Introducción a la Inmunología FUNDAMENTOS Y TÉCNICAS INMUNOLÓGICAS

Transcripción

1 Introducción a la Inmunología FUNDAMENTOS Y TÉCNICAS INMUNOLÓGICAS Tema 1. Introducción a la Inmunología Inmunidad natural y adquirida Concepto del Sistema inmunitario El organismo opone a la penetración y establecimiento de los organismos patógenos exteriores (antígenos), una serie de barreras cuyo fin es el mantenimiento de la salud del individuo. La inmunología trata sobre las respuestas del hospedador a los diversos agentes infecciosos. En ella se estudia cuando como y porque se produce la respuesta, así como todas aquellas células y moléculas involucradas en la misma. La primera de esas barreras es la denominada INMUNIDAD NATURAL, INNATA O NATIVA, cuyo primer nivel de protección esta constituido por una serie de barreras tanto físicas, (epitelio y mucosas que recubren las estructuras tubulares del organismo), como químicas, ph de la piel y estómago, que forman una barrera entre el medio interno y el externo. El segundo nivel lo constituye la denominada INMUNIDAD INNATA INDUCIDA. En esta fase entran en juego ya ciertas moléculas (Receptores, citoquinas y células (Macrófagos, células NK, neutrófilos) que mediante un proceso inflamatorio, logran en la mayoría de los casos, controlar, de forma inespecífica, a los agentes patógenos Todos estos factores de protección de los que hemos hablado, se caracterizan por dos propiedades fundamentales. Una es la INESPECIFICIDAD, o NO DISCRIMINACION, es decir son medidas de tipo general independientes del tipo de organismo invasor; la otra, podríamos denominarla como la INTEMPORALIDAD, ya que son medidas que existen siempre, incluso antes de que tenga lugar la infección. Por esta razón este tipo de inmunidad, es la que actúa en las primeras horas de la infección. Cuando el organismo extraño logra superar esta Inmunidad innata, entra en acción un segundo grupo de medidas agrupadas todas ellas bajo el nombre de INMUNIDAD ADQUIRIDA o ADAPTATIVA, cuyos mecanismos de activación empiezan a sucederse a partir de las 24 horas de la entrada del microorganismo. La principal característica de este tipo de inmunidad es que es ESPECÍFICA, lo que quiere decir que va dirigida directamente de forma particular, y exclusiva contra el agente invasor. Este tipo de defensa, esta mediada básicamente por un tipo de células: los linfocitos, y un tipo de sustancias solubles: los anticuerpos. Los anticuerpos se producen solo en respuesta a infecciones específicas, por lo cual los anticuerpos presentes en un individuo dado reflejan de forma directa las infecciones que ha sufrido. Ambos sistemas defensivos, no son independientes ni actúan de forma descoordinada, sino que ambos, aunque solapándose, actúan de forma secuencial, comunicándose entre sí a través de una serie de sustancias solubles conocidas genéricamente como citoquinas. De estas, las secretadas por los macrófagos serian constituyentes de la Inmunidad natural, mientras que las secretadas por los linfocitos lo serán de la Inmunidad específica. Documento2 01/03/2007 Pag.1.4

2 Introducción a la Inmunología Filogenéticamente hablando, la inmunidad específica es más tardía, pues aparece con el desarrollo de los vertebrados. En su transcurso evolutivo la Inmunidad específica ha retenido muchos de los mecanismos de la Inmunidad natural, a la vez que ha ido añadiendo nuevas cualidades. Entre ellas cabe destacar: Memoria: El Sistema inmunitario es ahora capaz de Recordar cada encuentro con el agente invasor, de modo que los sucesivos encuentros con aquel aumentan la respuesta. Amplificación: De los mecanismos propios de la Inmunidad Innata. Centrándonos en la Inmunidad adquirida y basándonos en los componentes que median la respuesta, la INMUNIDAD ADQUIRIDA, se clasifica en dos tipos: Inmunidad humoral: Es aquella inmunidad mediada por anticuerpos, moléculas secretadas por Linfocitos B, que están mayoritariamente en suero y plasma y que son capaces de reconocer a los antígenos, ayudando a su eliminación. inmunidad celular: Aquella mediada por células en particular por linfocitos T. Sus principales dianas son los organismos intracelulares, destruyéndolos bien directamente, o bien en aquellos casos en que así se exija destruyendo también la célula hospedadora. En función de la forma de inducción a una persona, se puede hablar de tres tipos de inmunidad: Activa: Cuando es el propio sistema inmunitario del individuo el que responde a la invasión externa; por ejemplo a través de las vacunas se induce, a un individuo, inmunidad frente a un determinado organismo. Pasiva: Cuando la protección a un individuo se consigue transfiriéndole las sustancias propias de la inmunidad humoral. Adaptativa: Cuando lo que se transfieren son los elementos de la inmunidad celular, es decir los linfocitos. Sistema Inmunitario La principal característica del sistema inmunitario, es que es un sistema disperso, sin continuidad anatómica y cuyos elementos se hallan coordinados entre sí, a través de una serie de sustancias denominadas citoquinas, (ya mencionadas). Asimismo, tampoco es un sistema aislado, sino que se halla relacionado con otros sistemas como el Nervioso o el Endocrino. Las características principales de este sistema, se pueden resumir en cinco puntos Documento2 01/03/2007 Pag.2.4

