Embrüonaalsed tüvirakud

Embrüonaalsed tüvirakud on pluripotentsed tüvirakud, mis on saadud embrüo varajase staadiumi blastotsüsti sisemisest rakumassist.  Inimese embrüo jõuab blastotsüsti staadiumisse 4–5 päeva pärast viljastumist, koosnedes ligikaudu 50–100 rakust. Inimese embrüonaalsete tüvirakkude saamine püstitab palju eetilisi probleeme, sest viljastatud munarakk hävineb sisemise rakumassi isoleerimisel.

Inimese embrüonaalsed tüvirakud koekultuuris koos hiire fibroblastidest toiterakkudega

Omadused

A – tüvirakk; B – eellasrakk; C – diferentseerunud rakk; 1 – sümmeetriline rakujagunemine; 2 – asümmeetriline rakujagunemine; 3 – eellasrakkude jagunemine; 4 – pöördumatu diferentseerumine. Tüviraku jagunemisel tekkivatest tütarrakkudest jääb osa edasi tüvirakkudeks (st säilitavad oma diferentseerumata oleku), osa aga alustab diferentseerumist spetsialiseerunud rakkudeks. Embrüonaalsete tüvirakkude diferentseerumist hoitakse ära koekultuuri spetsiifilise söötmega, et tagada pluripotentsete rakkude säilimine

Teadustöös enimkasutatavate inimese ja hiire embrüonaalsete tüvirakkude diameeter on vastavalt ligikaudu 14 ja 8 μm. Embrüonaalseid tüvirakke iseloomustab nende kaks eriomadust:

• pluripotentsus,
• võime paljuneda lõputult.

Embrüonaalsed tüvirakud on pluripotentsed, mis tähendab, et nad suudavad diferentseeruda kõikideks primaarseteks lootelehtedeks: välimine (ektoderm), keskmine (mesoderm) ja sisemine (endoderm). Täiskasvanud inimese kehas kuulub igasse lootelehte rohkem kui 220 rakutüüpi. Pluripotentsus eristabki embrüonaalsed tüvirakke täiskasvanu (somaatilistest) tüvirakkudest, sest embrüonaalsed tüvirakud panevad aluse kõigile keharakutüüpidele, kuid somaatilised tüvirakud on multipotentsed ehk nende diferentseerumisvõime on piiratud.

Spetsiifilises kasvukeskkonnas säilitavad embrüonaalsed tüvirakud oma piiramatu jagunemisvõime. See võimaldab embrüonaalseid tüvirakke kasutada edukalt teadustöös ja loodetavasti ka tuleviku meditsiinilises taastusravis.

Arvatakse, et embrüonaalsete tüvirakkude plastilisust ja potentsiaali piiramatuks paljunemiseks saab kasutada taastusravis ja vigastatud või haigete kudede asendamiseks. Meditsiinis võiks pluripotentsete tüvirakkude abil ravida palju vere ja immuunsüsteemiga seotud haigusi ja häireid, vähkkasvajaid, laste diabeeti, Parkinsoni tõbe ja selgroovigastusi. Lisaks tüvirakuteraapia eetilistele probleemidele, on teiselt inimeselt (allogeensel) tüvirakkude siirdamisel takistavaks teguriks ka doonori ja vastuvõtja sobimatus. Koesobivuse probleemi lahendamisel võivad abiks olla inimese enda somaatiliste tüvirakkude kasutamine, terapeutiline kloonimine, tüvirakupangad või kindlate faktoritega reprogrammeeritud somaatiliste rakkude kasutamine (indutseeritud pluripotentsed tüvirakud). Embrüonaalseid tüvirakke kasutatakse ka inimese varajase arengu ja geneetiliste haiguste uurimiseks ning in vitro süsteemina toksikoloogilistes katsetustes.

Uuringute ajalugu

1964. aastal eraldati teratokartsinoomist, mis oli sugurakkudest tekkinud kasvaja, kindel rakutüüp. Need teratokartsinoomist eraldatud rakud paljunesid ja kasvasid rakukultuuris nagu tüvirakud ja on tänapäeval tuntud kui embrüonaalse vähi rakud. Sarnase välimuse ja diferentseerumise potentsiaali (pluripotentsus) tõttu hakati embrüonaalse kartsinoomi rakke kasutama hiire varajase arengu in vitro mudelina. Teratokartsinoomi arengu jooksul tekivad embrüonaalse kartsinoomi rakkudes geneetilised mutatsioonid ja ebanormaalne karüotüüp. Sellised geneetilised kõrvalekalded tekitasidki vajaduse normaalsete pluripotentsete rakkude eraldamiseks blastotsüsti sisemisest rakumassist.

1981. aastal eraldati esimest korda hiire embrüonaalsed tüvirakud kahes erinevas teadustöörühmas. Martin Evans ja Matthew Kaufman Cambridge'i Ülikooli geneetika osakonnast avaldasid juulis uue protseduuri, mis võimaldas kasvatada hiire embrüoid emakas, suurendades rakkude arvu ja saades embrüost embrüonaalsed tüvirakke. Gail R. Martin San Francisco California Ülikooli anatoomia osakonnast avaldas oma artikli detsembris ja mõtles välja termini "embrüonaalne tüvirakk". Ta näitas, et embrüoid saab ka in vitro kasvatada ning hiljem saab neist ka embrüonaalseid tüvirakke. 1998. aastal toimus aga läbimurre, sest James Thomsoni juhitud Wisconsin-Madisoni Ülikooli teadlased olid esimesed, kes töötasid välja metoodika inimese embrüonaalsete tüvirakkude isoleerimiseks ja kasvatamiseks rakukultuuris.

Embrüonaalsete tüvirakkude saamise ja kasvatamise meetodid ja tingimused

Blastotsüst kinnitumas emaka limaskestale

Inimese embrüonaalsete tüvirakkude saamine. In vitro viljastamise protseduuris kasutatakse algselt mitmeid munarakke ja tekkinud embrüotest valitakse välja parimad. Ülejäävaid embrüoid, mida kliiniliselt ei kasutata või mis on sobimatud implantatsiooniks patsienti, saab doonori nõusolekul annetada. Nendest annetatud embrüotest, mis muidu hävitataks, saadaksegi inimese embrüonaalsed tüvirakud. Blastotsüstistaadiumis olevast embrüost eraldatakse sisemine rakumass, kasutades mehaanilist lahkamist ja immunokirurgiat. Saadud sisemine rakumass pannakse kasvama abirakkudele ehk toiterakkudele. Sisemise rakumassi rakud kinnituvad ja jagunevad veelgi, moodustades inimese embrüonaalsed diferentseerumata rakud. Neid rakke toidetakse iga päev ja passeeritakse kas ensümaatiliselt või mehaaniliselt iga nelja kuni seitsme päeva tagant. Diferentseerumise tekkimiseks eraldatakse embrüonaalsed tüvirakud abirakkudelt, et moodustuksid embrüonaalsed kehad, kasutades selleks seerumit või muid diferentseerumist soodustavaid meetodeid.

