Immunologia e Immunopatologia
MATURAZIONE DEI LINFOCITI T
Il percorso di maturazione dei linfociti
Sviluppo della specificità 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 è BCR
- Recettore dei linfociti T è TCR
Repertorio linfocitario = Insieme di tutti i recettori per l’antigene espressi da un individuo = Numero di antigeni riconoscibili da un individuo.
Recettori dei linfociti T
Recettori T: proprietà generali
• 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.
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
• Circa il 10% dei linfociti T
esprime un TCR costituito da: - 1 catena polipeptidica γ - 1 catena polipeptidica δ
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 3 regioni distinte:
- 1 regione variabile (legame antigene) - 1 regione costante - 1 regione transmembrana
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)
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.
Il complesso del TCR • Il complesso recettoriale dei linfociti T è formato da diverse
catene polipeptidiche: - TCR è Legame antigene-MHC - Proteine CD3 è Trasduzione del segnale intracellulare - Proteine ζ (zeta) è Trasduzione del segnale intracellulare
• Nelle proteine del complesso sono presenti le Sequenze ITAM (Immunoreceptor Tyrosine-Based Activating Motifs):
- Contengono residui di tirosina - Sono il bersaglio di tirosin-chinasi - Quando fosforilate avviano la cascata enzimatica intracellulare
Il complesso del TCR
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 è regioni V delle catene H e L - TCR è regioni V delle catene α e β
Recettori B e T: Differenze • 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 è Diretto - TCR è Mediato da MHC (CD4/CD8)
Recettori B e T: Differenze
Recettori T: Risposte Cellulari
• Linfociti immaturi, naïve e di memoria:
- Proliferazione - Sopravvivenza - Apoptosi - Differenziamento
Maturazione dei linfociti T
Le linee differenziative dei linfociti
HSC è Cellula Staminale Ematopoietica CLP è Progenitore Linfoide Comune • Le cellule staminali ematopoietiche
danno origine a tutti i linfociti: - HSC del fegato fetale è Linfociti T γδ - HSC del midollo osseo è Linfociti T αβ
• A partire dal progenitore linfoide comune, il differenziamento è determinato dall’attivazione di fattori trascrizionali diversi: - Notch-1 e GATA-3 è Cellula Pro-T
Ruolo del timo nella maturazione T
• Tutte le fasi di maturazione dei timociti si svolgono nel timo:
Ø Dopo la nascita il timo regredisce con l’età e diventa quasi assente dopo la pubertà. Ø Nell’adulto, il residuo di timo involuto permette una maturazione limitata. Ø L’accumulo di linfociti T di memoria riduce nel tempo la necessità di nuovi linfociti T.
Ø Sindrome di DiGeorge = Assenza congenita del timo - Linfociti T maturi assenti
- Deficit dell’immunità cellulo-mediata
Timo: Corticale e Midollare
• Tutti gli stimoli che permettono proliferazione e maturazione dei
timociti provengono dalle cellule timiche: Corticale è Cellule timiche epiteliali Giunzione Corticomidollare è Cellule dendritiche midollari Midollare è a) Cellule epiteliali timiche midollari b) Cellule dendritiche midollari c) Macrofagi
• Molecole critiche presenti nell’ambiente timico: Cellule epiteliali e dendritiche è MHC I e II (selezione) Cellule stromali timiche è a) IL-7 (proliferazione) b) CCL25 (chemotassi CCR9) c) CCL21 (chemotassi CCR7)
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
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 è alta probabilità di insuccesso.
• La grande proliferazione permette di ottenere un adeguato numero di “candidati” da selezionare in base al singolo recettore.
Ruolo dell’interleuchina 7 nella proliferazione
• IL-7 regola la proliferazione dei linfociti B e T murini. Ø Mutazioni nei geni IL-7 e recettore IL-7R determinano un deficit nella maturazione B e T. • IL-7 regola la proliferazione dei linfociti T umani. Ø Mutazione della catena γ del recettore IL-7 è la causa dell’immunodeficienza grave legata al cromosoma X (X-SCID):
Blocco dello sviluppo di cellule T e cellule NK.
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 la sequenza finale codificante il recettore.
Loci genici per il TCR
• I geni che codificano per le catene del TCR sono organizzati in 3 loci diversi su 2 cromosomi distinti: - Catena α è Cromosoma 14 - Catena β è Cromosoma 7 - Catena γ è Cromosoma 7 - Catena δ è Cromosoma 14 (interno al locus α)
• Le regioni variabili sono codificate dai diversi tipi di esoni: - Catena β e δ è Esoni V+D+J - Catena α e γ è Esoni V+J
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
Ricombinazione dei geni TCR
Numeri: Catena α è 54 segmenti V, 61 segmenti J. Catena β è 67 segmenti V, 2 segmenti D, 4 segmenti J. Risultato potenziale: ∼ 1016 recettori diversi Risultato reale: ∼ 107 recettori diversi
Fase 3: Selezione
• I linfociti immaturi vengono selezionati in base al proprio recettore:
Ø Assenza del pre-recettore = Apoptosi Ø Assenza del recettore completo = Apoptosi Ø Forte legame antigeni self = Selezione negativa = Apoptosi Ø Mancato legame MHC = Apoptosi (Mancata selezione positiva)
Ø Debole riconoscimento antigeni self = Selezione positiva = Maturazione
Selezione positiva dei linfociti T
Selezione negativa dei linfociti T
Stadi della maturazione delle 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+)
Linfociti pro-T
• Localizzazione nel timo è Corticale
• Espressione TCR è Nessuna
• Espresione CD3 e ζ è Nessuna
• Espressione CD4 e CD8 è Nessuna
• Processi in corso: - Primo ciclo proliferativo (Staminale è Pro-T) - Primo riarrangiamento: Catena β TCR (Pro-T è Pre-T)
Linfociti pre-T
• Localizzazione nel timo è Corticale
• Espressione TCR è pre-TCR = Catena β + pre-Tα
• Espressione CD3 e ζ è Presente
• Espressione CD4 e CD8 è Nessuna
• Processi in corso: - Controllo pre-TCR è Apoptosi (Pro-T è Pre-T) - Secondo ciclo proliferativo (Pre-T è Doppio positivi) - Inizio secondo riarrangiamento: Catena α TCR - Esclusione allelica della catena β
Linfociti doppio-positivi
• Localizzazione nel timo è Corticale
• Espressione TCR è TCR completo αβ
• Espresione CD3 e ζ è Presente
• Espressione CD4 e CD8 è CD4+CD8+
• Processi in corso: - Fine secondo riarrangiamento: Catena α TCR - Delezione del locus catena δ (giunzione V-J catena α) - Controllo TCR completo è Apoptosi (Pre-T è CD4+CD8+) - Selezione positiva e negativa
Linfociti T immaturi (singolo-positivi)
• Localizzazione nel timo è Midollare
• Espressione TCR è TCR completo αβ
• Espresione CD3 e ζ è Presente
• Espressione CD4 e CD8 è CD4+ oppure CD8+
• Processi in corso: - Selezione negativa è Apoptosi
Tolleranza centrale
Selezione timica negativa = Tolleranza al self
1. Eliminazione dei linfociti T autoreattivi per: - Antigeni self timici. - Antigeni self ubiquitari. - Alcuni antigeni self tessuto specifici (tiroide, pancreas, surrenali)
espressi nelle epiteliali midollari dal fattore trascrizionale AIRE.
2. Generazione dei linfociti T regolatori: - Alcuni linfociti T CD4+ autoreattivi differenziano in cellule Treg e
controllano le reazioni autoimmuni.
Al termine della selezione timica i linfociti T maturi andranno in circolo:
Linfociti T CD4+ è Attivazione via MHCII è Linfociti T helper
Linfociti T CD8+ è Attivazione via MHCI è Linfociti T citotossici
Linfociti T γδ è Niente attivazione MHC è Linfociti intraepiteliali
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