IL SISTEMA IMMUNITARIO Il sistema immunitario protegge il corpo dall'invasione degli organismi o molecole (agenti patogeni) che possono causare le malattie. Nel loro insieme questi nemici si possono riconoscere perché hanno una specie di etichetta, detta "antigene", diversa da quella che si trova su ogni cellula dell'organismo umano.

Le difese innate dell’organismo umano Le difese innate contro le infezioni comprendono la pelle, le cellule fagocitarie e le proteine antimicrobiche Le difese immunitarie innate sono presenti ed attive nel nostro organismo molto prima di essere esposto ad agenti patogeni, come virus e batteri. Sono largamente non specifiche, cioè non distinguono un invasore dall’altro.

I macrofagi I macrofagi sono grandi cellule fagocitarie che circolano nel liquido interstiziale e, quando incontrano cellule infettate da virus o da batteri, le inglobano. sono assai numerosi sulla pelle e nelle membrane mucose dell'apparato digestivo, respiratorio e genito-urinario. Va notato che assumono un nome diverso a secondo dell'area ove sono localizzati (Cellule di Langerhans sulla pelle, Macrofagi nei nodi linfatici, Cellule di Kupfer nel fegato, ecc.). Batteri

Gli interferoni sono proteine prodotte dalle stesse cellule infettate dai virus che stimolano le altre cellule a resistere a essi. Le proteine antivirali bloccano la riproduzione virale 1 Acido nucleico virale 2 Attivazione dei geni per l’interferone Nuovi virus DNA mRNA 3 Molecole di interferone L’interferone stimola la cellula ad attivare i geni delle proteine antivirali 5 4 Cellula ospite 1 Produce interferone, ma viene uccisa dai virus Cellula ospite 2 È protetta dall’azione dei virus grazie all’interferone della cellula 1 Figura 19.1B

19.2 La risposta infiammatoria mette in moto i meccanismi di difesa non specifica La risposta infiammatoria costituisce il nostro principale sistema di difesa innato ed è innescata da qualsiasi danno ai tessuti. Gonfiore Spillo Superficie dell’epidermide Batteri Accumulo di fagociti e di liquido interstiziale nell’area infiammata Fagociti Segnali chimici Vaso sanguigno Globulo bianco 1 Danno al tessuto; liberazione di segnali chimici quali l’istamina 2 Aumento della permeabilità e dilatazione dei vasi sanguigni locali; passaggio dei fagociti verso la regione lesa 3 I fagociti (macrofagi e neutrofili) eliminano i batteri e ciò che rimane delle cellule danneggiate; il tessuto si rimargina Figura 19.2

Effetti principali: I principali effetti della risposta infiammatoria sono quelli di disinfettare e di ripulire il tessuto lesionato. La risposta infiammatoria aiuta a prevenire l’estendersi dell’infezione ai tessuti circostanti.

Il sistema linfatico 19.3 Durante l’infezione il sistema linfatico assume un ruolo d’importanza fondamentale Il sistema linfatico è costituito da una fitta rete di vasi, da numerosi linfonodi, dalle tonsille, dalle adenoidi, dall’appendice e dalla milza.

I vasi linfatici I vasi linfatici trasportano un liquido, chiamato linfa, che è simile al liquido interstiziale ma con un minore contenuto di ossigeno e di sostanze nutritive. Il sistema linfatico ha due principali funzioni: riportare nel sistema circolatorio il liquido interstiziale e combattere le infezioni

La risposta immunitaria acquisita 19.4 La risposta immunitaria neutralizza specifici invasori L’immunità conferita dal sistema immunitario viene detta immunità acquisita e si sviluppa a pieno solo in seguito all’esposizione a sostanze estranee chiamate antigeni. Quando entra in contatto con un antigene, il sistema immunitario risponde con un incremento del numero di cellule che attaccano direttamente gli invasori o che producono le proteine di difesa chiamate anticorpi.

L’immunità attiva L’immunità attiva, cioè le resistenza a uno specifico invasore, viene solitamente acquisita dopo un’infezione naturale, ma può essere innescata con una procedura medica, nota come vaccinazione. È anche possibile sviluppare un’immunità passiva (per esempio acquisendo anticorpi attraverso il latte materno o da un siero contenente anticorpi specifici).

