inmunofisiologia 2009 conceptos básicos

FISIOLOGIA DE LA RESPUESTA INMUNE ADQUIRIDA

Prof. Aurico Sousa Fonseca

Cátedra de Microbiología e Inmunología

• Animales superiores poseen sistemas defensivos cuyos mecanismos tienden a distinguir lo propio de lo extraño

• La respuesta inmune se define como la actuación integrada de un gran número de mecanismos heterogéneos de defensa contra sustancias y agentes extraños.– Los mecanismos de respuesta tienen un

componente celular y otro molecular.

• El sistema inmunitario consta igualmente de varias "líneas de defensa" principales:– Inmunidad innata

(= natural o inespecífica) – Inmunidad adquirida

(= adaptativa o específica)

Comparación de los Sistemas inmunitarios Innato y Adaptativo

Sistema innato Sistema adaptativo

Principales elementosFactores solubles Lisozima,

Complemento,

Proteínas de fase aguda,

p. Ej., Proteína C reactiva, Interferón

Anticuerpo

Células Células Fagocíticas

Células asesinas Naturales (NK)

Linfocitos T

Linfocito B

Respuesta a la infección microbianaPrimer contacto + +Segundo contacto + ++++

Inespecífico, ausencia de contacto repetido

Memoria específica

La resistencia no mejora con el contacto repetido

La resistencia mejora con el contacto repetido

EL SISTEMA DE INMUNIDAD ADAPTATIVA O ESPECÍFICA• M.O. que:

– No desencadenan activación del complemento por la ruta alternativa

– No pueden ser lisados porque no llegan a quedar opsonizados por la proteína C3b

– Escapan al control de los fagocitos.

• Desarrollo de barrera defensiva adicional, aún más sofisticada– Moléculas que funcionan como "adaptadores

flexibles”– Por un lado se unen a los fagocitos, y por el otro

se unen al microorganismo: Anticuerpos.

• En la inmunidad específica se dan dos tipos de respuesta:– Inmunidad específica humoral– Inmunidad específica celular

Inmunidad específica humoral

• Los anticuerpos: Mediadores de la inmunidad específica humoral.

• La unión entre el antígeno (Ag) y el anticuerpo específico (Ac) provoca:– La activación del complemento por la ruta

clásica, que conduce a la lisis del microorganismo invasor;

– Opsonización (recubrimiento) de los fagocitos con complejos Ag-Ac, lo cual facilita la fagocitosis

– Neutralización directa de ciertas toxinas y virus por la simple unión Ag-Ac

• Los Ac están producidos por las células plasmáticas, diferenciadas a partir de los linfocitos B.

Inmunidad específica humoral

• Son los Ag los que seleccionan el Ac específico que les hará frente.

• Cada tipo de Ac está preformado antes de entrar en contacto por primera vez con el Ag.

• Cada linfocito B que se diferencia en la médula ósea está programado genéticamente para sintetizar un solo tipo de Ac, a la espera de contactar con el Ag específico.

Inmunidad específica humoral

• 1er. contacto con el Ag específico• Multiplicación y diferenciación de

linfocito B – Clon de células plasmáticas

• Fabricación y excreción de grandes cantidades del Ac específico para el que estaba programado el linfocito original.

• Fenómeno conocido con el nombre de selección y expansión clonal. – En cada individuo existen cientos de miles, o

millones de tipos de linfocitos B, cada uno preparado para originar un clon productor del correspondiente Ac.

Inmunidad específica humoral

• Respuesta primaria:– Formación de Ac provocada

tras el primer contacto de cada Ag con el linfocito B.

– Confiere al individuo una memoria inmunológica

• Se encuentra preparado para afrontar la eventualidad de una segunda infección por el mismo agente.

Inmunidad específica humoral• Respuesta secundaria:

– Formación de Ac es más rápida y más intensa.

– Ello se debe a que a partir del linfocito primario que tuvo el primer contacto, aparte del clon de células plasmáticas (responsable de la respuesta primaria), se generó en paralelo otro clon de células B de memoria

• Cuando el Ag entre por segunda vez, hay en el cuerpo más células preparadas que las que encontró en la primera ocasión.

• Estos linfocitos cebados de memoria necesitan menos divisiones celulares antes de poder diferenciarse a su vez en células plasmáticas productoras de Ac.

