immunologia

Programma lezione: Introduzione al corso

La logica di funzionamento e le proprietà essenziali del sistema immunitario

Le proprietà e le fasi della risposta immunitaria: risposta primaria e secondaria; l'integrazione tra immunità specifica e naturale.

Le cellule del sistema immunitario

Morfologia e caratteristiche dei linfociti, dei macrofagi e delle cellule dendritiche.

Le sottopopolazioni linfocitarie

Linfociti T, B, NK; linfociti vergini, attivati e memoria: principali caratteristiche funzionali e immunofenotipiche.

Anatomia funzionale dei tessuti linfoidi

Timo, linfonodi, milza, tessuto linfoide associato alla cute e alle mucose.

L'infiammazione

Principali caratteristiche e ruolo nella difesa contro gli agenti patogeni; le modificazioni emodinamiche del microcircolo, la formazione dell'essudato infiammatorio, il ruolo delle citochine.

La ricircolazione dei linfociti vergini, attivati e memoria

I recettori delle cellule dell'immunità innata.

Le proteine coinvolte nel riconoscimento e presentazione degli antigeni

Le immunoglobuline di membrana e solubili; il recettore per l'antigene dei linfociti B e le proteine ad esso associate. Le diverse classi di immunoglobuline, natura, struttura, funzioni; la loro localizzazione nei fluidi biologici. La struttura dei domini immunoglobulinici costanti e variabili. Le CDR.

Il legame antigene-anticorpo

Le forze in esso coinvolte; il concetto e i diversi tipi di cross-reattività; affinità e avidità. Le principali tecniche immunologiche: l'immunodiffusione radiale, il dot-blot, il western-blot, le tecniche ELISA.

Le proteine del complesso maggiore di istocompatibilità

• Classe I: struttura, funzione, biogenesi, meccanismo di genesi e presentazione dei peptidi antigenici.
• Classe II: struttura, funzione, biogenesi, meccanismo di genesi e presentazione dei peptidi antigenici.

Il recettore dei linfociti T (TCR)

Struttura, biogenesi e funzione. La presentazione degli antigeni ai linfociti T: la sinapsi immunologica e le proteine coinvolte nella sua formazione e funzione.

La maturazione dei linfociti T

L'attivazione dei linfociti T. Caratteristiche dei linfociti Th1, Th2, Th17.

I gruppi sanguigni e la trasfusione di sangue

Natura degli antigeni del sistema ABO e Rh. Le agglutinine. Il meccanismo di agglutinazione. La determinazione dei gruppi sanguigni. Il test di Coombs diretto e indiretto.

L'attivazione dei linfociti B

La cooperazione B-T. Il ruolo del follicolo linfatico. Lo shift isotipico. La maturazione dell'affinità.

L'immunologia dei trapianti

Le basi genetiche e immunologiche del rigetto. Presentazione primaria e secondaria degli antigeni di istocompatibilità. Il rigetto iperacuto, acuto e cronico. La "graft versus host disease".

I meccanismi effettori dell'immunità specifica

Immunologia attiva, passiva, adattativa, innata, cellulare, umorale.

Immunità

Immunità = significa protezione dalla malattia ed in particolare dalla malattia infettiva. Le cellule e le molecole responsabili dell'immunità formano il sistema immunitario. La risposta immunitaria può essere suscitata anche da sostanze estranee di natura non infettiva e talvolta può anche causare danni tissutali e malattia.

Tipologie di immunità

Essa la possiamo suddividere in:

• Innato = detta anche naturale o nativa, è formata da quei meccanismi di difesa cellulare e biochimici che sono preesistenti all'infezione. Questi reagiscono in modo identico alle ripetute esposizioni. I suoi principali componenti sono le barriere fisiche e chimiche, le cellule fagocitiche, le cellule dendritiche, le natural killer e le altre cellule linfoidi innate, ed infine, le proteine del sangue, tra cui i fattori del complemento e altri mediatori della flogosi.
• Adattativo = detta anche specifica o acquisita, si sviluppa e si adatta in risposta all'infezione stessa. Le sue caratteristiche sono la specificità, ovvero è in grado di distinguere diverse sostanze, e la memoria, ovvero la capacità di rispondere con maggiore vigore a esposizioni ripetute di uno stesso patogeno. I componenti dell'immunità adattativa sono i linfociti ed i loro prodotti di secrezione, gli anticorpi.

