Immunologia - Appunti

Immunologia e sistema immunitario

Il sistema immunitario ci difende da agenti esterni che sono potenzialmente dannosi. I primi agenti che ci vengono in mente sono i microorganismi, ma non sono gli unici (per esempio, le allergie sono risposte immunitarie ma non coinvolgono microorganismi). Noi abbiamo comunque microorganismi saprofiti essenziali per la nostra vita come la flora batterica. I patogeni invece invadono l’organismo e se non sono contrastati dall’immunitario danno la malattia e anche morte.

I microorganismi possono dare danno con esotossine (difterite, tetano), endotossine (molecole diretti costituenti del microorganismo come il lipopolisaccaride che dà la sepsi), uccidendo la cellula ospite (virus che ha attività citolitica lisando la cellula permissiva per la replicazione liberando i nuovi virus, per esempio HIV fa così).

Difese del sistema immunitario

Quando l’immunitario funziona possiamo resistere alle malattie ed è attivato anche da agenti non viventi, cioè i microorganismi, come le tossine. L’immunitario comprende due branche: immunità naturale o aspecifica e acquisita o specifica o adattativa. Tutti i viventi hanno la naturale, ma solo i vertebrati hanno anche la specifica. La naturale risponde in maniera sempre identica a qualsiasi agente potenzialmente dannoso, il meccanismo che si attiva è sempre lo stesso. I vertebrati attivano comunque la naturale, ma la specifica attiva un meccanismo specifico per ogni agente.

Immunità naturale e specifica

La naturale dei vertebrati ha due livelli. Il primo livello è di esclusione tramite barriere che escludano gli agenti esterni potenzialmente pericolosi (cute e mucose). Questo è un evento cruciale, perché se si perdono le barriere l’organismo può fare ben poco per resistere. Questo perché senza barriere il nostro organismo deve fronteggiare attacchi multipli da parte di tanti agenti patogeni diversi. Ma comunque qualcosa riesce a superare le barriere e allora c’è il secondo livello. Esso è rappresentato da un meccanismo aspecifico di eliminazione dell’agente, sempre uguale per ogni agente.

Interviene anche la specifica e allora si ha una risposta mirata a quel determinato agente. Lo scopo di ogni risposta immunitaria è la distruzione dell’agente potenzialmente patogeno non tanto la difesa dell’organismo. Il secondo livello della naturale e la specifica possono eliminare l’agente. A parte quando intervengono i T citotossici della specifica, si elimina il patogeno solo grazie alla naturale anche se la specifica ha collaborato. Gli anticorpi si legano al microorganismo ma questo non vuol dire niente perché il legame è reversibile e poi perché tale legame non è citotossico, distruttivo, è un segnale per cellule della naturale che lo distruggono.

Componenti dell'immunità

Entrambe le immunità hanno componente umorale (solubile) e cellulare. Per la naturale queste componenti valgono solo per il secondo livello. La specifica ha come umorale le immunoglobuline (ognuna riconosce un microorganismo), mentre la naturale ha il sistema del complemento. La componente cellulare della naturale è rappresentata da cellule che prevalentemente fagocitano cioè macrofagi, neutrofili, cellule dendritiche (macrofagi specializzati) e le cellule natural killer (NK) che sono citotossiche e non fagocitano (queste sono state scambiate per linfociti inizialmente ma sono più grandi e sono piene di granuli, hanno attività citotossica diretta che agisce in maniera sempre uguale).

La componente cellulare della specifica è costituita dai linfociti B e T. I B maturano nel midollo osseo, i T nel timo. I B producono immunoglobuline ma quando le producono e liberano si chiamano plasmacellule. I T si differenziano in tre sottoclassi: citotossici, helper e regolatori. I citotossici si attivano e rispondono in modo specifico. Gli helper aiutano, coordinano, regolano tutta la risposta specifica e contribuiscono a quella naturale. I regolatori (Treg) sono in realtà una sottoclasse degli helper e permettono l’instaurarsi e il mantenimento della tolleranza immunologica (non rispondere al self).

Risposta attiva e passiva

La specifica ha una risposta attiva e una passiva. L’attiva è messa in atto tutte le volte che l’organismo entra in contatto col patogeno e quindi lavora per eliminarlo. La passiva è una condizione in cui l’organismo riceve dall’esterno immunoglobuline e l’organismo non lavora. Non può ricevere cellule perché è come se fosse un trapianto quindi c’è rischio di rigetto.

