Immunologia - Appunti

Sezione I: Caratteristiche generali delle risposte immunitarie

Funzione del sistema immunitario

La funzione fisiologica del sistema immunitario è di difendere l’organismo da agenti infettivi, ma anche agenti di natura non infettiva possono provocare una risposta immunitaria. L’immunità è dunque una risposta a sostanze estranee all’organismo, che è indipendente dalle conseguenze fisiologiche o patologiche di tale risposta.

Immunità innata

L'immunità innata consta di meccanismi preesistenti all’infezione che reagiscono con rapidità contro i microbi, ma che nel ripetersi di una stessa infezione reagiscono in maniera identica. Sono: le barriere fisico-chimiche dell’organismo, neutrofili, macrofagi, NK, proteine del complemento e citochine.

Immunità specifica o acquisita

L'immunità specifica consta di meccanismi che ad ogni riesposizione ad uno stesso agente acquistano potenza e capacità difensiva, essendo altamente specifici per le diverse macromolecole ed avendo una memoria immunitaria. Sono: i linfociti e le molecole da essi prodotte. Le risposte innate stimolano le specifiche, che hanno come meccanismi effettori molti di quelli propri dell’immunità innata.

Tipi di risposte immunitarie specifiche

• Immunità umorale: è mediata dagli anticorpi, prodotti dai linfociti B. Gli anticorpi riconoscono specificamente gli antigeni microbici, li neutralizzano e li destinano all’eliminazione da parte di vari meccanismi effettori.
• Immunità cellulare: o cellulo-mediata, è mediata dai linfociti T e favorisce la distruzione dei microbi intracellulari.
• Immunità attiva: è indotta dall’esposizione ad un agente estraneo.
• Immunità passiva: è conferita trasferendo in un individuo siero o linfociti da un soggetto già immunizzato verso quell’antigene.

Caratteristiche delle risposte immunitarie specifiche

Specificità: le risposte immunitarie sono specifiche per i diversi antigeni; la porzione antigenica riconosciuta è detta epitopo.

Diversificazione: il numero delle diverse specificità antigeniche è il repertorio linfocitario e solitamente corrisponde a 10⁹ -10¹¹.

Memoria: la risposta alla riesposizione ad uno stesso antigene è più rapida e più intensa della primaria.

Autolimitazione: le normali risposte immunitarie si esauriscono col tempo dopo la stimolazione antigenica e il sistema immunitario torna in uno stato di omeostasi.

Non reattività verso il self: è detta tolleranza ed è fondamentale per l’eliminazione di linfociti che esprimono recettori specifici per antigeni self (alterazioni di questo meccanismo portano alle malattie autoimmuni).

Componenti del sistema immunitario specifico

Linfociti B: sono le uniche cellule in grado di produrre anticorpi e riconoscono antigeni extracellulari e antigeni espressi sulla membrana delle cellule.

Linfociti T: sono responsabili dell’immunità cellulare e possono essere distinti in linfociti T helper e linfociti T citotossici o CTL; non producono anticorpi e riconoscono solo peptidi antigenici legati a proteine autologhe codificate da geni del MHC e espresse sulla membrana di altre cellule. I linfociti T helper secernono citochine che stimolano la proliferazione dei linfociti T stessi, dei linfociti B, dei macrofagi e di altri leucociti. I CTL uccidono cellule che producono antigeni estranei.

Linfociti NK: sono coinvolti nell’immunità innata contro i virus e altri patogeni cellulari.

Fasi delle risposte immunitarie specifiche

1. Riconoscimento degli antigeni: i cloni di linfociti specifici per i differenti antigeni si sviluppano indipendentemente dal contatto con essi. Gli antigeni estranei interagiscono con cloni preesistenti di linfociti specifici nei tessuti linfoidi specializzati dove iniziano le risposte immunitarie (ipotesi della selezione clonale).
2. Attivazione dei linfociti: richiede 2 segnali, di cui il primo è l’antigene e il secondo è costituito da prodotti microbici o da componenti dell’immunità innata (ipotesi del doppio segnale) e prevede:
   • Sintesi di nuove proteine: citochine, recettori per le citochine e proteine coinvolte nella trascrizione genica e nella divisione cellulare.
   • Proliferazione cellulare: o espansione clonale per mitosi.
   • Differenziazione in cellule effettrici: i linfociti T helper producono citochine, i CTL lisano le cellule infettate e le cellule tumorali, i linfociti B producono anticorpi.
3. Omeostasi: al termine della risposta immunitaria un gran numero di linfociti T stimolati dall’antigene vanno incontro ad apoptosi perché probabilmente la loro sopravvivenza dipende dalla presenza dell’antigene e dai fattori di crescita che esso promuove.
4. Differenziazione in cellule della memoria: che sopravvivono per periodi prolungati.
5. Eliminazione dell’antigene: gli anticorpi eliminano i microbi extracellulari, i linfociti T i microbi intracellulari.

