01 - IMMUNOLOGIA DI BASE

  

 IMMUNOLOGIA DI BASE

 di VASCO BORDIGNON

 

Il sistema immunitario è rappresentato da un insieme di tessuti, cellule e molecole la cui finalità è la difesa e la protezione dell’ospite contro gli agenti infettivi ma non solo.

E’ necessario comprendere i concetti base del sistema immunologico, dei suoi componenti e delle loro principali funzioni. In un successivo lavoro approfondiremo gli aspetti specifici della immunologia allergologica analizzando alcuni componenti del sistema immunologico generale: gli ALLERGENI, le CELLULE DENDRITICHE, il COMPLESSO MAGGIORE DI ISTOCOMPATIBILITA’ , i LINFOCITI B e i LINFOCITI T.

 

COMPOSIZIONE DEL SISTEMA IMMUNITARIO

 

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LE CELLULE DEL SISTEMA IMMUNITARIO

Originano dalle cellule staminali emopoietiche presenti nel midollo osseo  e qui si differenziano nel precursore mieloide comune e nel precursore linfoide comune.

 

 

 

 

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LA LINEA MIELOIDE

Il precursore mieloide comune dà origine ai globuli rossi, alle piastrine e ai leucociti (Globuli Bianchi - GB) che comprendono

  . i MONOCITI : cellule circolanti (2-10% dei GB che colonizzano i tessuti e si differenziano in MACROFAGI (MØ)

  - i POLIMORFONUCLEATI o GRANULOCITI chiamati così per la irregolarità delle loro forma nucleare e comprendono  (a)  i PN NEUTROFILI (PNN) sono i più rappresentati nella circolazione sanguigna (50-75% dei GB) e rapidamente reclutati nei siti di infezione dove, come i MØ, fagocitano i batteri (per cui MØ + PNN sono detti anche FAGOCITI. (b) i PN EOSINOFILI  (< 5%) e i PN BASOFILI (<1%) vengono reclutati prevalentemente nei tessuti infiammatori allergici e hanno un ruolo di difesa contro i parassiti.

- i MASTOCITI i cui precursori circolanti non sono ancora stati ben identificati e che si differenziano ugualmente nei tessuti. Giocano un ruolo importante nelle risposte allergiche.

- le CELLULE DENDRITICHE (DC, dendritic cell) . Le DC sono anch’esse delle cellule fagocitarie  ma la loro funzione essenziale è quella di trasformare gli antigeni (Ag) catturati e di presentarli ai LINFOCITI T per iniziare la RISPOSTA IMMUNITARIA ADATTATIVA.


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LA LINEA LINFOIDE

I precursori linfoidi comuni danno origine ai LINFOCITI T e ai LINFOCITI B che si differenziano rispettivamente nel TIMO e nel MIDOLLO OSSEO e ai LINFOCITI NATURAL KILLER (NK).

I linfociti sono responsabili della IMMUNITA’ detta ADATTATIVA o SPECIFICA ed esprimono sulla loro superficie un recettore dell’Antigene molto specifico.

I linfociti a riposo sono delle piccole cellule a citoplasma ridotto, scarso. Si riscontrano nel sangue (20-40% dei GB) e negli organi linfoidi secondari dove possono essere attivati dall’Ag e differenziarsi in cellule effettrici  (PLASMACELLULE per i linfociti B, CELLULE T EFFETTRICI per i linfociti T).

Le cellule NK non possiedono una vera e propria specificità antigenica e possono uccidere rapidamente delle cellule anomali (cellule tumorali o cellule infettate). Essi hanno un aspetto più largo e granuloso (large granular lymphocyte, LGL).

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GLI ORGANI E I TESSUTI LINFOIDI 

GLI ORGANI LINFOIDI PRIMARI sono le sedi della generazione dei linfociti: midollo per i linfociti B e il timo per i linfociti T

I linfociti poi migrano negli ORGANI LINFOIDI SECONDARI (OLS) per via ematica: linfonodi, milza, tessuti linfoidi associati alle mucose come le placche di Peyer, le tonsille o l’appendice.

Gli OLS sono i siti di attivazione dei linfociti dopo aver incontrato l’Ag (=sito di iniziazione della risposta immunitaria)-

I VASI LINFATICI drenano lo spazio liquido extracellulare dei tessuti verso i gangli linfatici poi verso il dotto toracico che poi si immette nella circolazione sanguigna. 

La linfa afferente ai linfonodi contiene delle DC che trasportano i loro antigeni e la linfa efferente contiene essenzialmente dei linfociti che circolano tra i linfonodi e il sangue.

 

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NOZIONI SULLA CIRCOLAZIONE DEI LINFOCITI

I linfociti che si sono sviluppati nel midollo osseo (B) o nel timo (T) e che non hanno ancora incontrato il loro Ag specifico sono chiamati LINFOCITI NAÏFS (vergini). 