3 fundamentales: Introducción a la Inmunología 1. Especificidad. 2. Capacidad de discriminación de lo NO PROPIO 3. Diversidad 4. Memoria 5. Autolimitación. 1. Especificidad: La respuesta es específica para cada antígeno. En realidad la respuesta se dirige contra ciertos componentes estructurales (proteínas, polisacáridos), reconociéndose pequeñas porciones de los mismos denominadas DETERMINANTES ANTIGÉNICOS Ó EPITOPOS. Esto tiene lugar gracias a que los linfocitos presentan en su membrana unas moléculas que actúan de receptores y que son capaces de unirse a moléculas complementarias, que serian los antígenos. 2. Diversidad: Las células del sistema inmunitario tienen unos receptores en su superficie que van a reconocer al agente extraño. Dichos receptores se forman al azar, calculándose que hay 10 9 receptores distintos, denominándose a dicho número Repertorio linfocitario. Así los linfocitos difieren en la estructura de sus receptores y por lo tanto en su especificidad 3. Capacidad de discriminación entre LO PROPIO y LO NO PROPIO: El sistema inmunitario, en su correcto funcionamiento, ha de distinguir entre los antígenos extraños, a los que debe ser capaz de reconocer y eliminar, y los antígenos propios frente a los que no debe reaccionar de forma perjudicial, es decir estableciéndose un estado de no respuesta frente a lo propio que se denominan este caso un estado Tolerancia. El fallo en este proceso conduce al desarrollo de enfermedades autoinmunes. Esto es lo que se denomina un proceso de Selección negativa. 4. Memoria inmunitaria: Es una característica, por la cual ante un segundo contacto (Respuesta secundaria) con el mismo antígeno, la respuesta será más rápida, más intensa, y por lo tanto más eficaz, que en el primer contacto (Respuesta primaria). Esto es debido a la formación de unas células de vida muy larga (células de memoria) preparadas para responder con mayor rapidez a una nueva estimulación. 5. Autolimitación: La respuesta inmune disminuye y cesa una vez que el estimulo antigénico ha sido controlado Inmunidad y patología En el caso de la respuesta, nos encontramos con dos situaciones: 1. Respuesta protectora: Aquella que elimina al organismo patógeno sin dañar a las estructuras propias. 2. Respuesta patológica: Cuando la respuesta daña al propio individuo. Esta última respuesta se produce por dos causas fundamentales: a) Por ser la respuesta demasiado larga o demasiado intensa, dando lugar a las denominadas reacciones de hipersensibilidad. Puede estar mediada tanto por los mecanismos de inmunidad humoral como celular. b) Por fallos en el estado de tolerancia, es decir por la existencia de Documento2 01/03/2007 Pag.3.4

4 Introducción a la Inmunología errores en el sistema de reconocimiento de lo NO PROPIO, que lleva a provocar una respuesta frente a antígenos propios. Este proceso dará lugar a fenómenos de Autoinmunidad y a la aparición consiguiente de enfermedades autoinmunes. c) Por debilidad o formación defectuosa del Sistema Inmunitario, se producen la denominada Inmunodeficiencia, por las cuales el organismo permite, el establecimiento de infecciones repetidas u oportunistas. Esto puede deberse a causas genéticas, en cuyo caso se denominan primarias, o a daños provocados en el Sistema inmune (SIDA, terapia anticancerosa, terapia de transplantados...etc.), en cuyo caso se denominaran secundarias. Documento2 01/03/2007 Pag.4.4

5 Tema 2: Bases Morfológicas del Sistema inmunitario Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario Células del sistema inmunitario: Origen, Morfología y función. Órganos linfoides primarios y secundarios. Breve reseña Ontogénica Recirculación linfocitaria Moléculas de Adhesión Las células del sistema inmunitario se pueden dividir en tres grandes grupos: 1. Las células presentadoras de antígenos, Son las células que capturan y exponen los antígenos. 2. Las células que reconocen y responden de forma específica a antígenos extraños 3. Las células efectoras, que serian las encargadas de la destrucción final de los agentes patógenos La pertenencia a uno de los grupos no excluye la posibilidad de poder ser incluidas en otro. Todas las células del S.I. y el resto de las células sanguíneas, como glóbulos rojos y plaquetas, proceden de un único tipo celular existente en la médula ósea denominada CELULA PLURIPOTENCIAL (STEM CELL). La división de estas tiene lugar de una forma poco corriente, pues en lugar de dar lugar a una progenie idéntica, se dividen de manera funcionalmente asimétrica, de forma que una de las células hijas es y seguirá siendo igual que la célula madre manteniéndose el número de células pluripotenciales. Pero, la segunda célula hija, se diferencia, primero en la denominada Unidad formadora de Colonias que a su vez dará lugar a las células precursoras (Eritroide, Mieloide y Linfoide), de las que derivaran los diferentes tipos de células hematopoyéticas. El progenitor mieloide, es el precursor de los macrófagos, mastocitos y la serie granulocitica del sistema inmune. El progenitor linfoide dará paso a las diferentes líneas de linfocitos Macrófagos Están distribuidos por todos los tejidos y juegan un papel primordial en la Inmunidad innata, a través de la fagocitosis. Proceden de los Monocitos. Estos se forman en la médula ósea y entran en la circulación periférica (sangre), aún sin diferenciar. La maduración de estos tiene lugar cuando pasan a los tejidos convirtiéndose en Macrófagos. Durante el proceso de activación experimentan un gran aumento del citoplasma, (células epiteloides). Incluso, en algunos casos, se fusionan varios de ellos para dar lugar a células gigantes multinucleadas. Una vez en los tejidos, los macrófagos adoptan diferentes nombres en función del tejido donde se asienten. Entre sus funciones principales destacan:. Citocida Documento5 01/03/2007 Pag..1.9

6 . Presentación de antígenos. Eliminación de Inmunocomplejos. Liberación de citoquinas. Fagocitosis Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario Mastocitos Proceden igualmente de la línea mieloide. Residen fundamentalmente en las mucosas y tejidos epiteliales, cerca de los vasos, estando presentes en todos los tejidos vascularizados, excepto SNC y retina. Son uno de los principales mediadores en la respuesta alérgica, al expresar receptores de alta afinidad para IgE. Granulocitos Los granulocitos, o polimorfonucleares, se denominan así por presentar granulaciones en su citoplasma y núcleos lobulados de formas diversas. Hay tres tipos; Neutrófilos. Son los más abundantes, pero tienen una vida media muy corta. Su función principal es la fagocitaria y son los componentes más importantes de la respuesta inflamatoria aguda al responder muy rápidamente a los estímulos quimiotácticos. Sus gránulos citoplasmáticos contienen numerosas sustancias microbicidas. La principal diferencia, en cuanto a la función fagocitica entre los neutrofilos y los macrófagos, es que los primeros mueren tras la fagocitosis, siendo los componentes principales del pus; en cambio los macrófagos son células de vida larga Eosinófilos. Son abundantes en los infiltrados celulares de la inflamación tardia. Expresan en su superficie receptores para la IgE, y por ello son particularmente eficaces contra infecciones que estimulan la producción de este anticuerpo como los helmintos. De hecho, estos parásitos son mas eficazmente destruidos por las proteínas especializadas de los eosinófilos (proteína básica principal y proteína cationica eosinofilica) que por las lisoenzimas de neutrófilos y macrófagos. El crecimiento y diferenciación de los eosinófilos es estimulado por una citoquina (IL 5). Basófilos, tienen una acción muy similar a la presentada por los mastocitos, y como estos expresan receptores de alta afinidad para la IgE. Linfocitos Provienen de los progenitores linfoides. Son las únicas células del organismo capaces de reconocer específicamente diferentes determinantes antigénicos y responsables de las dos principales características del sistema inmunitario, como son la especificidady la memoria. Hay dos clases fundamentales de Linfocitos: Los linfocitos B y los linfocitos T. Los linfocitos B, una vez activados se transformaran en plasmocitos productores de anticuerpos, siendo las únicas células capaces de producirlos. Los linfocitos T, se subdividen en tres poblaciones Th, Tc y Tr). Se diferencian por que las tres presentan Documento5 01/03/2007 Pag..2.9

