IGNOU BBCCT-127 Solved Question Paper PDF Download

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IGNOU BBCCT-127 Solved Question Paper in Hindi
IGNOU BBCCT-127 Solved Question Paper in English
IGNOU Previous Year Solved Question Papers (All Courses)

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IGNOU BBCCT-127 Solved Question Paper PDF

IGNOU Previous Year Solved Question Papers

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IGNOU BBCCT-127 Previous Year Solved Question Paper in Hindi

Q1. (a) स्वप्रतिजन तथा गैर-स्वप्रतिजन के बीच अन्तर उपयुक्त चित्र सहित स्पष्ट कीजिए। 3.5 (b) प्रतिरक्षा प्रणाली की विभिन्‍न प्रकार की कोशिकाओं के बारे में लिखिए। 3.5 (c) जन्मजात प्रतिरक्षा क्षमता का वर्णन कीजिए। 7

Ans. (a) स्व-प्रतिजन (Self-Antigen) और गैर-स्व-प्रतिजन (Non-Self-Antigen) के बीच अंतर

प्रतिरक्षा प्रणाली का एक मौलिक गुण ‘स्व’ (शरीर की अपनी कोशिकाएं और अणु) और ‘गैर-स्व’ (बाहरी पदार्थ) के बीच अंतर करने की क्षमता है।

स्व-प्रतिजन (Self-Antigens): ये मेजबान (host) के शरीर की अपनी कोशिकाओं और ऊतकों पर मौजूद अणु होते हैं। सामान्य परिस्थितियों में, प्रतिरक्षा प्रणाली इन स्व-प्रतिजनों के प्रति सहिष्णु (tolerant) होती है और उन पर हमला नहीं करती है। इस प्रक्रिया को प्रतिरक्षा सहिष्णुता (immunological tolerance) कहा जाता है। इसका उदाहरण मेजर हिस्टोकम्पैटिबिलिटी कॉम्प्लेक्स (MHC) अणु हैं, जो लगभग सभी कोशिकाओं की सतह पर मौजूद होते हैं।
गैर-स्व-प्रतिजन (Non-Self-Antigens): ये बाहरी अणु होते हैं जो शरीर के बाहर से आते हैं, जैसे कि बैक्टीरिया, वायरस, कवक, परजीवी या प्रत्यारोपित ऊतक के अणु। जब प्रतिरक्षा प्रणाली इन गैर-स्व-प्रतिजनों का सामना करती है, तो वह इन्हें खतरे के रूप में पहचानती है और एक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया शुरू करती है ताकि उन्हें समाप्त किया जा सके।

रेखाचित्र द्वारा स्पष्टीकरण:

एक रेखाचित्र में, दो परिदृश्यों को दर्शाया जा सकता है:

परिदृश्य 1 (स्व-पहचान): एक टी-कोशिका (T-cell) एक मेजबान कोशिका (जैसे, त्वचा कोशिका) के पास आती है। मेजबान कोशिका अपनी सतह पर स्व-MHC अणुओं के साथ स्व-पेप्टाइड प्रस्तुत करती है। टी-कोशिका इन स्व-प्रतिजनों को पहचानती है और कोई प्रतिक्रिया नहीं करती है, जिससे मेजबान कोशिका सुरक्षित रहती है।
परिदृश्य 2 (गैर-स्व-पहचान): एक टी-कोशिका एक संक्रमित कोशिका (जैसे, वायरस से संक्रमित कोशिका) के पास आती है। यह कोशिका अपनी सतह पर MHC अणुओं के साथ वायरल (गैर-स्व) पेप्टाइड प्रस्तुत करती है। टी-कोशिका इस गैर-स्व-प्रतिजन को पहचान लेती है और सक्रिय हो जाती है, जिससे संक्रमित कोशिका का विनाश होता है।

(b) प्रतिरक्षा प्रणाली की विभिन्न कोशिकाएं

प्रतिरक्षा प्रणाली की कोशिकाएं दो मुख्य वंशों से उत्पन्न होती हैं: लिम्फोइड (lymphoid) और माइलॉयड (myeloid)।

लिम्फोइड कोशिकाएं:
- बी-लिम्फोसाइट्स (B-cells): ये एंटीबॉडी का उत्पादन करती हैं, जो ह्यूमोरल प्रतिरक्षा के लिए महत्वपूर्ण हैं।
- टी-लिम्फोसाइट्स (T-cells): ये कोशिका-मध्यस्थ प्रतिरक्षा में शामिल होती हैं। इनके प्रकार हैं:
  - हेल्पर टी-कोशिकाएं (CD4+): अन्य प्रतिरक्षा कोशिकाओं को सक्रिय करती हैं।
  - साइटोटॉक्सिक टी-कोशिकाएं (CD8+): संक्रमित या ट्यूमर कोशिकाओं को सीधे मारती हैं।
  - रेगुलेटरी टी-कोशिकाएं: प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को नियंत्रित और दबाती हैं।
- प्राकृतिक मारक कोशिकाएं (Natural Killer – NK cells): ये जन्मजात प्रतिरक्षा का हिस्सा हैं और वायरस से संक्रमित कोशिकाओं और ट्यूमर कोशिकाओं को पहचानकर मारती हैं।
माइलॉयड कोशिकाएं:
- मोनोसाइट्स और मैक्रोफेज: ये फैगोसाइटिक कोशिकाएं हैं जो रोगजनकों को निगलती हैं और प्रतिजन प्रस्तुत करने वाली कोशिकाओं (APCs) के रूप में कार्य करती हैं।
- न्यूट्रोफिल: ये सबसे प्रचुर मात्रा में पाई जाने वाली श्वेत रक्त कोशिकाएं हैं और तीव्र जीवाणु संक्रमण के खिलाफ रक्षा की पहली पंक्ति हैं।
- डेंड्राइटिक कोशिकाएं (Dendritic Cells): ये सबसे शक्तिशाली प्रतिजन प्रस्तुत करने वाली कोशिकाएं हैं जो टी-कोशिकाओं को सक्रिय करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।
- इओसिनोफिल, बेसोफिल और मास्ट कोशिकाएं: ये परजीवी संक्रमण और एलर्जी प्रतिक्रियाओं में शामिल होती हैं।

जन्मजात प्रतिरक्षा, प्रतिरक्षा प्रणाली की रक्षा की पहली पंक्ति है। यह गैर-विशिष्ट होती है, जिसका अर्थ है कि यह विभिन्न प्रकार के रोगजनकों पर तुरंत और सामान्य तरीके से प्रतिक्रिया करती है। इसमें पिछली मुठभेड़ों की कोई स्मृति नहीं होती है। जन्मजात प्रतिरक्षा के प्रमुख घटक:

शारीरिक अवरोध (Anatomical Barriers):
- त्वचा: यह एक भौतिक अवरोध है जो रोगजनकों को शरीर में प्रवेश करने से रोकता है। इसकी सूखी और थोड़ी अम्लीय सतह भी रोगाणुओं के विकास को रोकती है।
- श्लेष्म झिल्ली (Mucous Membranes): श्वसन, पाचन और मूत्र-जननांग पथ को ढकने वाली ये झिल्लियाँ श्लेष्म का स्राव करती हैं जो रोगजनकों को फँसा लेता है।
शारीरिक-क्रियात्मक अवरोध (Physiological Barriers):
- तापमान: शरीर का सामान्य तापमान कई रोगजनकों के विकास को रोकता है। बुखार एक रक्षा तंत्र है जो इस प्रभाव को और बढ़ाता है।
- कम pH: पेट का अम्लीय वातावरण (कम pH) अधिकांश निगले गए सूक्ष्मजीवों को नष्ट कर देता है।
- रासायनिक मध्यस्थ: लाइसोजाइम (आँसू, लार में), इंटरफेरॉन (एंटीवायरल प्रोटीन), और पूरक प्रणाली जैसे अणु रोगजनकों को नष्ट करने में मदद करते हैं।
फैगोसाइटिक अवरोध (Phagocytic Barriers):
- मैक्रोफेज और न्यूट्रोफिल जैसी कोशिकाएं रोगजनकों को निगलकर और पचाकर (फैगोसाइटोसिस) उन्हें समाप्त कर देती हैं। वे रोगजनकों से जुड़े आणविक पैटर्न (PAMPs) को अपने पैटर्न पहचान रिसेप्टर्स (PRRs) का उपयोग करके पहचानते हैं।
सूजन अवरोध (Inflammatory Barriers):
- ऊतक क्षति या संक्रमण के जवाब में, मास्ट कोशिकाएं और अन्य कोशिकाएं हिस्टामाइन जैसे मध्यस्थों को छोड़ती हैं। इससे रक्त वाहिकाओं का फैलाव (vasodilation) और पारगम्यता (permeability) बढ़ जाती है, जिससे प्रतिरक्षा कोशिकाएं और प्रोटीन संक्रमण स्थल पर पहुंच सकते हैं। सूजन के मुख्य लक्षण हैं – लालिमा, गर्मी, सूजन और दर्द।

Q2. (a) पूरक प्रणाली को परिभाषित कीजिए। पूरक सक्रियण के किसी एक मार्ग के बारे में लिखिए । 2+5 (b) इम्युनोजेन के लक्षणों पर चर्चा कीजिए। 7

Ans. (a) पूरक प्रणाली (Complement System)

परिभाषा: पूरक प्रणाली रक्त सीरम में मौजूद लगभग 30 से अधिक प्रोटीनों का एक समूह है जो प्रतिरक्षा प्रणाली का एक प्रमुख हिस्सा है। ये प्रोटीन सामान्य रूप से निष्क्रिय अवस्था में रहते हैं, लेकिन रोगजनकों की उपस्थिति में सक्रिय हो जाते हैं। इसका नाम ‘पूरक’ इसलिए है क्योंकि यह एंटीबॉडी की रोगजनकों को साफ करने की क्षमता को पूरा (complement) करता है। यह जन्मजात और अनुकूली दोनों प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

पूरक सक्रियण का एक मार्ग: शास्त्रीय मार्ग (Classical Pathway)

शास्त्रीय मार्ग आमतौर पर एंटीबॉडी द्वारा शुरू किया जाता है जो एक प्रतिजन (antigen) से बंधा होता है। यह अनुकूली प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का एक हिस्सा है। चरण-दर-चरण प्रक्रिया:

प्रारंभ (Initiation): यह मार्ग तब शुरू होता है जब पूरक प्रोटीन C1q एक प्रतिजन से बंधी हुई IgM या IgG एंटीबॉडी के Fc क्षेत्र से जुड़ता है। एक एकल IgM अणु या कम से कम दो IgG अणु C1q को बांध सकते हैं।
C1 कॉम्प्लेक्स का सक्रियण: C1q के एंटीबॉडी से जुड़ने पर, इससे जुड़े प्रोटीएज, C1r और C1s , सक्रिय हो जाते हैं। सक्रिय C1s एक एंजाइम के रूप में कार्य करता है।
C4 और C2 का विदलन (Cleavage): सक्रिय C1s एंजाइम दो अन्य पूरक प्रोटीन, C4 और C2 को तोड़ता है।
- C4 को C4a (छोटा टुकड़ा) और C4b (बड़ा टुकड़ा) में तोड़ा जाता है। C4b रोगज़नक़ की सतह से सहसंयोजक रूप से जुड़ जाता है।
- C2 को C2a (बड़ा टुकड़ा) और C2b (छोटा टुकड़ा) में तोड़ा जाता है। C2a, सतह से बंधे C4b से जुड़ जाता है।
C3 कन्वर्टेज का निर्माण: C4b और C2a का संयोजन C4b2a नामक एक कॉम्प्लेक्स बनाता है। इस कॉम्प्लेक्स को शास्त्रीय मार्ग का C3 कन्वर्टेज कहा जाता है। यह पूरक कैस्केड में एक महत्वपूर्ण एंजाइम है।
C3 का विदलन: C3 कन्वर्टेज (C4b2a) बड़ी संख्या में C3 अणुओं को C3a और C3b में तोड़ता है।
- C3b रोगज़नक़ की सतह पर जमा हो जाता है और एक ऑपसोनिन के रूप में कार्य करता है, जो फैगोसाइटिक कोशिकाओं द्वारा रोगज़नक़ की पहचान और अंतर्ग्रहण को बढ़ाता है।
- C3a एक एनाफाइलैटॉक्सिन है, जो सूजन को बढ़ावा देता है।
C5 कन्वर्टेज का निर्माण: कुछ C3b अणु C3 कन्वर्टेज (C4b2a) से जुड़कर C4b2a3b कॉम्प्लेक्स बनाते हैं, जिसे C5 कन्वर्टेज कहा जाता है।
झिल्ली आक्रमण कॉम्प्लेक्स (MAC) का निर्माण: C5 कन्वर्टेज, C5 को C5a और C5b में तोड़ता है। C5b बाद में C6, C7, C8, और कई C9 अणुओं के साथ मिलकर झिल्ली आक्रमण कॉम्प्लेक्स (Membrane Attack Complex – MAC) बनाता है। यह कॉम्प्लेक्स रोगज़नक़ की कोशिका झिल्ली में एक छिद्र बनाता है, जिससे कोशिका का lysis (विनाश) हो जाता है।

(b) इम्युनोजेन के लक्षण (Traits of an Immunogen)

एक इम्युनोजेन कोई भी पदार्थ है जो एक अनुकूली प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया (ह्यूमोरल और/या कोशिका-मध्यस्थ) को प्रेरित करने में सक्षम है। एक अणु कितना अच्छा इम्युनोजेन होगा, यह कई कारकों पर निर्भर करता है। इन लक्षणों में शामिल हैं:

गैर-स्व होना (Foreignness): प्रतिरक्षा प्रणाली आमतौर पर अपने अणुओं के प्रति सहिष्णु होती है। इसलिए, एक अणु जितना अधिक ‘गैर-स्व’ या मेजबान से phylogenetically दूर होगा, उतना ही अधिक इम्युनोजेनिक होगा। उदाहरण के लिए, एक जीवाणु प्रोटीन मानव में एक मजबूत प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्पन्न करेगा।
आणविक आकार (Molecular Size): सामान्य तौर पर, बड़े अणु छोटे अणुओं की तुलना में बेहतर इम्युनोजेन होते हैं। 10,000 डाल्टन (10 kDa) से अधिक आणविक भार वाले अणु आमतौर पर अच्छे इम्युनोजेन होते हैं, जबकि 5 kDa से कम वाले अक्सर गैर-इम्युनोजेनिक होते हैं। छोटे अणु (जिन्हें हैप्टेन कहा जाता है) एक बड़े वाहक प्रोटीन से जुड़कर इम्युनोजेनिक बन सकते हैं।
रासायनिक जटिलता और संरचना (Chemical Complexity and Composition): एक निश्चित मात्रा में रासायनिक जटिलता आवश्यक है। उदाहरण के लिए, अमीनो एसिड के हेटरोपॉलिमर (विभिन्न अमीनो एसिड से बने प्रोटीन) सरल होमोपॉलिमर (एक ही अमीनो एसिड से बने) की तुलना में अधिक इम्युनोजेनिक होते हैं। प्रोटीन, जो 20 विभिन्न अमीनो एसिड से बने होते हैं, उत्कृष्ट इम्युनोजेन हैं।
संसाधन और प्रस्तुति की क्षमता (Susceptibility to Processing and Presentation): टी-कोशिकाओं को सक्रिय करने के लिए, प्रोटीन प्रतिजनों को प्रतिजन प्रस्तुत करने वाली कोशिकाओं (APCs) द्वारा संसाधित (टुकड़ों में तोड़ा) और MHC अणुओं पर प्रस्तुत किया जाना चाहिए। जो पदार्थ आसानी से संसाधित नहीं हो सकते (जैसे, कुछ सिंथेटिक पॉलिमर), वे कमजोर इम्युनोजेन होते हैं।
मेजबान का जीनोटाइप (Genotype of the Recipient): प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया मेजबान के आनुवंशिक श्रृंगार पर भी निर्भर करती है, विशेष रूप से MHC जीन पर। एक विशेष प्रतिजन के प्रति एक व्यक्ति की प्रतिक्रिया की क्षमता उसके MHC अणुओं की पेप्टाइड को बांधने और प्रस्तुत करने की क्षमता से निर्धारित होती है।
खुराक और प्रशासन का मार्ग (Dose and Route of Administration):
- खुराक: बहुत कम या बहुत अधिक खुराक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के बजाय सहिष्णुता को प्रेरित कर सकती है। एक इष्टतम खुराक की आवश्यकता होती है।
- मार्ग: प्रशासन का मार्ग (जैसे, अंतःशिरा, चमड़े के नीचे, इंट्रामस्क्युलर) यह निर्धारित करता है कि प्रतिजन किस लसीका अंग तक पहुंचेगा और किस प्रकार की प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्पन्न होगी।

Q3. (a) एंटीबॉडी विविधीकरण के विभिन्‍न तरीकों की व्याख्या कीजिए । 7 (b) IgA तथा IgM इम्युनोग्लोबुलिनों का नामांकित चित्र के साथ वर्णन कीजिए । 7

Ans. (a) एंटीबॉडी विविधीकरण के तरीके (Mechanisms of Antibody Diversification)

मानव शरीर खरबों विभिन्न एंटीबॉडी का उत्पादन कर सकता है जो लगभग किसी भी प्रतिजन को पहचान सकते हैं। यह विशाल विविधता कुछ हजार जीनों से उत्पन्न होती है, जिसका श्रेय कई अनूठे आनुवंशिक तंत्रों को जाता है। ये तंत्र एंटीबॉडी के प्रतिजन-बंधन स्थल (वेरिएबल या V क्षेत्र) में विविधता उत्पन्न करते हैं।

विविधीकरण के प्रमुख तरीके:

एकाधिक जर्मलाइन जीन खंड (Multiple Germ-line Gene Segments): इम्युनोग्लोबुलिन (Ig) जीन एकल इकाई के रूप में मौजूद नहीं होते हैं। इसके बजाय, वे जीन खंडों के समूहों के रूप में मौजूद होते हैं: वेरिएबल (V), डाइवर्सिटी (D – केवल भारी श्रृंखला में), और जॉइनिंग (J)। प्रत्येक समूह में कई अलग-अलग जीन खंड होते हैं।
संयोजन V-(D)-J जुड़ाव (Combinatorial V-(D)-J Joining): बी-कोशिका के विकास के दौरान, एक V, एक D (भारी श्रृंखला के लिए), और एक J जीन खंड को यादृच्छिक रूप से चुना जाता है और एक साथ जोड़ा जाता है। यह प्रक्रिया, जिसे सोमैटिक रीकॉम्बिनेशन कहा जाता है, एक कार्यात्मक वेरिएबल-क्षेत्र एक्सॉन बनाती है। चूंकि कई V, D, और J खंड हैं, इसलिए उनके संभावित संयोजन बहुत बड़ी संख्या में अनूठे वेरिएबल क्षेत्रों का निर्माण करते हैं।
भारी और हल्की श्रृंखलाओं का संयोजन (Combinatorial Association of Heavy and Light Chains): एक पूर्ण एंटीबॉडी अणु एक भारी श्रृंखला और एक हल्की श्रृंखला से बना होता है। कोई भी भारी श्रृंखला किसी भी हल्की श्रृंखला के साथ जुड़कर एक कार्यात्मक प्रतिजन-बंधन स्थल बना सकती है, जिससे विविधता और बढ़ जाती है।
जंक्शनल लचीलापन (Junctional Flexibility): V, D, और J खंडों के जुड़ने की प्रक्रिया सटीक नहीं हो सकती है। जुड़ने वाले स्थान पर कुछ न्यूक्लियोटाइड हटाए जा सकते हैं या जुड़ सकते हैं, जिससे अमीनो एसिड अनुक्रम में और भी भिन्नता आती है।
P-न्यूक्लियोटाइड जोड़ (P-nucleotide Addition): सोमैटिक रीकॉम्बिनेशन के दौरान, जब जीन खंडों को काटने वाले एंजाइम डीएनए को तोड़ते हैं, तो वे एक हेयरपिन लूप बनाते हैं। जब यह लूप खोला जाता है, तो यह एक पैलिंड्रोमिक अनुक्रम (P-न्यूक्लियोटाइड) बनाता है, जो जंक्शन पर कुछ अतिरिक्त न्यूक्लियोटाइड जोड़ता है।
N-न्यूक्लियोटाइड जोड़ (N-nucleotide Addition): एंजाइम टर्मिनल डीऑक्सीन्यूक्लियोटिडिल ट्रांसफरेज (TdT) V-D और D-J जंक्शनों (भारी श्रृंखला में) पर यादृच्छिक रूप से गैर-टेम्प्लेटेड न्यूक्लियोटाइड (N-न्यूक्लियोटाइड) जोड़ता है। यह विविधता का एक प्रमुख स्रोत है।
सोमैटिक हाइपरम्यूटेशन (Somatic Hypermutation): एक बी-कोशिका के प्रतिजन द्वारा सक्रिय होने के बाद, उसके पुनर्व्यवस्थित Ig वेरिएबल-क्षेत्र जीनों में बिंदु उत्परिवर्तन (point mutations) की एक उच्च दर होती है। यह प्रक्रिया एंटीबॉडी की प्रतिजन के प्रति बंधुता (affinity) को और बेहतर बनाने की अनुमति देती है, जिसे एफिनिटी मैचुरेशन कहा जाता है।

(b) IgA और IgM इम्युनोग्लोबुलिन Immunoglobulin M (IgM)

संरचना: IgM दो रूपों में मौजूद है। बी-कोशिका की सतह पर, यह एक मोनोमर (एक Y-आकार की इकाई) के रूप में होता है और बी-सेल रिसेप्टर (BCR) के रूप में कार्य करता है। जब स्रावित होता है, तो यह पांच मोनोमेरिक इकाइयों से बना एक पेंटामर बनाता है जो एक J (जॉइनिंग) श्रृंखला नामक पॉलीपेप्टाइड द्वारा एक साथ जुड़े होते हैं।
विशेषताएं:
- यह प्राथमिक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाला पहला एंटीबॉडी वर्ग है।
- इसकी पेंटामेरिक संरचना के कारण, इसमें 10 प्रतिजन-बंधन स्थल होते हैं, जो इसे बहुत उच्च एविडिटी (समग्र बंधन शक्ति) प्रदान करते हैं। यह बहुसंयोजी प्रतिजनों (जैसे बैक्टीरिया की सतह पर) को बांधने में बहुत प्रभावी है।
- यह पूरक प्रणाली के शास्त्रीय मार्ग को सक्रिय करने में बहुत कुशल है।
- इसका बड़ा आकार इसे रक्तप्रवाह से बाहर ऊतकों में आसानी से जाने से रोकता है।

नामांकित चित्र (IgM पेंटामर): एक तारे जैसी संरचना बनाएं जिसमें पांच Y-आकार के मोनोमर अपनी Fc पूंछ से जुड़े हों। केंद्र में एक छोटा गोला बनाएं और उसे ‘J-श्रृंखला’ के रूप में नामांकित करें। प्रत्येक Y की भुजाओं पर ‘प्रतिजन-बंधन स्थल’ को इंगित करें। Immunoglobulin A (IgA)

संरचना: IgA भी दो रूपों में मौजूद है। रक्त सीरम में, यह मुख्य रूप से एक मोनोमर के रूप में पाया जाता है। स्रावों में (जैसे लार, आँसू, दूध, और श्वसन और आंतों के श्लेष्म में), यह एक डाइमर (दो Y-आकार की इकाइयाँ) के रूप में होता है। डाइमेरिक IgA में भी एक J-श्रृंखला होती है जो दो मोनोमर्स को जोड़ती है, और एक अतिरिक्त प्रोटीन जिसे सेक्रेटरी कंपोनेंट (Secretory Component) कहा जाता है।
विशेषताएं:
- यह श्लेष्म सतहों (mucosal surfaces) पर सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला एंटीबॉडी है और श्लेष्म प्रतिरक्षा (mucosal immunity) में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
- सेक्रेटरी कंपोनेंट IgA को एंजाइमेटिक क्षरण से बचाता है और इसे श्लेष्म सतहों पर स्थिर करता है।
- यह श्लेष्म सतहों पर रोगजनकों और विषाक्त पदार्थों को बेअसर करता है, उन्हें उपकला कोशिकाओं से जुड़ने से रोकता है।
- माँ के दूध में स्रावी IgA नवजात शिशु को आंतों के संक्रमण से निष्क्रिय प्रतिरक्षा प्रदान करता है।

नामांकित चित्र (स्रावी IgA डाइमर): दो Y-आकार के मोनोमर्स को उनकी Fc पूंछ के पास एक छोटे ‘J-श्रृंखला’ से जोड़कर बनाएं। इस संरचना के चारों ओर एक बड़ा, लिपटा हुआ प्रोटीन बनाएं और उसे ‘सेक्रेटरी कंपोनेंट’ के रूप में नामांकित करें। Y की भुजाओं पर ‘प्रतिजन-बंधन स्थल’ को इंगित करें।

Q4. (a) B-लिम्फोसाइट परिपक्वन की प्रक्रिया का वर्णन कीजिए । 7 (b) एंटीजन प्रसंस्करण और प्रस्तुति की व्याख्या कीजिए। 7

Ans. (a) बी-लिम्फोसाइट परिपक्वन (B-lymphocyte Maturation)

बी-लिम्फोसाइटों का परिपक्वन मुख्य रूप से अस्थि मज्जा (bone marrow) में होता है। यह एक जटिल और कसकर विनियमित प्रक्रिया है जो यह सुनिश्चित करती है कि केवल कार्यात्मक और गैर-स्व-प्रतिक्रियाशील बी-कोशिकाएं ही परिधि में प्रवेश करें। यह प्रक्रिया प्रतिजन-स्वतंत्र (antigen-independent) होती है।

परिपक्वन के चरण:

प्रो-बी कोशिका (Pro-B Cell): यह बी-सेल वंश की सबसे प्रारंभिक पहचानी जाने वाली कोशिका है। इस चरण में, इम्युनोग्लोबुलिन (Ig) भारी श्रृंखला (heavy chain) के D और J जीन खंडों का पुनर्संयोजन होता है, जिसके बाद V खंड का DJ से पुनर्संयोजन होता है।
प्री-बी कोशिका (Pre-B Cell): एक बार जब एक कार्यात्मक भारी श्रृंखला जीन सफलतापूर्वक पुनर्व्यवस्थित हो जाता है, तो कोशिका एक प्री-बी कोशिका बन जाती है। इस चरण की पहचान है:
- μ (म्यू) भारी श्रृंखला का उत्पादन।
- यह μ भारी श्रृंखला सरोगेट लाइट चेन्स (surrogate light chains) (VpreB और λ5) के साथ जुड़कर प्री-बी सेल रिसेप्टर (pre-BCR) बनाती है।
- प्री-बीसीआर का सफल संकेतन कोशिका को जीवित रहने, प्रसार करने और हल्की श्रृंखला (light chain) जीन पुनर्संयोजन शुरू करने का संकेत देता है। यह भारी श्रृंखला के दूसरे एलील के पुनर्संयोजन को भी रोकता है (एलीलिक बहिष्करण)।
अपरिपक्व बी कोशिका (Immature B Cell): जब एक कार्यात्मक हल्की श्रृंखला (कप्पा या लैम्ब्डा) का उत्पादन होता है और यह μ भारी श्रृंखला के साथ जुड़ती है, तो एक पूर्ण IgM अणु बनता है। यह IgM अणु कोशिका की सतह पर प्रदर्शित होता है, और कोशिका अब एक अपरिपक्व बी-कोशिका है।
चयन प्रक्रिया (Selection Process): इस चरण में, अपरिपक्व बी-कोशिकाएं स्व-प्रतिक्रियाशीलता के लिए परीक्षण की जाती हैं:
- क्लोनल डिलीशन (Clonal Deletion): यदि एक अपरिपक्व बी-कोशिका का सतह IgM अस्थि मज्जा में मौजूद स्व-प्रतिजनों (self-antigens) से दृढ़ता से जुड़ता है, तो उसे एपोप्टोसिस (क्रमादेशित कोशिका मृत्यु) द्वारा समाप्त कर दिया जाता है।
- रिसेप्टर एडिटिंग (Receptor Editing): कुछ मामलों में, स्व-प्रतिक्रियाशील कोशिका को हल्की श्रृंखला जीन का फिर से पुनर्संयोजन करके अपने रिसेप्टर को संपादित करने का एक और मौका मिलता है। यदि नया रिसेप्टर गैर-स्व-प्रतिक्रियाशील है, तो कोशिका बच जाती है।
- एनर्जी (Anergy): यदि बी-कोशिका घुलनशील स्व-प्रतिजनों से कमजोर रूप से जुड़ती है, तो वह निष्क्रिय (anergic) हो जाती है और प्रतिक्रिया नहीं कर पाती।
परिपक्व बी कोशिका (Mature B Cell): जो बी-कोशिकाएं नकारात्मक चयन से बच जाती हैं, वे अस्थि मज्जा से बाहर निकलकर प्लीहा (spleen) में जाती हैं। वहां वे अंतिम परिपक्वन से गुजरती हैं और अपनी सतह पर IgM के साथ-साथ IgD को भी व्यक्त करना शुरू कर देती हैं। ये परिपक्व भोली (mature naive) बी-कोशिकाएं अब परिधीय लसीका अंगों में घूमती हैं और अपने विशिष्ट प्रतिजन का सामना करने के लिए तैयार रहती हैं।

