ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА В АСПИРАНТУРУ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 03.03.03 – ИММУНОЛОГИЯ (утверждена на заседании Ученого Совета НИИЭКМ, протокол №1 от 06.02.2015) ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ ИММУНОЛОГИИ. ИСТОРИЯ ИММУНОЛОГИЧЕСКИХ ИДЕЙ Определение иммунологии. Зарождение и развитие иммунологии — эмпирический период, роль Луи Пастера и Ильи Мечникова в создании научной иммунологии, развитие инфекционной иммунологии в первой половине ХХ века, переориентация и расширение фундаментальных задач во второй половине ХХ века. Связь иммунологии с другими науками, специфическое распознавание как основа иммунологии и гарантия ее суверенности. Развитие иммунологических идей (изменение представлений о предмете иммунологии и назначении иммунных процессов): защита от инфекционных агентов, сохранение биологической индивидуальности, возможность других трактовок; теории иммунитета. Основные понятия иммунологии — антиген, антигенраспознающие структуры, включая рецепторы и антитела, иммунологическая специфичность. ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ Воспаление как основа иммунных процессов. Миелоидные клетки (моноциты, макрофаги, нейтрофилы и т.д.) — главные эффекторы естественной резистентности. Распознавание, осуществляемое в системе врожденного иммунитета – «образы патогенности» (ассоциированные с патогенами молекулярные паттерны), патогенраспознающие рецепторы (толл-подобные, лектиновые и другие рецепторы) и связанные с ними сигнальные пути. Фагоцитоз — стадии, природа направленного движения, механизмы поглощения объектов, факторы, определяющие бактерицидность, роль активных форм кислорода, оксида натрия, дефензинов и других бактерицидных пептидов. Естественные киллеры: природа распознавания (активационные и ингибиторные рецепторы), ограничение цитолиза сингенных клеток, механизмы клеточноопосредованного цитолиза. Система комплемента — природа факторов, принцип каскадной активации, С3/С5конвертазы - центральное звено системы комплемента, пусковые механизмы альтернативного, классического и лектинового путей активации комплемента, эффекторная фаза комплементзависимого цитолиза, место опсонизации и цитолиза, опосредованных комплементом, в иммунной защите. Другие гуморальные факторы естественного иммунитета — острофазные белки (пентраксины и др.), эйкозаноиды, естественные антитела и их роль в нормальных и патологических иммунных процессах, связь факторов естественного иммунитета со свертывающей, кининовой и другими гуморальными системами организма. Цитокины и цитокиновая сеть — классификация цитокинов, роль в гемопоэзе, развитии воспаления, в реакциях естественной резистентности, природа рецепторов, связь с активацией клеток, локальность действия, взаимодействие между цитокинами, избыточность в системе цитокинов. Хемокины — роль в организации иммунной системы, развитии воспаления и иммунных процессов. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ИММУННОГО РАСПОЗНАВАНИЯ Иммуноглобулины/антитела как типичные антигенраспознающие молекулы – генетический контроль, строение полипептидных цепей, их доменная структура; изотипы, аллотипы. Вариабельные домены как структурная основа иммунологического распознавания; строение антигенсвязывающего участка, идиотипия. Антигенраспознающие рецепторы лимфоцитов. 