7 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario diferentes moléculas en su superficie. Los linfocitos que presentan en su superficie el complejo CD4, se denominan CD4+ o linfocitos T helper (LTh) y son esenciales para la activación de otras células como linfocitos B y macrófagos. Los CD8+ o linfocitos T citotóxicos (LTc) son los encargados de la destrucción de células alteradas o infectadas por organismos intracelulares. Los Linfocitos Tr, median la regulación de la respuesta inmunitaria. Existen varias subpoblaciones de linfocitos supresores. El receptor del linfocito B (BCR), es un anticuerpo anclado a la membrana. Una vez activado ese linfocito B secretara un anticuerpo con la misma especificidad. Tanto los linfocitos B como los T se originan en la médula ósea, pero solo maduran en ella los linfocitos B. Los linfocitos T, migran al Timo, de ahí su nombre, para madurar. Otro tipo de células linfoides que carecen de receptor específico son las denominadas células NK, y que serán objeto de un tema específico mas adelante. Órganos linfoides Pueden dividirse en: 1. Primarios o centrales que son aquellos en los que se producen y maduran los linfocitos, es decir la médula ósea y el timo.. Médula Ósea : La médula ósea es un tipo de tejido que se encuentra en el interior de los grandes huesos, sobre todo de los centrales del cuerpo como cráneo, vértebras (hueso irregular), costillas, esternón, cintura escapular y pelvis. Es donde se producen la generación, (Hematopoyesis), de todas las células sanguíneas y dentro de ellas, como es lógico, los linfocitos a partir de la célula Madre pluripotencial y donde maduran, en los mamíferos las células B. En la pubertad la hematopoyesis tiene lugar principalmente en el esternón, las vértebras y las costillas. La proliferación y maduración en la médula ósea de las células precursoras es estimulada por citoquinas, que reciben, en general el nombre de factores estimuladores de colonias (CSF).. Timo: Es un órgano bilobulado situado en el mediastino anterior. Es el lugar donde maduran los linfocitos T. Esquemáticamente presenta, la corteza, rica en Linfocitos T y la médula escasamente poblada de linfocitos. Dispersas por el timo existen diversos tipos de células epiteliales así como células dendríticas y macrófagos. Los linfocitos del Timo, llamados timocitos, se encuentran en diversos estados de maduración. En el proceso de maduración, solo son seleccionados para sobrevivir aquellos que no reconocen a los antígenos propios, por tanto solo lo harán frente a antígenos extraños (Selección negatriva). En su proceso de maduración los precursores se pueden distinguir por la expresión de diferentes moléculas en su superficie como son la CD44, CD25, CD3, CD4 y CD8. La mayoria de los timocitos (98%) mueren durante este proceso de maduración. Los macrofagos del timo eliminan continuamente las células muertas que no han completado su maduración. El timo presenta su máxima actividad en la juventud, produciéndose posteriormente su involución que se completa, aproximadamente, a los 30 años. 2. Secundarios o periféricos. Donde comienza la respuesta inmune adaptativa. Los Documento5 01/03/2007 Pag..3.9

8 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario agentes patógenos penetran en el organismo por muy diversas vías, pero al final van a ser dirigidos hacia los órganos linfoides secundarios donde se van a encontrar con los linfocitos. Los principales órganos linfoides secundarios serían: Ganglios linfáticos: El sistema inmunitario no inicia una respuesta inmunitaria adaptativa en los innumerables sitios en los que se puede establecer una infección, sino que captura parte de ese patógeno y lo conduce a los tejidos linfoides secundarios organizados Ganglios, Bazo y tejido linfoide. Los ganglios, son estructuras linfoides muy especializadas, donde, convergen los líquidos extracelulares. De esta manera, los antígenos que penetran por la piel u otras vías, terminan en los vasos linfáticos, siendo así, transportados a los ganglios. De esta manera, el Sistema linfático proporciona el mecanismo básico de recolección de antígenos. El ganglio, internamente esta constituido por una corteza externa, en las que hay agregados de células constituyendo los folículos. Dentro de estos existen los folículos primarios, que son aquellos en los que se encuentran los linfocitos B en reposo. Cuando entran en contacto con el antígeno se transforman en los folículos secundarios donde se desarrolla el Centro Germinal. En este Centro germinal se produce la maduración y diferenciación de los linfocitos B hasta células plasmáticas, o o células de memoria que quedan en su mayoría retenidas en el ganglio o migrando, en su gran mayoría hacia la médula osea. La parte mas interna del ganglio contiene la médula con linfocitos y fagocitos mononucleares. La linfa que penetra en el ganglio, se filtra a través de la corteza y la médula y sale a través de un único vaso eferente. Mientras que los folículos son ricos en células B, la médula lo es en linfocitos T. El bazo, recolecta antígenos procedentes de la sangre, así como glóbulos rojos viejos. La mayoría del bazo, esta constituido por la pulpa roja, donde se encuentran los eritrocitos, rodeando a de la pulpa blanca. Esta está constituida por una acumulación de linfocitos T rodeados de una corona de células B. En estas zonas, se encuentran folículos linfoides, algunos de ellos con centro germinal. La funcionalidad del bazo y los ganglios es muy similar. La principal diferencia es que en el bazo, se produce la respuesta a antígenos procedentes de la sangre, mientras que en los ganglios se produce frente a antígenos procedentes de tejidos,. Recolectados por medio de la linfa. El Tejido linfoide asociado a intestino (GALT), incluye amígdalas, adenoide, apéndice y unas estructuras especializadas del intestino delgado denominadas Placas de Péyer. Se encargan de recolectar los antígenos procedentes del epitelio gastrointestinal. En las placas de Péyer, el antígeno se captura por unas células epiteliales especializadas denominadas células M. Igualmente hay Tejido linfoide asociado a bronquios (BALT) a mucosas (MALT) y a dermis y epidermis. Estos están constituidos por una gran masa de linfocitos B rodeados de unos pocos linfocitos T. Por último, en ciertos lugares, de intensa respuesta inmunitaria, se pueden formar tejidos linfoides ectópicos. Parece ser que la producción local de citoquinas, particularmente linfotoxina provoca la formación de tejido linfoide ectópico. Documento5 01/03/2007 Pag..4.9

