Post on 02-Feb-2020
Organi del Sistema immunitario
Tonsille e adenoidi
Linfonodi
Midollo osseo
Appendicite
Vasi linfatici
Linfo nodi
Timo
Placche di Peyer
Milza
Vasi linfatici
Linfonodi
• Gli organi linfatici primari forniscono la sede in cui i linfociti differenziano e vengono commissionati per l’antigene.
• I linfociti T maturano nel timo
• I linfociti B maturano nel midollo osseo (borsa di Fabrizio negli uccelli)
• In entrambi i casi un processo selettivo elimina i linfociti immaturi che riconoscono molecole self oppure riconoscono il MHC autologo
• Gli organi linfatici secondari catturano l’antigene e forniscono la sede in cui i linfociti possono interagire con esso, andando incontro alla proliferazione e alla differenziazione in cellule effettrici
• Il tessuto linfatico drena i tessuti e li intereconnette gli uni agli altri
• I linfonodi sono specializzati nel catturare gli Ag presenti nei tessuti
• La milza riceve gli Ag direttamente dal sangue
• Il tessuto meno organizzato si trova nelle membrane delle mucose (follicoli linfatici dispersi nella lamina dell’intestino e nelle placche di Peyer, site nella parete intestinale)
• Si possono individuare anche tessuti linfatici terziari: tessuti linfatici associati alla cute
NEI TESSUTI SECONDARI AVVIENE L’INCONTRO
DEI LINFOCITI CIRCOLANTI CON I PATOGENI
E I LORO PRODOTTI METABOLICI TRASPORTATI
DA UN SITO DI INFEZIONE
Cellule della linea linfatica
• Linfociti sono il 20-40% dei globuli bianchi e 99% delle cellule presenti nella linfa
• Nel corpo umano ci sono circa 1011 linfociti
• Circolano nel sangue e nella linfa e possono migrare nei diversi tessuti e organI linfatici
• Si dividono in
– Linfociti B
– Linfociti T
– Linfociti null (cellule natural Killer)
• I linfociti B e T quiescenti sono piccoli, mobili, indistinguibili morfologicamente
• Quelle che non hanno incontrato l’Ag sono vergini (naive) e sono quiescenti nella fase Go del ciclo cellulare (diametro 6 mm, piccoli linfociti)
– Citoplasma scarso, cromatina molto addensata, pochi mitocondri RE e Golgi poco sviluppati
• I linfociti che incontrano l’Ag diventano attivati ed entrano nella fase G1, S, G2 e M del ciclo cellulare.
– Aumentano di volume (diametro 15 mm cellule blastiche o linfoblasti) e si sviluppano gli altri organuli cellulari
I linfociti proliferano e differenziano in cellule effettrici e cellule della memoria
Linfociti B
• Maturano nel midollo osseo
• Esprimono sulla superficie un recettore (Ab) specifico per un antigene (Ab=antibody anticorpo)
• Dopo l’incontro con l’Ag maturano e si differenziano in Linfociti B della memoria e linfociti effettori (plasmacellule)
• Linfociti B della memoria esprimono lo stesso Ab delle cellule progenitrici
• Una plasmacellula sercerne più di 2.000 Ab al secondo
• Le plasmacellule muoiono in 1-2 settimane
Altre molecole di membrana dei linfociti B
• B220 marcatore della linea linfocitaria B e dei suoi precursori
• Molecole MHC di classe II permette al linfocita B di
comportarsi come cellule presentante l’Ag
• CR1 e C2 recettori per alcuni prodotti del complemento
• Fcg/RII recettore per IgG
• B7-1 e B7-2 interagiscono con CD28 e CTLA-4, importanti
molecole presenti sui linfociti T
• CD40 interagisce con il CD40-ligando sulla superficie del linfocita TH
Cellule T
• Nascono nel midollo osseo e maturano nel timo
• Durante la maturazione esprimono sulla membrana uno specifico recettore per l’Ag: recettore del linfocita T
(T cell receptor TCR)
• TCR riconosce Ag solo se è legato a proteine MHC, glicoproteine polimorfiche, presentate da altre cellule
• Ci sono 2 sottopopolazioni di linfociti T: – T helper (TH)
– Th1 e Th2
– T citotossiche (Tc) o killer
Zap 70
fyn lck
g e
z
V V
C C
CH1
CH2
CH3
CH2
CH3
CH1
CL CL
VL VL
VH VH
e d
z
Ig/Ig Ig/Ig
Blk, Fyn or Lyn
RECETTORE CELLULE B RECETTORE CELLULE T
Cellule null
• Non esprimono le molecole caratteristiche dei linfociti T e B
• Sono prive degli attributi fondamentali dell’immunità: la specificità e la memoria
• Comprendono i linfociti natural killer (NK)
• Sono di aspetto granulare e rappresentanto il 5-10% dei linfociti del sangue
• Svolgono un ruolo importante nei confronti delle cellule tumorali e infettate da virus
Cellule dendritiche • Le cellule dendritiche sono globuli bianchi che attivano il sistema immunitario catturando gli antigeni ed esponendoli all’azione delle cellule 'killer', i linfociti T. • Queste cellule risiedono principalmente a livello di quei tessuti che fungono da barriera con l'ambiente esterno e quindi sono più facilmente raggiungibili da agenti patogeni (mucosa nasale,
polmonare, intestinale, gastrica e cute), dove ricoprono il ruolo di vere e proprie 'sentinelle'.
