Il sistema immunitario La funzione fisiologica del SI è di difendere l’organismo contro gli agenti estranei

Immunità: Risposta a sostanze estranee all’organismo microbi,ma anche macromolecole, quali proteine e polisaccaridi indipendentemente dalle conseguenze fisiologiche o patologiche della reazione Il SI si è evoluto nel corso di milioni di anni per combattere l’invasione di patogeni. Possiede tre caratteristiche: repertorio altamente differenziato di recettori per l’Ag memoria tolleranza

Numerose patologie sono causate da una risposta immunitaria debole o eccessiva

Vaccinazione o immunizzazione più grande successo dell’immunologia in medicina Il SI reagisce contro un agente infettivo somministrato informa incapace di dare una malattia Risposta protettiva con un piccolo rischio per la salute

Primo esempio di immunologia sperimentale Vaccinazione contro il vaiolo (Edward Jenner, 1798) Innestò nel braccio di un ragazzo la sostanza infetta tratta da una mucca vaiolosa e, dopo un certo numero di giorni, quella di vaiolo « umano ». Il ragazzo non si ammalò. La terribile malattia era vinta Lady Mary Wortley Montagu, 1721, introdusse l’inoculazione del vaiolo nella medicina occidentale dopo aver assistito durante i suoi viaggi e rimanere nell'Impero Ottomano

Immunità innata ed Immunità specifica dendritic cells Proteine seriche

Vie di infezione dei patogeni

meccaniche, chimiche e microbiologiche Barriere meccaniche, chimiche e microbiologiche alle infezioni

Meccanismi della prima linea di difesa antimicrobici blocco delle vie di accesso

IMMUNITA’ INNATA o NATURALE 2° linea di difesa IMMUNITA’ INNATA o NATURALE Molti agenti infettivi inducono una risposta infiammatoria attivando l’immunità innata

Fasi della risposta alle infezioni

Domini molecolari essenziali condivisi da microrganismi diversi Riconosce una sola struttura molecolare

RECETTORI DELL’IMMUNITA’ INNATA E SPECIFICA

Interazioni tra immunità innata e specifica

Non reattività verso il self Caratteri essenziali della risposta immune Specificità Diversifità Memoria Specializzazione Autolimitazione Non reattività verso il self

CELL- MEDIATED IMMUNITY OTHER PARTS OF THE LYMPHATIC SYSTEM Protagonisti del sistema immunitario BONE MARROW Stem cell THYMUS Via blood Immature lymphocytes Antigen receptors T cell B cell CELL- MEDIATED IMMUNITY HUMORAL IMMUNITY Via blood Lymph nodes, spleen, and other lymphatic organs Final maturation of B and T cells in lymphatic organ OTHER PARTS OF THE LYMPHATIC SYSTEM

Non reattività verso il self Caratteri essenziali della risposta immune Specificità Diversifità Memoria Specializzazione Autolimitazione Non reattività verso il self

Antigenic determinants Antigenic determinants Antigen- binding sites I determinanti antigenici sono le molecole che legano gli anticorpi Antigen- binding sites Antibody B molecule Un Ab è specifico per un solo determinante antigenico

Recettore per l’antigene Anticorpi sulla Selezione clonale Antigene Varietà di cellule nei linfonodi Recettore per l’antigene Anticorpi sulla membrana Selezione delle sole celule che esprimono i recettori per l’antgene Espansione clonale Anticorpi specifici

Non reattività verso il self Caratteri essenziali della risposta immune Specificità Diversificazione Memoria Specializzazione Autolimitazione Non reattività verso il self

Non reattività verso il self Caratteri essenziali della risposta immune Specificità Diversificazione Memoria Specializzazione Autolimitazione Non reattività verso il self

Unstimulated lymphocyte First exposure to antigen FIRST CLONE Memory cells Second exposure to antigen Effector cells SECOND CLONE More memory cells New effector cells

Nella risposta primaria la selezione clonale produce anche cellule con memoria Queste cellule conferiscono immunità a lungo termine

Non reattività verso il self Caratteri essenziali della risposta immune Specificità Diversificazione Memoria Specializzazione Autolimitazione Non reattività verso il self

A seconda degli effettori, si distinguono: Immunità umorale, anticorpo-mediata B-dipendente Immunità cellulare, cellulo-mediata T-dipendente

