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Il sistema immunitario
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0Le difese innate dell’organismo umano
Le difese innate contro le infezioni comprendono la pelle, le cellule fagocitarie e le proteine antimicrobiche
• Le difese immunitarie innate sono presenti ed attive nel nostro organismo molto prima di essere esposto ad agenti patogeni, come virus e batteri.
• Sono largamente non specifiche, cioè non distinguono un invasore dall’altro.
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Figura 19.1A
Batteri
I macrofagi sono grandi cellule fagocitarie che circolano nel liquido interstiziale e, quando incontrano cellule infettate da virus o da batteri, le inglobano.
Nuovi virus
Cellula ospite 1
Produce interferone, ma viene uccisa dai virus
4Cellula ospite 2
È protetta dall’azione dei virus grazie all’interferone della cellula 1
2 Attivazione dei geni per l’interferone
mRNA
3
Molecole di interferone
DNA
1
Acido nucleico viraleLe proteine antivirali bloccano la riproduzione virale
L’interferone stimola la cellula ad attivare i geni delle proteine antivirali
5
Figura 19.1B
Gli interferoni sono proteine prodotte dalle stesse cellule infettate dai virus che stimolano le altre cellule a resistere a essi.
La risposta infiammatoria mette in moto i meccanismi di difesa non specifica
La risposta infiammatoria costituisce il nostro principale sistema di difesa innato ed è innescata da qualsiasi danno ai tessuti.
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SpilloSuperficie dell’epidermide
Batteri
Segnali chimici Globulo
bianco
1 Danno al tessuto; liberazione di segnali chimici quali l’istamina
2 Aumento della permeabilità e dilatazione dei vasi sanguigni locali; passaggio dei fagociti verso la regione lesa
3 I fagociti (macrofagi e neutrofili) eliminano i batteri e ciò che rimane delle cellule danneggiate; il tessuto si rimargina
Gonfiore
Accumulo di fagociti e di liquido interstiziale nell’area infiammata
Fagociti
Vaso sanguigno
Figura 19.2
• I principali effetti della risposta infiammatoria sono quelli di disinfettare e di ripulire il tessuto lesionato.
• La risposta infiammatoria aiuta a prevenire l’estendersi dell’infezione ai tessuti circostanti.
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Durante l’infezione il sistema linfatico assume un ruolo d’importanza fondamentale
Il sistema linfatico è costituito da una fitta rete di vasi, da numerosi linfonodi, dalle tonsille, dalle adenoidi, dall’appendice e dalla milza.
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Figura 19.3
Tonsille
Linfonodi
Dotto linfatico destro, che si immette nella vena succlavia destra
Timo
Dotto toracico
Midollo osseo
Vasi linfatici
Milza
Dotto toracico, che si immette nella vena succlavia sinistra Linfonodo
Valvola
Vaso linfatico
Capillare sanguigno
Cellule tissutali
Liquido interstiziale
Capillare linfatico
Adenoidi
Appendice
Aggregati di linfociti e macrofagi
• I vasi linfatici trasportano un liquido, chiamato linfa, che è simile al liquido interstiziale ma con un minore contenuto di ossigeno e di sostanze nutritive.
• Il sistema linfatico ha due principali funzioni: riportare nel sistema circolatorio il liquido interstiziale e combattere le infezioni.
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La risposta immunitaria neutralizza specifici invasori
• L’immunità conferita dal sistema immunitario viene detta immunità acquisita e si sviluppa a pieno solo in seguito all’esposizione a sostanze estranee chiamate antigeni.
• Quando entra in contatto con un antigene, il sistema immunitario risponde con un incremento del numero di cellule che attaccano direttamente gli invasori o che producono le proteine di difesa chiamate anticorpi.
0La risposta immunitaria acquisita
• L’immunità attiva, cioè le resistenza a uno specifico invasore, viene solitamente acquisita dopo un’infezione naturale, ma può essere innescata con una procedura medica, nota come vaccinazione.
• È anche possibile sviluppare un’immunità passiva (per esempio acquisendo anticorpi attraverso il latte materno o da un siero contenente anticorpi specifici).
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I linfociti forniscono una duplice difesa
Le cellule responsabili della risposta immunitaria sono i linfociti:
0
Midollo osseo Timo
Cellule staminali
Linfociti immaturi
Linfociti B
Immunità umorale
Per via sanguigna
Recettori antigenici
Per via sanguigna
Linfociti T
Immunità mediata da cellule
Linfonodi, milza e altri organi linfatici
Processo finale di maturazione dei linfociti B e T in un organo linfatico
Altre parti del sistema linfatico
Figura 19.5A
• Alcuni linfociti immaturi continuano a svilupparsi nel midollo osseo e si specializzano diventando linfociti B (o cellule B)
• Altri passano dal midollo osseo al timo dove si specializzano, diventando linfociti T (o cellule T).