• Quando vengono a contatto con agenti estranei migrano a livello di quei tessuti che servono da basi al sistema immunitario (linfonodi), dove allertano le altre cellule di questa complicata macchina che ci difende dall'insorgenza di nuove malattie.
• Immunoglobuline o Anticorpi
• Recettore delle cellule T
• Complesso maggiore di istocompatibilità e proteine MHC su APC
• Cellule che presentano l’antigene (APC)
Gli strumenti del sistema immunitario
acquisito
Antibody Molecule Structure
Heavy Chain
globular
domains disulfide
bonds
h
CH1
CH
2
CH
3
VH
CL
VL
C terminal
end
N terminal
end
Ag binding
region
CHO
Ag
= Y
• 2 catene leggere identiche (L, light, 220 aminoacidi)
• 2 catene pesanti identiche (H, heavy, 440 aminoacidi)
• A forma di Y rovesciata
• Ponti S-S fra le catene
• 2 siti di legame per Ag (bivalenti)
• Zona di riconoscimento per Ag o Fab (Fragment Antigen Binding) con sequenza di aminoacidi relativamente variabile
• Zona costante o Fc (Fragment cristallizzabile) con sequenza di aminoacidi relativamente costante
• REGIONI IPER VARIABILI
• La variabilità della sequenza di aminoacidi è confinata in 3 regioni ipervariabili (5-7 aminoacidi per L, 6-17 aminoacidi per H)
• Il sito antigenico è composto dalle regioni ipervariabili della catena L e dalle regione ipervariabili della catena H
• Alta costante di affinità Ig-Ag (104-1011 l/mole)
Papain Cleavage
Papain Cleavage
Fc
2 Fab
Pepsin Cleavage
Pepsin Cleavage
Enzymatic degradation
of Fc fragment.
F(ab’)2
Funzione effettrice
Si lega a FcR
(Mac, Mono)
Si lega a FcR
(neutrofili; NK cells)
C fissazione
(legame a C1q )
Legame a C4b
• Gli Ab eliminano gli Ag e uccidono i patogeni utilizzando 3 funzioni effettrici principali:
– Opsonizzazione (fagocitosi dell’Ag da parte dei macrofagi e
neutrofili)
– Attivazione del complemento (IgM e sottoclassi di IgG)
– Interazione con i recettori Fc delle cellule NK
Come agiscono gli anticorpi
Classi di anticorpi
Esistono 2 tipi di catene leggere
– K (uomo 60%)
l (uomo 40%)
Esistono 5 classi di catene pesanti:
m, g, , d, e
Ognuna di queste diverse catene pesanti è chiamata ISOTIPO
Ogni Ab è formato da 2 catene pesanti e 2 catene leggere identiche H2L2, oppure è un multimero di questa struttura base a 4 catene (H2L2)n
5 Classi di anticorpi nell’uomo
• Classe catena sottoclassi catena formula
pesante leggera molecolare
IgG g g1g2g3g4 K, l g2K2, g2 l2
IgM m nessuna K, l (m2K2)n (m2l2)n n=1 o 5 IgA 1, 2 K, l (2K2)n (2l2)n n=1,2,3,4 IgE e nessuna K, l (e2K2) (e2l2)
IgD d nessuna K, l (d2K2) (d2l2)
Immunoglobuline: struttura
IgA
IgM
IgG, IgD, IgE, and IgA
Funzione degli anticorpi
• IgG:
• Coinvolte nella risposta umorale
• 70% delle Ig sieriche
• Azioni: – Opsonizzazione
– Neutralizzazione di microbi e tossine
– Attivazione del complemento per via classica
– Attraversare la placenta
• IgM:
• Primi a comparire nel sangue in risposta ad antigeni
• Potere agglutinante a causa dei molteplici siti disponibili
• Attivatori del Complemento
• Non attraversano la placenta
• IgA:
• Ig dimeriche
• Sintetizzate da linfociti B dei tessuti linfoidi associati alle mucose
• Presenti nelle secrezioni, latte, saliva, lacrime, etc. – Impediscono l’aderenza di microrganismi.