Hiire embrüonaalsete tüvirakkude saamine. Embrüonaalsed tüvirakud eraldati emase doonorlooma varajase embrüo sisemisest rakumassist. Martin Evans ja Matthew Kaufman teatasid meetodist, mis võimaldab hiire embrüo implantatsiooni edasi lükata ja seega kasvatada sisemist rakumassi. Selle protsessi käigus eemaldatakse doonorema munasarjad ja hormoonkeskkonna muutmiseks manustatakse progesterooni, mistõttu embrüod ei kinnitu emakas. Embrüod võetakse ära pärast 4–6 päeva sellises emakasiseses keskkonnas kasvamist ja pannakse kasvama in vitro keskkonda, kuni sisemine rakumass moodustab "munakujulise" struktuuri, mis seejärel muudetakse omakorda üksikrakuliseks ja külvatakse mitomütsiin C-ga (fibroblastide mitoosi vältimiseks) töödeldud fibroblastidele. Üksikrakuliselt kasvatades tekivad klonaalsed rakuliinid. Evans ja Kaufman tõestasid, et sellises rakukultuuris kasvanud hiire rakud suudavad moodustada nii teratoomi kui ka embrüonaalseid kehi, samuti in vitro diferentseeruda, mis kõik kinnitab, et need rakud on pluripotentsed.

Gail Martin eraldas ja kasvatas hiire embrüonaalseid tüvirakke teisiti. Ta eemaldas doonorema embrüod umbes 76 tundi pärast kopulatsiooni ja kasvatas neid öö läbi seerumit sisaldavas söötmes. Kasutades mikrokirurgiat, eraldas ta järgmisel päeval hiire hilise blastotsüsti sisemise rakumassi. Kasvatas seda eraldatud sisemist rakumassi spetsiaalsel söötmel ja mitootiliselt inaktiveeritud fibroblastidel. Nädala pärast ilmusid rakukolooniad, mis kasvasid hästi koekultuuris ja olid pluripotentsete omadustega. Seda näitas rakkude võime moodustada teratoome, diferentseeruda in vitro ja moodustada embrüonaalseid kehi. Martin viitas neile rakkudele kui embrüonaalsetele tüvirakkudele.

Tänapäeval teatakse, et koekultuuris rutiinselt kasutatav seerum sisaldab luu morfogeneetilist valku (BMP) ja toiterakud toodavad leukeemiat inhibeerivat faktorit (LIF), mis on vajalikud hiire embrüonaalsete tüvirakkude diferentseerumise takistamiseks. Need faktorid on äärmiselt olulised hiire embrüonaalsete tüvirakkude efektiivseks kasvatamiseks. Samuti on näidatud, et embrüonaalsete tüvirakkude isoleerimise efektiivsus sõltub hiireliinist. Tänapäeva teadustöös kasutatakse hiire embrüonaalseid tüvirakke transgeensete hiirte, kaasa arvatud knock-out hiirte, tegemiseks.

Inimese embrüonaalsete tüvirakkude loomine on palju keerulisem ja seisab silmitsi eetiliste probleemidega. Seega on paljud teadustöörühmad lisaks inimese embrüonaalsete tüvirakkude uurimisele pühendunud ka indutseeritud pluripotentsete tüvirakkude loomisele.

Võõrpäritolu (ksenogeensete) komponentide probleem tüvirakkude kasvatamisel koekultuuris

Ajakirja Nature Medicine internetiväljaanne avaldas 24. jaanuaril 2005 uurimuse, mis väitis, et inimese embrüonaalsed tüvirakud, mida kasutatakse föderaalseadusega rahastatud teadustöös, on saastunud inimesele mitteomaste molekulidega, mis on tulnud rakkude kasvukeskkonnast. Hiire ja teiste loomade rakkude kasutamine abirakkudena aktiivselt jagunevate rakkude pluripotentsuse säilitamiseks on aga väga levinud meetod. San Diego California Ülikooli teadlaste sõnul seadis embrüonaalsete tüvirakkude kasutamise inimeses ohtu söötmes leiduv inimesele mitteomane siaalhape.

Seevastu väljaande Lancet Medical Journal internetiversioon avaldas 2005. aasta 8. märtsil üksikasjaliku ülevaate, kuidas täielikult raku- ja seerumivabadel tingimustel saadi inimese embrüost uus tüvirakuliin. Need rakud suutsid rohkem kui kuus kuud olla diferentseerumata prolifereeruvas olekus ning moodustada kõige kolme lootelehte rakke nii in vitro tingimustes kui ka teratoomides. Need omadused säilisid edukalt (rohkem kui 30 passeerimisel) ka loodud rakuliinidel.

Doonor-vastuvõtja mittesobivuse vähendamine

Mitmed teadustöörühmad tegelevad embrüonaalsetest tüvirakkudest saadud diferentseerunud rakkude doonor-vastuvõtja mittesobivuse vähendamisega nende siirdamisel patsienti. Üheks võimaluseks oleks patsiendiga geneetiliselt identsete embrüonaalsete tüvirakkude tegemine, kasutades terapeutilist kloonimist.

Alternatiivseks võimaluseks mittekloonitud embrüonaalsete tüvirakkude teraapias on paljude võimalikult erinevate geneetilise taustaga tüvirakuliinide tegemine. Suurima sarnasusega liini kasutamine võimaldaks kohandada ravi vastavalt patsiendile, langetades mittesobivuse riski.

Ohutus: kasvajate tekke riski vähendamine

• Embrüonaalsete tüvirakkude terapeutilisel transplantatsioonil patsienti on suurimaks probleemiks nende võime moodustada kasvajaid, kaasa arvatud teratoome. Sellest tulenevalt peatati ohutuse huvides esimesed embrüonaalsete tüvirakkude kliinilised katsetused, kuigi kasvajaid ei täheldatud.
• Peamine strateegia ohutuse tõstmiseks embrüonaalsete tüvirakkude kasutamises meditsiinis on nende diferentseerimine mõneks kindlaks rakutüübiks (nt närvi-, lihas-, maksarakuks), millega väheneb tüvirakkude tumorigeensus. Pärast diferentseerumist sorteeritakse rakud voolutsütomeetria abil ning tehakse täiendav puhastamine, et saada homogeenne populatsioon.

Esimene kliiniline uuring

I faasi kliinilised katsetused embrüonaalsetest tüvirakkudest saadud oligodendrotsüütide (aju ja seljaaju rakutüüp) transplantatsioonil seljaajuvigastusega isikutele toimusid 2009. aasta 23. jaanuaril. Need said USA toidu- ja ravimiameti heakskiidu ning sellest sai seega maailma esimene inimese embrüonaalsete tüvirakkude inimkatse. Uuringud, mis viisid selle teadusliku saavutuseni, teostasid Hans Keirstead ja tema kolleegid California Ülikoolis Irvine'is.