Immunità mediata da cellule 19.5 I linfociti forniscono una duplice difesa Le cellule responsabili della risposta immunitaria sono i linfociti: Midollo osseo Timo Cellule staminali Linfociti immaturi Linfociti B Immunità umorale Per via sanguigna Recettori antigenici Linfociti T Immunità mediata da cellule Linfonodi, milza e altri organi linfatici Processo finale di maturazione dei linfociti B e T in un organo linfatico Altre parti del sistema linfatico Alcuni linfociti immaturi continuano a svilupparsi nel midollo osseo e si specializzano diventando linfociti B (o cellule B) Altri passano dal midollo osseo al timo dove si specializzano, diventando linfociti T (o cellule T). Figura 19.5A

Ogni individuo produce un enorme numero di linfociti B e T diversi; si stima che ognuno di noi ne abbia tra 100 milioni e 100 miliardi di tipi differenti, un numero sufficiente per riconoscere e attaccare praticamente tutti i tipi di antigeni che potremmo mai incontrare. Figura 19.5B

19.6 Gli antigeni hanno regioni specifiche a cui si legano gli anticorpi In genere, gli anticorpi riconoscono determinate regioni, i determinanti antigenici, presenti sulla superficie di un antigene. Molecole di anticorpo A Siti di legame per l’antigene Antigene Determinanti antigenici Molecola di anticorpo B Figura 19.6

19.7 Solo i linfociti selezionati e attivati dagli antigeni danno origine a un clone di cellule che innesca la risposta immunitaria Una volta all’interno del corpo, un particolare antigene attiva solo quel piccolissimo numero di linfociti che possiede un ben preciso recettore specifico. In seguito, tali cellule proliferano formando una popolazione di cellule geneticamente identiche (un clone) adatte per combattere quel determinato antigene.

Le tappe della selezione clonale Le tappe della selezione clonale Nelle risposta immunitaria primaria, la selezione clonane sviluppa cellule effettrici e cellule della memoria in grado di garantire un’immunità per tutta la vita. Nella risposta immunitaria secondaria, le cellule della memoria sono attivate da una seconda esposizione allo stesso antigene che induce una risposta più energica e veloce.

Risposta immunitaria primaria e secondaria: Risposta immunitaria primaria Recettore antigenico (anticorpo sulla superficie cellulare) 2 1 Molecole di antigeni Linfociti B con recettori antigenici diversi Prima esposizione all’antigene 3 Crescita, divisione e differenziamento di un linfocita Molecole di anticorpi 4 5 Reticolo endoplasmatico Primo clone Plasmacellule che producono anticorpi Cellule della memoria Molecole di antigene 6 Seconda esposizione allo stesso antigene Molecole di anticorpi Risposta immunitaria secondaria Reticolo endoplasmatico Figura 19.7A Plasmacellule che producono anticorpi Cellule della memoria

Risposta immunitaria primaria e secondaria a confronto Risposta immunitaria primaria e secondaria a confronto La risposta immunitaria secondaria avviene più velocemente delle risposta immunitaria primaria. Risposta immunitaria secondaria all’antigene X Seconda esposizione all’antigene X, prima esposizione all’antigene Y Prima esposizione all’antigene X Concentrazione di anticorpi Risposta immunitaria primaria all’antigene X Risposta immunitaria primaria all’antigene Y Anticorpi per l’antigene X Anticorpi per l’antigene Y 0 7 14 21 28 35 42 49 56 Tempo (giorni) Figura 19.7B

19.8 Gli anticorpi sono le «armi» dell’immunità umorale 19.8 Gli anticorpi sono le «armi» dell’immunità umorale I linfociti B sono le cellule coinvolte nell’immunità umorale. Le plasmacellule, cioè le cellule effettrici prodotte per selezione clonale, fabbricano e secernono gli anticorpi, le proteine che hanno la funzione di «armi» molecolari di difesa.

Siti di legame per l’antigene Ogni molecola di anticorpo ha un sito di legame per l’antigene, cioè una regione responsabile della funzione di riconoscimento e di legame con l’antigene. Catena leggera Catena pesante C V Siti di legame per l’antigene Figura 19.8

19.9 Gli anticorpi individuano quali antigeni devono essere distrutti Gli anticorpi promuovono l’eliminazione dell’antigene attraverso diversi meccanismi. Il legame tra anticorpi e antigeni inattiva gli antigeni tramite Neutralizzazione Agglutinazione di cellule Precipitazione di antigeni in soluzione Attivazione del complemento Molecole del complemento Virus Batteri Molecole di antigeni Batterio Cellula estranea Foro Favoriscono la Porta alla Fagocitosi Lisi della cellula Figura 19.9 Macrofago

19.10 Il sistema immunitario si basa sulle nostre «impronte» molecolari La capacità del sistema immunitario di riconoscere le molecole appartenenti al proprio organismo, ossia di distinguere il self dal non self, permette di combattere molecole estranee senza danneggiare le proprie. Le cellule di ogni persona hanno sulla membrana particolari glicoproteine self che costituiscono le impronte molecolari (fingerprint) e contrassegnano le cellule del corpo rendendole inattaccabili dai propri linfociti.

Coltura di cellule ibride che producono anticorpi monoclonali 19.11 Gli anticorpi monoclonali sono armi efficaci sia nella ricerca biologica sia nella terapia medica Gli anticorpi monoclonali sono prodotti fondendo una cellula tumorale con un normale linfocita B: la cellula ibrida produce molecole di anticorpi specifici per un singolo determinante antigenico. . Antigene iniettato nel topo Cellule tumorali in un terreno di coltura Linfociti B (prelevati dalla milza) Cellule tumorali Cellule fuse insieme per produrre cellule ibride Una cellula ibrida viene posta in un terreno di coltura Anticorpo Coltura di cellule ibride che producono anticorpi monoclonali Figura 19.11A

Gli anticorpi monoclonali sono particolarmente utili nelle diagnosi medica. Con gli anticorpi monoclonali sono anche stati ottenuti risultati incoraggianti nel trattamento di diverse malattie, incluso il cancro.

L’immunità mediata da cellule L’immunità mediata da cellule 19.12 I linfociti T helper organizzano la difesa mediata da cellule e favoriscono l’immunità umorale Ci sono almeno due tipi principali di linfociti: i linfociti T citotossici, che attaccano le cellule infettate da agenti patogeni; i linfociti T helper, che svolgono molteplici funzioni nella risposta immunitaria, coadiuvando l’attività dei linfociti T citotossici e dei macrofagi e stimolando i linfociti B a produrre anticorpi.

Tutto il sistema immunitario mediato da cellule e gran parte di quello umorale dipendono dalla precisa interazione tra le cellule APC e i linfociti T helper. Questa interazione attiva i linfociti T helper che, a loro volta, possono poi andare ad attivare altre cellule del sistema immunitario.

I linfociti T helper riconoscono e si legano al complesso self-non self esposto sulla superficie di una cellula APC. I linfociti T helper attivati promuovono la risposta immunitaria in molti modi e possono attivare i linfociti T citotossici e i linfociti B.

Attivazione di un linfocita T helper e suo ruolo nell’immunità: Attivazione di un linfocita T helper e suo ruolo nell’immunità: Immunità umorale (secrezione di anticorpi da parte delle plasmacellule) Interleuchina-2 partecipa all’attivazione di altri linfociti T e B Linfocita B Complesso self-non self Recettore del linfocita T Microbo Macrofago 3 5 6 Interleuchina-2 partecipa all’attivazione di altri linfociti T e B 1 2 Linfocita T helper 4 7 Proteina self (proteina MHC di classe II) Immunità mediata da cellule (attacca le cellule infette) Linfocita T citotossico Cellula APC Interleuchina-1 (partecipa all’azione del linfocita T helper) Antigene prodotto dal microbo non self Sito di legame per la proteina self Sito di legame per l’antigene Figura 19.12

19.13 L’AIDS distrugge i linfociti T helper lasciando il corpo privo di difese I virus dell’AIDS può eliminare i linfociti T helper dell’organismo compromettendo drasticamente la sua capacità di combattere le infezioni. Colonizzata EM 7000 Figura 19.13

19.14 I linfociti T citotossici uccidono le cellule infette 19.14 I linfociti T citotossici uccidono le cellule infette I linfociti T citotossici si legano alle cellule infettate e le distruggono. 1 Il linfocita T citotossico si lega alla cellula infettata 2 La perforina produce fori nella membrana della cellula infettata 3 Lisi della cellula infettata Complesso self-non self Formazione del foro Antigene estraneo Cellula infettata Linfocita T citotossico Molecola di perforina Enzima che può indurre l’apoptosi Figura 19.14

19.15 I linfociti T citotossici possono prevenire il cancro 19.15 I linfociti T citotossici possono prevenire il cancro I linfociti T citotossici possono difendere l’organismo dai tumori maligni nello stesso modo in cui lo difendono dai microbi. Colonizzata SEM 4370X Figura 19.15

19.16 Un funzionamento scorretto del sistema immunitario può provocare disturbi e malattie Le malattie autoimmuni insorgono quando il sistema immunitario «fa confusione» e reagisce contro le molecole del proprio corpo. Le persone affette da malattie da immunodeficienza sono prive di uno o più componenti del sistema immunitario. Un lieve indebolimento del sistema immunitario può derivare anche da stress fisici ed emotivi. Le allergie sono causate da una sensibilità anomala ad antigeni presenti nel nostro ambiente, chiamati allergeni.

Le due fasi di una reazione allergica: Le due fasi di una reazione allergica: Linfocita B (plasmacellua) Mastocita Determinante antigenico Istamina 1 Allergene (granulo pollinico) 2 I linfociti B producono anticorpi 3 Gli anticorpi si attaccano al mastocita 4 L’allergene si lega agli anticorpi del mastocita 5 Viene liberata istamina che causa i sintomi dell’allergia Sensibilizzazione: esposizione iniziale all’allergene Successiva esposizione allo stesso allergene Figura 19.16

Sistema immunitario: Classe 3 A Salvemini A.S. 2007/08 Saracino Gaetano Di Lorenzo Giovanni Nitti Francesco