Cellule e tessuti del sistema immunitario

Linfociti

Originano da cellule staminali del midollo osseo; sono le uniche cellule dell’organismo in grado di riconoscere e distinguere i diversi antigeni e sono responsabili della specificità e della memoria. Le proteine presenti sulla membrana cellulare sono usate come marcatori fenotipici: i linfociti T helper esprimono CD4, i CTL esprimono CD8. CD sta per cluster differentation, quindi una molecola riconosciuta da un cluster (gruppo) di anticorpi monoclonali, che possono essere usati per identificare lo stadio di differenziazione dei linfociti.

Linfociti T vergini: non hanno mai incontrato l’antigene, sono anche conosciuti come piccoli linfociti (diametro di 8-10 μm) e si trovano in uno stato di quiescenza. All’interno del linfonodo si trovano particolari venule post capillari ad alto endotelio, le HEV, che presentano un elevato grado di adesività da parte dei linfociti T vergini, che quando urtano l’endotelio vi rimangono adesi per molti secondi e una parte di essi aumenta l’adesività e si fa larga fra le cellule endoteliali fino al linfonodo; nel linfonodo i linfociti T vergini possono essere attivati dall’antigene accumulato, ma se ciò non avviene lasciano il linfonodo e vanno a localizzarsi in un altro e così via.

Linfociti T effettori: escono dai linfonodi e si localizzano nei focolai infiammatori, perché le citochine potenziano l’espressione sulle cellule endoteliali di ligandi per le integrine E- e P-selectina, la cui espressione è notevolmente aumentata sui linfociti T attivati.

Linfociti B: risiedono in tessuti linfoidi periferici, dato che secernendo anticorpi non hanno bisogno di migrare. I linfociti B vergini migrano dal sangue ai follicoli linfatici in risposta a chemochine prodotte nei follicoli, le BLC; quando la cellula è stata attivata l’espressione dei recettori per BLC diminuisce e il linfocita B maturo può lasciare il follicolo.

Cellule accessorie

Fagociti mononucleati: originano nel midollo osseo e maturano e si attivano nei diversi tessuti. Quando lasciano il midollo osseo prendono il nome di monociti e nei tessuti maturano diventando macrofagi. Presentano l’antigene ai linfociti T e producono proteine di membrana che fanno da segnale per l’attivazione di linfociti T.

Cellule dendritiche: presentano numerosi prolungamenti citoplasmatici ramificati. Captano e trasportano gli antigeni proteici ai linfonodi, si localizzano nelle aree linfonodali contenenti linfociti T e presentano l’antigene.

Cellule follicolari dendritiche: presentano prolungamenti citoplasmatici e sono presenti solo nel centro germinativo di linfonodi, milza e tessuto linfoidi. Captano antigeni combinati ad anticorpi o a prodotti del complemento e li presentano ai linfociti B.

Tessuti linfoidi

Midollo osseo: è la sede dell’emopoiesi. La proliferazione e la maturazione delle cellule del sistema immunitario sono stimolate dalle citochine, prodotte da cellule stromali, da macrofagi midollari, da linfociti T stimolati dall’antigene e da macrofagi attivati da citochine o microbi.

Timo: la corticale è ricca in linfociti T, la midollare presenta i corpuscoli di Hassal, strati concentrici di cellule epiteliali. La maturazione dei linfociti T inizia nella corticale e via via che maturano i timociti migrano verso la midollare e una volta maturi entrano in circolo.

Milza: è un filtro per il sangue e il sito principale della fagocitosi di microbi opsonizzati (rivestiti da anticorpi). I macrofagi della polpa rossa eliminano dal circolo microbi e materiale particolato.

Linfonodi: sono piccoli aggregati cellulari di tessuto linfoide. Nella corticale le cellule formano i follicoli, che si dicono primari se non presentano un centro germinativo e secondari se lo presentano. I follicoli primari sono popolati principalmente da linfociti B maturi vergini. I centri germinativi si sviluppano in risposta alla stimolazione antigenica: in essi i linfociti B proliferano, vengono selezionati quelli che producono anticorpi ad elevata affinità e si generano cellule della memoria. La paracorticale è ricca in linfociti T.