Nende sooritatud eksperimendis diferentseeriti inimese embrüonaalseid tüvirakke oligodendrotsüütideks ja kasutati transplantatsiooniks. Tulemused näitasid liikumisaktiivsuse taastumist seljaajuvigastusega rottides seitse päeva pärast inimese diferentseeritud tüvirakkude transplantatsiooni. Antud I faasi kliinilises uuringus valiti umbes kaheksa kuni kümme parapleegikut (mõlemapoolselt halvatud), kelle vigastused tekitati vähem kui kaks nädalat enne katsetuste algust, et rakke saaks süstida enne võimaliku armkoe teket. Teadlased rõhutasid, et antud uuringu puhul ei oodatudki patsientide täielikku tervenemist ja kogu liikuvuse taastumist. Uurijad väitsid saadud tulemuste põhjal, et müeliintupe taastumine ja liikuvuse suurenemine on võimalikud.

Esimene teostatud uuring oligi põhiliselt protseduuride ohutuse testimiseks ja oodatud tulemuste korral võib see viia edasiste uuringuteni, kuhu kaasatakse raskemate puuetega inimesi. Uuringud pandi ootele 2009. aasta augustis, kui mitmest käsitletud rotist leiti väike hulk mikroskoopilisi tsüste, kuid keeld tühistati 2010. aasta 30. juulil.

Esimese inimpatsiendi raviks kaasati ja manustati embrüonaalseid tüvirakke Atlantas 2010. aasta oktoobris. Tüvirakuteraapia eestvedaja Geron Corporation arvates kulub tüvirakkudel jagunemiseks mitu kuud ning enne pole võimalik hinnata teraapia edukust või läbikukkumist.

Võimalik meetod uue rakuliini saamiseks

23. augustil 2006 avaldas ajakirja Nature teaduslik internetiväljaanne Robert Lanza kirjutise, mis väitis, et tema meeskond on leidnud võimaluse embrüonaalsete tüvirakkude eemaldamiseks embrüot lõhkumata. Selline tehniline areng võimaldas teadlastel teha tööd uute embrüonaalsete tüvirakkudega, kasutades USA-s avaliku sektori finantseeringuid, samal ajal kui föderaalne rahastamine oli piiratud ja sai kasutada ainult embrüonaalseid tüvirakke, mis olid eraldatud enne 2001. aasta augustit. 2009. aasta märtsis piirang tühistati.

On teada, et viies diferentseerunud rakkudesse kolm geeni (Oct4, Sox2 ja Klf4), saab teha embrüonaalsete tüvirakkude sarnaseid pluripotentseid tüvirakke. Need geenid "reprogrammeerivad" diferentseerunud rakud pluripotentseteks tüvirakkudeks, võimaldades pluripotentsete tüvirakkude teket embrüot kasutamata. Kuna embrüonaalsete tüvirakkude eetilised probleemid on just seotud nende saamisega embrüotest, usutakse, et reprogrammeerimine "indutseeritud pluripotentseteks tüvirakkudeks" võib olla sobivam lahendus. Nii inimese kui ka hiire rakke saab selle meetodiga reprogrammeerida, saades embrüot kasutamata pluripotentseid tüvirakke.

Arvatakse, et patsiendispetsiifilisi embrüonaalseid tüvirakuliine saaks kasutada rakulises asendusravis. Samuti saaks indutseeritud pluripotentsuse metoodika abil arendada embrüonaalsete tüvirakkude liine, mis on saadud erinevate geneetiliste haigustega patsientidelt ja saada seega hindamatu mudel nende haiguste uurimiseks.

Esimene märk sellest, et indutseeritud pluripotentsete rakkude teraapia võib viia uue ravini, oli 6. detsembril 2007 ajakirjas Science avaldatud artikkel, kus Rudolf Jaenischi juhitud uurimisgrupp kasutas seda hiirte sirprakulise aneemia ravis.

16. jaanuaril 2008 teatas California ettevõte Stemagen, et nad lõid täiskasvanult saadud naharakkudest esimese kloonitud inimembrüo. Neist embrüotest oleks võimalik võtta patsiendiga sobivaid embrüonaalseid tüvirakke.

Embrüonaalsete tüvirakkude kasutamine inimese geneetiliste häirete mudelina

Mitmed teadusgrupid on hakanud embrüonaalseid tüvirakke kasutama inimese geneetiliste häirete mudelina. Seda on tehtud rakke geneetiliselt manipuleerides või viimasel ajal ka kasutades pigem implantatsioonieelse geneetilise diagnoosiga (PGD) rakke. Selline lähenemine võib olla väärtuslik erinevate haiguste (nt fragiilse X-i sündroom, tsüstiline fibroos) ja ka nende geneetiliste haiguste uurimises, millel ei ole veel usaldusväärset mudelsüsteemi.

CD-rakkude pinnatunnuste klassifitseerimissüsteem

CD-rakkude pinnatunnuste klassifitseerimissüsteem (inglise cluster of differentiation; lüh CD) on rakkude pinnal ekspresseeruvate antigeenide numbrilise märgistamise ehk klassifitseerimissüsteem.

CD-klassifikatsioonisüsteem kooskõlastati 1982 aastal Pariisis peetud 1st International Workshop and Conference on Human Leukocyte Differentiation Antigens (HLDA) konverentsil.

Algselt kasutati laborites CD-klassifitseerimissüsteemi valdavalt leukotsüütide antigeenide numbrilise märgistamise ehk klassifitseerimissüsteemina, hiljem lisandusid ka teised rakud.

Inimestel on klassifitseeritud 350 CD-markerit (2009) (näit CD1, CD2, CD3, CD4, CD5, CD7, CD8, CD9, CD10, CD11c, CD46, ... , CD150, CD152, CD279,...).

CD-d ehk diferentseerumise markerid

 CD-d ehk CD-molekulid täidavad organismis erinevaid ülesandeid, osaledes nii signaalrakkude, retseptoritena, osad vajavad diferenseerumiseks ensüümide kaasabi ja osad markerid leiavad kasutust kliinilises meditsiinis.

Harilikult loetakse või mõõdetakse rakkude diferentseerumise markereid vooltsütomeetria meetodil. Rakkude populatsioon tähistatakse kas '+' või '-' märgiga. Kui eristunud molekul avaldub raku pinnal lisatakse molekuli tähisele ülaindeksiga '+'. Kui diferentseerunud molekuli pinnal diferentseerumise markerit ei tuvastata siis lisatakse molekuli tähisele ülaindeksiga '-'. Näiteks "CD34⁺ CD31^-" on rakk, mille pinnal on ekspresseerunud CD34, kuid mitte CD31 molekul. Diferentseerumismarkereid võidakse kirja panna ka järgmiselt: CD3⁺CD8^- lümfotsüüdid.

Osade rakupopulatsioonide kohta kasutatakse variatsioonide ära märkimiseks ka tähiseid hi, mid või low.

T-rakkude retseptorid

T-rakkude retseptorid (ingl T-cell receptors, TCR, ka TcR) on lümfoid(-immuun)süsteemiga loomadel T-rakkude membraanil paiknevad valkude kompleksid ja immuunretseptorid, mille ülesandeks on antigeenide äratundmine üksnes läbi organismiomaste MHC-molekulide ja immuunvastuse regulatsioon.

