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