Immunologia

Patologia generale e immunologia II anno - II semestre prof Locati

Immunità: un sistema integrato - dall’immunità innata all’adattativa

Lezione 11

In qualsiasi distretto anatomico si verifichi una perturbazione del tessuto si avvia un processo con la finalità di difendere, riparare il danno subito o che il tessuto subirà per la risposta infiammatoria.

→ Componenti coinvolte. Vascolare: → per far passare nel tessuto strutture molecolari con peso molecolare più elevato; → consentire l’uscita di cellule dal distretto circolante al tessuto, cellule con funzione effettrice che di solito non sono presenti.

Circuiti immunitari specifici adattativi sono causa della cronicizzazione, forme croniche nella maggior parte dei casi sono → dovute al fatto che la risposta infiammatoria è determinata dalla componente adattativa, della risposta infiammatoria causa del danno all’organo.

Cellule della risposta innata

• Fagociti → funzione effettrice, con cellule analoghe a linfociti citotossici.
• Cellule NK → uccidono i target cellulari con meccanismo extracellulare, non ha recettore per l’antigene.
• Citochine.
• Complemento → 3 vie, la classica dipende da anticorpi, ponte tra le due immunità. → Attivazione di un set di molecole che sostengono tutti i processi biologici che spiegano cos’è risposta infiammatoria.

C’è anche un set di geni finalizzati → alla risposta adattativa alla presentazione dell’antigene.

Durante la fagocitosi si formano i target, via di uscita diversa, alternativa, le strutture molecolari che avvieranno la risposta adattativa.

Parallelismi tra i due tipi di immunità

→ Strutture che i due sistemi vedono come interpretano gli agenti infettivi.

→ I Pattern Recognizing Receptors hanno in comune che riconoscono strutture conservate sui patogeni, le PAMPs, strutture senza le quali il patogeno non sta insieme. I PRR non sono distribuiti clonalmente, non c’è un set di cellule.

→ Essendo un numero limitato di recettori, circa 100, un PRR1, 2… che esprime. Ogni specifica cellula di un determinato tipo ha lo stesso repertorio di quel tipo di recettori.

→ Pochi recettori focalizzati su strutture biochimiche differenziate distribuite in modo non clonale → qualsiasi cellula di un particolare tipo è uguale ad un’altra, non c’è selezione.

I TLRs sono recettori su membrana plasmatica o strutture endosomali. A seconda del ligando che legano riconoscono diversi tipi di patogeni. Nell’uomo ha 9 strutture, topo 10, questo tipo di riconoscimento → riconoscimento filogeneticamente antichissimo, 1 miliardo di anni, per questo funziona molto bene → non succede mai che un TLR faccia un errore, riconosca qualcosa che non deve.

→ Risposta adattativa molto più giovane, 360 milioni di anni, ha uno sviluppo individuo specifico → 6 mesi di sviluppo, ultimi 3 mesi di gravidanza e 3 mesi dopo il parto, spesso errori.

Es.: patologie auto-immuni sono legate a un difetto di sviluppo della componente adattativa.

La risposta immunitaria innata si risolve in poche ore, ha un picco ed esaurimento in 3-4 giorni, l’adattativa inizia più tardi e dura 7-14 giorni.

Esposti ad un agente infettivo che innesca la risposta infiammatoria acuta e poi l’adattativa, quest’ultima inizia ad intervenire solo quando il target non c’è più:

• Se la risposta adattativa fosse indispensabile per eliminare l’agente infettivo dovrebbe essere insorta con la risposta innata;
• Reale funzione è sviluppare memoria per gestire al meglio una seconda esposizione a quello stesso agente infettivo.

Es.: Streptococco. Asili, bambini hanno in continuazione faringiti, maestre no, risposta adattativa talmente efficace che viene infettata ma la risposta elimina l’agente infettivo prima che determini un’infezione.

Cellule della risposta immunitaria adattativa

• Linfociti B → per fare anticorpi.
• Linfociti T helper, citotossici, regolatori, NK innato.
• Per ogni categoria di patogeni si innesca una risposta differente.
• Derivano da una staminale ematopoietica.
• Capacità di riconoscere il bersaglio che è l’antigene, 99% dei casi peptide.

L’antigene è una proteina self.

L’interazione tra il linfocita, la struttura che lo presenta e la cellula che lo sta presentando permette di capire se il peptide è self o non-self.