T-raku retseptori kompleksi illustratsioon - koos TCR-α ja TCR-β ahelaga, CD3 ja ζ-ahela molekuliga

T-rakkude koolitamine MHC-molekulide tunnistamiseks toimub tüümuses.

Nii näiteks tunnevad T-rakkude retseptorid ehk TCR-molekulid ära kehavõõraste antigeenide olemasolu viirusega nakatatud rakumembraanil koos raku enda peamise koesobivuskompleksi (inimestel HLA) antigeenidega.

TCR-molekulid aktiveeritakse biokeemiliste sündmuste toimel, mille vahendajateks on ensüümid, koretseptorid, spetsiaalsed molekulid ja aktiveeritud või vabastatud transkriptsioonifaktorid.

TCR-molekulide aktiveerimise tulemina võidakse suunata T-rakkude diferentseerumist T-abistajarakkudeks või tsütotoksilisteks T-rakkudeks ja paljunemist ning geeniekspressiooni muutmist.

T-rakkude retseptorid koosnevad kahest erinevast valguahelast kas α ja β või γ/δ ahelatest, mida kodeerivad vastavad geenid, mõlemad αβ ja γδ T-rakud on võimelised tsütokiine sünteesima ja mikroorganismidele ning vähirakkudele toksilisi aineid eritama.

Lisaks TCR pinnaretseptoritele espresseerivad tümotsüüdid ka mitmeid teisi antigeene, näiteks CD-sid.

T-rakkude retseptorid erinevad immunoglobuliinidest.

Lümfoidkoe arengut mõjutavad rakud

Lümfoidkoe arengut mõjutavad rakud (lüh LTi, inglise lymphoid tissue inducer cells) on paljude selgroogsete loomade lümfoid(-immuun)süsteemi lümfirakkude tüüp.

Lümfoidkoe arengut mõjutavad rakud kuuluvad ILC- (inglise innate lymphoid cells) rakkude perekonda. LTi-sid kirjeldati ligi 17 aastat tagasi ja neid seostatakse peamiselt kaasasündinud, aga ka omandatud immuunsusega.

Lümfoidkoe arengut mõjutavate rakkude olemasolu, areng, anatoomia, morfoloogia, histoloogia, mutatsioonid, rakud ja molekulid ning apoptoos ja patoloogia võivad erineda nii liigiti, indiviiditi kui ka arenguastmeti.

Fetaalsete lümfoidkoe arengut mõjutavate rakkude funktsiooniks on lümfoidkudede, sh lümfisõlmede ja Peyeri naastude, arengu tagamine pinnal paiknevate oluliste molekulide ekspressiooni läbi. Hiirtel tuvastatud fetaalsed lümfoidkoe arengut mõjutavad rakud võivad, olenevalt molekulidest, diferentseeruda antigeene esitlevateks rakkudeks (APC-deks), loomulikeks tappurrakkudeks, thyrocytus T-rakkudeks, kuid mitte T- ja B-rakkudeks. Fetaalsed LTi-d võivad pärineda hematopoeetilistest tüvirakkudest.

Täiskasvanud hiirtel paiknevad nimetatud rakud põrnas, peamiselt valges põrnapulbis.

Lümfoidkoe arengut mõjutavad rakud osalevad lümfikudede ja -sõlmede arengus ning CD4(+) T-rakkude vahendatud immuunvastuses, aga ka immuuntolerantsuse regulatsioonil tüümuses (tüümuse LTi-d) ja memory CD4-de säilitamisel.

Uuemate uuringute põhjal on nende ülesandeks ka lümfikudede reparatsioon patogeenide tekitatud kahjude korral.

Lümfoidkoe arengut mõjutavate rakkude sarnast rakupopulatsiooni täiskasvanutel nimetatakse LTi-laadseteks rakkudeks (inglise lymphoid tissue inducer-like cells). Need osalevad sooltega seotud lümfikoe (GALT) moodustamisel, aga neid leidub ka veres.

Hematopoeetiline tüvirakk

Hematopoeetiline tüvirakk ehk vereloome tüvirakk on (ladina cellula haematopoietica praecursoria) paljudel selgroogsetel punase luuüdi hematopoeetiliste tüvirakkude niššides paiknev valdavalt multipotentne vereloomerakk, mis on paljude vererakkude ja kõikide immuunrakkude eellane.

Hematopoeetilised tüvirakud arenevad embrüonaalsetest hematopoeetilistest tüvirakkudest.

Hematopoeetiline tüvirakk võib diferentseeruda nii lümfoid- (T-lümfotsüüdid, B-lümfotsüüdid, loomulikud tappurrakud), erütroid-, müeloid- (monotsüüdid ja makrofaagid, neutrofiilid, basofiilid, eosinofiilid, erütrotsüüdid, dendriitrakud) kui ka megakarüotsüütseks eellasrakuks. Ka fetaalsed lümfoidkoe arengut mõjutavad rakud võivad pärineda hematopoeetilistest tüvirakkudest.

Kõikide diferentseerumisradade rakkude areng lahkneb luuüdis.

Hematopoeetiliste tüvirakkude areng, paljunemine, diferentseerumine, plastilisus, liikumine, morfoloogia ja patoloogia ning apoptoos võivad erineda nii liigiti, indiviiditi kui ka arenguastmeti.

Hematopoeetiliste tüvirakkude olemasolu kohta tuleb mainida, et neid pole õnnestunud eraldada ega otseselt vaadelda, kuid on mõningaid tõendeid, näiteks tuuakse tõestuseks luuüdi transplantatsioonid. Arvatakse, et sarnaselt teiste tüvirakkudega on neil lõputu paljunemis- ja diferentseerumisvõime.

Punase luuüdi niššides paiknevad hematopoeetilised tüvirakud alluvad geneetilistele ja hormonaalsetele kontrollimehhanismidele, lisaks mõjutavad neid ümbritsev strooma, ringlevad kasvufaktorid, tsütokiinid, ka manustavad ravimid jpm. Viimaste uuringute andmetel mängib rolli ka sümpaatiline närvisüsteem.

Inimestel

Terminoloogia

Hematopoeetiline tüvirakk on kantud kehtivasse inimese tsütoloogia ja histoloogia standardsõnavarasse "Terminologia Histologicasse".

Paljunemine

Inimese hematopoeetilised tüvirakud paljunevad in vivo keskmiselt üks kord 40 nädala jooksul (kassidel ∼ kord 8,3 nädala ja hiirtel ∼ kord 2,5 nädala jooksul) ja nende koguarvuks hematopoeetilises süsteemis pakutakse ∼ 10 000 – 20 000.

Liikumine

Ekspressiooniprofiil

Inimese hematopoeetilised tüvirakud on lineage negative (Lin−) CD4, 8, 10, 14, 15, 16, 19, 20.

CD34

1,5–3%-l inimese luuüdi hematopoeetilistel tüvirakkudel on tuvastatud CD34 antigeen. Tüvirakud toodavad pinnal CD34-glükoproteiini (BM-CD34+ rakud).