9 Recirculación de los linfocitos Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario Los linfocitos, que han madurado en médula y timo, y que todavía no se han encontrado con el antígeno se denominan linfocitos vírgenes. Estas células circulan continuamente entre la sangre y los tejidos linfoides periféricos. Cuando existe una infección los linfocitos se detienen en los órganos linfoides donde proliferan y se convierten en células efectoras, capaces de combatir la infección. Así pues y como vemos los linfocitos están en continua circulación, y los que están en la sangre (Hemograma), son solo una pequeña porción de los que están circulando por los distintos tejidos. Existen cuatro patrones principales de migración de linfocitos: Migración de los precursores entre los tejidos linfoides primarios Migración de los linfocitos vírgenes a los tejidos linfoides secundarios Migración de los linfocitos activados de los tejidos linfoides a los focos de inflamación. Migración de células entre los distintos tejidos linfoides secundarios. Migración de los precursores entre los tejidos linfoides primarios Los precursores de las células T originadas en la médula ósea, abandonan la misma, circulan por la sangre y penetran en la corteza tímica. Estas células denominadas ahora Timocitos, son estimuladas para proliferar. Estas células supervivientes, migran desde la corteza del timo a la médula y finalmente son liberadas a la periferia como células T maduras y vírgenes. En el caso de los linfocitos B al producirse la formación y maduración en la médula no se produce circulación a este nivel. Migración de los linfocitos vírgenes a los tejidos linfoides secundarios La extravasación de los linfocitos desde la sangre al interior del ganglio linfático, se produce de forma selectiva por la existencia de vénulas especializadas en el interior del ganglio. Estas venas, se hallan revestidas de células endoteliales y que le dan un aspecto morfológico distinto al resto del sistema venoso y que por ello se denominan vénulas endoteliales altas (HEV). Estas HEV se encuentran también en otros tejidos linfoides pero faltan en el bazo. La forma en que se produce la extravasación, es por la mayor adhesividad de este tipo de endotelio. En condiciones normales los linfocitos colisionan al azar, y o bien rebotan o se adhieren al endotelio durante una fracción de segundo antes de ser arrastrados por la corriente sanguínea. En cambio en las HEV, la unión perdura durante mas tiempo, lo que permite que se refuerce la unión. El linfocito, así comienza a rodar por la superficie de la vena, para finalmente y una vez fijado mas firmemente pasar a través de los espacios intercelulares al interior del tejido linfoide. La unión de los linfocitos al endotelio esta mediado a unos ligandos expresados en las células endoteliales, que de modo general se denominan moléculas de adhesión. En este caso se conocen particularmente como diriginas. Estas diriginas se unen específicamente a otra molécula situada sobre la superficie de los linfocitos T vírgenes que se denomina Selectina L. Si estos linfocitos no interactuan con su antígeno, salen del ganglio y regresan al sistema circulatorio, vía conducto torácico. Documento5 01/03/2007 Pag..5.9

10 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario Migración de los linfocitos activados de los tejidos linfoides a los focos de inflamación. Una vez activados, los linfocitos T ya no se asientan eficazmente en los ganglios linfáticos por que expresan niveles inferiores de Selectina L. En cambio si lo hacen con eficacia en los focos inflamatorios, que son, a menudo, los lugares de entrada y persistencia del antígeno. La razón de esto es que los estímulos producidos en el proceso inflamatorio, aumentan la expresión de otras moléculas de adhesión en las células T activadas, en este caso denominadas Integrinas, y a su vez aumentan la expresión de sus correspondientes ligandos en las células endoteliales del foco inflamatorio. Migración de células entre los distintos tejidos linfoides secundarios. Los linfocitos que recirculan son células de vida larga, que pueden penetrar en los ganglios linfáticos, bien a través de los canales aferentes, o bien a través del endotelio vascular por los mecanismos citados anteriormente. Moléculas de adhesión al disociar mecánicamente las células de dos especies diferentes de esponjas marinas, y colocar en medio líquido una mezcla de ellas, éstas se reúnen nuevamente formando las mismas esponjas originales. Se demostró así, que las células de un organismo multicelular se reconocen entre sí y se adhieren específicamente. Este proceso está basado en la presencia de moléculas específicas, denominadas "Moléculas de Adhesión Celular" (CAMS, Las CAMs son glicoproteínas mediante las cuales se efectúan las interacciones específicas célulacélula y célula matriz. Estas glicoproteínas tienen en un extremo un grupo carboxilo. El otro extremo, extracelular, es un grupo amino, que da la especificidad a la molécula para unirse a otras CAMS. Todas las funciones biológicas parecen requerir, o son influenciadas, por estas interacciones, especialmente la embriogénesis, la forma celular, el desarrollo tisular, la adhesión celular, la migración de células, los procesos inflamatorios e inmunológicos y muchos otros. La expresión de las distintas moléculas sobre la superficie de los leucocitos depende de la línea celular y del estado de activación y diferenciación. Según sea el agente inductor variara el tipo de molécula expresada. Así distintos grupos de citoquinas inducen la expresión de grupos diferentes de moléculas de adhesión endoteliales. Asimismo los mediadores del proceso inflamatorio también inducen la expresión de un determinado tipo de moléculas de adhesión. Las principales familias de moléculas de adhesión estructuralmente emparentadas serian las siguientes: Selectinas Integrinas Inmunoglobulinas Carbohidratos Documento5 01/03/2007 Pag..6.9

