Immunologia ed Immunopatologia - Appunti

Immunologia

Lezione 1 - 03/03

Il termine immunologia deriva dall'immunità di alcuni romani a non pagare le tasse. I primi esempi di osservazione immunologica risalgono all'antica Grecia durante la peste di Atene. Altro esempio è il vaccino antivaiolo di Jenner. Pasteur lavora poi sul colera dei polli lavorando sul batterio che poi verrà chiamato pastorella.

L'immunologia studia le cellule e le molecole implicate nel proteggere l'organismo dai microbi (virus e batteri). In soggetti particolari (allergie), vi possono essere reazioni anche verso molecole non patogene. In altri casi si scatenano patologie autoimmuni con una risposta errata verso il "self". Non tutti i microrganismi danno una patologia. Noi ci difendiamo continuamente dalla colonizzazione batterica tramite barriere, immunità innata ed adattativa.

Le barriere rappresentano la cute e le mucose. La cute è un'ottima difesa contro l'aggressore grazie allo strato di creatina, grazie alle ghiandole sudoripare e sebacee che producono molecole con attività anti-microbica. I grandi ustionati, per l'assenza di cute, sono spesso soggetti ad infezione. Noi siamo comunque colonizzati a livello di superfici esposte: se ci si sottopone ad una terapia antibiotica c'è il rischio di danneggiare microrganismi commensali.

Anche le cellule dell'uomo sono in grado di produrre molecole ad attività antibiotica: defensine e catelicidine. Queste molecole alterano la membrana batterica facendolo esplodere per osmosi (a livello della cute certe cellule producono defensine). Alcune defensine funzionano anche da anti-virali.

Le cellule del sistema immunitario oltre ad attaccare gli invasori mandano segnali anche ad altre cellule. Le defensine attivano cellule del sistema immunitario. Le cellule del Paneth sono adibite principalmente alla produzione delle defensine. Le defensine vengono rilasciate a livello del muco che ricopre la cripta.

I sistemi innato ed adattativo non sono completamente separati. Le cellule del sistema innato ci difendono immediatamente dal microrganismo che cerca di colonizzarci. Le cellule dell'immunità adattativa hanno un certo periodo di latenza prima di attivarsi.

Le cellule dell'immunità innata sono le più importanti poiché sono sempre presenti e rispondono alla stessa maniera ai microrganismi (senza memoria). Le cellule dell'immunità naturale hanno una capacità fagica e cercano di distruggere immediatamente l'invasore.

In caso di virus che infetta direttamente una cellula le cellule NK (natural killer), sono in grado di eliminare le cellule infette. Le cellule capiscono cosa devono mangiare in base a recettori esposti sulla superficie.

Per esempio un GRAM- presenta molto lipopolisaccaride in superficie che è esclusivo dei batteri. I recettori dell'immunità naturale riconoscono recettori che sono tipici di più tipi di batteri (come il LPS). Altro esempio sono recettori che riconoscono la flagellina. Si tratta di recettori verso i PALP (strutture simili nei microrganismi diversi).

Queste strutture sono fondamentali per la vita del microrganismo e sono presenti solo sui patogeni. La famiglia più conosciuta di questi recettori sono i TOLL-like receptor. Il TOLL è un gene della Drosophila.

Si è osservato che in Drosophile con alterazione del gene TOLL si verificano più frequentemente infezioni. Il gene TOLL produce un agente antimicotico. Nel nostro genoma sono presenti 10 geni TOLL-like che codificano per recettori. Nel nostro organismo servono per identificare l'entrata di un batterio o di un virus ed identificare la tipologia di microrganismo.

Questi permettono un'attivazione del sistema immunitario a seconda del tipo di microrganismo. I TOLL-like receptor sono anche all'interno della cellula. Anche molte cellule non immunologiche (cellule epiteliali), possono esprimere i TLR. I TLR sono i più importanti recettori della cellula ma non sono i soli.

Esistono recettori per il mannosio che è presente solo nei batteri. Oltre ai recettori sono presenti molecole solubili presenti nei liquidi interstiziali e nella linfa. Queste quando riconoscono qualcosa sui procarioti cambiano struttura ed interagiscono con il sistema immunitario.

La proteina C reattiva è presente quando riconosce la fosfocolina batterica. Una categoria di cellule presenta in ogni suo elemento gli stessi recettori. Si tratta di strutture "non self" e quindi le cellule del sistema immunitario naturale non danno reazioni autoimmuni.

Le cellule dell'immunità naturale, riconoscono anche qualcosa di "self": sono molecole che normalmente non vengono prodotte dalle cellule ma solo in caso di infezione e si tratta dell'I-Shock protein.