(b) एंटीजन प्रसंस्करण और प्रस्तुति (Antigen Processing and Presentation)

एंटीजन प्रसंस्करण और प्रस्तुति वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा कोशिकाएं प्रतिजनों को पचाकर उन्हें पेप्टाइड टुकड़ों में तोड़ती हैं और फिर उन पेप्टाइड्स को अपनी सतह पर मेजर हिस्टोकम्पैटिबिलिटी कॉम्प्लेक्स (MHC) अणुओं के साथ प्रस्तुत करती हैं। यह टी-लिम्फोसाइटों द्वारा प्रतिजन की पहचान के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है। इसके दो मुख्य मार्ग हैं:

1. अंतर्जात मार्ग (Endogenous Pathway) – MHC वर्ग I प्रस्तुति: यह मार्ग कोशिका के अंदर उत्पन्न होने वाले प्रतिजनों (जैसे, वायरल प्रोटीन या ट्यूमर प्रोटीन) को संसाधित करता है। यह लगभग सभी नाभिकयुक्त कोशिकाओं में होता है।

प्रोटीन का क्षरण: कोशिका के साइटोसोल में मौजूद अंतर्जात प्रोटीन को प्रोटीसोम (proteasome) नामक एक बड़े प्रोटीन कॉम्प्लेक्स द्वारा छोटे पेप्टाइड्स में तोड़ा जाता है।
पेप्टाइड परिवहन: ये पेप्टाइड्स साइटोसोल से एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम (ER) में TAP (Transporter associated with Antigen Processing) नामक एक ट्रांसपोर्टर प्रोटीन के माध्यम से पंप किए जाते हैं।
MHC-I पर लोडिंग: ER के अंदर, नए संश्लेषित MHC वर्ग I अणु इन पेप्टाइड्स के बंधने की प्रतीक्षा करते हैं। एक बार जब एक उपयुक्त पेप्टाइड MHC-I अणु के खांचे (groove) में फिट हो जाता है, तो MHC-पेप्टाइड कॉम्प्लेक्स स्थिर हो जाता है।
सतह पर प्रस्तुति: स्थिर MHC-I-पेप्टाइड कॉम्प्लेक्स को गोल्गी उपकरण के माध्यम से कोशिका की सतह पर ले जाया जाता है।
पहचान: कोशिका की सतह पर प्रस्तुत यह कॉम्प्लेक्स साइटोटॉक्सिक टी-लिम्फोसाइट्स (CTLs या CD8+ T-cells) द्वारा पहचाना जाता है। यदि टी-सेल रिसेप्टर इस कॉम्प्लेक्स को पहचानता है, तो CTL सक्रिय हो जाता है और प्रस्तुत करने वाली कोशिका (जैसे, संक्रमित कोशिका) को मार देता है।

2. बहिर्जात मार्ग (Exogenous Pathway) – MHC वर्ग II प्रस्तुति: यह मार्ग कोशिका के बाहर से लिए गए प्रतिजनों (जैसे, बैक्टीरिया) को संसाधित करता है। यह मुख्य रूप से पेशेवर प्रतिजन प्रस्तुत करने वाली कोशिकाओं (APCs) जैसे डेंड्राइटिक कोशिकाओं, मैक्रोफेज और बी-कोशिकाओं में होता है।

प्रतिजन का अंतर्ग्रहण: APCs एंडोसाइटोसिस या फैगोसाइटोसिस द्वारा बाहरी प्रतिजनों को ग्रहण करती हैं, जिससे वे एंडोसोम नामक पुटिकाओं (vesicles) में बंद हो जाते हैं।
प्रोटीन का क्षरण: एंडोसोम लाइसोसोम के साथ फ्यूज होकर एंडो-लाइसोसोम बनाते हैं, जहाँ अम्लीय pH और प्रोटीएज एंजाइम प्रतिजनों को पेप्टाइड्स में तोड़ देते हैं।
MHC-II संश्लेषण और परिवहन: इस बीच, MHC वर्ग II अणु ER में संश्लेषित होते हैं। उनका पेप्टाइड-बंधन खांचा इन्वेरिएंट चेन (Invariant Chain, Ii) नामक एक प्रोटीन द्वारा अवरुद्ध होता है, जो अंतर्जात पेप्टाइड्स को बंधने से रोकता है।
लोडिंग: MHC-II-Ii कॉम्प्लेक्स को एक पुटिका में एंडो-लाइसोसोम की ओर ले जाया जाता है। इस पुटिका में, इन्वेरिएंट चेन को तोड़ दिया जाता है, जिससे केवल एक छोटा टुकड़ा जिसे CLIP कहा जाता है, खांचे में रह जाता है। फिर, HLA-DM नामक अणु CLIP को हटा देता है और बहिर्जात पेप्टाइड्स को MHC-II के खांचे में लोड होने देता है।
सतह पर प्रस्तुति: MHC-II-पेप्टाइड कॉम्प्लेक्स को कोशिका की सतह पर ले जाया जाता है।
पहचान: यह कॉम्प्लेक्स हेल्पर टी-लिम्फोसाइट्स (Helper T-cells या CD4+ T-cells) द्वारा पहचाना जाता है। इस पहचान से हेल्पर टी-कोशिका का सक्रियण होता है, जो तब बी-कोशिकाओं और साइटोटॉक्सिक टी-कोशिकाओं को सक्रिय करके प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का समन्वय करती है।

Q5. (a) निम्नलिखित में भेद कीजिए (कोई दो) : 2×3.5=7 (i) MHC वर्ग-I और MHC वर्ग-II (ii) आइसोटाइप और ऐलोटाइप निर्धारक (iii) T-कोशिका का धनात्मक और ऋणात्मक चयन (b) एंटीबॉडी निर्भर कोशिका-मध्यस्थ कोशिका विषाक्तता का वर्णन कीजिए। 7

Ans. (a) निम्नलिखित में भेद:

(i) MHC वर्ग-I और MHC वर्ग-II में अंतर

गुण MHC वर्ग-I MHC वर्ग-II संरचना एक लंबी α (अल्फा) श्रृंखला और एक छोटी β2-माइक्रोग्लोबुलिन श्रृंखला से बना है। लगभग समान आकार की दो श्रृंखलाओं, एक α (अल्फा) और एक β (बीटा) श्रृंखला से बना है। कोशिका वितरण लगभग सभी नाभिकयुक्त सोमैटिक कोशिकाओं पर पाया जाता है। मुख्य रूप से पेशेवर प्रतिजन प्रस्तुत करने वाली कोशिकाओं (APCs) पर पाया जाता है, जैसे डेंड्राइटिक कोशिकाएं, मैक्रोफेज, और बी-कोशिकाएं। प्रतिजन स्रोत अंतर्जात (Endogenous) प्रतिजन (जैसे, वायरल, ट्यूमर प्रोटीन) जो कोशिका के अंदर बनते हैं। बहिर्जात (Exogenous) प्रतिजन (जैसे, बैक्टीरिया) जो कोशिका के बाहर से लिए जाते हैं। पेप्टाइड बंधन खांचा बंद सिरे होते हैं; 8-10 अमीनो एसिड लंबे पेप्टाइड्स को बांधता है। खुले सिरे होते हैं; 13-18 अमीनो एसिड या उससे लंबे पेप्टाइड्स को बांध सकता है। किसको प्रस्तुत करता है CD8+ साइटोटॉक्सिक टी-कोशिकाओं को प्रतिजन प्रस्तुत करता है। CD4+ हेल्पर टी-कोशिकाओं को प्रतिजन प्रस्तुत करता है। (ii) आइसोटाइप और ऐलोटाइप निर्धारक में अंतर

आइसोटाइप (Isotype): आइसोटाइपिक भिन्नताएं इम्युनोग्लोबुलिन (Ig) अणुओं के स्थिर (constant) क्षेत्रों में मौजूद होती हैं और एक प्रजाति के सभी सामान्य सदस्यों में पाई जाती हैं। ये भिन्नताएं विभिन्न Ig वर्गों और उपवर्गों को परिभाषित करती हैं।
- उदाहरण: भारी श्रृंखला के स्थिर क्षेत्रों में अंतर के कारण IgG, IgA, IgM, IgD, और IgE वर्ग बनते हैं। हल्की श्रृंखला के लिए, कप्पा (κ) और लैम्ब्डा (λ) दो आइसोटाइप हैं।
- महत्व: प्रत्येक आइसोटाइप का एक अलग जैविक कार्य होता है (जैसे, IgM प्राथमिक प्रतिक्रिया में, IgE एलर्जी में)।
ऐलोटाइप (Allotype): ऐलोटाइपिक भिन्नताएं एक ही प्रजाति के विभिन्न व्यक्तियों के बीच Ig जीनों में एलीलिक (allelic) भिन्नताओं के कारण होती हैं। ये Ig स्थिर क्षेत्रों में छोटे, आनुवंशिक रूप से निर्धारित अमीनो एसिड अंतर होते हैं।
- उदाहरण: मानव IgG1 अणु में Gm मार्कर एक ऐलोटाइप का उदाहरण है। कुछ व्यक्तियों के पास एक एलील हो सकता है जबकि अन्य के पास दूसरा।
- महत्व: ये आनुवंशिक मार्कर पितृत्व परीक्षण या फोरेंसिक में उपयोग किए जा सकते हैं। एक व्यक्ति दूसरे व्यक्ति के ऐलोटाइप के खिलाफ एंटीबॉडी बना सकता है (जैसे, रक्त आधान या गर्भावस्था के बाद)।

(iii) T-कोशिका का धनात्मक और ऋणात्मक चयन में अंतर धनात्मक और ऋणात्मक चयन दोनों प्रक्रियाएं थाइमस में टी-कोशिका के विकास के दौरान होती हैं ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि केवल उपयोगी और सुरक्षित टी-कोशिकाएं ही परिपक्व होती हैं।

धनात्मक चयन (Positive Selection):
- स्थान: थाइमस का कॉर्टेक्स।
- उद्देश्य: यह सुनिश्चित करना कि टी-कोशिकाएं मेजबान के अपने MHC अणुओं को पहचानने में सक्षम हैं (MHC प्रतिबंध)।
- प्रक्रिया: विकासशील टी-कोशिकाओं (थाइमोसाइट्स) को थाइमिक उपकला कोशिकाओं पर स्व-MHC अणुओं के साथ प्रस्तुत किया जाता है। जिन थाइमोसाइट्स के टी-सेल रिसेप्टर्स (TCRs) स्व-MHC अणुओं को बहुत कमजोर या बिल्कुल भी नहीं बांधते हैं, वे जीवित रहने के संकेत प्राप्त नहीं करते हैं और एपोप्टोसिस द्वारा मर जाते हैं (‘उपेक्षा से मृत्यु’)। जो कमजोर रूप से बंधते हैं वे जीवित रहते हैं।
- परिणाम: केवल वे टी-कोशिकाएं जीवित रहती हैं जो स्व-MHC को पहचान सकती हैं। यह प्रक्रिया यह भी निर्धारित करती है कि एक टी-कोशिका CD4+ बनेगी (यदि वह MHC-II को पहचानती है) या CD8+ बनेगी (यदि वह MHC-I को पहचानती है)।
ऋणात्मक चयन (Negative Selection):
- स्थान: थाइमस का मेडुला।
- उद्देश्य: उन टी-कोशिकाओं को हटाना जो स्व-प्रतिजनों (self-antigens) के प्रति दृढ़ता से प्रतिक्रिया करती हैं, ताकि ऑटोइम्यूनिटी को रोका जा सके।
- प्रक्रिया: जो टी-कोशिकाएं धनात्मक चयन से बच जाती हैं, वे मेडुला में जाती हैं जहाँ उन्हें डेंड्राइटिक कोशिकाओं और मेडुलरी थाइमिक उपकला कोशिकाओं द्वारा प्रस्तुत स्व-MHC के साथ स्व-पेप्टाइड कॉम्प्लेक्स का सामना करना पड़ता है। जिन थाइमोसाइट्स के TCRs इन स्व-प्रतिजन कॉम्प्लेक्स से बहुत दृढ़ता से जुड़ते हैं, उन्हें एपोप्टोसिस (क्लोनल डिलीशन) के माध्यम से समाप्त कर दिया जाता है।
- परिणाम: केवल वे टी-कोशिकाएं बचती हैं जो स्व-प्रतिजनों के प्रति सहिष्णु होती हैं। यह केंद्रीय सहिष्णुता (central tolerance) स्थापित करता है।

(b) एंटीबॉडी निर्भर कोशिका-मध्यस्थ कोशिका विषाक्तता (Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity – ADCC)

ADCC एक प्रतिरक्षा तंत्र है जिसके द्वारा एक प्रभावकारी कोशिका (effector cell) एक लक्ष्य कोशिका (target cell) को lyses (नष्ट) करती है, जिसकी सतह पर एंटीबॉडी बंधे होते हैं। यह ह्यूमोरल प्रतिरक्षा (एंटीबॉडी) और कोशिका-मध्यस्थ प्रतिरक्षा (प्रभावकारी कोशिकाएं) के बीच एक सेतु का काम करता है। ADCC की क्रियाविधि:

एंटीबॉडी का बंधन: प्रक्रिया तब शुरू होती है जब IgG (आमतौर पर IgG1 या IgG3) जैसे एंटीबॉडी एक लक्ष्य कोशिका की सतह पर मौजूद प्रतिजनों से जुड़ते हैं। यह लक्ष्य कोशिका एक वायरस से संक्रमित कोशिका, एक ट्यूमर कोशिका, या एक बड़ा परजीवी हो सकती है।
Fc रिसेप्टर की भूमिका: कई प्रतिरक्षा कोशिकाओं, विशेष रूप से प्राकृतिक मारक (NK) कोशिकाओं , के पास उनकी सतह पर Fc रिसेप्टर्स (FcR) होते हैं। NK कोशिकाओं पर पाया जाने वाला विशिष्ट रिसेप्टर FcγRIII (CD16) है। ये Fc रिसेप्टर्स लक्ष्य कोशिका से बंधे एंटीबॉडी के Fc (Fragment, crystallizable) भाग को पहचानते हैं और उससे जुड़ते हैं।
प्रभावकारी कोशिका का सक्रियण: जब NK कोशिका के Fc रिसेप्टर्स लक्ष्य-बद्ध एंटीबॉडी के Fc भाग को क्रॉस-लिंक करते हैं, तो NK कोशिका सक्रिय हो जाती है।
लक्ष्य कोशिका का विनाश: सक्रियण के बाद, NK कोशिका साइटोटॉक्सिक ग्रेन्यूल्स (cytotoxic granules) छोड़ती है जिसमें परफोरिन (perforin) और ग्रैनजाइम (granzymes) जैसे प्रोटीन होते हैं।
- परफोरिन लक्ष्य कोशिका की झिल्ली में छिद्र बनाता है।
- ग्रैनजाइम इन छिद्रों के माध्यम से लक्ष्य कोशिका के साइटोप्लाज्म में प्रवेश करते हैं और कैस्पेस (caspase) कैस्केड को सक्रिय करते हैं, जिससे लक्ष्य कोशिका में एपोप्टोसिस (क्रमादेशित कोशिका मृत्यु) होती है।