1 Структура В-клеточного рецептора – особенности мембранных иммуноглобулинов, вспомогательные молекулы В-клеточного рецептора. Т-клеточный рецептор – разновидности, полипептидные цепи рецепторов, их доменная структура, структура антигенсвязывающего участка, дополнительные молекулы (CD3, ζ-цепь). Формирование антигенраспознающего репертуара лимфоцитов – разнообразие зародышевых V-генов, их перестройка при дифференцировке лимфоцитов, ферменты, участвующие в перестройке. Селекция клонов лимфоцитов как средство адаптации антигенраспознающего репертуара к запросам индивидуального организма. Структурные основы антигенности. Физико-химические закономерности взаимодействия антигенов и антител, феноменология взаимодействия антигенов и антител, свойства иммунных комплексов. Особенности распознавания антигенов Т-лимфоцитами, необходимость презентации антигенов. Главный комплекс гистосовместимости – генетика, классы генов гистосовместимости и их связь с презентацией антигенов, химическая структура молекул I и II классов. Структурные основы презентации антигенов – особенности процессинга антигенов I и II классов, структура антигенсвязывающей бороздки и взаимодействие с ней пептидов, сродство пептидов к аллельным формам молекул главного комплекса гистосовместимости как основа генетического контроля уровня иммунного ответа на конкретные антигенные эпитопы. Презентация липидных и углеводных эпитопов, роль молекул CD1. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ Клетки иммунной системы. Лимфоциты Т, В, NK – морфология, маркеры, стадии развития, гуморальные факторы, контролирующие развитие и пролиферацию. Антигенраспознающие рецепторы - формирование в процессе дифференцировки, последовательное появление проторецепторов и зрелых рецепторов. Миелоидные клетки – моноциты, макрофаги, дендритные клетки, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, тучные клетки. Костный мозг как источник клеток иммунной системы. Центральные органы иммунной системы. Тимус – строение, роль в развитии и селекции Т-лимфоцитов, секреторная функция, структура и биологическая роль гормонов тимуса; проблема внетимусного развития Тлимфоцитов. Лимфатические узлы и селезенка – строение, Т- и В-клеточные зоны. Лимфоидные структуры кожи и слизистых оболочек – структурированная и диффузная лимфоидная ткань, специфика распределения Т- и В-лимфоцитов, дендритных клеток. Микроокружение лимфоцитов - дифференциация стромальных клеток в различных лимфоидных структурах. Рециркуляция и хоминг лимфоцитов – пути рециркуляции, механизмы хоминга, роль молекул адгезии и хемокинов в распределении лимфоцитов в организме, особенности распределения наивных лимфоцитов и клеток памяти. Обновление клеток иммунной системы – срок жизни различных клеток, его изменения после контакта с антигеном, механизм элиминации старых клеток. Гомеостаз лимфоидных популяций ИММУННЫЙ ОТВЕТ Пусковые механизмы иммунного ответа – восприятие антигена антигенпрезентирующими клетками, его транспортировка в лимфоидные органы и представления Т-хелперам. Клеточные основы представления антигенов – антигенпрезентирующие клетки, условия их взаимодействия с Т-лимфоцитами, формирование иммунного синапса, роль корецепторов, костимулирующих и адгезивных молекул. Последствия представления антигенов – передача активационного сигнала, активация, включение пролиферации, дифференцировки, анергии, апоптоза лимфоцитов. Презентация антигена как центральное событие иммунного ответа, связывающее неспецифическую и антигенспецифическую составляющие иммунной системы. Роль цитокинов в индукции иммунного ответа. Роль дифференцировки Т-хелперов в выборе формы иммунного ответа – клеточного или гуморального: значимость разнообразия субпопуляций Т-хелперов (Th1/Th2/Th17). 