11 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario Selectinas Son una grupo de tres moléculas que se denominan genéricamente Moléculas de adhesión tipo lectina (LECAM), que median la adhesión de los leucocitos a las células endoteliales. Estructuralmente presentan un glucoproteína transmembrana, una serie de carbohidratos denominados lectinas de tipo C, un dominio homologo al factor de crecimiento epidérmico, otros dominios, relacionados con las proteínas de control el Complemento y un extremo amino terminal externo. La unión de la selectina con su correspondiente ligando es dependiente de Ca++. La Selectina L o CD62L, es, como ya hemos visto el factor que actúa como asentamiento de los linfocitos en las HEV. Pero no sólo se expresa en los linfocitos, sino que también lo hace en otras células como neutrófilos para facilitar su persistencia en los focos inflamatorios. Una propiedad de esta selectina es que la unión de la misma a su es de baja afinidad, aunque lo suficiente como para permitir las rodadura de la célula (rolling). La Selectina E conocida también como ELAM 1 o CD62E, es expresada únicamente por las células endoteliales activadas por citoquinas. El ligando de la selectina E en los linfocitos se conoce como CLA 1, (Cutaneus Lymphocyt antigen 1), y se le ha involucrado con el asentamiento de linfocitos T en la piel. En general la expresión de selectina E en las células endoteliales es un distintivo de la inflamación aguda. La Selectina P o CD62P, se identifico por primera vez en las plaquetas, de ahí su nombre., aunque como la E, se expresa también en células endoteliales. Media la unión de neutrófilos y monocitos. Su expresión, aumenta en el foco inflamatorio. La falta la expresión de los ligandos para aquellas se produce el Síndrome de deficiencia de adhesión leucocitaria de tipo II Integrinas Son proteínas heterodiméricas, (cadenas α y β) que actúan fundamentalmente como moléculas de adhesión, aunque también pueden hacerlo como transmisoras de señales. Existen varias subfamilias denominadas en función de la cadena común que comparten (α 3 β 1, α 4 β 1,α 1 β 2 etc.). Una característica de las integrinas es que a partir de las señales intracelulares generadas en la célula a partir de otros receptores, por ejemplo TCR o citoquinas, se produce una señal, denominada Dentro Fuera, por el cual aumenta la afinidad de las integrinas por su ligando. Una vez unido al ligando, las integrinas proporcionan una señal, ahora Fuera Dentro, a la célula, que por ejemplo pueden favorecer la expresión de los genes de citoquinas. En general se van a expresar en linfocitos T, linfocitos B y monocitos La subfamilia β 2, representado por LFA 1, o también CD11aCD18, comparten la cadena CD18, es expresado por mas del 90% de los timocitos y las células T maduras. Media en la adhesión de los linfocitos al endotelio y en la adhesión de los linfocitos T a las CPA (Células presentadoras de antígeno). Sus ligandos correspondientes son ICAM Documento5 01/03/2007 Pag..7.9

12 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario 1 (Molécula de adhesión intercelular), ICAM 2 e ICAM 3, y su avidez por ellos aumenta después de la estimulación de los Linfocitos T a través de su TCR. Se ha demostrado que el ligando de LFA 1, ICAM 1 es un receptor específico para los rinovirus, agentes causantes del resfriado común. Ciertas citoquinas pueden aumentar la avidez de esta integrina por los ligandos que se expresan en las células endoteliales. Esto hace que se favorezca la migración de los linfocitos T a los focos inflamatorios. Así las principales moléculas de esta subfamilia serian: Molécula Cadenas Ligandos Expresión LFA 1 αlβ2 CD11aCD18 ICAM 1,2,3 Leucocitos CR3 αmβ2 CD11bCD18 ICAM 1,2; ic3b, ic4b Fagoc y Neutrófilos CR4 αxβ2 CD11cCD18 Macrófagos La deficiencia de estas integrinas lleva a la deficiencia de adhesión leucocitaria de tipo I, caracterizada sobre todo por infecciones bacterianas y micoticas recurrentes y severas. Otra de las subfamilias es la β1. Comparten la cadena CD29, y se denominan en general, VLA (Very Late Antigens), ya que aparecen de 2 a 4 semanas después de la activación de los linfocitos T. Tres de los miembros de esta familia, los VLA 4, 5 y 6, se expresan sobre los linfocitos en reposo. El ligando de VLA 4, denominado VCAM 1, se expresa en células endoteliales activadas por citoquinas. De este modo esta pareja, al igual que LFA 1 con ICAM 1, vista con anterioridad pueden controlar la salida de los linfocitos de los vasos sanguíneos hacia los focos inflamatorios. Las principales moléculas de esta familia serian: Molécula Cadenas Ligandos Expresión VLA 1 Α1β1 CD49aCD29 Colágeno y Laminina LT, Fibroblastos VLA 2 Α1β1 CD49bCD29 Colágeno y Laminina LT y plaquetas VLA 3 Α1β1 CD49cCD29 Colágeno, Laminina y Riñón y Tiroides Fibronectina VLA 4 Α1β1 CD49dCD29 VCAM 1 y Fibronectina LT, LB, Monocitos VLA 5 Α1β1 CD49eCD29 Fibronectina Leucocitos, Plaquetas VLA 6 Α1β1 CD49fCD29 Laminina Leucocitos, Plaquetas Inmunoglobulinas Son conocidas primordialmente por su función de anticuerpos, aunque algunas de ellas se expresan o inducen sobre el endotelio y actúan como moléculas de adhesión. Así ICAM 1, como vimos el ligando de LFA 1, se expresa también sobre la superficie de linfocitos, contribuyendo a la adhesión entre los linfocitos T y entre estos y las CPAs, teniendo por ello un importante papel en la presentación antigénica. Por otra parte ICAM 2, perteneciente también a esta subfamilia, solo se expresa en la superficie de células endoteliales. Otra importante molécula de adhesión perteneciente a esta subfamilia es la VCAM 1 o CD106. Es como se ha visto receptor de la integrina VLA 4, y es expresada sobre todo por Documento5 01/03/2007 Pag..8.9