Plastilisus

Hematopoeetiliste tüvirakkude plastilisuses ei ole uurijad kokkuleppele jõudnud. Mõnede uurijate arvates on hematopoeetilised tüvirakud võimelised välja arenema teist tüüpi rakkudeks, näiteks epiteeliks, maksarakkudeks, ajukoeks jpm.

Hematoloogia

Patoloogia

Inimestel seostatakse hematopoeetiliste tüvirakkudega ka haiguslikke seisundeid: konstitutsionaalne aplastiline aneemia, agranulotsütoos, raske kombineeritud immuunpuudulikkus, tserebellaarne ataksia defektse DNA-reparatsiooniga, Wiskotti-Aldrichi sündroom, sirprakk haigusseisundid, paroksüsmaalne e äkkhootine öine hemoglobinuuria jpt.

Mitmed hematopoeetilised neoplasmid sisaldavad hematopoeetilisi kasvajate tüvirakke.

Rakuravi

 Inimese hematopoeetilisi tüviraku liine kasutatakse kliinilises hematoloogias hematopoeetiliste tüvirakkude transplantatsiooniks.

Ajaloolist

Hematopoeetilised tüvirakud avastati tõenäoliselt 1963. aastal.

Tsütotoksilised T-rakud

Tsütotoksilised T-rakud ehk CD8+ T-rakud ehk tsütolüütilised T-rakud ehk T-tappurrakud ehk T_c-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.

CD8-retseptori α- ja β-ahel

Areng

T-rakkude küpsemine antigeeni esitava raku abil

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.

Aktivatsioon

Enne aktivatsiooni on tegemist naiivsete T-tappurrakkudega, mis pole veel puutunud kokku antigeeniga ja on seetõttu aktiveerumata. T_c-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 T_c indutseerida vaid tuumaga rakkude apoptoosi.

Seondumine

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.

Toime

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 indutseerimine

Apoptoos Fas-ligandi vahendusel

Apoptoosi kutsuvad T-tappurrakud esile, seondudes pöördumatult nakatunud või kahjustatud somaatilisele rakule. Apoptoosile peab eelnema T_c aktivatsioon ja püsiv seondumine MHC-I-retseptorile. Seejärel vabanevad T_c vesiikulitest perforiinid ja tekitavad rakumembraani auke, mille kaudu saavad siseneda gransüümid. Gransüümid on seriinproteaasid, mis aktiveerivad kaspaase. Gransüüme hoiustab T_c 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.

T_c-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.

Roll immuunvastuses

RNA-viirused

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.

DNA-viirused

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.

DNA-onkoviiruste loend

• 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-hepatiit

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.

Vaktsiin

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.

B-lümfotsüüdid

B-lümfotsüüdid ehk B-rakud ehk B-lümfilibled (ladina lymphocytus B) on leukotsüütide hulka kuuluvad humoraalse immuunsuse (omandatud immuunsus) kaitserakud. Valmis B-lümfilible võib kogu eluaja mitteaktiivne olla.

Immuunsüsteemi rakud, mis valmistavad ründavatele patogeenidele (viirustele) antikehi. Need moodustavad mälurakke, mis jätavad sama patogeeni meelde, et tulevikus, kui sama patogeen uuesti organismi satub, hakataks kiiremini antikehi tootma

B-lümfotsüütide morfoloogia, küpsemine, funktsioonid ning toime võivad erinevates organismides erineda nii liikide kui ka indiviidide lõikes.

Inimesel

Inimestel valmivad B-rakkude eelastmed immunoloogiliselt luuüdis, looteeas ka maksas. B-rakud paljunevad lümfikoes ja koolitatakse tüümuses.

Funktsioonid

B-lümfotsüütide peamised funktsioonid on aktiveerida antigeeni toimel antikehi tootmaks plasmarakke organismi sattunud võõrkehade vastu. B-lümfotsüüdid muudetakse aktiivseks pärast seda kui antigeen seotakse B-raku pinnal immuunglobuliiniga ja talle toimivad T-abistajarakud.

Üks valminud plasmarakk valmistab ainult üht liiki antikehi. B-rakud arenevad normaalselt toimiva immuunsuse ja immuunsüsteemi korral, pärast antigeeniga kokkupuutumist mälurakkudeks.

B-rakud eritavad ka tsütokiine.

Hiljuti avastati B-rakkudel uus mahasurutud funktsioon.

B-rakke saab teistest lümfotsüütidest, nagu näiteks T-rakkudest ja loomulikest tappurrakkudest, eristada B-raku membraanil oleva proteiini järgi, mida nimetatakse ka B-raku retseptoriks (BCR). See spetsialiseerunud retseptorproteiin lubab B-rakul kinnituda spetsiifilisele antigeenile.

B-lümfotsüüdi areng

Välja arenemata B-rakud toodetakse enamikul imetajatel luuüdis. Eranditeks on küülikud, kelle B-rakud arenevad pimesooles (appendix-sacculus rotondus). Pärast B-rakkude jõudmist kindlasse staadiumi, liiguvad need ebaküpsed B-rakud sekundaarsesse lümfikoesse (näiteks 

põrn, lümfisõlmed, Peyeri naastud jne ). Sekundaarses lümfikoes olevaid B-rakke kutsutakse transitsionaalseteks e ülemineku staadiumis olevateks B-rakkudeks ja mõned nendest rakkudest diferentseeruvad edasi ja moodustavad lõplikult arenenud B-lümfotsüüdid.

B-rakkude areng toimub läbi mitme etapi. Iga etapp esindab muutust antikeha lookuste genoomis. Antikeha koosneb kahest identsest kergest ahelast (L) ja kahest identsest raskest ahelast (H) ja neid määravad geenid asuvad varieeruvas piirkonnas (V) ja konstantses piirkonnas (C). Raske ahela V-regioonis on kolm segmenti: V, D ja J, mis rekombineeruvad juhuslikult, mille tulemusena on igal B-rakul unikaalne antikeha domeen. Seda protsessi nimetatakse VDJ rekombinatsiooniks. Sarnased muutused toimuvad ka kerge ahela V-regioonis, aga seal on seotud ainult kaks segmenti: V ja J.

Kui B-rakk ebaõnnestub oma küpsemisprotsessi mingil etapil, siis see sureb läbi apoptoosi. Sel juhul kutsutakse seda klonaalseks deletsiooniks. B-rakke toodetakse järjepidevalt luuüdis. Kui raku pinnal olev B-raku retseptor tunneb ära mõne antigeeni organismis, siis B-rakk aktiveerub. Aktiveerudes hakkab ta eritama antikehamolekule, mis enne olid B-raku plasmamembraanis. Pärast aktivatsiooni hakkab rakk jagunema ja tekivad B-mälurakud, mis tunnevad ära samasugused antigeenid. See on osa adaptiivsest immuunsüsteemist, mis annab kiirema, parema ja võimsama immuunvastuse tulevikus, selle sama antigeeni rünnaku korral. Sellega on seletatav ka, miks me mõnda haigust elu jooksul ainult ühe korra põdema peame (näiteks tuulerõuged).