2 Гуморальный иммунный ответ – взаимодействие В-лимфоцитов с Т-хелперами, индукция пролиферации и дифференцировки В-клеток, селекция в зародышевых центрах, переключение изотипов иммуноглобулинов, созревание аффинитета, роль цитокинов, дифференцировка плазматических клеток, секреция антител. Клеточный иммунный ответ – его разновидности (цитотоксический ответ и гиперчувствительность замедленного типа), дифференцировка цитотоксических Т-лимфоцитов, особенности восприятия ими антигенного и хелперных сигналов, роль цитокинов, взаимодействие CD4+ Т-клеток и макрофагов. Эффекторные механизмы иммунитета – механизмы естественного иммунитета как основа, на которой базируется действие специфических иммунных механизмов, эффекторные функции антител, их нейтрализующая и опсонизирующая активность, активация комплемента, связь с фагоцитарной и киллерной функциями, механизмы клеточноопосредованного цитолиза, армирование макрофагов и нейтрофилов. Генетический контроль иммунного ответа; роль Главного комплекса гистосовместимости. Регуляция иммунитета – роль иммунных комплексов и Fc-рецепторов, идиотипическая регуляция, представления о регуляторных Т-клетках (естественных и индуцированных) и их месте в регуляции иммунного ответа, нейроэндокринная регуляция иммунных процессов. Иммунологическая память – дифференцировка В- и Т-клеток памяти, их отличия от «наивных» клеток, особенности активации клеток памяти, преимущества вторичного иммунного ответа перед первичным. Антиинфекционная защита – спектр иммунных механизмов, вовлекаемых в иммунный ответ на патогены, особенности защиты от внутриклеточных и внеклеточных патогенов, теоретические основы вакцинологии. Защита от паразитов и ее связь с аллергией немедленного типа. Противоопухолевый иммунитет – иммуногенность опухолевых клеток, их ускользание от иммунных факторов, механизмы противоопухолевого иммунитета и причины его низкой результативности, роль цитокинов и возможности их использования в противоопухолевой терапии. Трансплантационный иммунитет и реакция трансплантат-против-хозяина. Иммунологическая толерантность – естественная толерантность, ее связь с делецией и анергией клонов, искусственная толерантность, механизмы нарушения естественной толерантности и аутоиммунные процессы. Аллергия как проявления повышенной активности иммунной системы. Роль IgE, тучных клеток, эозинофилов и цитокинов. Нарушения иммунных процессов — первичные иммунодефициты и их молекулярные основы. Вторичные иммунодефициты, вызванные действием внешних факторов, вирусами (СПИД), сопутствующие заболеваниям. Экологическая иммунология. Окружающая среда и адаптация организма. Повреждения иммунитета и его причины. Значение иммунологического мониторинга в экологических исследованиях. РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ ИММУНИТЕТА. Онтогенез системы иммунитета. Формирование в онтогенезе миелоидных и лимфоидных рядов гемопоэза — роль желточного мешка, печени эмбрионов, тимуса, костного мозга. Миграции клеток иммунной системы в онтогенезе: перемещения стволовых кроветворных клеток, волны заселения тимуса и эмиграции Т-клеток из тимуса. Изменение реакции лимфоцитов на стимуляцию в процессе отногенеза — соотношение пролиферации и апоптоза, анергии и иммунного ответа. Иммунные процессы в перинатальном периоде — перестройки в иммунной системе, формирование основных типов иммунных процессов, формирование клеток памяти к основным антигенам среды обитания, автономизация периферического звена иммунной системы. Старение иммунной системы - инволюция тимуса и факторы, ее вызывающие, динамика 3 гормонов тимуса, цитокинов, возрастной дисбаланс Th1/Th2-регуляции иммунных процессов, старческий иммунодефицит и его последствия. Филогенез иммунитета. Иммунитет у беспозвоночных - гуморальные и клеточные факторы, фагоцитоз, зачатки специфических иммунных процессов, роль молекул адгезии, лектинов. Зарождение антигенспецифического распознавания и адаптивного иммунного ответа — происхождение суперсемейства иммуноглобулинов, V-генов, антител, антигенраспознающих рецепторов. Формирование процесса презентации антигенов — происхождение молекул главного комплекса гистосовместимости, эволюция процессинга антигенов, системы