Immunologia e Immunologia...
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MATURAZIONE DEI LINFOCITI
Immunologia e Immunologia Diagnostica
Il percorso di maturazione dei linfociti
Immunologia e Immunologia Diagnostica didattica.uniroma2.it
Sviluppo della specicifità immunologica
• I linfociti B e T avviano le risposte immunitarie dopo il riconoscimento specifico dell’antigene.
• I linfociti B e T riconoscono l’antigene attraverso il proprio recettore di membrana:
- Recettore dei linfociti B BCR - Recettore dei linfociti T TCR
• Repertorio linfocitario = Insieme di tutti i recettori per l’antigene espressi da un individuo = Numero di antigeni riconoscibili da un individuo.
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Le molecole che legano l’antigene
• Linfociti B BCR (Ig di membrana) • Linfociti T TCR • Altre cellule MHC I e II
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Recettori dei linfociti B e T
Recettori T: proprietà generali
• Recettore dei linfociti T = TCR
• Proteine di membrana espresse da tutte le classi di linfociti T.
• Molecole specializzate per riconoscere un peptide antigenico.
• Il riconoscimento dell’antigene avviene esclusivamente se caricato su molecole MHC.
• Il TCR ha bisogno di riconoscere contemporaneamente antigene e MHC.
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Struttura del TCR • Tutti i TCR hanno la stessa struttura molecolare, ma grande
variabilità nella regione che lega l’antigene.
• Struttura simmetrica: - 1 catena polipeptidica α - 1 catena polipeptidica β
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Struttura del TCR
• Le catene α e β sono costituite da 2 domini proteici ripetuti: il dominio immunoglobulinico (Ig).
• Le catene α e β sono caratterizzate da:
- 1 regione variabile (legame antigene) - 1 regione costante - 1 regione transmembrana
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Caratteristiche delle regioni variabili
• La variabilità nelle sequenze aminoacidiche dei TCR si concentra nelle regioni ipervariabili e determina la specificità dei singoli recettori.
• Regioni ipervariabili (∼10 aa): - 3 segmenti della regione Vα - 3 segmenti della regione Vβ
• Regioni ipervariabili = Regioni che determinano la complementarità (CDR): - CDR1, CDR2 e CDR3 (catena α) - CDR1, CDR2 e CDR3 (catena β)
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Il sito di legame per l’antigene • È formato dalla disposizione tridimensionale delle regioni
variabili della catena α e della catena β.
• Ogni molecola TCR possiede 1 sito di legame che riconosce il complesso peptide-MHC.
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Recettori B e T: Omologie
• Funzioni: riconoscimento dello stimolo (antigene) e attivazione della risposta cellulare (trasduzione).
• Distribuzione clonale: 1 clone = 1 recettore = 1 antigene
• Sito di legame per l’antigene : Regioni Variabili (CDR) - BCR regioni V delle catene H e L - TCR regioni V delle catene α e β
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Recettori B e T: Differenze (1) • Antigene Bersaglio BCR: - Macromolecole in forma nativa (proteine, lipidi, carboidrati, DNA, RNA) - Macromolecole in forma lineare (peptidi e parti di macromolecole) - Piccole molecole chimiche
• Antigene Bersaglio TCR: - Piccoli peptidi
• Riconoscimento Antigene: - BCR Diretto - TCR Mediato da MHC (CD4/CD8)
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Recettori B e T: Differenze (1)
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Recettori B e T: Differenze (2) • Forme alternative: - BCR Membrana (segnali cellulari) e Solubile (funzione umorale) - TCR Solo Membrana (segnali cellulari) • Associazione con altre proteine cellulari: - Complesso del BCR = BCR + Igα + Igβ - Complesso del TCR = TCR + CD3 + catene ζ (zeta)
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Recettori B e T: La Trasduzione del Segnale
Trasduzione del segnale = Risposte biochimiche intracellulari in seguito ad eventi extracellulari.
Sequenza di eventi: 1. Segnale all’esterno della cellula (antigene, ligando, etc.). 2. Riconoscimento del segnale sulla superficie cellulare (recettore). 3. Fase di membrana: aggregazione dei recettori oppure cambio di
conformazione. 4. Fase citosolica: attivazione di una cascata enzimatica (chinasi,
fosfatasi, proteasi, etc.). 5. Fase nucleare: attivazione di fattori trascrizionali (espressione di
geni bersaglio).
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Recettori B e T: Risposte Cellulari • Linfociti immaturi:
- Proliferazione (controllo pre-recettore) - Sopravvivenza (selezione positiva) - Apoptosi (selezione negativa)
• Linfociti maturi naïve: - Proliferazione (selezione clonale) - Sopravvivenza (risposta primaria) - Differenziamento (fase effettrice)
• Linfociti maturi di memoria: - Proliferazione (risposta secondaria) - Differenziamento (fase effettrice)
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Maturazione dei linfociti B e T
Il processo di maturazione linfocitaria
Maturazione dei linfociti = Diversificazione della specificità
Lo sviluppo del repertorio linfocitario prevede 3 processi: - Proliferazione dei linfociti immaturi - Espressione dei geni per il recettore dell’antigene - Selezione dei linfociti con recettore utile
Linfociti maturi
Linfociti immaturi con recettore completo
Linfociti immaturi con pre-recettore
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Fase 1: Proliferazione
• I linfociti immaturi proliferano intensamente in due stadi del processo di maturazione: - Prima di esprimere il pre-recettore (stadio pre-B/T) - Prima di esprimere il recettore completo (stadio immaturo)
• La produzione del recettore in ogni singolo linfocita è un evento genetico casuale alta probabilità di insuccesso.
• La grande proliferazione permette di ottenere un adeguato numero di “candidati” da selezionare in base al singolo recettore.
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Fase 2: Diversificazione La diversità dei recettori per l’antigene si genera
attraverso la ricombinazione genetica.
• I geni che codificano per le catene del recettore contengono molti segmenti per le regioni variabili e pochi segmenti costanti: - Segmenti V (30-100) - Segmenti D (0-30) - Segmenti J (4-60) - Segmenti C
• Durante la maturazione di ogni singolo linfocita avviene la ricombinazione casuale dei segmenti che crea il gene finale codificante il recettore.
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Fase 3: Selezione
• I linfociti immaturi vengono selezionati in base al proprio recettore:
Assenza del pre-recettore = Apoptosi Assenza del recettore completo = Apoptosi Forte legame antigeni self = Selezione negativa = Apoptosi Mancato legame MHC = Apoptosi (Mancata selezione positiva)
Debole riconoscimento antigeni self = Selezione positiva = Maturazione
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Maturazione cellule B • La maturazione B passa attraverso 4 tipi di linfociti: - Cellule Pro-B - Cellule Pre-B (espressione pre-BCR) - Cellule B immature (espressione BCR completo IgM) - Cellule B mature (espressione BCR completo IgM+IgD)
• Le fasi di maturazione B si svolgono: - Embrione Nel fegato fetale - Dopo la nascita Nel midollo osseo (da Pro-B a immature) e nella milza (da immature a mature)
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Maturazione B: Ricombinazione dei geni BCR
La diversificazione del repertorio dei recettori deriva dalla somma di 2 meccanismi genetici: 1. Ricombinazione dei segmenti V (D) J 2. Diversità delle giunzioni create tra i segmenti ricombinati
Numeri: Catena H Ig 100 segmenti V, 23 segmenti D, 6 segmenti J. Catena L Ig 35 segmenti V, 5 segmenti J.
Risultato potenziale: ∼ 1011 recettori diversi Risultato reale: ∼ 107 recettori diversi
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Maturazione B: Selezione positiva e negativa
Punti di controllo finale: riconoscimento antigeni self.
• Legame assente o debole sopravvivenza e maturazione • Legame forte: 1. Cambio di specificità recettore Sostituzione catena L Ig 2. Apoptosi
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Maturazione cellule T • La maturazione T passa attraverso 4 tipi di linfociti (timociti): - Cellule Pro-T (CD4- CD8-) - Cellule Pre-T (espressione pre-TCR) - Cellule T immature (espressione TCR; CD4+ CD8+) - Cellule T mature (CD4+ oppure CD8+)
• Le fasi di maturazione T si svolgono nel timo. Dopo la nascita il timo regredisce con l’età e diventa quasi assente dopo la pubertà.
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Maturazione T: Ricombinazione dei geni TCR
La diversificazione del repertorio dei recettori deriva dalla somma di 2 meccanismi genetici: 1. Ricombinazione dei segmenti V (D) J 2. Diversità delle giunzioni create tra i segmenti ricombinati
Numeri: Catena α 54 segmenti V, 61 segmenti J. Catena β 67 segmenti V, 2 segmenti D, 4 segmenti J.
Risultato potenziale: ∼ 1016 recettori diversi Risultato reale: ∼ 107 recettori diversi
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Maturazione T: Selezione positiva e negativa
Doppio controllo finale: riconoscimento MHC-antigeni self.
1. Selezione T immaturi doppi positivi (CD4+ CD8+): - Nessun riconoscimento MHC-antigene self Apoptosi - Forte riconoscimento MHC-antigene self Apoptosi - Debole riconoscimento MHC-antigene self Sopravvivenza
2. Selezione T immaturi singoli positivi (CD4+ o CD8+): - Forte riconoscimento MHC-antigene self Apoptosi - Debole riconoscimento MHC-antigene self Sopravvivenza
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Al termine della selezione timica i linfociti T maturi andranno in circolo:
Linfociti T CD4+ Attivazione via MHCII Linfociti T helper
Linfociti T CD8+ Attivazione via MHCI Linfociti T citotossici Immunologia e Immunologia Diagnostica
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