13 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario células endoteliales activadas. También es expresada en células dendríticas foliculares, participando ene l adhesión de estas a los linfocitos B. Por último la molécula PECAM 1. Es importante, al encontrarse en los espacios intercelulares, para la extravasación leucocitaria. Se ha postulado que su interacción con los linfocitos es una señal de activación de las integrinas, actuando mas como una señal que como molécula de adhesión. Asimismo parece ser que tiene una función limitante de la permeabilidad vascular. PAPEL DE LAS MOLECULAS DE ADHESIÓN EN LA INFLAMACIÓN La primera etapa en el fenómeno inflamatorio es el rodamiento de los leucocitos sobre la pared endotelial, tal y como hemos visto con anterioridad. Esto da lugar a la adhesión de las células a la pared, gracias a la expresión de moléculas de adhesión tanto en los linfocitos y otras células como en el endotelio como consecuencia de la liberación de ciertas citoquinas proinflamatorias. Como consecuencia de esta adhesión del leucocito, se produce la extravasación y correspondiente salida de estos del torrente circulatorio hacia el foco inflamatorio. PAPEL DE LAS MOLECULAS DE ADHESIÓN EN LAS METASTASIS Muchas Células tumorales expresan receptores de adhesión idénticos a los expresados por los leucocitos. Como consecuencia de ello, las células cancerosas desprendidas del tumor primario van a ser capaces de fijarse a determinados endotelios y con ello colonizar y provocar un tumor secundario. La importancia de esto radica es que interfiriendo por medio de determinadas sustancias la expresión de estas moléculas se puede, en teoría disminuir la capacidad mestatásica de un tumor. Documento5 01/03/2007 Pag..9.9

14 TEMA 3. MOLECULAS DE ADHESION. RECIRCULACION LINFOCITARIA Los leucocitos vigilan constantemente nuestro organismo utilizando el sistema circulatorio; cuando se detecta una infección las células atraviesan la pared de los vasos y se dirigen al sitio de infección. Todo ello es posible gracias a la existencia de las llamadas moléculas de adhesión, que detienen a los leucocitos en la pared de los vasos locales (del tejido infectado) y los inmovilizan hasta que la acción de otros mediadores (las quimiocinas) los dirigen hacia el foco de infección. MOLÉCULAS DE ADHESION CELULAR Las células de nuestros tejidos se mantienen unidas gracias a las interacciones moleculares que hay entre ellas. En cambio, las células del SI pueden atravesar de una a otra parte del organismo. Lo curioso es que las mismas moléculas que se utilizan para mantener juntas a las células de los tejidos (Moléculas de adhesión celular = CAMs) se usan por os leucocitos para interaccionar con las células de los tejidos. El endotelio vascular actúa de portero, regulando el paso de moléculas y células desde la sangre a los tejidos; el proceso, en lo que se refiere a las células, se denomina extravasación. Para que los linfocitos alcancen los órganos linfoides periféricos o los sitios de inflamación Las células endoteliales expresan CAMs que son específicas para los leucocitos, aunque algunas de ellas se expresan constitutivamente y otras lo hacen solo en respuesta a la concentración local de citocinas inflamatorias que se producen durante una respuesta inflamatoria. Aquellas células circulantes con un receptor que se une a las CAMs que hay sobre las células del epitelio vascular son las que pueden extravasarse a los tejidos. Los linfocitos recirculantes tienen receptores que se fijan a las CAM del endotelio vascular, lo que les permite extravasarse hacia los tejidos. Además de su papel en la unión de los leucocitos a las células endoteliales las CAMs que hay sobre los leucocitos aumentan la fuerza de las interacciones funcionales entre las células del SI. Hay varias moléculas de adhesión que contribuyen a las interacciones entre: Células Th y CPAs Th y células B Células Tc y células blanco La mayoría de las CAMs pertenecen a cuatro familias de proteínas, que son: Selectinas Tipo mucina Integrinas Inmunoglobulinas (Ig) Selectinas Son glucoproteínas de membrana que tienen un dominio extracelular tipo lectina, lo que les permite unirse de forma específica a grupo de hidratos de carbono (azúcares). La interacción primaria de las selectinas es con una porción hidrocarbonada que tiene ácido siálico (sialilada) y que se denomina sialil-lewis x y que se encuentra unida con frecuencia a las moléculas tipo mucina. La familia incluye tres moléculas, llamadas:

15 L-Selectina (CD62L) que se expresa sobre la mayoría de los leucocitos circulantes E-Selectina (CD62E) que se expresa sobre las células endoteliales durante una respuesta inflamatoria, tras la estimulación de su síntesis por citocinas proinflamatorias P-Selectina (CD62P), se almacena en unos gránulos de las células endoteliales (llamados de Weibel-Palade) que, tras la estimulación de la célula endotelial, se funden con la membrana plasmática quedando las P-Selectinas sobre la superficie celular. La mayoría de los leucocitos circulantes expresan L-Selectina, mientras que las otras dos se expresan sobre las células endoteliales durante la respuesta inflamatoria. Estas selectinas son las responsables de la adhesión inicial de los leucocitos al endotelio vascular. Mucinas Constituyen un grupo de proteínas ricas en serina y treonina y muy glucosiladas. Su estructura extendida les permite presentar porciones como sialil-lewis y otras estructuras hidrocarbonadas para que se capturen por las selectinas. Integrinas Son proteínas hetero-diméricas con una cadena α y otra β, asociadas de forma no covalente, que se expresan sobre la superficie celular. La mayoría interacciona con las moléculas de la matriz extracelular y mantienen la estructura de los tejidos en todo el organismo. Algunas subfamilias (con una subunidad común) se unen a las moléculas de adhesión de la superficie celular e intervienen en las interacciones célula-célula. Los leucocitos expresan una subfamilia específica de integrinas (conocida como β2), así como otras varias, que también se expresan sobre otros tipos celulares. Las β2 se unen a las proteínas de la SPF de las Ig, y a proteínas asociadas a la respuesta inflamatoria. Algunas integrinas necesitan activarse para unirse con alta afinidad a sus ligandos y su agrupamiento sobre la membrana celular aumenta la probabilidad de unión efectiva. Su importancia se refleja en la deficiencia de adhesión de los leucocitos (LAD) tipo 1, unas enfermedades autosómica recesiva que se caracteriza por la presencia de infecciones bacterianas recurrentes y dificultad para curar las heridas. Una deficiencia similar se ve en individuos que tienen alterada la expresión de selectinas y se denomina LAD tipo 2. La combinación de integrinas que expresa un tipo dado de célula es lo que la permite unirse a las diferentes CAMs que hay sobre la superficie del endotelio vascular. Superfamilia de las Ig (ICAMs) Esta SPF incluye moléculas de adhesión con dominios tipo Ig, como ICAM-1 (CD54), ICAM-2 (CD102), ICAM-3 (CD50) y VCAM (CD106), que se expresan sobre las células del endotelio vascular y se unen a varias moléculas de integrinas. Hay una molécula de adhesión (llamada MadCAM-1) que tiene dominios tipo Ig y tipo mucina, que se expresa sobre el endotelio de la mucosa y dirige la penetración de los linfocitos en la misma; se une a una integrina vía dominio tipo Ig y a L-Selectina vía dominio tipo mucina. También hay adhesiones homotípicas entre miembros de la SPF..