костимуляции. Эволюция системы иммунитета у позвоночных — органы и клетки иммунной системы, тимус, сумка Фабриция и другие центральные лимфоидные органы и структуры. Эволюция клеточного и гуморального иммунитета, противоинфекционной и противоопухолевой защиты. РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ В ИММУННОЙ СИСТЕМЕ Семейства активируемых транскрипционных факторов: NFkB, NFAT, AP-1, STAT, IRF. Специфичность ДНК-белкового узнавания, типы ДНК-связывающих доменов. Основные сигнальные пути, активируемые антигенными рецепторами лимфоцитов. Основные адаптерные молекулы и сигнальные пути, участвующие в проведении сигнала Толлподобных рецепторов. Семейство адапторных молекул TRAF. NF-kB - система белковактиваторов транскрипции, играющая ключевую роль в регуляции иммунного ответа. Комбинаторика передачи сигнала с рецепторов цитокинов на примере системы JAK/STAT. Передача сигнала с рецепторов хемокинов, усиление сигнала за счет сопряженных с рецептором G-белков. Транскрипционный контроль развития и дифференцировки лейкоцитов. Генетические доказательства обратимости гемопоэтической дифференцировки. Транскрипционные факторы и цитокины, определяющие дифференцировку основных субпопуляций Т-хелперов и регуляторных Т-клеток. Транскрипционные программы врожденного иммунитета на примере макрофагов, активированных липополисахаридом. Роль структуры хроматина и гистонового кода в активации генов при воспалении. ОНКОИММУНОЛОГИЯ История онкоиммунологии. Токсины Коли. Феномен «спонтанной» регрессии злокачественных опухолей после перенесенного инфекционного заболевания. Открытие фактора некроза опухоли (ФНО). Формирование представлений о противоопухолевом иммунном ответе. Патоген-ассоциированные опухоли. Вирус папилломы человека (HPV) и рак шейки матки. Иммунологическое распознавание продуктов некроза как механизм ответа на спонтанные опухоли. Общее представление о молекулярных "сигналах опасности" и об опухолеассоциированных антигенах. Основные классы опухолеассоциированных антигенах. Механизмы ускользания трансформированных клеток от иммунного надзора. Противоопухолевый иммунный ответ как частный случай аутоиммунитета. Механизмы, обуславливающие иммунологическую привилегированность. Регуляторные Т-клетки. Транскрипционный фактор FOXP3, фенотип мышей, нокаутных по FOXP3. Иммуносупрессивные стратегии, реализуемые регуляторными Т-клетками. Генетические модели спонтанных опухолей. Иммунный ответ на химически индуцированные опухоли. Опухолевые антигены. Классификация и причины иммуногенности. Системы классификации опухолевых антигенов. Т- и B-клеточные антигены. Вирус-ассоциированные опухоли и вирусные антигены. Мутационные антигены. Сверхэкспрессированные антигены. Тканеспецифичные антигены. Подходы к иммунотерапии на основе раковых антигенов. Экспериментальные вакцины на основе: смесей антигенных пептидов; целых раковых клеток и клеточных лизатов; ДНК, кодирующих антигены; белков теплового шока. Аутоантитела к 4 раково-ассоциированным антигенам как биомаркеры злокачественных опухолей. Биомаркеры для ранней и дифференциальной диагностики, прогноза и мониторинга. Адоптивная клеточная терапия (АКТ). Воспаление и рак. Связь между инфекциями и канцерогенезом: хроническое воспаление, прямая вирусная трансформация, вызванная инфекцией иммуносупрессия. Различные виды воспаления и их вклад в канцерогенез. Физиологические процессы, активируемые хроническим воспалением и способствующие канцерогенезу: пролиферация, ангиогенез, миграция клеток, подавление адаптивного иммунитета, изменение ответа на гормоны и на химиотерапевтические препараты. Связь между классическими онкогенами (Ras, Myc, Ret) и воспалением. Двоякая функция воспаления при росте опухоли: участие как в иммунном надзоре, так и в