Presentando l’antigene al linfocita T non succede nulla, la presentazione da parte del fagocita è essenziale per indurne l’attivazione.

Il processo si sviluppa costantemente, milioni di cellule in → ogni secondo stanno presentando MHC. Il compito più sviluppato del sistema immunitario è tollerare, il peptide è self, non aggredire, peptide non self.

→ BCR linfociti B → TCR linfociti T.

Ogni linfocita T ha un suo recettore con una sua specificità. La porzione V sia alfa che beta è diversa da cellula a cellula.

Ogni cellula è diversa dall’altra, un linfocita T non equivale ad un altro, ognuno riconosce un peptide; nella specie uomo sono circa 10^16 diversi tipi di recettori, in un singolo individuo sono 10^11/12.

Miliardi di diversi recettori di diversa specificità, possibile perché:

→ Nei linfociti T e B, e in nessuna altra cellula, il DNA è rimaneggiato. Il segmento C è l’unica conservata.

Da un gene per un meccanismo di ricombinazione somatica del DNA, irreversibile, per appaiamento di segmenti diversi si ottengono miliardi diversi di recettori che riconoscono peptidi diversi.

Statisticamente probabile che il numero di cellule che hanno ricombinato nello stesso modo è praticamente zero.

La risposta adattativa è lentissima perché è necessario trovare il recettore giusto, innata distingue 100 target e basta.

→ Soggetto naïve mai visto antigene.

Linfocita T, B:

• Cambia fenotipicamente, diventa più grande.
• Espansione clonale, copia del linfocita di partenza.

→ Ora avviene il differenziamento B effettore che produce anticorpi, versione solubile del suo recettore; B effettivi muore, ma piccola quota a lunga sopravvivenza, anni, che fanno memoria.

→ T effettore produce help, citotossicità, piccola quota si trasforma in cellule di memoria; maggior parte muore per apoptosi.

→ Omeostasi di nuovo apparente omologia con la fase di partenza:

• Cellule memoria.
• Evidenze che il processo si è sviluppato. Siero negativo. Siero positivo quando nel siero ci sono anticorpi, tracce che indicano precedente esposizione del soggetto all’infezione.

→ Permette seconda esposizione allo stesso agente effettivo in modo diverso.

1. Tempo tra seconda esposizione e attivazione risposta → fase di latenza.
2. Impennata, la pendenza della curva blu cambia.
3. Il valore di picco della risposta primaria è più basso della secondaria.
4. Curva di discesa si stabilizza in modo diverso, più alta per risposte secondarie.

Una risposta adattativa ogni volta è diversa, permane più a lungo, è più veloce la comparsa… → tutto sta nella memoria del sistema.

Parte della risposta adattativa non è effettore, fornisce uno strumento di lavoro ad altre cellule, quelle della risposta immunitaria innata.

L’anticorpo, citochine sono uno strumento per potenziare la risposta innata, non uccide il patogeno, rafforza i macrofagi, M1 o M2 a seconda di cosa attiva la citochina…

La risposta effettrice è data dalle cellule della risposta innata orientate da quelle della risposta adattativa.

Per capire se servono entrambe le risposte si creano animali geneticamente identici e si rimuove l’una o l’altra. Si vede poi come è gestita un’infezione:

→ Curva gialla normale, con entrambe le risposte. Guarigione.

Curva rossa rimuovendo immunità innata, il topo muore perché incapace di limitare l’espansione del microrganismo. → Morte.

Curva verde rimuovendo immunità adattativa. La pendenza all’inizio è uguale a quella del soggetto sano, interviene l’immunità innata, quando la curva gialla va a plateau, la verde va a plateau ma non torna a livello 0, l’agente infettivo cresce in modo controllato ma non si riesce ad eliminarlo. → Infiammazione cronica, compromesso tra esigente ospite di eliminare e patogeno di non farsi eliminare → danno organo.

Processazione e presentazione dell’antigene

Lezione 12

L’antigene ❖ è il ligando dei recettori della risposta immunitaria adattativa, siano essi BCR o TCR.

→ ❖ Immunogeno → sostanza capace di indurre una risposta immunitaria adattativa.

❖ Alcuni antigeni sono apteni, legano BCR o TCR, ma possono indurre una risposta solo quando legati ad un carrier.

L’aptene, parte che induce la risposta, da solo non sarebbe in grado di legare un recettore per antigene. L’antigene deve avere caratteristiche strutturali e un peso molecolare minimo → per agire efficacemente come ligando per un BCR o TCR; l’aptene legato al carrier raggiunge il peso molecolare atteso.

Es.: Penicillina, in generale β-lattamici, antibiotici, hanno peso inferiore rispetto a quello necessario per essere ingaggiati da un recettore → alcuni soggetti sono allergici, allergia = una risposta immunitaria adattativa contro un particolare target.

Meccanismo molecolare: il β-lattamico è coniugato ad un carrier che normalmente non induce risposta immunitaria ma il complesso aptene carrier diventa immunogenico e induce risposta.

+ La risposta si ha contro la piccola molecola ma può anche essere contro la proteina self sulla quale la molecola era stata coniugata → reattività nei confronti dell’aptene e risposta autoimmune nei confronti del carrier.

Modalità di ingaggio del recettore da parte dell’antigene

Anticorpo:

• Nella porzione ammino-terminale le due catene, pesante, H, arancio, e leggera, L, rossa, nelle porzioni variabili, VH e VL colorate, insieme → ingaggiano l’antigene. L’antigene ingaggia il suo recettore.
• Epitopo, la posizione esatta in cui ingaggia il recettore attraverso una serie di epitopi. L’antigene insieme.
• Paratopo, della struttura che nella catena di riconoscimento, nel recettore riconosce l’antigene.

Antigeni, natura biochimica

→ Antigeni, natura biochimica: 5 categorie principali:

1. Ag con epitopi a copia singola.
2. Ag con epitopi ripetuti.
3. Ag di natura lipidica.
4. Apteni. Struttura come del tipo 1. Ag T-dipendenti riconosciuti da recettori. Necessitano un carrier.
5. Superantigeni.

1. Ag con epitopi a copia singola.

Ag costituito da una struttura derivata da una proteina, è un peptide che presenta molti epitopi singoli, diversi, a copia singola.

→ Situazione più frequente, 95% degli antigeni fatti così.

Tipicamente riconosciuti da anticorpi e linfociti T con recettore αβ.

L’attività immunologica dell’Ag dipende → dal riconoscimento T, antigeni T dipendenti.

È la storia, l’origine che lo rende un target.

2. Ag con epitopi ripetuti.

Presentano copie multiple dello stesso epitopo, tipicamente succede negli zuccheri.

→ Antigene T indipendente, non riconosciuto da linfociti T ma solo da anticorpi.

3. Ag di natura lipidica.

Tipici dei patogeni, riconosciuti da linfociti T γδ. Non riconosciuti da anticorpi.

Riconosciuti un po’ come dei PAMPs, intrinsecamente associati all’origine da parte di un patogeno.

È la struttura che lo rende un target. αβ.

4. Apteni. Struttura come del tipo 1. Ag T-dipendenti riconosciuti da recettori. Necessitano un carrier.

5. Superantigeni.

Recettori per gli antigeni

➢ BCR → linfociti B.

• Riconoscono peptidi, lipidi e acidi nucleici. Non richiedono che il target sia digerito e presentato in forma lineare, riescono a riconoscerlo in forma folded, nativa. Non necessitano un MHC.
• Esiste come recettore di membrana ma può essere convertito, dopo che la cellula è stata selezionata e attivata, in una sua variante solubile → un anticorpo.
• Ci sono 5 varianti, prodotti differenti di 5 loci genici distinti con funzioni distinte.
• Valenza, quanti antigeni riconosce, multipla: ogni singolo BCR receptor può riconoscere più copie, 2-10, dello stesso antigene, non più antigeni differenti.
• Affinità, forza con la quale viene legato il recettore: maturazione dell’affinità, si selezionano delle varianti clonali che dopo essere state generate aumentano la loro affinità → il recettore può poi diventare anticorpo; per svilupparli con elevata affinità è fondamentale questo meccanismo.

➢ TCR → linfociti T.

• Riconoscono peptidi. Sono frammenti lineari che derivano dalla processazione, frammentazione per produrre sequenze lineari dei peptidi, avviene in una cellula che genera i peptidi e che poi li deve presentare, di una proteina. La presentazione è necessaria e data dalla presenza dell’MHC.
• Esistono solo in forma di membrana, solo recettore di membrana.
• Esistono due varianti, eterodimeri: γαβ di cellule nell’uomo portano questo, e δ.
• Valenza: il recettore riconosce un solo antigene alla volta.
• Affinità: sempre uguale, definita.

