Actualització en Immunologia ICE de la Universitat de Girona. 12 de novembre de 2004, Girona PROGRAMA IMMUNOLOGIA BATXILLERAT ÍNDICE

Transcripción

1 Dr. Jorge Lloberas Departament de Fisiologia, Facultat de Biologia Parc Científic de Barcelona, IRBB 1. El sistema immunitari. Actualització en Immunologia ICE de la Universitat de Girona 12 de novembre de 2004, Girona PROGRAMA IMMUNOLOGIA BATXILLERAT 2. Principals cèl lules del sistema immunitari i la seva funció. 3. Mecanismes de defensa específica. 4. Tipus de vacunes i mecanisme d actuació. 5. Trastorns i malalties relacionades amb la immunitat. LINFOCITOS Linfocito B Anticuerpos. BCR. Interacción Ag-Ab Ab.. Propiedades de los Ab s. Genes de la cadena pesada y ligera. Diversidad de los Ab s. Linfocito T TCR. Genes de las cadenas del TCR. Diversidad de los genes del TCR. T CÉLULAS PRESENTADORAS DE ANTÍGENO Macrófagos Células Dendríticas MHC de tipo I y de tipo II, Procesamiento y presentación de Ag,, Genes del MHC, Proceso de selección tímica, Interacción TCR-MHC. CÉLULAS NK Citotoxicidad mediada por Ab,, Citotoxicidad por perdida del ego. GRANULOCITOS ÍNDICE Neutrófilos, Mastocitos, Basófilos, Eosinófilos

2 CÉLULAS DEL SISTEMA INMUNITARIO ADAPTATIVO (ESPECÍFICO, ADQUIRIDO) Si requieren un proceso de aprendizaje y selección para actuar CÉLULAS DEL SISTEMA INMUNITARIO INNATO (NO-ESPECÍFICO, NATURAL) No requieren un proceso de aprendizaje y selección para actuar De: IMMUNOLOGYJ. KUBY 4TH EDITION LINFOCITOS De: IMMUNOLOGY i. ROITT. 4TH EDITION HARCOURT. Linfocitos B o T?

3 LINFOCITO B ETAPAS DE LA MADURACIÓN DE LOS LINFOCITOS B

4 ETAPAS DE LA MADURACIÓN DE LOS LINFOCITOS B Detalle EL RECEPTOR DE LINFOCITOS B BCR

5 ESTRUCTURA DE UN ANTICUERPO De: IMMUNOLOGY J. KUBY 4TH EDITION, 1999 Ed. W.H. Freeman ESTRUCTURA DE UN ANTICUERPO Cadenas Pesadas y ligeras. Dominio de unión al antígeno 1 2 La unión al antígeno está mediado por los dominios N-terminales. Cada lugar de unión al antígeno está formada por los dominios N-terminales de las cadenas ligeras y pesadas. Dado que las dos cadenas pesadas son iguales y las dos ligeras también, ambos lugares de unión al antígeno son iguales, es decir, tiene la misma especificidad por el antígeno.. De: IMMUNOLOGY J. KUBY 4TH EDITION, 1999 Ed. W.H. Freeman

6 ESTRUCTURA DE UN ANTICUERPO Dominio Variable Los dominios N- terminales que abarcan los lugares de unión al antígeno varian en su secuencia entre anticuerpos. Se les denomina dominios variables (V). Los subíndices (H o L) se utilizan para poner de relieve a que cadena pertenece el dominio. De: IMMUNOLOGY J. KUBY 4TH EDITION, 1999 Ed. W.H. Freeman ESTRUCTURA DE UN ANTICUERPO Regiones Hipervariables Algunas zonas de las regiones variables son extremadamente variables entre diferentes anticuerpos. Estas regiones se denominan Regiones Hipervariables.

7 ESTRUCTURA DE UN ANTICUERPO Localización de las regiones hipervariables Estas regiones hipervariables son las que contactan directamente con el antígeno, es decir conforman el lugar de unión al antígeno. Por ello estas regiones se les denomina Regiones Determinantes de Complementaridad ( CDRs) De: IMMUNOLOGY J. KUBY 4TH EDITION, 1999 Ed. W.H. Freeman ESTRUCTURA DE UN ANTICUERPO Dominio Inmunoglobulina y CDR s Los CDR se hallan en tres lazos separados que, en el anticuerpo plegado, quedan colocados de forma adyacentes. Esto es lo que permite formar el lugar de unión al antígeno e interactuar con él. Essential Immunology. I. Roitt. Blackwell Pub. Ltd. 2001

8 ESTRUCTURA DE UN ANTICUERPO 6 CDR s en 6 lazos Essential Immunology. I. Roitt. Blackwell Pub. Ltd De: FUNDAMENTAL IMMUNOLOGY W.E. PAUL 4TH EDITION LW&W ESTRUCTURA DE UN ANTICUERPO Topología del paratopo

9 ESTRUCTURA DE UN ANTICUERPO Antígeno y Epítopos EPÍTOPO ANTÍGENO INTERACCIÓN ANTÍGENO-ANTICUERPO Interacciones débiles Ag + Ab Ag-Ab Aplicando la Ley de Acción de masas: K eq = [Ag-Ab] [Ag] x [Ab]

10 INTERACCIÓN ANTÍGENO-ANTICUERPO Concepto de Avidez La fuerza de la unión entre un Ag con muchos determinantes y Abs multivalentes. K eq = 10 4 Afinidad 10 6 Avidez Avidez INTERACCIÓN ANTÍGENO-ANTICUERPO Reacción cruzada La capacidad de un solo lugar de unión al epítopo para reaccionar con mas de un determinante antigénico. La capacidad de una población de Ab para reaccionar con mas de un Ag. Reacciones Cruzadas Anti-A Ab Anti-A Ab Anti-A Ab Ag A Ag B Epítopo Compartido Ag C Epítopo Similar

11 ESTRUCTURA DE UN ANTICUERPO Isotipos y Subtipos De: IMMUNOLOGY J. KUBY 4TH EDITION, 1999 Ed. W.H. Freeman PROPIEDADES DE LOS ANTICUERPOS De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION, 2002 Ed. W.H. Freeman

12 PROPIEDADES DE LOS ANTICUERPOS Neutralización PROPIEDADES DE LOS ANTICUERPOS Opsonización y Fagocitosis

13 PROPIEDADES DE LOS ANTICUERPOS Citotoxicidad mediada por anticuerpos (ADCC) PROPIEDADES DE LOS ANTICUERPOS Anticuerpos en inmunización pasiva Essential Immunology. I. Roitt. Blackwell Pub. Ltd. 2001

14 PROPIEDADES DE LOS ANTICUERPOS Anticuerpos en mucosas y secreciones Secreción de IgA e IgM a través de la superficie epitelial IgG, IgD e IgE se pueden encontrar solo en el interior del cuerpo, en suero y en linfa. IgA e IgM también se encuentran en el suero y en la linfa, pero además se encuentran en las secreciones como mucosas, saliva y lágrimas. Las IgA e IgM que se encuentran en las secreciones difieren de las encontradas en el suero por la presencia de un componente denominado Componente Secretor. Este componente es adquirido por IgA o IgM cuando estas deben atravesarla barrera de célula epiteliales. De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION, 2002 Ed. W.H. Freeman ETAPAS DE LA MADURACIÓN DE LOS LINFOCITOS B Detalle

15 GENES DE LAS CADENAS PESADA Y LIGERAS DE LOS ANTICUERPOS REORGANIZACIÓN DEL GEN DE LA CADENA PESADA Durante la maduración de la célula B, los genes de las inmunoglobulinas sufren un proceso de reorganización.

16 REORGANIZACIÓN DEL GEN DE LA CADENA LIGERA EXPRESIÓN DE LOS GENES DE LA CADENA PESADA Y DE LA CADENA LIGERA

17 LOCALIZACIÓN DE LAS REGIONES VARIABLES En las CADENAS PESADAS, los segmentos V, D y J codifican para el dominio variable, mientras que el segmento C codifica para el dominio constante. En las CADENAS LIGERAS los segmentos V y J codifican para el dominio variable mientras que el dominio C está codificado por la región constante. De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION, 2002 Ed. W.H. Freeman EXCLUSIÓN ALÉLICA Exclusión alélica Janeway et al.: Inmunobiología. Masson, Barcelona, 2000 Tenemos dos copias (alelos) de cada gen, uno heredado del padre y otro de la madre. En muchos casos ambos genes se expresan. Los genes de los anticuerpos difieren ligeramente! Solo se expresa un alelo de la cadena pesada y uno solo de la cadena ligera. Este fenómeno se denomina EXCLUSIÓN ALÉLICA (un alelo es excluido) La exclusión alélica asegura que cada célula B sintetice un solo anticuerpo con una sola especificidad.