канцерогенезе и опухолевой прогрессии. ИММУНОГЕНЕТИКА Инбредные линии мышей. Методы получения трансгенных животных. Применение в иммунологических исследованиях. Методология генетического нокаута. Кондиционный генетический нокаут. Генетический полиморфизм. Закон Харди-Вайнберга. Полиморфизм иммунологически значимых генов. Группы крови АВО и переливание крови. Наследование. Химическая природа эпитопов. Роль изогемагглютининов в проявлении эффектов несовместимости по группам крови. Группы крови системы Rh. Особенности наследования. Химическая природа антигенов. Резуснесоместимость и гемолитическая болезнь новорожденных. Главный комплекс гистосовместимости. Принципы организации генетического комплекса МНС у разных животных. Полиморфизм. Комплекс Н-2 мышей. Комплекс HLA у человека. Значение для несовместимости тканей. Подходы к преодолению несовместимости по HLA. Антигены МНС классов I и II. Особенности генетического контроля и строения молекул. Антигенсвязывающая щель молекул МНС. Особенности строения в молекулах МНС классов I и II. Условия встраивания в нее пептидов. Биологическая функция молекул МНС. Роль молекул МНС в формировании лиганда для Т-клеточного рецептора и презентации антиегнов Т-клеткам. Гены МНС как гены иммунного ответа. Гены МНС и естественный отбор. Связь генов МНС с устойчивостью к инфекциям и чувствительностью к аутоиммунным заболеваниям. Генетический контроль баланса Th1- и Th2-зависимых форм иммунного ответа. Ассоциация аутоиммунных заболеваний с МНС; молекулярные основы. Рекомбинация (реаранжировка) генов иммуноглобулинов и Т-клеточных рецепторов как механизм формирования разнообразия антигенраспознающих структур. Генетические процессы, лежащие в основе рекомбинации генов Ig и TCR. Гены и кодируемые ими ферменты, ответственные за процесс перестройки (рекомбинации) генов Ig и TCR. Механизм формирования вставок в процессе перестройки генов Ig и TCR. Последовательность включения перестроек различных генов Ig и TCR при развитии В- и Т-лимфоцитов. Формирование преBCR и пре-TCR. Роль в развитии лимфоцитов. Рекомбинационные эксцизионные кольца как последствие и свидетельство перестройки генов TCR. Редактирование генов Ig и TCR как механизм избегания аутоагрессии. Первичные иммунодефициты у человека, сцепленные с Х-хромосомой. Первичные иммунодефициты человека с аутосомно-рецессивным типом наследования. Типы мутаций, приводящих к развитию иммунодефицитов. Первичные иммунодефициты, затрагивающие врожденный и гуморальный иммунитет. Примеры. Тяжелый комбинированный иммунодефицит. Первичные иммунодефициты, приводящие к развитию множественной аутоиммунной патологии. Иммунологические нарушения при первичных иммунодефицитах. Причины смертности и общие принципы лечения. Одиночный нуклеотидный полиморфизм (SNP), его использование для генетического картирования и диагностики. Транслокации генов как основа патологии при лимфопролиферативных заболеваниях и лейкозах. 5 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ 1. Ярилин А.А. Иммунология. М.: ГЭОТАР-Медиа. 2010. 750 с. 2. Хаитов Р.М., Ярилин А.А., Пинегин Б.В. Иммунология. Атлас. М.: ГЭОТАР-Медиа. 2011. 624 с. 3. Мейл Д., Бростофф Дж., Рот. Д.Б., Ройт А., Иммунология, М: Логосфера. 2007. 556 с. 4. Генетика. Учебник для вузов. Под ред. академика РАМН В.И.Иванова. М.: ИКЦ "Академкнига", 2006. 638 с. 5. Атлас по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии /Под ред. А.С. Быкова, А.А. Воробьева, В.В. Зверева. Издательство: Медицинское информационное агентство. 2008. 272 с. 6. Плейфейер Дж.Х.Л., Чейн Б.М. Наглядная иммунология. Издательство: ГЭОТАР-Медиа. 2008. 120 с. 7. Кетлинский С.А., Симбирцев А.С. Цитокины. Издательство: Фолиант. 2008. 552 с. 8. Долгих В.Т. Основы иммунопатологии. Издательство: Феникс. 2007. 320 с. 6