La vaccinazione è immunità attiva perché il vaccino somministra microorganismo o un suo pezzo per stimolare la risposta dell’organismo che quindi lavora. Un esempio di passiva è il passaggio di anticorpi da madre a feto e neonato tramite placenta e allattamento. Un altro esempio di passiva è la sieroprofilassi.

Memoria immunologica

La memoria immunologica è una caratteristica della specifica. Il tempo e l’entità di una reazione che avviene in un organismo che è già entrato in contatto con l’agente è più rapida e maggiore rispetto al primo contatto. Questo perché il linfocita che si è attivato al primo contatto (risposta primaria, più lenta e di entità minore) ha prodotto delle cellule memoria che verranno chiamate in causa a tutti i contatti successivi (risposta secondaria). La memoria in linea di massima non si perde, ma è una caratteristica individuale, dipende da persona a persona.

Cellule dell'immunità

Le cellule che partecipano alla naturale si trovano ovunque nell’organismo. I macrofagi residenti e le cellule dendritiche sono presenti in determinati tessuti (esempio le cellule di Langerhans, gli astrociti) e sono quindi eccezioni all’essere ovunque nell’organismo. Le cellule della specifica invece stanno negli organi linfoidi primari (dove le cellule maturano, timo e midollo osseo) e secondari (deposito delle cellule funzionanti, linfonodi, milza, tessuti linfoidi associati a mucose). I tessuti linfoidi non sono veri e propri organi come linfonodi e milza, ma sono nella mucosa gastrica e intestinale e non hanno quindi una struttura ben definita ma una maggiore concentrazione di cellule linfoidi in quella mucosa e servono a regolare la risposta immunitaria nei confronti di agenti derivanti dall’alimentazione.

Nel midollo osseo originano tutte le cellule che partecipano alla risposta immunitaria. Il midollo osseo si trova alle estremità delle ossa lunghe e nelle ossa piatte. È costituito essenzialmente da tanti tipi di cellule diverse perché ci sono le staminali pluripotenti che daranno origine alle cellule ematiche, ci sono le cellule che danno sostegno alle staminali e cellule di tessuto adiposo per dare energia. È uno dei tessuti che può andare incontro a trasformazione neoplastica, cioè può diventare tumore, perché il tasso di proliferazione cellulare è molto elevato e quindi la probabilità che si instauri una trasformazione è molto elevata. Le leucemie sono i tumori che prevalgono nel midollo. Inoltre perché ci sia tumore è importante la condizione in cui si trova lo stroma midollare perché in esso ci sono concentrazioni più o meno elevate di citochine che possono favorire o meno i tumori.

Dal midollo osseo si parte da una staminale pluripotente che in relazione all’esposizione di determinate citochine differenziano il precursore linfoide e il precursore mieloide. Dalla mieloide origina la maggior parte delle cellule della naturale (tra cui i monociti che sono gli unici macrofagi circolanti mentre i macrofagi veri e propri stanno in un tessuto; i granulociti tra cui i basofili diventano mastcellule nei tessuti; megacariocitiche daranno le piastrine; gli eritrociti). Dalla linfoide originano le cellule della specifica (linfociti T e B, le cellule natural killer). Il differenziamento linfoide non avviene allo stesso modo per tutte le cellule perché la cellula può migrare nel timo e diventare T o restare nel midollo e diventare B o cellula NK.

Il timo e la maturazione dei linfociti T

I precursori linfoidi che ricevono l’indirizzamento di diventare T migrano nel timo. Il timo è una formazione mista tra cellule epiteliali e immunitarie e tende a regredire man mano che si invecchia. È diviso in lobi al cui interno sono suddivisi in lobuli da sottili setti di tessuto connettivo. In ogni lobulo c’è una zona corticale esterna e midollare interna. I precursori che arrivano dal midollo raggiungono la corticale e man mano si spostano nella midollare dove completano la maturazione e così possono uscire, andare in circolo e raggiungere i linfonodi.

I corpuscoli di Hassal sono degli ammassi di cellule morte che sono dette epiteliali timiche e stanno nei lobuli. Queste cellule forniscono ai precursori linfocitari i nutrienti e partecipano alla tappa conclusiva della loro maturazione.

La milza: struttura e funzione

La milza è addossata al pancreas e ha polpa rossa e bianca. La rossa è ricca di eritrociti, la bianca ha meno eritrociti (e quindi è meno rossa) e ha le cellule immunocompetenti. All’esterno c’è una capsula di tessuto connettivo che dà supporto e sostegno. Ha funzione emocateretica, cioè smaltisce vecchi eritrociti danneggiati. Essi arrivano dal circolo e si fermano nei capillari sinusoidi (con tante anse) perché non riescono a passare bene e così escono e vengono fagocitati dai macrofagi della polpa rossa. Nella bianca ci sono B e T, i B sono organizzati in gruppetti detti follicoli e attorno ad essi ci sono i T. Tutto quello che è in circolo va a finire alla milza che quindi fa da filtro per gli eritrociti e servono dei linfociti che possano attivarsi nel caso arrivino dei patogeni con gli eritrociti.