Essi circolano in permanenza dal sangue verso gli OLS dove essi penetrano attraverso l’endotelio specializzato delle venule post-capillari (High entothelial venule HEV).

Dopo qualche giorno riguadagnano la circolazione sanguigna attraverso la linfa.

In caso di infezione i linfociti, che  riconoscono degli Ag nel linfonodo che drena il tessuto infetto, si arrestano, proliferano (attivazione) e si trasformano in CELLULE EFFETTRICI  che permettono di eliminare l’agente infettivo.  Sono le cellule dendritiche (DC) le cellule che trasportano gli antigeni del tessuto verso il linfonodo  drenante per attivare i linfociti . Le DC sono delle cellule che presentano l’antigene  (CPA). I linfociti effettori abbandonano il linfonodo per via linfatica e saranno reclutati nel tessuto infetto o infiammatorio per eliminarvi l’agente infettivo.

 

 

 

I PRINCIPI DELL’IMMUNITA’ INNATA E ADATTATIVA 

 

CARATTERI GENERALI  

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Due sistemi sono implicati nella risposta contro gli agenti infettivi: il sistema della immunità naturale e quello della immunità adattativa.

IL SISTEMA DELL’IMMUNITA’ INNATA O NATURALE rappresenta la prima linea di difesa contro le infezioni. Questo ruolo viene essenzialmente svolto dai fagociti (Macrofagi + Polimorfonucleati Neutrofili) che controllano numerose infezioni. La risposta innata si attua grazie al riconoscimento di molecole immodificate espresse dagli agenti patogeni (es. lipopolisaccaridi, peptoglicani), per mezzo di recettori che danno il via alla fagocitosi o all’attivazione dei fagociti. Il sistema del complemento può ugualmente essere attivato direttamente da alcuni batteri. La risposta innata è immediata ma poco specifica. Inoltre il sistema dell’ immunità innata non induce memoria immunologica in caso di reinfezione dello stesso patogeno.

IL SISTEMA DELLA IMMUNITA’ ADATTATIVA O ACQUISITA o SPECIFICA è rappresentato dai linfociti che permettono delle difese più specifiche e durature. La risposta viene detta adattativa in quanto si adatta in maniera molto specifica all’Antigene (Ag) implicato. Essa si rende necessaria quando la risposta innata non è stata capace di eliminare l’agente patogeno.

I linfociti esprimono recettori dell’Ag con specificità molto elevata (una sola specificità per linfocito) ma molto diversi permettendo di generare delle risposte specifiche contro virtualmente qualsiasi agente patogeno. Questa risposta è ritardata (4-5 gg) corrispodendo al tempo necessario per l’attivazione, l’espansione clonale e la differenziazione nelle cellule effettrici dei linfociti. Durante i primi giorni di una infezione solo l’immunità innata permette di controllare la proliferazione degli agenti patogeni e i loro effetti patologici.

Ci sono due tipi di linfociti: linfociti B che producono Immunoglobuline (Ig) o Anticorpi (Ac) che eliminano i microbi extracellulari, e i linfociti T che eliminano i patogeni intracellulari sia eliminando le cellule infette da un virus (linfociti CD8, citotossici), sia attivando i Macrofagi per uccidere i microbi fagocitati. Dopo attivazione alcuni linfociti specifici sopravvivono per parecchie decine di anni e si riattivano rapidamente in caso di reinfezione dello stesso agente patogeno: questo fenomeno corrisponde alla memoria immunitaria.

Vedremo come questi due sistemi sono intimamente legati nel loro funzionamento in quanto

a) – l’immunità innata gioca un ruolo essenziale nello scatenamento della risposta adattatativa, specialmente con l’attivazione delle cellule dendritiche;

b)- i meccanismi effettori della risposta adattativa utilizzano le cellule dell’immunità naturale conferendo loro una specificità, in modo particolare nell’ambito della fagocitosi degli agenti patogeni.

 

NB:  CD = CLUSTER OF DIFFERENTIATION. Si tratta della nomenclatura officiale delle molecole espresse alla superficie di tutte le cellule.  Ciascuna molecola è caratterizzata per il suo riconoscimento da un certo numero di anticorpi monoclonali (“cluster”) e l’attribuzione di un numero (CD1, CD2, etc.)  viene effettuato nel corso di una conferenza di consenso. Ogni CD corrisponde ad una proteina avente delle specifiche funzioni. Per esempio CD2 è una molecola di adesione espressa dai linfociti T. Alcuni CD sono dei marcatori specifici che permettono di utilizzarli per definire delle popolazioni : es. CD3+ = linfocito T; CD19+ = linfocito B; CD14+ = monocito).

 

IMMUNITA’ INNATA E INFIAMMAZIONE

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Nella maggior parte dei casi i microorganismi tentano di penetrare nell’organismo a livello degli epiteli che rappresentano una barriera anatomica.