Sistema linfatico: raccoglie l’antigene e lo convoglia verso i linfonodi, disposti regolarmente lungo il decorso dei vasi linfatici, che si comportano come filtri nei confronti della linfa. Gli antigeni entrati in circolo possono essere captati da macrofagi, cellule dendritiche del linfonodo e dai linfociti B (che a livello linfonodale riconoscono anche antigeni solubili) che lo processano e lo presentano ai linfociti T.

Cute: le cellule di Langerhans formano un reticolo sottocutaneo che capta gli antigeni che penetrano attraverso la cute e, dopo la stimolazione di chemochine, migrano nel derma e raggiungono i linfonodi per via linfatica.

Sezione II: Anticorpi e antigeni

Anticorpi

Sono presenti nel plasma, nelle secrezioni mucose e nel fluido interstiziale e il loro studio è definito sierologia. In circolo hanno un’emivita di circa 3 settimane e la concentrazione anticorpale per un dato antigene viene stabilita per titolazione (per diluizioni sempre maggiori del siero). Dato che nell’elettroforesi la maggior parte degli anticorpi forma il terzo picco di migrazione questi sono anche definiti γ-globuline. Sono prodotti dai linfociti B sotto forma di molecole di membrana che servono da recettore per l’antigene; quando il linfocita B viene stimolato parte la produzione di anticorpi anche in forma secreta; sono sintetizzati sui ribosomi del RER e associate con ponti disolfuro nel RE; dopo l’assemblaggio le Ig sono convogliate alle cisterne dell’apparato del Golgi e trasportate verso la membrana. I linfociti B che producono anticorpi ad affinità più elevata sono stimolate dall’antigene in maniera preferenziale e diventano la popolazione dominante ad una successiva riesposizione secondo un processo detto maturazione dell’affinità.

La loro struttura è stata definita grazie alla tecnica dell’“ibridoma”, che prevede la fusione di un linfocita B normale e di uno di mieloma. Tutti gli anticorpi hanno identiche caratteristiche strutturali, ma una notevolissima variabilità nelle regioni che legano l’antigene: ogni anticorpo è formato da una struttura simmetrica di 2 catene leggere identiche (24 KD) e di 2 catene pesanti anch’esse identiche (55-70 KD). Ognuna delle catene leggere è legata ad una catena pesante da ponti disolfuro, così come le 2 catene pesanti tra loro. Tutte le catene contengono una serie di unità omologhe di 110 a.a. che si ripiegano a formare un motivo globulare, il dominio Ig, che contiene 2 strati di foglietto formati da 4-5 nastri antiparalleli (superfamiglia delle Ig).

Le catene, pesanti e leggere, presentano una regione variabile (V) N-terminale e una regione costante (C) C-terminale. Nelle catene pesanti la regione V contiene un solo dominio Ig, mentre la regione C ne contiene 3-4; nelle catene leggere sia la regione V che la regione C contiene un solo dominio Ig. La regione V di una catena pesante (VH) è giustapposta alla regione V di una catena leggera (VL) a formare il sito di legame per l’antigene; quindi ogni molecola Ig ha 2 siti di legame per l’antigene. La regione V possiede 3 segmenti ipervariabili, tenuti assieme da cornici più conservative, e sono indicati con le sigle CDR1, CDR2 e CDR3. Gli anticorpi sono distinti in classi, o isotipi (IgA, IgD, IgE, IgG e IgM), e sottoclassi in base alla struttura delle regioni C delle catene pesanti; la maggior parte delle funzioni effettrici è proprio data dal legame delle regioni C delle catene pesanti su recettori cellulari o proteine del complemento. Quindi la regione V è responsabile del riconoscimento dell’antigene grazie alle sequenze amminoacidiche specifiche in essa contenute. La regione C è responsabile delle funzioni effettrici, principalmente le regioni C delle catene pesanti, perché queste legano l’anticorpo sulla superficie dei linfociti B.

Le molecole anticorpali sono flessibili grazie ad una regione cerniera sita in certi isotipi tra i domini CH1 e CH2 (10-60 a.a.). Esistono 2 isotipi di catena leggera che si differenziano per le regioni C-terminali e denominate κ e λ. Ogni Ig possiede o due catene κ o due catene λ.