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Figura 19.5B
Ogni individuo produce un enorme numero di linfociti B e T diversi; si stima che ognuno di noi ne abbia tra 100 milioni e 100 miliardi di tipi differenti, un numero sufficiente per riconoscere e attaccare praticamente tutti i tipi di antigeni che potremmo mai incontrare.
Gli antigeni hanno regioni specifiche a cui si legano gli anticorpi
In genere, gli anticorpi riconoscono determinate regioni, i determinanti antigenici, presenti sulla superficie di un antigene.
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Molecole di anticorpo A
Siti di legame per l’antigene
Antigene
Determinanti antigenici
Molecola di anticorpo BFigura 19.6
Solo i linfociti selezionati e attivati dagli antigeni danno origine a un clone di cellule che innesca la risposta immunitaria
• Una volta all’interno del corpo, un particolare antigene attiva solo quel piccolissimo numero di linfociti che possiede un ben preciso recettore specifico.
• In seguito, tali cellule proliferano formando una popolazione di cellule geneticamente identiche (un clone) adatte per combattere quel determinato antigene.
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Le tappe della selezione clonale
• Nelle risposta immunitaria primaria, la selezione clonane sviluppa cellule effettrici e cellule della memoria in grado di garantire un’immunità per tutta la vita.
• Nella risposta immunitaria secondaria, le cellule della memoria sono attivate da una seconda esposizione allo stesso antigene che induce una risposta più energica e veloce.
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Risposta immunitaria primaria
Linfociti B con recettori antigenici diversi
Crescita, divisione e differenziamento di un linfocita
Molecole di anticorpi
Plasmacellule che producono anticorpi
Reticolo endoplasmatico
Cellule della memoria
Recettore antigenico (anticorpo sulla superficie cellulare)
Molecole di antigeni
2
Prima esposizione all’antigene 3
4
1
5
Molecole di antigene
6Seconda esposizione allo stesso antigene
Molecole di anticorpi
Reticolo endoplasmatico
Plasmacellule che producono anticorpi Cellule della memoria
Risposta immunitaria secondaria
Figura 19.7A
Risposta immunitaria primaria e secondaria:
Primo clone
0
Seconda esposizione all’antigene X,
prima esposizione all’antigene Y
Prima esposizione all’antigene X
Risposta immunitaria primaria all’antigene X
Risposta immunitaria primaria all’antigene Y
Anticorpi per l’antigene Y
Anticorpi per l’antigene X
Con
cent
razi
one
di a
ntic
orpi
0 7 14 21 28 35 42 49 56
Tempo (giorni)
Risposta immunitaria secondaria
all’antigene X
Figura 19.7B
Risposta immunitaria primaria e secondaria a confronto
La risposta immunitaria secondaria avviene più velocemente delle risposta immunitaria primaria.
Gli anticorpi sono le «armi» dell’immunità umorale
• I linfociti B sono le cellule coinvolte nell’immunità umorale.
• Le plasmacellule, cioè le cellule effettrici prodotte per selezione clonale, fabbricano e secernono gli anticorpi, le proteine che hanno la funzione di «armi» molecolari di difesa.
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0
Figura 19.8
Catena leggera
Catena pesante
C
C
V
VV
C
V
C
Siti di legame per l’antigene
Ogni molecola di anticorpo ha un sito di legame per l’antigene, cioè una regione responsabile della funzione di riconoscimento e di legame con l’antigene.
Neutralizzazione Agglutinazione di cellule
Precipitazione di antigeni in soluzione
Attivazione del complemento
Lisi della cellulaFagocitosi
Virus
Batterio
Batteri
Molecole di antigeni
Molecole del complemento
Cellula estranea Foro
Macrofago
Favoriscono la Porta alla
Gli anticorpi individuano quali antigeni devono essere distrutti
Gli anticorpi promuovono l’eliminazione dell’antigene attraverso diversi meccanismi.
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Figura 19.9
Il legame tra anticorpi e antigeni inattiva gli antigeni tramite
Il sistema immunitario si basa sulle nostre «impronte» molecolari
• La capacità del sistema immunitario di riconoscere le molecole appartenenti al proprio organismo, ossia di distinguere il self dal non self, permette di combattere molecole estranee senza danneggiare le proprie.
• Le cellule di ogni persona hanno sulla membrana particolari glicoproteine self che costituiscono le impronte molecolari (fingerprint) e contrassegnano le cellule del corpo rendendole inattaccabili dai propri linfociti.
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Gli anticorpi monoclonali sono armi efficaci sia nella ricerca biologica sia nella terapia medica
Gli anticorpi monoclonali sono prodotti fondendo una cellula tumorale con un normale linfocita B: la cellula ibrida produce molecole di anticorpi specifici per un singolo determinante antigenico.