3D pilt B-lümfotsüüdist

Immuuntolerantsus

Nagu ka T-rakke, testitakse ebaküpseid B-rakke autoreaktiivsuse vastu enne, kui nad luuüdist väljuvad. Neid ebaküpseid B-rakke, mille B-raku retseptorid (BCR-id) seonduvad liiga tugevalt iseenda antigeenide külge, ei lasta edasi areneda. Kui mõni B-rakk on iseenda vastu suure reaktiivsusega, siis on tagajärjeks üks kolmest:

• Klonaalne deletsioon: selle raku eemaldamine, mis on iseenda vastu suure reaktiivsusega, tavaliselt läbi apoptoosi.
• Retseptori muutmine: B-raku retseptoritele, mis on iseenda B-raku suhtes reaktiivsed, antakse võimalus oma konformatsiooni muuta. Kui vähema autoreaktiivsusega retseptori loomine ebaõnnestub, siis toimub apoptoos.
• Klonaalne anergia

Funktsioonid

Inimkeha toodab iga päev miljoneid erinevat tüüpi B-rakke, mis ringlevad vere- ja lümfisüsteemis ja mis sooritavad immuunvaatlust. Nad ei tooda antikehi enne aktiveerumist, mis toimub juhul, kui B-rakk on "märganud" organismis olevat võõrkeha. Igal B-rakul on oma unikaalne retseptorproteiin (B-raku retseptor – BCR), mis seondub ühe kindla antigeeniga. BCR on membraaniseoseline immunoglobiin ning ka molekul, mis eristab B-rakke teistest lümfotsüüdi tüüpidest. See on ka peamine proteiin, mis tagab B-raku aktivatsiooni. Hetkel, mil B-rakk leiab oma samatüvelise antigeeni ja saab täiendavaid signaale abistajarakkudelt (T_h-rakkudelt), saab ta edasi diferentseeruda, kas plasmarakkudeks, mis eritavad antikehi, või mälurakkudeks, mille funktsioon on järgmisel korral ära tunda need samad antigeenid, kui need organismi satuvad. Tänu mälurakkudele tekib immuunvastus kiiremini ja efektiivsemalt.

Klonaalsus

B-rakud eksisteerivad kloonidena. Kõik B-rakud pärinevad kindlast rakust ning antikehad, mida nende rakkude diferentseerunud järeltulijad toodavad, suudavad ära tunda ja/või seonduda antigeeni samade spetsiifiliste komponentide külge, mis koosnevad makromolekulidest (epitoobid). Sellisel klonaalsusel on tähtsad tagajärjed, sest sellele tugineb immunogeneetiline mälu. Immuunvastuse laialdane mitmekesisus tuleneb sellest, et meil on kuni 10⁹ B-raku klooni ja kõik on spetsifitseeritud ära tundma teatud antigeene.

B-lümfotsüüdi tüübid

Plasmarakk

• • Plasmarakud (tuntud ka kui B-plasmarakud, plasmotsüüdid) on suured B-rakud, mis on paljastatud antigeenile ja mis toodavad ja eritavad suurel hulgal antikehi selle antigeeni vastu. Need aitavad kaasa mikroobide hävimisele sellega, et antikehad seonduvad antigeenide külge, mis muudavad need mikroobid märklaudadeks fagotsüütidele. Selle tulemusena mikroobid hävitatakse. Plasmarakke kutsutakse ka vahel antikeha vabrikuteks. Nende rakkude elektronmikrograaf näitab palju karedapinnalisi endoplasmaatilisi retiikulume, mis vastutavad antikehade sünteesi eest raku tsütoplasmas. Plasmarakud on lühikese elueaga rakud, mis läbivad apoptoosi, kui antigeenid, mis vallandasid immuunvastuse, on elimineeritud.
• • Mälurakud on tekkinud aktiveeritud B-rakkudest, mis on antigeenispetiifilised nendele antigeenidele, mis vallandasid primaarse immuunvastuse. Need rakud on võimelised elama kaua ning suudavad kiirelt tegutseda, kui organismi satub samasugune antigeen, millele nad spetsiifilised on.
• • B-1 rakud toodavad IgM-i klassi antikehi suuremates kogustes kui IgG klassi antikehi ning nende retseptorid näitavad polüspetsiifilisust, mis tähendab, et neil on nõrk vastastikune tõmme paljude erinevate antigeenide osas. Polüspetsiifilistel antigeenidel on sageli eelistus teiste antigeenide, enda antigeenide ja tavaliste bakteriaalsete polüsahhariidide vastu. B-1-rakke on lümfisõlmedes ja põrnas vähesel määral,neid leidub valdavalt rinnakelme ja kõhukelme õõnsustes.
• • B-2-rakud
• • Marginaaltsooni B-rakud
• • Follikulaarsed B-rakud
• • Regulatoorsed B-rakud

Antigeenide äratundmine B-lümfotsüütide abiga

B-rakkude ja T-rakkude suur vahe seisneb ka antigeenide äratundmise erinevuses. B-rakud tunnevad antigeeni ära oma natiivses ehk tavalises olekus. Nad tunnevad ära vabu antigeene veres või lümfides, kasutades BCR või membraaniseoselisi immunoglobuliine. Samas tunnevad T-rakud antigeenid ära töödeldud vormis, kui nad on peptiidifragmendid. Antigeeni esitleva raku MHC molekuli abiga esitletakse antigeen T-raku retseptorile.

B-lümfotsüütide aktivatsioon

B-lümfotsüütide aktivatsiooni toimumise mehhanism

B-raku aktivatsiooniks läheb vaja lisaks antigeeni juuresolekule ka teisi elemente. Aktivatsioon on kombinatsioon kiirest klonaalsest paljunemisest ja terminaalsest diferentseerumisest plasmarakkudeks. B-rakke on võimalik aktiveerida T-rakust sõltuval või mittesõltuval viisil.

B-lümfotsüüdid ja ajalugu

Teadusajakirja Nature Immunology 2006. aasta oktoobri väljaandes oli välja toodud, et mõnede selgroogsete (näiteks kalade ja kahepaiksete) B-rakud on võimelised fagotsütoosiks, mida seostatakse tavaliselt rakulise immuunsusega. Autorid postuleerivad, et need fagotsüütilised B-rakud esindavad kunagist koostööd makrofaagide ja lümfotsüütide vahel. B-rakud võivad olla arenenud makrofaagi-taolistest rakkudest ajal, mil arenes välja adaptiivne immuunsüsteem.

Termini päritolu

B-lümfotsüütide nimi tuleneb Fabriciuse paunakesest (ladina Bursa fabricii), mis on lindudel kloaagi lõpus olev väljasopistus, kus B-lümfotsüüdid arenevad ja kus nad algselt avastati. Imetajatel sellist organit pole, kuid neil pärinevad B-lümfotsüüdid luuüdi (inglise bone marrow), nii et täht "B" on ka siin asjakohane.

