مواضيع المحاضرة: Cellular and Humoral Immune response
background image

 

Course:  Immunology  

Lecturer: Dr. Weam Saad 

Lecture: Specific Immunity (HMI and CMI), Primary and Secondary Immune Response. 

 

B and T cells Biology, Activation, Immunological role in 

HMI and CMI. 

 

Cells involved in specific immune responses: 

1) Antigen  Presenting  Cell  (APC):  These  cells  are  the  messengers 

between  innate  (non-specific)  immunity  and  the  adaptive  (specific). 
Specialized  APC  are  macrophage  (MØ),  B-cells  and  Dendric  cells 
(DC).  

 
        Roles of Antigen Presenting Cell (APC):
 
1.  Engulfment  of  foreign  Ag,  processing  it  and  presenting  it  (or  a  polypeptide 

from it) on the surface near the Major Histocompatibility Complex MHC class 
I or II. 

2.  Communication during the immune response between immune cells especially 

T- cells to induce the proper immune response cellular or humolar. 

3.  Secretion  of  cytokines  which  are  substances  (glycoproteins)  that  regulate  the 

immune response. 

 

2) Lymphocytes: 

The immune system depends on the Lymphocytes: 
 B-cells or B-lymphocytes. 
 T-cells or T-lymphocytes. 
 Natural killer cells (NK). 
B-cells  are  responsible  for  Antibody  mediated  immunity  (Humoral  immunity 

HMI).  And  T-cells  are  responsible  for  cell  mediated  immunity  (cellular 
immunity CMI). 

In addition to MHC classes, each T-lymphocyte has surface molecules to give the 

cell identity: 
1-  Clusters of Differentiation (CD): They are major surface markers (Ag) of T-

cells, T-cells are classified according to the presence of these CD marker:  


background image

 

T helper cells: CD3

+

 CD4

+

 CD8

-

 

T cytotoxic cells: CD3

+

 CD4

-

 CD8

+

 

 
Note:
 NK cells have no CD markers on the surface so they are usually called null 

cells.  

 

2-  T-cell  Receptors  (TCR):  they  are  proteins  on  the  T-cells  surface  represent 

the  places  (or  regions)  of  binding  to  the  presented  Ag  on  the  APC  surface. 
TCR is the accessory (help) of CD4

+

 (T-helper) and CD8

+

 (T-cytotoxic) cells 

during recognizing foreign Ag presented near MHC and increase the storage 
of binding. TCR and CD3 is usually called TCR- complex.  
 

NOTE: B-cells are able to be APC by internalization of Ag inside the cell and do 
the processing and presenting, which will be discussed later. 

 

Dendric cells: cells found only in mammalian immune system; their function is to 
engulf and process Ag then presents it on the surface to other immune cells. Found 
in tissues that in contact with external environment such as skin, lung stomach and 
intestine. Their name comes from their branches projects.   

 

Differences between B and T cells 

 

Properties 

B-lymphocyte 

T-lymphocyte 

Site of maturation  Bone marrow (bursa in 

chickens) 

Thymus  

Surface markers 

Immunoglobulins 

CD markers(clusters of 

differentiation) 

Product after Ag 
stimulation 

Plasma cells which 

secrets Abs 

Sensitized T-cells  

General function 

Abs production and 

APC 

Regulating (Helping or suppressing) 
immune response and CMI 

Types 

No types 

T-helper, T-cytotoxic and T-

suppressor 

 


background image

 

 

Types of Lymphocytes and their functions 

Lymphocytes 

Surface 

Markers 

Function 

T helper cells (Th) 

CD3, CD4  Help other cells T and B in their function 

Cytotoxic T cells (Tc)  CD3, CD8  Kill and lyse target cells that express foreign 

Ag  (cell  contain  intracellular  pathogen  or 
tumor cells). 

T suppressor cells (Ts)  CD3, CD8  Inhibit  the  immune  function  of  other 

lymphocytes 

T memory cells  

--------- 

Long live cells recognize Ag of first cellular 

immune response. 

B lymphocytes 

Ig 

Differentiate to plasma cells, which produce 
Abs against Ag. 

Plasma cells 

Ig 

Secrete Abs. 

B memory cells 

Ig 

Long  live  cells  recognize  Ag  of  first 

humoral immune response. 

Natural killer cells(NK) 

--------- 

Kill and lyse target cells that express foreign Ag. 