Queste due non devono essere viste come due tipologie distinte ed indipendenti di immunità. Infatti, l'immunità innata stimola l'immunità specifica e l'immunità specifica potenzia l'immunità innata.

Citochine

Le citochine sono un'ampia classe di proteine secrete che hanno strutture e funzioni diverse e che sono deputate alla regolazione e al coordinamento di numerose attività delle cellule dell'immunità.

• Le chemochine sono un ampio gruppo di citochine che sono strutturalmente omologhe e che regolano la migrazione e il movimento cellulare.

Risposte immunitarie adattative

Esistono due tipologie di risposte immunitarie adattative: l'immunità cellulare e quella umorale. Quest'ultima è mediata da anticorpi prodotti dai linfociti B (cellule B) e che sono presenti nel sangue e nelle secrezioni mucosali. Questa è il principale meccanismo di difesa contro i microbi extracellulari e le loro tossine.

L'immunità cellulo-mediata è attuata dai linfociti T. Essi si occupano di eliminare i serbatoi di infezione attraverso l'eliminazione di quei microbi che sono sopravvissuti all'interno dei fagociti, e uccidendo le cellule infettate.

Attiva e passiva

L'immunità inoltre la si può dividere in attiva e passiva.

• Attiva = è l'immunità che deriva dall'esposizione ad un antigene, l'individuo in questo caso ha un ruolo attivo nella risposta. Il soggetto che ha risposto ad un antigene viene detto immune.
• Passiva = si ottiene con il trasferimento adottivo, ovvero tramite il trasferimento di siero o di linfociti da un soggetto vaccinato. Anche in questo caso il soggetto diventa immune, ma senza che esso sia stato esposto e senza che abbia mai risposto all'antigene. Un esempio importante di tale fenomeno è il trasferimento degli anticorpi materni al feto attraverso la placenta. In questo caso i neonati diventano in grado di combattere le infezioni ancora prima di essere in grado di produrre anticorpi.

Antigene

• Antigene = qualunque sostanza in grado di legare i recettori specifici dell'anticorpo e i recettori dei linfociti indipendentemente dalla loro capacità di stimolare la risposta immunitaria.
• Sostanze immunogene = sostanze che stimolano la risposta immunitaria.

Caratteristiche delle risposte immunitarie adattative

Componenti dell'immunità adattativa

1. Linfociti = mediatori dell'immunità cellulare e umorale.
   • B producono anticorpi, sono i mediatori dell'immunità umorale.
   • T, sono le cellule dell'immunità cellulare. Aiutano le cellule fagocitiche a eliminare i microbi o eliminando essi stessi le cellule infettate. Riconoscono gli antigeni peptidici legati ad alcune proteine codificate dai geni del complesso maggiore di istocompatibilità. Quindi essi non rispondono ad antigeni solubili. Si dividono in molti gruppi dei quali i più conosciuti sono i linfociti T helper e i linfociti T citotossici. Abbiamo poi i T regolatori che si occupano di inibire le risposte immunitarie e le cellule NKT.
2. Cellule accessorie = le più specializzate nella presentazione dell'antigene sono le cellule dendritiche che catturano antigeni microbici dall'ambiente circostante.
3. Cellule effettrici = T attivati, fagociti mononucleati e altri leucociti.

Risposte dell'immunità innata

Il sistema innato ha il compito di impedire l'ingresso e di annullare o almeno limitare la crescita dei microrganismi che stanno colonizzando un tessuto. Sono due le sue principali strategie: l'infiammazione e la risposta antivirale.

L'infiammazione consiste nel richiamo delle proteine plasmatiche e dei leucociti circolanti nei tessuti, dove vengono attivati per eliminare i microbi. I principali leucociti richiamati in questa fase sono i neutrofili, i monociti e le cellule fagocitiche.

Le difese antivirali invece, si basano sull'azione di alcune citochine che conferiscono alla cellula resistenza contro le infezioni e attivano le NK (che sono cellule dell'immunità innata appunto) che vanno a distruggere le cellule infette.