B-lümfotsüütide roll haiguslike seisundite patogeneesis

B-rakkude ebatüüpiline antikehade tootmine on tavaliselt seotud paljude autoimmuunhaigustega, näiteks reumatoidartriit, süsteemne erütematoosne luupus. B-rakud on ka altid pahaloomulisele transformatsioonile, neid seostatakse tänapäeval Hodgkini lümfoomi (large B-cell lymphoma) ja MALT-lümfoomiga ( MALT-süsteemi B-lümfotsüütidest algav pahaloomuline kasvaja).

Dentriit

---

Tüüpilise neuroni ehk närviraku ehitus

Dendriit Rakukeha (soom) Akson Rakutuum Ranvier' kitsend Aksoni lõpp Schwanni rakk Müeliintupp

Dendriit ehk oksisjätke on närvirakukeha jätke (üks või mitu), mis juhib impulsse rakukeha suunas.

Polüskleroos

Polüskleroos ehk hulgiskleroos ehk hulgikoldekõvastumus ehk multipleksskleroos (ladina keeles sclerosis multiplex; inglise keeles multiple sclerosis; lühend MS või SM) on peamiselt inimestel esinev krooniline, kogu elu kestev, peamiselt tuvastamata põhjustega, harvaesinev haigus, millele on iseloomulikud muutused kesknärvisüsteemi valgeaines.

Demüelisatsioon polüskleroosi korral. Värvunud CD68 kude näitab haiguskolde piirkonnas mitmeid makrofaage. Mõõtkava 1:100

Eestis põeb 2011. aasta seisuga sclerosis multiplex'i ligi 1500 inimest.

Etioloogia

Autoimmuunhaigusena

Arvatakse, et polüskleroosi kui autoimmuunhaiguse käigus hävitab autoimmuunne põletik närvirakkude ümber oleva müeliinkihi. Vahel võib esineda ka närvirakkude jätkete katkemine.

Autoimmuunsusega seostatakse lümfoid(-immuun)süsteemi homöostaasi häirumist ja nende rakkude tegevuse tulemusel tekkivaid koldeid pea- ja seljaajus.

Polüskleroos mõjutab pea- ja seljaaju närvirakkude võimet omavahel suhelda. Kommunikatsioon toimub elektriliste signaalide ehk aktsioonipotentsiaalide levimisel piki aksoneid, mis on kaetud erilise isoleeriva müeliinikihiga.

Polüskleroosi korral ei suuda organismi vastavad rakud eristada omi rakke võõrastest ja tekivad immuunreaktsioonid, mille tulemusel ründab organismi immuunsüsteem oma närvisüsteemi ja kahjustub müeliin. Polüskleroosi põdevate haigete organismis stimuleerivad leukotsüüdid (T-lümfotsüüdid, B-lümfotsüüdid ja makrofaagid jt) rünnakut närvirakke isoleeriva müeliinkesta vastu .

Patogeneesis mängivad olulist rolli mikrogliia ja T-rakud.

Müeliinkihi kahjustusel võib tulemuseks olla närviimpulsside liikumise aeglustumine või lakkamine, mis omakorda on närvisüsteemile laastava tagajärjega . Kahjustused tekivad mitmete väikeste kolletena pea- ja seljaaju valgeaines (valgeaine koosneb peamiselt müeliinist). Väliselt jätavad kolded mulje, nagu oleks tegemist tihenenud piirkondadega. Sellest tuleneb haiguse nimetus sclerosis multiplex – mitmesed tihenenud kolded .

Hormoonid ja hormoonidelaadset toimet avaldavad ained

Polüskleroos ja D-vitamiini vaegus

Uuritakse D-vitamiini ja/või selle vaeguse ning seotud geenide rolli haiguse tekkimisel ja progresseerumisel, kuna uuringutes on täheldatud, et seerumi D-vitamiini tase võib teatud haigetel näidata haiguse ägenemisega seonduvat.

Päriliku haigusena

Haiguse täpne etioloogia ei ole teada, aga arvatakse, et oluline on teatud pärilike ja keskkonnategurite koosmõju.

Polüskleroos ei ole pärilik haigus, kuid võrreldes tavapopulatsiooniga on polüskleroosiga inimeste lastel mõnevõrra suurem risk haigestuda. Uurimuste andmetel on polüskleroosihaige inimese perekonnaliikmete haigestumise risk järgmine:

• õel 4,4%
• vennal 3,2%
• lapsel 1,8%
• kui SM-i põevad mõlemad vanemad, suureneb risk järglasel ligikaudu 20%.

Assotsiatsiooniuuringutes on leitud ka kandidaatgeene, mida seostatakse sclerosis multiplexiga. Kuuendas kromosoomis paikneva leukotsüütide antigeense süsteemi (HLA geenikompleksi alleele DR15 ja DQ6) seostatakse suurenenud haigestumise riskiga (HLA-C554 ja HLA-DRB1 lookusel on kaitsev efekt). Uurijad ei saa siiski kogu haiguse teket seletada HLA süsteemi geneetiliste muutustega. Hiljuti avastati kahes Euroopa riigis (Saksamaa ja Prantsusmaa) SM-i populatsioonis kaks uut üksiku nukleotiidi polümorfismi (SNP) IL2RA geenis (rs12722489, rs2104286) ja üks SNP IL7RA geenis (rs6897932), mida uurijad seostavad haiguse tekkega .

Suitsetamine võib geneetilise soodumusega inimestel suurendada riski haigestuda polüskleroosi.

Viirused

Geneetilise soodumusega inimestel võivad SM-i põhjustada ka mitmed viirused. Kuigi nende täpne roll pole seni veel selge, ollakse seisukohal, et enamik SM-i patsiente on nakatunud Epsteini-Barri viirusega, lisaks seostatakse haigust veel ka Herpes simplex'i viiruse, punetise-, leetri- ja mumpsiviirusega.

Epidemioloogia

Haigus tabab tavaliselt noori inimesi ja on naistel kaks korda sagedasem kui meestel. Esinemissagedus on 2–150 inimesel 100 000 kohta. Eestis on vastav näitaja umbes 100 inimest 100 000 kohta.

Polüskleroosi on kõige sagedasem noori täiskasvanuid invaliidistav neuroloogiline haigus. Haiguse tekkeiga jääb tavaliselt 10. ja 60. eluaasta vahele. Kõige rohkem haigestub 20–30-aastasi inimesi. Eestis on umbes 1500 sclerosis multiplex'i diagnoosiga patsienti ja terves maailmas umbes 2 miljonit. Polüskleroosi haigestumise risk oleneb ka sellest, millisel laiuskraadil on isik elanud enne 15-aastaseks saamist – parasvöötme laiuskraadidel on haigestumus suurem. Riskirühmaks on naised ja sagedamini haigestuvad valgenahalised inimesed kui asiaadid ja mustanahalised.

Sümptomid

Sõltuvalt kohast, kus kahjustuskolded on tekkinud, võib inimesel esineda mitmesuguseid kaebusi.