Inmunidad específica humoral

• Respuesta secundaria:– La memoria inmunológica es

específica para cada antígeno. – Su base es que cada

anticuerpo reconoce un solo antígeno (reconocen porciones concretas de cada antígeno, denominadas epitopos).

Cómo puede el organismo reconocer tan específicamente moléculas "extrañas", a las que ataca, y discriminarlas respecto de sus propias moléculas, a las que respeta?

– En 1960 Burnett y Fenner propusieron un hipótesis :

• El cuerpo desarrolla ontogenéticamente un sistema para distinguir lo propio y evitar reaccionar contra él.

• Cuando el sistema linfoide se está desarrollando (desde la fase fetal a la perinatal) van llegando a él componentes circulantes de las moléculas de las distintas partes del cuerpo

• El sistema inmune "aprende" a reconocer a estos componentes, provocando una incapacidad permanente para reaccionar contra ellos al "suprimir" o inactivar los clones de linfocitos que reconocen "lo propio"

Inmunidad específica celular

• Inmunidad humoral– Poca utilidad frente a patógenos

intracelulares estrictos como virus o facultativos como los Mycobacterium o las Leishmania

• Sistema de inmunidad celular mediatizado por linfocitos T, parecidos citológicamente a los B, pero que se diferencian en el timo

• Los linfocitos T reconocen al Ag extraño siempre que esté situado sobre la superficie de células del propio organismo hospedador

Inmunidad específica celular

• Los linfocitos T: – No pueden reconocer al Ag por sí solo, – Deben combinarse con una molécula

marcadora de la superficie celular, que le "dice" al linfocito que está en contacto con una célula "enferma".

• Las moléculas marcadoras de superficie pertenecen al llamado sistema principal de histocompatibilidad (MHC, de "Major Histocompatibility Complex")

– Se seleccionan y activan al combinarse con el antígeno presentado por las moléculas MHC, lo que provoca expansión clonal

Inmunidad específica celular

• Funcionalmente, existen dos tipos de linfocitos T:– Linfocitos T citototóxicos (TC)– Linfocitos T colaboradores o

coadyuvantes ("helper") (TH)

Inmunidad específica celular

• Linfocitos T citototóxicos (TC)– Principales efectores de la inmunidad

específica celular: • Destruyen células del propio organismo

infectadas por virus o senescentes • Existen clones distintos de TC, cada uno de los

cuales posee en su superficie receptores distintos de los Ac, aunque con porciones parecidas

• Cada clon fabrica un solo tipo de receptor, y reconoce la combinación de un determinado Ag junto con una molécula MHC de clase I, situados sobre la superficie de la célula diana enferma.

– El TC entra en estrecho contacto con la célula diana

• "beso de la muerte” • Secreta interferón gamma (IFN-(γ), que tiende a

reducir la diseminación del virus

Inmunidad específica celular• Linfocitos T colaboradores o

coadyuvantes ("helper") (TH)– No tienen actividad citotóxica– Papel central en el sistema inmune,

activando a otras células– Se unen a una combinación de Ag +

MHC de clase II presente en la superficie de macrófagos que tengan en su interior algún parásito o bacteria que ha logrado sobrevivir intracelularmente.

• (En estos casos, el macrófago, aunque no ha logrado vencer por sí mismo al parásito o bacteria, ha logrado al menos procesar y enviar a la superficie antígenos del invasor)

Inmunidad específica celular

• Linfocitos T colaboradores o coadyuvantes ("helper") (TH)– Al unirse al macrófago de esta

manera, se induce en el TH la producción de IFN-gamma y de linfocinas, que activan las funciones del macrófago, provocando la muerte intracelular del parásito.

– Juegan un papel importante en la activación y expansión clonal de los linfocitos B para producir anticuerpos, y de los linfocitos T citotóxicos

PROCESAMIENTO Y PRESENTACIÓN DE ANTÍGENOS• Para que un linfocito T reconozca un

antígeno a través de su TCR hace falta que ese antígeno sea digerido intracelularmente hasta convertirlo en péptidos, y que éstos sean expuestos en el surco de moléculas MHC del propio haplotipo– El procesamiento del antígeno no es más que

la degradación del antígeno proteico hasta péptidos.

