Immunologia

Introduzione a immunologia

Lunedì 27 febbraio 2017 08:30

Docente: Paola Dall’Ara (paola.dallara@unimi.it)

Testi consigliati

• Microbiologia e immunologia veterinaria 2 edizione (sconsigliata, meglio studiare sulle dispense)
• Come funziona il sistema immunitario, Sompayrac L.

Orario: nella bacheca di Ariel

Esame: orale, prima domanda a scelta

Il sistema immunitario

Ha il compito di proteggere da patogeni, parassiti metazoi, tumori. Vi sono difese costituzionali innate non specifiche e difese più specifiche.

La difesa immunitaria parte quando entrano nel corpo antigeni o immunogeni. Presenta barriere fisico-chimiche, che sono cute e mucose, immunità aspecifica, fatta da:

• Fattori umorali: sostanze disciolte in un organismo
• Elementi cellulari: granulociti, mastociti, cellule dendritiche, monociti-macrofagi

Inoltre è presente immunità specifica:

• Umorale: linfociti B, che producono anticorpi
• Cellulo-mediata: linfociti T, che sono diversi tra di loro
• Immunità mucosale: barriere e risposta specifica a questo livello, compresa l’importanza della flora

Quando inizia?

• Immunità passiva naturale e artificiale
• Immunità neonatale
• Immunità nell’animale anziano

Come si misura?

Diagnostica sierologica

Come si potenzia?

Con vaccini e vaccinazioni.

Come sfuggono i patogeni?

Quando non funziona?

Stress e sistema immunitario, autoimmunità, ipersensibilità: reazioni esagerate rispetto a un determinato antigene, come ad esempio le allergie.

Antigeni e immunogeni

Lunedì 6 marzo 2017 08:30

Antigene: sostanza che può legarsi a un recettore di un linfocita B o T

Immunogeno: sostanza che stimola il sistema immunitario

Una molecola è sempre antigene e immunogeno: i due termini sono sinonimi.

Classificazione

• Eteroantigeni: antigeni del mondo esterno che penetrano nell’organismo per una via (orale, nasale, genitale, cutaneo, iniezioni). Può essere un agente infettivo o parassitario. Infettivi, sono molto piccoli: virus, batteri, protozoi, funghi. I parassiti invece sono più grandi, come vermi intestinali, pulci, zecche, pidocchi, acari. Gli agenti possono essere anche sostanze ambientali come pollini, inquinanti o sostanze chimiche.
• Alloantigeni: sono presenti su cellule o tessuti di un individuo, messi in un individuo della stessa specie animale. Per esempio, quando si fanno trapianti uomo-uomo, pur essendo nella stessa specie animale, vengono riconosciuti.
• Xenoantigeni: presenti su cellule o tessuti di un individuo innestati in un altro di un’altra specie animale, ad esempio con le valvole cardiache di suino che si trapiantano nell’uomo.
• Autoantigeni: presenti su cellule o tessuti di un individuo che, in determinate circostanze, vengono anormalmente riconosciuti dal proprio sistema immunitario. Questi antigeni che fanno parte del nostro organismo sono self, mentre gli altri sono tutti non self. Generano malattie autoimmuni.
• Apteni: sono antigeni molto piccoli, molecole esclusivamente antigeniche, ma non hanno potere immunogeno, perché non stimolano una risposta immunitaria. Quando l’aptene entra nell’organismo, si lega a una proteina carrier, aumenta le sue dimensioni e diventa immunogeno.

Tolleranza immunitaria (immunotolleranza)

Durante lo sviluppo fetale si sviluppano organi, tessuti, cellule; in questa fase il sistema immunitario è immaturo e non avrà risposta verso nessun tessuto ed antigene. Verso i ¾ della vita fetale, il sistema immunitario fa una sorta di “inventario” degli antigeni presenti, che diventano self e quindi l’organismo diventerà tollerante e areattivo a vita. Tutto ciò che entra dopo sarà considerato non self e sarà in grado di scatenare una risposta immunitaria. Ad esempio, alcuni bovini possono diventare immunotolleranti a un virus, perché alcuni antigeni sono presenti poiché la madre è stata infettata. Alcuni antigeni invece possono essere presenti in luoghi poco visibili, come la barriera ematoencefalica. Durante la vita adulta, delle lesioni possono danneggiare questi luoghi, vengono mostrati gli antigeni che sono considerati non self.