Se riescono a superare questa barriera, i batteri sono intercettati dai macrofagi ivi residenti mediante dei recettori che innescano la fagocitosi (immagine sovrastante dove (1) il macrofago esprime  recettori specifici per vari costituenti del corpo batterico [freccia nera], (2) il batterio si lega ai recettori del macrofago, (3) il macrofago ingloba e digerisce il batterio)la secrezione di molecole solubili (immagine sottostante)

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I macrofagi quando incontrano nei tessuti dei batteri o altri tipi di microorganismi sono indotti a rilasciare citochine che aumentano la permeabilità dei vasi sanguigni, permettendo ai liquidi e alle proteine di passare nei tessuti. (1^ e 2^)

I macrofagi producono anche chemochine che orientano la migrazione dei neutrofili verso la sede della infezione.(1^-2^)

Riscontriamo anche un cambiamento nella adesività delle cellule endoteliali della parete dei vasi sanguigni permettendo a cellule ematiche di aderire alla parete e di attraversarla: il passaggio avviene prima per i neutrofili e poi per i monociti.  Queste cellule rappresentano le cellule infiammatorie principali. (2^ e 3^).

L’accumulo di liquido extracellulare e di cellule nel sito dell’infezione induce un rossore (rubor), un rigonfiamento (tumor), un calore (calor) e un dolore (dolor) che sono i 4 segni classici della infiammazione.

La fagocitosi e l’infiammazione locali possono essere attivate dall’ attivazione del complemento dalla parete batterica. I PNN sono le prime cellule reclutate nei siti d’infezione, spesso in grande numero. La loro emivita è corta, ed essi muoiono sul luogo molto rapidamente (formazione di pus). Vengono quindi reclutati dei monociti che possono differenziarsi localmente in macrofagi. Qualche giorno più tardi saranno reclutati dei linfociti.

 

IMMUNITA’ ADATTATIVA

RUOLO DELLE CELLULE DENTRITICHE NELL'AVVIO DI QUESTA IMMUNITA' 

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(1) La superficie esterna della cute presenta sempre dei potenziali patogeni [palline rosse].

(2) Una ferita sulla cute permette ai patogeni di superare questa barriera e di penetrare in ambienti dove possono vivere e moltiplicarsi. Qui i patogeni incontrano le difese della immunità innata (cellule dendritiche e macrofagi).

(3) Se queste non li eliminano, le cellule dendritiche  (DC) catturano i patogeni e i loro componenti e migrano attraverso la linfa verso i linfonodi drenanti.

(4) Le cellule dendritiche con il loro carico patogeno si portano nelle aree T del linfonodo e qui stimolano un ristretto numero di cellule T circolanti (in blu) specifiche per quel patogeno.

(5) Tale stimolazione delle cellule T innesca la risposta adattativa che veicola gli anticorpi e i linfociti T dal linfonodo al tessuto sede della infezione mediante i vasi linfatici e la via ematica.

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L’iniziazione della risposta adattativa dipende dalle Cellule Dendritiche (DC). Le DC sono delle cellule specializzate nella cattura e nella presentazione dell’antigene e costituiscono l'anello di congiunzione tra l'immunità innata e adattativa. Nei tessuti esse giocano un ruolo di sentinella del sistema immunitario e sono in grado di rilevare la presenza di microbi grazie a dei recettori specifici (presenti anche nei macrofagi). L’interazione dell’agente patogeno con questi recettori scatena la sua internalizzazione che può ugualmente effettuarsi nelle DC per macropinocitosi (costitutivo nelle DC, permette di catturare qualsiasi tipo di materiale extracellulare compresi dei virus). Contrariamente ai MØ e ai PNN, che hanno come funzione essenziale la distruzione dei patogeni ingeriti, le DC trasportano gli Antigeni verso gli organi linfoidi secondari e li presentano ai linfociti T. Questa migrazione delle DC fa parte di un processo detto di MATURAZIONE che è una tappa chiave nella iniziazione della risposta adattativa.

Nella immagine

(1) La cellula dendritica cattura il patogeno e lo ingloba.

(2) (3)  Il patogeno all'interno della cellula dentritica viene degradato in piccoli peptidi e aminoacidi  (2 e 3). 

(4) Alcuni di questi peptidi vengono legati all’interno della cellula ad alcune proteine chiamate molecole MHC (ne parleremo più avanti), le quali trasportano i peptidi sulla superficie della cellula dendritica.

(5) Una volta presente in superficie questo complesso (MHC+ peptide) diventa accessibile ai recettori dei linfociti T circolanti. Il peptide può considerarsi anche  come un antigene. Se vi è corrispondenza tra antigene e il recettore della cellula T , i linfociti T restano legati alla cellula dendritica  per essere stimolati a divedersi e a differenziarsi.

 

LA SELEZIONE CLONALE DEI LINFOCITI

 

La prima nozione fondamentale dell’ immunità adattativa è che il suo principio funzionale risiede sul fenomeno della selezione clonale dei linfociti.

