Il SistemaIl Sistema ImmunitarioImmunitario

SARS virus

Parassiti nei globuli rossi

Fungi

Batteri

Patogeno è qualsiasi organismo dotato del potenziale di provocare una malattia.Divisi in 4 categorie:

batteri, funghi, virus, parassiti

Patogeno opportunista: colonizza l’organismo senza provocare una malattia.Può divenire patogeno se le difese sono indebolite.

L’organismo reagisce all’invasione di un patogeno con duetipi di risposta:

-Risposta immunitaria innata

-Risposta immunitaria acquisita>umorale (cellule B , anticorpi)

>cellulo-mediata (cellule Tc e Th)

Il Sistema immunitario deve essere in grado didisitinguere il self dal non-self (tolleranza verso il self)

innata acquisita

• aspecifica• riconosce strutture

comuni• sempre operativa• sempre uguale

• previene l’infezione

• specifica

• riconosce strutture specifiche

• consegue al contatto

• potenziata da contatti ripetuti

• richiede l’infezione

IMMUNITA’

IMMUNITA’ INNATA• Comprende 4 tipi di barriere:

– Anatomica• Cute• Superficie delle mucose

– Fisiologica• Temperatura• pH• Fattori solubili

– Endocitica/fagocitica• fagocitosi

– Infiammatoria• Complesso Risposta infiammatoria

Cute: -barriera meccanica ritarda l’ingresso dei microbi - l’ambiente acido(pH 3-5) ne ritarda la crescita

Mucose: - la flora normale compete con i microbi per i siti di attacco e i nutrienti

-il muco intrappola i microrganismi interi - Le ciglia spingono i microrgansimi fuori dal corpo

Temperatura: -la normale t inibisce la crescita di alcuni patogeni

-la febbre inibisce la crescita di alcuni patogenipH: - l’acidità gastrica uccide la maggior parte dei

patogeni ingeritiMediatori chimici: -lisozima scinde la parete batterica

-interferone induce uno stato antivirale nelle cellule infettate

- Il sistema del complemento lisa i mocrorganismi e facilita la fagocitosi

• 1-2 adesione del batterio a lunghe evaginazioni della membrana (pseudopodi)

• 3- ingestione del batterio con formazione del fagosoma che si muove verso il lisosoma

• 4- fusione del fagosoma e lisosoma con rilascio di enzimi lisosomiali nel fagosoma

• 5- digestione del materila ingerito• 6- rilascio di prodotti di digestione della cellula

Fagocitosi

• I fagociti che riconoscono le comuni componenti delle pareti batteriche innescano l’immunità innata e inducono l’infiammazione

• I fagociti sono di due tipi:– Macrofagi– Neutrofili

• I macrofagi sono presenti nei tessuti• I neutrofili circolano nel sangue e penetrano solo in quelli

infetti• Essi espongono recettori di superficie che si legano ai comuni

carboidrati della parete batterica, componenti che non sono presenti nella cellula umana

• In risposta alla presenza dei batteri i macrofagi secernono proteine solubili, dette citochine, che reclutano altre cellule del sistema immunitario.

• I neutrofili sono cellule specializzate nella fagocitosi e nell’uccisione dei patogeni. Iniziano ad agire subito dopo l’infezione. Sono capaci di agire anche in condizioni di anaerobiosi. Muoiono nel sito di infezione formado pus. Producono l’infiammazione.

Il danno tissutale provoca il rilascio di vari fattori vasoattivi e chemiotattici. Questi fattori inducono aumento del flusso sanguigno nell’area, aumento della permeabilità capillare e afflusso dei globuli bianchi, tra cui fagociti e linfociti.Le proteine seriche contenute nell’essudato hanno proprietà antibatteriche e i fagociti incominciano a fagocitare i batteriTra i principali mediatori chimici ci sono: proteine della fase acuta

istamina chinine

INFIAMMAZIONE

• Compito del sistema immunitario innato è anzitutto quello di riconoscere e quindi distinguere cellule che fanno parte del self, ovvero cellule proprie dell’individuo, da quelle esterne di origine batterica.

• Ciò è possibile in quanto tutte le cellule batteriche hanno una caratteristica comune, ovvero quella di concludere l’estremità N-terminale di ogni peptide una formil-metionina al posto di una metionina. Inoltre il sistema immunitario innato è in grado di riconoscere anche la struttura lipopolisaccaridica della parete esterna dei batteri e anche il tipo di acido nucleico presente in essi.

• La specificità di queste varie capacità di riconoscimento è affidata a particolari recettori detti “toll-like receptors”,proteine la cui origine , si è visto, è molto antica nella scala dell’evoluzione degli organismi viventi.

La famiglia Toll-like receptor (TLR) appartenenti al Pattern di Recettori di Ricognizione

TLR-6 TLR-9MD-2CD14 TLR-4TLR-2 TLR-5TLR-3TLR-1

Peptidoglycan (G+)Lipoprotein

LipoarabinomannansZymosan (Yeast)

GPI proteinLPS(G-)RSV F dsRNA Flagellin

Bacterial CpG DNA

CELLULE E ORGANI DEL

SISTEMA IMMUNITARIO

Il Sistema immunitario: meccanismi di base

Componenti del sistema immunitario: organi linfatici e leucociti.

Organi linfatici: i leucociti si sviluppano fino alla maturità negli organi linfatici PRIMARI (il midollo osseo e nel caso dei linfociti T, il timo). Gli organi linfatici periferici mostrano un’architettura reticolare che intrappola materiale estraneo presente nel sangue (milza), nella linfa (linfonodi), nell’aria (tonsille e adenoidi) e in cibo e acqua (appendice vermiforme e placche di Peyer nell’intestino).

Leucociti: si dividono in neutrofili, monociti e macrofagi (dai monociti), cellule fagocitarie che “inglobano e distruggono” agenti estranei e detriti; gli eosinofili ed i basofili proteggono invece dai grandi parassiti e sono coinvolti nelle reazioni allergiche.

Linfociti: si dividono in B (cellule B) e T (cellule T), specifici rispetto agli agenti esterni. I linfociti non B e non T sono “natural killer (NK)” antivirali.

Organi del Sistema immunitario

Tonsille e adenoidi

Linfonodi

Midollo osseo

Appendicite

Vasi linfatici

Linfo nodi

Timo

Placche di Peyer

Milza

Vasi linfatici

Linfonodi

• 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 selelttivo elimina i linfociti immaturi che riconoscono molecole self oppure riconoscono il MHC autologo

• 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 organizato si trove 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

NEI TESSUTI SECONDARI AVVIENE L’INCONTRODEI LINFOCITI CIRCOLANTI CON I PATOGENIE I LORO PRODOTTI METABOLICI TRASPORTATIDA UN SITO DI INFEZIONE

CELLULE

• Emopoiesi è il processo che porta alla formazione di cellule delsangue mature.

• Le sedi dell’emopoiesi sono diverse nel feto, rispetto all’adulto.

• Nel feto sono organi emopoietici:il sacco vitellino, il fegato, la milza, il timo, il midollo

osseo.• Nell’adulto il principale organo emopoietico è

il midollo osseo delle ossa piatte e delle estremità delle ossa

lunghe che produce tutti gli elementi figurati del sangue.

• Tutti derivano da una cellula capostipite denominataemocitoblasto, capace di differenziarsi poi nelle differenti

linee.

• Emocateresi è il processo che porta alla distruzione dellacellule del sangue. Principali organi che svolgono questo

ruolosono il fegato e la milza

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 1011 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)

• 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

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 2.000 Ab al secondo

• Le plasmacellule muoiono in 1-2 settimane

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

• Fc/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 TH

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 (TH)

– Th1 e Th2– T citotossiche (Tc) o killer

Zap 70

fyn lck

V V

C C

CH1

CH2

CH3

CH2

CH3

CH1

CL CL

VL VL

VH VH

Igg Igg

Blk, Fyn or Lyn

RECETTORE CELLULE B RECETTORE CELLULE T

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

Cellule dendritiche• Le cellule dendritiche sono globuli bianchi che attivano il

sistemaimmunitario catturando gli antigeni ed esponendoli all’azione dellecellule 'killer', i linfociti T.

• Queste cellule risiedono principalmente a livello di quei tessuti chefungono da barriera con l'ambiente esterno e quindi sono piùfacilmente 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.

ANTIGENI

• Antigeni sono sostanze in grado di indurre una risposta immunitaria

• Ci sono differenze fondamentali nel modo in cui i linfociti B e T riconoscno l’Ag

• Immunogenicità e antigenicità sono due propietà immunologiche correlate, ma distinte

• Un antigene è un immunogeno e l’antigenicità è la sua capacità di reagire in maniera specifica con i prodotti finali delle risposte immuni

• "TUTTI GLI IMMUNOGENI SONO ANTIGENI, MA NON TUTTI GLI ANTIGENI SONO IMMUNOGENI".

APTENE: molecola solitamente di piccole dimensioni che hanno la proprietà di essere antigeniche, ma che di per sé non è in grado di evocare una risposta immunitaria (sono prive di immunogenicità).

Può diventare anche immunogenica se si lega a una molecola carrier.Può reagire con i prodotti di una risposta immune specifica.

Proprietà dell’immunogeno

• Estraneità: tanto maggiore è la distanza filogenetica fra due specie, tanto maggiore è la lo diversità genetica

• Peso molecolare: macromolecole > 10 kDa

• Composizione ed eterogenità chimica: – omopolimeri scarsa immunogencicità– Copolimeri EKEKEKEKEK…..richiede un PM di 30.000 per essere

immunogeno, se si aggiunge anche Y EKYEKYEKYEKY…….il PM si riduce a 20.000

• Capacità di essere processato: le macromolecole devono essere processate dalle cellule che presentano l’Ag. Più alta è quasta capacità maggiore è l’immunogenicità

Ruolo del sistema biologico nell’immunogencità

• Lo sviluppo di una risposta immunitaria dipende da alcune caratteristiche del sistema biologico con cui l’agente entra in contatto:

• Genoma ospite• Dose e via di somministrazione: gli immunogeni

sperimentali sono somministrati per via parentale• Associazione di altre sostanze (adiuvanti): sostanze che

unite a un Ag e iniettate con esse, ne aumentano l’immunogenicità. Uno dei più usati è l’adiuvante di Freund che contienen l’Ag in una soluzione acquosa, olio minerale ed agente emulsionante (monooleato di mannite) che disperde l’olio in piccole gocce intorno all’Ag. Si ottine un lento rilascio dell’Ag dal sito di inoculazione

EPITOPO O DETERMINANTE ANTIGENICO:

PARTE DI UN ANTIGENE CHE ENTRA IN CONTATTO CON IL SITO DI LEGAME DI UN

ANTICORPO O COL RECETTORE PER L’Ag DELLE CELLULE T o B. (GLI EPITOPI SONO

PRATICAMENTE LE PORZIONI PIÙ IMPORTANTI DELL’ANTIGENE, CAPACI DI EVOCARE LA

RISPOSTA IMMUNITARIA).

Quando i farmaci diventano immunogeni

• I farmaci sono piccole molecole incapaci di scatenare la risposta immunitaria se non sono associate a una molecola più grande

• La penicillina in alcuni individui può reagire con alcune proteine dell’organismo per formare un derivato penicilloil-proteina (aptene-vettore), in cui il derivato penicillinico, il gruppo penicilloil, ha la funzione di epitopo aptenico

• Questo epitopo è riconosciuto dal sistema immunitario che produce Ab (IgE) contro di esso. Le IgE vengono trasportate in tutto l’organismo dove vengono riconosciute dai recettori per le IgE posti sui basofili (mast-cellule) e rimanere per molto tempo. Se a una persona che ha anticorpi IgE contro la penicillina viene somministrata penicillina, andrà incotro a reazione allergica

• 1-5% della popolazione ha questo problema

SISTEMA IMMUNITARIO

ACQUISITO

Sistema immunitario specifico

Linfociti:Linfociti:

1.1.Linfociti TLinfociti T

2.2.Linfociti BLinfociti B

Origine

• La selezione clonale dei linfociti B e linfociti T è alla base della risposta innata

• Sia i linfociti B che T esprimono recettori dotati di una singola specificità– Linfociti B esprimono immunogobuline (Anticorpi, Ab)

– Linfociti T esprimono recettori

• Ciascun linfocita da origine a un unico tipo di molecola

• Ciascun linfocita, stimolato dal patogeno da origine a una popolazione di cellule che esprimono tutte immunoglobuline o recettori delle cellule T identici (SELEZIONE CLONALE)

Zap 70fyn lck

V V

C C

CH1

CH2

CH3

CH2

CH3

CH1

CL CL

VL VL

VH VH

Igg Igg

Blk, Fyn or Lyn

Ogni linfocita B esprimesulla membrana 150.000 Anticorpi (recettori) identici per lostesso Ag

Esempio: SELEZIONE CLONALE nei linfociti B

• Immunoglobuline o Anticorpi

• Recettore delle cellule T

• Complesso maggiore di istocompatibilità e proteine MHC su APC

• Cellule che presentano l’antigene (APC)

Gli strumenti del sistema immunitario acquisito

Immunoglobuline: struttuta e

funzione

Antibody Molecule Structure

Heavy Chain

Light Chainglobulardomainsdisulfide

bonds

h

CH1

CH

2C

H3

VH

CL

VL

C terminalend

N terminalend

Ag bindingregion

CHO

Ag

= Y

• 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 (104-1011 l/mole)

Papain Cleavage

Papain Cleavage

Fc

2 Fab

Pepsin Cleavage

Pepsin Cleavage

Enzymatic degradationof Fc fragment.

F(ab’)2

Funzione effettrice

Si lega a FcR (Mac, Mono)

Si lega a FcR(neutrofili; NK cells)

C fissazione (legame a C1q )

Legame a C4b

• 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

Come agiscono gli anticorpi

Classi di anticorpi

Esistono 2 tipi di catene leggere– K (uomo 60%) (uomo 40%)Esistono 5 classi di catene pesanti:

Ognuna di queste diverse catene pesanti è

chiamata ISOTIPOOgni 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

5 Classi di anticorpi nell’uomo

• Classe catena sottoclassi catena formula

pesante leggera molecolare

gG

IgM nessuna n()n n=1 o 5

IgA nn n=1,2,3,4

IgE nessuna

IgD nessuna

Immunoglobuline: struttura

IgA

IgM

IgG, IgD, IgE, and IgA

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

• 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.

Ruolo delle IgE nella secrezione di istamina

IgE Ag

Vescicole diistamina

Rilascio di istamina

Recettore Fcper IgE

Istamina

Vasodilatazione, reazioniallergiche

mastocita

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.

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

Complement

C9Enzyme

C2

C5C3b

C3aC3

C4Antigen

IgG

C1C8

C7

C6

C5b

C5b

C5a

Complesso di attacco alla membrana

C6 C7C8

C9

C9

C9 C9 C

9

C9 C

9 C9 C9

C9

C9

C5

C5b

C5a

70-100 Å

• Natura especifica

• Richiede regolazione per evitare danni ai tessuti sani

• Sistemi di regolazione attivi e passivi– Passivi: estrema labilità di molti componenti che si

inattivano subito– Attivi: vari regolaotri che inattivano i prodotti del

compelmento

• Deficit a carico del C3 sono clinicamente più importanti; aumentano la suscettibilità alle infezioni batteriche

• La via lectinica è innescata dalla proteina legante il mannosio, che ha siti di legame per i carboidrati tipici della superficie batterica.

• Una volta legata al batterio scatena una serie di reazioni enzimatiche che attivano il COMPLEMENTO

• Gli anticorpi vengono prodotti da tre distinte famiglie geniche localizzate su cromosomi diversi:

per le catene leggere Kper le catene leggere 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

V1 V2 V3 Vn CJ1 J2 J3 J4

V1 V2 V3 J3 J4 CDNA della cellula B

V3 J3 C

COOHNH2

V3 CJ3

trascrizione

splicing

traduzioneSintesi delle catena leggera Knel topo:riarrangiamento V-J dellacatena leggera

Regioni di DNA da unire

DNA della linea germinale

V= circa 300J = 4

RICOMBINAZIONE SOMATICACATENA LEGGERA

D1 D2 DnV1 V2 Vn J1 J4 C C C C C

Esistono almeno 100-1000 segmenti genici V 12 segmenti D 4 segmenti J gruppo ordinato di segmenti C codificante una classe diversa di catene pesanti

Segmenti genici della catena pesante nel topo

• 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

Diversificazione combinatoria

Uno dei circa 300 V si può unire a uno dei 4 J300 x 4 = 1200 diverse regioni V (catena leggera)

Uno dei 100-1000 V si può unire a uno dei 20 D e dei 4 J:1000 x 20 x 4 = 80.000 diverse regioni V

Una ulteriore diversità deriva dal fatto che gli eventi di giunzionesono imprecisi. Si può avere perdita di basi e cambiamneto di Frame

Segmenti

Genici catena pesante C.leggera C.leggera k

V 51 40 30D 27 0 0J 6 5 4PossibiliCombinazioni 51x27x6=8262 40x5=200

30x4=120

Associazione Combinatoriale leggera-pesante

8262 x (200+120)= 2,64 x 106

Regione V, D, J nella catena Pesante e Leggera k e

Una ulteriore diversità deriva dal fatto che gli eventi di giunzionesono imprecisi. Si può avere perdita di basi e cambiamneto di Frame

GAG GAT CCT CCC ACA….

V

TAC CAC TGT GGT GGA CGT TA…

J

GAG GAT CCG GTG GAC GTT A…

GAG GAT CCG TGG ACG TT A

GAG GAT CCT GGA CGT TA….

Cambia il Codice dilettura

DIVERSITA’ GIUNZIONALE

• Nucleotidi P: aggiunta di nucletidi ad opera degli enzimi di riparazione

• Nucelotidi N: aggiunta di di nucleotidi durante i processi di giunzione D-J e V-D-J mediante l’enzima terminal-trafesrasi

•Ipermutazione somatica: sostituzione di singoli nucleotidi nelle unità V-J e V-D-J

Switch isotipico tra i geni delle catene pesanti

• Il DNA della catena pesante può andare incontro a ulteriore riarrangiamneto in cui una unità V-D-J può combinarsi con uno dei segmenti C

• Esempio:– V2-D4-J3 può combinarsi con Coppure conC

VH1 VHn

n=250-1000

L1 Ln DH(1-12) JH C C C3 C1

C2b C2a C C

Linfociti T e recettore

(TCR)

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 (TH)– T citotossiche (Tc)

• 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

CD2

APC APC MHC II

B7 (CD80/86)

Interazione APC e Linfocita T

CTLA-4

CD40

CD28

B7 (CD80/86)

TCR

CD154

(CD40L)

CD58 (LFA-3)

CD4CD4++ T CellT Cell

Attivazione

Attivazione

Riconoscimento

Adesione

Attivazione

COOHCOOH

NH22HN

VV

CC

Ogni catena è lunga 280 aa.Omologia strutturale e diSequenza con gli AbCirca 100 geni V50 geni JCirca 30 geni VCirca 12 geni J

T T

membrana

Variabile

costante

Recettore cellue T

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 ooro 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’intesità delle risposte secondarie può essere sufficiente a respingere la malattia

Complesso maggiore di

istocompatibilità

(MHC)

• Tutte le specie di mammiferi possiedono un gruppo di geni strettamente associati, il complesso maggiore diIstocompatibilità (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

• 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, Cgeni MHC di classe II codificati nelle regioni DP, DQ,

DRgeni MHC di classe III

Le molecole MHC espresse da un individuo non si modificanonel tempo e possono differire da quelle espresse da un altro individuo della stessa specie

POLIMORFISMO

MHC è uno dei complessi genetici più polimorfici deivertebrati più evoluti e possiede un numero straordinariamenteelevato di alleli diversi per ciascun locus

Gli alleli differiscono del 5%-10% nella sequenza del DNA da unindividuo all’altro

Proteine MHC sulle cellule che Presentano l’antigene

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

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 lecellule nucleate che presentano gli antigeni endogeniprocessati 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 gliAntigeni esogeni processati dai linfociti CD4+

Restrizione immunitaria per le molecole MHC:

I linfociti T citotossici CD8 sono ristretti alla classe MHC I

I linfociti TH CD4 alle molecole di classe MHC II

A seconda della provenienza dell’antigene, intracellulare (endogeno)o extracellulare (esogeno), il sistema immunitario viene attivatoin modo diverso

Antigeni esogeni: ciclo endociticoAntigeni endogeni: ciclo citosolico

Ag esogeni complesso peptidi TAP RE Complessoproteasoma MHCI/peptide

Ag esogeni compartimenti peptidi complessoendocitari MHCII/peptide

Aminoacidisemplici

esopeptidasi

ubiquitina7ATP

Endocitosi/fagocitosi

Via endocitica

Via citosoilica

Trasportatore associato alla processazione dell’Ag

• MHC lega piccoli peptidi, 8-10 amminoacidi

• Ligandi Classe I circa 9 aa.

• Ligandi Class2 II tra 12 e 25 aa.

• Un core di 9 amminoacidi è fondamentale per il legame tra peptide/MHC.

Human Tissue Typing for Transplants

HLA

ACBD

Leukocyte

Chromosome 6

MHC protein

• Ogni cellula del corpo è coperta di markers MHC-self, e ogni persona porta un set unico di questi markers. Se un linfocita T riconosce un struttura MHC non-self essa reagisce rapidamente per distruggerla.

• • Per un trapianto di successo di un organo o di cellule

staminali è necessari paragonare il set MHC del donatore e del ricevente.

• Devono essere il più possibile simili.

• Per trovare un buon “match” è necessario fare la tipizzazione tissutale dei linfociti. In questo caso i marker MHC-self sono chiamati HLA (human leukocytes antigens). Ogni cellula ha un doppio set di sei principali markers HLA, HLA-A, B e C e tre tipi di HLA-D.

Tipizzazione dell’HLA

Gruppo di Alleli polimorfici trasmessiinsieme è definito APLOTIPO

Cellula che presenta Ag

MHC (I o II)

Peptide estraneo

recettoreCellula T

Complesso peptide estraneo/recettore/MHC

MHC

Peptide estraneo

recettore

CD4/8

SCHEMA GENERICOComplesso APC/MHC-pep/CellulaT

Come viene innescato l’intero sistema

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.

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).

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 plasma-cellule secernono anticorpi che si uniscono ad un antigene bersaglio e quindi reclutano atri fattori di difesa (per esempio cellule fagocitarie) per distruggerlo.

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 trasmette 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

Le cellule T helper assumono il comando della risposta immunitaria attivano tutte le altre cellule a proliferare

CD4CD4++ T cellT cellCD4CD4++ T cellT cell

Recettore Linf. T

Peptide

LPS

TLR4

Antigen Presenting Cell (APC)Antigen Presenting Cell (APC)

MHC II

“Segnale 1”

“Segnale 2”“segnale 3”

IL-1

IL-6

IL-12

CD28

B7

IL-12 Recettore

Signal 1: Specificità

Signal 2: Attivazione

Signal 3: Differenziamento

Attivazione di Cellule T da APC attivato

CD4

Cellule TH1 e TH2

• Esistono due tipi di cellule T helper: TH1 e TH2.• Questa distinzione è fatta sulla base delle citochine che secernono:

• le cellule TH1 secernono – l’interferone (IFN-) – il fattore di necrosi tumorale (TNF-) – aiutano essenzialmente i macrofagi, le cellule T citotossiche e -in parte- le

cellule B; • le cellule TH2 secernono

– le interleuchine 4, 5, 10 e 13 (Il-4, Il-5, IL-10 e IL-13) – stimolano le cellule B (solo quelle che presentano lo stesso antigene) a produrre anticorpi.

La differenziazione delle cellule T in TH1 e TH2 influenza quindi il tipo di risposta immune che deve essere organizzata contro il patogeno.

Una volta che TH1 o TH2 si sono sviluppate avviene una inibizione reciproca, cioè se si formano le TH1, la produzione di (IFN-) inibisce lo sviluppo di TH2, mentre la produzione di IL-4 e IL-10 prodotte da TH2 inibisce lo sviluppo di TH1.

• Attivazione dei macrofagi. Le cellule TH1 utilizzano due segnali per attivare i macrofagi:

1) la IFN-2) il ligando della proteina CD40 si lega alla proteina CD40

presente sulla superficie del macrofago. A questo punto i macrofagi attivati possono uccidere i patogeni contenuti nel fagosoma attraverso processi idrolitici, la formazione di radicali e ossido nitrico.

• Attivazione delle cellule T citotossiche. Le cellule TH1 attivano le cellule T citotossiche negli organi linfoidi periferici stimolando le cellule dendritiche a produrre proteine costimolatrici. Inoltre, la secrezione di IFN- aumenta l’efficienza con cui le cellule bersaglio processano gli antigeni virali per presentarli alle cellule T citotossiche.

• Attivazione delle cellule B. Le cellule TH1 possono aiutare le cellule B a proliferare e differenziarsi sia in cellule secernenti anticorpi che cellule memoria. Inoltre stimolano anche il cambiamento di classe degli anticorpi.

Attivazione da parte delle cellule Th1

Meccanismo di attivazione da parte delle cellule Th2

• Il primo segnale è rappresentato dall’antigene che si lega al recettore-anticorpo legato alla membrana della cellula B. Processi di fosforilazione

• Il secondo segnale è costituito dal ligando della proteina CD40, che è espressa sulla superficie delle celluleT attivate, ma non su quelle a riposo. L’interazione tra il ligando del CD40 e il CD40 è necessaria perché le cellule T attivino le cellule B a proliferare e a maturare in cellule della memoria e in cellule che secernono gli anticorpi. Nello stesso tempo viene prodotta interleuchina 4 (Il-4), che stimola la proliferazione e la maturazione delle cellule B

Attivazione dei macrofagi.

IFN-

• I meccanismi con cui le cellule T citotossiche uccidono le cellule bersaglio infettate sono due:

– 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

– 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.

Schema della risposta immunitaria

Frammenti di antigeni proteici del Patogeno vengolo legati al MHC aulla membrana dei Macrofagi

Ingesione patogeni (Macrofagi)

Cellule T sensibilizzate si dividono

Cellule T citotossiche

I Macrofagi presentano l’antigene ai Linfociti T

Cellule T con recettori per l’antigene vengono sensibilizzate

Cellule T Suppressor

Cellule T helper

Stimolano le cellule T esprimenti lo stesso recettore

Inibiscono le Cellule B con lo stesso recettore

antigenicoDistruggono

l’antigene

Digestione Patogeni

Cellule T suppressorCellule T helper

Inibiscono le Cellule B aventi lo stesso recettore

Divisione Cellule B

Cellule B producono Ab

Anticorpi legano l’antigeneAttivano il Complemento

Plasmacellule

Aiutano I Fagociti a trovare gli antigeni

Cellule B di Memoria

Termine della risposta

immunitaria

Distruggono l’antigene

Stimolano le cellule T esprimenti lo stesso recettore