Appunti completi di Immunologia per esame

Introesame

Orale, bonus per i quiz fatti in aula: 1 punto, 15 min.

Sistema immunitario (S.I.)

Sistema di difesa contro le infezioni (= malattie infettive causate da microorganismi: virus, batteri, parassiti che interagiscono con modalità diversa con il nostro organismo) e le difese non potranno essere le stesse. Diversità di organismi con cui possiamo entrare in contatto necessariamente causa necessità di diversità nelle tecniche per eliminarli. Prima deve capire contro quale microbo deve agire e adottare strategie specifiche => grande complessità nei meccanismi di riconoscimento ed effettori.

Guardiano della nostra salute, che ci protegge da ambiente ostile.

Alcune persone hanno immunodeficienza: hanno alterazioni genetiche che causano inefficienza del SI => difesa inefficace e, se non si applicano strategie particolari, si ha impossibilità di sopravvivere a lungo dopo la nascita.

• Sopravvivono poco tempo dopo la nascita.
• Mamma dà al bambino una certa protezione che lo aiuta nei primi tempi dopo la nascita, intanto che il SI del bambino si sviluppa.
• Bubble boy: bambino che fin da piccolo è stato messo in una bolla, con cibo, acqua, giochi tutto sterile. È sopravvissuto per un po' di anni, più delle aspettative, è diventato grande e in certi momenti usciva dalla bolla in una tuta fino a quando era abbastanza grande per arrivare al trapianto di midollo dalla sorella (cellule staminali che danno origine a cellule del SI) per pensare di correggere il difetto. Purtroppo, la sorella aveva un'infezione virale asintomatica e l'attecchimento delle cellule nuove ha portato all'attecchimento del virus e perciò il bambino è morto => primo esempio tangibile del ruolo del SI.

• SI coinvolto nella lotta tra nostro organismo e microorganismi che ci attaccano.
• Grafico che mostra aspettativa di vita negli USA in funzione del tempo: a mano a mano che ci avviciniamo ai giorni nostri, la medicina migliora, l'aspettativa cresce e le età medie più avanzate => ci sono però dei drop dovuti a epidemie (1918 Spagnola, 50 milioni morti; SARS Cov-19, 6 milioni morti) => microorganismi riducono la popolazione più delle guerre.
• Arma più efficace contro microorganismi particolarmente pericolosi => vaccinazione.

• Vaccini diventati vittima del loro successo: persone sospettose verso i vaccini perché non si ricordano più di come si viveva senza e pensano che non siano efficaci. Difterite: 1921, 206.000 casi e con vaccini arrivati a 0; lo stesso per morbillo, orecchioni, pertosse, poliomielite, tetano, rosolia.
• Grafico che fa riferimento al 2004, tabella 2018: riferimento agli USA con aumento efficacia vaccinazioni su comparsa della malattia.

Vaccinazione

La nascita delle vaccinazioni la colleghiamo a Jenner.

• Ma già i Greci capirono che il nostro corpo è in grado di attivare una risposta protettiva che evitava che le persone potessero ammalarsi della stessa malattia => ipotizzata una specie di memoria.
• Cinesi già avevano pensato che mettendo a contatto un organismo sano con una qualche forma resa meno grave di un microbo che causa malattia grave si potesse attivare una risposta che proteggesse dalla malattia grave => provata la variolazione verso il vaiolo. Prendevano crosticine della persona che stava morendo di vaiolo, condizione in cui il virus era indebolito dalla risposta immunitaria, le polverizzavano e le soffiavano insufflandole in una persona sana; questa sviluppava una malattia con andamento benigno e rimaneva immune.
• Non era una strategia sicura perché molte si ammalavano di vaiolo e morivano.

Jenner: malattia simile al vaiolo umano, il vaiolo vaccino, che infettava i mungitori => i mungitori venivano molto meno colpiti dal vaiolo umano e, se colpiti, avevano una malattia molto meno grave => ipotizzato che ci fosse somiglianza tra virus.