Caratteristiche degli immunogeni

Per essere buoni immunogeni, gli antigeni devono essere:

• Molecole chimicamente complesse: proteine, glicoproteine, polisaccaridi, lipopolisaccaridi, nucleoproteine
• Di grandi dimensioni
• Molecole estranee

Maggiore è la dimensione, maggiore sarà l’immunogenicità. Da più di 1 kD tutto può essere considerato un antigene, sotto a questa dimensione no, avremo degli apteni. Stabilità strutturale: maggiore è la stabilità, maggiore è l’immunogenicità: una molecola stabile viene vista più facilmente. Ad esempio, la gelatina non ha una forma fissa, non è un buon immunogeno. I microrganismi che mutano nel tempo sono meno identificabili: ogni volta che un virus muta, il sistema immunitario deve identificarlo di nuovo. Alcuni microrganismi mutano quando entrano nell’organismo, come i tripanosomi, che causano la malattia del sonno. Maggiore è la complessità strutturale, maggiore è l’immunogenicità. Le proteine sono le più immunogene in assoluto, poi ci sono i lipopolisaccaridi (fanno parte della parete dei gram negativi) e poi i polisaccaridi. Sostanze con struttura ripetitiva come amido, glicogeno, vengono degradate prima che il sistema immunitario possa riconoscerle, quindi non avremo una buona risposta. I lipidi invece non sono immunogeni perché vanno incontro a rapido metabolismo, poiché sono semplici e molto distribuiti. Gli acidi nucleici sono abbastanza semplici e vengono degradati facilmente. Gli acidi nucleici microbici sarebbero buoni immunogeni, perché con struttura proteica diversa da quella degli acidi nucleici degli eucarioti.

Estraneità all’organismo: più è diverso dal self, più riuscirà a stimolare il sistema immunitario.

Polimeri organici molto grandi sono considerati inerti, non vengono degradati, per cui alla fine non riusciranno mai a stimolare il sistema immunitario (possono esser usati per fili di sutura oppure protesi, senza ottenere un rigetto).

Epitopo

Molti antigeni sono strutturalmente complessi, sulla superficie ci saranno molte piccole regioni diverse, ognuna delle quali reagisce con il sistema immunitario. L’epitopo è la parte dell’antigene su cui agisce il sistema immunitario, che reagisce o con il sito combinatorio dell’anticorpo (immunità umorale) o con il recettore di un linfocita T (immunità cellulo-mediata). Il numero di epitopi è correlato alla dimensione dell’antigene: 1 epitopo ogni 5 kD di proteina. La risposta immunitaria sarà complessa e completa, verso più epitopi, alcuni stimoleranno meglio il SI e in una forma più protettiva (epitopi immunodominanti).

Gli epitopi si dividono in sequenziali, che indicano la serie di amminoacidi vicini che vanno a costituire l’epitopo, e conformazionali, che sono discontinui, infatti nella struttura primaria della proteina sono lontani, ma si ritrovano vicini per colpa della conformazione 3D della molecola. Gli epitopi sequenziali sono anche conformazionali, ma non viceversa. Alcune proteine possono essere sottoposte a denaturazione, quindi dopo il processo si mantengono gli epitopi sequenziali, ma non conformazionali. In questo caso la proteina perde parte del suo potere immunogeno. Ad esempio, con gli allergeni: nei cibi cotti si può perdere parte dell’allergenicità.

PAMP e DAMP

Sistema immunitario diviso in innato e specifico

L’innato interviene per primo, è attivato quando l’organismo è sotto attacco: gli invasori lasciano segnali, oppure i segnali sono rilasciati da cellule morte o che stanno morendo. Gli stimoli esogeni sono definiti PAMP, acronimo di pathogen-associated molecular pattern, mentre i segnali endogeni sono definiti DAMP, damage-associated molecular pattern. PAMP e DAMP sono riconosciuti da recettori particolari, i PRR, pattern recognition receptors, che sono localizzati su tutte le cellule sentinella presenti nell’organismo, per individuare il più velocemente possibile gli aggressori.

PAMP

I PAMP sono esogeni, tipici dei microrganismi invasori, hanno queste caratteristiche:

• Crescono rapidamente
• Diversi tra loro
• Possono mutare e cambiare molte delle loro molecole di superficie molto rapidamente

Lo scopo non è quello di stimolare una risposta specifica verso l’aggressore, ma il SI innato si lega solo a molecole molto diffuse ed essenziali per i microrganismi aggressori. Sono molecole comuni ad aggressori diversi, assenti sull’ospite. I PAMP vengono conservati, perciò riconosciuti bene, perché sono essenziali e non cambiano velocemente; sono diffusi e condivisi da tanti microrganismi diversi.

