Organi del Sistema immunitario

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2 Organi del Sistema immunitario Tonsille e adenoidi Linfonodi Vasi linfatici Timo Linfonodi Milza Appendicite Midollo osseo Placche di Peyer Linfo nodi Vasi linfatici

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8 Gli organi linfatici primari forniscono la sede in cui i linfociti differenziano e vengono commissionati per l antigene. I linfociti T maturano nel timo I linfociti B maturano nel midollo osseo (borsa di Fabrizio negli uccelli) In entrambi i casi un processo selettivo elimina i linfociti immaturi che riconoscono molecole self oppure riconoscono il MHC autologo

9 Gli organi linfatici secondari catturano l antigene e forniscono la sede in cui i linfociti possono interagire con esso, andando incontro alla proliferazione e alla differenziazione in cellule effettrici Il tessuto linfatico drena i tessuti e li intereconnette gli uni agli altri I linfonodi sono specializzati nel catturare gli Ag presenti nei tessuti La milza riceve gli Ag direttamente dal sangue Il tessuto meno organizzato si trova nelle membrane delle mucose (follicoli linfatici dispersi nella lamina dell intestino e nelle placche di Peyer, site nella parete intestinale) Si possono individuare anche tessuti linfatici terziari: tessuti linfatici associati alla cute

10 NEI TESSUTI SECONDARI AVVIENE L INCONTRO DEI LINFOCITI CIRCOLANTI CON I PATOGENI E I LORO PRODOTTI METABOLICI TRASPORTATI DA UN SITO DI INFEZIONE

11 Cellule della linea linfatica Linfociti sono il 20-40% dei globuli bianchi e 99% delle cellule presenti nella linfa Nel corpo umano ci sono circa linfociti Circolano nel sangue e nella linfa e possono migrare nei diversi tessuti e organi linfatici Si dividono in Linfociti B Linfociti T Linfociti null (cellule natural Killer)

12 I linfociti B e T quiescenti sono piccoli, mobili, indistinguibili morfologicamente Quelle che non hanno incontrato l Ag sono vergini (naive) e sono quiescenti nella fase Go del ciclo cellulare (diametro 6 mm, piccoli linfociti) Citoplasma scarso, cromatina molto addensata, pochi mitocondri RE e Golgi poco sviluppati I linfociti che incontrano l Ag diventano attivati ed entrano nella fase G1, S, G2 e M del ciclo cellulare. Aumentano di volume (diametro 15 mm cellule blastiche o linfoblasti) e si sviluppano gli altri organuli cellulari I linfociti proliferano e differenziano in cellule effettrici e cellule della memoria

13 Linfociti B Maturano nel midollo osseo Esprimono sulla superficie un recettore (Ab) specifico per un antigene (Ab=antibody anticorpo) Dopo l incontro con l Ag maturano e si differenziano in Linfociti B della memoria e linfociti effettori (plasmacellule) Linfociti B della memoria esprimono lo stesso Ab delle cellule progenitrici Una plasmacellula sercerne più di Ab al secondo Le plasmacellule muoiono in 1-2 settimane

14 Altre molecole di membrana dei linfociti B B220 marcatore della linea linfocitaria B e dei suoi precursori Molecole MHC di classe II permette al linfocita B di comportarsi come cellule presentante l Ag CR1 e C2 recettori per alcuni prodotti del complemento Fcg/RII recettore per IgG B7-1 e B7-2 interagiscono con CD28 e CTLA-4, importanti molecole presenti sui linfociti T CD40 interagisce con il CD40-ligando sulla superficie del linfocita T H

15 Cellule T Nascono nel midollo osseo e maturano nel timo Durante la maturazione esprimono sulla membrana uno specifico recettore per l Ag: recettore del linfocita T (T cell receptor TCR) TCR riconosce Ag solo se è legato a proteine MHC, glicoproteine polimorfiche, presentate da altre cellule Ci sono 2 sottopopolazioni di linfociti T: T helper (T H ) Th1 e Th2 T citotossiche (T c ) o killer

16 V H V H V V V L C L C H1 C H1 C L V L z z g e C C e d C H2 C H2 Ig /Ig C H3 C H3 Ig /Ig fyn lck Blk, Fyn or Lyn Zap 70 RECETTORE CELLULE B RECETTORE CELLULE T

17 Cellule null Non esprimono le molecole caratteristiche dei linfociti T e B Sono prive degli attributi fondamentali dell immunità: la specificità e la memoria Comprendono i linfociti natural killer (NK) Sono di aspetto granulare e rappresentanto il 5-10% dei linfociti del sangue Svolgono un ruolo importante nei confronti delle cellule tumorali e infettate da virus

18 Cellule dendritiche Le cellule dendritiche sono globuli bianchi che attivano il sistema immunitario catturando gli antigeni ed esponendoli all azione delle cellule 'killer', i linfociti T. Queste cellule risiedono principalmente a livello di quei tessuti che fungono da barriera con l'ambiente esterno e quindi sono più facilmente raggiungibili da agenti patogeni (mucosa nasale, polmonare, intestinale, gastrica e cute), dove ricoprono il ruolo di vere e proprie 'sentinelle'. Quando vengono a contatto con agenti estranei migrano a livello di quei tessuti che servono da basi al sistema immunitario (linfonodi), dove allertano le altre cellule di questa complicata macchina che ci difende dall'insorgenza di nuove malattie.

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20 Gli strumenti del sistema immunitario acquisito Immunoglobuline o Anticorpi Recettore delle cellule T Complesso maggiore di istocompatibilità e proteine MHC su APC Cellule che presentano l antigene (APC)

21 CH3 CH2 Antibody Molecule Structure Ag binding region N terminal end CHO h CH1 CL VH VL Ag = Y disulfide bonds Heavy Chain C terminal end globular domains

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23 2 catene leggere identiche (L, light, 220 aminoacidi) 2 catene pesanti identiche (H, heavy, 440 aminoacidi) A forma di Y rovesciata Ponti S-S fra le catene 2 siti di legame per Ag (bivalenti) Zona di riconoscimento per Ag o Fab (Fragment Antigen Binding) con sequenza di aminoacidi relativamente variabile Zona costante o Fc (Fragment cristallizzabile) con sequenza di aminoacidi relativamente costante REGIONI IPER VARIABILI La variabilità della sequenza di aminoacidi è confinata in 3 regioni ipervariabili (5-7 aminoacidi per L, 6-17 aminoacidi per H) Il sito antigenico è composto dalle regioni ipervariabili della catena L e dalle regione ipervariabili della catena H Alta costante di affinità Ig-Ag ( l/mole)

24 Papain Cleavage

25 Papain Cleavage 2 Fab Fc

26 Pepsin Cleavage

27 Pepsin Cleavage F(ab )2 Enzymatic degradation of Fc fragment.

28 Funzione effettrice Legame a C4b C fissazione (legame a C1q ) Si lega a FcR (Mac, Mono) Si lega a FcR (neutrofili; NK cells)

29 Come agiscono gli anticorpi Gli Ab eliminano gli Ag e uccidono i patogeni utilizzando 3 funzioni effettrici principali: Opsonizzazione (fagocitosi dell Ag da parte dei macrofagi e neutrofili) Attivazione del complemento (IgM e sottoclassi di IgG) Interazione con i recettori Fc delle cellule NK

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31 Classi di anticorpi Esistono 2 tipi di catene leggere K (uomo 60%) l (uomo 40%) Esistono 5 classi di catene pesanti: m, g,, d, e Ognuna di queste diverse catene pesanti è chiamata ISOTIPO Ogni Ab è formato da 2 catene pesanti e 2 catene leggere identiche H2L2, oppure è un multimero di questa struttura base a 4 catene (H2L2)n

32 5 Classi di anticorpi nell uomo Classe catena sottoclassi catena formula pesante leggera molecolare IgG g g1g2g3g4 K, l g2k2, g2 l2 IgM m nessuna K, l (m2k2)n (m2l2)n n=1 o 5 IgA 1, 2 K, l ( 2K2)n ( 2l2)n n=1,2,3,4 IgE e nessuna K, l (e2k2) (e2l2) IgD d nessuna K, l (d2k2) (d2l2)

33 Immunoglobuline: struttura IgG, IgD, IgE, and IgA IgA IgM

34 Funzione degli anticorpi IgG: Coinvolte nella risposta umorale 70% delle Ig sieriche Azioni: Opsonizzazione Neutralizzazione di microbi e tossine Attivazione del complemento per via classica Attraversare la placenta IgM: Primi a comparire nel sangue in risposta ad antigeni Potere agglutinante a causa dei molteplici siti disponibili Attivatori del Complemento Non attraversano la placenta

35 IgA: Ig dimeriche Sintetizzate da linfociti B dei tessuti linfoidi associati alle mucose Presenti nelle secrezioni, latte, saliva, lacrime, etc. Impediscono l aderenza di microrganismi. Scarsa attività opsonizzante Attivazione del complemento per via alternativa IgE: Reazioni di ipersensibilità di Tipo I (asma, febbre da fieno) provocando il rilascio di citochine e mediatori infiammatori. Attivi nelle infezioni da parassiti favorendo l attività citotossica degli eosinofili. IgD: Ig di membrana espresse sulla superficie dei linfociti. Ruolo non chiarito, ma sono importanti drante la differenziazione dei linfociti B.

36 Il sistema del Complemento Sistema di Proteine attivate enzimaticamente dal legame di un anticorpo ad un antigene che portano alla formazione di un complesso terminale capace di attaccare e dissolvere la parete batterica o la membrana di cellule tissutali. Vie di Attivazione: Classica - In cui sono presenti tutti i componenti attivata dal complesso antigene-anticorpo Alternativa Innescata da membrane microbiche e molecole non anticorpali. Assenza di alcuni componenti. Lectinica Attivata da lectine plasmatiche che si legano ai microrganismi.

37 Funzioni: Interazione con i recettori della superficie cellulare per indurre la fagocitosi Molecole recettrici su polimorfonucleati, macrofagi e frammento Fc degli anticorpi Produzione di componenti biologicamente attivi. Tramite proteolisi il complemento si attiva liberando un frammento b che prende parte ad ulteriori reazioni ed un frammento a che si comporta come mediatore flogistico. Danno della membrana tramite il complesso d attacco

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39 Complement C2 C3 C3a C5a C7 C1 IgG C6 C5b C8 Antigen C4 Enzyme C3b C5 C5b C9

40 Complesso di attacco alla C5a membrana C Å C6 C5b C7 C8 C9 C9 C9 C9 C9 C9 C9 C9 C9 C9 C9

41 Gli anticorpi vengono prodotti da tre distinte famiglie geniche localizzate su cromosomi diversi: per le catene leggere K per le catene leggere l per le catene pesanti Ogni famiglia genica contiene numerosi segmenti genici: Regione variabile V e J nella catena leggera Regione variabile V, D, J nella catena pesante Regione costante Segmenti genici separati codificanti parti diverse delle regioni variabili delle catene leggere e delle catene pesanti vengono unite mediante fenomeni di ricombinazione nel corso del differenziamento della cellule B

42 I riarrangiamenti avvengono in ordine sequenziale: prima quelli della catena pesante poi quelli della catena leggera Sono finemente regolati, in modo tale che il DNA di un solo cromosoma parentale venga riarrangiato a formare un gene funzionale per la catena leggera o pesante. Questa esclusione allelica assicura che Ab maturo abbia la specificità antigenica singola

43 Cellule T Nascono nel midollo osseo e maturano nel timo Durante la maturazione esprimono sulla membrana uno specifico recettore per l Ag: recettore del linfocita T (T cell receptor TCR) TCR riconosce Ag solo se è legato a proteine MHC, glicoproteine polimorfiche Ci sono 2 sottopopolazioni di linfociti T: T helper (T H ) T citotossiche (T c )

44 Il TCR riconosce solo Ag processati e associati a una molecola MHC espressa da una cellula APC o da una cellula bersaglio Il DNA del TCR è organizzato in domini variabili codificati da diverse regioni geniche e costanti (come Ig) Meccanismi di ricombinazione simili a quelli delle Ig Cellule T presentano altre molecole accessorie di interazione con le APC (cellule che presentano l antigene) CD40, CD2, CD28, CTLA-4 Il TCR è associato al CD3, un complesso molecolare

45 Interazione APC e Linfocita T B7 (CD80/86) CTLA-4 Attivazione B7 (CD80/86) CD28 Attivazione APC MHC II CD58 (LFA-3) TCR CD2 Riconoscimento Adesione CD4 + T Cell Attivazione CD154 (CD40L) CD40

46 Variabile T V 2HN NH2 T V Ogni catena è lunga 280 aa. Omologia strutturale e di Sequenza con gli Ab Circa 100 geni V 50 geni J Circa 30 geni V Circa 12 geni J costante C C membrana COOH COOH Recettore cellule T

47 Memoria immunologica Le risposte immunitarie acquisite danno luogo alla memoria immunologica di lunga durata e a una immunità protettiva La risposta immunitaria primaria è sviluppata da un numero limitato di linfociti L intervallo necessario per la loro espansione numerica fornisce al patogeno l opportunità di avviare un processo infettivo fino alla comparsa della malattia Il cloni della risposta primaria comprendono anche le cellule della memoria di lunga durata, che rendono la risposta più veloce e più intensa a una successiva esposizione allo stesso patogeno L intensità delle risposte secondarie può essere sufficiente a respingere la malattia

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49 Tutte le specie di mammiferi possiedono un gruppo di geni strettamente associati, il complesso maggiore di Istocompatibilità (MHC), i cui prodotti proteici sono coinvolti nel riconoscimento cellulare e nelle discriminazione self e non-self. Svolge un ruolo fondamentale nel determinare se un tessuto trapiantato può essere accettato come self (istocompatibile) o rigettato (istoincompatibile) MHC è fondamentale nello sviluppo delle risposte sia umorali che di tipo cellulare I linfociti T riconoscono gli antigeni solo se associati a molecole MHC

50 MHC è un gruppo di geni localizzato su un ampio tratto del Cromosoma 6 (uomo) e cromosoma 17 (topo) Viene denominato HLA (human leukocytes antigen nell uomo) I geni sono localizzati in regioni che codificano 3 classi di proteine: geni MHC di classe I codificate nelle regioni A, B, C geni MHC di classe II codificati nelle regioni DP, DQ, DR geni MHC di classe III

51 Le molecole MHC espresse da un individuo non si modificano nel tempo e possono differire da quelle espresse da un altro individuo della stessa specie POLIMORFISMO MHC è uno dei complessi genetici più polimorfici dei vertebrati più evoluti e possiede un numero straordinariamente elevato di alleli diversi per ciascun locus Gli alleli differiscono del 5%-10% nella sequenza del DNA da un individuo all altro

52 Proteine MHC sulle cellule che Presentano l antigene

53 Antigen presenting cells (APC) Le molecole MHC di classe I e classe II legano il peptide derivante dal processamento dell Ag Gli Ag di classe I si associano a molecole derivanti da antigeni endogeni Gli Ag di classe II legano molecole derivate da antigeni esogeni MHC di classe I sono su tutte le cellule (non specializzate) Fibroblasti, cellule gliali (cervello), cellule endoteliali, epiteliali, ecc. MHC di classe II solo su cellule specializzate: Linfociti B Cellule dendritiche Macrofagi

54 LE MOLECOLE DI CLASSE I e II appartengono alla superfamiglia delle immunoglobuline Entrambe presentano l antigene ai linfociti T Le molecole di classe I sono espresse in tutte le cellule nucleate che presentano gli antigeni endogeni processati ai linfociti CD8 + Le molecole di classe II sono espresse solo in numero limitato di cellule presentanti l antigene (macrofagi, cellule dendritiche, linfociti B) che presentano gli antigeni esogeni processati ai linfociti CD4 +

55 Restrizione immunitaria per le molecole MHC: I linfociti T citotossici CD8 sono ristretti alla classe MHC I I linfociti T H CD4 alle molecole di classe MHC II A seconda della provenienza dell antigene, intracellulare (endogeno) o extracellulare (esogeno), il sistema immunitario viene attivato in modo diverso Antigeni esogeni: ciclo endocitico Antigeni endogeni: ciclo citosolico

56 ubiquitina7atp Trasportatore associato alla processazione dell Ag Ag endogeni complesso peptidi TAP RE Complesso proteasoma MHCI/peptide Via citosolica esopeptidasi Aminoacidi semplici Endocitosi/ fagocitosi Ag esogeni compartimenti peptidi complesso endocitari MHCII/peptide Via endocitica

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58 SCHEMA GENERICO Complesso APC/MHC-pep/CellulaT recettore Cellula T recettore Complesso peptide estraneo/recettore/ MHC Peptide estraneo MHC (I o II) Cellula che presenta Ag CD4/8 MHC Peptide estraneo

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60 Come viene innescato l intero sistema

61 Linfociti T helper: secernono citochine che favoriscono la risposta umorale e cellulo-mediata. Si attivano a contatto con uno specifico antigene presentato da una molecola MHC di classe II (sulla membrana di un macrofago o su un linfocita B). Allo stesso tempo si generano linfociti T di memoria a lunga vita. Le risposte combinate dei linfociti T helper, dei linfociti T citotossici e dei linfociti B controllano la specifica rimozione di antigeni dannosi e forniscono l immunità permanente verso di essi.

62 La risposta immunitaria cellulo-mediata si verifica quando i linfociti T citotossici riconoscono uno specifico antigene presentato da una molecola del complesso maggiore di istocompatibilità MHC di classe I sulla membrana di una cellula infettata da un virus o su una cellula tumorale. Si differenziano quindi in cellule (killer) assassine. I linfociti T citotossici rilasciano perforine ( formano dei pori nella membrana della cellula colpita) e frammentine (entrano nella cellula e determinano la sua morte, apoptosi).

63 La risposta immunitaria umorale deriva dall attivazione dei linfociti B. In seguito al contatto con specifici antigeni sulla membrana del batterio, i linfociti B proliferano e si differenziano in linfociti B di memoria a lunga vita e plasma-cellule a vita breve. Mentre i linfociti B di memoria sono responsabili dell immunità permanente ad un antigene, le plasmacellule secernono anticorpi che si uniscono ad un antigene bersaglio e quindi reclutano atri fattori di difesa (per esempio cellule fagocitarie) per distruggerlo.

64 Le cellule T helper assumono il comando della risposta immunitaria attivano tutte le altre cellule a proliferare Attivazione delle cellule T L attivazione di una cellula T citotossica o helper a proliferare e differenziarsi in cellula effettrice avviene per interazione con la cellula che presenta l antigene, la quale deve trasmettere alcuni segnali: 1 segnale: peptide estraneo legato alla proteina MHC. 2 segnale: proteine stimolatrici, come le proteine B7 (CD80 e CD86) che sono riconosciute dal corecettore CD28 sulle superficie della cellula T. Se le cellule T helper ricevono entrambi i segnali, si attivano, proliferano e secernono una citochina, chiamata interluchina-2. 3 segnale: secrezione di interleuchine diverse

65 Attivazione di Cellule T da APC attivato IL-1 IL-6 LPS TLR4 segnale 3 IL-12 CD28 B7 Segnale 2 CD4 IL-12 Recettore CD4 + T cell Recettore Linf. T Segnale 1 Peptide MHC II Antigen Presenting Cell (APC) Signal 1: Specificità Signal 2: Attivazione Signal 3: Differenziamento

66 I meccanismi con cui le cellule T citotossiche uccidono le cellule bersaglio infettate sono due: 2- Una proteina trimerica sulla superficie delle cellula T citotossica, si lega e attiva la proteina Fas sulla superficie della cellula bersaglio. La coda citosolica della Fas contiene un dominio che, quando è attivato, si lega a una proteina adattatrice e recluta la procaspasi-8. La successiva attivazione della caspasi 8 da inizio alla cascata proteolitica che porta al processo apoptotico. 1- rilascio di una proteina, la perforina, in grado di formare pori sulla membrana della cellula infettata. Questa proteina, dapprima conservata in vescicole secretorie, viene rilasciata per esocitosi locale nel punto di contatto con la cellula bersaglio. Da queste vescicole sono rilasciate anche alcune proteasi, in particolare la granzyme B, che attiva alcune caspasi, innescando il processo apoptotico della cellula

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68 Schema della risposta immunitaria Ingestione patogeni (Macrofagi) Digestione Patogeni Frammenti di antigeni proteici del Patogeno vengolo legati al MHC aulla membrana dei Macrofagi I Macrofagi presentano l antigene ai Linfociti T Cellule T con recettori per l antigene vengono sensibilizzate Cellule T sensibilizzate si dividono Cellule T helper Stimolano le cellule B esprimenti lo stesso recettore Cellule T citotossiche Distruggono l antigene Cellule T Suppressor Inibiscono le Cellule B con lo stesso recettore antigenico

69 Cellule T helper Stimolano le cellule B esprimenti lo stesso recettore Cellule T suppressor Inibiscono le Cellule B aventi lo stesso recettore Divisione Cellule B Plasmacellule Cellule B di Memoria Cellule B producono Ab Termine della risposta immunitaria Anticorpi legano l antigene Attivano il Complemento Aiutano I Fagociti a trovare gli antigeni Distruggono l antigene