• La presentación del antígeno procesado, es la asociación de algunos de esos péptidos con moléculas codificadas por genes del complejo principal de histocompatibilidad (MHC).

PROCESAMIENTO Y PRESENTACIÓN DE ANTÍGENOS• Las moléculas MHC de clase I, en una

situación normal se unen a péptidos derivados de moléculas propias, y en el caso de infección por un parásito intracelular (virus, ciertas bacterias, protozoos) se unen a péptidos derivados de proteínas del patógeno. – En ambos casos los péptidos derivan de

procesamiento citosólico del antígeno endógeno.

• Las moléculas MHC de clase II se unen a péptidos derivados de antígenos exógenos que previamente han sido introducidos en la célula presentadora por endocitosis o fagocitosis, y que son sometidos a procesamiento endocítico (endocitosis).

ESTUDIOS CLÁSICOS SOBRE EL PROCESAMIENTO Y PRESENTACIÓN ANTIGÉNICOS• Restricción de las células T por

el haplotipo propio MHC– Los linfocitos T (sean los CD4+ o los CD8+)

sólo pueden reconocer al antígeno cuando viene presentado (como péptidos) en la membrana de una célula con MHC propio (de clase II para los linfocitos CD4+, y de clase I para los linfocitos CD8+).

• Restricción por MHC – II– Rosenthal & Shevach, 1970.

• Restricción por MHC – I– Zinkernagel & Doherty (1974). – Premio Nobel por este

descubrimiento

ESTUDIOS CLÁSICOS SOBRE EL PROCESAMIENTO Y PRESENTACIÓN ANTIGÉNICOS• Descubrimiento del papel de

las células presentadoras de antígeno– Mediados de los 60:

• Datos que indicaban que las células B y las células T reconocen el antígeno mediante mecanismos diferentes,

• Chocaba con la idea de la época de que el sistema inmunitario reconoce el antígeno en su configuración nativa.

– Experimentos de Gell & Benacerraf:• Proteína nativa inducía una respuesta primaria,

tanto humoral como celular. – La respuesta humoral secundaria sólo se podía inducir

con antígeno nativo. – La respuesta celular secundaria se podía provocar tanto

con antígeno nativo como con antígeno desnaturalizado.

PATÓGENOS INTRACELULARES Y EXTRACELULARES

Compartimientos:

• Citosol (Endógeno)

• Vesicular (Exógeno)

PATÓGENOS CITOSÓLICOS, INTRAVESICULARES Y EXTRACELULARES

RESTRICCIÓN POR EL COMPLEJO PRINCIPAL DE HISTOCOMPATIBILIDAD

Moléculas del Complejo Mayor de Histocompatibilidad (CMH)Clase I

RESTRICCIÓN POR EL COMPLEJO PRINCIPAL DE HISTOCOMPATIBILIDAD

Moléculas del Complejo Mayor de Histocompatibilidad (CMH)Clase II

NECESIDAD DE CÉLULAS ACCESORIAS PARA EL PROCESAMIENTO Y PRESENTACIÓN DEL ANTÍGENO

CÉLULAS QUE PRESENTAN ANTÍGENO

• Pueden ser tanto células nucleadas enfermas que presenten péptidos de parásitos intracelulares (o de proteínas tumorales) a linfocitos TC como las células "profesionales" presentadoras de antígenos exógenos a los linfocitos TH. – Para efectos de nomenclatura, a las primeras

se les suele designar como células diana, para no confundirlas con las células presentadoras "profesionales" (APC en sentido estricto)

• Células Diana• Células Presentadoras de Antígeno

(APC)

CÉLULAS QUE PRESENTAN ANTÍGENO

• Células diana– Células enfermas por parásitos intracelulares, o

tumorales; presentan péptidos junto con moléculas MHC-I propias para que los reconozcan los linfocitos TC (CD8+).

• Células Presentadoras de Antígeno (APC)– Células que despliegan péptidos asociados con

MHC-II, para su reconocimiento por linfocitos TH (CD4+).