I microrganismi in grado di resistere ai meccanismi di difesa dei tessuti entrano in circolo dove vengono riconosciuti dalle proteine del complemento. Esse vengono attivate dopo il riconoscimento delle proteine microbiche, vengono tagliate e attivano diverse risposte infiammatorie. Inoltre possono ricoprire i microbi (opsonizzazione) e favorirne così la fagocitosi e la lisi.

Risposte dell'immunità adattativa

Sono tre le sue principali strategie: produzione di anticorpi, stimolazione della fagocitosi e uccisione cellulare. In ordine temporale l'immunità adattativa agisce in questo modo:

1. Cattura e presentazione dell'antigene = data la scarsità di linfociti specifici per un certo antigene e la quantità dell'antigene stesso, sono necessari dei meccanismi che facilitino l'interazione tra di essi. Le DC catturano i vari antigeni, digeriscono le loro proteine in frammenti e queste poi vengono esposte sulle membrane associate a molecole MHC. Tale riconoscimento avviene nei linfonodi o nella milza. Nel caso in cui i microrganismi raggiungano tali distretti ancora integri verranno riconosciuti direttamente in loco dai linfociti B, e talvolta verranno presentati ad essi grazie all'intervento di cellule APC specifiche.
2. Riconoscimento dell'antigene da parte dei linfociti
   • Ipotesi della selezione clonale = i cloni dei linfociti (per clone si intende un linfocita con la sua specificità per quell'antigene e tutta la sua progenie) antigene-specifici si sviluppano prima e indipendentemente dall'incontro con l'antigene. Questa è una delle caratteristiche fondamentali del sistema immunitario: produrre un elevato numero di cloni durante la maturazione linfocitaria aumentando così la possibilità di riconoscere antigeni diversi. Inoltre, i linfociti hanno bisogno di interagire, oltre che con l'antigene, con molecole costimolatorie che ne permettono il differenziamento.
3. Attivazione dei linfociti T ed eliminazione dei microrganismi intracellulari (immunità cellulare) = i linfociti CD4+ attivi proliferano e si differenziano in cellule effettrici che producono citochine. In particolare quando i linfociti T CD4+ vergini interagiscono con un antigene secernono la IL-2 che è un fattore di crescita che stimola la proliferazione di quel clone linfocitario. Parte della progenie di essi quindi si differenzia in cellule effettrici che producono citochine diverse e che avranno quindi funzioni diverse. Alcune di esse migrano fino ai siti di infiammazione. Alcuni CD4+ producono citochine in grado di reclutare altri leucociti e attivano la produzione di sostanze microbicide nei fagociti, mentre altri aiutano i B a produrre le IgE che sono in grado di attivare gli eosinofili. Essi sono una sottopopolazione leucocitaria in grado di eliminare i parassiti le cui dimensioni renderebbero impossibile la fagocitosi.
4. CT8+ invece proliferano e divengono CTL che uccidono le cellule che ospitano i microrganismi.
5. Attivazione dei linfociti B ed eliminazione dei microrganismi extracellulari (immunità umorale) = dopo il riconoscimento i linfociti B proliferano e si differenziano in cellule in grado di produrre diversi anticorpi. La risposta spesso è mediata dai linfociti T helper anche se non è sempre così. Una parte di questi linfociti attivati differenzia in plasmacellule che producono anticorpi. I polisaccaridi ed i lipidi stimolano la produzione di IgM, gli antigeni proteici delle IgG, IgA e IgE.
• Scambio isotipico
• Maturazione dell'affinità
6. Le IgG ricoprono i microrganismi e li rendono un bersaglio per le cellule fagocitiche e assieme alle IgM attivano la via del complemento. Le IgA invece sono secrete dagli epiteli delle mucose e neutralizzano i microbi presenti in tali distretti. Le IgG proteggono il nascituro e infatti sono attivamente trasportate attraverso la placenta.

Memoria

Sono cellule che vengono generate dopo l'attivazione iniziale dei linfociti e che hanno una lunga sopravvivenza. Esse formano una risposta più rapida di quella iniziale da parte dei linfociti vergini verso lo stesso antigene.