Immunità specifica UMORALE Microbo batteri extracellulari Linfociti responsivi linfocita b Meccanismo effettore anticorpi secreti Trasferito da siero (anticorpi)

immunità specifica CELLULARE Microbo microbi intracellulari Linfociti responsivi linfocita T Meccanismo effettore lisi Trasferito da linfociti

Immunità attiva e passiva Immunità attiva e passiva giorni IMMUNITA’ ATTIVA infezione guarigione Antigene (vaccino o infezione) Specificità:Si Memoria: Si

Trasferimento fisiologico degli anticorpi materni al feto Immunità attiva e passiva IMMUNITA’ PASSIVA GUARIGIONE SIERO (ANTICORPI) CELLULE (T) Specificità: Si Memoria: No Esempi Trasferimento fisiologico degli anticorpi materni al feto Somministrazione di anticorpi preformati in animali immunizzati (Tetano, veleno di serpenti )

Protegge dai patogeni extracellulari e dalle tossine Protegge dai patogeni intracellulari

Difetti del sistema immunitario Ipersensibilità Malattie autoimmuni Immunodeficienze

La risposta immunitaria può essere benefica o dannosa in rapporto alla natura dell’antigene ed alla reattività dell’individuo

Il sistema immunitario è complesso . . . vediamo alcuni protagonisti

Le cellule immunocompetenti     I linfociti rappresentano una popolazione eterogenea di cellule sia dal punto di vista morfologico e strutturale che da quello funzionale che riflette il diverso grado di maturazione e lo stato di attività. Vengono distinti in piccoli, medi e grandi. Vengono distinte due principali popolazioni linfocitarie B e T a queste si aggiungono le cellule NK Nel corso della differenziazione e maturazione dei linfociti si ha una continua modulazione della costituzione antigenica: diversi antigeni possono comparire, scomparire o variare quantitativamente.

I linfociti vergini possono riconoscere l’antigene e iniziare le risposte immunitarie specifiche I linfociti T interagiscono con l’antigene attraverso ilTCR T Cellule effettrici B I linfociti B interagiscono con l’antigene attraverso le immunoglobuline di membrana (BCR), le cellule effettrici sono le plasmacellule che producono elevate quantità di IG, gli anticorpi Le cellule della memoria mediano una rapida e più potente risposta

Linfociti T 60-70% dei linfociti circolanti Mediano la risposta cellulo-mediata che implica il legame tra le cellule T e le molecole bersaglio presentate da MHC I o MHC II presenti sulle APC La cellula esprime un recettore per l’antigene Ogni clone di cellule T esprime un TCR con un’unica sequenza Esistono un numero elevato:1015-1018 possibili cloni di cellule T con differenti TCR generati dai riarrangiamenti V(D)J come per le Ig Nel 95% dei linf T il TCR è costituito da un eterodimeno αβ Il TCRαβ riconosce Ag peptidici presentati dal MHCI

Sviluppo delle cellule T nel timo Enzima responsabile del riarrangiamento è codificato dai geni RAG-1 e RAG-2 I processi di selezione regolano dei linf doppio-positivi che esprimono il TCR Regolano il repertorio T Condizionano la restrizione per MHC self Inducono la tolleranza verso il self

Selezione positiva Selezione negativa Tolleranza

Non reattività verso il self Caratteri essenziali della risposta immune Specificità Diversificazione Memoria Specializzazione Autolimitazione Non reattività verso il self

Struttura di sostegno per il TCR Linf Th: recettore per MHCII CTL: recettore per MHCI I cambiamenti delle molecole di superficie permettono di distinguere le popolazioni di linfociti a diversi stadi di sviluppo

TCRγδ riconosce direttamente peptidi, lipidi e piccole molecole senza bisogno di presentazione da parte delle molecole MHC Si concentrano al livello della cute e della mucosa gastroenterica e urogenitale