NOTE: When Ag succeeds to inter the body; the results of the invasion can be 
the followings: 
     Dose of Ag is not enough or the Ag is hapten: 

1.  No  response  or  Tolerance  occurs,  when  the  immune  system  do  not 

response to the Ag. 

2.  Phagocytosis  and  complement  activation  leading  to  non-specific 

immune response against without memory. 

 

     Enough Ag dose (complete Ag): 

The  Ag  induces  a  specific  immune  response  against  it  (either  CMI  or 

HMI)  and  memory  to  remember  the  same  Ag  next  time.  Induction  of  the 


background image

 

immune  response  depends  on:  Ag  dose,  Ag  type,  Immune  system  health, 
genetic factors and control. 

 

Major Histocompatibility MHC 

 They are genes encoding for proteins found on the surface of all human 

and animals cells. They have an important role in giving the identity of the cell 
and  in  the  communication  with  the  immune  system  cells  and  regulation  of 
immune response: 

MHC class I:  found on the surface of all nucleated cells, have role in tissues 
and organs transplantation.  

MHC class II: found on the surface of all immune cells especially APC. 

MHC  class  III:  found  on  the  surface  of  certain  cells  for  some  complement 
components receptors. 

 

Cytokines: proteins produced by many cells act as mediators between cells 
and regulate other cells function. They include: 

1.  Monokines, cytokines produced by mononuclear phagocytic cells. 
2.  Lymphokines,  cytokines  produced  by  activated  lymphocytes,  especially 

Th cells. 

3.  Interleukins (IL-), cytokines that act as mediators between leukocytes. 
4.  Interferons  (IFN-),  cytokines  that  play  a  major  role  in  the  innate 

immunity. 

 
NOTE: Interferones have many types α, β and γ. 
 IFN-γ:  Is  the  immune  interferone,  it  is  antiviral  protein,  produced  from  T-
cells and MØ and activates monocytes and MØ.  

 

 

 

 

 

 


background image

 

 

Antibody mediated Immune Response  

(Humeral Mediated Immunity, HMI) 

1.  The  name  Humoral  came  from  the  old  Greek  word  (humor)  mean 

fluids. 

2.  The products of this specific immune response is specific Abs (able to 

react with the same Ag started the immune response) and memory B-
cells. 

3.  HMI starts with B-cell activation

   B-cells have normal Ag receptors on the surface they are natural Igs, 
these  Igs  are  able  to  form  Ag-Ab  complex  on  the  surface  of  B-cell. 
This  complex  will  be  internalized  inside  B-cell,  then  the  foreign  Ag 
will  be  processed  within  B-cell  and  presented  (or  polypeptides  from 
it) on the surface of B-cell near MHC class II and now B-cell is APC. 
 
   T-helper  (Th)  cells  come  near  the  APC  B-cell  and  by  the  help  of 
TCR  and  CD4;  Th  will  interact  and  communicate  with  APC  B-cell 
and  Th  cell  will  be  activated  and  release  cytokines  or  lymphokines 
(IL-2, IL-4, IL-5 and IFN-γ), these products will induce other B-cells 
for dividing, proliferation and differentiation. IgM will be the first Ig 
produced then B- cell will switch to make IgG. This response is called 
T-dependent Ag immune response. The other type of response is T-
independent  Ag  immune  response,  
this  type  of  Ag  stimulates  B-
cells without need for T-helper lymphocytes interfere. 

 

4.  After B-cells activation, series of events happen (proliferation, clonal 

expansion, division and maturation), ending with Ab and memory B-
cells production. These series of events called B-cell Maturation. 

 
5.  During  the  second  exposure  to  the  same  Ag  that  started  the  first 

immune  response  (perhaps  after  year  from  first  exposure),  the  B-
memory cells will remember the Ag and will be activated and divide 
into a clone of plasma cells to start the Secondary immune response 
(Memory response). 


background image

 

 
       Th      IL-1         Th (self activator)     HMI         plasma cells         Ab 
                                                                                          
                                                                                             B cells 
 
 

Differences between T-dependent Ag and T-independent Ag 

No. 

T-dependent Ag 

T-independent Ag 

Strong response 

less 

need T-cell interaction 

Stimulate and activate B-cells directly 

protein mainly 

Lipids ( LPS) or polysaccharides (capsules) 

4  produce IgM then switch to IgG 

produce IgM only 

Produce B-memory cells 

Do not produce B-memory because there is no 

cytokines in this response 

 
 
Interleukins involved in specific immune response: 
 
IL-1 ------Source: 
(Monocytes, Macrophage, DC, NK, B-cells) 
                   Action:  
1. T-cells activation by induce IL-2 production. 
2. Induce B-cells differentiation and maturation.  
3. Induce NK cytotoxicity.  
4. Inflammation and fever. 
5. MØ activation. 
 