Linfonodi e tessuti linfoidi

I linfonodi fanno la stessa cosa filtrando la linfa nei vari distretti del corpo. Essa arriva tramite i vasi afferenti ed esce dal linfonodo tramite i vasi efferenti. Nel linfonodo ci sono i B organizzati in follicoli e nella zona parafollicolare ci sono i T. Quando nel follicolo ci sono B maturi ma quiescenti (non stanno rispondendo ad un patogeno) si dice che il follicolo è primario. Se dai vasi afferenti arriva qualcosa che viene riconosciuto dai B del primario e li attiva allora avremo B proliferanti e il follicolo è detto secondario o centro germinativo (i B stanno rispondendo). Proliferando si avranno le plasmacellule che producono anticorpi che attraverso gli efferenti raggiungono poi il sanguigno e il circolo cercando il patogeno per cui sono specifici. I T possono attivarsi se c’è un patogeno che arriva dagli afferenti e proliferano e differenziano in citotossici e helper. Ma quando un T è attivato esce dal linfonodo e va in circolo (a differenza delle plasmacellule che restano nel linfonodo).

I tessuti linfoidi associati alle mucose hanno qualche follicolo di B con dei T attorno. Mancano i vasi afferenti ed efferenti a differenza dei linfonodi. Le cellule M sono enterociti estremamente sottili e schiacciate e sono l’ingresso tra il lume intestinale e il tessuto linfoide. Solo le cellule M possono far passare i patogeni, il resto della mucosa intestinale non fa passare niente a meno che non sia danneggiata.

Citochine e loro funzioni

I T helper attivati producono molecole solubili che regolano la risposta immunitaria, dette citochine. Comprendono tante molecole tra cui i fattori di crescita. Inizialmente si sono viste le citochine che regolavano i rapporti tra leucociti quindi si chiamavano leuchine. Si pensava che fossero prodotte solo dai leucociti, ma si è visto che tanti tipi cellulari possono produrle. La stessa citochina può agire su tanti tipi cellulari. Servono per tantissimi processi biologici, tra cui il differenziamento dei precursori nel midollo osseo. Sono fondamentali per attivare vie di trasduzione del segnale che esprimono geni che regolano una risposta cellulare.

I livelli di citochine sono mantenuti molto bassi normalmente e si sintetizzano solo in caso di necessità. Sono instabili, hanno breve vita, il loro mRNA ha delle sequenze destabilizzanti e quindi ha poca vita e così non si sintetizza più la citochina e così si toglie in fretta dalle scatole quando non serve più (degradando quindi il suo mRNA). Fanno il loro lavoro interagendo con recettori di membrana. Possono essere un mediatore solubile o anche un mediatore di membrana. Di solito arrivano come precursori alla superficie cellulare mediante un taglio proteolitico viene liberata la citochina (attività paracrina), ma il pezzo di precursore può restare nella membrana e funzionare da citochina nei contatti tra cellula e cellula (attività iuxtacrina). Ci sono citochine con attività autocrina cioè agiscono sulla stessa cellula che l’ha prodotta.

Quando una citochina agisce su una cellula in genere attiva la produzione di altre citochine perché attiva tanti fattori di trascrizione anche per citochine. Le citochine hanno effetto su proliferazione, differenziamento, morte cellulare, attivazione. La stessa citochina può anche dare tutte queste risposte. Ma il tipo di risposta che si avrà dipende dalla concentrazione della citochina, dal tipo cellulare esposto ad essa, dalla condizione della cellula (se è quiescente, proliferante, differenziata, neoplastica, sofferente). Possono quindi fare pleiotropismo cioè possono fare tante cose su tante cellule diverse. Le citochine sono ridondanti cioè citochine diverse possono dare lo stesso effetto su una cellula. Quindi se ho un effetto negativo dovuto a citochine non basta spegnere solo quella che l’ha causato ma bisogna spegnere anche tutte le altre che fanno la stessa cosa.