Quali sono?

• Gram positivi e negativi sono diversi, perché hanno differenze nella parete cellulare: il peptidoglicano nei gram positivi è costituito da tanti strati, questo dà stabilità alla molecola. Nei gram negativi invece c’è un unico strato coperto da lipopolisaccaridi. Il PAMP caratteristico è l’antigene O: senza pellicola, con margini netti perché i batteri non hanno flagelli.
• I gram positivi hanno acidi teicoici, che si trovano nelle maglie del peptidoglicano, quelli negativi hanno una pseudocapsula con lipopolisaccaridi.
• Antigene K: capsula costituita da polisaccaridi o proteine solo nel bacillus antracis
• Antigene H (pellicola): costituito dalla flagellina, una proteina che costituisce i flagelli
• Antigene F: fimbrie o pili e strutture pilo-simili che servono al batterio per aderire alle superfici del corpo, questi sono costituiti da adesine, che sono proteine

Un batterio può avere anche PAMP minori:

• DNA batterico: potenzialmente antigene, ma è all’interno del batterio, quindi meno importante
• Porine: proteine dei pori dei gram negativi
• Heat shock proteins: proteine dello shock termico, date da batteri stressati da calore, pH o in caso di stress ossidativo
• Esotossine: molto pericolose, proteine prodotte da batteri in vita, rilasciate; bastano poche quantità per causare problemi come tetano, botulismo, colera, difterite

Per quanto riguarda i virus: il virus è un microrganismo più piccolo, con acidi nucleici, che ha un involucro proteico, il capside, costituito da capsomeri, che sono dei PAMP. Altri virus hanno un rivestimento esterno simile a una membrana della cellula perché derivato dalla membrana cellulare della cellula ospite detta envelope, da qui vengono poste all’esterno glicoproteine, chiamati peplomeri (H e N), questi sono i tipici virus influenzali, che possono avere H ed N diverse, combinate insieme.

DAMP

Per combattere un’aggressione l’organismo mette in atto un processo infiammatorio, stimolato da un’invasione microbica, ma anche da un trauma fisico o danno cellulare: le cellule mettono fuori i DAMP e questi sono riconosciuti dai PRR: chiamati anche allarmine.

Quando sono rilasciati?

• Quando una cellula muore (intracellulari)
• Quando il connettivo viene danneggiato (extracellulari)
• Rilasciati da cellule sentinella come macrofagi, cellule dendritiche o mastociti, a livello di tutte le superfici corporee in numero elevatissimo dove è più probabile l’aggressione microbica

Altri antigeni non microbici

• Cibo: contiene molte molecole estranee, in alcune circostanze stimola il SI, che riconosce ciò che può essere tollerato da ciò che è dannoso, ma in alcuni casi le sostanze innocue riescono a stimolarlo comunque: si hanno allergie
• Polvere: viene inalata durante la respirazione, in alcuni soggetti alcune particelle antigeniche come polline possono scatenare allergie
• Molecole penetrate nel corpo in modo accidentale: morso di serpente o puntura di vespa
• Molecole penetrate nel corpo volontariamente: iniezione di un farmaco, trapianto di un organo
• Antigeni di gruppo sanguigno: sono antigeni (glicoproteine) sui globuli rossi dei diversi gruppi sanguigni
• Antigeni di istocompatibilità: costituiti da proteine, presenti su tutte le cellule di un individuo, che lo caratterizzano, sono responsabili del rigetto nei trapianti
• Agenti linfocitari: classificati secondo un sistema numerico, che usa CD seguito da un numero, tra cui ce ne sono alcuni presenti sui linfociti T, che distinguono gli helper (CD4) dai citotossici (CD8); ci sono oltre 360 CD diversi

Cross-reattività

Due antigeni simili o che hanno 1 o più epitopi in comune, reagiscono entrambi con lo stesso anticorpo: cross-reattività. L’esempio più tipico è quello dei gruppi sanguigni. In umana vi sono 4 gruppi sanguigni, A, B, AB e 0. Gli antigeni sono A e B, possono essere presenti singolarmente, insieme oppure non essere presenti. Chi è di gruppo sanguigno A ha anticorpi verso il gruppo B e viceversa, anche se non si è mai venuti in contatto con sangue incompatibile. Questo perché su diversi batteri ci sono glicoproteine identiche a quelle di gruppi sanguigni: un batterio può avere un disegno antigenico che è simile a quello del sangue, perciò è molto probabile che veniamo a contatto di glicoproteine che sono assorbite a livello intestinale, raggiungono il sangue e innescano una cross-reazione. In fase di ontogenesi il sistema immunitario fa uno screening degli antigeni, riconosce il gruppo sanguigno come self, mentre tutti gli altri antigeni appartenenti agli altri gruppi sanguigni sono considerati non self.