Le difese innate sono limitate dal fatto che esse si fondano sul riconoscimento dei microorganismi attraverso dei recettori germinali e invariabili. Ora i microorganismi possono evolvere più rapidamente del loro ospite. Per esempio numerosi batteri hanno sviluppato una capsula che impedisce la fagocitosi. Questi batteri possono nondimeno essere catturati dalle cellule dendritiche mediante macropinocitosi che ne presenta gli Ag ai linfociti. I linfociti utilizzano dei recettori dell’Ag estremamente specifici permettendo il riconoscimento di un numero virtualmente infinito di Ag. self_e_non_self_ Già nel 1958 Macfarlane Burnett propose la teoria della selezione clonale i cui postulati sono:

(1) Ogni progenitore linfoide dà luogo ad una discendenza molto numerosa di linfociti, ognuno dei quali esprime un recettore di specificità unica, ovvero uno specifico recettore per l’antigene

(2) I linfociti che si trovano ad avere recettori capaci di legarsi ad antigeni self (propri) ubiquitari vengono eliminati prima di giungere ad una completa maturazione, attuando così una tolleranza verso questi propri (self) antigeni. 

 (3) (4) Se un antigene estraneo interagisce con il linfocito maturo vergine (naive), il linfocita si attiva ed inizia a dividersi dando luogo ad un clone di discendenti identici, che quindi portano un recettore della stessa specificità (espansione clonale) e capace di produrre degli Ac clonotipici (= generati dallo stesso clone di linfocito e quindi della medesima specificità)

Quando l’antigene è stato eliminato da queste cellule effettrici, la risposta immunitaria si arresta, ma qualche linfocito viene mantenuto per la memoria immunologica. 

 

Questa teoria si è rivelata esatta. Ogni linfocito esprime un recettore di specificità unica e la specificità di ogni linfocito è differente. 

I linfociti di un individuo portano complessivamente miliardi di specificità antigeniche ( 1014 ) che costituiscono il repertorio linfocitario.

Ma fu solo dopo circa 20 anni dalla proposizione di Burnett che i meccanismi molecolari della diversità del repertorio dei recettori furono identificati da Susumu Tonegawa.

. il recettore dell’Antigene dei linfociti B è una immunoglobulina di superficie chiamata  BCR (B Cell Receptor).

. il recettore dell’Antigene dei linfociti T è chiamato TCR ( T Cell Receptor).

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Le immunoglobuline e i recettori dei T linfociti rappresentano le molecole di riconoscimento altamente variabili della immunità adattativa.

I recettori dei B linfociti, conosciuti anche come immunoglobuline, espressi sulla loro  superficie riconoscono il patogeno. Le cellule B effettrici , chiamate plasmacelluile, secernono le forme solubili di tali immunoglobuline che vengono chiamate anticorpi.

I recettori dei T linfociti sono espressi sulla superficie cellulare solo come recettori di riconoscimento, mai come proteine solubili.

Le immunoglobuline (a sx) sono costituite da due differenti polipeptidi, dette catene pesanti e leggere. Ciascuna immunoglobulina, a foma di Y, consiste in due identiche catene pesanti e due identiche catene leggere. Entrambe poi hanno una regione variabile (che differisce nella sequenza aminoacidica da una Immunoglobulina all’altra) e una regione costante (altamente conservata tra le immunoglobuline).

Le regioni variabili contengono i siti di legame degli antigeni.

Le immunoglobuline sono fissate alla cellula attraverso due regioni trans-membrana.

Gli anticorpi sono identici alle immunoglobuline di superficie ma prive delle regioni trans-membrana.

Il recettore dei T linfociti (a dx)  è costituito da una catena α (TCRα) e da una catena β (TCRβ), entrambe fissate alla membrana della cellula T. Anche queste catene sono costituite da una regione variabile e di una regione costante, e la regione variabile forma il sito di legame per l’antigene.

 

ORIGINE DELLA DIVERSITA’ DEI RECETTORI ANTIGENICI DEI LINFOCITI

il  RIARRANGIAMENTO DI SEGMENTI GENICI

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Uno dei problemi posti dalla diversità dei recettori dei linfociti era quello di spiegare come questa diversità potesse essere così grande, così importante quando il numero dei geni corrispondenti era limitato.  Susumu Tonegawa risolse questa questione nel 1976 dimostrando che i geni delle parti variabili delle Immunoglobuline erano rappresentati dalla giustapposizione di una serie di geni inizialmente in posizione germinale. Durante lo sviluppo linfocitario, questi segmenti genici si sono uniti  in modo casuale mediante un processo irreversibile di ricombinazione di DNA (riarrangiamento). Una volta riuniti, questi segmenti formano un gene completo codificante per la parte variabile di una catena di Immunoglobuline.  Ogni processo di riarrangiamento  è specifico e unico per ciascun linfocito. Lo stesso riarrangiamento si produce per la parte variabile di un’altra catena di Immunoglobulina e le due catene portanti ciascuna un sito di legame antigenico  formano la molecola Immunoglobulinica espressa alla superficie del linfocito. Questo meccanismo permette di generare un numero molto grande di proteine differenti a partire da un numero limitato di segmenti genici. Come ciascun linfocito riarrangia dei segmenti di geni differenti, questo permette di esprimere un recettore di specificità unica.  Infine siccome questo riarrangiamento è irreversibile a livello di DNAm ogni discendenza di ciascuna linfocito erediterà la stessa specificità antigenica (clone). Più tardi fu dimostrato che un meccanismo identico opera per il TCR. Tuttavia come vedremo, contrariamente al BRC, ogni TRC possiede un sito unico di legame antigenico.