– Sus principales características son: • Exhiben moléculas de clase II constitutivamente en

sus membranas • Internalizan antígenos exógenos vía endocitosis y/o

fagocitosis, procesándolos por la ruta endocítica, y presentándolos junto con moléculas MHC-II de sus membranas

CPA Profesionales:Células dendríticas (varios tipos)

Macrófagos

Linfocitos B

CPA No profesionalesFibroblastos (piel), células gliales (cerebro), pancreáticas beta, epiteliales tímicas, epiteliales tiroideas y endoteliales

CÉLULAS PRESENTADORAS DE ANTÍGENOS (CPA)

An

tíg

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s E

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ía C

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aBIOLOGÍA CELULAR DEL PROCESAMIENTO ANTIGÉNICO

An

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VÍA CITOSÓLICA PARA EL PROCESAMIENTO DE ANTÍGENOS ENDÓGENOS

ANTÍGENOS ENDÓGENOS: “LA VÍA CITOSÓLICA”

I- Generación de Péptidos por los Proteasomas

II-Transporte de Péptidos del Citosol al RER

III- Ensamblaje de Péptidos con MHC-clase I

VÍA ENDOCÍTICA PARA EL PROCESAMIENTO DE ANTÍGENOS EXÓGENOS

Antígenos Exógenos:“La Vía Endocítica”

I- Generación de Péptidos en las Vesículas Endocíticas

II- Ensamblaje de Péptidos a MHC-II

PRESENTACIÓN DE ANTÍGENOS BACTERIANOS NO-PROTEICOS

FISIOLOGIA DE LA RESPUESTA INMUNE ADQUIRIDA

El receptor de células T (TCR)Activación del Linfocito TFunciones Efectoras de células T

Inmunidad Humoral

Inmunidad Celular

PRESENTACIÓN Y RECONOCIMIENTO DEL ANTÍGENO

Célula T citotóxica

Célula Th1

Célula Th2

RECONOCIMIENTO DEL ANTÍGENO: EL RECEPTOR DE CÉLULAS T (TCR)

ACTIVACIÓN DE LINFOCITOS T HELPER (CD4+)

Evento central en la generación

de una respuesta inmune

VÍAS DE SEÑALIZACIÓN TRANSMEMBRANA

Fenómeno bioquímico intracelular

SEÑAL

SEÑAL

Activación y Expansión clonal de células T

cooperadoras

Ligando extracelular Proteínas receptoras

Co-receptores CD4 y CD8

TRADUCCIÓN DE SEÑALES DURANTE ACTIVACIÓN DE LA CÉLULA T

Proteínas Tirosin-quinasas(fosforilación)Fyn y Lck

Proteínas Tirosin-fosfatasas(defosforilación)CD45

Dominios ITAM:Secuencias de aa (CD3) susceptibles de sufrir fosforilación

Eventos iniciales en la activación de células Th

SEÑALES COESTIMULATORIAS

DIFERENCIACIÓN DEL LINFOCITO TGeneración de células efectoras y memoria

TIPOS DECÉLULAS “T” EFECTORAS

CÉLULAS “T” CD8 CÉLULAS “T” CD4

FUNCIONES DE LASCÉLULAS “T”EFECTORAS

CÉ

LU

LA

S “

T”

CD

8

CÉ

LU

LA

S “

T”

CD

4

Il-2, IL-3, IFN- TNF-, GM-CSF

IL-3, IL-4, Il-5, IL-6, IL-10, IL-13, GM-CSF

CÉLULAS TH EFECTORAS

FUNCIONES DE LAS CÉLULAS TH1

1. Reconocimiento del Antígeno2. Activación celular3. Proliferación (Expansión clonal)4. Diferenciación y función efectora

FUNCIONES DE LAS CÉLULAS TH1

TIPOS DE MICROORGANISMOS INTRACELULARES AFECTADOS POR LA INMUNIDAD MEDIADA POR CELULAS

DESTRUCCIÓN DE CÉLULAS BLANCO (TARGET CELLS)

GOLPE LETAL:EL BESO DE LA MUERTE

VÍAS PARA LA INDUCCIÓN DE “APOPTOSIS” EN CÉLULAS BLANCO

Citotoxicidad mediada por células NK (NKT)

Citotoxicidad mediada por células NK (NKT)

Citotoxicidad mediada por células NK (NKT)

CITOTOXICIDAD CELULAR DEPENDIENTE DE ANTICUERPOS(ADCC)

CITOTOXICIDAD CELULAR DEPENDIENTE DE ANTICUERPOS (ADCC)

FISIOLOGIA DE LA RESPUESTA INMUNE ADQUIRIDA

El receptor de células B (BCR)Activación del Linfocito BFunciones Efectoras de células B

Inmunidad específica humoral

• Los anticuerpos: Mediadores de la inmunidad específica humoral.