16 La molécula PECAM-1 ([molécula 1 de adhesión células endoteliales-plaquetas] CD31) está en la superficie de leucocitos (neutrófilos, monocitos y un subtipo de linfocitos T) y en complejos que unen a las células endoteliales. Presenta unión homotípica, donde el PECAM-1 de una célula se une al PECAM-1 de otra. La molécula de adhesión JAM-1 (CD321) también se encuentra en las uniones endoteliales y puede interaccionar consigo misma y con Integrinas, lo que le otorga un papel en la migración trans-endotelial. También puede encontrarse unión homotípica entre miembros de la SPF Ig en otros tipos celulares, como ocurre con L1 y NCAM sobre las células neurales. Ejemplos de moléculas de adhesión celular (CAM) de distintas familias Tipo mucina Selectinas SPF Ig Integrinas GliCAM-1 Selectina L ICAM-1, 2 y 3 VLA-4 (α 4 β 1 ) CD34 Selectina P VCAM-1 VLA-6 (α 6 β 1 ) PSGL-1 Selectina E LFA-2 (CD2) LFA-1 (α 1 β 2 ) MadCAM-1 LFA-3 (CD58) MaC-1 (αmβ 2 ) MadCAM-1 RECIRCULACION DE LOS LINFOCITOS Al contrario del resto de las células, los linfocitos recirculan constantemente a través de la sangre, la linfa y los órganos linfoides secundarios. Tras un breve tránsito por la sangre (unos 30 m.) casi el 45% de ellos la abandona directamente a través del bazo, donde residen aproximadamente unas 5 horas. Una cantidad casi igual de linfocitos (42%) sale de la sangre a través de los ganglios linfáticos, donde residen unas 12 horas. Un número pequeño de linfocitos (10%) migra a los tejidos extralinfoides terciarios atravesando a través de las células endoteliales de los capilares. Estos tejidos normalmente albergan pocos (o ninguno) linfocitos a menos que se reclamen por la presencia de una respuesta inflamatoria. Los tejidos terciarios extra-linfoide más activos son lo que forman la interfase con el exterior, tales como piel y epitelios mucosos gastrointestinales, pulmonares y genito-urinarios. La recirculación mantiene una dotación óptima de linfocitos específicos distintos, que pueden encontrar a cualquier antígeno. Un linfocito individual hace el circuito sangre tejidos linfa sangre entre una y dos veces diarias. Como solo uno entre linfocitos reconoce un antígeno particular parece que este mecanismo permite a un ayor número de células T y B reconocer al antígeno (sobre células presentadoras o en forma soluble) y desencadenar la respuesta adaptativa en menos tiempo. Los contactos entre células presentadoras y células T se aumentan mucho gracias a los factores que regulan, organizan y dirigen la circulación de linfocitos y células presentadoras de antígenos. PASO DE LOS LINFOCITOS A TRAVÉS DEL ENDOTELIO VASCULAR 1.- Por las vénulas endoteliales altas Aunque algunos linfocitos abandonan la sangre a través de vénulas no especializadas, la ruta de salida principal en los mamíferos es a través de una sección especializada de las vénulas post-capilares que se conocen como vénulas endoteliales altas (HEV). Estas HEV abundan en la zona para-cortical de los GL, son menos abundantes en la zona cortical y faltan en la zona medular. Además de en los GL, las HEV también se encuentran en el MALT (Tejido linfoide asociado a las mucosas) y en el timo. Algunos linfocitos, principalmente los T, llegan a través de los vasos linfáticos aferentes (en lugar de a través de las HEV), que es la ruta principal de llegada de los antígenos al GL.

