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Immunologial: L'immunologia

L'immunologia è lo studio dei meccanismi fisiologici utilizzati per difendere il proprio corpo dall'invasione di organismi non self come batteri, virus e funghi. Esistono due tipi di risposta immunitaria: acquisita e innata.

Risposta immunitaria acquisita

La risposta immunitaria acquisita è detta anche specifica e adattativa.

• I protagonisti di questa risposta sono i linfociti B e T.
• È specifica perché i linfociti B e T hanno recettori che riconoscono specifici Ag.
• È adattativa perché si adatta nel tempo; infatti, i linfociti sono più efficaci al secondo incontro con l'Ag.
• È rapida nelle reinfezioni.
• È una risposta lenta: ci vogliono circa due settimane perché si attivi, poiché non è una risposta pronta ma si attiva a contatto con l'Ag.

Risposta immunitaria innata

La risposta immunitaria innata è detta naturale.

• I protagonisti di questa risposta sono i macrofagi, i granulociti e le cellule Natural Killer.
• È poco specifica perché i macrofagi non hanno i recettori che riconoscono specificatamente gli Ag.
• Rimane invariata nel tempo.
• È una risposta rapida.
• È una risposta sempre pronta, quindi è utile perché ricopre il periodo di tempo che serve alla risposta acquisita per attivarsi.

Le cellule del sistema immunitario acquisito: linfociti B e T

Lo sviluppo dei linfociti B e T avviene in due organi linfoidi diversi: primari e secondari.

• Organi linfoidi primari: sono il midollo osseo e il timo e rappresentano la sede in cui i linfociti B e T esprimono per la prima volta il recettore per l'Ag.
• Organi linfoidi secondari: sono linfonodi, milza, tessuti linfoidi associati alla cute e alle mucose come Malt, Galt e Balt; essi rappresentano la sede in cui i linfociti incontrano l'Ag, si attivano e proliferano.

Linfociti B

Il processo di maturazione dei linfociti B comprende diverse tappe:

Prima tappa: maturazione del linfocita B

• Acquisizione del BCR (B-Cell-Receptor) che avviene nel midollo osseo. La formazione del BCR avviene come per l'Ab.
• Il linfocita B sceglie il tratto VDJ e sceglie o il gene che codifica per le IgM o il gene che codifica per le IgD siccome il BCR può essere un IgM o un IgD. Gli altri geni vengono eliminati in seguito allo splicing alternativo.
• Il BCR, una volta prodotto, viene inserito nel doppio strato della membrana del linfocita B, con affianco delle proteine adattatrici del segnale.

Seconda tappa: delezione dei cloni autoreattivi

• I cloni autoreattivi sono quei linfociti B che esprimono un BCR che riconosce gli Ag self come non self; essi possono essere eliminati direttamente nel midollo osseo per apoptosi oppure subito dopo l'ingresso nel circolo sanguigno perché se il linfocita B lega l'Ag fuori dal linfonodo, non riceve i segnali di attivazione dal linfonodo e va incontro ad apoptosi.

Terza tappa: circolazione nel sangue

• Una volta acquisito il BCR ed eliminati i cloni autoreattivi, i linfociti B lasciano il midollo osseo per andare nel sangue e raggiungere i tessuti linfoidi secondari come il linfonodo, che sono la sede in cui i linfociti B incontrano l'Ag.
• Il linfocita B, grazie a un'arteria, arriva nel linfonodo ed entra legandosi alle molecole di adesione presenti nel capillare del linfonodo.

Molecole di adesione

• Selectine: sono espresse sul linfocita B e si legano a CD34 o GLICAM7 espresse sull'endotelio. Il legame che si forma è debole per cui tende a formarsi e a distruggersi, e la sua funzione è quella di rallentare la corsa del linfocita B che giunge nel capillare ad alta velocità.
• LFA1: appartiene alla famiglia delle integrine, è espressa sul linfocita e si lega a ICAM-1 espressa sull'endotelio; questo legame porta a un rilascio costante di calcio da parte dell'endotelio, che permette al linfocita l'emissione di un pseudopodo verso il linfonodo. Questo passaggio in cui il linfocita attraversa l'endotelio ed entra nel linfonodo si chiama diapedesi.

Quarta tappa: contatto con Ag ed attivazione

• Quando il linfocita B è nel linfonodo e viene a contatto con l'Ag specifico, grazie al legame che avviene tra il BCR e l'Ag, il linfocita si attiva e prolifera per formare tanti linfociti B in grado di contrastare l'infezione.
• In seguito al legame tra il BCR e l'Ag, si attivano le chinasi che sono le proteine trasduttrici del segnale ed attivano una serie di fosforilazioni a cascata che portano all'attivazione di fattori di trascrizione come MyC, NfAt, NfKb, Ap-1.

Fattori di trascrizione

• MyC: è un fattore di trascrizione che promuove la trascrizione dei geni codificanti per le cicline, che sono proteine che attivano la proliferazione cellulare e quindi dei linfociti B.
• NfKb: permette la trascrizione di geni che codificano per le catene leggere degli anticorpi.
• Ap-1: regola la trascrizione di quei geni responsabili della trasformazione dei linfociti B in plasmacellule, da cui poi si formano gli Ab con il compito di legare l'Ag e formare con esso un immunocomplesso che sarà poi eliminato da fagociti specifici.

Quinta tappa: funzione effettrice dei linfociti B

I linfociti B, una volta che sono stati attivati e hanno proliferato, cominciano a produrre le plasmacellule, le quali dal linfonodo vanno nel sangue e raggiungono le sedi dell'infezione, ed una parte di plasmacellule rimane nel linfonodo.

I primi Ab ad essere prodotti dai linfociti B sono le IgM, qualunque sia la natura dell'Ag (fungo, batterio, virus), ciò è importante per contrastare l'infezione nella fase iniziale perché c'è un maggior numero di antigeni. Successivamente il linfocita B produce Ab specifici grazie ai segnali mediati dal linfocita T-Helper2.

Interazione con linfociti T-Helper

• Nel linfonodo, i linfociti T-Helper 2 riconoscono anch'essi lo stesso Ag riconosciuto dai linfociti B ed in base alla natura dell'antigene (batterio, virus, ecc.) producono citochine diverse che inducono il linfocita B a produrre anticorpi diversi in base al tipo di infezione. La produzione di anticorpi diversi a seconda del tipo di infezione è detta "switch isotipico".
• Se l'infezione è batterica, il linfocita T-Helper2 indurrà la produzione di IgG che si legheranno al batterio, formando un immunocomplesso che sarà poi fagocitato dai macrofagi o dai neutrofili.
• Se l'infezione è parassitaria, il linfocita T-Helper2 indurrà la produzione di IgE che si legheranno al parassita, richiamando gli eosinofili (o mastociti) che attraverso i granuli rilasciati uccidono l'elminta.

Citochine e produzione di anticorpi

Le citochine che inducono il linfocita B a produrre determinati anticorpi sono:

• IL-4: induce la produzione di IgE o IgG.
• INF: induce la produzione di IgG, ma non è prodotta dai linfociti T-Helper2, ma dai linfociti T Helper1 che rilasciano tale citochina nei tessuti infetti affinché possa attivare i macrofagi, i quali a loro volta producono IL-12 in grado di stimolare la produzione di IgG da parte dei linfociti B.
• IL-5: induce la produzione di IgA.
• TGF-β: induce la produzione di IgA o IgG.

Produzione di anticorpi nel caso di infezione batterica

Per esempio, se l'infezione è di tipo batterica, il linfocita B, dopo avere trascritto il gene Cµ che codifica per le IgM (le prime ad essere prodotte come detto prima), trascrive il gene Cγ che codifica per le IgG, quindi si ricombina il tratto VDJ con Cγ.

Gli anticorpi

Gli anticorpi sono delle glicoproteine in grado di legare specifici antigeni e derivano dalle plasmacellule prodotte dai linfociti B. Una volta prodotti, o sono rilasciati nel plasma a legare l'antigene oppure vanno a costituire il BCR dei linfociti B.

Struttura degli anticorpi

Un anticorpo è costituito da due catene pesanti (quelle viola) e due catene leggere (quelle azzurre) che possono essere del tipo lambda o kappa. Le due catene pesanti sono legate fra di loro mediante legami disolfuro, mentre fra le catene leggere e quelle pesanti si instaurano delle interazioni idrofobiche.

Sia le catene leggere che le catene pesanti presentano dei tratti costanti (C) perché sono uguali per tutti gli anticorpi e dei tratti variabili o V che invece sono diversi da Ab a Ab. I tratti variabili si suddividono in tre tratti ipervariabili che sono CDR1, CDR2, e CDR3 e cambiano da Ab a Ab, determinando la specificità di un Ab per l'Ag complementare. I tratti ipervariabili vengono generati dal linfocita B germinale attraverso il riarrangiamento genico.

Maturazione e selezione dei linfociti B

Durante la maturazione che avviene nel linfonodo, i linfociti B scelgono a caso un tratto V, un tratto D ed un tratto J che codificano per i tratti ipervariabili della regione V. Il linfocita B ha così scelto il proprio tratto VDJ che rimarrà tale per tutto il corso della sua vita e determina quale tipo di Ag ogni Ab andrà a riconoscere e legare.

Affianco al tratto VDJ scelto al momento della maturazione, sono presenti i cinque geni che codificano per le catene pesanti degli Ab. Questi geni rimangono sempre ed in base al tipo di infezione (batterica, parassitaria) viene trascritto uno solo dei cinque geni. Per esempio, se serve un IgG, verrà trascritto solo il gene γ.

Classi di anticorpi

In un anticorpo, inoltre, ci sono due regioni ben specifiche come il Fab e l'Fc.

• Fab: dell'anticorpo è la porzione che contiene le regioni variabili. Le regioni variabili cambiano da Ab a Ab e, poiché ogni Ab lega un antigene diverso, contengono una sequenza amminoacidica diversa, ognuna complementare per un Ag.
• Fc: o frammento cristallizzabile dell'anticorpo è quella porzione che contiene i punti di legame per il macrofago e per le proteine del complemento (l'Ab ha un punto di legame per il macrofago affinché il macrofago possa fagocitare l'Ag legato all'Ab).

Descrizione delle classi di anticorpi

Ci sono cinque classi diverse di Ab, e sono le IgA, IgD, IgM, IgG e IgE perché abbiamo cinque geni diversi che codificano per le catene pesanti degli Ab:

• Il gene α codifica per le IgA, le quali possono essere monomeri, dimeri o trimeri.
• Il gene δ codifica per le IgD ed è un monomero che viene inserito e legato sulla membrana del linfocita B agendo come BCR.
• Il gene ε codifica per le IgE che sono monomeri con concentrazioni plasmatiche molto basse, perché vengono prodotte solo in caso di allergie o infezioni parassitarie, che sono piuttosto rare.
• Il gene γ codifica per le IgG, che sono monomeri.
• Il gene µ codifica per le IgM, le quali sono pentameriche o monomeriche quando vanno a costituire il BCR come le IgD. Le IgM Pentameriche sono costituite da cinque Ab che sono tenuti insieme dalla proteina J. Sono i primi Ab ad essere prodotti perché sono Ab molto grandi con molti punti di legame (all'incirca 10) per gli Ag e quindi in grado di legare un maggior numero di Ag e contrastare l'infezione nelle prime fasi quando c'è una maggiore concentrazione di antigeni. Questi Ab, date le loro dimensioni, non possono passare dal circolo materno al feto attraverso la placenta e quindi il feto deve prodursele da solo.

Definizione di antigene

Un antigene è una qualsiasi molecola (proteine, lipidi, polisaccaridi, ac. nucleici) in grado di legare un Ab e scatenare una risposta immunitaria. Ogni antigene ha sulla superficie gli epitopi, ossia zone che sono riconosciute e legate specificatamente dagli Ab.

Funzioni degli anticorpi

1. Neutralizzazione dell'Ag da parte degli Ab secreti: Normalmente l'antigene si lega al recettore cellulare per l'antigene posto sulla cellula per entrare e replicarsi; se invece vengono prodotti gli Ab da parte dei linfociti B, gli Ab si legano all'antigene ed impediscono a esso di legarsi al recettore cellulare, evitando così la sua entrata nella cellula.
2. Opsonizzazione e fagocitosi: L'Ab prodotto facilita il riconoscimento dell'Ag da parte dei fagociti che hanno il compito di eliminare l'immunocomplesso, infatti gli Ab rivestono la superficie dell'Ag, e se l'Ag è un microbo viene ricoperto da IgG e poiché i macrofagi hanno il recettore complementare all'Fc delle IgG, vengono reclutati nell'eliminazione dell'immunocomplesso.
3. Citotossicità cellulare dipendente da Ab:
   • Una cellula tumorale maligna è in grado di esprimere sulla superficie Ag diversi da una cellula normale, che non vengono riconosciuti come Self e quindi attivano la risposta immunitaria. In questo modo gli Ab si vanno a legare agli Ag di superficie della cellula tumorale e le cellule Natural Killer si legano all'Fc dell'Ab ed attivano l'apoptosi della cellula tumorale.
   • Se l'infezione è di tipo parassitaria, i linfociti B producono le IgE che si vanno a legare al parassita (elminta) e si forma un immunocomplesso che, date le dimensioni elevate dell'elminta, non può essere fagocitato. Per cui non vengono richiamati i fagociti come i macrofagi, ma gli eosinofili che si legano al Fc dell'Ab e rilasciano dei granuli in grado di indurre la morte dell'elminta.
4. Degranulazione del mastocita: I mastociti sono quasi sempre coinvolti nei fenomeni allergici. I mastociti, come gli eosinofili, presentano dei granuli che si trovano all'interno del citoplasma e dei recettori in grado di legare le IgE sulla superficie. Un allergene (es. polline) durante il primo contatto viene riconosciuto come non self dall'organismo e vengono prodotte le IgE che si legano ai recettori per le IgE espressi sul mastocita. Al secondo contatto con l'allergene, l'allergene si va a legare alle IgE già legate al mastocita, che libera i granuli contenenti istamina e provoca i sintomi allergici.
5. Attivazione del complemento: Il complemento è un sistema di proteine inattive presenti nel plasma. Esse vengono prodotte dal fegato e la loro funzione è quella di legarsi alle pareti dei batteri lisandole. Le proteine del complemento possono essere attivate in due modi attraverso la via alternativa o la via classica, in cui gli Ab si legano alla parete del batterio e contemporaneamente si legano alle proteine del complemento, le quali si attivano e inducono la lisi del batterio.
6. Immunità muconasale: È mediata dalle IgA prodotte dai tessuti linfoidi associati alle mucose. Le IgA prodotte hanno la funzione di legarsi agli Ag che penetrano nell'organismo attraverso le vie respiratorie o gastroenteriche.
7. Immunità neonatale: Gli Ab presenti nel circolo materno vengono trasportati attraverso la placenta nel circolo fetale.

Maturazione affinità anticorpale

In seguito a un'infezione si formano linfociti B e T detti "della memoria". Sono linfociti che sono già venuti a contatto con l'antigene ed al secondo contatto con lo stesso Ag, possono riattivarsi molto velocemente e, essendo molto efficaci, consentono l'eliminazione repentina dell'Ag, impedendo il manifestarsi dei sintomi della malattia (per questo motivo il morbillo, varicella, ecc. si manifestano una sola volta nella vita).

Durante la prima infezione, il linfocita B o T, dopo il contatto con l'Ag, inserisce delle mutazioni nel tratto VDJ da cui si formano anticorpi meno affini o più affini all'Ag e tra questi vengono selezionati quelli più affini. Così ogni volta che si entra a contatto con l'Ag, questo processo si ripete e quindi via via si formano anticorpi sempre più efficienti; questo discorso però vale solo per Ag costanti nel tempo (non come virus dell'influenza che cambia). Queste mutazioni avvengono soprattutto a carico delle IgG, data l'elevata quantità di infezioni batteriche che si possono avere.

Linfociti T

Esistono vari tipi di linfociti T come: linfociti T-Helper e linfociti T citotossici.

Funzioni dei linfociti T

• Linfociti T-Helper: hanno la funzione di aiutare le cellule del sistema immunitario e si dividono in TH1 e TH2.
  • I TH1 vanno nei tessuti infettati ed attivano i macrofagi così essi possono fagocitare ed eliminare gli antigeni.
  • I TH2 rimangono nel linfonodo e in base al tipo di citochina prodotta inducono il linfocita B a produrre Ab di classe differente a seconda del tipo di infezione.
• Linfociti T citotossici: hanno la funzione di indurre la morte per apoptosi in tutte quelle cellule che sono infettate da virus.

Maturazione dei linfociti T

I linfociti T, come i linfociti B, sono cellule appartenenti alle cellule del sistema immunitario acquisito. Essi sono prodotti nel midollo osseo, ma maturano ossia acquisiscono il TCR nel timo (mentre i linfociti B nel midollo osseo). I linfociti T riconoscono l'antigene grazie alla presenza di cellule APC (ossia cellule presentanti l'antigene). Le cellule APC espongono sulla membrana l'antigene insieme a MHC (di tipo 1 o 2) che sono proteine di membrana. In questo modo il linfocita T con il suo TCR riconosce e lega sia l'Ag che l'MHC esposti dalla cellula APC.

MHC 1

L'MHC 1 è espresso su tutte le cellule e viene riconosciuto solo dai linfociti T citotossici. Quando una cellula viene infettata da un virus, essa grazie agli endosomi o proteosomi degrada il virus in particelle virali molto piccole che vengono associate all'MHC di tipo 1 ed esposte in membrana: i linfociti T citotossici riconoscono l'MHC di tipo 1 e si accorgono che questo presenta delle particelle virali, deducono che la cellula è infettata da un virus, e legano le particelle virali associate all'MHC1 con il loro TCR ed inducono la morte per apoptosi delle cellule infette. Mentre una cellula che non è infetta, associa sugli MHC di tipo 1 i peptidi endogeni che sono self, in questo modo i linfociti T citotossici si accorgono che la cellula non è infetta.

Struttura MHC di tipo 1

L'MHC di tipo 1 appartiene alla famiglia delle immunoglobuline: è costituito da una catena α (costituita da tre porzioni, α1, α2 e α3).