– Scarsa attività opsonizzante
– Attivazione del complemento per via alternativa
• IgE:
• Reazioni di ipersensibilità di Tipo I (asma, febbre da fieno) provocando il rilascio di citochine e mediatori infiammatori.
• Attivi nelle infezioni da parassiti favorendo l’attività citotossica degli eosinofili.
• IgD:
• Ig di membrana espresse sulla superficie dei linfociti.
• Ruolo non chiarito, ma sono importanti drante la differenziazione dei linfociti B.
Il sistema del Complemento
Sistema di Proteine attivate enzimaticamente dal legame di
un anticorpo ad un antigene che portano alla formazione di
un complesso terminale capace di attaccare e dissolvere la
parete batterica o la membrana di cellule tissutali.
Vie di Attivazione: •Classica - In cui sono presenti tutti i componenti attivata dal complesso antigene-anticorpo •Alternativa – Innescata da membrane microbiche e molecole non anticorpali. Assenza di alcuni componenti. •Lectinica – Attivata da lectine plasmatiche che si legano ai microrganismi.
Funzioni: • Interazione con i recettori della superficie
cellulare per indurre la fagocitosi – Molecole recettrici su polimorfonucleati, macrofagi e
frammento Fc degli anticorpi
• Produzione di componenti biologicamente attivi.
– Tramite proteolisi il complemento si attiva liberando un frammento b che prende parte ad ulteriori reazioni ed un frammento a che si comporta come mediatore flogistico.
• Danno della membrana tramite il complesso
d’attacco
Complement
C9
Enzyme
C2
C5 C3b
C3a C3
C4 Antigen
IgG
C1 C8
C7
C6
C5b
C5b
C5a
Complesso di attacco alla
membrana
C6 C7 C8
C9
C9
C9
C
9
C9
C9
C9
C
9
C9
C9
C9
C5
C5b
C5a
70-100 Å
• Gli anticorpi vengono prodotti da tre distinte famiglie geniche localizzate su cromosomi diversi:
per le catene leggere K
per le catene leggere l
per le catene pesanti
• Ogni famiglia genica contiene numerosi segmenti genici: • Regione variabile V e J nella catena leggera
• Regione variabile V, D, J nella catena pesante
• Regione costante
Segmenti genici separati codificanti parti diverse delle regioni variabili delle catene leggere e delle catene pesanti vengono unite mediante fenomeni di ricombinazione nel corso del differenziamento della cellule B
• I riarrangiamenti avvengono in ordine sequenziale: prima quelli della catena pesante poi quelli della catena leggera
• Sono finemente regolati, in modo tale che il DNA di un solo cromosoma parentale venga riarrangiato a formare un gene funzionale per la catena leggera o pesante.
• Questa esclusione allelica assicura che Ab maturo abbia la specificità antigenica singola
Cellule T
• Nascono nel midollo osseo e maturano nel timo
• Durante la maturazione esprimono sulla membrana uno specifico recettore per l’Ag: recettore del linfocita T (T cell receptor TCR)
• TCR riconosce Ag solo se è legato a proteine MHC, glicoproteine polimorfiche
• Ci sono 2 sottopopolazioni di linfociti T: – T helper (TH)
– T citotossiche (Tc)
• Il TCR riconosce solo Ag processati e associati a una molecola MHC espressa da una cellula APC o da una cellula bersaglio
• Il DNA del TCR è organizzato in domini variabili codificati da diverse regioni geniche e costanti (come Ig)
• Meccanismi di ricombinazione simili a quelli delle Ig
• Cellule T presentano altre molecole accessorie di interazione con le APC (cellule che presentano l’antigene) – CD40, CD2, CD28, CTLA-4
• Il TCR è associato al CD3, un complesso molecolare
CD2
APC MHC II
B7 (CD80/86)
Interazione APC e Linfocita T
CTLA-4
CD40
CD28
B7 (CD80/86)
TCR
CD154
(CD40L)
CD58 (LFA-3)
CD4+
T Cell
Attivazione
Attivazione
Riconoscimento
Adesione
Attivazione
COOH COOH
NH2 2HN
V V
C C
Ogni catena è lunga 280 aa.