0COLLEGAMENTI
Antigene iniettato nel topo
Cellule tumorali in un terreno di coltura
Linfociti B (prelevati dalla milza)
Cellule tumorali
Cellule fuse insieme per produrre cellule ibride
Una cellula ibrida viene posta in un terreno di coltura
Anticorpo
Coltura di cellule ibride che producono anticorpi monoclonaliFigura 19.11A
• Gli anticorpi monoclonali sono particolarmente utili nelle diagnosi medica.
• Con gli anticorpi monoclonali sono anche stati ottenuti risultati incoraggianti nel trattamento di diverse malattie, incluso il cancro.
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I linfociti T helper organizzano la difesa mediata da cellule e favoriscono l’immunità umorale
Ci sono almeno due tipi principali di linfociti:
• i linfociti T citotossici, che attaccano le cellule infettate da agenti patogeni;
• i linfociti T helper, che svolgono molteplici funzioni nella risposta immunitaria, coadiuvando l’attività dei linfociti T citotossici e dei macrofagi e stimolando i linfociti B a produrre anticorpi.
0L’immunità mediata da cellule
0
• Tutto il sistema immunitario mediato da cellule e gran parte di quello umorale dipendono dalla precisa interazione tra le cellule APC e i linfociti T helper.
• Questa interazione attiva i linfociti T helper che, a loro volta, possono poi andare ad attivare altre cellule del sistema immunitario.
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• I linfociti T helper riconoscono e si legano al complesso self-non self esposto sulla superficie di una cellula APC.
• I linfociti T helper attivati promuovono la risposta immunitaria in molti modi e possono attivare i linfociti T citotossici e i linfociti B.
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Figura 19.12
Microbo
Macrofago
Antigene prodotto dal microbo non self
1
Proteina self (proteina MHCdi classe II)
23
4
5 6
7
Cellula APC Interleuchina-1 (partecipa all’azione del
linfocita T helper)
Linfocita T helper
Interleuchina-2 partecipa all’attivazione di altri linfociti T e B
Interleuchina-2 partecipa all’attivazione di altri linfociti T e B
Immunità umorale (secrezione di anticorpi da parte delle plasmacellule)
Linfocita T citotossico
Immunità mediata da cellule (attacca le cellule infette)
Sito di legame per l’antigene
Sito di legame per la proteina self
Linfocita BComplesso self-non self
Recettore del linfocita T
Attivazione di un linfocita T helper e suo ruolo nell’immunità:
L’AIDS distrugge i linfociti T helper lasciando il corpo privo di difese
I virus dell’AIDS può eliminare i linfociti T helper dell’organismo compromettendo drasticamente la sua capacità di combattere le infezioni.
0COLLEGAMENTI
Col
oniz
zata
EM
700
0
Figura 19.13
0
3 Lisi della cellula infettata1 Il linfocita T citotossico si lega alla cellula infettata
2 La perforina produce fori nella membrana della cellula infettata
Complesso self-non self
Cellula infettata
Linfocita T citotossicoMolecola
di perforina
Antigene estraneo
Enzima che può indurre l’apoptosi
Formazione del foro
Figura 19.14
I linfociti T citotossici uccidono le cellule infette
I linfociti T citotossici si legano alle cellule infettate e le distruggono.
I linfociti T citotossici possono prevenire il cancro
I linfociti T citotossici possono difendere l’organismo dai tumori maligni nello stesso modo in cui lo difendono dai microbi.
0
Col
oniz
zata
SE
M 4
370X
Figura 19.15
Un funzionamento scorretto del sistema immunitario può provocare disturbi e malattie
• Le malattie autoimmuni insorgono quando il sistema immunitario «fa confusione» e reagisce contro le molecole del proprio corpo.
• Le persone affette da malattie da immunodeficienza sono prive di uno o più componenti del sistema immunitario.
• Un lieve indebolimento del sistema immunitario può derivare anche da stress fisici ed emotivi.
• Le allergie sono causate da una sensibilità anomala ad antigeni presenti nel nostro ambiente, chiamati allergeni.
0COLLEGAMENTI
0
Figura 19.16
Linfocita B (plasmacellua)
Determinante antigenico
1 Allergene (granulo pollinico)
2 I linfociti B producono anticorpi
3 Gli anticorpi si attaccano al mastocita
Sensibilizzazione: esposizione iniziale all’allergene
Mastocita
Istamina
4 L’allergene si lega agli anticorpi del mastocita
5 Viene liberata istamina che causa i sintomi dell’allergia
Successiva esposizione allo stesso allergene
Le due fasi di una reazione allergica: