Appunti di Immunologia

IL TCR E IL BCR CONTENGONO ENTRAMBI DOMINI IG-LIKE

I linfociti T, a differenza delle cellule B, riconoscono l'antigene solo se questo

viene presentato dalle cellule che presentano l'antigene attraverso le molecole

del complesso maggiore di istocompatibilità o molecole MHC. Strutturalmente, i

recettori dei linfociti T sono simili alle immunoglobuline di membrana in quanto

costituiti anch'essi da domini Ig-like. Anche i recettori delle cellule T sono costituiti da

una porzione variabile, che riconosce l'antigene, e da una porzione costante, che ha

funzioni strutturali.

IL TCR È UN ETEROTETRAMERO α/β

I recettori per l'antigene dei linfociti T riconoscono le molecole MHC, che legano

peptidi antigenici. Ogni recettore è costituito da una catena α e una catena β, che

formano un eterodimero che contiene un'ampia regione extracellulare, una porzione

intramembrana e una corta coda citosolica. Sia la catena α che quella β sono costituite

da un dominio variabile (Vα e Vβ) e da un dominio costante (Cα e Cβ). La

giustapposizione delle regioni Vα e Vβ costituisce il sito di legame per l'antigene. Il

dominio variabile è seguito dalla regione costante, prossimale alla membrana. La

struttura dei domini Ig-like della porzione Vα e Vβ rivela che anche questi domini sono

costituiti da due foglietti β tenuti insieme da ponti disolfuro a formare la struttura detta

β-barrel. Anche nel caso del recettore della cellula T, analogamente a quanto visto

prima per quanto riguarda il recettore della cellula B, la variabilità è concentrata in

porzioni specifiche delle regioni V, cioè nelle anse ipervariabili HV1, HV2 e HV3. Tali

anse formano le cosiddette CDR o regioni determinati la complementarietà e vengono

dette CDR 1, 2, 3. Esse sono responsabili del legame del recettore della cellula T con

l'antigene.

LE CELLULE APC E LE MOLECOLE MHC

MHC

Il riconoscimento dell'antigene da parte dei linfociti T avviene attraverso le molecole del

complesso maggiore di istocompatibilità o MHC. Tali molecole furono per la prima volta

identificate come proteine responsabili del rigetto del trapianto allogenico. Più tardi, si

scoprì che tali molecole avevano un'importanza fondamentale nella risposta

immunitaria, poiché erano in grado di mediare la presentazione dell'antigene ai linfociti

T. Sappiamo oggi che tali molecole si sono evolute per legare frammenti peptidici,

talvolta anche lipidi e carboidrati, di molecole degradate e trasportarli sulla superficie

cellulare. In condizioni normali, tali frammenti derivano da proteine endogene e

vengono quindi ignorati dal sistema immunitario. In condizioni di infezione, i

frammenti derivati da microrganismi vengono esposti sulla superficie cellulare e

riconosciuti dai linfociti T. I frammenti dei microrganismi possono provenire dal citosol

(e in tal caso essi vengono legati e presentati da le molecole MHC di classe 1) oppure

possono provenire dal sistema endolisosomiale (e in tal caso essi vengono legati

presentati dalle molecole MHC di classe 2). Mentre le MHC di classe 1 sono esposte

sulla superficie di tutte le cellule nucleate, quelle di classe 2 sono espresse

esclusivamente sulle cellule del sistema immunitario, in particolare sulle cellule che

presentano l'antigene di tipo professionale.

MHC DI CLASSE I

 La molecola MHC di classe I è costituita da un eterodimero di catene α e β. La

catena α è ancorata alla membrana ed è costituita da tre domini: α1,α2 ed α3. La

catena β, detta anche β-2-microglobulina, è costituita da un singolo dominio

privo di regione transmembrana. Nella molecola MHC di classe 1, il dominio che

lega il peptide è costituito dalle regioni α1 e α2 della catena α. Tale dominio

contiene un solco in cui si alloca il peptide e delle porzioni che prendono invece

contatto con il T cell receptor (TCR). I domini α1 e α2 formano la tasca di legami

per il peptide. Tale tasca è costituita da un fondo formato da un foglietto β, e da

due bordi formati da due α eliche. Le molecole MHC di classe 1 legano peptidi si

8-10 amminoacidi di lunghezza. Il legame è stabilizzato attraverso i contatti che

le estremità ammino e carbossi terminale del peptide prendono con la tasca della

MHC. Anche i residui interni del peptide contribuiscono all’ancoraggio di

quest'ultimo alla tasca dell’ MHC. Gli amminoacidi delle MHC di classe I che

ancorano il peptide sono conservati in tutte le molecole MHC di classe 1. I peptidi

isolati da specifiche molecole MHC presentano caratteristiche comuni. I residui di

ancoraggio sono conservati fra peptidi legati dalla stessa molecola MHC di classe

1 ma sono diversi i peptidi legati a molecole MHC di classe 1 di diverso tipo.

MHC DI CLASSE II

 La molecola MHC di classe II è costituita da un eterodimero di catena α e catena

β. Ciascuna delle due catene possiede due domini simili immunoglobulinici: α1 e

α2 per la catena α, β1 e β2 per la catena β. Essi sono localizzati nella porzione

extracellulare. La molecola MHC di classe II possiede un dominio transmembrana

e una piccolissima coda citosolica. Nella molecola MHC di classe II, il sito di

legame per il peptide è costituito da domini α1 e β1 delle due catene. Tale

dominio contiene un solco, in cui si alloca il peptide, e delle porzioni che

prendono contatto con il TCR.

I domini α1 e α2 formano la tasca di legami per il peptide. Tale tasca è costituita

da un fondo formato da un foglietto β, e da due bordi formati da due α eliche,

come osservato nelle molecole MHC di classe I. Le molecole MHC di classe II, a

differenza di quelli di classe 1, permettono il legame di peptidi le cui

caratteristiche sono un po' più variabili. in particolare, tali peptidi sono lunghi

almeno 13 aminoacidi o più e le loro estremità non sono ancorate alla tasca delle

MHC ma possono sporgere all'esterno di essa. Le tasche della molecola MHC di

classe II sono quindi più permissive e prendono contatto con i peptidi attraverso

residui amminoacidici distribuiti all'interno della tasca e non all'estremità di essa.

I peptidi isolati da molecole MHC di classe II diverse hanno caratteristiche

differenti (es.lunghezza diversa)

La generazione della diversità nei recettori delle

cellule B e T

I MECCANISMI DELLA DIVERSITÀ

Esistono diversi meccanismi responsabili della generazione della diversità dei recettori

dell'immunità adattativa. Un primo meccanismo è legato alla struttura dei geni che

codificano per tali recettori. Questi geni sono infatti codificati da esoni costanti, che

codificano appunto per la regione costante. La regione variabile invece è codificata da

segmenti genici di due o tre tipi che vanno incontro a ricombinazione durante lo

sviluppo dei linfociti.

La disposizione spaziale degli esoni che codificano per le catene leggere delle

immunoglobuline, in particolare del locus per la catena K: la porzione variabile viene

costruita attraverso la giustapposizione di due segmenti, detti V e J. Tale locus contiene

diversi segmenti V e diversi segmenti J. Dalla ricombinazione casuale di tali segmenti si

avrà la formazione dell'esone VJ, che codificherà per la porzione variabile della catena

K. Il DNA così riarrangiato può essere poi trascritto in RNA. Il trascritto primario va

incontro ad un processo di splicing alternativo dal quale si genera l’RNA messaggero

maturo per la catena K.

I processi genetici che portano alla sintesi delle catene pesanti delle immunoglobuline

sono simili a quelli descritti per le catene leggere. Però, in questo caso l'assemblaggio

della porzione variabile della catena pesante richiede 2 eventi di ricombinazione, a

differenza di quanto avviene per le catene leggere, per le quali è necessario un solo

evento di ricombinazione. Il locus della catena pesante infatti contiene tre segmenti

genici per la porzione variabile. Tali segmenti sono denominati V, D e J e per ciascuno di

essi esistono diverse versioni. Anche in questo caso, la combinazione casuale di diversi

frammenti V, D e J sarà responsabile della diversità delle regioni variabili. Una volta

formatosi l’esone V, il DNA verrà trascritto in RNA. Il trascritto primario contiene sia gli

esoni che codificano sia per la catena μ che per la catena δ. Attraverso un processo di

splicing alternativo verrà quindi prodotto l'RNA messaggero maturo, codificante o per la

catena pesante delle IgM o per la catena pesante delle IgD.

I loci delle immunoglobuline umane codificano per segmenti genici funzionali che

costituiscono la porzione variabile. Facciamo un esempio del numero dei segmenti V, D

e J presenti rispettivamente sul locus umani della catena K, della catena λ e della

catena pesante H. Per il locus della catena K sono possibili 200 combinazioni diverse;

per il locus della catena pesante H, che contiene 40 segmenti V, 25 segmenti D e 6

segmenti J, il numero di combinazioni possibile è e intorno a 6500. I meccanismi di

ricombinazione sono quindi responsabili di un primo importantissimo meccanismo di

variabilità genetica.

I LOCI DELLE IMMUNOGLOBULINE

L'arrangiamento spaziale dei segmenti che codificano per la porzione variabile della

catena pesante e della catena leggera è diverso. La catena leggera λ, codificata

nell'uomo da un locus presente sul cromosoma 22, possiede 30 frammenti V e 4

frammenti J, ognuno dei quali si trova al 5’ degli esoni che codificano per la regione

costante. Ci sono quindi 4 esoni che codificano per la porzione costante della catena λ.

Il locus che codifica per la catena leggera K, localizzato sul cromosoma 2, possiede

invece 40 segmenti V e 5 segmenti J, tutti raggruppati in posizione 5’ rispetto agli esoni

della porzione costante. In questo locus c'è solo un esone che codifica per la porzione

costante della catena K. Il locus della catena pesante H è localizzato sul cromosoma

14 ed è simile al locus della catena leggera K in quanto, presenta 40 segmenti V, 27

segmenti D e 6 segmenti J disposti in sequenza.

I riarrangiamenti, che avvengono a livello dei loci per le catene pesanti e leggere delle

immunoglobuline, sono mediati da meccanismi simili. Essi coinvolgono specifiche

attività enzimatiche. Tali meccanismi operano, come vedremo, anche a livello dei loci

che codificano per i recettori delle cellule T. La ricombinazione dei segmenti V, D e J

utilizza enzimi del riparo del DNA, che sono presenti in tutte le cellule del nostro

organismo, ed enzimi che specificamente invece sono espressi nei linfociti. Il processo

di riarrangiamento g