IL-2 ------ Source: 
(T- helper cells) 

              Action: 
a. Induce proliferation of activated T and B- cells.  
b. Induce Tc and NK cytotoxicity to kill tumor cell and bacteria.  
c. Activation of monocytes and macrophage. 

 
 
 


background image

 

 
 

Cell mediated Immune Response  

(Cellular Mediated Immunity, CMI) 

 

   This response occurs against cells, which are called  Target cells. During 

both  HMI  and  CMI,  T-helper  cells  recognize  foreign  Ag  processed  on  the 
surface of APC. If this Ag was processed and presented near MHC class II, 
then Th cells will activate HMI by B- cells activation, but if the presented Ag 
on APC was near MHC class I, then Th cells will activate CMI by activation 
of Tc, NK and MØ. Th cells able to activate and regulate CMI and HMI by 
many cytokines production.  

    
  In  addition,  in  both  CMI  and  HMI,  when  Th  cells  recognize  the  foreign 

Ag,  Th  cells  will  start  T-cells  activation  by  series  of  events  (expanding, 
clonal proliferation and differentiation), then become mature to give specific 
activated T-helper cells in HMI and give specific activated T-helper cells and 
memory T-cells in CMI. 

 
Types of CMI response: 

1. Defense against Tumor cells or cancer cells. Target cell is the cancer cells. 
2. Grafts  Rejection:  Immune  response  against  foreign  cells  or  tissues  that 

transplanted  from  other  body  even  of  the  same  species.  Target  cell  is  the 
foreign cells. 

3. Defense against Mutation affected cells: defense against modified body cells 

or mutated cells with different surface Antigens due to radiation or chemical 
agents exposure. Target cell is the mutation cell with new Ags. 

4. Defense  against  Intracellular  parasite  infected  cells:  Cellular  immune 

response  against  infected  cells  with  intracellular  parasite  (virus,  bacteria, 
fungi and protozoa), with foreign Ag presented near MHC class I. Target cell 
is the infected cell with parasite. 

5. Types 4 hypersensitivity (Delayed type of hypersensitivity

 

by the action of 

T

DTH

 a type of cytotoxic T-cells).

 

Target cell is the same body cells with 

immunocomplex precipitated on the surface. 

 


background image

 

 
Cells involved in this response: 
 

1. Antigen  Presenting  Cell  (APC):  The  most  common  APC  in  CMI  are 

dendric  cells  DC,  which  act  as  APC.  These  cells  process  small  parts  of 
intracellular parasite body if the DC Dendric cell was infected with it or if it 
dies spontaneously and during clearing process in the site of infection. 

 

 

2. T-cell types: 

A. T-helper cells (Th): 

 1)  Have  central  role  in  activation  of  this  system  by  recognizing  foreign  or 

abnormal cells (have abnormal, modified, or intracellular parasite Ag). 

 2)  Responsible  for  the  production  of  cytokines  to  induce  other  cells  and 

regulates the immune response. 
B. Cytotoxic T- cells (Tc):  These cells are responsible for killing and lysing 
target cells, hence sometimes they are called killer cells. 
C.  Natural  Killer  (NK)  cells:  These  cells  are  responsible  for  killing  and 
lysing target cells. These cells are called natural killer because they have non-
specific receptors for Ags. 

 

3.  Macrophages:  Have  role  in  killing  target  cells,  killing  intracellular 
parasite inside MØ and production of cytokines (monokines) for other cells 
activation and regulation of functions.  

 
 Activation of CMI cells: 

   When T-helper cells recognize foreign Ag on the surface of target cell in 

association  with  (or  near)  MHC  class  I.  The  TCR  and  CD4

+

  play  role  in 

recognition. Then Th cell will be activated and produce cytokines (especially 
IL-2 and IFN- γ). These cytokines will activate Tc CD8

cellsMØ and NK 

cells.  This  activation  will  increase  these  cells  ability  for  killing  and  became 
more effecter. 

