Immunologia e Immunologia Diagnostica MATURAZIONE DEI LINFOCITI

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1 Immunologia e Immunologia Diagnostica MATURAZIONE DEI LINFOCITI

2 Il percorso di maturazione dei linfociti

3 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.

4 Le molecole che legano l antigene Linfociti B BCR (Ig di membrana) Linfociti T TCR Altre cellule MHC I e II

5 Recettori dei linfociti B e T

6 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.

7 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

8 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

9 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 V α - 3 segmenti della regione V β Regioni ipervariabili = Regioni che determinano la complementarità (CDR): - CDR1, CDR2 e CDR3 (catena α) - CDR1, CDR2 e CDR3 (catena β)

10 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.

11 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

12 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)

13 Recettori B e T: Differenze (1)

14 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)

15 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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17 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)

18 Maturazione dei linfociti B e T

19 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 immaturi con pre-recettore Linfociti immaturi con recettore completo Linfociti maturi

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21 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.

22 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.

23 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

24 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)

25 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: recettori diversi Risultato reale: 10 7 recettori diversi

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27 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

28 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.

29 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: recettori diversi Risultato reale: 10 7 recettori diversi

30 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

31 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