Introduzione, principi e cenni storici · • Una risposta immunitaria si verifica in due fasi:...

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CORSO DI IMMUNOLOGIA

AA 2008-2009Corso di Laurea Triennale BCM e BU

Prof Maurizio MatteiProf.ssa Carla Montesano

Introduzione, principi e cenni storici

INTRODUZIONE ALLA IMMUNOBIOLOGIA E IMMUNITA’ ADATTATIVACONCETTI DI BASE IN IMMUNOLOGIAComponenti del sistema immunitarioPrincipi dell’immunità innata e dell’immunità acquisita adattativiIl riconoscimento ed i meccanismi effettori dell’immunità acquisitaIMMUNITA’ INNATALa linea principale di difesa dell’organismoIl sistema del complemento e l’immunità innataI recettori del sistema immunitario innatoRisposte innate indotte dalle infezioni

RICONOSCIMENTO DELL’ANTIGENERICONOSCIMENTO DELL’ANTIGENE DA PARTE DEI RECETTORI DEI LINFOCITI T E BLa struttura dell’anticorpoL’interazione tra anticorpo e antigeneRiconoscimento dell’antigene da parte dei linfociti TLA FORMAZIONE, SUI LINFOCITI, DEI RECETTORI PER GLI ANTIGENIL’origine della diversità delle immunoglobulineIl riarrangiamento dei geni per i recettori delle cellule TLe variazioni strutturali delle regioni costanti delle immunoglobulinePRESENTAZIONE DELL’ANTIGENE AI LINFOCITI TGenerazione dei ligandi del recettore dei linfociti TIl sistema Maggiore di Istocompatibilità

SVILUPPO DEL REPERTORIO RECETTORIALE DEI LINFOCITI MATURI

LA TRASMISSIONE DEL SEGNALE ATTRAVERSO I RECETTORI DEL SISTEMA IMMUNITARIO Principi generali della trasmissione del segnale transmembranaLa struttura del recettore dell’antigene e le vie di trasmissione del segnaleAltre vie di trasmissione del segnale che influenzano il comportamento dei linfociti

LO SVILUPPO E LA SOPRAVVIVENZA DEI LINFOCITILa formazione dei linfociti nel midollo osseo e nel timoIl riarrangiamento dei segmenti genici che codificano il recettore per l’antigene e sviluppo dei linfocitiInterazione con antigeni autologhi e sopravvivenza dei linfociti, selezione positiva e negativaSopravivenza e maturazione dei linfociti nei tessuti linfoidi periferici

LA RISPOSTA IMMUNITARIA ACQUISITA ADATTATIVA

IMMUNITA’ MEDIATA DALLE CELLULE TDifferenziazione delle cellule T effettriciProprietà delle cellule T effettriciCitotossicità mediata dalle cellule TAttivazione dei macrofagi da parte delle cellule TH1 CD4IMMUNITA’ UMORALEAttivazione dei linfociti B da parte delle cellule T Distribuzione e caratteristiche funzionali degli isotipi delle immunoglobulineDistruzione dei patogeni legati ad anticorpi mediata dai recettori FcRISPOSTA IMMUNITARIA ADATTATIVA CONTRO LE INFEZIONIAgenti infettivi causa di malattiaCorso della risposta adattativa alle infezioniSistema immunitario delle mucoseMemoria immunitariaVaccini

FISIOLOGIA E FISIOPATOLOGIA DELLA RISPOSTA IMMUNITARIADeficienze dei meccanismi di difesa dell’ospiteIpersensibilità e allergiaAutoimmunità e trapianto

Modalità esame: orale

Testi consigliati: Autore/i: Abbas – LicthmanTitolo: Fondamenti di Immunologia Editore: Piccin

Autore/i: Janeway –Travers et al Titolo: ImmunobiologiaEditore Piccin

Autore/i: Male – Roitt et al Titolo: Immunologia Editore Elsevier Masson

Ricevimento studenti: tutti i martedì dalla 11.00 alle 12.00

INTRODUZIONEINTRODUZIONEAL SISTEMA IMMUNITARIOAL SISTEMA IMMUNITARIO

• Il sistema immunitario si è evoluto per proteggerci da agenti patogeni.

• Fagociti e linfociti sono mediatori chiave di immunità.

• Specificità e memoria sono due caratteristiche essenziali della risposta immunitaria adattiva.

• Gli antigeni sono molecole che sono riconosciuti da recettori su linfociti.

• Una risposta immunitaria si verifica in due fasi: riconoscimento ed eradicazione dell'antigene.

• La vaccinazione si basa sulla specificità e la memoria dell’immunitàadattativa.

• L'infiammazione è una risposta al danno tissutale.

• Il sistema immunitario può commettere errori (immunopatologia).• La normale reazione immunitaria può creare problemi nel contesto di

alcune applicazioni della medicina moderna, per esempio trasfusione di sangue e reazioni responsabili del rigetto del trapianto.

Cenni storici (1)

Fin dal 2000 a. C. si riteneva che la MALATTIA avesse un'origine MAGICA o

DIVINA: gli individui che non si ammalavano (ovvero quelli nei quali

l'immunità naturale era particolarmente efficiente) erano considerati uomini

pii o santi in quanto non avevano alcuna colpa da espiare, mentre coloro che

si ammalavano e con successo guarivano (immunità acquisita

particolarmente efficiente) erano peccatori in grado di redimersi. I peccatori

gravi, invece, non avendo possibilità di redenzione, morivano travolti da

atroci sofferenze. Queste convinzioni sono state di fatto condivise fino a poco

più di un secolo fa.

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Cenni storici (2)

In realtà, Il termine "IMMUNITAS" veniva già usato ai tempi dell'antica Roma per

intendere un'esenzione dal pagare alcune tasse o adempiere a obblighi;

successivamente il termine è stato utilizzato dalla Chiesa con lo stesso

significato.

