• No results found

Ch2 IS3 Test

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Ch2 IS3 Test"

Copied!
12
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Innate Immunity

The Immune System, Third Edition

 2009 Garland Science Publishing

Questions

2–1 Explain why the type of innate immune response used by the host during an infection is  dependent upon the particular location in which the pathogen resides. 2–2 Explain three mechanisms by which pathogens exert damaging effects upon host cells  during the course of an infection, and provide an example of a pathogen for each effect. 2–3 Which of the following does not accurately describe complement components? a. soluble proteins b. made by the spleen c. located in extracellular spaces d. some function as proteases once activated e. activated by a cascade of enzymatic reactions. 2–4 Explain why a genetic deficiency of C3 leads to a type of immunodeficiency  characterized by recurrent and severe infections. 2–5 The lectin pathway of complement activation is induced by: a. C­reactive protein b. antibodies bound to pathogens c. mannose­binding lectin d. C3Bb e. terminal components of the complement pathway. 2–6 Which of the following is the membrane­bound form of C3 convertase of the alternative  pathway of complement activation? a. iC3

(2)

b. C3a c. C3b d. iC3Bb e. C3bBb. 2–7 Explain how the alternative C3 convertase on pathogen cell surfaces is (A) formed and  (B) stabilized. 2–8 Why is it important to expose the hydrophobic sites of C7 and C8 during the formation of the membrane­attack complex? 2–9 The plasma proteins that counteract the activity of factor P by inactivating C3 convertase  through the cleavage of C3b are: a. factor B and factor H b. factor H and factor I c. factor B and factor I d. decay­accelerating factor and factor H e. decay­accelerating factor and membrane cofactor protein. 2–10 The membrane­bound proteins on human cells that dissociate and inactivate alternative  C3 convertase to avoid complement activation are: a. factor B and factor H b. factor H and factor I c. factor B and factor I d. decay­accelerating factor and factor H e. decay­accelerating factor and membrane cofactor protein. 2–11 Explain the similarities between MCP, factor H, and CR1 in terms of their complement  control properties. 2–12 Explain how the anaphylatoxins C3a and C5a contribute physiologically to inflammation  during complement activation. 2–13 Which of the following complement components is an opsonin that binds to complement  receptor 1 (CR1) on macrophages? a. C3b 2

(3)

b. C3a c. Bb d. Ba e. C3bBb. 2–14 Which of the following polymerizes to form a transmembrane channel that compromises  the integrity of cell membranes? a. C5 b. C6 c. C7 d. C8 e. C9. 2–15 Which of the following are important in anchoring the membrane­attack complex to the  membrane? a. C3 and C5 b. C5 and C6 c. C6 and C7 d. C7 and C8 e. C8 and C9. 2–16 Which of the following does not contain a glycosylphosphatidylinositol (GPI) lipid tail? a. decay­accelerating factor (DAF) b. homologous restriction factor (HRF) c. membrane cofactor protein (MCP) d. protectin (CD59) e. all of the above contain a GPI tail. 2–17 The ligand for CR3 and CR4 formed by the cleavage of C3b by the combined action of  factors H and I is called: a. C3bBb b. C3a c. C3b2Bb d. iC3b e. C5b. 2–18 Which of the following does not describe the actions of the coagulation system?

(4)

a. blood clot formation b. enhancement of dissemination of microbes into lymphatics and bloodstream c. decrease in blood loss and fluid into interstitial spaces in tissues d. release of inflammatory mediators by platelets e. wound healing. 2–19 Which of the following is not a characteristic of mannose­binding lectin? Select all the  correct answers. a. acts as an opsonin by binding to mannose­containing carbohydrates of pathogens b. synthesized by hepatocytes c. induced by elevated IL­6 d.  a member of the pentraxin family e. triggers the alternative pathway of complement activation. 2–20   Which of the following is not a characteristic of C­reactive protein? a. acts as an opsonin by binding to phosphocholine of pathogens b. synthesized by spleen c. induced by elevated IL­6 d. a member of the pentraxin family e. triggers the classical pathway of complement activation. 2–21 Damage to tissues triggers a cascade of plasma proteins involving bradykinin and is  known as: a. the alternative pathway of complement b. the coagulation system c. the kinin system d. receptor­mediated endocytosis e. the acute­phase response. 2–22 Which of the following does not describe defensins? a. highly conserved with few variants b. contain a large proportion of arginine residues c. contain three intra­chain disulfide bonds d. amphipathic, with hydrophobic and hydrophilic regions e. disrupt pathogen membranes by penetrating and disrupting their integrity. 2–23 Describe the two different domains of TLRs and their respective functions. 4

(5)

2–24 Explain the consequence of engagement of the TLR4, CD14, and MD2 complex with  LPS in macrophages. 2–25 Which of the following TLRs do not use a signal transduction cascade involving  MyD88? a. TLR1:TLR2 b. TLR3 c. TLR4 d. TLR2:TLR6 e. TRL7. 2–26 Which of the following TLR3 and TLR4 adaptor proteins participates in the activation  pathway that culminates in the synthesis of type I interferons? a. C­reactive protein b. MyD88 c. LPS­binding protein d. TRIF and TRAM e. NFB. 2–27 Explain specifically how the systemic release of TNF­ by macrophages causes (A)  septic shock, (B) disseminated intravascular coagulation, (C) organ failure, and (D)  hemorrhaging during infection with blood­borne pathogens. 2–28 Which of the following is not a characteristic of septic shock? a. organ failure b. high mortality rate c. compromised blood supply to vital organs d. blood vessel constriction e. disseminated intravascular coagulation. 2–29 Which of the following properties is common to macrophages and neutrophils? a. life span b. anatomical location c. ability to phagocytose d. morphology e. formation of pus.

(6)

2–30 Which of the following best describes an endogenous pyrogen? a. cytokines made by pathogens that decrease body temperature b. pathogen products that decrease body temperature c. pathogen products that increase body temperature d. cytokines made by the host that decrease body temperature e. cytokines made by the host that increase body temperature. 2–31 Which of the following is an acute­phase protein that enhances complement fixation? a. TNF­ b. mannose­binding lectin c. fibrinogen d. LFA­1 e. CXCL8. 2–32 A. Using the table below, match the local and systemic effects in column A with the  appropriate cytokine in column B. Note that more than one answer in column B may be  used.  B. (i) Which of these cytokines are produced by macrophages? (ii) Which cells  produce the other(s)? Column A Column B a. activation of blood­vessel          endothelium 1. IL­1 b. fever 2. IL­6 c. induction of IL­6 synthesis 3. CXCL8 d. increase in vascular permeability 4. IL­12 e. localized tissue destruction 5. TNF­ f. production of acute­phase proteins   by hepatocytes 6. type I interferons g. induction of resistance to viral  replication h. activation of NK cells i. leukocyte chemotaxis j. activation of binding by 2 integrins (LFA­1, CR3) k. septic shock l. mobilization of metabolites 2–33 6

(7)

Describe in chronological order the four steps involved in the extravasation of neutrophils to infected tissue sites during an innate immune response. Use the following terms in  your description: rolling adhesion, tight binding, diapedesis, migration, inflammatory  mediators, integrins, adhesion molecules, chemokines, Weibel–Palade bodies, P­selectin,  E­selectin, sialyl­Lewisx, and basement membrane protease. 2–34 During inflammation, host tissue may be damaged owing to the release of toxic oxygen  derivatives produced by activated macrophages and neutrophils. Explain what cellular  mechanisms limit these damaging bystander effects. 2–35 Describe the two structural types of NK­cell receptor.

(8)

Answers

2–1 The innate immune response must be of the appropriate form to access the particular  compartment of an ongoing infection. If a pathogen exists in extracellular spaces or  surfaces, then soluble molecules such as complement and antimicrobial peptides are  effective in eradicating the pathogen. Some pathogens, however, reside in intracellular  compartments, such as the nucleus, cytosol, or vesicles. If the pathogens are enclosed  within a vesicle, the innate immune response instructs the infected cell to direct  antimicrobial mechanisms to the interior of the vesicle to eradicate viable microbes.  Macrophages carry out this type of antimicrobial activity. If the pathogens are replicating  free in the nucleus or cytosol, then innate mechanisms are more aggressive and are aimed at killing the infected cell. Natural killer (NK) cells mediate this type of activity. 2–2 (i) Pathogens secrete exotoxins that interact with a specific receptor on host cell surfaces  and damage or kill the cell. An example is the cholera exotoxin produced during infection with Vibrio cholerae. (ii) Some pathogen components act as endotoxins. When released  from the pathogen and bound to macrophages, endotoxins induce the production of  cytokines that act locally and systemically. An example is the endotoxin released from  Yersinia pestis, the etiological agent of the plague. (iii) Some pathogens grow inside host  cells and damage them directly. An example is the influenza virus, the cause of influenza. 2–3: b 2–4 C3 is a key element in the initiation of the complement cascade in all three pathways of  complement activation, namely the alternative, lectin, and classical pathways. Its  cleavage into C3a and C3b occurs early in the complement cascade. C3a acts as an  inflammatory mediator and recruits inflammatory cells to the site of infection. C3b  becomes fixed to the pathogen surface and facilitates the opsonization of pathogens by  phagocytes and the assembly of complement components for perforation of the pathogen  membrane. In the absence of C3, all three pathways of complement activation would be  arrested and extracellular pathogens would escape immune detection until adaptive  immune mechanisms develop fully many days later. 2–5: c 2–6: e 2–7

(9)

(A) Spontaneous hydrolysis of C3 without cleavage exposes its highly reactive thioester bond, forming iC3. Factor B binds to iC3, is cleaved by factor D, and consequently releases a small fragment called Ba. The larger fragment, Bb, remains associated with iC3 to form iC3Bb, a soluble C3 convertase, which cleaves C3 into C3a and C3b. The reactive thioester bond of C3b is attacked by R-OH and R-NH2 groups on the surface of

the pathogen, where it becomes anchored and binds to factor B. Factor D then cleaves factor B, releasing fragment Ba and forming C3bBb on the pathogen surface.

(B) Factor P (properdin) binds to C3 convertase (C3bBb) bound to the pathogen surface, and inhibits the proteolytic degradation of C3bBb. This stabilizes the C3 convertase and enhances the rate of C3b deposition on the pathogen surface.

2–8

The hydrophobic sites of C7 and C8 enable anchoring of these two complement components into the membrane of the pathogen. Once anchored in the membrane, the hydrophobic site of C8 facilitates C9 polymerization, which completes the formation of the membrane-attack complex.

2–9: b 2–10: e

2–11

MCP, factor H, and CR1 all bind to C3b and render it susceptible to proteolytic cleavage by factor I. All three contain complement control protein (CCP) modules and are

therefore considered regulators of complement activation (RCA).

2–12

G-protein-coupled receptors for the anaphylatoxins C3a and C5a are found on

phagocytes, mast cells, and the endothelial cells of blood vessel walls. Anaphylatoxin bound to mast cells causes them to degranulate, releasing inflammatory mediators such as histamine and leading to increased vascular permeability. Through their action on

endothelial cells, anaphylatoxins exert vasoactive effects on blood vessels, contributing to increased vascular permeability and increased blood flow, which facilitate the

extravasation of plasma proteins, such as complement proteins and antibodies, and the recruitment of cells to infected tissues through increased adherence and chemotaxis. Phagocytic activity is enhanced by anaphylatoxins, which bring about increased levels of CR1 and CR3 and microbicidal activity. All these activities enhance inflammation.

2–13: a 2–14: e 2–15: d 2–16: c

(10)

2–17: d 2–18: b 2–19: d, e 2–20: b 2–21: c 2–22: a 2–23 The first domain of the TLR is an extracellular domain, also known as the pathogen­ recognition domain, which contains a hydrophobic, leucine­rich repeat region (LRR)  which forms a horseshoe­shaped structure that binds specifically to arrays on microbial  surfaces. The second domain of the TLR is the cytoplasmic signaling domain, also  known as the Toll–interleukin receptor (TIR) domain, which facilitates the transmission  of information to the interior of the cell. 2–24 When TLR4 on the surface of macrophages is bound to its LPS ligand, a signal  transduction cascade is initiated that mediates signaling between the cell surface and the  nucleus. The macrophage in turn begins to express particular genes encoding  inflammatory cytokines that are important for the initiation of adaptive immune  responses. 2–25: b 2–26: d 2–27 A. TNF­ induces the activation of endothelial cells lining blood vessels. This in  turn results in the dilation of blood vessels, increased vascular permeability, and  the subsequent leakage of fluid from the blood across the endothelium and into  the interstitial spaces of tissue. The fluid consists of complement components and  antibodies, which are released in response to TNF­ to help combat infection in  tissues. But when large amounts of TNF­ are produced throughout the body as  the result of a systemic infection, blood pressure is compromised; blood volume  decreases, leading to shock associated with low blood pressure (hypovolemic  shock). 10

(11)

B. TNF­ also triggers the release of platelet­activating factor from activated  endothelium. Platelet­activating factor initiates the blood­clotting cascade,  consuming blood­clotting factors and causing localized blood vessel blockage at  sites of TNF­ production by resident macrophages in various organs, for  example the Kupffer cells of the liver and splenic macrophages. When this occurs  on a large scale, it is known as disseminated intravascular coagulation. C. The blood supply to organs is choked off as a result of disseminated intravascular  coagulation, leading to organ failure. D. As blood­clotting factors are consumed by disseminated intravascular  coagulation, they are not available elsewhere to help repair broken blood vessels.  As a result, hemorrhaging occurs, causing petechiae to develop, which present as  small purple spots under the skin. 2–28: d 2–29: c 2–30: e 2–31: b 2–32 A. a. Activation of blood vessel endothelium      1, 5 b. Fever      1, 2, 5 c. Induction of IL­6 synthesis      1 d. Increase in vascular permeability      5 e. Localized tissue destruction      1 f. Production of acute­phase proteins by hepatocytes      2 g. Induction of resistance to viral replication      6 h. Activation of NK cells      4, 6 i. Leukocyte chemotaxis      3 j. Activation of binding by 2 integrins (LFA­1, CR3)       3 k. Septic shock      5 l. Mobilization of metabolites      5 B. (i) The cytokines IL­1, IL­6, CXCL8, IL­12, and TNF­ are produced by  macrophages. (ii) Type I interferons can be produced by many different types of  cell when infected with a virus. Specialized cells called interferon­producing cells (IPCs) or natural interferon­producing cells (NIPCs) produce large amounts of  interferon. 2–33 Step 1: dilation of blood capillaries, combined with the binding of neutrophil sialyl­ Lewisx carbohydrate to selectins, a type of adhesion molecule, expressed on activated  endothelium, slows down neutrophils as they roll along the endothelium, binding 

(12)

reversibly to the endothelial selectins, a process called rolling adhesion. Two types of  selectin are expressed on activated endothelium in response to inflammatory mediators.  The first, P­selectin, is stored in preformed granules called Weibel–Palade bodies and is  expressed soon after endothelial activation. Later, E­selectin will appear on the surface of activated endothelium in response to TNF­ or LPS. Step 2: in response to the  chemokine CXCL8, neutrophil integrins LFA­1 and CR3 increase their affinity for the  endothelial adhesion molecule ICAM­1 through conformational changes. Leukocytes are  now engaged in tight binding to the endothelium and the rolling stops. Step 3: the  neutrophil squeezes between the endothelial cells. When the basement membrane is  encountered, proteases are secreted by the neutrophil, the basement membrane is  degraded, and the process of diapedesis is complete. Step 4: migration to the focus of  infection is mediated through a chemokine (CXCL8) gradient. Neutrophils bearing IL­8  receptors will travel toward the highest concentration of IL­8 until they arrive at the focus of infection. 2–34 Toxic oxygen species including superoxide, hydrogen peroxide, singlet oxygen, hydroxyl radical, hypohalite, and nitric oxide are produced during the respiratory burst in  macrophages and neutrophils. Simultaneous extraphagosomal production of enzymes that neutralize these compounds occurs. Specifically, superoxide dismutase metabolizes  superoxide to hydrogen peroxide, which is further metabolized by catalase to innocuous  water and molecular oxygen. 2–35 NK­cells have two main structural types of extracellular receptor. The NK­cell  immunoglobulin­like receptor contains immunoglobulin domains that interact with  protein ligands on target cells. The NK­cell lectin­like receptor resembles the mannose­ binding lectin structurally, but can interact with protein and carbohydrate ligands on  target cells. Activating receptors contain charged amino acid residues spanning the  transmembrane region, which associate with intracellular signaling proteins that will  initiate the activation of NK cells. Inhibitory receptors contain long cytoplasmic tails  bearing an immunoreceptor tyrosine­based inhibitory motif (ITIM), which inhibits NK  cell activation. 12

References

Related documents