Le citochine possono lavorare in sinergia, cioè lavorando insieme danno un risultato diverso da quello che danno lavorando singolarmente. È diverso dall’effetto additivo perché quello è la somma degli effetti delle singole citochine mentre il sinergico dà un effetto molto maggiore della somma dei singoli effetti. Possono anche interferire in maniera negativa, cioè citochine diverse si antagonizzano reciprocamente.

Recettori per le citochine

Ci sono diverse famiglie di recettori per citochine, i principali recettori sono cinque e appartengono alla superfamiglia delle immunoglobuline (anche se molti recettori non hanno nulla a che vedere con le immunoglobuline). Superfamiglia delle immunoglobuline (interleuchina 1). I recettori per le citochine di classe 1. Hanno tutti una catena comune (gamma) e producono il segnale mentre l’altra (alfa) è responsabile dell’interazione con la citochina. I recettori per citochine di classe 2 interagiscono con gli interferoni che hanno attività antivirale. I recettori del TNF hanno porzione extracellulare ricca di cisteine e sono anche detti recettori di morte perché da essi viene innescata l’apoptosi perché nella porzione intracellulare hanno il dominio di morte. I recettori per chimochine hanno sette domini transmembrana accoppiato a proteine G.

La classificazione delle citochine è basata sulla struttura e ci sono quattro gruppi: struttura con quattro alfa eliche, a mosaico, con foglietti beta, con alfa e beta. Da quelle con beta in realtà si originano le altre. Le chimochine sono differenziate in base ai legami intracatena, con un legame sono chimochine A e così via. Le citochine funzionano grazie al gradiente di concentrazione che la cellula segue. I recettori funzionano per oligomerizzazione, cioè servono più molecole di ligando e di recettore per far partire la risposta. I recettori oligomerizzano spostandosi sulla membrana, cioè con il ligando scivolano sulla membrana in zone ricche di colesterolo. Al di sotto di tale zona sono concentrate tutte le molecole per la trasduzione del segnale così è più facile che il segnale venga recepito e arrivi al nucleo bersaglio.

Vie di trasduzione delle citochine

La via di trasduzione attivata dai recettori delle citochine di classe 2 funziona lavorando con una classe di chinasi (jek). Le chinasi jek sono in grado di interagire su un versante con un recettore e sull’altro versante con altre molecole a valle della via. La via agisce sui fattori di trascrizione STAT, due di loro vengono fosforilizzati e dimerizzano ed entrano nel nucleo dove agiscono sui geni bersaglio. La citochina è prevalentemente un interferone.

Il recettore NFKB è il più studiato (si trova in condizioni fisiologiche, in un complesso inattivo del citoplasma; è sequestrato con proteine inibitorie di tipo I). Si chiama KB, perché è stato identificato in relazione alla catena k di un anticorpo. Perché ci possa essere attivazione, ci deve essere la fosforillazione della proteina inibitoria: IKB. IKB si attiva con interazione con recettori delle citochine. Se il ligando interagisce con il recettore vi è attivazione della chinasi IKK, che attiva IKB. Quando è fosforilata, si stacca dal complesso NFKB (e si hanno così P50 e P65 liberi, che sono i segnali di localizzazione nucleare). Dopo ciò, può essere legata dall'ubiquitina e dopo indirizzata.

NFKB è uno dei più importanti fattori di trascrizione redox sensibile. La cellula va incontro a stress ossidativo (specie reattive dell'ossigeno); perciò vi sono sistemi che contrastano il danno: sistemi anti-ossidanti. C'è stress quando gli anti-ossidanti non riescono a contrastare il danno. Le citochine inducono anche lo stress ossidativo, producendo specie reattive dell'ossigeno che attivano NFKB con lo stesso meccanismo; non vi è però passaggio diretto. Per valutare la presenza di IKB si può:

• Marcare il dimero e seguirne l'andamento con il microscopio confocale. Non so però se è attivo; per saperlo deve essere attaccato al DNA o vedere la trascrizione del gene bersaglio.
• Posso fare gene reporter assay: vedo bersaglio e vedo quanto è espresso. Vedo i livelli di IKB nella frazione citoplasmatica.

API 1 è un fattore di trascrizione dimero. Da un recettore però arrivano sempre tanti segnali che agiscono su più fattori di trascrizione. Le mapchinasi fanno trascrivere le proteine Jun e fos che vengono fosforilate e assemblate a dimero che è il vero fattore di trascrizione API1 che può traslocare al nucleo.

Esiste un fattore di trascrizione che è attivato non da una fosforilazione, ma da una fosfatasi che defosforila. Tale fattore è NFAT che è attivato quando i T devono proliferare quando vengono attivati. Tale fattore viene inibito dai farmaci usati nei sistemi immunitari.