महत्व:

ADCC वायरस से संक्रमित कोशिकाओं को खत्म करने का एक महत्वपूर्ण तरीका है।
यह ट्यूमर कोशिकाओं के खिलाफ प्रतिरक्षा निगरानी में भूमिका निभाता है। कैंसर के इलाज के लिए उपयोग की जाने वाली कुछ मोनोक्लोनल एंटीबॉडी थेरेपी (जैसे, रिटक्सिमैब, ट्रास्टुजुमैब) ADCC को मध्यस्थ बनाकर काम करती हैं।
यह उन रोगजनकों को खत्म करने में भी प्रभावी है जो फैगोसाइटोसिस के लिए बहुत बड़े हैं, जैसे कि परजीवी कृमि (helminths)। इस मामले में, इओसिनोफिल मुख्य प्रभावकारी कोशिकाएं होती हैं।

Q6. (a) अतिसंवेदनशीलता क्या होती है ? DTH प्रतिक्रिया को चित्रित कीजिए और स्पष्ट कीजिए। 2+5 (b) कोशिका-मध्यस्थ ऐलोग्राफ्ट अस्वीकृति का वर्णन कीजिए। 7

Ans. (a) अतिसंवेदनशीलता (Hypersensitivity) और DTH प्रतिक्रिया

अतिसंवेदनशीलता: अतिसंवेदनशीलता एक ऐसी स्थिति को संदर्भित करती है जिसमें प्रतिरक्षा प्रणाली एक हानिरहित प्रतिजन (जैसे परागकण) या एक स्व-प्रतिजन के प्रति एक अतिरंजित, अनुचित या हानिकारक प्रतिक्रिया करती है। सुरक्षा प्रदान करने के बजाय, यह प्रतिक्रिया मेजबान के अपने ऊतकों को नुकसान पहुंचाती है और सूजन का कारण बनती है। अतिसंवेदनशीलता प्रतिक्रियाओं को चार प्रकारों (I, II, III, और IV) में वर्गीकृत किया गया है। विलंबित-प्रकार की अतिसंवेदनशीलता (Delayed-Type Hypersensitivity – DTH) प्रतिक्रिया: DTH एक प्रकार IV अतिसंवेदनशीलता प्रतिक्रिया है। इसे ‘विलंबित’ कहा जाता है क्योंकि प्रतिजन के संपर्क में आने के 24-72 घंटे बाद प्रतिक्रिया विकसित होती है, जो एंटीबॉडी-मध्यस्थ प्रतिक्रियाओं (जो मिनटों में होती हैं) के विपरीत है। DTH एंटीबॉडी के बजाय टी-कोशिकाओं (विशेष रूप से T H 1 कोशिकाओं) और मैक्रोफेज द्वारा मध्यस्थ होती है। DTH प्रतिक्रिया के चरण और चित्रण: DTH प्रतिक्रिया दो चरणों में होती है:

1. संवेदीकरण चरण (Sensitization Phase):

प्रारंभिक संपर्क: जब शरीर पहली बार किसी विशेष प्रतिजन (जैसे, ट्यूबरकुलिन प्रोटीन, पॉइज़न आइवी का रसायन) के संपर्क में आता है।
प्रसंस्करण और प्रस्तुति: स्थानीय प्रतिजन प्रस्तुत करने वाली कोशिकाएं (APCs), जैसे त्वचा में लैंगरहैंस कोशिकाएं, प्रतिजन को ग्रहण और संसाधित करती हैं।
टी-कोशिका सक्रियण: APCs लसीकापर्व (lymph nodes) में चली जाती हैं और प्रतिजन को भोली (naive) T _H कोशिकाओं को प्रस्तुत करती हैं। इससे T _H कोशिकाएं सक्रिय होकर T _H 1 और T _H 1 मेमोरी कोशिकाओं में विभेदित हो जाती हैं। इस चरण में कोई लक्षण दिखाई नहीं देते हैं।

2. प्रभावकारी चरण (Effector Phase): यह चरण तब होता है जब संवेदी व्यक्ति उसी प्रतिजन के संपर्क में दोबारा आता है।

मेमोरी कोशिकाओं का सक्रियण: पहले से मौजूद T _H 1 मेमोरी कोशिकाएं APCs द्वारा प्रस्तुत प्रतिजन को पहचानती हैं और तेजी से सक्रिय हो जाती हैं।
साइटोकिन्स का स्राव: सक्रिय T _H 1 कोशिकाएं विभिन्न प्रकार के साइटोकिन्स का स्राव करती हैं, जिनमें प्रमुख हैं:
- IFN-γ (इंटरफेरॉन-गामा): यह मैक्रोफेज को सक्रिय और आकर्षित करता है, जिससे उनकी फैगोसाइटिक और माइक्रोबिसाइडल गतिविधि बढ़ जाती है।
- TNF-α (ट्यूमर नेक्रोसिस फैक्टर-अल्फा): यह सूजन को बढ़ावा देता है और रक्त वाहिकाओं की पारगम्यता को बढ़ाता है।
- केमोकाइन्स: ये और अधिक मैक्रोफेज और अन्य ल्यूकोसाइट्स को संक्रमण स्थल पर आकर्षित करते हैं।
ऊतक क्षति: बड़ी संख्या में सक्रिय मैक्रोफेज का जमाव सूजन, लालिमा, और ऊतक का सख्त होना (induration) का कारण बनता है। ये सक्रिय मैक्रोफेज अपने लाइसोजोमल एंजाइमों और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों को छोड़ते हैं, जो रोगजनकों को मारते हैं लेकिन आसपास के स्वस्थ ऊतकों को भी नुकसान पहुंचाते हैं।

चित्रण: एक रेखाचित्र में, प्रभावकारी चरण को दर्शाया जा सकता है। त्वचा की परत के नीचे, एक APC (जैसे मैक्रोफेज) एक T H 1 मेमोरी सेल को प्रतिजन प्रस्तुत कर रहा है। T H 1 सेल से साइटोकिन्स (IFN-γ, TNF-α) निकलते हुए दिखाएं। ये साइटोकिन्स रक्त वाहिकाओं से अधिक मैक्रोफेज को आकर्षित कर रहे हैं। ये सक्रिय मैक्रोफेज सूजन और ऊतक क्षति का कारण बन रहे हैं।

(b) कोशिका-मध्यस्थ ऐलोग्राफ्ट अस्वीकृति (Cell-mediated Allograft Rejection)

ऐलोग्राफ्ट एक ही प्रजाति के दो आनुवंशिक रूप से भिन्न व्यक्तियों के बीच ऊतक या अंग का प्रत्यारोपण है (जैसे, एक मानव से दूसरे मानव में)। ग्राफ्ट अस्वीकृति एक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया है जो प्राप्तकर्ता की प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा दाता के ग्राफ्ट पर हमला करने के कारण होती है, जिससे ग्राफ्ट का विनाश होता है। कोशिका-मध्यस्थ प्रतिरक्षा, विशेष रूप से टी-कोशिकाओं द्वारा, तीव्र ग्राफ्ट अस्वीकृति का मुख्य कारण है। अस्वीकृति की क्रियाविधि:

1. संवेदीकरण चरण (Sensitization Phase): एलो-पहचान (Allorecognition) इस चरण में, प्राप्तकर्ता की टी-कोशिकाएं दाता ग्राफ्ट से एलोएंटीजन (alloantigens) को पहचानती हैं। मुख्य एलोएंटीजन दाता के मेजर हिस्टोकम्पैटिबिलिटी कॉम्प्लेक्स (MHC) अणु होते हैं, जिन्हें मानव में HLA (Human Leukocyte Antigen) कहा जाता है। पहचान दो तरीकों से हो सकती है:

प्रत्यक्ष एलो-पहचान (Direct Allorecognition): प्राप्तकर्ता की टी-कोशिकाएं दाता की प्रतिजन प्रस्तुत करने वाली कोशिकाओं (APCs) पर मौजूद अक्षुण्ण (intact) दाता MHC अणुओं को सीधे पहचानती हैं। ये दाता APCs ग्राफ्ट के साथ ही प्रत्यारोपित होती हैं। यह तीव्र अस्वीकृति में एक प्रमुख तंत्र है।
- प्राप्तकर्ता की CD8+ T-कोशिकाएं दाता के MHC वर्ग I को पहचानती हैं।
- प्राप्तकर्ता की CD4+ T-कोशिकाएं दाता के MHC वर्ग II को पहचानती हैं।
अप्रत्यक्ष एलो-पहचान (Indirect Allorecognition): प्राप्तकर्ता की अपनी APCs दाता के ग्राफ्ट में जाती हैं, दाता के MHC अणुओं को ग्रहण और संसाधित करती हैं, और फिर इन दाता MHC के पेप्टाइड्स को अपने स्वयं के MHC अणुओं पर प्रस्तुत करती हैं। प्राप्तकर्ता की टी-कोशिकाएं इस “संसाधित” एलोएंटीजन को पहचानती हैं। यह जीर्ण (chronic) अस्वीकृति में अधिक महत्वपूर्ण है।

2. प्रभावकारी चरण (Effector Phase): ग्राफ्ट का विनाश एक बार संवेदीकरण हो जाने पर, प्रभावकारी तंत्र सक्रिय हो जाते हैं:

साइटोटॉक्सिक टी-लिम्फोसाइट्स (CTLs) की भूमिका: प्रत्यक्ष एलो-पहचान के माध्यम से सक्रिय हुई प्राप्तकर्ता की CD8+ T-कोशिकाएं प्रभावकारी CTLs में विभेदित होती हैं। ये CTLs ग्राफ्ट ऊतक में चले जाते हैं और दाता MHC वर्ग I अणुओं को व्यक्त करने वाली ग्राफ्ट कोशिकाओं को सीधे पहचानकर उन्हें मार देते हैं। यह विनाश परफोरिन/ग्रैनजाइम मार्ग के माध्यम से होता है।
हेल्पर टी-कोशिकाओं और DTH की भूमिका: प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष दोनों मार्गों से सक्रिय हुई CD4+ T _H कोशिकाएं (विशेष रूप से T _H 1 प्रकार) साइटोकिन्स (जैसे IFN-γ) का उत्पादन करती हैं। ये साइटोकिन्स मैक्रोफेज और अन्य सूजन कोशिकाओं को ग्राफ्ट में भर्ती और सक्रिय करते हैं। ये सक्रिय मैक्रोफेज एक विलंबित-प्रकार की अतिसंवेदनशीलता (DTH) जैसी प्रतिक्रिया का कारण बनते हैं, जिससे ग्राफ्ट में सूजन और ऊतक क्षति होती है।
एंटीबॉडी की भूमिका: हालांकि कोशिका-मध्यस्थ अस्वीकृति मुख्य है, एलोएंटीजन के खिलाफ एंटीबॉडी भी बन सकते हैं और अस्वीकृति में योगदान कर सकते हैं, विशेष रूप से हाइपरएक्यूट और जीर्ण अस्वीकृति में।

इस प्रतिक्रिया को रोकने के लिए, रोगियों को इम्यूनोसप्रेसिव दवाएं दी जाती हैं जो टी-कोशिका सक्रियण और कार्य को रोकती हैं।

Q7. निम्नलिखित में से किन्हीं दो पर टिप्पणियाँ लिखिए : 7+7 (a) टीके (b) ड्रेयर-बैनेट परिकल्पना (c) T-कोशिका विकास

Ans. (नोट: छात्रों को किन्हीं दो पर उत्तर देना है। यहाँ सभी तीन के लिए मॉडल उत्तर दिए गए हैं।)

(a) टीके (Vaccine)

टीका एक जैविक तैयारी है जो किसी विशेष संक्रामक बीमारी के प्रति सक्रिय अर्जित प्रतिरक्षा (active acquired immunity) प्रदान करती है। एक टीके में आमतौर पर एक रोगाणु जैसा एजेंट होता है – अक्सर एक सूक्ष्मजीव का एक कमजोर या मारा हुआ रूप, इसके विषाक्त पदार्थ, या इसकी सतह के प्रोटीन में से एक। यह एजेंट शरीर की प्रतिरक्षा प्रणाली को इसे एक खतरे के रूप में पहचानने, इसे नष्ट करने, और इस प्रक्रिया की ‘स्मृति’ बनाने के लिए उत्तेजित करता है। कार्य का सिद्धांत: टीकाकरण का सिद्धांत प्रतिरक्षा प्रणाली की ‘स्मृति’ का उपयोग करना है। जब एक टीका दिया जाता है, तो यह एक प्राथमिक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को प्रेरित करता है। इस प्रतिक्रिया के दौरान, बी-कोशिकाएं और टी-कोशिकाएं सक्रिय होती हैं। कुछ बी-कोशिकाएं एंटीबॉडी का उत्पादन करती हैं, जबकि अन्य मेमोरी बी-कोशिकाओं में विभेदित हो जाती हैं। इसी तरह, मेमोरी टी-कोशिकाएं भी बनती हैं। ये मेमोरी कोशिकाएं शरीर में लंबे समय तक बनी रहती हैं। यदि व्यक्ति भविष्य में वास्तविक रोगज़नक़ के संपर्क में आता है, तो ये मेमोरी कोशिकाएं एक बहुत तेज, मजबूत और अधिक प्रभावी द्वितीयक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया शुरू करती हैं, जो बीमारी को विकसित होने से पहले ही रोगज़नक़ को खत्म कर देती है। टीकों के प्रकार:

जीवित-क्षीण (Live-attenuated) टीके: इनमें रोगज़नक़ का एक कमजोर (क्षीण) रूप होता है जो बीमारी का कारण नहीं बनता है। उदाहरण: MMR (खसरा, कण्ठमाला, रूबेला), ओरल पोलियो (साबिन)।
निष्क्रिय (Inactivated/Killed) टीके: इनमें गर्मी या रसायनों द्वारा मारे गए रोगज़नक़ होते हैं। उदाहरण: इंजेक्टेबल पोलियो (साल्क), हेपेटाइटिस ए।
सबयूनिट (Subunit) टीके: इनमें रोगज़नक़ के केवल कुछ हिस्से (प्रतिजन) होते हैं, जैसे कि प्रोटीन या पॉलीसेकेराइड। उदाहरण: हेपेटाइटिस बी, एचपीवी।
टॉक्सोइड (Toxoid) टीके: ये उन जीवाणुओं के लिए उपयोग किए जाते हैं जो विषाक्त पदार्थों के कारण बीमारी का कारण बनते हैं। इनमें निष्क्रिय विषाक्त पदार्थ (टॉक्सोइड) होते हैं। उदाहरण: टेटनस, डिप्थीरिया।
संयुग्मी (Conjugate) टीके: ये कमजोर प्रतिजनों (जैसे पॉलीसेकेराइड) को एक मजबूत प्रतिजन (जैसे प्रोटीन) से जोड़ते हैं ताकि एक मजबूत प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्पन्न हो सके, खासकर शिशुओं में। उदाहरण: हीमोफिलस इन्फ्लुएंजा टाइप बी (Hib) टीका।
एमआरएनए (mRNA) टीके: ये नए प्रकार के टीके हैं जो एक रोगज़नक़ प्रोटीन (जैसे स्पाइक प्रोटीन) बनाने के लिए एमआरएनए का उपयोग करते हैं, जिसके खिलाफ प्रतिरक्षा प्रणाली प्रतिक्रिया करती है। उदाहरण: कुछ COVID-19 टीके (फाइजर, मॉडर्ना)।