430 a.c. TUCIDIDE pone di fatto i primi concetti immunologici osservando,

durante l'epidemia di peste ad Atene, che un individuo non può essere

colpito due volte dalla malattia.

39-65 d.C. MARCUS ANNAEUS LUCANUS utilizza forse per la prima volta il

termine IMMUNITAS in senso medico nel poema epico "Pharsalia"

riferendosi alla resistenza verso il morso di serpenti dimostrata da alcuni

individui in qualche tribù del Nord Africa.

541 d.c. PROCOPIO osserva che chi si era ammalato di peste poteva assistere

caritatevolmente coloro che erano malati, senza il rischio di ammalarsi una

seconda volta.

Cenni storici (3)Nel Medio Evo il COLLE ("Equibus Dei gratia ego immunis evasi") utilizza il

termine IMMUNITAS in riferimento ad una caratteristica fisiologica dell'uomo,

ovvero alla possibilità di non ammalarsi durante una epidemia di peste.

Durante tutto il Medio Evo si trova l'utilizzo consueto del mitridaticum, un

medicamento particolare, ovvero un agente tossico che preso in piccole dosi

proteggeva l'organismo. Tale usanza deriva il nome dal re del Ponto

(MITRIDATE VI): ossessionato dalla paura di essere avvelenato dai suoi

nemici, per difendersi era solito prendere, giornalmente, un po' di veleno.

1540 FRACASTORO pone il problema della possibilità di immunizzare se stessi

contro la febbre pestilenziale.

1660 data di fondazione della Royal Society a Londra, società nata con l'intento

di divulgare le nozioni scientifiche.

Cenni storici (4)1714 EMANUELE TIMONI e JACOB PYLARINI pubblicano una lettera indirizzata

alla Royal Society in cui riportano l'osservazione di quello che accadeva a

Costantinopoli (oggi Istanbul) da più di 40 anni, ovvero la pratica della

"variolazione". Con tale pratica si era soliti inserire sotto cute del materiale

biologico proveniente da croste prelevate dai casi favorevoli di vaiolo. Gli

individui si ammalavano lievemente e non prendevano in seguito il vaiolo. In

realtà questa usanza derivava da una molto più antica praticata in Cina,

secondo la quale il vaiolo poteva essere prevenuto facendo inalare (narice di

destra per gli uomini e di sinistra per le femmine!) le croste essiccate

prelevate da coloro che erano guariti. Tale pratica di variolazione, grazie

all'opera di Lady Mary Wortley Montagu (moglie dell'ambasciatore inglese a

Costantinopoli, e futuro fondatore del British Museum) che cercò di

diffonderla vaccinando anche i propri figli, venne accettata dai londinesi,

soprattutto dalla aristocrazia, all'interno della quale divenne perfino una

moda da seguire.

Cenni storici (5)

1721-1722 Royal Experiment: si può definire come il primo vero trial clinico,

organizzato per volere della corona, che ha dimostrato in primo luogo la non

tossicità, quindi l'efficacia della variolazione. Alcuni condannati a morte

furono variolizzati e tenuti sotto osservazione per un certo periodo. Cinque

su 6 svilupparono una lieve infezione, guarita spontaneamente in breve

tempo. Il sesto, che aveva già avuto il vaiolo, non si ammalò per nulla. Quindi

qualche condannato fu mandato in luoghi dove era in corso un'epidemia di

vaiolo, ed obbligato ad assistere ed accudire persone malate (dormendo

nello stesso letto di bimbi ammalati). Questo non si ammalò, dimostrando

così l'efficacia della pratica preventiva. Re Giorgio I quindi fece variolizzare

(con successo) i propri figli.

Edward Jenner Cenni storici (6)

1798: JENNER (considerato il padre dell'immunologia). Il suo pregio fu quello di

riesumare i vecchi insegnamenti e le osservazioni del passato raccolti dalla

Royal Society, riportando alla luce l'usanza, che ormai alla fine del 1700 era

passata di moda, di variolare gli individui. Alla fine del 1700, Jenner scoprì

che donne che quotidianamente mungevano il latte bovino, risultavano

immunizzate (ovvero "protette") contro il vaiolo. La deduzione di Jenner fu

che doveva esserci una relazione tra il virus del vaiolo bovino e quello che

causava la malattia nell'uomo, e che l'infezione con il primo conferiva

immunità al secondo. Egli modificò pratica della variolizzazione, preparando

un "vaccino" allestito dalle pustole vaiolose delle vacche, avendo osservato

che gli allevatori che si ammalavano di una forma lieve, presa appunto dalle

vacche, venivano risparmiati dalla forma di vaiolo umano, molto più

pericoloso.

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Efficacacia della vaccinazione per alcunemalattie infettive

Cenni storici (7)

Nel secolo successivo, il campo dell'immunologia era dominato da Francesi e

Tedeschi, che enfatizzarono certi aspetti del sistema immunitario, in

particolare anticorpi e tossine, definiti come "meccanismi" di protezione,

ovvero insieme di molecole che erano ritrovate nei sieri. Nulla, però, si

sapeva di quelle che erano le cellule coinvolte nella risposta immunitaria.

Questo campo di opinioni monolitico, che faceva perno sulla teoria di una

risposta fondamentalmente umorale, fu scisso nel XIX secolo da

METCHNIKOFF, uno zoologo russo (ritenuto il "papà" dello yoghurt), che

dopo avere viaggiato per tutta l'Europa, approdò sulle coste della Sicilia, e

qui, cominciò a studiare particolari specie di pesci.