Presentazione dell’antigene

Presentazione antigene: → MHC, complesso maggiore di istocompatibilità, molecola che ingaggerà il recettore del linfocita T con al centro il peptide.

Il peptide antigenico che sta al centro del processo ingaggia entrambe le strutture attraverso le catene laterali degli aa, alcune di queste sono essenziali per agganciare il “pavimento” della tasca dell’MHC e fondamentali per definire l’efficacia con cui questo particolare MHC presenta questo particolare peptide.

→ Residui ancora del peptide: se il peptide non ha le catene laterali nelle posizioni adatte all’MHC avrà bassa affinità e non verrà presentato.

Quando il peptide corrispondente si ancora nella tasca dell’MHC, altre catene laterali degli aa che lo compongono possono essere ingaggiate dal T cell receptor, non sempre, dipende.

→ T cell receptor e MHC si riconoscono tra loro tramite delle porzioni esterne alla zona dove viene ingaggiato il peptide; regioni polimorfiche laterali dell’MHC, antigene indipendenti, permettono di rilevare se l’affinità di un particolare MHC per un particolare recettore è alta o no.

NB.: Tutto dipende dall’affinità tra catene laterali aa ingaggiate dal T cell receptor e da quella tra MHC e T cell receptor.

L’affinità è data: dal tipo di T cell receptor, specificità, MHC che lo presenta, contributo catene laterali aa che il T cell receptor riconosce.

Non tutta la superficie del T cell receptor contribuisce al riconoscimento del peptide ma ci sono dei loop, anse specifiche → regioni CDR, complementing deserving region, che determinano la complementarietà, 3 nella catena α e 3 nella β.

Il processo attivo, di generazione e presentazione dell’antigene è l’APC, cellula dendritica di solito; se bloccata l’attività biologica non fa nulla → necessario tempo per svolgere le attività biologicamente attive per processare e presentare l’antigene.

Due diverse vie di generazione di antigeni peptidici

Due diverse vie di generazione di antigeni peptidici, di tipo 1:

1. Processazione per via endogena o pathway di classe 1.
2. Processazione per via esogena.

1. Processazione per via endogena o pathway di classe 1:

L’antigene presentato dagli antigeni di classe 1. La proteina da cui è generato l’antigene è presente nel citosol o è in generale appartenente alla cellula che la genera.

Tutte le cellule con nucleo, no globuli rossi, possono generare peptidi tramite questa via usando proteine loro, processandole per generare peptidi che poi saranno presentati da una molecola MHC di classe 1.

➢ Peptide riconosciuto da linfociti T con struttura di membrana CD8, killer, cellula citotossica.

2. Processazione per via esogena:

Ristretto alle cellule di tipo APC, dendritiche, epiteliali del timo, macrofagi, linfociti B.

Presentano peptidi ristretti in MHC di classe 2.

La cellula ha catturato un virus, un batterio e sta cercando di ucciderlo.

➢ Peptide riconosciuto da linfociti T con CD4, helper.

La proteina da cui il peptide è derivato non deriva necessariamente da un patogeno → i peptidi finiscono in MHC di classe 1 o 2 esclusivamente in base all’origine della proteina di origine.

Il peptide presente sull’MHC di classe 1 deriva da una proteina presente nella cellula.

Il peptide presente sull’MHC di classe 2 → deriva da una proteina presa dall’esterno della cellula, catturata da cellula con funzione fagocitica.

Discriminare il peptide è importante perché cambia il tipo di linfocita T che lo riconosce, CD8 positivo o CD4 positivo.

Sui globuli rossi non ci sono MHC di classe I perché non hanno un macchinario sintetico, no infettati, e di classe II perché non fagocitano.

→ Il sistema MHC codifica la sorgente.

MHC di classe II

MHC di classe II: formato da due catene α e β con due domini, ansa di 90 aa circa chiusa da ponti disolfuro, domini Ig, dominio immunoglobulinico, uno in α chiamato α2 → e uno in β, β2.

NB.: Le immunoglobuline sono gli anticorpi, MHC usa come modulo strutturale i domini di tipo immunoglobulinico.

La testa dell’MHC è formato da domini α1 e β1 che foldano con una serie di foglietti β, il “pavimento” delle “pareti” → formano e composte da due eliche pocket nel quale si inserisce la sequenza a