I polimorfonucleati neutrofili sono i più rappresentati nella formula leucocitaria. La loro emivita è al massimo di 12 ore e quindi il midollo si sforza per un continuo ricambio. I granulociti neutrofili vengono attivati nello spazio extravasale dalle citochine prodotte dalle cellule con TLR a seguito di riconoscimento con un microrganismo.

Le cellule endoteliali sotto l'effetto delle citochine esprimono delle selettine sulla superficie che vengono riconosciute dal polimorfonucleato. In questo modo tramite delle chemochine le integrine interagiscono con il polimorfonucleato. In questo modo per diapedesi si passa nello spazio extracellulare. Il leucocito segue le chemochine fino al focolaio infiammatorio. Le chemochine si diffondono per gradiente dall'endotelio.

Lezione 2 - 04/03

La produzione di granulociti neutrofili viene stimolata da un particolare fattore prodotto da varie cellule implicate o meno nella difesa. Il fattore può essere utilizzato a livello farmacologico dopo un trapianto di midollo osseo per una rapida crescita.

I macrofagi sono cellule che escono dal midollo osseo come monociti e dopo alcuni giorni le ritroviamo nei vari tessuti. Nei tessuti svolgono un'azione di controllo; a livello della milza e del fegato eliminano tutte le cellule morenti. La loro attività è quella fagica andando ad inglobare qualcosa che hanno riconosciuto (tramite vari recettori).

Le vescicole lisosomiali sono ricche di enzimi litici che fondendosi con il fagosoma vanno a distruggere l'organismo inglobato. Nell'infiammazione cronica gli enzimi lisosomiali vanno ad intaccare i tessuti a causa di una iperattivazione dei macrofagi. Il macrofago ha anche la funzione di produrre citochine per il reclutamento dei polimorfonucleati.

Ultima caratteristica di questi macrofagi è la produzione di sostanze implicate nel rimaneggiamento del tessuto infiammato. Alcuni microrganismi possono sfuggire alla digestione dei macrofagi a causa di una parete efficace (tubercolosi).

L'HLA è il Human Leucocyte Antigens. Sono alloantigeni che differiscono tra più individui presenti sui globuli bianchi. La tipizzazione HLA si esegue su un normale prelievo di sangue. Successivamente si è osservato che gli antigeni di HLA sono presenti su tutte le cellule dell'organismo (poco presenti solo sui globuli rossi).

Con l'arrivo dei trapianti di organo si osservano le reazioni di rigetto: i geni che determinano il rigetto sono gli HLA. Gli stessi antigeni chiamati HLA sono quindi implicati nel rigetto dei trapianti detti anche MHC. Nella realtà le HLA sono utili durante un'infezione virale: formano delle tasche sulla superficie delle cellule, le HLA portano le proteine virali.

Le HLA non sono in grado di riconoscere i frammenti virali e per questo portano all'esterno tutte le proteine (frammenti) prodotte dalla cellula. Normalmente saranno peptidi "self". I globuli rossi non hanno le HLA in quanto non possiedono il nucleo.

Esistono HLA di classe I e II. Le molecole di classe I hanno una catena α che forma ripiegamenti (tre domini). Le α1 e α2 formano una tasca dove si va a posizionare il peptide. Le HLA possiedono dei peptidi che vengono riconosciuti dai linfociti T citotossici CD8. La molecola CD8 va a riconoscere una sequenza amminoacidica nella regione α3.

Le HLA di classe II possiedono un eterodimero formato da una catena α ed una β. L'α1 e β1 servono a comporre la tasca che ospiterà il peptide. Il β2 del HLA II riconosce i linfociti T CD4 positivi.

Le molecole HLA sono delle molecole poligeniche presenti in tre locus poligenici (MHCI a,b,c; MHCII dp, dq dr). I geni sono codominanti. Oltre che poligenici sono i geni più polimorfici conosciuti nell'uomo: questo rende difficili i trapianti di organo. Le diverse tipologie di HLA implicano che ad una stessa infezione virale vengano esposti differenti antigeni.

Questo comporta una differente risposta individuale alle infezioni virali. In ogni tipo di tasca (6), possono entrare 1000 peptidi differenti. Le HLA vengono codificate dal cromosoma 6 che ha una frequenza di crossing over molto bassa. Questo implica una maggiore compatibilità tra fratelli: esiste un 25% di probabilità che un fratello erediti gli stessi aplotipi dai genitori.