Cenni storici (8)

L'esperimento, estremamente semplice, ma determinante, di Metchnikoff, fu

quello di iniettare particelle estranee in larve trasparenti, che vivevano

nell'acqua. Quello che notò, fu che non appena queste particelle venivano

iniettate nella larva, delle "minicellule" della larva si precipitavano a formare

una barriera contro le particelle estranee di granuloma, ivi iniettate. Da

questo semplice esperimento, nacque l'ipotesi che delle cellule fossero

responsabili del fatto che l'organismo potesse riconoscere ciò che è estraneo

(NON-SELF), da ciò che non è estraneo ciò che è proprio (SELF). Anche se

questa osservazione era estremamente semplice, creò una spaccatura fra i

dogmi tedeschi relativi all'immunità umorale, ed i sostenitori di Metchnikoff,

ovvero della presenza di una immunità cellulo-mediata.

Cenni storici (9)

Metchnikoff, in ogni caso, può essere definito il padre dell'immunologia

comparata, poiché, mentre all'epoca, tutti gli studi erano focalizzati sui

mammiferi, le sue osservazioni si basarono invece su specie animali inferiori.

Egli vinse poi il premio Nobel nel 1908, insieme a Paul Ehrlich, e lasciò la

Sicilia per recarsi a Parigi dove lavorò presso l'Istituto Pasteur, nel cui atrio

oggi riposano le sue ceneri.

Il virologo tedesco Harald Zur Hausen e i francesi Francoise Barre-Sinoussi e Luc Montagnier hanno vinto il premio Nobel 2008 per la Medicina. Lo comunica L'Accademia di Stoccolma. Il Nobel e' stato assegnato a Zur Hausen per le ricerche sulle cause del tumore alla cervice. La dottoressa Barre-Sionoussi e il virologo LucMontagnier sono stati insigniti per le scoperte sul virus dell'Aids. (AGI) - Stoccolma, 6 ott. -

Storia e impatto dell’immunologia

200 annidopo Jenner

WHO annunciaeradicazione vaiolo

1965 1970 1975 1980

Paesi conpiù di un

caso di vaioloper mese

30

15

0

1700 19001800 2000

JennerVaccinazione

1600

JansenMicroscopio

MüllerBatteri

Koch’sPostulati

MetchnikoffFagocitosi

WrightAntisieri

Kohler & MilsteinAbs Monoclonali

1955

MillerT cells

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Cenni storici (10)

Tutte queste osservazioni fanno la storia dell'Immunologia che come la storia della

Terra può essere divisa in varie età:

Preistoria

- medioevo prime osservazioni sull’immunità e prime pratiche di immunizzazione

Età della pietra:- 1700 pratica della variolizzazione- 1798 vaccinazione con il virus vaccino (Jenner)

Età del ferro:- 1880 vaccinazione contro il colera dei polli (Pasteur)- 1885 fagocitosi (Metchnikoff)- 1890 ipersensibilità ritardata nell'infezione tubercolare (Koch)- 1887 siero antitossina (Erlich, Von Behring, Kitasato)- 1898 complemento (Bordet)- 1901 gruppi sanguigni ed apteni chimici (Landsteiner)- 1929 metodi quantitativi per la determinazione degli Ag e Ab (Heidelberger) - 1940 antigene Rh

Cenni storici (11)

Età dell'oro:

- 1948 Maggiore Sistema di istocompatibilità nel topo (Snell)

- 1958 Maggiore Sistema di Istocompatibilità nell'uomo (Dausset)

- 1958 teoria della selezione clonale e tolleranza immunitaria (Burnet, Medawar)

- 1959 struttura e genetica delle immunoglobuline (Porter, Edelman)

- 1965 linfociti T helper (Claman, Miller)

- 1971 teoria della rete idiotipica (Jerne)

- 1972 linfociti suppressor (Gershon)

Cenni storici (12)

Età del nucleare:

- 1972 geni della risposta immunitaria (McDevitt, Benacerraf)

- 1974 restrizione genetica per MHC (Zinkernagel, Doherty)

- 1975 anticorpi monoclonali (Kohler, Milstein)

- 1976 riarrangiamento per la diversità anticorpale (Tonegawa)

- 1983/84 sequenza del DNA codificante Il-2 e IL-1 (Taniguchi)

- 1984 sequenza del DNA codificante il recettore del linfocita T (Mak,

Tonegawa)

- 1987 cristallografia del MHC (Strominger)

- 1990 identificazione dei peptidi naturali associati a MHC

- 2001 identificazione della struttura del recettore dei linfociti T gamma/delta

Definizione

Immunologia è lo studio dei meccanismi di protezione verso macromolecole esterne o

verso (micro)organismi invasori e le modalità di risposta contro questi.

Questi microrganismi invasori, includono virus, batteri, funghi, protozoi e più in

generale parassiti. In aggiunta a questo, l’immunologia studia le risposte che

possono svilupparsi contro le nostre stesse proteine (o altre molecole)

nell’autoimmunità e contro nostre cellule aberranti nell’immunità contro i tumori.

Perchè studiare immunologia?

Malattie infettiveMeccanismi di patogenicità

Sviluppo vaccini

Malattie causate da un sistema immune disturbatoALLERGIA: Risposta immune verso materiale innocuo e.g. ASMAAUTOIMMUNITA’: Immunità Anti-self e.g. MULTIPLE SCLEROSIS

GRAFT REJECTION: Risposta immune verso TESSUTO TRAPIANTATOIMMUNODEFICIENZA: Difetti nella risposta immune e.g. SCID

Manipolazione dell’immunità per curare malattieIMMUNOSOPPRESSIONE: Trattamento delle malattie immuni

IMMUNOREGOLAZIONE: Interventi immunoterapeutici

Prima linea di difesa (1)

La nostra prima linea di difesa contro microrganismi esterni sono le barriere tissutali,

come ad esempio la pelle che blocca l’entrata di organismi nel corpo. Se,

comunque, questa barriera viene superata, nel corpo sono presenti cellule in

grado di rispondere rapidamente ed efficacemente alla presenza di organismi

ospiti. Queste cellule comprendono macrofagi e neutrofili in grado di captare,

fagocitare ed eliminare microrganismi indesiderati senza la necessità di anticorpi.

Allo stesso tempo altri meccanismi vengono immediatamente innescati in

presenza di un microrganismo ospite, tra questi la deprivazione mediante

molecole solubili di nutrienti essenziali per l’organismo invasore (come ad

esempio ferro), ed anche attraverso la presenza di alcune molecole presenti sulla

superficie degli epiteli, nelle secrezioni (esempio nelle lacrime e nella saliva) e nel

circolo sanguigno.

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Prima linea di difesa (2)

Questa forma di immunità, viene definita immunità innata o non specifica legata al

sistema immune innato o non specifico, la cui caratteristica è quelle di essere

in grado in ogni momento di attuare una risposta all’invasione da parte di

microrganismi.

Seconda linea di difesa (1)

Una seconda linea di difesa è il sistema immune specifico o adattativo, il quale può

impiegare anche giorni per iniziare una risposta specifica in una prima invasione

(rappresentata ad esempio da un’infezione da un organismo mai incontrato fino a

quel momento) Nella risposta immune specifica, noi vediamo la produzione di

anticorpi (proteine solubile in grado di legare gli antigeni sconosciuti) e le risposte

cellulo-mediate dove alcune specifiche cellule riconoscono patogeni esterni e

sono in grado di distruggerli. Nel caso di virus o tumori, questa risposta è inoltre,

vitale, per il riconoscimento e la distruzione delle cellule infettate dal virus o delle

cellule tumorali. La risposta ad un secondo round di infezione, è generalmente

più rapida rispetto all’infezione primaria, fenomeno determinato dall’attivazione di

cellule B e T memoria. Le cellule del sistema immunitario interagiscono con le

altre attraverso un’ampia varietà di segnali e molecole solubili, al fine di mettere

in atto una risposta immune coordinata ed efficace.

Seconda linea di difesa (2)

Questi segnali, possono essere proteine come le linfochine, prodotte dalle cellule

del sistema linfoide, citochine prodotte da cellule del sistema immune e

chemochine prodotte da altre cellule nell’ambito della risposta immune, in

grado di stimolare le stesse cellule del sistema immune.


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Principi (1)

E` noto che l'evoluzione utilizza molte generazioni per ottimizzare la struttura di

un organismo all'ambiente in cui vive: maggiore il tempo di evoluzione più

sofisticato e complesso sara` il risultato.

Nei vertebrati, due sono i sistemi che sotto una forte pressione evoluzionistica

hanno sviluppato uno straordinario grado di complessità ed efficienza: il

sistema nervoso (SN) ed il sistema immunitario (SI).

Questi sistemi rispondono in maniera controllata e rapida ad eventi esterni, il

primo a stimoli di natura fisica, il secondo a quelli di natura chimica.

La specificità e la velocità di reazione, la fine regolazione, e la memoria sono

caratteristiche comuni dei sistemi nervoso ed immunologico.

Caratteristiche basilari delle risposteimmunitarie specifiche

Specificità, memoria ed autolimitazionedelle risposte immunitarie


Principi (2)

Il complesso ambiente multicellulare dei vertebrati rappresenta un invitante sito di

invasione microbica ed uno scopo primario del SI e` di distruggere i

microrganismi che entrano e di neutralizzarne gli effetti tossici. Tuttavia, la

multicellularità dei vertebrati e la continua differenziazione cellulare favorisce

la trasformazione neoplastica di alcune cellule: nuovo compito del SI è di

riconoscere e distruggere le cellule che ormai non sono piu` "proprie" (self).

Sia i microrganismi che le cellule tumorali rappresentano sostanze estranee,

cioè antigeniche, o più propriamente un mosaico antigenico.

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Principi (3)Le cellule del SI deputate al riconoscimento e alla discriminazione del self dal

non self sono i linfociti.

Il processo di riconoscimento degli antigeni da parte dei linfociti avviene tramite

recettori di membrana che sono in grado di legare selettivamente una

particolare sequenza di amminoacidi di un antigene (determinante

antigenico o epitopo).

Poichè le possibili combinazioni aminoacidiche formanti un epitopo sono enormi,

l'ampio spettro della specificità recettoriale (diversity) dei linfociti è stato

acquisito durante l'evoluzione mediante complessi fenomeni genetici di

mutazione e ricombinazione.

Linfociti con il medesimo recettore saranno quindi attivati dal medesimo

epitopo e proliferando daranno origine ad un clone cellulare con la medesima

specificita` antigenica.

Ipotesi della selezione clonale (2)


Principi (4)

La risposta immune (RI) può essere suddivisa didatticamente in due settori:

- risposta umorale o anticorpale;

- risposta cellulo-mediata.

Questa suddivisione si basa sulle due classi di linfociti responsabili della RI,

linfociti chiamati B e T a seconda del loro sito di differenziazione:

- B = Borsa di Fabrizio o midollo osseo

- T = Timo.

Numero normale delle cellule circolanti


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Componenti della risposta immune Morfologia del timo

Maturazione dei linfociti Principi (5)

I linfociti B secernono il loro recettore di membrana e tale molecola proteica

(immunoglobulina o anticorpo) complementare alla sequenza antigenica

(antigene-specifica) svolge la funzione effettrice dei linfociti B. Anche i

linfociti T una volta attivati dell'antigene rilasciano una serie di molecole

chiamate linfochine che rappresentano la fine rete di comunicazione tra le

cellule proprie della risposta immune e/o quelle ad essa collegate.

Sottopopolazioni linfocitarie Classi di linfociti

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Principi (6)

I linfociti T in base al loro fenotipo possono essere suddivisi in sottopopolazioni

con funzioni diverse.

Esistono così:

- linfociti T helper che favoriscono la maturazione di diverse risposte effettrici

sia umorali che cellulari;

- linfociti T citotossici che esplicano funzioni citolitiche.

La diversita` sostanziale tra il meccanismo di attivazione del linfocita B e T e` che

il recettore del linfocita T riconosce una sequenza di aminoacidi (epitopo)

associata a prodotti del Maggiore Sistema di Istocompatibilita` (MHC); in

altre parole il linfocita T riconosce il non self associato al proprio self. Al

contrario, il linfocita B non riconosce tale associazione (epitopo + MHC) ma

e` in grado di legare solo l'epitopo, come sequenza aminoacidica lineare o

conformazionale.





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INTRODUZIONE AL SISTEMA INTRODUZIONE AL SISTEMA IMMUNITARIOIMMUNITARIO

• Il sistema immunitario si è evoluto per proteggerci da agenti patogeni. Patogeni intracellulari infettare le cellule individuali (ad esempio i virus), mentre gli agenti patogeni extracellulari dividere extracellularly entro i tessuti o le cavità del corpo (ad esempio molti batteri)

• Fagociti e linfociti sono mediatori chiave di immunità. Phagocytesinteriorizzare agenti patogeni e li degradano. Linfociti (B e cellule T) recare recettori che riconoscono specifici componenti molecolari degli agenti patogeni e hanno funzioni specializzate. Cellule B rendere anticorpi, linfociti T citotossici (CTLs) virally uccidere le cellule infette, e cellule T helper coordinare la risposta immunitaria diretta dalla cellula-cellula interazioni e il rilascio di citochine.

• Specificità e memoria sono due caratteristiche essenziali della risposta immunitaria adattiva. Di conseguenza il sistema immunitario monta una risposta più efficace in seconda e successive incontri con un particolare antigene. Non adattativi (innata) risposte immunitarie non alterano in esposizione ripetuta per un agente infettivo.

• Specificità e memoria sono due caratteristiche essenziali della risposta immunitaria adattiva. Di conseguenza il sistema immunitario monta una risposta più efficace in seconda e successive incontri con un particolare antigene. Non adattativi (innata) risposte immunitarie non alterano in esposizione ripetuta per un agente infettivo.

• Gli antigeni sono molecole che sono riconosciute da recettori su linfociti.Cellule B di solito riconoscere intatto antigene molecole, cellule T che riconoscono i frammenti di antigene sulla superficie di altre cellule.

• Una risposta immunitaria si verifica in due fasi: riconoscimento ed eradicazione dell'antigene. Nella prima fase di selezione clonale comporta il riconoscimento del particolare antigene da cloni di linfociti, con l'espansione clonale di cloni di T e B e differenziazione delle cellule effettrici e alla memoria delle cellule. Nella fase effettrici, questi linfociti coordinare uno risposta immunitaria, che elimina la fonte di antigene.

• La vaccinazione si basa sulla specificità e la memoria dell’immunitàadattativa. La vaccinazione si basa sugli elementi chiave di immunitàadattativa, vale a dire la specificità e la memoria. Memoria consentire cellule del sistema immunitario di montare una risposta molto più forte, relativa ad un secondo incontro con l'antigene.

• L'infiammazione è una risposta al danno tissutale. Esso consente di anticorpi, complemento sistema di molecole, leucociti e ad entrare nel tessuto al sito di infezione, con conseguente fagocitosi e la distruzione degli agenti patogeni. Linfociti sono anche tenuti a riconoscere e distruggere le cellule infette nei tessuti.

• Il sistema immunitario può commettere errori (immunopatologia).Questo può portare ad immunodeficienza, ipersensibilità, o malattie autoimmuni.

• La normale reazione immunitaria può creare problemi nel contesto di alcune applicazioni della medicina moderna, per esempio trasfusione di sangue e reazioni responsabili del rigetto del trapianto.

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Corso di Immunologia

A.A. 2008-09

Introduzione all’immunologia: filogenesi del sistema immune e

cellule dell’immunità

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•I termini usati in immunologia;

• Le caratteristiche e l’interdipendenza dell’immunità innata e acquisita;

• I nomi e le funzioni delle cellule del sistema immune;

• La struttura e la funzione degli organi linfoidi periferici;

• Lo scopo del ricircolo linfocitario;

• Come le cellule comunicano nel sistema immune e come si puo’verificare questo;

• Come la distribuzione clonale dei recettori per gli antigeni nel sistemaimmune permette diversi riconoscimenti, la tolleralza verso il self e la memoria;

• Come I compartimenti invasi da patogeni abbiano necessità di differentimeccanismi effettori dell’immunità.

Cosa dovremmo conoscere alla fine di questa lezione

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ANTIGENI (Ag)Sono sostanze riconosciute da

• ANTICORPI (Immunoglobuline, Ig, Ab) e

• LINFOCITI T (T CELLS)

Anticorpi sono prodotti daLINFOCITI B (B CELLS)

Linfociti T aiutano le cellule B a produrre anticorpi:T HELPER (Th)

Linfociti T uccidono cellule infetteT CITOTOSSICI (CTL)

Termini immunologici

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Sistema immune (1)

Osservazioni iniziali (prima metà del XX secolo) notarono che dal midollo osseo si

moltiplicava una linea di cellule staminali, che poi, si differenziavano in due

possibili linee cellulari:

1. Alcune si dirigevano nel timo dove si sviluppavano cellule indirizzate contro ciò

che sarebbe poi riconosciuto come non-self, mentre venivano distrutte quelle

che avrebbero potuto intervenire contro cellule proprie del nostro organismo.

2. Altre, invece, erano programmate per diventare LINFOCITI B, destinati poi a

migrare in periferia, in organi quali la milza e i linfonodi.

Nulla, però, si sapeva su cosa controllasse entrambe le risposte né da dove

originassero i vari tipi cellulari.

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Sistema immune (2)

Un primo contributo venne verso la metà degli anni '50 dagli studi fatti su un organo

linfoide che si trova nella regione della cloaca, presente negli uccelli, detto

BORSA DI FABRIZIO.

Esso venne inizialmente rimosso, per essere studiato, ma subito non si capì a cosa

servisse.

Erroneamente si suppose che quest'organo, connesso all'apparato digerente di

questi uccelli, fosse in un certo modo assimilabile all'appendice presente

nell'uomo; in realtà, solo intorno alla metà degli anni '60 si capì che la Borsa di

Fabrizio, non era altro che il midollo osseo di questi animali, dove le cellule B e i

pro genitori delle cellule B venivano generati.

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Riconoscimento antigenico

Esistono due diversi sistemi di riconoscimento:

1. PATTERN RECOGNITION RECEPTORS presenti nelle primitive specie

invertebrate, costituiti da recettori a largo spettro, che sono in grado di

riconoscere carboidrati e proteine su cellule estranee. Sono recettori che

devono necessariamente riconoscere grandi famiglie di molecole, presenti su

altre cellule, e la loro origine è da collocarsi in particolari famiglie di animali che

sono i Tunicati e i Protocordati.

2. CLONAL REARRANGING GENES associati al riconoscimento dell'antigene da

parte dei linfociti B e T .

Per "clonal rearranging gene" si intende un gene riarrangiato in maniera clonale, in

grado di attivare la moltiplicazione della cellule che lo possiede (e solo quella

cellula) in grandi quantità, dopo che il recettore, detto appunto clonotipico, è

stato innescato.

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Organi linfoidi

ORGANI LINFOIDI PERIFERICI(o secondari):LINFONODI

POLPA BIANCA MILZATESSUTI LINFOIDI ASSOCIATI ALLA MUCOSA

TESSUTI LINFOIDI ASSOCIATI ALLA CUTEAttivazione cellule T e B

Intrappolamento antigene

Tessuti organizzati nei quali I linfociti interagiscono con cellule non linfoidi

Siti di maturazione & inizio della risposta immune acquisita

ORGANI LINFOIDI CENTRALI

(o primari o generativi):TIMO – Maturazione cellule T

MIDOLLO OSSEO – Maturazione cellule B

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Distribuzione dei tessuti linfoidi nel corpo umano

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Distribuzione dei tessuti linfoidi nel corpo umano

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Sistema linfatico

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Organizzazione di un linfonodo

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Paracorticale(area cellule T)

5. Zona midollare(Area Macrofagi &Plasmacellule)

Seno midollare

6. Vaso linfaticoefferente

Arteria

Vena

4. Centro germinale(sito di intensa

proliferazione cellue B)3. Follicolo

linfoide secondario

2. Follicolo linfoideprimario (area cellule B)

1. Vasi linfatici afferenti. Linfociti e Ag drenatidai tessuti entrano qui.

Linfonodo

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Legame dei linfociti alle venule ad endotelio alto

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Ricircolo linfocitario

LINFOCITI NAIVE entranonel sangue, raggiungonogli organi linfoidi periferici

e ricircolano

Cellule & antigeni da un sito di infezionee intrappolati nel tessuto linfoide drenante.

Cellule proliferano e ri-entrano nelPOOL DEI LINFOCITI RICIRCOLANTI

e ricircolano negli organi linfoidi periferici15/118

Vie di ricircolazione linfocitaria

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Sequenze di eventi nelle risposte immunitariein vivo

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Traffico dei linfociti attraverso il linfonodo

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Organizzazione del tessuto linfoide nella milza

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Polpa rossa

Zona marginale

Seno marginale

Corona cellule B

Centro germinale

Zona periarteriolarelinfocitica – Area cellule T

Arteriola centrale

Milza polpa biancaSezione trasversale

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Componenti cellulari del sistema immunitarioassociato alla cute

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Il sistema immunitario associato alle mucose

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Organizzazione del tessuto linfoide associatoall’intestino

Cellule B organizzate in follicoli di notevoli dimensioni ed altamente attivi, mentre le cellule Toccupano l’area tra i follicoli. L’antigene entra attraverso l’epitelio specializzato costituito dalle cellule M (Membranose). Nonostante le differenze con altri tessuti linfoidi, la struttura di base viene mantenuta.

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Immunità attiva e passiva

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Fasi della risposta immune

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Risposta immune

Pelle & Membrane mucoseRigenerazione rapida, movimenti

peristaltici, estrusione mucociliare, vomito, urine e lacrime, tosse

Difese cellulari e umoraliLisozima saliva, secrezioni

sebaceo/mucose, acidità stomaco, organismi commensali, proteine

complemento, fagocitosi, cellule NK

Invasione& infezione

Barriere

Immunità innata

Immunità acquisita

+

+

Infiammazione

Difese cellulari e umoraliAnticorpi, citochine, cellule T helper ,

cellule T citotossiche

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Immunità innata ed immunità specifica

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Immunità innata

Immunità naturale per resistere alle infezioni

• Presente dalla nascita

• Non è antigene-specifica

• Non aumenta per una seconda esposizione

• Non mantiene memoria

• Usa componenti cellulari e umorali

• E’ scarsamente efficace senza immunità acquisita

Anche coinvolta nel triggering e amplificazione dellarisposta immune acquisita

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Immunità acquisita

Immunità specifica indotta dal patogeno• Si attiva quando il patogeno entra nell’organismo

•Acquisita per esperienza precedente

• Conferisce immunità patogeno specifica

• Aumentata da una seconda esposizione

• Mantiene memoria

• Usa componenti cellulari e umorali

• E’ scarsamente efficace senza immunità innata

Anticorpi riflettono le infezioni alle quali un individuo è stato esposto –strumento diagnostico per infezioni

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Tipi di immunità specifica o acquisita

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Fasi della risposta linfocitaria

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L’immunità specifica potenzia i meccanismieffettori dell’immunità naturale

A -Nell’immunità innata, i microrganismi attivano il complemento (C) direttamente per la via alternativa, con conseguente uccisione dei microbi. Gli anticorpi prodotti nell’ambito della risposta umorale specifica potenziano l’attivazione del complemento innescando la via classica, con conseguente aumento dell’efficienza dell’eliminazione dei microrganismi.B - I fagociti inglobano e distruggono alcuni microrganismi direttamente nella fase di risposta innata. Successivamente i linfociti T attivati nel corso della risposta immune specifica, interagiscono con i fagociti potenziandone l’attività microbicida, con conseguente aumento dell’efficienza ed efficacia di uccisione dei microrganismi. 32/118

Leucociti: 7,25+1,7(x106)/ml

Granulociti: 58,5% di cui Neutrofili 55% (34,6-71,4)Eosinofili 3% (0-7,8)Basofili 0,5% (0-1,8)

Linfociti: 35% (19,6-52,7)

Monociti: 6,5% (2,4-11,8)

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Ematopoiesi

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Cellule del Sistema Immune

Cellule staminali

pluripotenti

Progenitorilinfoidi comuni

Progenitorimieloidi

MacrofagiMonociti

NeutrofiliPMN

Eosinofili

Basofili

Mast cellule

FagocitosiPresentazione Ag

FagocitosiAnti-batterica

Immunitàanti-parassiti

?Protezione dellasuperficie mucosale?

Protezione dellasuperficie mucosale

Linfociti Immunità acquisita

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Cellule mieloidi dell’immunità innata ed acquisita

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Phagocytes:Neutrophils


phagocytosis, intracellular killing, inflammation and tissue damage

characteristic nucleus, cytoplasm

granules and CD66 membrane marker.

Neutrophils (polymorphonuclear: PMN) are most important cellular components in bacterialdestruction. They are relatively large and most abundant white blood cells with lobed nucleus and cytoplasmic granules (lysosomes). They are identified by their characteristic morphology. In addition, monoclonal antibodies against characteristic cell surface protein, cluster differentiationmarker, CD66 can be used to identify these cells.

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• Recruited on site of infection by proinflammatorycytokines and chemoattractantmolecules

• Activated by IFN-γ, TNF-α, IL-1, IL-6, IL-8, GM-CSF

PolymorphonuclearNeutrophils



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Characteristics of Neutrophil GranulesCharacteristics of Neutrophil Granules

primary granules

contain cationic proteins, lysozyme, defensins, proteases and myeloperoxidase

secondary granules

contain lysozyme, NADPH oxidase, lactoferrin and B12-binding protein

azurophilic; characteristic of young neutrophils;

specific for mature neutrophils

Primary azurophilic granules are characteristic of immature and very young neutrophils. Theycontain NADPH oxidase co-factors, cationic proteins, defensins (small molecular weight proteins), proteases (elastase, cathepsin G, etc.), lysozyme and, characteristic for them, myeloperoxidase.

Secondary granules are more characteristic of (specific for) mature neutrophils. They containlysozyme and NADPH oxidase cofactors, lactoferrin and B-12-binding protein, the last two are characteristic for these granules.

PMN granules are of two kinds: primary (azurophilic) and secondary (specific).

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• O2-dependent antimicrobial mechanisms relies on NADPH Oxidasecomplex, that leads to HOCl

• O2-independent mechanisms encompass the content of granules (lysozyme, gelatinase, defensins)

O2 dependent and independent bacterial killing in neutrophils

Direct antimicrobial activity of NeutrophilsDirect antimicrobial activity of Neutrophils

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• Permeabilization of cellular membranes

• Induction of single strand DNA breaks

• Modulation of cytokine production

• Aspecific bacterial opsonization

• Chemotactic activityCrystal structure of

Human β-defensin-2

Antimicrobial activity of NeutrophilsDEFENSINS

Antimicrobial activity of NeutrophilsDEFENSINS

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Phagocytes:MacrophagesPhagocytes:Macrophages

phagocytosis, intracellular and extra-cellular killing, tissue repair, antigen presentation for specific immune response

characteristic nucleus and CD14 membrane marker.

Mononuclear phagocytes are the other population of phagocytic cells and include monocytes in circulation, histiocytes in tissues, microglilal cells in the brain, Kupffer cells in the liver and macrophages in serouscavities and lymphoid organs, They also have granules similar to those in neutrophils, although not asabundant. They are recognized by their morphology, ability to adhere on glass/plastic surface, phagocyticproperty and CD14 marker. All phagocytic cells have receptors for a variety of molecules. Most pertinent tonon-specific immunity are Scavenger and TOLL-like receptors and receptors for the Fc part of IgG, complement, interferons, TNF and certain bacterial components. Interaction of organisms with thesereceptors promotes phagocytosis and phagocyte activation for a more efficient killing of pathogens.

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MacrophagesMacrophages

phagocytose & kill intracellularly

identified by CD14

adherent of plastic and glass surfaces

activated by cytokines

kill both intracellular organisms

kill malignant and altered self targets

phagocytose & kill intracellularly

identified by CD14

adherent of plastic and glass surfaces

activated by cytokines

kill both intracellular organisms

kill malignant and altered self targets

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Maturazione dei fagociti mononucleati

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Morfologia dei fagociti mononucleati

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Funzione dei macrofagi e induzione dellarisposta infiammatoria

Quando un macrofago incontra un microrganismo (es. batterio) nei tessuti, questo rilascia citochine che incrementano la permeabilità dei vasi sanguigni, permettendo ai fluidi ed alle proteine di passare nei tessuti. Inoltre, secernono anche chemochine che hanno la funzione di richiamare i neutrofili nel sito di infezione. I cambiamenti interessano anche l’adesività delle cellule endoteliali dei vasi sanguigni permettendo alle cellule di aderire alle pareti di questi vasi e di attraversarli. Dai vasi sanguigni, passano prima i neutrofili poi i macrofagi. L’accumulo di fluidi e cellule nel sito d’infezione causa rossore, gonfiore, calore e dolore (rubor et tumor cum calore et dolore), conosciuti nel complesso come infiammazione. I macrofagi ed i neutrofili sono le principali cellule infiammatorie, successivamente alla loro attivazione, anche i linfociti contribuiscono a questo processo.


© 2005 Elsevier

Fagociti


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Le cellule dendritiche danno inizio allarisposta immunitaria acquisita

Le cellule dendritiche immature, residenti nei tessuti infettati, catturano i patogeni ed i loro antigeni tramite la macropinocitosi o tramite fagocitosi mediata da recettori. Queste cellule vengono stimolate dal riconoscimento di un patogeno a migrare, tramite le vie linfatiche, nei linfonodi regionali, dove arrivano come cellule dendritiche non fagocitiche completamente mature. Qui le cellule dendritiche mature incontrano ed attivano i linfociti T naive antigene-specifici, i quali entrano nei linfonodi dal sangue tramite un vaso specializzato conosciuto, per le sue cellule endoteliali cubiche, come High Endothelial Venule (HEV) - Venula ad Endotelio Alto

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Phagocyte Response to InfectionPhagocyte Response to Infection

The SOS Signals– N-formyl methionine– Clotting system peptides– Complement products

Phagocyte response– Vascular adherence– Diapedesis– Chemotaxis– Activation– Phagocytosis and killing

The SOS Signals– N-formyl methionine– Clotting system peptides– Complement products

Phagocyte response– Vascular adherence– Diapedesis– Chemotaxis– Activation– Phagocytosis and killing

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Chemotaxis:

Bacteria produce N-formyl-methionine-containing peptides which are powerful

attractants (chemotactic) for phagocytic cells. Many bacteria also act on proteins of the

complement and clotting systems to produce peptides that cause vasodialation, vascular

permeability and expression of adherence molecules on vascular endothelial cells. They

also induce, on phagocytic cells, expression of proteins (e.g., integrins) that promote

binding to endothelial cells. Phagocytic cells respond to chemotactic peptides of

bacterial and host origin and migrate across the capillary wall (diapedesis) to the site of

infection/inflammation.


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Initiation of PhagocytosisInitiation of Phagocytosis

Attachment via

IgG FcR

ScavengerR

CRToll-like R

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Recettori e risposte funzionali dei fagociti

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Attivazione e funzioni effettrici dei macrofagi

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Pathways of Intracellular KillingPathways of Intracellular Killing

myloperoxidase-independent myeloperoxidase-dependent

oxygen-dependent oxygen-independent

Intracellular Killing

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Three modes of intracellular killing:

It should be apparent from the preceding discussion that there are threepathways of killing by phagocytes: (1) by lysosomal antibacterialsubstances (lactoferrin, cationic proteins, lysozyme, defensins, proteases, etc.) without the requirement of respiratory burst (oxygen-independentkilling); (2) by products of respiratory burst (super-oxide,singlet oxygen, hydroxyl radical, hydrogen peroxide, etc.) without the need formyeloperoxidase (oxygen-dependent,myeloperoxidase-independent killing): and (3) by halogenation of bacterial proteins catalyzed by meyloperoxidase(oxygen-dependent, myeloperoxidase-dependent killing). Theseprocesses occur simultaneously and act synergistically. A defect in any of these pathways, for example, a deficiency of NADPH oxidase (cytochromeb558) components (p91, p22, 947 p61-phox), myeloperoxidase, etc. wouldimpair the killing activity of phagocytes and render the host more susceptibleto pyogenic infections.

Pathways of Intracellular KillingPathways of Intracellular Killing

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Phagosome-lysosome fusion:

Phagosome, soon after its formation, fuses

with granules (lysosomes) to form a phago-

lysosome. As mentioned earlier, lysosomes

contain a variety of anti-microbial substances

(e.g., lysozyme, defensins, proteases,

lactoferrin, transferrin, etc.) and phago-

lysosome fusion results in the exposure of

microorganisms to these substances and their

destruction. Also, fusion of phagosome with

primary granules (in newly recruited

phagocytes) that contain myeloperoxidase

results in the production of OCl-, and

halogenation of bacterial proteins and

bacteriolysis.


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Effector Molecule Function

Mediators of Oxygen Independent Killing in the Phago-lysosomeMediators of Oxygen Independent Killing in the Phago-lysosome

Cationic proteins (cathepsin) Damage to microbial membranes

Lysozyme Hydrolyses mucopeptides in the cell wall

Lactoferrin Deprives pathogens of iron

Hydrolytic enzymes (proteases) Digests killed organisms

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Respiratory burst and phagocytosis:

The process of attachment and phagosome formation is accompanied by the activation

of the respiratory burst (hexose monophosphate shunt) which results in the production of

superoxide anion, singlet oxygen, hydroxyl ion and hydrogen peroxide. These

molecules are microbicidal and cause killing of organisms in the phagosome.


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Respiratory Burst

Oxygen Dependent MyeloperoxidaseIndependent Reactions

2O2- + H2O2 .OH + OH- + 1O2

Glucose +NADP+

G-6-P-dehydrogenasePentose-P+ NADPH

NADPH + O2Cytochrome b558

NADP++ O2-

2O2- + 2H+

Superoxide dismutaseH2O2 + 1O2

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Respiratory BurstRespiratory Burst

Oxygen Dependent MyeloperoxidaseDependent Reactions

H2O2 + O2-2O2

- + 2H+

Superoxide dismutase

H2 O2 + Cl-

myeloperoxidaseOCl- + H2O

H2O + O2-2 H2 O2

catalase

2OCL- + H2O1O2

-+ Cl-+ H2O

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Nitric Oxide Dependent KillingNitric Oxide Dependent Killing

IFNγ

TNF

TNF

Nitric OxideNitric Oxide

Introduzione, principi e cenni storici · • Una risposta immunitaria si verifica in due fasi:...

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