Cellule del sistema immunitario

Fagociti

Cellule la cui funzione primaria è ingerire ed eliminare i tessuti danneggiati e i microrganismi. Essi vengono reclutati nel sito di infezione, riconoscono i microbi e digeriscono i microbi fagocitati. Inoltre comunicano con le altre cellule del sistema immunitario per contatto diretto o rilascio di citochine.

Neutrofili o leucociti polimorfonucleati

Sono la popolazione più abbondante dei globuli bianchi circolanti. Hanno forma tondeggiante e diametro di 12-15 μm. Presentano numerose estroflessioni di membrana. Il loro nucleo è segmentato in 3-5 lobuli collegati mentre nel citoplasma si trovano due tipologie di granuli. La maggior parte di essi, detti granuli specifici, sono insensibili a coloranti acidi o basici e contengono enzimi litici come il lisozima, la collagenasi e l'elastasi. Gli altri granuli, detti azzurrofili, sono formati dai lisosomi che contengono enzimi e altre sostanze microbicide. I neutrofili sono prodotti nel midollo osseo e derivano da precursori che danno origine anche ai fagociti mononucleati.

Fagociti mononucleati

È un sistema costituito da macrofagi e monociti. I primi sono distribuiti ampiamente nel connettivo e negli organi, e sono di centrale importanza sia nella risposta innata che in quella adattativa. In molti tessuti si trovano macrofagi longevi che derivano da precursori presenti nel sacco vitellino e nel fegato fetale durante lo sviluppo prenatale. Essi ingeriscono e uccidono i microbi, degradano le cellule morte dell'ospite risolvendo così il processo infiammatorio, e in particolare ingeriscono le cellule apoptotiche prima che esse rilascino il loro contenuto e attivino le risposte infiammatorie. Inoltre, essi rilasciano citochine che agiscono sui tessuti endoteliali che rivestono i vasi, reclutando così, nei siti di flogosi, monociti e altri leucociti. Inoltre presentano l'antigene e attivano i linfociti T. Infine si occupano anche di riparare i tessuti danneggiati stimolando la crescita di nuovi vasi sanguigni e la sintesi di matrice extracellulare ricca di collagene. I monociti, che hanno un diametro di 10-15 μm, invece hanno nuclei a forma di fagiolo e granulazioni citoplasmatiche che contengono lisosomi, vacuoli fagocitici e filamenti del citoscheletro.

Mastociti, basofili ed eosinofili

Presentano granuli citoplasmatici contenenti mediatori infiammatori e antimicrobici. Si ritrovano nelle risposte contro gli elminti e nelle reazioni delle malattie allergiche.

Mastociti

Sono di origine midollare e si trovano localizzati nella cute e negli epiteli delle mucose. Nel loro citoplasma sono presenti granuli, legati alla membrana, che contengono proteoglicani acidi che legano i coloranti basici. Esprimono recettori con elevata affinità per le IgE delle quali sono in genere rivestiti. Nei granuli è contenuta anche l'istamina e il contenuto di essi va a indurre l'alterazione dei vasi sanguigni dando origine all'infiammazione.

Eosinofili

Contengono granuli che contengono enzimi che danneggiano la parete cellulare dei parassiti e che possono danneggiare anche i tessuti dell'ospite. I loro granuli legano coloranti acidi come l'eosina. Alcuni eosinofili sono normalmente presenti nelle mucose degli apparati respiratorio, gastrointestinale e genitourinario.

Basofili

Si colorano con l'ematossilina. Sono granulociti del circolo ematico e mostrano analogie strutturali e funzionali con i mastociti. Derivano da una linea midollare e maturano nel midollo osseo. Esprimono recettori per le IgE, le legano e possono essere attivati in seguito al legame di esse con l'antigene.

Cellule che presentano l'antigene

Catturano l'antigene e lo presentano ai linfociti, fornendo segnali per la proliferazione e la maturazione dei linfociti stessi.

Cellule dendritiche

Sono il tipo più importante per l'attivazione dei linfociti T vergini. Sono caratterizzate da lunghe protrusioni della membrana e da una spiccata capacità fagocitica. Si trovano nei tessuti linfoidi, nell'epitelio delle mucose e nel parenchima.