La compatibilità non è comunque completa poiché le HLA sono i fattori maggiori ma i minori non vengono ereditati in blocco. Le HLA di classe I sono presenti su tutte le cellule; le classe II sono invece presenti solo su alcune cellule APC (antigen presenting cells). Tutte le cellule sono in grado di presentare peptidi ma le APC sono in grado di presentare peptidi presi anche dall'esterno (esogeni).

Si tratta dei linfociti B, i macrofagi e le cellule dendritiche. Le cellule atte alla vigilanza in presenza di un'infezione producono l'interferone γ che ha lo scopo di stimolare le cellule vicine alla produzione maggiore di MHC per migliorare l'esposizione degli antigeni.

Chi ha determinati HLA ha una probabilità maggiore di sviluppare una patologia autoimmune (B27 per esempio). La tipizzazione può essere fatta in due diversi modi: sierologica o molecolare. La molecolare è la più nuova e viene utilizzata per il trapianto di midollo. La sierologica viene fatta per contatto diretto tra vari sieri.

L'HLAG sono importanti quando si ha in contatto con HLA diverse dalla proprie come in caso di gravidanza (non rigetto del feto nonostante abbia HLA differenti). Il trofoblasto presenta poche HLA di tipo I mentre presenta le HLAG che hanno un'azione inibitoria sulle cellule della madre che si potrebbero attivare.

Sulle catene α e β delle HLA le zone soggette a polimorfismo sono quelle che formano le tasche. Le α3 e β3 sono invece stabili per il riconoscimento da parte di CD4 e CD8.

Lezione 3 - 10/03

Il complemento è un sistema effettore dell'immunità innata ma si può anche attivare a seguito dell'attivazione dell'immunità adattativa. Il complemento è rappresentato da diverse proteine che si attivano tramite tre vie. Fu scoperto tramite l'esperimento di Bardet che dimostra che nel siero era presente una componente che si deattivava se riscaldata.

Le proteine del complemento sono presenti in circolo sotto forma di zimogeni: un enzima attivato va ad attivare il successivo (cascata). L'attivazione avviene tramite il legame del primo componente con un anticorpo o una struttura batterica. Si tratta di sistemi efficienti poiché consentono un'attivazione ed una deattivazione solo se necessaria.

Le funzioni sono la lisi cellulare, favorire la fagocitosi, induzione di una risposta infiammatoria, solubilizzazione degli immunocomplessi ed attivazione della risposta umorale. Il complemento viene attivato secondo tre vie: la classica in cui l'attivazione avviene a seguito del riconoscimento tra antigene e anticorpo; l'alternativa in cui il complemento si attiva in presenza di microrganismo; via della lectina per legare ad un batterio tramite speciali proteine.

Tutte e tre le vie conversono nella generazione di complessi enzimatici che attivano la C3 che rappresenta la componente più abbondante. L'alternativa prevede il riconoscimento di una superficie batterica: la C3 va incontro ad una attivazione spontanea producendo la C3b (attiva) e la C3a. Grazie a questo fenomeno si libera un gruppo tioestere con forte affinità per oligosaccaridi presenti sulle membrane.

Se avviene il riconoscimento si ha l'attivazione del complemento con il legame con il fattore B e poi con il fattore D. Il fattore D genera il C3Bb lasciando un frammento a. Il complesso viene stabilizzato dalla properdina presente in circolo. La reazione tende ad attivare altri C3 che unendosi al precedente complesso assumono attività enzimatica ed attivano C5.

La via classica si attiva quando vi è un anticorpo legato all'antigene. In questo caso il primo fattore della cascata è il C1. C1 da forma di esamero associato ad un tetramero. C1 ha la capacità di legare anticorpi ed antigeni. Per l'attivazione deve legare contemporaneamente due anticorpi IgG (frazione Fc). Questo avviene se i due anticorpi sono legati alla medesima superficie.

Il C1 viene anche attivato da una immunoglobulina M. Con questo legame la componente C1r (tetramero) si attiva e va ad attivare C1s (esamero). La componente successiva è la C4 che viene tagliata da C1s. Anche C4b riconosce tramite i gruppi tioesterici gli oligosaccaridi di membrana. C4b attivato lega C2 e lo taglia (C4b2b). Si è formato anche in questo caso una C3 convertasi.

L'attivazione mediata dalla lectina prevede che l'interazione degli oligosaccaridi batterici sia da parte della lectina stessa (la lectina è prodotta dal fegato). L'attivazione è identica per la via classica. La C5a è implicata nell'infiammazione.

La C5b attiva un complesso enzimatico fino a C9 che forma nel complesso un poro (MAC) che determina la lisi del microrganismo attaccato. Il poro ha una dimensione di 100A. Il C5b lega C6 e C7 e si ha un complesso trimerico che si inserisce sulla membrana. Questo lega C8 e prende affinità per C9 che, in tante copie, forma un poro. In questo modo si causa la lisi osmotica.