Gli anticorpi possono essere espressi in 2 forme: nella forma secreta la sequenza C-terminale è costituita da residui carichi ed idrofili, nella forma di membrana la sequenza C-terminale presenta 26 a.a. con catene laterali idrofobiche seguiti da residui basici. Con il clivaggio proteolitico delle IgG si ottengono frammenti con caratteristiche strutturali e funzionali differenti: le IgG di coniglio trattate con papaina si separano in 3 frammenti, 2 che conservano la capacità di legare l’antigene detti Fab (fragment antigen binding) e un terzo, detto Fc, che conserva la capacità di attivare il complemento. Se invece le IgG di coniglio sono trattate con pepsina, il clivaggio interessa la regione C-terminale e si formano due frammenti: un frammento contenente i due domini Fab in grado di legare l’antigene e la regione cerniera con i due ponti disolfuro, il secondo frammento invece non sarà in grado di legarsi allo specifico recettore presente sulla superficie delle cellule effettrici.

La presenza di anticorpi specifici prende il nome di diversificazione e l’insieme degli anticorpi dotati delle diverse specificità è detto repertorio anticorpale.

Antigene

È ogni sostanza in grado di legarsi specificamente ad una molecola anticorpale o ad un recettore antigenico sui linfociti T: gli anticorpi possono riconoscere come antigene quasi ogni tipo di molecola biologica (intermedi metabolici, zuccheri, lipidi, ormoni, carboidrati complessi, acidi nucleici e proteine), mentre i linfociti T riconoscono solo peptidi. Tutte le molecole che sono in grado di innescare una risposta immunitaria sono definite immunogeni. Solo le macromolecole possono stimolare i linfociti B, quindi una piccola molecola, aptene, è coniugata ad una macromolecola, carrier, affinché il complesso aptene-carrier possa comportarsi da immunogeno. L’anticorpo si lega ad una sola porzione della macromolecola, l’epitopo, e una macromolecola che possiede determinanti multipli in uno stesso antigene è detta multivalente. L’organizzazione spaziale può influire sul legame con gli anticorpi (effetto allosterico).

Gli epitopi formati da una sequenza lineare di a.a. sono detti determinanti lineari (6 a.a.) e sono accessibili agli anticorpi se esposti sulla superficie esterna dell’antigene. I determinanti conformazionali sono formati da a.a. non in sequenza e si creano per la giustapposizione spaziale. Le proteine possono andare incontro a modifiche e quindi generare nuovi epitopi detti determinanti neo-antigenici. Il riconoscimento dell’antigene da parte dell’anticorpo presuppone un legame non covalente e reversibile, e la forza di legame tra un singolo sito combinatorio e un epitopo antigenico viene chiamata affinità dell’anticorpo, espressa come costante di dissociazione (Kd) che definisce la concentrazione di antigene necessaria per occupare i siti combinatori di metà delle molecole di Ig presenti in una data soluzione di anticorpo.

L’avidità è la forza complessiva fra il legame degli anticorpi a tutti gli epitopi antigenici. Solo l’interazione completa fra antigene polivalente e anticorpi permette di innescare in maniera ottimale molte delle funzioni effettrici svolte dagli anticorpi stessi. Le diverse funzioni effettrici degli anticorpi sono innescate dal legame specifico degli antigeni e dal coinvolgimento di altre molecole o cellule effettrici; l’elevato grado di specificità è necessario ad evitare che gli anticorpi reagiscano con strutture autologhe correlate a strutture estranee. Quando stimolato dall’antigene un clone di linfociti B può produrre anticorpi di isotipo diverso (regione C diversa) ma con gli stessi domini V (scambio isotipico).

Complesso maggiore di istocompatibilità

Gli antigeni microbici sono presentati ai linfociti T da una particolare classe di proteine codificate da geni che mappano nel locus denominato complesso maggiore di istocompatibilità – MHC. Le molecole MHC sono parte integrante dei ligandi riconosciuti dai linfociti T e si distinguono in molecole MHC di classe I e di classe II, e quelle umane sono chiamate antigeni leucocitari umani HLA. I 2 tipi di geni MHC, che sono polimorfi (esistono forme alternative presenti in una percentuale variabile degli individui di una data popolazione), codificano 2 gruppi di proteine omologhe ma strutturalmente distinte. Sono geni espressi in maniera codominante, cioè ogni individuo esprime gli alleli MHC presenti su entrambi i cromosomi.