Immunologia - domande e risposte

Citochine

Citochine: Proteine che mediano la comunicazione tra cellule di tipo diverso; fanno parte dei mediatori solubili/della componente umorale. All’interno di questo gruppo troviamo soprattutto le chemochine, con funzione di mediare la chemiotassi, e i fattori di crescita. La loro funzione di mediare l’informazione avviene grazie a vie di trasduzione del segnale, caratterizzate da un’attivazione a cascata, attraverso recettori specifici. Pronte solo per brevi periodi, in basse concentrazione e solo se necessarie (in seguito a stimoli). Alcune caratteristiche delle citochine sono: il pleiotropismo, cioè a seconda del bersaglio cellulare si avranno effetti biologici diversi, la ridondanza (più citochine svolgono la stessa funzione), la sinergia (due o più citochine inducono un effetto maggiore rispetto alla somma dei loro singoli effetti), e l’antagonismo (azioni opposte di alcune citochine).

Una volta che interagiscono col recettore, possono attivare molteplici vie di trasduzione del segnale, come quelle della JAK/STAT, dei fattori SMAD, STAT, NFAT o di fattori di trascrizione come NF-kB e AP-1. Nella risposta infiammatoria, le citochine possono avere un ruolo pro-infiammatorio (citochine Th1), dunque favoriscono la risposta infiammatoria, o un ruolo anti-infiammatorio (citochine Th2), per cui la bloccano. Oltre alla risposta infiammatoria, le citochine sono molto importanti nel mediare la morte cellulare per apoptosi per via estrinseca (i recettori per apoptosi sono recettori per citochine). Tuttavia, una iperproduzione di citochine può risultare dannosa per l’organismo, dal momento che i bersagli biologici di queste proteine sono tantissimi e tutte le cellule dell’organismo risultano esposte alla loro azione.

Immunità naturale

Immunità naturale: Anche chiamata immunità innata o nativa o aspecifica; rappresenta la prima linea di difesa dell’organismo. Le barriere sono di tipo fisico e chimico, come la cute, la temperatura, le mucose, la saliva, le lacrime; troviamo inoltre la componente umorale costituita da citochine e dal sistema del complemento, e la componente cellulare, costituita da macrofagi e cellule natural-killer (NK). Possiamo però trovare dei componenti che sono al confine con la risposta aspecifica quali le cellule NK, i linfociti Tγδ, e i linfociti B-1. In generale i due principali tipi di risposta del sistema immunitario innato sono l’infiammazione (fagocitosi) e la difesa contro i virus.

A differenza dell'immunità adattiva, l'immunità innata risponde in modo simile a successivi incontri con un determinato microrganismo, per cui non migliora la propria capacità di riconoscere un microbo a un incontro. Riconosce però strutture molecolari che sono condivise da varie classi di microrganismi (spesso strutture che sono essenziali per la sopravvivenza e l'infettività dei microrganismi) e non sono espresse dalle cellule dell’ospite. Rispetto all’immunità adattiva, è più efficiente nel discriminare molecole/cellule self dal non self.

Immunità specifica

Immunità specifica: Anche chiamata immunità adattiva. Alcune caratteristiche sono: la specificità verso determinanti antigienici (epitopi), la specializzazione, la memoria, l'autoregolazione (quando la concentrazione di un antigene scende sotto il valore soglia gli elementi effettori scompaiono), la discriminazione del self. L'antigene riconosciuto dal linfocita è una molecola o una porzione di una molecola che è in grado di legarsi al recettore linfocitario dei linfociti T (TCR) o B (BCR). La capacità di un antigene di attivare la risposta immunitaria è l'immunogenicità, che dipende da diversi fattori come la via di penetrazione nell'organismo, la natura chimica, la complessità, le dimensioni…

In generale gli epitopi possono essere di tre tipi: determinanti conformazionali (il riconoscimento dipende dalla struttura assunta), determinanti lineari (riconoscimento dipende dalla sequenza di amminoacidi), determinanti neoantigenici, derivanti da proteolisi (prodotti in seguito a modificazioni della proteina in certe condizioni). Le molecole leganti l'antigene invece sono i T cell receptors =TCR, che non troviamo mai liberi, ma sempre sulla superficie cellulare, le immunoglobuline (linfociti B), che troviamo solubili e dunque libere, oppure di membrana (BCR) e le molecole di istocompatibilità.

Attivazione del complemento per via classica

Attivazione del complemento per via classica: Dipende da immunocomplessi, cioè dal legame anticorpo-antigene. Viene assemblata la proteina C1, formata da 3 monomeri di C1q, ciascuno con due strutture globulari per il legame con l’immunocomplesso. Dopo il legame si ha un cambiamento conformazionale e viene esposto il sito attivo di C1r, che lavora sul substrato C1s, attivandolo. Si ha dunque l’inizio di una cascata proteolitica, che attiva la via classica. C1q attiva interagisce con C4, che taglia in C4a e C4b. Quest’ultima si ancora al microrganismo. Viene poi tagliata anche C2, in C2a e C2b. Questa volta è C2a che si lega a C4b e si forma così il complesso della C3 convertasi della via classica (C4b2a). Lo step successivo riguarda la formazione della C5 convertasi, che avviene in seguito al taglio su C3; otterremo C3a e C3b. C3b ha così un gruppo tioestere accessibile, che consente l’attacco alla superficie di membrana, mentre è inattivato in fase fluida. Otteniamo C4b2a3b, che taglia C5 in C5a e C5b. I frammenti piccoli ottenuti, come C3a e C5a sono anafilotossine, mediatori dell’infiammazione. Col C5b si assemblano C6 e C7; quest’ultima ha una coda per l’ancoraggio in membrana e si unisce poi a C8, con una lunga coda idrofobica per il legame definitivo. L’ultimo a legarsi è C9, formando così il complesso C5b6789.

Attivazione del complemento per via alternativa

Attivazione del complemento per via alternativa: Diversamente dalla via classica, si parte direttamente da C3, che in condizioni normali non ha ancora il ponte tioestereo esposto e non può ancorarsi o interagire con altre proteine. Si lega all’acqua formando una forma instabile, potendo così interagire con i fattori B e in seguito D, tipici della via alternativa. fD è una proteasi e taglia B in Ba e Bb, che rimane dunque legato a C3 instabile. C3(H₂O)Bb è dunque la C3 convertasi in fase fluida, caratterizzata da una cinetica di reazione molto bassa. La C3 convertasi taglia C3 in C3a e C3b, presente in quantità molto minori rispetto alla via classica. C3b si può legare alla membrana della cellula batterica; arriva B, poi il fattore D e di nuovo abbiamo C3bBb, una C3 convertasi più veloce di quella in fase fluida. I frammenti C3b si legano alla C3 convertasi formando la C5 convertasi della via alternativa. Dopo il taglio di C5 in C5a e C5b, quest’ultima si assembla con C6, C7, C8, C9, per la formazione del poro che porterà a lisi cellulare.

Meccanismi di regolazione dell’attivazione del complemento

Per il blocco su cellule self o su cui non è necessario che si attivi la via del complemento. Per la via classica ho 4 livelli di inibizione; posso avere l’inibizione di C1 (per cui non si produrrà C4b), oppure posso avere l’inibizione della C3 convertasi o della C5 convertasi, oppure posso agire sull’ultimo step della via, quando si lega C9. Nel caso della via alternativa invece si ha un controllo di tipo meccanico; viene prodotto poco C3b, che viene neutralizzato dall’acqua. La C3 convertasi di membrana si forma solo in presenza del microrganismo. Per ultimo, come nella via classica, si può agire alla fine della via durante l’assemblaggio di C9 e del complesso di attacco alla membrana.

Componente cellulare dell’immunità innata

Rappresentata principalmente dai fagociti; troviamo dunque granulociti neutrofili, che sono coinvolti nelle fasi già precoci della risposta e hanno una emivita breve in circolo. La loro produzione è stimolata da citochine; a differenziamento completato non si dividono più. Un’altra classe è rappresentata dai monociti e dal risultato del loro differenziamento, cioè i macrofagi. I primi non hanno attività fagocitica e di solito si trovano nel circolo sanguigno, per poi uscire e differenziarsi in macrofagi. Questi ultimi producono citochine, ingeriscono ed eliminano i microrganismi ed iniziano il processo di riparo dei tessuti. Entrambe queste classi hanno dei recettori per i PAMPs (pathogen associated molecular profile), i DAMPs (damage associated molecular profile), opsonine, fattori chemiotattici, LPS ecc.

Riconoscimento dei patogeni

Può essere diretto, cioè senza intermediari; tra recettori di superficie dei fagociti e molecole di superficie del patogeno. Il sistema immunitario innato può dunque riconoscere i PAMPs (pathogen associated molecular profile) oppure i DAMPs (damage associated molecular profile), che vengono riconosciuti grazie a dei PRR, ovvero dei pattern recognition receptor; i PRR che mediano riconoscimento diretto sono i toll-like receptors (TLR), che sono specifici per diverse componenti microbiche. Alcuni di questi TLR sono sulla superficie cellulare, altri invece negli endosomi, dove riconoscono i microbi che sono stati internalizzati. Il riconoscimento dei patogeni può avvenire per maniera indiretta, tramite opsonizzazione, ovvero il processo secondo il quale un microbo viene ricoperto da molecole che vengono riconosciute da specifici recettori. I recettori per opsonine sono il frammento Fc delle immunoglobuline e i frammenti C3 del complemento.

PRR: TLR

I toll-like receptors sono un tipo di profilo recettoriale deputato al riconoscimento dei patogeni. I TLR sono specifici per differenti componenti microbiche. Possono essere extracellulari cioè sulla superficie cellulare, dove riconoscono i prodotti dei microbi. Questi sono associati al TIR domain, responsabile della trasduzione del segnale, che permette l'interazione con adattatori come MYD88 e MAL, che interagiscono con TF come TRAF6, portando all’attivazione di TF coinvolti nella segnalazione dipendente da citochine (si ha la formazione di citochine proinfiammatorie) I TLR possono anche essere intracellulari nel caso in cui i microbi siano stati internalizzati; in questo caso si trovano sulla membrana dell’endosoma, con la porzione TIR verso il citoplasma. Agli adaptor si aggiunge la molecola TRIF, che può interagire con TRAF3; tutte le vie comunque insistono su fattori di trascrizione che portano alla produzione di interferoni di tipo I, ad azione prevalentemente antivirale. Oltre alla produzione di citochine proinfiammatorie si formano gli inflammasomi, complessi di proteine organizzati che contribuiscono alla produzione di citochine coinvolte nella risposta infiammatoria, la cui funzione ultima è l'attivazione di una caspasi per indurre apoptosi. (Esempio: LPS batterico riconosciuto da TLR extracellulare grazie a una LPS binding protein)

Fagocitosi

Rappresenta il risultato di un riconoscimento di un patogeno con un recettore. Il primo step è rappresentato dall’endocitosi del microbo, quindi dalla modificazione della membrana con formazione di una tasca con dentro il materiale riconosciuto. Si è dunque formato il fagosoma, che inizia a darsi acidi grazie alle pompe protoniche e si fonde con un lisosoma, dando quindi origine a un fagolisosoma. L'eliminazione da parte del fagocita del materiale internalizzato avviene attraverso meccanismi ossigeno indipendenti e meccanismi ossigeno dipendenti. Nel primo caso si ha l'azione di enzimi lisosomiali e molecole lisosomiali che alterano l'equilibrio idroelettrolitico sulla cellula batterica, come idrolasi acide, lisozima, lattoferrina, ma che non sono sufficienti ad indurre citotossicità. Sono quindi necessari i meccanismi ossigeno dipendenti, dove l’enzima chiave è l’ossidasi fagocitica. Questo si trova sulla membrana del fagolisosoma e producendo ROS contribuisce all’induzione di stress ossidativo. Se la degradazione non è totale, rimarranno dei peptidi che verranno resi target dei linfociti.