17 Las HEV son estructuras permanentes de los tejidos linfoides secundarios, pero también pueden desarrollarse a partir del epitelio normal en los sitios de reacciones inflamatorias crónicas; esto puede significar que las células T específicas tengan una vía directa de acceso (a través de las HEV recién formadas) a la zona inflamatoria. El movimiento de los linfocitos a través del endotelio vascular se controla mediante moléculas de adhesión y quimiocinas, como p.e.: Mad-CAM-1 que se expresa en las células endoteliales de los tejidos intestinales VCAM-1 que está presente en las células endoteliales de pulmones y piel En los linfocitos hay otras moléculas que, interaccionan directamente con estas moléculas de adhesión, les llevan directamente a órganos concretos. En el caso del intestino son las integrinas alfa4beta7 (a4b7) las que median la adhesión de los linfocitos en las HEV de las Placas de Peyer (que expresan Mad-CAM-1). Extravasación de los linfocitos Varios subtipos de linfocitos presentan una extravasación dirigida a los sitios inflamatorios y órganos linfoides secundarios. La recirculación está cuidadosamente controlada para asegurar el reclutamiento apropiado de poblaciones T y B hacia los diferentes tejidos. Como ocurre con los neutrófilos, la extravasación de linfocitos incluye una serie de interacciones entre moléculas de adhesión y las cuatro fases de rodamiento, activación, detención y adhesión y, finalmente, migración trans-endotelial. Las vénulas con endotelios altos (vénulas endoteliales altas o HEV) son los sitios de extravasación de los linfocitos Algunas regiones del endotelio vascular de las vénulas post-capilares de distintos órganos linfoides están compuestas por células especializadas de formas cuboides y rechoncha (son altas ), denominándose a estas regiones vénulas endoteliales altas o HEV. El aspecto de sus células contrasta mucho con el aplanado de las células endoteliales que recubren el resto del capilar. Todos los órganos linfoides secundarios, con excepción del bazo, contienen HEV. Cuando se incuban con linfocitos cortes de ganglios linfáticos, placas de Peyer o amígdalas y se lavan luego para eliminar a las células no fijadas, cerca del 85% de las células fijadas están adheridas a las HEV, aunque estas vénulas representan solo el 1-2% del área total del corte. Se estima que cada segundo se extravasan, a través de las HEV, unos linfocitos en un solo ganglio linfático. Las citocinas producidas en respuesta a la captación de antígenos está comprobado que intervienen en el desarrollo y conservación de las HEV en los órganos linfoides; por ejemplo, los animales criados en condiciones axénicas (sin gérmenes) no desarrollan HEVs, mientras que si se bloquea quirúrgicamente el linfático aferente del ganglio (con lo que bloquea la entrada de los antígenos) al cabo de poco tiempo las HEVs presentan pérdida de funcionalidad y pueden volver a una morfología más aplanada. Las HEV expresan una variedad de moléculas de adhesión. Como cualquier otra células del endotelio vascular expresan: E y P-Selectinas, moléculas tipo mucina (GlyCAM-1 y CD34) y moléculas de la superfamilia de las Ig(ICAm-1, ICAM-2, ICAM-3, VCAM-1 y MadCAM-1). A algunas moléculas de adhesión que se distribuyen específicamente en un tejido se les ha llamado adresinas vasculares pues dirigen la extravasación de diferentes poblaciones de linfocitos re-circulantes a órganos linfoides particulares. La figura 13-8 presenta las interacciones típicas en la extravasación de las células T vírgenes a través de las HEV en los ganglios linfáticos. El primer paso es, normalmente,

18 una interacción selectina-carbohidrato similar a la de la adhesión de los neutrófilos. Los linfocitos T vírgenes se unen inicialmente a las HEVs a través de L-Selectina, que sirve como un receptor de albergue que dirige los linfocitos a tejidos que expresan las correspondientes adresinas vasculares tipo mucina, tales como CD34 o GlyCAM-1. El rodamiento de los linfocitos es menos acusado que el de l os neutrófilos. Aunque la interacción inicial selectina-carbohidrato es muy débil, el flujo tan lento de la sangre en las vénulas post-capilares, especialmente en la región de HEV, reduce la probabilidad de que el flujo arrastre al linfocito que se arrastra. En el segundo paso, el estímulo de activación de las integrinas está mediado por quimiocinas que bien se sitúan sobre la membrana endotelial o se secretan localmente. El grueso glicocalix que recubre las HEV puede retener estos factores quimioatractantes in situ. La fijación de quimiocinas a los receptores que hay sobre los linfocitos, acoplados a G-proteína, lleva ala activación de las moléculas de integrina que sobre la membrana (como ocurre en la extravasación de los neutrófilos). Una vez activada la molécula de integrina interacciona con moléculas de la superfamilia de las Ig (p.e. ICAM-1), lo que permite a los linfocitos adherirse firmemente al endotelio. Los mecanismos moleculares que rigen el paso final, la migración trans-endotelial, parece que comprenden a las moléculas de adhesión PECAM-1 (CD31) y JAM-1 (CD321). El albergue de los linfocitos está dirigido por perfiles de receptores y señales La extravasación de los linfocitos es similar, en general, a la extravasación de los neutrófilos. Un carácter importante que distingue a ambos procesos es que los distintos subtipos de linfocitos migran diferencialmente a tejidos diferentes. Esta migración específica depende de combinaciones únicas de moléculas de adhesión y quimiocinas; los receptores que dirigen la migración de varias poblaciones de lilnfocitos a tejidos linfoides concretos y tejidos inflamatorios reciben el nombre de receptores de albergue o receptores guías. Los linfocitos vírgenes recirculan a los tejidos linfoides secundarios Los linfocitos vírgenes no son capaces de montar una respuesta inmune hasta que se han activado para pasar a células efectoras. La activación de las células vírgenes tiene lugar en un microambiente especializado en los tejidos linfoides secundarios (ganglios linfáticos periféricos, placas de Peyer, amígdalas y bazo). En este microambiente las células dendríticas capturan antígenos y los presentan a los linfocitos vírgenes; el resultado es que los linfocitos vírgenes se activan. Las células vírgenes no presentan preferencia por un tipo particular de tejido linfoide secundario, sino que circulan indiscriminadamente por todos los tejidos linfoides secundarios del cuerpo. La unión inicial de los linfocitos vírgenes a las HEV está generalmente mediada por la unión de L-Selectina del linfocito a moléculas de adhesión tales como GlyCAM-1 y CD34 sobre las HEV. Recientemente se ha encontrado que LFA-1 y VLA-4 también median el rodamiento en su conformación de baja afinidad (antes de la activación). Son las quimiocinas CCL21, CCL19 y CXCL12 las que inducen el cambio conformacional a la alta afinidad de LFA-1 y VLA-4, que lleva a la adhesión fuerte. Además de estas quimiocinas CXCL13 activa a las integrinas sobre las células B vírgenes. Otras quimiocinas atraen a las subpoblaciones de linfocitos a sus zonas en los ganglios linfáticos. El patrón de tráfico de las células T vírgenes está diseñado para tener a estas células recirculando constantemente a través de los tejidos linfoides secundarios, cuya función principal es atrapar a los antígenos de la sangre y los tejidos. Una vez que los linfocitos vírgenes encuentran a su antígeno atrapado en un tejido linfoide secundario se activan y aumentan su tamaño pasando a linfoblastos. La