SVILUPPO DEI LINFOCITI ED OMEOSTASI

Durante il loro sviluppo i linfociti immaturi esprimono dei recettori specifici dell’Antigene del self (ciò si produce in quanto il fenomeno di riarrangiamento dei geni del BCR o del TCR è puramente casuale) e, interagendo con tali antigeni nel midollo osseo (B) o nel timo (T), vengono eliminati.

Esistono ugualmente dei fenomeni di omeostasi negli OLS (Organi Linfoidi Secondari) che dipendono dalla interazione con le molecole del self. Così, nonostante che siano prodotti milioni di linfociti quotidianamente  durante la vita di un individuo, il loro numero resta relativamente stabile.  I fenomeni di omeostasi permettono di regolare molto bene il numero die linfociti diminuendolo per es. alla fine dei una risposta immunitaria durante la quale il numero dei linfociti è proliferato , o aumentandolo per es. in caso di linfopenia d’origine infettiva o medicamentosa. Questa regolazione è sotto la dipendenza dei segnali ricevuti per mezzo del  TCR o del BCR.

 

ATTIVAZIONE DEI LINFOCITI E DELLE CELLULE MEMORIA

 

La grandissima diversità del repertorio dei recettori dell’ antigene linfocitario assicura che ogni antigene possa essere riconosciuto dal almeno qualche linfocito. Il numero di questi linfociti specifici, invece, è debole e insufficiente per combattere un agente infettivo. E’ per questo che una delle fasi essenziali dell’ attivazione linfocitaria è la proliferazione o espansione clonale.

-LINFOCITI_ATTIVATI_-_sistema_immunitarioQuesta fase ha luogo negli organi linfoidi secondari, luogo dove i linfociti naïfs (vergini)  e le DC si incontrano.  L’attivazione linfocitaria induce delle modificazioni morfologiche: i linfociti si trasformano in linfoblasti (aumento di dimensioni, diminuzione della densità della cromatina) poi si dividono fino a 4 volte ogni 24 ore per 3-4 giorni. Così un linfocito può dare origine ad un clone  di 1000 cellule. I linfociti si differenziano poi in cellule effettrici: i linfociti B si trasformano in plasmociti che secernono delle immunoglobuline, i linfociti T in cellule killer o helper (ausiliarie). La maggior parte dei linfociti che si sono moltiplicati nell’ambito di una risposta immunitaria vanno a morire per apoptosi  alla fine della risposta, allorquando l’agente infettivo è stato eliminato (= fenomeno di contrazione). Un certo numero di linfociti tuttavia sopravvivono per molto più a lungo e vanno a costituire il pool delle cellule memoria, e ciò spiega il fenomeno della memoria immunitaria.

 

RISPOSTE PRIMARIE E SECONDARIE


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ESEMPLIFICAZIONE DI RISPOSTA PRIMARIA E RISPOSTA SECONDARIA

Esempio di una immunizzazione sperimentale di un animale di laboratorio mediante una vaccinazione.

Sull’asse verticale quantità misurata di anticorpo patogeno-specifico presente nel siero dell’animale; sull’asse orizzontale è riportato il tempo.

•Giorno 1: l’animale viene vaccinato per il patogeno A. Dopo una fase di latenza (fase lag), i livelli di anticorpi contro il patogeno (evidenziati in blu) aumentano di giorno in giorno fino a raggiungere il picco massimo alla seconda settimana, poi decrescono lentamente.
•Giorno 60: si esegue una seconda immunizzazione con un vaccino contro il patogeno A e anche contro il patogeno B. Vediamo che dopo 5 gg abbiamo un risposta anticorpale rapida ben pià grande della risposta primaria, mentre la risposta contro il patogeno B (in giallo) sta sviluppando la classica risposta primaria, dimostrando che le due risposte sono altamente specifiche.

Come si può vedere la risposta primaria è misurabile già dopo 4-5 gg, mentre la risposta secondaria è più rapida e più potente della primaria e gli anticorpi prodotti hanno una affinità superiore.  Questo fenomeno è dovuto ai linfociti B memoria capaci di attivarsi più rapidamente e di produrre più anticorpi.

Lo sviluppo di una memoria immunitaria protettiva è lo scopo ricercato dalla vaccinazione.