Omologia strutturale e di
Sequenza con gli Ab
Circa 100 geni V
50 geni J
Circa 30 geni V
Circa 12 geni J
T T
membrana
Variabile
costante
Recettore cellule T
Memoria immunologica • Le risposte immunitarie acquisite danno luogo alla
memoria immunologica di lunga durata e a una immunità protettiva
• La risposta immunitaria primaria è sviluppata da un numero limitato di linfociti
• L’intervallo necessario per la loro espansione numerica fornisce al patogeno l’opportunità di avviare un processo infettivo fino alla comparsa della malattia
• Il cloni della risposta primaria comprendono anche le cellule della memoria di lunga durata, che rendono la risposta più veloce e più intensa a una successiva esposizione allo stesso patogeno
• L’intensità delle risposte secondarie può essere sufficiente a respingere la malattia
• Tutte le specie di mammiferi possiedono un gruppo di geni strettamente associati, il complesso maggiore di Istocompatibilità (MHC), i cui prodotti proteici sono coinvolti nel riconoscimento cellulare e nelle discriminazione self e non-self. Svolge un ruolo fondamentale nel determinare se un tessuto
trapiantato può essere accettato come self (istocompatibile) o rigettato (istoincompatibile)
• MHC è fondamentale nello sviluppo delle risposte sia umorali che di tipo cellulare
• I linfociti T riconoscono gli antigeni solo se associati a molecole MHC
• MHC è un gruppo di geni localizzato su un ampio tratto del Cromosoma 6 (uomo) e cromosoma 17 (topo)
• Viene denominato HLA (human leukocytes antigen nell’uomo)
• I geni sono localizzati in regioni che codificano 3 classi di proteine:
geni MHC di classe I codificate nelle regioni A, B, C
geni MHC di classe II codificati nelle regioni DP, DQ, DR
geni MHC di classe III
Le molecole MHC espresse da un individuo non si modificano nel tempo e possono differire da quelle espresse da un altro individuo della stessa specie
POLIMORFISMO
MHC è uno dei complessi genetici più polimorfici dei
vertebrati più evoluti e possiede un numero straordinariamente
elevato di alleli diversi per ciascun locus
Gli alleli differiscono del 5%-10% nella sequenza del DNA da un
individuo all’altro
Proteine MHC sulle cellule che
Presentano l’antigene
Antigen presenting cells (APC)
• Le molecole MHC di classe I e classe II legano il peptide derivante dal processamento dell’Ag
• Gli Ag di classe I si associano a molecole derivanti da antigeni endogeni
• Gli Ag di classe II legano molecole derivate da antigeni esogeni
• MHC di classe I sono su tutte le cellule (non specializzate) – Fibroblasti, cellule gliali (cervello), cellule endoteliali, epiteliali,
ecc.
• MHC di classe II solo su cellule specializzate: – Linfociti B – Cellule dendritiche – Macrofagi
LE MOLECOLE DI CLASSE I e II appartengono alla
superfamiglia delle immunoglobuline
Entrambe presentano l’antigene ai linfociti T
Le molecole di classe I sono espresse in tutte le
cellule nucleate che presentano gli antigeni endogeni
processati ai linfociti CD8+
Le molecole di classe II sono espresse solo in numero
limitato di cellule presentanti l’antigene (macrofagi,
cellule dendritiche, linfociti B) che presentano gli
antigeni esogeni processati ai linfociti CD4+
Restrizione immunitaria per le molecole MHC:
I linfociti T citotossici CD8 sono ristretti alla classe MHC I
I linfociti TH CD4 alle molecole di classe MHC II
A seconda della provenienza dell’antigene, intracellulare (endogeno)
o extracellulare (esogeno), il sistema immunitario viene attivato
in modo diverso
Antigeni esogeni: ciclo endocitico
Antigeni endogeni: ciclo citosolico
Ag endogeni complesso peptidi TAP RE Complesso
proteasoma MHCI/peptide
Ag esogeni compartimenti peptidi complesso endocitari MHCII/peptide
Aminoacidi
semplici
esopeptidasi
ubiquitina7ATP
Endocitosi/
fagocitosi
Via endocitica
Via citosolica
Trasportatore associato alla processazione dell’Ag
Cellula che presenta Ag
MHC (I o II)
Peptide estraneo
recettore Cellula T
Complesso peptide
estraneo/recettore/
MHC
MHC
Peptide estraneo
recettore
CD4/8
SCHEMA GENERICO
Complesso
APC/MHC-pep/CellulaT
Come viene innescato
l’intero sistema
Linfociti T helper:
secernono citochine che favoriscono la risposta
umorale e cellulo-mediata.