(b) ड्रेयर-बैनेट परिकल्पना (Dreyer-Bennett Hypothesis)

1965 में विलियम ड्रेयर और जे. क्लॉड बेनेट द्वारा प्रस्तावित, ड्रेयर-बैनेट परिकल्पना एक क्रांतिकारी विचार था जिसने एंटीबॉडी विविधता की पहेली को समझाने का प्रयास किया। उस समय, यह एक स्थापित सिद्धांत था कि “एक जीन, एक पॉलीपेप्टाइड” बनाता है। हालांकि, वैज्ञानिकों को यह समझ नहीं आ रहा था कि शरीर कैसे खरबों विभिन्न एंटीबॉडी का उत्पादन कर सकता है जबकि जीनोम में इतने सारे जीन नहीं होते हैं। परिकल्पना के मुख्य बिंदु:

दो जीन, एक पॉलीपेप्टाइड: परिकल्पना का सबसे कट्टरपंथी पहलू यह प्रस्ताव था कि एक एकल इम्युनोग्लोबुलिन (एंटीबॉडी) पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला (भारी या हल्की) दो अलग-अलग जीनों द्वारा एन्कोड की जाती है: एक वेरिएबल (V) क्षेत्र के लिए और एक स्थिर (C) क्षेत्र के लिए।
एकाधिक V जीन और कुछ C जीन: उन्होंने प्रस्तावित किया कि जर्मलाइन डीएनए में वेरिएबल (V) क्षेत्र के लिए सैकड़ों या हजारों अलग-अलग जीन होते हैं, लेकिन स्थिर (C) क्षेत्र के लिए केवल एक या कुछ जीन होते हैं।
सोमैटिक रीकॉम्बिनेशन: उन्होंने यह भी परिकल्पना की कि बी-कोशिका के विकास के दौरान, एक V क्षेत्र जीन को यादृच्छिक रूप से चुना जाता है और एक C क्षेत्र जीन के साथ डीएनए स्तर पर जोड़ा जाता है। यह सोमैटिक रीकॉम्बिनेशन एक पूर्ण, कार्यात्मक इम्युनोग्लोबुलिन जीन बनाता है।

महत्व और प्रभाव: यह परिकल्पना उस समय के मौजूदा जैविक सिद्धांतों के खिलाफ थी। हालांकि, इसने एंटीबॉडी विविधता की व्याख्या के लिए एक सुरुचिपूर्ण समाधान प्रदान किया। विभिन्न V जीनों को एक C जीन के साथ संयोजित करने की क्षमता ने बहुत बड़ी संख्या में विभिन्न एंटीबॉडी बनाने की अनुमति दी। बाद में, सुसुमु तोनगावा के प्रयोगात्मक कार्यों ने ड्रेयर-बैनेट परिकल्पना को निर्णायक रूप से सिद्ध किया। तोनगावा ने दिखाया कि भ्रूणीय कोशिकाओं (जर्मलाइन) की तुलना में परिपक्व बी-कोशिकाओं में V और C जीन शारीरिक रूप से एक-दूसरे के करीब होते हैं, जो डीएनए पुनर्व्यवस्था का प्रमाण था। इस खोज के लिए तोनगावा को 1987 में फिजियोलॉजी या मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार मिला। ड्रेयर-बैनेट परिकल्पना अब आधुनिक इम्यूनोलॉजी का एक केंद्रीय सिद्धांत है।

टी-कोशिका विकास, या थाइमोपोइसिस, एक जटिल प्रक्रिया है जो थाइमस में होती है। इसका लक्ष्य कार्यात्मक टी-कोशिकाओं का एक विविध भंडार बनाना है जो विदेशी प्रतिजनों को पहचान सकें लेकिन स्व-प्रतिजनों पर हमला न करें। विकास के चरण:

थाइमस में प्रवेश: टी-कोशिका अग्रदूत (progenitors) अस्थि मज्जा में उत्पन्न होते हैं और रक्तप्रवाह के माध्यम से थाइमस में चले जाते हैं। थाइमस में इन अपरिपक्व कोशिकाओं को थाइमोसाइट्स कहा जाता है।
डबल नेगेटिव (DN) चरण: प्रारंभ में, थाइमोसाइट्स CD4 और CD8 दोनों सह-रिसेप्टर्स को व्यक्त नहीं करते हैं, इसलिए उन्हें डबल नेगेटिव (CD4 ^– CD8 ^– ) कहा जाता है। यह चरण थाइमस के कॉर्टेक्स में होता है। इस दौरान, टी-सेल रिसेप्टर (TCR) के β, γ, और δ श्रृंखला जीनों का पुनर्संयोजन होता है।
- यदि γ और δ श्रृंखलाएं सफलतापूर्वक पुनर्व्यवस्थित होती हैं, तो कोशिका एक γδ टी-सेल बन जाती है।
- यदि β श्रृंखला पहले सफलतापूर्वक पुनर्व्यवस्थित होती है, तो यह एक प्री-Tα श्रृंखला के साथ जुड़कर प्री-TCR बनाती है। प्री-TCR का संकेतन कोशिका को प्रसार करने और β-श्रृंखला पुनर्संयोजन को रोकने (एलीलिक बहिष्करण) का संकेत देता है, और कोशिका अगले चरण में आगे बढ़ती है।
डबल पॉजिटिव (DP) चरण: प्री-TCR संकेतन के बाद, थाइमोसाइट्स CD4 और CD8 दोनों सह-रिसेप्टर्स को व्यक्त करना शुरू कर देते हैं, जिससे वे डबल पॉजिटिव (CD4 ⁺ CD8 ⁺ ) बन जाते हैं। अब, TCR α-श्रृंखला जीन का पुनर्संयोजन होता है। एक सफल α-श्रृंखला β-श्रृंखला के साथ जुड़कर एक पूर्ण αβ TCR बनाती है।
चयन प्रक्रिया: DP थाइमोसाइट्स अब दो-चरणीय चयन प्रक्रिया से गुजरते हैं:
- धनात्मक चयन (Positive Selection): यह कॉर्टेक्स में होता है। DP कोशिकाओं को थाइमिक उपकला कोशिकाओं पर स्व-MHC अणुओं के साथ प्रस्तुत किया जाता है। केवल वे कोशिकाएं जो स्व-MHC (या तो वर्ग I या वर्ग II) को पहचानने में सक्षम हैं, जीवित रहती हैं। यह MHC प्रतिबंध सुनिश्चित करता है।
- ऋणात्मक चयन (Negative Selection): यह मेडुला में होता है। जो कोशिकाएं धनात्मक चयन से बच जाती हैं, उन्हें स्व-पेप्टाइड्स के साथ प्रस्तुत किया जाता है। जिन कोशिकाओं का TCR स्व-प्रतिजनों से बहुत दृढ़ता से जुड़ता है, उन्हें एपोप्टोसिस द्वारा समाप्त कर दिया जाता है। यह स्व-सहिष्णुता (self-tolerance) सुनिश्चित करता है।
सिंगल पॉजिटिव (SP) चरण: चयन प्रक्रिया से सफलतापूर्वक गुजरने वाली कोशिकाएं या तो CD4 या CD8 सह-रिसेप्टर को बनाए रखती हैं (दूसरे को खो देती हैं) और सिंगल पॉजिटिव (SP) बन जाती हैं। यदि TCR ने MHC-II को पहचाना था, तो कोशिका CD4 ⁺ बन जाती है; यदि उसने MHC-I को पहचाना था, तो वह CD8 ⁺ बन जाती है।
थाइमस से निकास: ये परिपक्व भोली (mature naive) SP टी-कोशिकाएं अब थाइमस से बाहर निकलकर परिधीय लसीका अंगों में चली जाती हैं, जहां वे विदेशी प्रतिजनों का सामना करने के लिए तैयार रहती हैं।

Q8. निम्नलिखित में से किन्हीं दो की व्याख्या कीजिए: 7+7 (a) एलर्जन (b) प्राकृतिक मारक (NK) कोशिकाएँ (c) पूरक सक्रियण का विनियमन

(a) एलर्जन (Allergens)

एलर्जन ऐसे प्रतिजन होते हैं जो कुछ अतिसंवेदनशील (atopic) व्यक्तियों में प्रकार I अतिसंवेदनशीलता प्रतिक्रिया, जिसे आमतौर पर एलर्जी कहा जाता है, को प्रेरित करते हैं। अधिकांश लोगों के लिए, ये पदार्थ हानिरहित होते हैं, लेकिन एलर्जिक व्यक्तियों में, प्रतिरक्षा प्रणाली इन पर अत्यधिक प्रतिक्रिया करती है, जिससे असुविधाजनक से लेकर जीवन-घातक लक्षण हो सकते हैं। एलर्जिक प्रतिक्रिया की क्रियाविधि: प्रतिक्रिया दो चरणों में होती है:

संवेदीकरण (Sensitization): एलर्जन के पहले संपर्क में, प्रतिरक्षा प्रणाली एलर्जन के खिलाफ IgE वर्ग के एंटीबॉडी का उत्पादन करती है। यह IgE एंटीबॉडी रक्त में प्रसारित होती हैं और मास्ट कोशिकाओं (mast cells) और बेसोफिल (basophils) की सतह पर मौजूद उच्च-एफिनिटी Fc रिसेप्टर्स (FcεRI) से जुड़ जाती हैं। इस चरण में कोई लक्षण नहीं होते हैं, लेकिन व्यक्ति अब एलर्जन के प्रति “संवेदी” हो गया है।
पुनः संपर्क (Re-exposure): जब संवेदी व्यक्ति उसी एलर्जन के संपर्क में दोबारा आता है, तो एलर्जन अणु मास्ट कोशिकाओं की सतह पर मौजूद IgE एंटीबॉडी को क्रॉस-लिंक (cross-link) करते हैं। यह क्रॉस-लिंकिंग मास्ट कोशिकाओं को सक्रिय करती है, जिससे वे अपने ग्रेन्यूल्स की सामग्री को तुरंत छोड़ देती हैं, इस प्रक्रिया को डिग्रेन्युलेशन (degranulation) कहा जाता है।

मध्यस्थों का स्राव और प्रभाव: डिग्रेन्युलेशन से शक्तिशाली रासायनिक मध्यस्थों का स्राव होता है:

हिस्टामाइन: यह रक्त वाहिकाओं को फैलाता है (vasodilation), उनकी पारगम्यता को बढ़ाता है (जिससे सूजन और एडिमा होती है), चिकनी मांसपेशियों को सिकोड़ता है (जैसे ब्रोन्कियल वायुमार्ग में, जिससे सांस लेने में कठिनाई होती है), और खुजली का कारण बनता है।
ल्यूकोट्रिएन्स और प्रोस्टाग्लैंडिन्स: ये हिस्टामाइन की तुलना में अधिक शक्तिशाली और लंबे समय तक चलने वाले प्रभाव डालते हैं, विशेष रूप से ब्रोन्कोकन्स्ट्रिक्शन और श्लेष्म स्राव में।
साइटोकिन्स: ये बाद के चरण की सूजन प्रतिक्रिया में योगदान करते हैं, जिसमें इओसिनोफिल और अन्य प्रतिरक्षा कोशिकाओं की भर्ती शामिल है।

सामान्य एलर्जन और लक्षण:

सामान्य एलर्जन: परागकण (Pollen), धूल के कण (dust mites), फफूंद के बीजाणु (mold spores), जानवरों की रूसी (animal dander), कीड़े के डंक, कुछ खाद्य पदार्थ (जैसे मूंगफली, शंख), और दवाएं (जैसे पेनिसिलिन)।
लक्षण: लक्षण इस बात पर निर्भर करते हैं कि एलर्जन शरीर में कहाँ प्रवेश करता है। इनमें एलर्जिक राइनाइटिस (छींकना, बहती नाक), अस्थमा (सांस की तकलीफ, घरघराहट), एटोपिक डर्मेटाइटिस (खुजली, दाने), और गंभीर मामलों में, एनाफिलेक्सिस शामिल हो सकते हैं, जो एक प्रणालीगत, जीवन-घातक प्रतिक्रिया है।

(b) प्राकृतिक मारक (NK) कोशिकाएँ (Natural Killer Cells)

प्राकृतिक मारक (NK) कोशिकाएं जन्मजात प्रतिरक्षा प्रणाली (innate immune system) की एक प्रकार की साइटोटॉक्सिक लिम्फोसाइट हैं। बी- और टी-कोशिकाओं के विपरीत, उनके पास प्रतिजन-विशिष्ट रिसेप्टर्स नहीं होते हैं और उन्हें लक्षित कोशिकाओं को मारने के लिए पूर्व संवेदीकरण की आवश्यकता नहीं होती है। विशेषताएं और कार्य:

पहचान: NK कोशिकाएं “असामान्य” कोशिकाओं की पहचान करती हैं, जैसे कि वायरस से संक्रमित कोशिकाएं और ट्यूमर कोशिकाएं ।
कार्य: उनका मुख्य कार्य इन असामान्य कोशिकाओं को सीधे मारना है। वे साइटोकिन्स (जैसे IFN-γ) का भी उत्पादन करती हैं जो अनुकूली प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को प्रभावित करते हैं।
पहचान की क्रियाविधि – “मिसिंग सेल्फ” परिकल्पना: NK कोशिकाओं की गतिविधि उनकी सतह पर मौजूद सक्रियक (activating) और अवरोधक (inhibitory) रिसेप्टर्स के बीच संतुलन द्वारा नियंत्रित होती है।
- अवरोधक संकेत: स्वस्थ कोशिकाओं की सतह पर MHC वर्ग I अणु होते हैं। NK कोशिकाओं पर मौजूद अवरोधक रिसेप्टर्स (जैसे KIRs) इन MHC-I अणुओं को पहचानते हैं और एक अवरोधक संकेत भेजते हैं, जो NK कोशिका को स्वस्थ कोशिका पर हमला करने से रोकता है।
- सक्रियण संकेत: कई वायरस से संक्रमित और ट्यूमर कोशिकाएं प्रतिरक्षा प्रणाली से बचने के लिए अपनी सतह पर MHC वर्ग I की अभिव्यक्ति को कम कर देती हैं (“मिसिंग सेल्फ”)। जब एक NK कोशिका ऐसी कोशिका का सामना करती है, तो उसे अवरोधक संकेत नहीं मिलता है। उसी समय, तनावग्रस्त कोशिकाएं NK कोशिकाओं पर सक्रियक रिसेप्टर्स को बांधने वाले लिगेंड को व्यक्त कर सकती हैं।
जब सक्रियण संकेत अवरोधक संकेतों पर हावी हो जाते हैं, तो NK कोशिका सक्रिय हो जाती है और अपनी लक्ष्य कोशिका को मार देती है।