 

NOZIONE SUI MECCANISMI DI AZIONE LINFOCITARIA

 

La seconda nozione fondamentale della risposta adattativa è che l’attivazione di un linfocito necessita di due segnali

 Il primo segnale è il riconoscimento dell’antigene per mezzo del BCR o del TCR.

Questo segnale specifico è nondimeno insufficiente per attivare un linfocito, ed un secondo segnale chiamato segnale di costimolazione deve essere simultaneamente rilasciato: 

 - linfocito T: i due segnali sono forniti dalla medesima cellula, la cellula presentatrice dell’antigene (CPA) o più specificamente dalla DC (cellula dendritica) che è la sola CPA capace di attivare un linfocito T naïf (vergine)

 - linfocito B: il secondo segnale è liberato da un linfocito T effettore di tipo ausiliario (CD4).

 

I MECCANISMI DI RICONOSCIMENTO

 

ED EFFETTORI DELLA IMMUNITA’ ADATTATIVA

 

La complessità dei meccanismi effettori dell’ immunità (riassunta nella immagine sovrastnte) risiede in parte  dal fatto che esistono numerosi agenti patogeni con modi di infezione e di localizzazioni diverse che necessitano perciò risposte differenti. Fondamentalmente e sintetitcamente  le cellule coinvolte e i loro meccamismi sono:

 - I FAGOCITI (PNN, MØ) hanno per funzione di eliminare rapidamente i patogeni per mezzo della fagocitosi.

 - I LINFOCITI B e più precisamente gli Anticorpi eliminano i patogeni extracellulari (es. Batteri) e neutralizzano le tossine microbiche.

 - I LINFOCITI  T scoprono ed eliminano i patogeni intracellulari (es. virus).

Come vedremo poi in dettaglio, l’immunità adattativa utilizza in gran parte gli effettori dell’immunità innata per eliminare i patogeni in modo specifico.

 

FUNZIONI EFFETTRICI DEI LINFOCITI B


La produzione di anticorpi o Immunoglobuline è la sola funzione effettrice dei linfociti B e corrisponde alla risposta detta umorale
. Gli anticorpi, come detto, agiscono sui patogeni extracellulari e sui loro prodotti tossici.

La struttura della parte costante di una Immunoglobulina definisce il suo ISOTIPO (IgG, IgA, IgM, IgD o IgE) e le sue funzioni, come, in particolar rmodo, il suo legame a certi recettori di membrana (recettori per la porzione Fc delle Immunoglobuline o FcR).  Questi recettori per le Immunoglobiline sono espressi in modo particolare sulle cellule mieloidi  e la parte costante delle Immunoglobuline permette così di dirigere gli Antigeni (Ag)  che  vi sono legati verso queste cellule.

-AZ-ANTICORPI360I tre principali meccanismi d’azione degli Ac (Anticorpi )sono: 

 - Neutralizzazione. Gli anticorpi possono legarsi a delle tossine microbiche ed impedire loro di legarsi al loro recettore e quindi i loro effetti patogenici. I virus possono così essere neutralizzati per mezzo di Ac specifici nell’ambiente extracellulare impedendo la fissazione ai loro recettori;

 - Opsonizzazione. Gli Ac non hanno effetto neutralizzante sui batteri. Il ruolo degli Ac legati ai batteri è di permettere la loro fagocitosi e la loro distruzione. Questo è importante per i numerosi batteri che sono resistenti ai meccanismi innati della fagocitosi. In modo più generale l’opsonizzazione corrisponde ad una marcatura dei patogeni per mezzo di fattori solubili che li rende riconoscibili ai fagociti.

 - Attivazione del complemento. Il sistema complementare è costituito da un insieme di proteine plasmatiche che si attivano a cascata  e possono condurre alla lisi diretta dei batteri e soprattutto alla loro opsonizzazione  e alla produzione di peptidi infiammatori. L’attivazione del complemento avviene attraverso l’interazione diretta con la superficie di alcuni batteri o dopo il legame dell’Immunoglobulina con il loro Ag (porzione costante)

 

FUNZIONI EFFETTRICI DEI LINFOCITI T

Numerosi agenti infettivi si moltiplicano all’interno delle cellule (patogeni intracellulari) e sono quindi inaccessibili agli Anticorpi. Le risposte contro questi agenti dipendono dai linfociti T e sono chiamate risposte cellulari.


I LINFOCITI CITOTOSSICI

-CD8_CITOTOS361

I^- La cellula viene infettata dsl virus

2^- Nel citoplasma della cellula vengono sintetizzate nuove proteine virali 

3^- Alcune di queste proteine vengono degradate nel citoplasma e alcuni frammenti peptidici di queste proteine virali vengono trasportati all'interno del reticolo endoplasmatico ove vengono legati dalle molecole MHC di classe I (vedi più avanti) 

4^- Le molecole MHC di classe I trasportano questi peptidi sulla superficie cellulare

5^- La cellula T citotossica riconosce il complesso tra peptide virale e MHC di classe I e induce la lisi della cellula infettata.