Si attivano a contatto con uno specifico antigene
presentato da una molecola MHC di classe II (sulla
membrana di un macrofago o su un linfocita B).
Allo stesso tempo si generano linfociti T di memoria a
lunga vita.
Le risposte combinate dei linfociti T helper, dei linfociti
T citotossici e dei linfociti B controllano la specifica
rimozione di antigeni dannosi e forniscono l’immunità
permanente verso di essi.
La risposta immunitaria cellulo-mediata si verifica quando i linfociti T citotossici riconoscono uno specifico antigene presentato da una molecola del complesso maggiore di istocompatibilità MHC di classe I sulla membrana di una cellula infettata da un virus o su una cellula tumorale. Si differenziano quindi in cellule (killer) assassine. I linfociti T citotossici rilasciano perforine ( formano dei pori nella membrana della cellula colpita) e frammentine (entrano nella cellula e determinano la sua morte, apoptosi).
La risposta immunitaria umorale deriva dall’attivazione dei linfociti B. In seguito al contatto con specifici antigeni sulla membrana del batterio, i linfociti B proliferano e si differenziano in linfociti B di memoria a lunga vita e plasma-cellule a vita breve. Mentre i linfociti B di memoria sono responsabili dell’immunità permanente ad un antigene, le plasmacellule secernono anticorpi che si uniscono ad un antigene bersaglio e quindi reclutano atri fattori di difesa (per esempio cellule fagocitarie) per distruggerlo.
Attivazione delle cellule T • L’attivazione di una cellula T citotossica o helper
a proliferare e differenziarsi in cellula effettrice avviene per interazione con la cellula che presenta l’antigene, la quale deve trasmettere alcuni segnali:
– 1° segnale: peptide estraneo legato alla proteina
MHC. – 2° segnale: proteine stimolatrici, come le proteine B7
(CD80 e CD86) che sono riconosciute dal corecettore CD28 sulle superficie della cellula T. Se le cellule T helper ricevono entrambi i segnali, si attivano, proliferano e secernono una citochina, chiamata interluchina-2.
– 3° segnale: secrezione di interleuchine diverse
Le cellule T helper assumono il comando della risposta immunitaria attivano tutte le altre cellule a proliferare
CD4+
T cell
Recettore
Linf. T
Peptide
LPS
TLR4
Antigen Presenting Cell (APC)
MHC II
“Segnale 1”
“Segnale 2”
“segnale 3”
IL-1
IL-6
IL-12
CD28
B7
IL-12 Recettore
Signal 1: Specificità
Signal 2: Attivazione
Signal 3: Differenziamento
Attivazione di Cellule T da APC attivato
CD4
• I meccanismi con cui le cellule T citotossiche uccidono le cellule bersaglio infettate sono due:
– 1- rilascio di una proteina, la perforina, in grado di formare pori sulla membrana della cellula infettata. Questa proteina, dapprima conservata in vescicole secretorie, viene rilasciata per esocitosi locale nel punto di contatto con la cellula bersaglio. Da queste vescicole sono rilasciate anche alcune proteasi, in particolare la granzyme B, che attiva alcune caspasi, innescando il processo apoptotico della cellula
– 2- Una proteina trimerica sulla superficie delle cellula T citotossica , si lega e attiva la proteina Fas sulla superficie della cellula bersaglio. La coda citosolica della Fas contiene un dominio che, quando è attivato, si lega a una proteina adattatrice e recluta la procaspasi-8. La successiva attivazione della caspasi 8 da inizio alla cascata proteolitica che porta al processo apoptotico.
Schema della risposta immunitaria
Frammenti di antigeni proteici del Patogeno vengolo legati al
MHC aulla membrana dei Macrofagi
Ingestione patogeni (Macrofagi)
Cellule T sensibilizzate si dividono
Cellule T citotossiche
I Macrofagi presentano l’antigene ai Linfociti T
Cellule T con recettori per l’antigene vengono sensibilizzate
Cellule T Suppressor Cellule T helper
Stimolano le cellule
B esprimenti lo
stesso recettore
Inibiscono le Cellule B
con lo stesso recettore
antigenico Distruggono
l’antigene
Digestione Patogeni
Cellule T suppressor Cellule T helper
Inibiscono le Cellule B
aventi lo stesso recettore
Divisione Cellule B
Cellule B producono Ab
Anticorpi legano l’antigene
Attivano il Complemento
Plasmacellule
Aiutano I Fagociti a trovare gli antigeni
Cellule B di Memoria
Termine della
risposta
immunitaria
Distruggono l’antigene
Stimolano le cellule
B esprimenti lo
stesso recettore