• La unión entre el antígeno (Ag) y el anticuerpo específico (Ac) provoca:– La activación del complemento por la ruta

clásica, que conduce a la lisis del microorganismo invasor;

– Opsonización (recubrimiento) de los fagocitos con complejos Ag-Ac, lo cual facilita la fagocitosis

– Neutralización directa de ciertas toxinas y virus por la simple unión Ag-Ac

• Los Ac están producidos por las células plasmáticas, diferenciadas a partir de los linfocitos B.

Inmunidad específica humoral

• Son los Ag los que seleccionan el Ac específico que les hará frente.

• Cada tipo de Ac está preformado antes de entrar en contacto por primera vez con el Ag.

• Cada linfocito B que se diferencia en la médula ósea está programado genéticamente para sintetizar un solo tipo de Ac, a la espera de contactar con el Ag específico.

Inmunidad específica humoral

• 1er. contacto con el Ag específico– Multiplicación y diferenciación de

linfocito B – Clon de células plasmáticas

• Fabricación y excreción de grandes cantidades del Ac específico para el que estaba programado el linfocito original.

• Fenómeno conocido con el nombre de selección y expansión clonal. • En cada individuo existen cientos de

miles, o millones de tipos de linfocitos B, cada uno preparado para originar un clon productor del correspondiente Ac.

Inmunidad específica humoral

• Respuesta primaria:– Formación de Ac provocada

tras el primer contacto de cada Ag con el linfocito B.

– Confiere al individuo una memoria inmunológica

• Se encuentra preparado para afrontar la eventualidad de una segunda infección por el mismo agente.

Inmunidad específica humoral

• Respuesta secundaria:– Formación de Ac es más rápida y más

intensa. – Ello se debe a que a partir del linfocito

primario que tuvo el primer contacto, aparte del clon de células plasmáticas (responsable de la respuesta primaria), se generó en paralelo otro clon de células B de memoria

• Cuando el Ag entre por segunda vez, hay en el cuerpo más células preparadas que las que encontró en la primera ocasión.

• Estos linfocitos cebados de memoria necesitan menos divisiones celulares antes de poder diferenciarse a su vez en células plasmáticas productoras de Ac.

Inmunidad específica humoral

• Respuesta secundaria:– La memoria inmunológica es

específica para cada antígeno. – Su base es que cada

anticuerpo reconoce un solo antígeno (reconocen porciones concretas de cada antígeno, denominadas epitopos).

Origen y desarrollo de Linfocitos B

Linfopoyesis Antígeno-Independiente:Órganos linfoides primarios(maduración)

Linfopoyesis Antígeno-Dependiente:Órganos linfoides secundarios(activación y diferenciación)

Respuestas efectoras mediadas por Células B

RECONOCIMIENTO ANTIGENICO POR LINFOCITOS “B”

Linfocitos B vírgenes (naive) en reposo (Go)

Señales de competencia: Señal 1 y Señal 2

Go G1

Señales de Progresión:

G1 S M

(división y diferenciación)

Activación de linfocitos B

Señales de competencia:

• Señal 1• Señal 2

El BCR

Reconocimiento del Antígeno y traducción de señales en células B

BCR

Núcleo

TRADUCCIÓN DE SEÑALES ACOPLADAS AL BCR

El Complejo Co-receptor de Células B

CD21 (CR2)CD19CD81 (TAPA-1)

G0

G1

S

Mitosis

COOPERAC IÓN

Eventos en la activación de células B por Ag T-Dependientes

Cooperación celular (TH) en la respuesta de Anticuerpos

Interacción CD40 –CD40 L

Linfocitos B

ReconocimientoY Activación

Proliferación (Expansión clonal)

Diferenciación y síntesis de Ig’s

Funciones efectoras de los Anticuerpos

Cinética de la Respuesta de Anticuerpos