Il meccanismo più diretto mette in gioco dei linfociti T citotossici che sono capaci di riconoscere una cellula infettata da un virus e di ucciderla prima che il ciclo di replicazione virale sia completo.  I linfociti T citotossici esprimono classicamente alla loro superficie la molecola CD8. I meccanismi di citotossicità cellulari mettono in gioco degli enzimi chiamati caspasi (sono delle particolari proteasi) la cui attivazione conduce alla produzione di una endonucleasi che va a distruggere l’ADN della cellula bersaglio (apoptosi).

 

I LINFOCITI T AUSILIARI (helper, Th)

Rappresentiamo le due principali funzioni di questi linfociti

a - ATTIVAZIONE dei MACROFAGI

-CD4-macrofago362

1^- in un tessuto infettato da un batterio il macrofago ivi residente ingerisce questi batteri extraxcellulari , degrada le loro proteine in peptidi all'interno delle sue vescicole endocitarie.

2^- In queste vescicole le molecole di MHC di classe II (vedi più avanti) si legano ai peptidi batterici

3^- Questi peptidi batterici vengono portati dalle molecole MHC di classe II sulla superficie cellulare

4^- Sulla superficie cellulare questi peptidi vengono riconosciuti da un linfocito T CD4 helper. Tramite questo contatto e il rilascio di citochine, la celliula T helper attiva il macrofago per renderlo più effeiciente nella eliminazione dei batteri.

b - ATTIVAZIONE DEI LINFOCITI B

-CD4ANTICORPI363

1^- Dal sito di infezione i patogeni attraverso la linfa vengono veicolati nel linfonodo drenante. Qui una cellula B specifica per il patogeno si lega allo stesso attraverso l'immunoglobulina di superficie. Il batterio così legato viene ingerito dalla cellula (mediante endocitosi) e le sue proteine vengono diìgeritein peptidi.

2^- I peptidi batterici vengono legati nelle vescicole endocitarie alle molecole MHC della classe II (vedi più avanti) 

3^- Le molecole MHC di classe II trasportano questi peptidi batterici sulla memmbrana cellulare

4^- Qui, sulla membrana, possono essere riconosciuti dal recettore per l'antigene di un linfocito T CD4 helper . Attraverso questo contatto cellulare e la secrezione di citochine , la cellula T helper completa l'attivazione del linfocito B che quindi si dividerà, si differenzierà in plasmacellula che secernerà l'anticorpo specifico per quel batterio.

 

Quindi come evidenziato vi è un’altra classe di linfociti che portano il marcatore CD4 e che giocano un ruolo centrale nelle risposte antiinfettive.

Questi linfociti hanno per funzione quella di attivare le cellule con le quali interagiscono e sono chiamati linfociti ausiliari o herper (Th).

 Esistono due classi maggiori di linfociti Th chiamate:

 - I LINFOCITI TH 1 rappresentano le cellule più importanti per le difese contro i batteri intracellulari. E’ il caso per es. dei micobatteri che risiedono esclusivamente nei fagosomi del MØ. All’interno dei MØ non attivati, questo fagosomi non si fondono con i lisosomi che contengono gli enzimi necessari  alla distruzione dei micobatteri. Questi ultimi possono quindi persistere e anche moltiplicarsi.  Per eliminarli i MØ hanno bisogno di essere attivati da linfociti Th1. L’interazione tra MØ e cellula Th1  ha pure come ruolo maggiore quello di produrre delle citochine e chemiochine che vanno ad organizzare e a controllare la risposta immunitaria reclutando ad es. altri MØ sul sito della infezione.

 - I LINFOCITI  Th2 hanno il ruolo di aiutare l’attivazione dei linfociti B per il controllo di certi patogeni extracellulari. Infatti per attivare i linfociti B, la maggior parte degli Ag necessitano di un segnale in più dai linfociti T CD4. Si parla di antigene timo-dipendente proprio per il ruolo del timo nello sviluppo dei linfociti T.

 - Altre classi di cellule Th esistono : Th17 e regolatori Treg (ne riparleremo nie prossimi lavori).

 

MECCANISMO DI RICONOSCIMENTO DELL’ANTIGENE DA PARTE DEI LINFOCITI

-BRC_TRC_sistema_immunitario

Esiste una maggiore differenza nel meccanismo di riconoscimento dell’Ag da parte dei linfociti B e T.

 - Le Immunoglobuline di superficie dei linfociti B (BCR) sono capaci di riconoscere determinanti antigenici presenti in una proteina nativa.

 - L’antigene riconosciuto dai TCR dei linfociti T è un frammento proteico o un peptide presentato alla superficie delle cellule per mezzo di proteine i cui geni sono situati nel complesso maggiore di istocompatibilità o MHC (così inizialmente chiamati in ragione del loro ruolo nel rigetto del trapianto). Nell’uomo le molecole codificate da questi geni sono chiamate Human Leukoytes Antigen o HLA. La funzione maggiore delle molecole del CMH (che furono scoperte secondariamente) è quello di presentare dei peptidi ai linfociti T.