Nell’uomo è presente anche il fattore Rh, con antigene D, che può essere presente o assente. In caso di necessità di trasfusioni bisogna avere sangue compatibile: se no gli anticorpi andranno a distruggere i globuli rossi trasfusi! I soggetti AB sono riceventi universali, perché non avendo anticorpi, possono ricevere sangue da qualsiasi gruppo sanguigno. I soggetti 0 invece sono donatori universali, perché non hanno antigeni, ma hanno anticorpi verso A e B: questo non crea problemi perché sono molto diluiti nel sangue del ricevente.

Altro esempio di cross-reattività

Un altro esempio è quello tra un batterio brucella abortus (i bovini devono essere esenti per legge perché la brucellosi è una zoonosi e si possono contagiare le persone) e yersinia enterocolitica. La diagnosi di brucellosi si fa ricercando gli anticorpi prodotti dall’animale infettato i quali vanno a finire nel latte (si cercano nel latte). La yersinia somiglia alla brucella, gli anticorpi prodotti per la yersinia daranno un risultato falso positivo perché gli animali risulteranno affetti da brucella.

Difese aspecifiche

Mercoledì 22 marzo 2017 08:30

Difese innate non specifiche

Si parte dai meccanismi anatomico-fisico-chimico costituiti dalle barriere epiteliali e altri mezzi. Si hanno superfici a contatto con l’esterno più facilmente aggredibili: la cute e tutte le mucose degli apparati che hanno un’apertura verso l’esterno. A questi livelli devono esserci mezzi in grado di bloccare gli aggressori. Ci sono poi i mezzi di autopulizia come tosse, starnuti, diarrea, importantissima poi è la flora microbica.

Le difese innate aspecifiche sono meccanismi innati come febbre, cellule o molecole. Si attiveranno poi meccanismi di secondo intervento adattativi espletati dai leucociti. La collaborazione tra sistema specifico e aspecifico perdurerà per tutta l’azione. L’organismo deve mettere in atto meccanismi rapidi per impedire l’entrata dell’invasore, i meccanismi devono essere già in grado di combatterlo con le difese di primo intervento. Il primo processo di difesa è l’infiammazione (flogosi) che ha lo scopo di concentrare nei siti di invasione e danno tessutale cellule e molecole in grado di eliminare l’aggressore. Si ha l’attivazione di cellule sentinella che hanno il compito di vedere e catturare l’aggressore (macrofagi, cellule dendritiche e mastociti), possono esserci cellule che hanno altro ruolo ma possono agire da cellule sentinella, come le cellule epiteliali. Le cellule sentinella sono concentrate soprattutto a livello delle superfici come cute e mucose.

Le difese innate sono date da:

• Meccanismi metabolici, come la febbre
• Cellule:
  • Granulociti neutrofili, eosinofili e basofili
  • Mastociti
  • Piastrine
  • Monociti-macrofagi, cellule dendritiche (APC)
  • Cellule natural killer
• Molecole:
  • Lisozima-lattoferrina
  • Interferoni
  • Sistema complemento

Febbre

La febbre è un sintomo, meccanismo di difesa, ha effetti positivi sul sistema immunitario, lo attiva. Con la febbre le cellule del sistema immunitario producono citochine (messaggi che le cellule si scambiano), in questo modo le cellule si attivano. È un’azione benefica dal punto di vista immunitario. Molti microrganismi sono termosensibili, all’aumentare della temperatura smettono di replicarsi. La febbre insorge quando si ha qualcosa proveniente da fuori, come il caso di una ferita contaminata da batteri. Quando entra un microrganismo questo stimola a rilasciare il pirogeno, citochina che agisce sul centro di termoregolazione, stimola il sistema immunitario e blocca la riproduzione dei microrganismi.

Cellule che entrano in gioco con le difese innate

Le cellule del sangue sono divise in eritrociti e leucociti, fanno parte della categoria di interesse i leucociti: granulociti (nucleo polimorfonucleato, basofili, neutrofili e eosinofili), monociti e linfociti (si dividono in B e T morfologicamente identici ma diversi dal punto di vista funzionale).