Fase tissutale infiammazione acuta

Cellule dell’infiammazione

Manifestazioni sistemiche dell’infiammazione (Pentrassine) Modificazioni/variazioni del microcircolo nell’infiammazione acuta: L’infiammazione acuta si può dividere in due fasi, quella tissutale e quella vascolare. In quest'ultima sia innanzitutto una vaso dilatazione, quindi un aumento del calibro vascolare che determina un aumento del flusso ematico (iperemia). La vasodilatazione infatti una delle prime manifestazioni dell'infiammazione acuta e può far seguito a una vasocostrizione transitoria delle arteriole precapillari, ed è dovuta all'effetto cumulativo dei mediatori vasoattivi e degli stimoli nervosi. Durante la vasodilatazione infatti la pressione osmotica nei vasi si riduce, quella oncotica, ovvero che trattiene l'acqua nei vasi si riduce, mentre quella idrostatica, che spinge i liquidi all'esterno del vaso, aumenta. Alla vasodilatazione segue dunque l'aumento di permeabilità vascolare del microcircolo, con fuoriuscita di liquido ricco in proteine dai vasi. Dunque la perdita di plasma determina un aumento di concentrazione dei globuli rossi (insieme la vasodilatazione si aggregheranno nel vaso formando i rouleaux contribuendo a spingere i leucociti a lato e dunque alla fase tissutale), della viscosità del sangue e del rallentamento del flusso. L'aumento di permeabilità è accompagnato da modificazioni a carico della parete dei vasi quali la contrazione delle cellule endoteliali, la riorganizzazione del cito scheletro, il danno cellule endoteliali (che può dunque lasciare delle aperture nella parete) e infine la formazione di nuovi vasi, ovvero l’angiogenesi. Questi fenomeni contribuiranno alla formazione dell'edema che in base al fenomeno infiammatorio potrà avere diversi aspetti e caratteristiche.

Differenze tra infiammazione acuta e cronica

Entrambe sono risposte del sistema immunitario innato. L’infiammazione acuta (o angioflogosi), comprende eventi prevalentemente vascolari, ed è caratterizzata da un rapido esordio e da una durata complessiva breve (da minuti ad alcuni giorni);. Comprende una fase vascolare, in cui avviene vaso dilatazione e un aumento della permeabilità vascolare, è una fase tissutale, di fuoriuscita dei leucociti dai vasi verso la lesione o il danno. Comprende mediatori esogeni come PAMP oppure endogeni, di tipo plasmatico o cellulare (sistema del complemento, della coagulazione, delle chinina). Le cellule dell'infiammazione acuta sono principalmente leucociti neutrofili, il cui numero può variare di molto rispetto a quello fisiologico. Manifestazioni sistemiche dell'infiammazione acuta sono infatti la leucocitosi e la febbre. L’infiammazione cronica può avere propria origine da un'infiammazione acuta persistente, oppure può essere di tipo primario, cioè avere caratteristiche croniche sin dall'inizio. In quest'ultimo caso le cellule prevalentemente presenti sono i monociti e dunque i macrofagi, che vengono reclutati di continuo e proliferano localmente, senza venire smaltiti. Altre cellule sono i linfociti T che producono citochine che a loro volta stimolano altri linfociti.

Mediatori chimici dell’infiammazione acuta

I mediatori chimici dell'infiammazione acuta possono essere esogeni, come ad esempio PAMPs di origine batterica, oppure endogeni e in quest'ultimo caso possono essere plasmatici oppure cellulari. Quelli endogeni di origine plasmatica sono generalmente prodotti da precursori inattivi nel plasma (zeme oggi Eni) e si attivano a cascata. Questi sono i sistema del complemento, sistema delle chinina, il sistema della coagulazione tra i quali esiste una regolazione reciproca che ha...