Linfociti T citotossici CD8 (CTL) I linf.Th(CD4) vengono attivati e svolgono la loro azione in seguito al riconoscimento dell’Ag di natura proteica associato a molecole MHCII presenti sulle APC Produciono citochine Linf Th0: IL-2, IL-4 e INFγ Linf Th1: INFγ e IL-2 Attivano la risposta immune cellulo-mediata, ipersensibilità ritardata e le risposte che coinvolgono i macrofagi Linf Th2 producono: IL-4, IL-5, IL-10 e IL-13 Attivano risposte umorali, reazioni immunitarie verso parassiti ed elminti Ipersensibilità immediata Linf Th17 Linf Th3 reg (Cd4 CD25): IL-10, TGFβ Linfociti T citotossici CD8 (CTL) si differenziano in cellule effettrici che riconoscono Ag di natura proteica associato a MHCI Perforine e granzimi Apoptosi IFNβ , INFγ e TNFβ

Non reattività verso il self Caratteri essenziali della risposta immune Specificità Diversificazione Memoria Specializzazione Autolimitazione Non reattività verso il self

95% TCR αβ linf circolanti

OLTRE AL TCR i linfociti t esprimono molecole accessorie importanti nell’attivazione indotta dall’antigene alcune di queste molecole interagiscono con ligandi delle APC e stabilizzano il legame APC-linfocita altre trasmettono all’interno del linfocita segnale di attivazione

IL-6

Ruolo dei linf Th

Funzione dei Th1

TH2 Funzione

Citochine dell'immunità specifica IL-17

IL-2 Potenzia la morte apoptotica dei linf T attivati dall’antigene

TGF-β, domina le cellule Treg che sopprimono la risposta TH1 e TH2 mantenimento con batteri saprofiti Quando l’infezione è risolta, tornano a prevalere le cellule Treg. Interazione PAMP e Toll like Receptor induce la secrezione di IL-6 e IL-23 IL-6 inibisce le cellule Treg IL-6 e TGF-β promuoveono la differenziazione delle TH17 TH1 e TH2, precedentemente attivate nella milza e nei linfonodi, attivano la funzione di killing macrofagico e promuovono la risposta anticorpale IL-4 e IFN-γ, reprimono la differenziazione e la funzione delle TH17

rappresenta il 5-10% dei linfociti circolanti Il linfocita B rappresenta il 5-10% dei linfociti circolanti può riconoscere, attraversi le Ig di membrana, antigeni di natura proteica, polisaccaridica e lipidica, allo stato nativo Si differenzia in cellula effettrice che produce Ig in forma solubile Presenta: MHCI e II

attraverso la produzione di anticorpi Nella risposta immunitaria adattativa l’organismo elimina i patogeni extracellulari e le loro tossine attraverso la produzione di anticorpi La forma secreta del recettore delle cellule B (BCR)

Fasi differenziative delle cellule B

Espressione sequenziale del recettore di membrana Marcatori di differenziazione e di attivazione dei linf B

Antigeni T-Indipendenti Le cellule B rispondono ad Ag batterici attraverso una capacità intrinseca di attivare le cell B senza richiedere l’azione dei Linf Th. Questi Ag sono denominati T-Indipendenti o attivatori policlonali Polisaccaridi Lipidi Ac nucl

Pneumococco, meningococco, haemophilus Molti polisaccaridi (LPS) che compongono la parete cellulare dei batteri sono attivatori policlonali delle cell B Pneumococco, meningococco, haemophilus Protezione di lunga durata

Switching isotipico

Maturazione del Linfocita B

non esprimono recettori per l’Ag clonalmente distribuiti Le cellule accessorie partecipano attivamente all’avvio delle risposte immunitarie specifiche non esprimono recettori per l’Ag clonalmente distribuiti

sono le principali cellule che presentano l’Ag Cellule dendritiche sono le principali cellule che presentano l’Ag responsabili della risposta dei Linfociti T agli Ag proteici Cellule dendritiche follicolari si trovano nei follicoli della milza e dei linfonodi Hanno recettori per Fc delle Ig e del Complemento Catturano Ag legati alle Ig o al Complemento

Cellule Natural Killer (NK) Originano nel MO da progenitori linfatici comuni e circolano nel sangue Sono i linfociti più grandi, rappresentano 10-15% dei linf circolanti Uccidono i microrganismi in modo analogo ai linfociti T citotossici: rilasciano granuli contenenti perforina e granzime sulla cellula bersaglio e ne inducono morte cellulare programmata Presentano recettori attivatori e inibitori

Generazione della risposta immunitaria specifica

Antigene è una sostanza capace di suscitare una risposta immunitaria, che si manifesta con la produzione di anticorpi L’antigene deve essere capace di reagire con gli anticorpi così prodotti. L’antigene può indurre una risposta cellulo-mediata Epitopo Fattori che influenzano l’immunogenicità di una molecola Peso molecolare Carica e mobibilità Solubilità e idrofilicità Accessibilità dei determinanti antigenici Anfipacità e capacità di essere fagocitata e metabolizzata Estraneità

Aptene a meno che non sia legata ad un carrier. è una sostanza a basso peso molecolare incapace di indurre la sintesi di anticorpi a meno che non sia legata ad un carrier. Il complesso aptene-carrier può stimolare il SI, l’aptene è in grado di reagire da solo con gli anticorpi specifici prodotti

Cosa lega un Ag? Ig TCR MHC

Struttura degli anticorpi pepsina papaina

Anticorpi Gruppo di proteine molto eterogenee prodotte da un organismo in risposta all’introduzione di sostanze estranee. Rappresentano la forma solubile dei recettori specifici espressi dai linfociti B che li hanno prodotti. Gli anticorpi secreti si legano agli antigeni scatenando molte delle funzioni effettrici del sistema immunitario. Repertorio anticorpale 1016-109

nei compartimenti citoplasmatici delimitati da membrana, Sono presenti: nei compartimenti citoplasmatici delimitati da membrana, RE , apparato di Golgi sulla superficie dei linfociti B b) gli anticorpi secreti si accumulano nel plasma e nei liquidi interstiziali c) gli anticorpi si possono legare alla superficie di alcune cellule effettrici come: fagociti mononucleati, cellule NK e mastociti d) nei liquidi secretori come il muco e il latte.

Proprietà fisico-chimiche uguali: carica elettrica e solubilità, scheletro comune formato da due catene identiche leggere(24Kd)e due catene pesanti identiche(55-70Kd) Caratteristiche diverse chimico-fisiche, come: peso molecolare, costante di sedimentazione, percentuale di carboidrati funzionali, come: valenza, capacità di svolgere alcune funzioni biologiche suddivisione in classi e sottoclassi.

Catene pesanti: classi e sottoclassi Catene leggere K e λ (λ1, 2, 3 e4) γ µ δ α ε δ IgA1 IgA2 IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 14 possibili ISOTIPI con funzioni effettrici diverse

Gli Ab con regioni costanti diverse presentano funzioni effettrici differenti

La funzione effettrice di un Ab è stimolata dal suo legame con l’Ag da questo legame possono derivare diverse conseguenze definite dalla struttura, localizzazione anatomica e isotipo dell’Ab. Le funzioni possono essere così riassunte :               - Ig di membrana come recettore per l’Ag dei linfociti B   - Neutralizzazione dell’Ag (tossine, virus, molecole di superficie di batteri)            - Attivazione complemento (IgG e IgM)             - Opsonizzazione (IgG)             -Citotossicità anticorpo-dipendente (IgG, IgA e IgE)             - Ipersensibilità mediata da IgE-mastociti -Immunità delle mucose (IgA) -Immunità neonatale (IgG materne)

IgM Possono trovarsi: in forma monomerica presente sulla membrana del linfocita B maturo o pentamerica (970Kd) nel siero I cinque monomeri ciascuno composto da due catene  e da due catene leggere (2k2 )5 o (22 ) sono legati insieme da un frammento J che ne facilita la polimerizzaione Hanno 10 siti combinatori che generalmente non vengono saturati tutti dall’antigene. Le IgM in circolo hanno una disposizione radiale, il legame con l’antigene provoca una disposizione lineare più efficiente nel legare altri epitopi. . Sono presenti nel siero in concentrazione relativamente bassa(8-10%) Fissano il complemento, non attraversano la placenta né sensibilizzano la cute.

IgA si possono trovare in forma monomerica (160Kd) 2k2 e 22 nel siero, circa il 15%(seconda classe di Ig circolanti) Mentre le S-IgA sono la classe dominante nelle secrezioni, quali: saliva, latte, lacrime, secrezioni nasali e colostro nelle mucose del tratto bronchiale e digerente Le S-IgA sono in forma dimerica legata al frammento J e comprendono anche un frammento SC Le IgA secrete sulla superficie delle mucose possono inibire l’desione di virus, batteri ed altri patogeni sulla superficie epiteliale

IgE Sono monometriche (186 Kd). Sono presenti in tracce nel siero (0.003%) ma possono aumentare fino a 30 volte nei soggetti atopici e 500 volte in seguito a infestazioni parassitarie croniche. Sono citotrope per la cute omologa. Si fissano ai mastociti e ai basofili.

IgD Sono immunoglobuline monomeriche (184Kd) Hanno una bassa concentrazione sierica ma si trovano sulla superficie dei linfociti circolanti Ruolo essenziale come recettore per l’Ag

IgG Costituisce la componente più abbondante del siero 80% Pm 150Kd, sono immunoglobuline monomeriche 2k2 e 22 distinguiamo quattro sottoclassi di IgG. La regione V è quella che determina l’attività anticorpale tutte le altre funzioni biologiche dipendono da strutture localizzate sulla regione C. Sono capaci di legare recettori presenti su numerose cellule: PMN, macrofagi, NK, promovendo fagocitosi, opsonizzazione ADCC Attivano il complemento, Attraversare la placenta Si fissano ad alcuni tessuti cutanei eterologi.

Ag TCR Legano Il recettore per l’Ag dei linf T è un eterodimero formato da due catene polipeptidiche transmembrana, αβ.

I recettori delle cellule T riconoscono antigeni peptidici legati alle molecole MHC

MHC o HLA Complesso di geni che codifica antigeni specifici per ciascun individuo Caratteristiche del sistema di riconoscimento del self Presenza di strutture di riconoscimento sulle membrane Elevato polimorfismo di tali strutture Meccanismi effettori in grado di danneggiare il non self

Cromosoma 6 Polimorfici 150 alleli diversi Codominanti

Significato Fisiologico del MHC di classe I Presentazione dell'Ag Legano Ag peptidici e li espongono sulla superficie delle cellule per il riconoscimento da parte dei Linfociti T

Struttura del MHC di classe I Catena α associata ad un peptide non polimorfo

E DI PRESENTAZIONE DELL’Ag VIE DI PROCESSAZIONE E DI PRESENTAZIONE DELL’Ag MHC I è presente su tutte le cellule

Struttura del MHC di classe II

E DI PRESENTAZIONE DELL’Ag VIE DI PROCESSAZIONE E DI PRESENTAZIONE DELL’Ag Le molecole MHC II sono presenti solo sulle APC: c. dendritiche, linfociti B e macrofagi

Associazione HLA e malattie MALATTIA Allele HLA Rischio relativo Spondilite anchilosante B27 90 Artrite postgonococcica B27 14 Uveite ant acuta B27 14 Artrite reumatoide DR4 4 Epatite cronica attiva DR3 13 Sindrome di Sjongren primaria DR3 9 Diabete DR3 5 DR4 6 DR3/DR4 20

Funzione effettrice delle cellule T

Sistema immune Difendere da agenti patogeni Le cellule del SI devono essere in grado di discriminare fra antigeni self e anntigeni non self Selezione positiva e negativa sviluppo di Linf B e T che non riconoscono il self e reagiscono con il non self Specificità e affinità del recettore determina il destino del linf immaturo Riarrangiamento genico assicura la varietà del repertorio e l’unicità della specificità antigenica di ogni singolo linfocita

Cellule del SI

Linfociti specificità e memoria I linfociti sono le uniche cellule dell’organismo capaci di riconoscere e distinguere i diversi determinanti antigenici specificità e memoria

Cellule della specificità immunologica Linfociti vergini, effettori e della memoria

Tessuti e organi del SI

Il sistema linfatico Linfonodi Agglomerati nodulari disposti lungo il percorso dei linfatici Nei linfonodi hanno inizio le risposte immunitarie specifiche agli Ag proteici veicolati per via linfatica

Ricircolazione dei linfociti

La milza Nella milza si verificano le risposte ad Ag presenti nel circolo generale

Sistema Immunitario Associato alla cute Linfociti e cellule accessorie riconoscimento degli antigeni ambientalui Sistema Immunitario Associato alle mucose MALT

Traffic of Lymphocytes through Lymph Nodes

Riepilogo

Fasi della risposta immune umorale

Fasi della risposta T