18 DIVERSIDAD EN LOS ANTICUERPOS Mecanismos que contribuyen a la generación de diversidad de anticuerpos en la respuesta primaria en el ratón. H κ λ Genes germinales Segmentos V Segmentos J Segmentos D Combinaciones V x J x D Cadenas H y L H x κ 1-4 x 10 7 H x λ 5-10 x 10 4 Mecanismos de diversidad de la unión En la respuesta secundaria hay que añadir los mecanismos de maduración de la afinidad. De: INMUNOLOGIA BASICA, A. CELADA, Ed. LABOR ETAPAS DE LA MADURACIÓN DE LOS LINFOCITOS B

19 LINFOCITO T ETAPAS DE LA MADURACIÓN DE LOS LINFOCITOS T Detalle

20 EL RECEPTOR DE LINFOCITOS T TCR EL RECEPTOR DE LINFOCITOS B Analogías entre en BCR y el TCR De: IMMUNOLOGY J. KUBY 4TH EDITION, 1999 Ed. W.H. Freeman

21 ESTRUCTURA Y DOMINIOS DEL TCR kd kd

22 GENES DE LAS CADENAS DEL TCR

23 REORGANIZACIÓN Y TRANSCRIPCIÓN DE LOS GENES DE LAS CADENAS α Y β DEL TCR TRADUCCIÓN DE LOS GENES DE LAS CADENAS α Y β DEL TCR

24 LOCALIZACIÓN DE LAS REGIONES VARIABLES E HIPERVARIABLES EN EL TCR Hay exclusión alélica en la cadena β del TCR. La exclusión alélica en la cadena α es escasa o nula. Por este motivo: 1. Se expresan reordenamientos productivos de los dos alelos. 2. De hecho hay dos TCR con especificidades distintas en un mismo linfocito T. 3. Este fenómeno se da en un 30% de los linfocitos maduros periféricos. 4. Función de esta biespecificidad? DIVERSIDAD EN EL TCR Contribución de los distintos mecanismos para generar la diversidad del TCR. Mecanismo α TcR αβ β γ TcR γδ δ Segmentos variables (V) Segmentos de diversidad (D) Segmentos D leídos en los 3 marcos de lectura - Frecuen te - Frecuente Región n de diversificación n N V-J V-D, D-JD V-J V-D1, D1-D2, D2, D1-J Segmentos de unión n (J) Combinaciones de los segmentos variables Repertorio potencial con diversidad de unión De: INMUNOLOGIA BASICA, A. CELADA, Ed. LABOR. 1994

25 ETAPAS DE LA MADURACIÓN DE LOS LINFOCITOS T Detalle LINFOCITO T un momento por favor

26 CÉLULAS PRESENTADORAS DE ANTÍGENO LINFOCITO B MACRÓFAGO CÉLULA DENDRÍTICA Vías de diferenciación de la célula madre pluripotente hematopoyética en la médula ósea. De: IMMUNOLOGYJ. KUBY 4TH EDITION

27 1 EL SISTEMA MONOCÍTICO Monocitos De: IMMUNOLOGY i. ROITT. 4TH EDITION HARCOURT.

28 2 EL SISTEMA DENDRÍTICO TRENDS in Immunology Vol.22 No.12 December 2001 Células Dendríticas

29 Células Dendríticas De: IMMUNOLOGY i. ROITT. 4TH EDITION HARCOURT. GRANDES DIFERENCIAS Y SIMILITUDES

30 MAPA GENÉTICO DEL LOCUS DEL SISTEMA HLA O MHC EN HUMANOS Cromosoma 6 HLA: Human Leucocyte Antigens MHC: Major Histocompatibility Complex Expresión diferencial de las moléculas del MHC Tejidos MHC clase I MHC clase II Células T +++ +/- (hombre) Células B Macrófagos Otras APC Células epiteliales del timo Neutrófilos Hepatocitos + - Riñón + - Cerebro + - Eritrocitos - - La activación celular afecta al nivel de expresión del MHC El patrón de expresión refleja la función de las moléculas del MHC: La clase I está involucrada en la respuesta inmunitaria anti-viral La clase II está involucrada en la activación de otras células del sistema inmune

31 PRESENTACIÓN DE ANTÍGENOS DE ORIGEN INTERNO Moléculas del Complejo Principal de Histocompatibilidad de clase I (MHC I) Moléculas del Complejo Principal de Histocompatibilidad de clase I (MHC I) MHC clase I acomoda péptidos de 8 a 10 aminoácidos

32 Los péptidos eluidos de las moléculas del MHC tienen diferentes secuencias pero contienen motivos comunes Los péptidos unidos a un tipo particular de molécula de MHC de clase I tienen un patrón conservado de aminoácidos Una secuencia común en un péptido antigénico que se une a una molécula del MHC se denomina MOTIVO Los aminoácidos comunes a muchos péptidos unen el péptido a los anclajes de la molécula de MHC RESIDUOS DE ANCLAJE Los aminoácidos de unión no han de ser idénticos necesariamente pero como mínmo han de tener ciertas características comunes Y & F son aromáticos V, L & I son hidrofóbicos Las cadenas laterales de los residuos de anclaje se unen a BOLSILLOS en la molécula del MHC N T Y Q R T R L V S Y F P E I H I K Y Q A V T T L S Y I P S A K I R G Y V Y Q Q L S I I N F E K L A P G N Y P A L C Diferentes moléculas del MHC unen péptidos con patrones de aminoácidos conservados diferentes Cavidades en la unión de péptidos en el MHC de clase I Cortes de una molécula del MHC de clase I (visión superior). Se pueden observar las cavidades conservadas correspondientes a los lugares de anclaje de los péptidos.