विषाक्तता की क्रियाविधि: एक बार सक्रिय होने के बाद, NK कोशिकाएं लक्ष्य कोशिका को उसी तरह से मारती हैं जैसे साइटोटॉक्सिक टी-लिम्फोसाइट्स करती हैं:

वे लक्ष्य कोशिका के संपर्क में आती हैं और एक इम्यूनोलॉजिकल सिनेप्स बनाती हैं।
वे अपने साइटोटॉक्सिक ग्रेन्यूल्स की सामग्री को सिनेप्स में छोड़ती हैं।
इन ग्रेन्यूल्स में परफोरिन होता है, जो लक्ष्य कोशिका की झिल्ली में छिद्र बनाता है, और ग्रैनजाइम होते हैं, जो इन छिद्रों के माध्यम से प्रवेश करते हैं और लक्ष्य कोशिका में एपोप्टोसिस (क्रमादेशित कोशिका मृत्यु) को प्रेरित करते हैं।

इसके अतिरिक्त, NK कोशिकाएं एंटीबॉडी-निर्भर कोशिका-मध्यस्थ कोशिका विषाक्तता (ADCC) में भी भाग लेती हैं।

पूरक प्रणाली एक शक्तिशाली प्रतिरक्षा रक्षा तंत्र है, लेकिन यदि इसे अनियंत्रित छोड़ दिया जाए, तो यह मेजबान की अपनी कोशिकाओं और ऊतकों को गंभीर नुकसान पहुंचा सकती है। इसलिए, प्रणाली को कसकर विनियमित करने के लिए कई नियामक प्रोटीन मौजूद हैं, जो यह सुनिश्चित करते हैं कि पूरक सक्रियण केवल रोगजनकों की सतह पर हो और मेजबान कोशिकाओं पर न हो। विनियमन की रणनीतियाँ:

निष्क्रिय नियामक: पूरक प्रोटीन स्वाभाविक रूप से अस्थिर होते हैं और यदि वे जल्दी से अगले घटक से नहीं जुड़ते हैं तो वे निष्क्रिय हो जाते हैं।
सक्रिय नियामक प्रोटीन: ये प्रोटीन पूरक कैस्केड के विभिन्न चरणों में हस्तक्षेप करते हैं। इन्हें दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है:
- द्रव-चरण (Fluid-phase) नियामक: ये रक्त सीरम में स्वतंत्र रूप से घूमते हैं। उदाहरण:
  - C1 अवरोधक (C1-INH): यह शास्त्रीय मार्ग के प्रारंभिक चरण को नियंत्रित करता है। यह C1r और C1s प्रोटीएज से जुड़कर और उन्हें निष्क्रिय करके C1 कॉम्प्लेक्स के सक्रियण को रोकता है। C1-INH की कमी से वंशानुगत एंजियोएडेमा होता है।
  - फैक्टर H (Factor H): यह वैकल्पिक मार्ग का एक प्रमुख नियामक है। यह C3b से जुड़ता है, C3 कन्वर्टेज (C3bBb) के निर्माण को रोकता है, और फैक्टर I के लिए एक सहकारक के रूप में कार्य करता है।
- झिल्ली-बद्ध (Membrane-bound) नियामक: ये मेजबान कोशिकाओं की सतह पर व्यक्त होते हैं ताकि उन्हें पूरक-मध्यस्थ क्षति से बचाया जा सके। उदाहरण:
  - क्षय-त्वरक कारक (Decay-Accelerating Factor – DAF/CD55): यह C3 कन्वर्टेज (C4b2a और C3bBb) को उनकी घटक इकाइयों में तोड़कर उनके क्षय को तेज करता है, जिससे पूरक प्रवर्धन रुक जाता है।
  - झिल्ली सहकारक प्रोटीन (Membrane Cofactor Protein – MCP/CD46): यह फैक्टर I नामक एक प्रोटीएज के लिए एक सहकारक के रूप में कार्य करता है। फैक्टर I, MCP या फैक्टर H की उपस्थिति में, C3b और C4b को निष्क्रिय टुकड़ों में तोड़ देता है।
  - प्रोटेक्टिन (Protectin – CD59): यह अंतिम चरण को नियंत्रित करता है। यह मेजबान कोशिका की सतह पर C5b-8 कॉम्प्लेक्स से जुड़ता है और C9 अणुओं के पोलीमराइजेशन को रोकता है, जिससे झिल्ली आक्रमण कॉम्प्लेक्स (MAC) का निर्माण अवरुद्ध हो जाता है। यह मेजबान कोशिकाओं को पूरक-मध्यस्थ lysis से बचाता है।

ये नियामक तंत्र सुनिश्चित करते हैं कि पूरक प्रणाली की विनाशकारी शक्ति केवल विदेशी आक्रमणकारियों पर केंद्रित हो, जबकि मेजबान के अपने ऊतक सुरक्षित रहें।

IGNOU BBCCT-127 Previous Year Solved Question Paper in English

Q1. (a) Explain the difference between self-antigen and non-self-antigen with a suitable diagram. 3.5 (b) Write the different types of cells of the immune system. 3.5 (c) Describe innate immunity. 7

Ans. (a) Difference between Self-Antigen and Non-Self-Antigen A fundamental property of the immune system is its ability to distinguish between ‘self’ (the body’s own cells and molecules) and ‘non-self’ (foreign substances).

Self-Antigens: These are molecules present on the host’s own cells and tissues. Under normal circumstances, the immune system is tolerant to these self-antigens and does not attack them. This process is known as immunological tolerance . An example is the Major Histocompatibility Complex (MHC) molecules present on the surface of almost all cells.
Non-Self-Antigens: These are foreign molecules that originate from outside the body, such as those on bacteria, viruses, fungi, parasites, or molecules from a transplanted tissue. When the immune system encounters these non-self-antigens, it recognizes them as a threat and initiates an immune response to eliminate them.

Explanation with a Diagram:

A diagram could depict two scenarios:

Scenario 1 (Self-Recognition): A T-cell approaches a host cell (e.g., a skin cell). The host cell presents a self-peptide on its self-MHC molecules. The T-cell recognizes these self-antigens and does not react, leaving the host cell unharmed. This illustrates tolerance.
Scenario 2 (Non-Self-Recognition): A T-cell approaches an infected cell (e.g., a virus-infected cell). This cell presents a viral (non-self) peptide on its MHC molecules. The T-cell recognizes this non-self-antigen and becomes activated, leading to the destruction of the infected cell. This illustrates an immune response.

(b)

Different Types of Cells of the Immune System

The cells of the immune system originate from hematopoietic stem cells in the bone marrow and differentiate into two main lineages: lymphoid and myeloid.

Lymphoid Lineage:
- B-lymphocytes (B-cells): Responsible for humoral immunity. Upon activation, they differentiate into plasma cells, which produce and secrete antibodies .
- T-lymphocytes (T-cells): Central to cell-mediated immunity. There are several types:
  - Helper T-cells (CD4+): Activate and coordinate other immune cells, including B-cells and cytotoxic T-cells.
  - Cytotoxic T-cells (CD8+): Directly kill virus-infected cells and tumor cells.
  - Regulatory T-cells: Suppress and regulate the immune response to maintain tolerance and prevent autoimmunity.
- Natural Killer (NK) cells: Part of the innate immune system. They recognize and kill infected cells and cancer cells without prior sensitization.
Myeloid Lineage:
- Monocytes and Macrophages: Professional phagocytic cells that engulf and digest pathogens. They also act as antigen-presenting cells (APCs) to activate T-cells.
- Neutrophils: The most abundant type of white blood cell. They are phagocytes and are a primary component of the first-line defense against bacterial infections.
- Dendritic Cells (DCs): The most potent antigen-presenting cells. They capture antigens in tissues, migrate to lymph nodes, and are crucial for activating naive T-cells.
- Eosinophils, Basophils, and Mast Cells: These cells are involved in defense against parasites and play a major role in allergic reactions by releasing inflammatory mediators like histamine.

Innate immunity is the body’s first line of defense against pathogens. It is non-specific, meaning it acts against a wide range of pathogens in a generalized and immediate manner. It does not have immunological memory, so its response does not improve with repeated exposure to the same pathogen.

Key Components of Innate Immunity:

Anatomical Barriers:
- Skin: The intact skin forms a physical barrier that prevents pathogen entry. Its dry, slightly acidic surface also inhibits the growth of many microbes.
- Mucous Membranes: These line the respiratory, gastrointestinal, and urogenital tracts. They secrete mucus, which traps pathogens and prevents them from adhering to host cells.
Physiological Barriers:
- Temperature: The normal body temperature inhibits the growth of many pathogens. Fever is a protective response that can further inhibit microbial growth and enhance immune responses.
- Low pH: The acidic environment of the stomach (low pH) kills most ingested microorganisms.
- Chemical Mediators: Molecules like lysozyme (in tears and saliva), interferons (antiviral proteins), and the complement system help to destroy pathogens directly.
Phagocytic Barriers:
- Cells like macrophages and neutrophils are professional phagocytes. They engulf and digest pathogens through a process called phagocytosis. They recognize conserved molecular structures on pathogens called Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs) using their Pattern Recognition Receptors (PRRs).
Inflammatory Barriers:
- In response to tissue injury or infection, mast cells and other cells release mediators like histamine . This leads to vasodilation and increased vascular permeability. This allows immune cells and plasma proteins to move from the bloodstream to the site of infection, causing the classic signs of inflammation: redness, heat, swelling, and pain.

Q2. (a) Define complement system. Write any one pathway of complement activation. 2+5 (b) Discuss the traits of immunogen. 7

Ans. (a) Complement System Definition: The complement system is a set of over 30 proteins found in blood serum that “complements” the ability of antibodies to clear pathogens. These proteins circulate in an inactive state but can be sequentially activated in a cascade-like manner upon encountering a pathogen. It is a major effector arm of both innate and adaptive immunity.

One Pathway of Complement Activation: The Classical Pathway The classical pathway is typically initiated by antibodies bound to an antigen, making it a part of the adaptive immune response.

Step-by-step process:

Initiation: The pathway is triggered when the complement protein C1q binds to the Fc region of IgM or IgG antibodies that are already bound to an antigen. A single IgM molecule or at least two adjacent IgG molecules are required to bind and activate C1q.
Activation of the C1 Complex: The binding of C1q to the antibody causes a conformational change that activates the associated proteases, C1r and C1s . Activated C1s is the enzyme that proceeds with the cascade.
Cleavage of C4 and C2: The active C1s enzyme cleaves two other complement proteins, C4 and C2 .
- C4 is cleaved into a small fragment C4a and a large fragment C4b . The C4b fragment covalently attaches to the pathogen’s surface.
- C2 is cleaved into C2a (large fragment) and C2b (small fragment). The C2a fragment then binds to the surface-bound C4b.
Formation of C3 Convertase: The combination of C4b and C2a forms the complex C4b2a . This complex is the C3 convertase of the classical pathway , a pivotal enzyme in the complement cascade.
Cleavage of C3: The C3 convertase (C4b2a) is a highly efficient enzyme that cleaves a large number of C3 molecules into C3a and C3b .
- C3b deposits on the pathogen surface and acts as an opsonin , enhancing the recognition and ingestion of the pathogen by phagocytic cells (opsonization).
- C3a is an anaphylatoxin that promotes inflammation.
Formation of C5 Convertase: Some C3b molecules bind to the C3 convertase (C4b2a) to form the C4b2a3b complex, which is the C5 convertase .
Formation of the Membrane Attack Complex (MAC): The C5 convertase cleaves C5 into C5a and C5b. C5b then initiates the assembly of the terminal components C6, C7, C8, and multiple C9 molecules to form the Membrane Attack Complex (MAC) . This complex creates a pore in the pathogen’s cell membrane, leading to cell lysis and death.

(b)

Traits of an Immunogen

An immunogen is any substance capable of inducing an adaptive immune response (humoral and/or cell-mediated). The effectiveness of a molecule as an immunogen depends on several intrinsic and extrinsic properties.

Foreignness: The immune system is generally tolerant to its own molecules. Therefore, the more ‘foreign’ or phylogenetically distant a molecule is from the host, the more immunogenic it will be. For example, a protein from a bacterium will elicit a strong immune response in a human.
Molecular Size: In general, larger molecules are better immunogens than smaller ones. Molecules with a molecular weight greater than 10,000 Daltons (10 kDa) are usually good immunogens, whereas those smaller than 5 kDa are often non-immunogenic. Small molecules (haptens) can become immunogenic by binding to a larger carrier protein.
Chemical Complexity and Composition: A certain degree of chemical complexity is required. For instance, heteropolymers of amino acids (proteins made of different amino acids) are more immunogenic than simple homopolymers (made of a single repeating amino acid). Proteins, with their complex structure and composition of 20 different amino acids, are excellent immunogens.
Susceptibility to Processing and Presentation: To activate T-cells, protein antigens must be processed (degraded into fragments) by antigen-presenting cells (APCs) and presented on MHC molecules. Substances that cannot be easily processed (e.g., certain synthetic polymers) are poor immunogens.
Genotype of the Recipient: The immune response also depends on the genetic makeup of the host, particularly the MHC genes. An individual’s ability to respond to a particular antigen is determined by the ability of their MHC molecules to bind and present peptides from that antigen.
Dose and Route of Administration:
- Dose: Both very low and very high doses of an antigen can induce tolerance rather than an immune response. An optimal dose is required.
- Route: The route of administration (e.g., intravenous, subcutaneous, intramuscular) determines which lymphoid organs the antigen will reach and what type of immune response will be generated.

Q3. (a) Explain the different ways of antibody diversification. 7 (b) Describe IgA and IgM immunoglobulins with well-labelled diagram. 7

Ans. (a) Ways of Antibody Diversification The human body can produce trillions of different antibodies capable of recognizing almost any antigen. This vast diversity is generated from only a few thousand genes, thanks to several unique genetic mechanisms that create variability in the antigen-binding site (the variable or V region) of the antibody.

The major mechanisms of diversification are:

Multiple Germ-line Gene Segments: Immunoglobulin (Ig) genes do not exist as a single complete unit. Instead, they exist as groups of gene segments: Variable (V), Diversity (D – in heavy chain only), and Joining (J). There are multiple different gene segments within each group.
Combinatorial V-(D)-J Joining: During B-cell development, one V, one D (for heavy chain), and one J gene segment are randomly selected and joined together. This process, called somatic recombination , creates a functional variable-region exon. The large number of V, D, and J segments allows for a huge number of unique variable regions through their combinatorial joining.
Combinatorial Association of Heavy and Light Chains: A complete antibody molecule is composed of a heavy chain and a light chain. Any given heavy chain can associate with any light chain to form a functional antigen-binding site, exponentially increasing the overall diversity.
Junctional Flexibility: The joining of V, D, and J segments can be imprecise. A few nucleotides can be lost or added at the coding joints, leading to further variations in the amino acid sequence and shifting the reading frame.
P-nucleotide Addition: During somatic recombination, the enzymes that cut the gene segments create a hairpin loop in the DNA. When this loop is opened, it creates a palindromic sequence (P-nucleotides), which adds a few extra nucleotides at the junction.
N-nucleotide Addition: The enzyme Terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) adds random, non-templated nucleotides (N-nucleotides) at the V-D and D-J junctions (in the heavy chain). This is a major source of diversity, known as junctional diversity.
Somatic Hypermutation: After a B-cell is activated by an antigen, its rearranged Ig variable-region genes undergo a high rate of point mutations. This process allows for the fine-tuning of the antibody’s affinity for the antigen, a process called affinity maturation .

(b)

IgA and IgM Immunoglobulins

Immunoglobulin M (IgM)

Structure: IgM exists in two forms. On the surface of B-cells, it is a monomer (a single Y-shaped unit) and acts as the B-cell receptor (BCR). When secreted, it forms a pentamer , consisting of five monomeric units held together by a polypeptide called the J (Joining) chain .
Features:
- It is the first antibody class to be produced during a primary immune response.
- Its pentameric structure gives it 10 antigen-binding sites, providing a very high avidity (overall binding strength). This makes it highly effective at binding multivalent antigens (like those on the surface of bacteria).
- It is very efficient at activating the classical pathway of the complement system.
- Its large size generally restricts it to the bloodstream, preventing it from easily moving into tissues.

Labelled Diagram (IgM Pentamer):

Draw a star-like structure with five Y-shaped monomers joined at their Fc tails. In the center, draw a small circle and label it as the ‘J-chain’. Indicate the ‘Antigen-binding sites’ at the arms of each Y.

Immunoglobulin A (IgA)

Structure: IgA also exists in two main forms. In blood serum, it is found predominantly as a monomer . In secretions (such as saliva, tears, milk, and mucus of the respiratory and intestinal tracts), it exists as a dimer (two Y-shaped units). Dimeric IgA also contains a J-chain linking the two monomers, and an additional protein called the Secretory Component .
Features:
- It is the most abundant antibody at mucosal surfaces and plays a crucial role in mucosal immunity .
- The secretory component protects IgA from enzymatic degradation and helps anchor it to mucosal surfaces.
- It neutralizes pathogens and toxins on mucosal surfaces, preventing them from binding to and entering epithelial cells.
- Secretory IgA in mother’s milk provides passive immunity to the newborn, protecting its gastrointestinal tract from infections.

Labelled Diagram (Secretory IgA Dimer):

Draw two Y-shaped monomers linked near their Fc tails by a small ‘J-chain’. Draw a larger, wrapped protein around this structure and label it as the ‘Secretory Component’. Indicate the ‘Antigen-binding sites’ on the arms of the Ys.

Q4. (a) Describe the process of B-lymphocyte maturation. 7 (b) Explain antigen processing and presentation. 7

Ans. (a) Process of B-lymphocyte Maturation The maturation of B-lymphocytes occurs primarily in the bone marrow . It is a highly complex and tightly regulated, antigen-independent process that ensures only functional and non-self-reactive B-cells enter the periphery.

Stages of Maturation:

Pro-B Cell: This is the earliest identifiable cell of the B-cell lineage. At this stage, recombination of the immunoglobulin (Ig) heavy chain D and J gene segments occurs, followed by the recombination of a V segment to the DJ unit.
Pre-B Cell: Once a functional heavy-chain gene is successfully rearranged, the cell becomes a pre-B cell. This stage is characterized by:
- Production of the µ (mu) heavy chain .
- This µ heavy chain associates with surrogate light chains (VpreB and λ5) to form the pre-B cell receptor (pre-BCR) .
- Successful signaling from the pre-BCR signals the cell to survive, proliferate, and initiate light-chain gene rearrangement. It also halts rearrangement of the second heavy-chain allele (allelic exclusion).
Immature B Cell: When a functional light chain (either kappa or lambda) is produced and associates with the µ heavy chain, a complete IgM molecule is formed. This IgM molecule is expressed on the cell surface, and the cell is now an immature B-cell.
Selection Process (Negative Selection): At this stage, the immature B-cells are tested for self-reactivity:
- Clonal Deletion: If the surface IgM of an immature B-cell binds strongly to self-antigens present in the bone marrow, it is eliminated by apoptosis (programmed cell death).
- Receptor Editing: In some cases, a self-reactive cell is given a second chance to edit its receptor by re-initiating light-chain gene rearrangement. If the new receptor is non-self-reactive, the cell survives.
- Anergy: If the B-cell binds weakly to soluble self-antigens, it becomes unresponsive (anergic) and cannot be activated.
Mature B Cell: B-cells that survive negative selection exit the bone marrow and migrate to the spleen. There, they undergo final maturation and begin to co-express IgD along with IgM on their surface. These mature naive B-cells now circulate through peripheral lymphoid organs, ready to encounter their specific antigen.

(b)

Antigen Processing and Presentation

Antigen processing and presentation is the process by which cells degrade antigens into peptide fragments and then display those peptides on their surface with Major Histocompatibility Complex (MHC) molecules. This is a critical step for the recognition of antigens by T-lymphocytes. There are two main pathways:

1. Endogenous Pathway (MHC Class I Presentation): This pathway processes antigens that originate from within the cell (e.g., viral proteins, tumor proteins). It occurs in almost all nucleated cells.

Protein Degradation: Endogenous proteins in the cytosol are degraded into small peptides by a large protein complex called the proteasome .
Peptide Transport: These peptides are pumped from the cytosol into the endoplasmic reticulum (ER) via a transporter protein called TAP (Transporter associated with Antigen Processing) .
Loading onto MHC-I: Inside the ER, newly synthesized MHC Class I molecules are waiting to bind peptides. Once a suitable peptide fits into the groove of an MHC-I molecule, the MHC-peptide complex becomes stable.
Surface Presentation: The stable MHC-I-peptide complex is transported through the Golgi apparatus to the cell surface.
Recognition: This complex on the cell surface is recognized by Cytotoxic T-lymphocytes (CTLs or CD8+ T-cells) . If the T-cell receptor recognizes the complex, the CTL is activated and kills the presenting cell (e.g., an infected cell).

2. Exogenous Pathway (MHC Class II Presentation): This pathway processes antigens that are taken up from outside the cell (e.g., bacteria). It occurs mainly in professional Antigen-Presenting Cells (APCs) such as dendritic cells, macrophages, and B-cells.

Antigen Uptake: APCs internalize external antigens by endocytosis or phagocytosis, enclosing them in vesicles called endosomes .
Protein Degradation: The endosomes fuse with lysosomes to form endo-lysosomes , where the acidic pH and proteases degrade the antigens into peptides.
MHC-II Synthesis and Transport: Meanwhile, MHC Class II molecules are synthesized in the ER. Their peptide-binding groove is blocked by a protein called the Invariant Chain (Ii) , which prevents endogenous peptides from binding.
Loading: The MHC-II-Ii complex is transported in a vesicle towards the endo-lysosome. In this vesicle, the Invariant Chain is degraded, leaving only a small fragment called CLIP in the groove. An accessory molecule, HLA-DM, then removes CLIP and allows exogenous peptides to be loaded into the groove of the MHC-II molecule.
Surface Presentation: The MHC-II-peptide complex is transported to the cell surface.
Recognition: This complex is recognized by Helper T-lymphocytes (Helper T-cells or CD4+ T-cells) . This recognition leads to the activation of the helper T-cell, which then orchestrates the immune response by activating B-cells and cytotoxic T-cells.

Q5. (a) Differentiate between the following (any two) : 2×3.5=7 (i) MHC-Class I and MHC Class-II (ii) Isotype and Allotype (iii) Positive Selection and Negative Selection of T-cells (b) Describe antibody dependent cell-mediated cytotoxicity. 7

Ans. (a) Differentiations: (Note: Model answers are provided for all three for completeness.)

(i) MHC-Class I vs. MHC Class-II

Feature	MHC Class I	MHC Class II
Structure	Composed of one long α (alpha) chain and a smaller β2-microglobulin chain.	Composed of two chains of roughly equal size, an α (alpha) chain and a β (beta) chain.
Cell Distribution	Found on almost all nucleated somatic cells.	Found mainly on professional antigen-presenting cells (APCs) like dendritic cells, macrophages, and B-cells.
Antigen Source	Presents endogenous antigens (e.g., viral, tumor proteins) made inside the cell.	Presents exogenous antigens (e.g., bacteria) taken up from outside the cell.
Peptide Binding Cleft	Has closed ends; binds peptides that are typically 8-10 amino acids long.	Has open ends; can bind longer peptides, typically 13-18 amino acids or more.
Presented to	Presents antigen to CD8+ cytotoxic T-cells .	Presents antigen to CD4+ helper T-cells .

(ii) Isotype vs. Allotype

Isotype: Isotypic variations are differences in the constant (C) regions of immunoglobulin (Ig) molecules that are found in all normal members of a species. These variations define the different Ig classes and subclasses.
- Example: The differences in the heavy-chain C regions give rise to the classes IgG, IgA, IgM, IgD, and IgE. For the light chain, kappa (κ) and lambda (λ) are the two isotypes.
- Significance: Each isotype has a distinct biological function (e.g., IgM in primary response, IgE in allergy).
Allotype: Allotypic variations are due to allelic differences in Ig genes among different individuals within the same species. They are small, genetically determined amino acid differences in the Ig constant regions.
- Example: The Gm markers on human IgG1 molecules are an example of an allotype. Some individuals may have one allele while others have another.
- Significance: These are genetic markers that can be used in paternity testing or forensics. An individual can make antibodies against the allotype of another individual (e.g., after blood transfusion or pregnancy).

(iii) Positive Selection vs. Negative Selection of T-cells Both positive and negative selection are processes that occur in the thymus during T-cell development to ensure that only useful and safe T-cells mature.

Positive Selection:
- Location: Thymic cortex.
- Purpose: To ensure that T-cells are capable of recognizing the host’s own MHC molecules (MHC restriction).
- Process: Developing T-cells (thymocytes) are presented with self-MHC molecules on thymic epithelial cells. Thymocytes whose T-cell receptors (TCRs) cannot bind or bind too weakly to self-MHC molecules do not receive survival signals and die by apoptosis (‘death by neglect’). Those that bind weakly survive.
- Outcome: Only T-cells that can recognize self-MHC survive. This process also determines whether a T-cell will become CD4+ (if it recognizes MHC-II) or CD8+ (if it recognizes MHC-I).
Negative Selection:
- Location: Thymic medulla.
- Purpose: To eliminate T-cells that react strongly against self-antigens , thereby preventing autoimmunity.
- Process: T-cells that survive positive selection migrate to the medulla where they encounter self-peptides presented by self-MHC on dendritic cells and medullary thymic epithelial cells. Thymocytes whose TCRs bind too strongly to these self-antigen complexes are eliminated via apoptosis (clonal deletion).
- Outcome: Only T-cells that are tolerant to self-antigens survive. This establishes central tolerance .

(b)

Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity (ADCC)

ADCC is an immune mechanism by which an effector cell lyses a target cell that has antibodies bound to its surface. It serves as a bridge between humoral immunity (antibodies) and cell-mediated immunity (effector cells).

Mechanism of ADCC:

Antibody Binding: The process begins when antibodies, typically of the IgG class (especially IgG1 or IgG3), bind to antigens on the surface of a target cell. This target cell could be a virus-infected cell, a tumor cell, or even a large parasite.
Role of Fc Receptors: Several immune cells, most notably Natural Killer (NK) cells , have Fc receptors (FcR) on their surface. The specific receptor on NK cells is FcγRIII (CD16) . These Fc receptors recognize and bind to the Fc (Fragment, crystallizable) portion of the antibodies that are bound to the target cell.
Effector Cell Activation: When the Fc receptors on the NK cell cross-link the Fc portion of the target-bound antibodies, the NK cell becomes activated.
Killing of the Target Cell: Upon activation, the NK cell releases the contents of its cytotoxic granules, which contain proteins like perforin and granzymes .
- Perforin creates pores in the membrane of the target cell.
- Granzymes enter the target cell’s cytoplasm through these pores and activate the caspase cascade, inducing apoptosis (programmed cell death) in the target cell.

Significance:

ADCC is an important way to eliminate virus-infected cells.
It plays a role in immune surveillance against tumor cells. Some monoclonal antibody therapies used to treat cancer (e.g., Rituximab, Trastuzumab) work by mediating ADCC.
It is also effective in eliminating pathogens that are too large for phagocytosis, such as parasitic helminths (worms). In this case, eosinophils are the primary effector cells.

Q6. (a) What is hypersensitivity ? Illustrate and explain DTH response. 2+5 (b) Discuss the cell-mediated allograft rejection. 7

Ans. (a) Hypersensitivity and DTH Response

Hypersensitivity: Hypersensitivity refers to a condition in which the immune system mounts an exaggerated, inappropriate, or damaging response to a harmless antigen (like pollen) or a self-antigen. Instead of providing protection, this response causes host tissue damage and inflammation. Hypersensitivity reactions are classified into four types (I, II, III, and IV).

Delayed-Type Hypersensitivity (DTH) Response: DTH is a Type IV hypersensitivity reaction. It is termed ‘delayed’ because the reaction develops 24-72 hours after antigen exposure, in contrast to antibody-mediated reactions (which occur in minutes). DTH is mediated by T-cells (specifically T _H 1 cells) and macrophages , rather than antibodies. A classic example is the tuberculin skin test.

Phases and Illustration of DTH Response: The DTH response occurs in two phases:

1. Sensitization Phase:

Initial Contact: Occurs upon the body’s first exposure to a particular antigen (e.g., tuberculin protein, chemical from poison ivy).
Processing and Presentation: Local antigen-presenting cells (APCs), such as Langerhans cells in the skin, take up and process the antigen.
T-cell Activation: The APCs migrate to local lymph nodes and present the antigen to naive T _H cells. This leads to the activation and differentiation of the T _H cells into T _H 1 and T _H 1 memory cells . This phase is asymptomatic.

2. Effector Phase: This phase occurs upon re-exposure of the sensitized individual to the same antigen.

Activation of Memory Cells: Pre-existing T _H 1 memory cells recognize the antigen presented by APCs and become rapidly activated.
Secretion of Cytokines: The activated T _H 1 cells secrete a variety of cytokines, prominent among them are:
- IFN-γ (Interferon-gamma): Activates and attracts macrophages, enhancing their phagocytic and microbicidal activity.
- TNF-α (Tumor Necrosis Factor-alpha): Promotes inflammation and increases the permeability of blood vessels.
- Chemokines: Recruit more macrophages and other leukocytes to the site.
Tissue Damage: The accumulation of large numbers of activated macrophages causes inflammation, redness, and a characteristic hardening of the tissue (induration). These activated macrophages release their lytic enzymes and reactive oxygen species, which kill pathogens but also cause significant damage to surrounding healthy tissues.

Illustration:

A diagram could depict the effector phase. Below a layer of skin, an APC (e.g., macrophage) is shown presenting an antigen to a T
_H
1 memory cell. Arrows from the T
_H
1 cell show the release of cytokines (IFN-γ, TNF-α). These cytokines are shown recruiting more macrophages from a blood vessel. These activated macrophages are causing inflammation and tissue damage.

(b) Cell-mediated Allograft Rejection An allograft is the transplant of tissue or an organ between two genetically non-identical individuals of the same species (e.g., from one human to another). Graft rejection is an immune response mounted by the recipient’s immune system against the donor graft, leading to its destruction. Cell-mediated immunity, particularly by T-cells, is the principal cause of acute graft rejection.

Mechanism of Rejection:

1. Sensitization Phase: Allorecognition In this phase, the recipient’s T-cells recognize alloantigens from the donor graft. The major alloantigens are the donor’s Major Histocompatibility Complex (MHC) molecules, known as HLA (Human Leukocyte Antigen) in humans. Recognition can occur via two pathways:

Direct Allorecognition: The recipient’s T-cells directly recognize intact donor MHC molecules on the surface of donor antigen-presenting cells (APCs) that are transplanted along with the graft (“passenger leukocytes”). This is a major mechanism in acute rejection.
- Recipient CD8+ T-cells recognize donor MHC class I.
- Recipient CD4+ T-cells recognize donor MHC class II.
Indirect Allorecognition: The recipient’s own APCs migrate into the graft, pick up and process donor MHC molecules, and then present peptides from these donor MHCs on their own MHC molecules. The recipient’s T-cells then recognize this “processed” alloantigen. This is more important in chronic rejection.

2. Effector Phase: Graft Destruction Once sensitization has occurred, the effector mechanisms are activated:

Role of Cytotoxic T-lymphocytes (CTLs): Recipient CD8+ T-cells activated via the direct allorecognition pathway differentiate into effector CTLs. These CTLs migrate into the graft tissue and directly kill graft cells expressing donor MHC class I molecules. This killing occurs via the perforin/granzyme pathway.
Role of Helper T-cells and DTH: Recipient CD4+ T _H cells (especially T _H 1 type) activated by both direct and indirect pathways produce cytokines (like IFN-γ). These cytokines recruit and activate macrophages and other inflammatory cells into the graft. These activated macrophages cause a Delayed-Type Hypersensitivity (DTH)-like reaction, leading to inflammation and tissue damage within the graft.
Role of Antibodies: While cell-mediated rejection is primary, antibodies against alloantigens can also be formed and contribute to rejection, particularly in hyperacute and chronic rejection.

To prevent this response, patients are given immunosuppressive drugs that block T-cell activation and function.

Q7. Write notes on any two of the following : 7+7 (a) Vaccine (b) Dreyer-Bennett hypothesis (c) T-cell development

Ans. (Note: Students should answer any two. Model answers are provided for all three.)

(a) Vaccine A vaccine is a biological preparation that provides active acquired immunity to a particular infectious disease. A vaccine typically contains an agent that resembles a disease-causing microorganism—often a weakened or killed form of the microbe, its toxins, or one of its surface proteins. This agent stimulates the body’s immune system to recognize it as a threat, destroy it, and “remember” it.

Principle of Action: The principle of vaccination is to utilize the immune system’s ‘memory’. When a vaccine is administered, it induces a primary immune response . During this response, B-cells and T-cells are activated. Some B-cells differentiate into plasma cells to produce antibodies, while others become long-lived memory B-cells . Similarly, memory T-cells are also formed. These memory cells persist in the body for a long time. If the individual is later exposed to the actual pathogen, these memory cells will initiate a much faster, stronger, and more effective secondary immune response , which eliminates the pathogen before it can cause disease.

Types of Vaccines:

Live-attenuated vaccines: Contain a weakened (attenuated) form of the pathogen that does not cause disease. Examples: MMR (measles, mumps, rubella), Oral Polio (Sabin).
Inactivated (Killed) vaccines: Contain pathogens that have been killed by heat or chemicals. Examples: Injectable Polio (Salk), Hepatitis A.
Subunit vaccines: Contain only parts (antigens) of the pathogen, such as a protein or polysaccharide. Examples: Hepatitis B, HPV.
Toxoid vaccines: Used for bacteria that cause illness through toxins. They contain inactivated toxins (toxoids). Examples: Tetanus, Diphtheria.
Conjugate vaccines: Link a weak antigen (like a polysaccharide) to a strong antigen (like a protein) to produce a more robust immune response, especially in infants. Example: Haemophilus influenzae type b (Hib) vaccine.
mRNA vaccines: A newer type of vaccine that uses mRNA to instruct cells to make a pathogen protein (like the spike protein), against which the immune system mounts a response. Example: Some COVID-19 vaccines (Pfizer, Moderna).

(b)

Dreyer-Bennett Hypothesis

Proposed in 1965 by William Dreyer and J. Claude Bennett, the Dreyer-Bennett hypothesis was a revolutionary idea that sought to explain the paradox of antibody diversity. At the time, the “one gene, one polypeptide” dogma was well-established. However, scientists could not understand how the body could produce trillions of different antibodies when the genome did not contain nearly enough genes.

Key Postulates of the Hypothesis:

Two Genes, One Polypeptide: The most radical aspect of the hypothesis was the proposal that a single immunoglobulin (antibody) polypeptide chain (heavy or light) was encoded by two separate genes: one for the variable (V) region and one for the constant (C) region .
Multiple V Genes and Few C Genes: They proposed that the germline DNA contained hundreds or thousands of different genes for the variable (V) region, but only one or a few genes for the constant (C) region.
Somatic Recombination: They further hypothesized that during the development of a B-cell, one V-region gene is randomly selected and joined to a C-region gene at the DNA level . This somatic recombination event would create a complete, functional immunoglobulin gene.

Significance and Impact: This hypothesis went against the existing biological dogma of the time. However, it provided an elegant solution to explain antibody diversity. The ability to combine any one of the many V genes with a C gene allowed for the generation of a vast number of different antibodies from a limited set of genetic information.

Later experimental work by Susumu Tonegawa definitively proved the Dreyer-Bennett hypothesis. Tonegawa showed that V and C genes were physically closer to each other in mature B-cells than in embryonic cells (germline), providing evidence of DNA rearrangement. For this discovery, Tonegawa was awarded the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1987. The Dreyer-Bennett hypothesis is now a central tenet of modern immunology. (c) T-cell Development T-cell development, or thymopoiesis, is the complex process that occurs in the thymus . Its goal is to generate a diverse repertoire of functional T-cells that can recognize foreign antigens but do not attack self-antigens.

Stages of Development:

Entry into the Thymus: T-cell progenitors originate in the bone marrow and migrate via the bloodstream to the thymus. In the thymus, these immature cells are called thymocytes .
Double Negative (DN) Stage: Initially, thymocytes lack both CD4 and CD8 co-receptors, hence they are called double negative (CD4 ^– CD8 ^– ). This stage occurs in the thymic cortex. During this time, rearrangement of the T-cell receptor (TCR) β, γ, and δ chain genes occurs.
- If γ and δ chains rearrange successfully, the cell becomes a γδ T-cell.
- If the β chain rearranges successfully first, it pairs with a pre-Tα chain to form the pre-TCR . Signaling from the pre-TCR instructs the cell to proliferate, halt β-chain rearrangement (allelic exclusion), and progress to the next stage.
Double Positive (DP) Stage: Following pre-TCR signaling, the thymocytes begin to express both CD4 and CD8 co-receptors, becoming double positive (CD4 ⁺ CD8 ⁺ ). Now, rearrangement of the TCR α-chain gene occurs. A successful α-chain pairs with the β-chain to form a complete αβ TCR.
Selection Processes: The DP thymocytes now undergo a two-step selection process:
- Positive Selection: This occurs in the cortex. DP cells are presented with self-MHC molecules on thymic epithelial cells. Only those cells that are capable of recognizing self-MHC (either class I or class II) survive. This ensures MHC restriction.
- Negative Selection: This occurs in the medulla. Cells that survive positive selection are presented with self-peptides. Cells whose TCR binds too strongly to self-antigens are eliminated by apoptosis. This ensures self-tolerance.
Single Positive (SP) Stage: Cells that successfully pass the selection processes retain either the CD4 or CD8 co-receptor (losing the other) and become single positive (SP). If the TCR recognized MHC-II, the cell becomes CD4 ⁺ ; if it recognized MHC-I, it becomes CD8 ⁺ .
Exit from the Thymus: These mature naive SP T-cells now exit the thymus into the peripheral lymphoid organs, where they are ready to encounter foreign antigens.

Q8. Explain any two of the following : 7+7 (a) Allergens (b) Natural Killer Cells (c) Regulation of Complement system

Ans. (Note: Students should answer any two. Model answers are provided for all three.)

(a) Allergens Allergens are antigens that induce a Type I hypersensitivity reaction, commonly known as an allergy, in some susceptible (atopic) individuals. For most people, these substances are harmless, but in allergic individuals, the immune system overreacts to them, leading to symptoms that can range from inconvenient to life-threatening.

Mechanism of Allergic Reaction: The reaction occurs in two stages:

Sensitization: On first exposure to an allergen, the immune system produces antibodies of the IgE class against the allergen. These IgE antibodies circulate in the blood and bind to high-affinity Fc receptors (FcεRI) on the surface of mast cells and basophils . This stage has no symptoms, but the person is now “sensitized” to the allergen.
Re-exposure: When the sensitized individual is re-exposed to the same allergen, the allergen molecules cross-link the IgE antibodies on the surface of the mast cells. This cross-linking activates the mast cells, causing them to immediately release the contents of their granules, a process called degranulation .

Release of Mediators and Effects: Degranulation releases potent chemical mediators:

Histamine: Causes vasodilation, increases vascular permeability (leading to swelling and edema), constricts smooth muscle (as in bronchial airways, causing breathing difficulty), and causes itching.
Leukotrienes and Prostaglandins: These have more potent and longer-lasting effects than histamine, particularly on bronchoconstriction and mucus secretion.
Cytokines: These contribute to the late-phase inflammatory response, involving the recruitment of eosinophils and other immune cells.

Common Allergens and Symptoms:

Common Allergens: Pollen, dust mites, mold spores, animal dander, insect stings, certain foods (e.g., peanuts, shellfish), and drugs (e.g., penicillin).
Symptoms: The symptoms depend on where the allergen enters the body. They can include allergic rhinitis (sneezing, runny nose), asthma (shortness of breath, wheezing), atopic dermatitis (itchy rash), and in severe cases, anaphylaxis , a systemic, life-threatening reaction.

(b)

Natural Killer (NK) Cells

Natural Killer (NK) cells are a type of cytotoxic lymphocyte of the

innate immune system

. Unlike B- and T-cells, they do not have antigen-specific receptors and do not require prior sensitization to kill their target cells.

Features and Function:

Recognition: NK cells recognize “abnormal” cells, such as virus-infected cells and tumor cells .
Function: Their main function is to directly kill these abnormal cells. They also produce cytokines (like IFN-γ) that influence the adaptive immune response.
Mechanism of Recognition – “Missing Self” Hypothesis: The activity of NK cells is governed by a balance between signals from activating and inhibitory receptors on their surface.
- Inhibitory Signal: Healthy cells have MHC Class I molecules on their surface. Inhibitory receptors (like KIRs) on NK cells recognize these MHC-I molecules and send an inhibitory signal, which prevents the NK cell from attacking the healthy cell.
- Activating Signal: Many virus-infected and tumor cells downregulate their surface MHC Class I expression to evade the adaptive immune system (the “missing self”). When an NK cell encounters such a cell, it does not receive an inhibitory signal. At the same time, stressed cells may express ligands that bind activating receptors on NK cells.
When the activating signals overwhelm the inhibitory signals, the NK cell is activated and kills its target.

Mechanism of Cytotoxicity:

Once activated, NK cells kill target cells in the same manner as cytotoxic T-lymphocytes:

They make contact with the target cell, forming an immunological synapse.
They release the contents of their cytotoxic granules into the synapse.
These granules contain perforin , which forms pores in the target cell membrane, and granzymes , which enter through these pores and induce apoptosis (programmed cell death) in the target cell.

Additionally, NK cells also participate in

Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity (ADCC)

.

The complement system is a powerful immune defense mechanism, but if left unchecked, it can cause severe damage to the host’s own cells and tissues. Therefore, several regulatory proteins exist to tightly regulate the system, ensuring that complement activation is focused on the surfaces of pathogens and not on host cells.

Strategies of Regulation:

Passive Regulators: The complement proteins themselves are inherently unstable and will become inactive if they do not quickly bind to the next component.
Active Regulatory Proteins: These proteins interfere at various steps of the complement cascade. They can be divided into two groups:
- Fluid-phase regulators: These circulate freely in the blood serum. Examples:
  - C1 inhibitor (C1-INH): Controls the initial step of the classical pathway. It prevents the activation of the C1 complex by binding to and inactivating the C1r and C1s proteases. Deficiency of C1-INH leads to hereditary angioedema.
  - Factor H: A major regulator of the alternative pathway. It binds to C3b, prevents the formation of the C3 convertase (C3bBb), and acts as a cofactor for Factor I.
- Membrane-bound regulators: These are expressed on the surface of host cells to protect them from complement-mediated damage. Examples:
  - Decay-Accelerating Factor (DAF/CD55): Accelerates the decay of C3 convertases (C4b2a and C3bBb) by dissociating them into their component units, thus halting complement amplification.
  - Membrane Cofactor Protein (MCP/CD46): Acts as a cofactor for a protease called Factor I . Factor I, in the presence of MCP or Factor H, cleaves C3b and C4b into inactive fragments.
  - Protectin (CD59): Regulates the terminal step. It binds to the C5b-8 complex on the host cell surface and prevents the polymerization of C9 molecules, thereby blocking the formation of the Membrane Attack Complex (MAC) . This protects host cells from complement-mediated lysis.

These regulatory mechanisms ensure that the destructive power of the complement system is focused solely on foreign invaders, while the host’s own tissues remain safe.

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