 

IL COMPLESSO MAGGIORE DI ISTOCOMPATIBILITA’

( o MHC : Major Histocompatibility Complex)

 

_-_fig_3.08_-Le molecole del MHC sono delle glicoproteine di membrana la cui parte extracellulare distale forma una tasca dentro la quale viene  trovarsi il peptide antigenico che si è legato alla molecola del MHC  durante la sua sintesi.

Esistono due classi di molecole del MHC chiamate classe I e II che differiscono per la loro struttura e per le loro funzioni.

Tutte le molecole del MHC sono composte da due catene dette alfa e beta.

Ciò che riconosce il TCR è quindi un complesso costituito da una molecola del MHC associato ad un peptide antigenico suddetto. Ciò implica che esistano delle cellule capaci di presentare questi peptidi ai linfociti T: queste sono le cellule presentatrici dell’antigene (CPA) che abbiamo visto precedentemente.

Le differenze più importanti tra le molecole del MHC di classe I e II concerne l’origine dei peptidi che esse presentano.

 Le molecole di classe I presentano dei peptidi derivati da proteine sintetizzate nel citosol (origine endogena o intracellulare) e possono così presentare in particolare  dei peptidi provenienti da proteine virali.

 Le molecole di classe II presentano dei peptidi derivati da proteine esogene o extracellulari che sono ritrovate nelle vescicole intracellulari conseguenti alla cattura antigenica (fagosomi, endosomi).

 

Riconoscimento delle molecole del MHC da parte dei linfociti T.

I complessi CMH-peptidi sono riconosciuti dai 2 tipi di linfociti T: 

 - le molecole di classe  I presentano dei peptidi virali riconosciuti da parte dei linfociti T citotossici che esprimono la molecola  CD8  e che possono uccidere la cellula infettata. Richiamo la figura e il commento:

_-_fig_3.10_-_x_cd8

le molecole di classe I presentano dei peptidi che derivano da proteine sintetizzate nel citosol (quindi di origine endogena o intracellulare) e ciò permette in particolare di presentare peptidi provenienti da proteine virali. Questi peptidi legati a queste molecole di classe I possono essere riconosciuti dai linfociti effettori T citotossici virus-specifici (TC), che provvedono poi a lisare la cellula infettata.

- le molecole di classe II presentano dei peptidi che saranno riconosciuti dai linfociti T CD4  o ausiliari che possono attivare i Macrofagi (a) o i linfociti B (b). Il legame del complesso MHC –peptide dal TCR viene stabilizzato dai co-recettori CD4 o CD8: la molecola CD4 riconosce una parte della molecola di classe II  mentre  la molecola CD8 riconosce una parte della molecola di classe I.

_-_fig_3.11-_x_cd4_helper

(a) Le molecole di classe II presentano peptidi derivanti da proteine esogene o extracellulari che si riscontrano nelle vescicole intracellulari a seguito della loro cattura da parte dei macrofagi o di cellule dendritiche.

In questa immagine un macrofago residente in un tessuto infettato fagocita i batteri (extracellulari) e nelle sue vescicole endocitiche degrada le loro proteine in peptidi. Le molecole MHC di classe II si legano ai peptidi e li veicola sulla superficie cellulare  del macrofago stesso, dove possono essere riconosciuti da linfocito T CD4 helper (TH). Con questo contatto e con il rilascio di citochine, il linfocito T helper attiva il macrofago che riesce così ad essere più efficiente nella eliminazione dei batteri.

_-_fig_3.13_x_t_attiva_b_

(b) Un’altra possibilità è quella che i patogeni ( in questo caso batteri) vengano trasportati dalla linfa reflua dal tessuto infetto nel linfonodo che drena tale tessuto. Nel linfonodo una cellula B specifica per quel patogeno si lega a quest’ultimo attraverso l’immunoglobulina presente sulla superficie del B linfocito. Il batterio così legato viene portato all’interno (endocitato) e le sue proteine vengono digerite in peptidi. Alcuni di questi peptidi vengono in queste vescicole  legati alle molecole di classe II e trasportati verso la superficie cellulare dove potranno essere riconosciuti dal recettore per l’antigene di un linfocito T CD4 helper (TH). Mediante queste contatto e la secrezione di citochine questo T linfocito helper coadiuva alla totale attivazione del linfocito B, che si dividerà e si differenzierà in plasmacellula che a sua volta secernerà anticorpi contro il batterio stesso.

 

Fonti documentali fondamentali

Parham Peter. Il sistema immunitario. Edises srl, Napoli, 2011

Murphy K, Travers P, Walport M. Janeway’s Immunobiologia.Piccin Nuova Libraria, Padova, 2010

Abbas AK, Lichtman AH. Immunologia cellulaere e molecolare. Masson-Elsevier, Milano, 2006