcami molekularnymi związanymi z patogenami (pathogen-associated molecular patterns lub PAMP). Ponadto, unikalne cząsteczki występujące na zestresowanych, zranionych, zainfekowanych lub przekształconych komórkach ludzkich są również rozpoznawane jako część odporności wrodzonej. Są one często określane jako wzorce molekularne związane z zagrożeniem (danger-associated molecular patterns lub DAMPs). W sumie, uważa się, że wrodzony układ odpornościowy rozpoznaje około 103 wzorce molekularne.

Rysunek \(\PageIndex{1}}): (po lewej) Struktura ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych. Ściana komórkowa bakterii Gram-ujemnych składa się z cienkiej, wewnętrznej warstwy peptydoglikanu i zewnętrznej błony składającej się z cząsteczek fosfolipidów, lipopolisacharydów (LPS), lipoprotein i białek powierzchniowych. Lipopolisacharyd składa się z lipidu A i O polisacharydu. (po prawej) Ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich występuje jako gęsta warstwa składająca się zwykle z licznych rzędów peptydoglikanu oraz cząsteczek kwasu lipoteichojowego, ściennego kwasu teichojowego i białek powierzchniowych.

Przykłady PAMP związanych z drobnoustrojami obejmują:

1. lipopolisacharyd (LPS) z zewnętrznej błony ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych (patrz rysunek A);
2. bakteryjne lipoproteiny i lipopeptydy (patrz rysunek A);
3. poriny w zewnętrznej błonie ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych (patrz rysunek A);
4. peptydoglikan występujący obficie w ścianie komórkowej bakterii Gram-dodatnich i w mniejszym stopniu w ścianie komórkowej bakterii Gram-ujemnych (patrz rysunek B);
5. kwasylipoteichoinowe występujące w ścianie komórkowej bakterii Gram-dodatnich (rysunek ®(®PageIndex{1}} B);
6. lipoarabinomannan i kwasy mykolowe występujące w ścianach komórkowych bakterii kwasochłonnych (rysunek ®(®PageIndex{2}} B)
7. glikany bogate w mannozę (krótkie łańcuchy węglowodanowe z cukrem mannozą lub fruktozą jako cukrem końcowym). Są one powszechne w glikoproteinach i glikolipidach drobnoustrojów, ale rzadkie w glikoproteinach i glikolipidach ludzkich (patrz rysunek).
8. flagelina występująca we fladze bakteryjnej;
9. bakteryjny i wirusowy kwas nukleinowy. Genomy bakterii i wirusów zawierają wysoką częstotliwość występowania niezmetylowanych dinukleotydów cytozynowo-guaninowych lub sekwencji CpG (cytozyna pozbawiona grupy metylowej lub CH3 i znajdująca się w sąsiedztwie guaniny). DNA ssaków ma niską częstotliwość występowania sekwencji CpG, a większość z nich jest metylowana, co może maskować rozpoznanie przez receptory rozpoznające wzór. Ponadto ludzkie DNA i RNA nie wchodzą normalnie do endosomów komórkowych, gdzie znajdują się receptory rozpoznające wzór dla mikrobiologicznego DNA i RNA;
10. N-formylometionina , aminokwas wspólny dla białek bakteryjnych;
11. dwuniciowe wirusowe RNA unikalne dla wielu wirusów na pewnym etapie ich replikacji;
12. jednoskrętkowe wirusowe RNA z wielu wirusów posiadających genom RNA;
13. kwasy lipoteichoinowe, glikolipidy i zymosan ze ścian komórkowych drożdży; oraz
14. fosforylocholina i inne lipidy wspólne dla błon mikrobiologicznych.

Figura \(\): Struktura ściany komórkowej Acid-Fast. Oprócz peptydoglikanu, ściana komórkowa prątków kwasoopornych zawiera dużą ilość glikolipidów, zwłaszcza kwasów mykolowych. Warstwa peptydoglikanu jest połączona z arabinogalaktanem (D-arabinoza i D-galaktoza), który następnie jest połączony z wysokocząsteczkowymi kwasami mykolowymi. Warstwa arabinogalaktanu/kwasów mikolowych jest pokryta warstwą polipeptydów i kwasów mikolowych składających się z wolnych lipidów, glikolipidów i peptydoglikolipidów. Do innych glikolipidów należą lipoarabinomannan i mannozydy fosfatydyinozytolu (PIM). Ze względu na unikalną ścianę komórkową, gdy jest barwiona metodą acid-fast, jest odporna na odbarwianie kwasem z alkoholem i barwi się na czerwono, w kolorze barwnika wyjściowego, fuksyny karbolowej. Z wyjątkiem bardzo niewielu innych bakterii kwasoopornych, takich jak Nocardia, wszystkie inne bakterie zostaną odbarwione i zabarwią się na niebiesko, w kolorze przeciwbarwnika błękitu metylenowego.

Przykłady DAMP związane ze zestresowanymi, zranionymi, zainfekowanymi lub przekształconymi komórkami gospodarza i nie występujące na normalnych komórkach obejmują:

1. białka szoku cieplnego;
2. zmienione fosfolipidy błonowe; oraz
3. cząsteczki normalnie zlokalizowane wewnątrz fagosomów i lizosomów, które dostają się do cytozolu tylko wtedy, gdy te przedziały związane z błonami są uszkodzone w wyniku infekcji, w tym przeciwciała związane z mikrobami z opsonizacji.
4. cząsteczki normalnie znajdujące się w komórkach, takie jak ATP, DNA i RNA, które wyciekają z uszkodzonych komórek.

Do rozpoznawania PAMP, takich jak wymienione powyżej, różne komórki ciała mają różne odpowiednie receptory zwane receptorami rozpoznawania wzorca lub PRR, zdolne do wiązania się specyficznie z konserwowanymi częściami tych cząsteczek. Komórki, które zazwyczaj mają receptory rozpoznawania wzorca obejmują makrofagi, komórki dendrytyczne, komórki śródbłonka, komórki nabłonka błony śluzowej i limfocyty .

.