Jenner prelevò pustole di mungitori che avevano vaiolo vaccino, inoculò in un bambino e poi inoculò il bambino con il vaiolo => il bambino è sopravvissuto.

Da qui è partita l'idea di vaccinazione, dal vaiolo vaccino.

• Intuizione talmente efficace che la vaccinazione contro il vaiolo ha permesso di eliminarlo dalla faccia della Terra, eradicazione nel 1980: dando impossibilità al virus di replicarsi, dopo un po' il virus scompare.
• Infatti oggi si è smesso di vaccinare contro il vaiolo.
• Rimangono campioni in laboratori protetti in Cina.

Altro virus che si cerca di eliminare è il Virus della Poliomielite (colpisce il sistema nervoso, paralizza muscoli involontari e quindi anche la respirazione):

• Non più presente in America, Europa, Africa.
• Solo alcuni casi in Asia.

Riconoscimento di cellule estranee o alterate

Sistema di riconoscimento di cellule estranee (non-self) o alterate: trapianti di organo, cellule tumorali, cellule infettate.

• Nei trapianti il sistema immunitario del ricevente può non riconoscere come self i tessuti e attiva una risposta.
• Anche le cellule tumorali, essendo causate da alterazioni del DNA, mutazioni, e quindi mutazioni nelle proteine delle cellule, possono essere riconosciute come non-self e attivare risposta.
• Cellule tumorali cercheranno di imbrogliare il sistema immunitario, nascondono molecole e inattivano il sistema immunitario per sopravvivere nell’organismo.
• Cellule infettate da virus: il virus si nasconde nelle cellule, ma proteine e molecole virali possono rimanere e capitare sulla superficie delle cellule e servire al SI per rilevare e eliminare cellule infettate.

• Il sistema non attiva risposte solo contro ciò che ci fa del male, ma anche contro ciò che è riconosciuto estraneo indipendentemente da ciò che sarà la conseguenza di questa attivazione.
• Può rendere inutile un trapianto in caso di incompatibilità.
• Anche il SI non è esente da errori e ci può essere danno da SI nella stessa persona => tanti meccanismi di controllo, ma non sempre sono efficaci.

Malattie autoimmuni che possono causare danno ai tessuti, malattia e morte: diabete mellito / diabete di tipo 1 (distruzione delle cellule B del pancreas a causa delle cellule del sistema immunitario, che riconoscono alcune molecole come pericolose da eliminare; processo lento e una persona si accorge quando il 90% delle cellule B sono distrutte).

• Se le persone stanno bene ci sono comunque meccanismi di controllo che mantengono la salute => se non funzionano bene saranno alla base di queste malattie.
• Può lui stesso essere causa di danni: risposte eccessive non più controllate, contro antigeni che in realtà non fanno del male, non patogeni, magari che si trovano nell’ambiente => allergie (polline, alimenti, animali, sostanze vegetali, farmaci) e shock anafilattico (quando allergene entra in circolo, arriva a un grande numero di cellule, attivano molte risposte in teoria difensive ma che, se portate all’eccesso, non sono compatibili con la sopravvivenza).

Risposta infiammatoria = risposta attivata in seguito a un danno che permette di attivare il sistema immunitario; prima risposta che si attiva.

• Fa capire al sistema immunitario che è il momento di intervenire.
• Importantissima nell’organismo.
• Ma se esagera ed è troppo importante, si prolunga per troppo => infiammazione cronica e diventa lei stessa causa di malattie, motore che è alla base della maggioranza delle malattie che colpiscono età media o età avanzata.

Immunità attiva e immunità passiva

• Il SI può lavorare attivamente o passivamente.

Risposta attiva

A. Risposta attiva = quando un individuo incontra un microbo, da individuo infetto o in una condizione voluta e controllata, vaccinazione.

In seguito a incontro con microrganismo o antigene il SI si attiva e, con i suoi tempi, giorni o settimane, è una risposta lenta, la persona riesce a eliminare il microbo, attivarsi contro le molecole e guarisce sviluppando una risposta immunitaria specifica per quel determinato antigene / patogeno, che è andata a colpire solo quel microbo / antigene e ha sviluppato la memoria immunologica. Se dovesse incontrare lo stesso patogeno, sarà in grado di attivare una risposta molto più rapida, intensa in termini quantitativi, efficace in termini di qualità, che permette alla persona di non ammalarsi e di ammalarsi in modo molto meno grave.

• Conferisce la memoria immunologica.

Risposta passiva

B. Risposta passiva = individuo naive, vergine, che non ha mai incontrato patogeno / antigene / sostanza / molecola, riceve difese immunitarie già fatte, riceve anticorpi da un soggetto già immune. Serve per conferire immunità anche prima che l'individuo abbia sviluppato risposta attiva, ma non genera la memoria e quindi una resistenza duratura all’iniezione, risposta immediata, perché non comporta l’attivazione del sistema immunitario.

• È quello che succede nel caso della gravidanza, in cui la mamma passa al feto gli anticorpi che rimangono nel bambino anche dopo la nascita per un periodo, conferendo una risposta passiva nel neonato. Ciò continua anche con l’allattamento.
• Utile quando non c’è tempo per generare una risposta attiva.

Risposta immunitaria

Vedi prossimo capitolo.

A. Risposta immunitaria innata / naturale = presente in tutti gli organismi, compresi i vegetali.

B. Risposta immunitaria adattativa / specifica / acquisita = presente nei vertebrati evoluti, quelli che hanno strutture anatomiche particolari nelle quali è possibile lo sviluppo delle cellule che appartengono a questo tipo di risposta immunitaria.

Risposta immunitaria – immunità innata

Immunità innata e adattativa

A. Immunità innata / naturale: in tutti gli organismi, compresi vegetali.

B. Immunità adattativa / specifica / acquisita: nei vertebrati evoluti, quelli con strutture anatomiche dedicate.

È tanto necessario questo passaggio dall’innata a quella adattativa dal punto di vista evolutivo perché dà vantaggio selettivo, siamo stati selezionati in modo tale da ottenere il massimo sprecando il minimo:

• Specificità = dà risposta specifica solo per quel particolare agente patogeno, antigene.
• Memoria = permette di attivare una risposta più specifica, intensa e rapida contro microbo / antigene che abbiamo già incontrato.

Ma porta con sé anche degli svantaggi: motivo per cui la risposta specifica non ha sostituito quella innata, ma l’ha semplicemente affiancata e hanno imparato a interagire, sostenute a vicenda:

• Lenta: si comincia a vedere nel sangue tracce della risposta acquisita dopo 4-7 giorni dall’incontro con il microbo; se non ci fosse quella innata, in questo tempo il microbo sarebbe stato incontrollato.
• Non riesce a capire se ciò contro cui decide di combattere è qualcosa di pericoloso per il corpo o no: risposte allergiche e autoimmuni non sono determinate da anomala attivazione della risposta innata ma da quella adattativa.
• Le due coinvolgono cellule diverse.

Immunità innata

A) Barriere epiteliali.

B) Cellule dell'immunità innata.

C) Funzioni effettrici delle cellule dell’immunità innata.

1° linea di difesa = attivazione di:

1. Infiammazione = risposta protettiva volta a eliminare agenti dannosi, patogeni biotici, chimici, fisici, e avviare processo di riparazione tissutale; reclutamento leucociti e proteine del sangue nella sede del danno.
2. Risposte antimicrobiche, meccanismi antivirali.
3. Attivazione del sistema immunitario adattativo.

Barriere epiteliali

a. Meccaniche:

• Cellule epiteliali unite da giunzioni strette.
• Flusso longitudinale di aria o liquido alle superfici dell’epitelio.
• Movimento del muco mediante le ciglia.

b. Chimiche:

• Acidi grassi, pelle.
• Enzimi: lisozima, saliva, sudore, lacrime; pepsina, tratto digerente.
• Basso pH, stomaco.
• Peptidi antibatterici: defensine, pelle, tratto digerente; criptdine, intestino.

c. Microbiologiche = flora compete per nutrienti e per attacco all’epitelio e può produrre sostanze antibatteriche.

• Barriera fisica.
• Produzione di molecole antimicrobiche => uccisione microbi da produzione locale di antibiotici.

• Defensine alfa: PMN e epitelio specializzato, come cellule Paneth.
• Defensine B: tratto urogenitale, rene, cute.
• Catelicidine: spettro più ampio verso microbi e virus.
• SP-S, lung surfactant protein A: limita infezioni polmonari.

Sede di cellule dell'immunità innata e di cellule dendritiche e di particolari tipi di linfociti => uccisione di microbi e cellule infettate da linfociti intraepiteliali.

PAMPs

L’immunità innata riconosce non solo la presenza ma la natura del patogeno => riconosce profili molecolari che esistono solo sui microbi e mai sulle cellule dell’ospite = PAMP, Pathogen Associated Molecular Pattern.

Sono firme molecolari presenti solo sui microbi.

• Simili tra tutti i membri della stessa classe di microbi.
• Essenziali per la sopravvivenza del microbo, non mutano facilmente.
• Comparsi precocemente durante evoluzione, riconosciuti anche da invertebrati e piante.
• Attivano 2 tipi di risposte:

1. Inducono geni antimicrobici.
2. Inducono citochine infiammatorie.

Principali PAMPs:

a. Acidi nucleici:

• ssRNA, virus.
• dsRNA, virus.
• CpG, virus, batteri = regioni di DNA dove una citosina si trova vicino a una guanina nella sequenza lineare di basi; nei mammiferi 70-80% dei siti CpG sono metilati => quelli non metilati sono riconosciuti da un particolare PRR: Toll-like Receptor 9, TLR9.

b. Proteine:

• Pilina, batteri.
• Flagellina, batteri.

c. Lipidi della parete cellulare:

• LPS, batteri gram-.
• Acidi lipoteicoici, batteri gram+.

d. Carboidrati:

• Mannani, batteri, funghi.
• Glucani, funghi.

DAMPs

Il sistema immunitario può riconoscere anche DAMPs, Damage-Associated Molecular Patterns = profili molecolari associati al danno.

Risposta ai DAMPs serve per eliminare le cellule danneggiate e per iniziare processo di riparazione dei tessuti.

Tipi di DAMPs:

a. Proteine stress-indotte:

• HSP, Heat Shock proteins.

b. Cristalli:

• Urato monosodico.

c. Matrice extracellulare clivata proteoliticamente:

• Proteoglicani.
• Peptidi.

d. Mitocondri e componenti mitocondriali:

• Peptidi e ATP formilati.

e. Proteine nucleari:

• HMGB1, High Mobility Group box.
• Istone.

PRR (pattern-recognition receptors)

= recettori sulle cellule dell’immunità innata che riconoscono pattern associati al danno, DAMP, o su patogeni, PAMP, su cellule dell’immunità, che vagano nel sangue; riconoscono in particolare modo PAMP, rendendoli riconoscibili e facilitando l’innesco della risposta; caratteristiche:

• Codificati in linea germinale, diversificazione limitata: recettori Toll-like, recettore per peptidi formilati, recettore per il mannosio.
• Non sono distribuiti clonalmente: recettori identici in tutte le cellule della stessa linea.
• Lo stesso PRR è espresso in cellule diverse: PMN, mono, LyB.
• PRR riconoscono diverse strutture molecolari.
• PRR possono riconoscere anche strutture “self” alterate, DAMPs: cellule ospiti non vengono riconosciute e possono esprimere molecole che impediscono reazioni immunitarie innate.
• Specificità per le strutture comuni a classi di microbi, profili molecolari: microbi differenti riconosciuti tutti da recettori identici per il mannosio, ad esempio; circa 1000 profili molecolari.

Attività antimicrobiche:

• Opsonizzazione.
• Fagocitosi.
• Attivazione coagulazione.
• Apoptosi.
• Attivazione complemento.

Inducono citochine infiammatorie.

Possono essere di tanti tipi:

PRR secreti e solubili

A. PRR secreti e solubili => vagano nel sangue.

• Ligano PAMPs e DAMPs.
• Opsonizzazione.
• Attivazione del complemento.
• Funzionano da ante-anticorpi.

a) Collectine, plasma, alveoli:

Mannose Binding Lectin (MBL) = ha 2-6 gruppi di domini di riconoscimento dei carboidrati; all’interno di ogni gruppo il sito di legame dei carboidrati ha una posizione fissa => lega carboidrati con mannosio terminale e fruttosio; si lega con elevata affinità ai residui con la giusta spaziatura, mentre non si legano i residui che hanno diversa spaziatura.

• C1q.
• Surfactant Protein A (SP-A) => lega strutture microbiche.
• Surfactant Protein-D (SP-D): collectine polmonari possono avere struttura a bouquet con octadecamero assemblato da 6 trimeri, dodecamero cruciforme formato da 4 trimeri o forma da oligomeri a più alto ordine associati con il loro N-terminale a raggiera => lega strutture microbiche.

b) Ficoline, plasma:

Legano N-acetilglucosammina, acidi lipoteicoici, LPS, acido sialico, N-acetilgalattosammina della parete batterica gram+ => quando si forma complesso ficolina-MASP2 che lega carboidrato su superficie del microbo, MASP2 viene convertito nella forma attivata, lega C4 e C2 formando C3 convertasi C4bC2a; ficoline complessate con MASP-1, MASP-2, MASP-3, MAP44, sMAP => attivazione del complemento.

• L-ficolina.
• M-ficolina.
• H-ficolina.

c) Pentraxine, plasma:

a. Corte:

• Proteina C reattiva (CRP) => lega fosforilcolina microbica e fosfatidiletanolammina.
• Serum Amyloid P component (SAP).

b. Lunghe:

• Pentraxina 3 (PTX3).

d) Complemento, plasma:

• Legano superficie microbica.

PRR di membrana

B. PRR di membrana.

a) Sulla membrana plasmatica.

Ricevono i loro ligandi all’esterno delle cellule.

a. TLR – Toll-like receptors, membrana plasmatica e membrane endosomiali di cellule dendritiche, fagociti, cellule endoteliali, altri tipi cellulari = recettori che si possono trovare sia sulla superficie esterna della membrana delle cellule, ma anche all’interno di vescicole endosomiali; si chiamano così perché non sono stati identificati subito ma in un momento successivo alla loro scoperta all’interno di cellule di insetto, dove era identificato il recettore Toll che riconosceva presenza di patogeno non direttamente ma in seguito ad associazione del patogeno con proteasi che si attivava, tagliava una molecola formando Spatzle che andava ad attivare Toll che scatena risposta. Si chiamano così perché hanno lo stesso meccanismo che non si basa sul riconoscimento diretto del patogeno.

È stata fatta della presenza di strutture sottocomponenti all’interno delle specie dove c’era risposta immunitaria, in funzione della presenza di alcuni elementi strutturali, questo recettore Toll; sono state identificate strutture analoghe in piante e mammiferi: parte extracellulare per il legame con ligando costituita da sequenza ripetuta di aa leucina, regione LRR leucine-rich repeat, a livello intracellulare invece dominio interno TIR, Toll IL-1 receptor, formato da Box 1, 2, 3.

Es. TLR 1-9 verso diverse molecole batteriche e virali => legano molecole della parete.