Gli altri effetti biologici si generano dai frammenti che si generano dalla cascata. I recettori dei frammenti di C3 (C3b, C4b ed altri frammenti derivati da fattori circolanti agiscono su C3) sono: CR1, fagociti (media internalizzazione e quindi la fagocitosi) ed eritrociti (che devono essere rimossi con gli immunocomplessi).

Il CR1 ha anche funzione di regolatore: CR2 è particolarmente espresso da linfociti B e cellule follicolari dendritiche. Favorisce la risposta anticorpale (aiuta l'attivazione del linfocita B stesso). I suoi ligandi sono fattori di C3 ottenuti con fattori circolanti. Il CR3 ed il CR4 sono espressi prevalentemente dai neutrofili e riconoscono il frammento C3bi favorendo la fagocitosi.

L'attivazione del complemento è strettamente regolata per impedire un'attivazione errata e consentire una deattivazione (controllo stretto). Le proteine implicate interagiscono a vario livello nella cascata del complemento. Il più importante fattore di regolazione è sulla via classica andando ad inibire C1 (limita nel tempo l'attività di C1 o lo deattiva quando non necessario).

Il C1 inibitore lega il tetramero di C1 inattivandolo. L'edema angio-neurotico ereditario prevede un deficit dell'inibitore di C1. Altri inibitori bloccano la C3 convertasi quando si attacca a cellule normale (fattore DAF inibitore competitivo). Un'altra patologia è l'emoglobinuria parossistica notturna (distruzione degli eritrociti da parte del complemento in assenza di DAF).

Gli ultimi step di controllo sono a livello di MAC (sistema di lisi). Si tratta del CD59 e la proteina S (plasmatica). Se si forma il MAC la CD59 compete con il C9 impedendo la formazione del poro. La proteina S lega invece C5b, 6 e 7 inattivandoli in circolo.

L'attività del complemento sembra fondamentale nella risposta a pneumococchi e meningococchi. La risposta infiammatoria viene attivata da C5a e da C3a interagendo con recettori specifici sulle mast-cellule (rilascio di istamina). Il C5a agisce direttamente sull'endotelio. (anafilotossine).

Il complemento è importante nel fornire un secondo segnale nell'attivazione dei linfociti B. Se l'antigene porta fissato il complemento, il linfocita B riconosce tramite il recettore CR1. Il riconoscimento di CR2 porta ad un'amplificazione del segnale al linfocita B.

Lezione 4 - 11/03

Le cellule dell'immunità adattativa sono principalmente linfociti che costituiscono circa 1/3 dei nostri globuli bianchi. I linfociti vengono prodotti dal midollo osseo (nell'adulto localizzato nelle ossa piatte). Il precursore è una cellula staminale leucocitaria. Ne esistono tre popolazioni: NK, T e B.

I natural killer sono implicati nell'immunità cellulo-mediata distruggendo le nostre cellule infettate da virus. I B si chiamano cosi per la loro localizzazione nella borsa di Fabrizio negli uccelli. Nell'uomo maturano direttamente nel midollo osseo. I linfociti T maturano nel timo.

Gli organi dove avviene la maturazione dei linfociti sono gli organi linfoidi primari. La produzione è continua e si ha la produzione di 1 miliardo di linfociti al giorno. I linfociti maturi escono dal timo e si posizionano in organi linfoidi secondari. I linfociti in circolo sono l'1% dei totali.

Gli organi linfoidi secondari comprendono i linfonodi, il timo, le tonsille, le adenoidi ed i MALT. Questi sono posizionati in tutti i possibili punti di accesso dei microrganismi. I linfonodi provvedono a diluire una parte del liquido extracellulare che non rientra nel circolo venoso. A collegare i linfonodi sono presenti i capillari chiliferi. Il linfonodo filtra la linfa che scorre molto lentamente.

Nel linfonodo troviamo aggregati di linfociti T e B che si creano grazie a chemochine specifiche (zone specifiche). I linfociti B non attivi si trovano in corrispondenza del follicolo primario. Si tratta di linfociti B memories e resting che sono in una fase quiescente. Attaccati ai linfociti B sono presenti i linfociti T anche loro resting. All'arrivo di una struttura patogena al linfonodo, si ha l'attivazione di uno specifico linfocita T.

Questo processo porta alla proliferazione del linfocito che forma un grosso ammasso di linfociti tutti uguali. Questi linfociti formano un follicolo secondario più chiaro rispetto al primario poiché le cellule presentano eterocromatina.