Sümptomid:

• mööduv nägemishäire
• käte, jalgade nõrkus
• spastilisus (lihasjäikus)
• paresteesiad ("sipelgatetunne" kätes ja jalgades)
• ataksia (liigutuste kooskõlastuse ja tasakaalu säilitamise häire)
• kõõlusereflekside elavnemine
• Lhremitte’i sümptom (piki selga allapoole kulgev elektrilöögitaoline tunne, mis on seotud kaela painutamisega)
• kahelinägemine (topeltnägemine)
• nüstagmid (mõlema silmamuna tahtele allumatud sümmeetrilised ja rütmilised liigutused)
• treemor (lihasevärin eri kehapiirkondades)
• internukleaarne oftalmopleegia (silmaliigutajate lihaste halvatus)
• vertiigo (pearinglus)
• depressioon
• impotentsus (erektsioonihäire)
• soole- ja põietalitluse häired
• emotsionaalne labiilsus
• kognitiivsed häired

Füüsilise koormuse või kõrgenenud välistemperatuuri mõjul võivad teatud haigussümptomid süveneda ja seda nimetatakse Uhthoffi fenomeniks. Polüskleroosil on eri raskusastmetega haigusvorme. Umbes 80% juhtudest on tegemist nn tavalise vormiga, kus haigus kulgeb ägenemiste ja vaibumistega. Umbes 20% juhtudest on haigus primaarselt progresseeruva kuluga, mis on pahaloomuline ravile mittealluv vorm. Haigusnähud süvenevad kiiresti ja keskmiselt viie aasta pärast kujuneb invaliidsus. Pooltel patsientidel, kellel esineb ägenemiste ja remissioonidega kulg, areneb sekundaarselt progresseeruv vorm.

Sclerosis multiplex'i alatüübid

Haiguskulu järgi eristatakse nelja sclerosis multiplexi vormi:

• Ägenemiste ehk retsidiivide ja remissioonidega SM (remissioon on stabiilne seisund, kus ägenemise ajal tekkinud sümptomid on vähenenud või kadunud)

See on kõige sagedasem polüskleroosi vorm, mis esineb umbes 40% kõigist haigusjuhtudest. Ägenemiste ja remissioonidega SM-i vormile on iseloomulikud ägenemised, mis tekivad iseenesest ja mööduvad (täielikult või osaliselt) teatud aja jooksul, kuni seisund stabiliseerub. Selle vormi puhul ei esine SM-ile iseloomulike nähtude progresseerumist ehk sümptomid ei süvene ilma uute ägenemisteta.

• Sekundaarse progresseerumisega SM
  1. ägenemistega
  2. ägenemisteta

Kui ägenemiste ja remissioonidega SM-i haiged ei saa ravi, areneb 10 aasta jooksul ligikaudu pooltel nendest välja sekundaarselt progresseeruv polüskleroosi vorm. Seda tõenäosust saab märgatavalt vähendada, kui alustada võimalikult kiiresti ravi (preparaatidega, mis modifitseerivad haiguse kulgu, nn immunomodulleerivat ravi) pärast diagnoosi panekut. Osal sekundaarselt progresseeruva SM-iga haigetel võivad tekkida uued ägenemised, osal aga mitte. Sekundaarse progresseerumise korral süvenevad (pikkamööda) haigussümptomid ja töövõimetuse aste.

• Primaarselt progresseeruv SM

Primaarselt progresseeruva polüskleroosi haigetele on haiguse diagnoosi panekust alates omane sümptomite pidev järkjärguline süvenemine ilma uute retsidiivideta. See on haigusvorm, kus ei esine selgete ägenemiste ega paranemistega perioode. See haigusvorm esineb kõige sagedamini inimestel vanuses 40 aastat ja vanemad (harvadel juhtudel haigestuvad sellesse SM-i vormi ka nooremad inimesed). Erinevalt teistest SM-i vormidest esineb progresseeruvat vormi naistel ja meestel võrdselt. Haiguse esmasteks tundemärkideks on kõnnakuhäired, mis raskendavad oluliselt liikumist.

Diagnoos ja ravi

Sclerosis multiplex'i diagnoos, mis tuleks vormistada ladinakeelsena, on kliiniline ja radioloogiline. Eristatakse kliiniliselt kindlat ja laboratoorselt kindlalt, kliiniliselt võimalikku ning laboratoorselt võimalikku diagnoosi, mille aluseks on kindlad diagnoosi kriteeriumid.

SM diagnoosimiseks peab olema tõestatud magnetresonantstomograafilisel ülesvõttel ajust (magnetresonantstomograafia MRT-s) dissemineeritud kahjustus ajas ja ruumis, kliinilised sümptomid peavad diagnoosimiseks kestma vähemalt 24 tundi ning kahe haigusataki (ägenemise) vahele peab jääma vähemalt 1 kuu.

Lisaks kliinilistele sümptomitele on väga olulised ka radioloogilised ja laboratoorsed andmed: pea- ja seljaaju MRT uuring ning oligoklonaalse gammapaatia määramine liikvorist. KT ehk röntgenkompuutertomograafia on peale MRT teine tänapäevane piltdiagnostikameetod. Kuid diagnoosimisel on see kasutatav ainult üksikutel juhtudel ja pigem diferentsiaaldiagnostilistel eesmärkidel teiste haiguste välistamiseks, samuti juhul, kui MRT-d pole võimalik teha (vastunäidustused MRT-ks).

Polüskleroosi ei ole võimalik tänapäeval olemasoleva raviga välja ravida. On olemas ravimite grupid – beetainterferoonid (tsütokiinid) ja kopaksoon, mis vähendavad ägenemiste arvu 1/3 võrra. Vahel kasutatakse ka keemiaravipreparaate, kuid seda otsustatakse alati individuaalselt, sõltuvalt haiguse kulust ja vormist. Üldisteks ravipõhimõteteks on hoiduda liigsest füüsilisest koormusest ja kuumusest. Kuum ilm ja palavik võivad esile kutsuda närvijuhtivuse aeglustumist ning raskendada sümptomeid.

Ajalugu

Sclerosis multiplex on üks paljudest haigustest, mis eksisteeris kaua enne omale nime saamist. Arstid usuvad, et juba keskajast pärinevad kirjutised teatud sümptomitest, mis viitavad SM-le. Üks esimesi teadaolevaid polüskleroosi põdevaid patsiente oli Hollandist pärit naine Lidwina, kes suri 1433. aastal. Pariisi Ülikooli professor, dr Jean-Martin Charcot, keda kutsutakse ka "neuroloogia isaks", oli esimene, kes kirjeldas sclerosis multiplexi kui haigust. Tema ühel naissoost patsiendil esines ebaharilik sümptomite kombinatsioon. Ühestki dr Jean-Martin Charcot' kasutatud ravimeetodist polnud kasu. Pärast patsiendi surma lahkas ta naise aju ning avastas ajus haiguskolded. Ta nimetas need sclerose en plaques'iks. Müeliin avastati peagi pärast seda, kuid tema olulisus haiguse tekkes jäi veel kauaks teadmata. Haiguse kulgu mõjutavad ravimid võeti kliinilises praktikas kasutusele alles 1990. aastate keskel