 
 


background image

 

Mode of action for killing target cells: 

      After  T-cytotoxic  cells  and  NK  cells  activation  by  Th  cells,  T-cytotoxic 

cells come into close contact with target cell; they will bind to the Ag by 
their  specific  Ag  receptors.  While  NK  cells  will  attach  to  Ag  (on  Target 
cell surface) by their non-specific receptors for Ag.  

       

         T-cytotoxic  cells  and  Nk  cells  will  kill  target  cells  by  the  following 

mechanisms: 

a. Direct  contact  killing:  Production  of  perforin,  which  is  a  protein  able  to 

form pores in target cell membrane at the point of contact between Tc cell 
and target cell, lead to osmotic lysis of target cell. 

b. Indirect  killing:  By  secretion  of  a  toxin  protein  in  the  space  between  the 

two cells, which causes fragmentation of target cell nuclear DNA, then the 
death of target cell by Apoptosis: the programmed cell death. 

c. Antibody-dependent  cellular  cytotoxicity  (ADCC)  killing:  it  is  specific 

mode of killing occurs when the parasites Ags have ability to induce both 
HMI and CMI , target cells will be coated with specific Abs formed after 
HMI against some parts of intracellular parasite like virus. These Abs will 
bring Tc and NK cells very close to the target cell by acting like a bridge 
because Tc and NK have receptors to the constant region of Ab. Then Tc 
and  NK  cells  will  be  activated  and  kill  the  target  cell  by  extracellular 
products (toxins and enzymes).  

         

 

       This type of CMI occurs when the foreign Ag persist for long time (e.g 

Mycobacterium  tuberculosis  infection  is  long  standing  intracellular 
infection), also, against some kinds of cancer cells. 

 

 

       Th       IL-2           CMI                         Tc 
                                                                        NK 
                                                                         MØ 
 
 

 

Primary immune response 


background image

10 

 

     It  is  the  first  exposure  to  the  Ag  resulting  of  forming  specific  Abs  and 
memory  B-cells  for  HMI  or  T-cells  and  memory  T-cells  for  CMI,  the  phases 
are: 

1.  Latent  Phase:  start  after  first  time  exposure  to  an  Immunogen  or  after 

induction, include the followings: 

  No Ab level increase (titer). 
  Recognizing Ag as foreign after processing the Ag inside APC. 
  Cellular proliferation and differentiation. 
  Duration  of  this  phase  (period)  is  variable  depending  on  many  factors 

(Ag immunogenicity, Ag dose, Ag solubility, Ag route of immunization 
or exposure). 

2. Logarithmic  phase:  starts  when  Ab  titer  begin  to  increase  (active 

biosynthesis of Ab), last for 10-14 days till reach peak. 

3. Steady  phase:  starts  when  the  rates  of  both  formation  (synthesis)  and 

catabolism of are equal, then serum concentration of Ab is constant. 

4. Decline  phase:  starts  when  the  Ab  titer  starts  to  fall  down  due  to  increase 

Ab catabolism rate than synthesis. 

 
Note:  
during  early  primary  response,  IgM  class  antibodies  is  predominant 
and first rise than IgG appears later. 

 

Secondary immune response 

 

 It  is  the  second  exposure  to  the  same  immunogen  that  induced  the  first 

immune  response  (after  booster  dose  of  vaccination)  may  be  after  weeks, 
months, or even years later, includes: 

1.  Accelerated or fast appearance of Abs. 
2.  Shorter latent period. 
3.  Rapid rate of Ab synthesis. 
4.  Higher peak titer of Ab. 
5.  More presence of memory cells. 
6.  Dose of immunogen needed is lower than primary. 
7.  Predominant Ab Class is IgG. 
8.  Long standing steady phase, whereas Ab titer will stay high longer time. 


background image

11 

 

  

    

Negative  phase:  occur  between  primary  and  secondary  Immune  response 

when immunogen second dose is small and/or there is pre-existing antibodies 
from  the  first  immune  response  (primary),  then  immunogen  will  be  all 
consumed  in  Ag-Ab  complex  formation  and  phagocytozed  then  removed 
with no induction to secondary immune response. 

 

 

 

 

   

 (Primary and Secondary immune response) 

 

 

   

 

 
 
 
 
 
 

 

Time 

Primary Im. Re.

 

Secondary Im. Re.

 

A

b C

o

ncentr

a

ti

o

n

 

Laten

Steady  

 

Decline   

 

Negative phase

 




رفعت المحاضرة من قبل: Dr Weam Al-Hmadany
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 296 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل