Elementi di immunologia

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1 Elementi di immunologia La guarigione è una questione di tempo, tuttavia è a volte anche una questione di fatalità Ippocrate, a.c. Complesso.. Naturalmente il sistema immunitario è complesso. Se fosse stato semplice, qualunque microrganismo sarebbe in grado di sopraffarlo Anonimo

2 Microbiota normale Normalmente colonizzati da microrganismi: cute, cavità orale, tratto respiratorio, tratto gastrointestinale, sistema genitourinario. Colonizzati solo in uno stato di malattia: organi, tessuti interni, sangue, sistema linfatico N batteri in un uomo adulto: circa 10 13

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4 Difese innate dell ospite Barriere fisiche: cute, membrane mucose, muco, ciglia delle vie respiratorie acidità dello stomaco etc. Barriere chimiche Lisozima: sangue, sudore, lacrime, saliva, secrezioni nasali ed altri fluidi corporei Lattoperossidasi: saliva, latte b-lisina: peptide basico rilasciato dalle piastrine efficace contro i gram+ Barriere microbiche

5 Sistema immunitario di barriera

6 La risposta infiammatoria Risposta aspecifica costituita da una sequela di eventi che circoscrive, ed in genere elimina, qualsiasi microrganismo che possa penetrare attraverso il sito di lesione

7 Origine delle cellule ematiche

8 Origine delle principali cellule coinvolte nella risposta immunitaria immunità specifica linfonodi e milza tessuti e linfonodi

9 Fagociti Si muovono con movimenti ameboidi Contengono granuli rivestiti di membrana denominati lisosomi Monocita (precursore dei macrofagi) Neutrofilo o leucocita polimorfonucleato (PMN)

10 Fagociti Leucociti PMN: presenti nel flusso sanguigno e nel midollo osseo, possono migrare nei tessuti durante la fase acuta di un infezione. Sono attratti chemiotatticamente dai batteri e dai loro componenti cellulari Monociti: precursore in circolo dei macrofagi Macrofagi: localizzati sulla superficie dei tessuti; capaci sia di fagocitare e distruggere patogeni e antigeni, sia di cooperare con i linfociti nell indurre un immunità specifica. Infatti, i macrofagi presentano gli antigeni proteici alle cellule T (primo stadio dell attivazione di una risposta immunitaria specifica).

11 Eventi che si verificano nella fagocitosi di una cellule batterica

12 Eventi che si verificano nella fagocitosi di una cellule batterica

13 Meccanismi in grado di contrastare l attività dei fagociti Staphilococcus aureus produce CAROTENOIDI che neutralizzano i radicali dell ossigeno. Mycobacterium tubercolosis utilizza i GLICOLIPIDI di parete per rimuovere le specie reattive dell ossigeno. In questo modo riesce a crescere nei fagociti. S. aureus, Strptococcus pyogenes producono LEUCOCIDINE che distruggono i leucociti (formazione di pus) Streptococcus pneumonie che presentano la CAPSULA non sono fagocitati S. pyogenes produce la PROTEINA M che altera le proprietà di superficie della cellula inibendone la fagocitosi OPSONIZZAZIONE: produzione di anticorpi anticapsula ed altre molecole di superficie della cellula che contrastano i meccanismi antifagocitari dei batteri

14 Schema generale della risposta immunitaria recettori specifici delle cellule T (TCR) T-citotossiche (T C ) Attaccano direttamente e distruggono le cellule che presentano l antigene. T-helper (T H ) 1. producono citochine in grado di attivare altre cellule capaci di distruggere le cellule che presentano l antigene 2. interagiscono con i linfociti B e li stimolano a produrre anticorpi (immunoglobuline)

15 Risposta immunitaria specifica Immunità cellulo-mediata: determina l uccisione della cellula sulla quale riconosce antigeni derivati da un patogeno (es. una cellula infettata da un virus) Immunità anticorpo-mediata (immunità umorale): è diretta contro patogeni liberi nel sangue e nella linfa, come batteri o virus, o loro prodotti solubili (tossine batteriche).

16 La risposta immunitaria specifica ha tre caratteristiche: 1. specificità

17 La risposta immunitaria specifica ha tre caratteristiche: 2. memoria

18 La risposta immunitaria specifica ha tre caratteristiche: 3. tolleranza

19 Antigeni e immunogeni Gli antigeni sono in grado di interagire sia con gli anticorpi che con i recettori specifici delle cellule T Gli immunogeni sono sostanze in grado di indurre una risposta immunitaria La maggior parte degli antigeni sono anche immunogeni

20 Caratteristiche intrinseche degli immunogeni: 1. grandezza 2. complessità 3. forma 1. Il peso molecolare deve essere almeno 10kDa. APTENI: zuccheri, aminoacidi, piccole molecole organiche. Sono in grado di combinarsi con anticorpi, ma non inducono una risposta immunitaria a meno che non siano coniugate a macromolecole proteiche. 2. Acidi nucleici e lipidi sono costituiti da monomeri ripetuti e risultano scarsamente immunogenici. Al contrario, proteine e carboidrati sono strutture complesse e altamente immunogeniche 3. Macromolecole complesse allo stato insolubile (es. proteine denaturate con il calore) sono altamente immunogeniche in quanto vengono prontamente fagocitate, mentre la forma solubile della stessa molecola ha un debole potere immunogeno

21 Caratteristiche estrinseche degli immunogeni: 1. dose 2. somministrazione 3. estraneità 1. Generalmente si usano dosi comprese tra 10 µg fino a un grammo 2. La somministrazione per via parenterale è più efficace di una somministrazione topica o per bocca 3. Le proteine proprie (self) non vengono riconosciute dal sistema immunitario. Tali proteine hanno comunque tutte le caratteristiche necessarie per essere immunogene in ospiti diversi

22 Determinanti antigenici o epitopi Zuccheri, parti di catene aminoacidiche etc.. Gli epitopi possono essere costituiti da 4-6 aa. Possono esistere proteine che presentano epitopi distanti tra loro nella struttura primaria, ma che si trovano vicini nella struttura terziaria o quaternaria. Si parla allora di determinanti conformazionali

23 Struttura del recettore delle cellule T (TCR) Il sistema immunitario è in grado di legare quasi tutti gli antigeni peptidici esistenti, tuttavia questi recettori riconoscono e legano un antigene peptidico solo se questo è prima legato ad una proteina del self chiamata complesso maggiore di istocompatibilità (MHC)

24 Struttura delle proteine del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) Codificato da un gene che non fa parte della regione genica MHC Classe I: si trovano sulla superficie di tutte le cellule nucleate; i domini α1 e α2 interagiscono a formare il sito di legame con l antigene Classe II: si trovano soltanto sulla superficie dei linfociti B, dei macrofagi e di altre APC; i domini α1 e β1 si combinano a formare il sito di legame con l antigene Cellule APC: monociti, macrofagi, cellule dendritiche, cellule B)

25 Presentazione dell antigene da parte delle proteine del MHC di classe I cellula T CD8 Gli antigeni vengono prodotti da reazioni degradative che avvengono nelle cellule non fagocitiche (es. una cellula infettata da un virus). Il peptide viene legato alle proteine MHC di classe I nel reticolo endoplasmatico e migrano sulla superficie cellulare. L interazione con i TCR presenti sul linfocita T citotossico lo inducono a produrre citochine e citossine (perforine) in grado di uccidere la cellula bersaglio infettata dal virus. Il legame del corecettore CD8 presente sulla cellula T C con le molecole del MHC rende il complesso più stabile

26 Linfociti T citotossici I linfociti sono impermeabili alle perforine. Granzimi e citochine inducono apoptosi

27 Linfociti natural killer (NK) Somigliano alle cellule T C per la capacità di uccidere le cellule estranee attraverso la produzione di perforine e granzimi. Ne differiscono in quanto sono capaci di uccidere in assenza di una specifica stimolazione antigenica. Il bersaglio molecolare sembra essere la mancanza di appropriate proteine di MHC di classe I. Le NK legano le cellule normali e le loro proteine di classe I attraverso il legame di particolari recettori. Tale legame disattiva il meccanismo di uccisione. Le NK uccidono la cellula bersaglio che non riescono a riconoscere. Cellule tumorali o infettate da virus: presentano alterazioni dell espressione delle proteine MHC di classe I

28 Presentazione dell antigene da parte delle proteine del MHC di classe II cellula T CD4 Le proteine di classe II sono complessate con il peptide Ii (catena invariante) che riveste i lisosomi. Quando il fagosoma si fonde con il lisosoma per formare il fagolisosoma, vengono digeriti gli antigeni e la catena invariante. I peptidi estranei vengono legati alle molecole di classe II, l intero complesso è esposto all esterno della superficie cellulare e presentato ai linfociti T H. In seguito a questo contatto la cellula T H secerne molecole che stimolano la produzione di anticorpi o che inducono la secrezione di citochine infiammatorie

29 Cellule T H 1 e attivazione dei macrofagi Mycobacterium tubercolosis, Mycobacterium leprae, Listeria monocytogenes. Riescono a sopravvivere all interno dei macrofagi T H 1. Secernono diverse citochine (IFN-γ: interferon gamma - GM-CFS: granulocyte macrophage colony stimulating factor -TNF-α: tumor necrosis factor alpha) in grado di attivare i macrofagi ed altri fagociti non specifici

30 Cellule T H 2 e attivazione delle cellule B Le cellule B funzionano come APC e interagiscono con TCR di un linfocita T H 2. Le cellule T H 2 rispondono a questo legame con la produzione di IL-4 (interleuchina-4) e IL-5, citochine che agiscono direttamente sulle cellule B rendendole capaci di produrre anticorpi. T H 2 quindi è in grado di attivare la produzione di anticorpi delle cellule B

31 Anticorpi (immunoglobuline) Anticorpi: molecole proteine in grado di combinarsi con determinanti antigenici. Presenti prevalentemente nel siero (antisiero) Sulla base delle loro proprietà fisiche, chimiche e immunologiche, le immunoglobuline (Ig) vengono distinte in: IgG, IgA, IgM, IgD, IgE Circa l 80% delle Ig sono le IgG

32 IgG PM: circa 150kDa. Sono formate da 4 catene polipeptidiche legate da ponti disolfuro. Sono presenti 2 catene leggere identiche (25kDa) accoppiate a due catene pesanti (50kDa). Una catena leggera e una pesante interagiscono per formare il sito che lega l antigene. Catene leggere N-terminale: dominio variabile. C-terminale: dominio costante Catene pesanti N-terminale: dominio variabile. C-terminale: 3 domini costanti La diversità dei domini variabili viene generata in virtù di processi di ricombinazione e di eventi mutazionali a carico dei geni (>300) che codificano i domini variabili delle catene leggere e pesanti

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34 IgM Le IgM sono le prime Ig prodotte. Sono a bassa affinità, ma avendo a disposizione 10 siti di legame per l interazione con l anticorpo, hanno un alta avidità

35 IgA Presenti nelle secrezioni corporee quali saliva, lacrime, latte materno, colostro, secrezioni gastrointestinali e muco dei tratti respiratorio e genitourinario. Le IgA presenti nel siero sono monomeriche, quelle nelle secrezioni sono dimeriche associate ad una proteina ricca di carboidrati (frammento secretorio) e ad una catena J

36 IgE Si trovano nel siero in piccole quantità. Importanti perché mediano l ipersensibilità di tipo immediato (allergie)

37 Risposta anticorpale primaria e secondaria 1. Gli antigeni sono convogliati attraverso la circolazione linfatica ed ematica ai linfonodi, la milza o il tessuto mucoso associato alla mucosa. Se l antigene viene introdotto a livello di una mucosa,è trasportato al tessuto linfoide associato al tratto gastrointestinale con produzione di IgA 2. Le cellule B stimolate si differenziano in plasmacellule e cellule della memoria. Le plasmacellule vivono circa una settimana eintervengono nella risposta anticorpale primaria. Producono IgM 3. Le cellule della memoria possono vivere diversi anni e, se riesposte all antigene, si trasformano subito in plasmacellule e producono IgG (risposta anticorpale secondaria). 4. nel tempo il titolo declina, ma una successiva esposizione all antigene può provocare un altra risposta secondaria

38 Risposta anticorpale primaria e secondaria

39 Attivazione del complemento Il complemento è formato da diverse proteine denominate C1, C2, C3 etc..attivate da complessi antigene-anticorpo sulla cellula batterica, provocano la lisi cellulare. MICROBIOLOGIA GENERALE C.Mazzoni04/2

40 legame anticorpo-antigene riconoscimento da parte di C1q Attivazione del complemento attivazione di C3: attrazione chemiotattica e attivazione dei fagociti attivazione di C5: attrazione cellule T e rilascio di citochine Il complemento è formato da diverse proteine denominate C1, C2, C3 etc..attivate da complessi antigene-anticorpo sulla cellula batterica, provocano la lisi cellulare. Alcuni prodotti dell attivazione del complemento sono chemioattrattori che, essendo causa di processi infiammatori, vengono definiti anafilotossine Nei batteri Gram - il complemento ha attività battericida e litica

41 Visione tridimensionale del foro formato dai componenti C5-C9

42 Opsonizzazione I fagociti possiedono recettori sia per gli anticorpi sia per il C3 (RC3) che legano il dominio costante degli anticorpi e C3. I processi di fagocitosi sono incrementati dal legame con gli anticorpi e amplificati dal legame con C3. L incremento della fagocitosi mediato dal complemento è chiamato opsonizzazione

43 Come viene acquisita l immunità? Immunità naturale attiva: si sviluppa in seguito ad un infezione Immunità artificiale attiva: vaccinazione:immunizzazione: l individuo è esposto ad un antigene Immunità artificiale passiva: si somministrano anticorpi presenti nell antisiero derivato da un altro soggetto Immunità naturale passiva: i neonati possiedono anticorpi IgG materni, acquisiti attraverso la placenta prima della nascita e il latte dopo la nascita

44 Immunizzazione Uccisione del microrganismo con mezzi fisici (calore) o chimici (formaldeide) Modificazione dell esotossina in modo da perdere la tossicità ma non l antigenicità (tossoide) Isolamento di ceppi avirulenti (ceppi attenuati). Tali ceppi sono difficili da selezionare, standardizzare e conservare Impiego di peptidi sintetici. Bisogna conoscere l intero profilo antigenico della proteina Clonaggio di geni codificanti gli antigeni di un qualunque virus nel genoma del virus vaccino (vaccino vettore-ricombinante) Produzione di proteine immunogeniche tramite tecniche del DNA ricombinante (vaccino ad antigene ricombinante). Es. il vaccino contro il virus dell epatite B è costituito dalla principale proteina antigenica della superficie del virus (HbsAg) espressa in cellule di lievito. Vaccini a DNA: plasmidi batterici contenenti DNA sono iniettati nell ospite. Dopo diverse settimane l ospite risponde con cellule T C e T H 1 e con anticorpi diretti contro la proteina codificata dal DNA clonato

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46 Ipersensibilità immediata le IgE si legano ai mastociti per mezzo di un recettore di superficie ad alta affinità per il dominio C H 4. Il legame arma i mastociti. Il contatto con l antigene e il legame crociato delle proteine IgE danno il via al rilascio di mediatori vasoattivi.

47 Ipersensibilità immediata I superantigeni batterici agiscono legandosi sia alla proteina MHC sia al TCR in posizioni esterne al normale sito di legame. Poiché i siti di legame per il superantigene si trovano in regioni conservate delle proteine MHC e TCR, il supperantigene può interagire con un gran numero di cellule, stimolando una massiva attivazione di ccellule T, il rilascio di citochine, nonché un infiammazione sistemica.

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50 Il sistema linfatico

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53 Principali tipi di cellule immunitarie: linfocita