33 PRESENTACIÓN DE ANTÍGENOS DE ORIGEN EXTERNO Moléculas del Complejo Principal de Histocompatibilidad de clase II (MHC II) Moléculas del Complejo Principal de Histocompatibilidad de clase II (MHC II) MHC clase II acomoda péptidos de >13 aminoácidos

34 P Péptidos antigénicos que se unen a las moléculas del MHC de clase II Cargados negativamente Hidrofóbicos I S N Q L T L D S N T K Y F H K I P D N L F K S D G R I K Y T L N A T K Y G N M T E D H V N H L L Q N A G K F A I R P Y K K S N P I I R T V V F L L L L A Y K V P E T S L S T F D Y I A S G F R Q G G A S Q P E V T V L T N S P V Y L R E P N V Y G Y T S Y Y F S W A E L T G H G A R T S T Y P T T D Y Los residuos del anclaje no están localizados en los extremos N y C terminales Los extermos del péptido se encuentran en una confromación extendida y pueden estar recortados Los motivos de unión no son tan claros como los de clase I Los bolsillos son mas permisivos Cavidades en la unión de péptidos en el MHC de clase II Cortes de una molécula del MHC de clase II ( visión superior). Se pueden observar las cavidades, correspondientes a los lugares de anclaje de los péptidos, poco profundas y no muy bien conservadas si se comparan con las de clase I

35 Polimorfismo en el MHC Variación >1% en un solo locus genético en una población de individuos Cada variante polimórfica se denomina alelo En la población humana, se ha identificado mas de 1596 alelos del MHC No de polimorfismos A B C Clase I Clase II 889 alelos 595 alelos α β α β α β DR DP DQ Datos de Oct.2002 Los polimorfismos alélicos se concentran en la hendidura de unión al péptido Clase I α2 α3 α1 β2m β1 β2 α1 α2 Clase II (HLA-DR) El polimorfismo en el MHC afecta a la hendidura Hay variantes alélicas que pueden diferir en 20 aminoácidos

36 Diversidad de las moléculas del MHC en el individuo DP DQ DR B C A β α β α β1 α Poligenia HAPLOTIPO 1 DP DQ DR β α β α β1 α B C A Variantes alélicas polimorfismo HAPLOTIPO 2 DP DQ DR β α β α β1 α B C A Juego adicional de variantes aléleicas en el segundo cromosoma Los genes del MHC están fuertemente LINCADOS y normalmente se heredan en grupo La combinación de alelos en un cromosoma es un HAPLOTIPO DEL MHC Las moléculas del MHC se expresan de forma CODOMINANTE Se expresan los dos alelos de cada uno de los seis tipos de MHC Herencia de los haplotipos del MHC DP-1,2 DQ-3,4 DR-5,6 B-7,8 C-9,10 A-11,12 DP-9,8 DQ-7,6 DR-5,4 B-3,2 C-1,8 A-9,10 Padres DP DQ DR DP DQ DR X DP DQ DR DP DQ DR BC BC BC BC A A A A Hijos DP-1,9 DQ-3,7 DR-5,5 B-7,3 C-9,1 A-11,9 DP-1,8 DQ-3,6 DR-5,4 B-7,2 C-9,8 A-11,10 DP-2,8 DQ-4,6 DR-6,4 B-8,2 C-10,8 A-12,10 DP-2,9 DQ-4,7 DR-6,5 B-8,3 C-10,10 A-12,9 DP DQ DR DP DQ DR DP DQ DR DP DQ DR DP DQ DR DP DQ DR DP DQ DR DP DQ DR BC BC BC BC BC BC BC BC A A A A A A A A

37 Cuán diversas son las moléculas del MHC en la población? SI cada individuo tiene 6 tipos de MHC los alelos de cada tipo de MHC están distribuidos al azar en la población si cada uno de los 1200 alelos puede estar presente con cualquier otro alelo ~6 x combinaciones únicas En realidad los alelos del MHC NO están distribuidos al azar entre la población Los alelos se encuentran segregados por razas y linajes Grupo de alelos HLA-A1 HLA- A2 HLA- A3 HLA- A28 HLA- A36 Frecuencia (%) CAU AFR ASI LINFOCITO T un momento por favor.. CONTINUAMOS

38 ETAPAS DE LA MADURACIÓN DE LOS LINFOCITOS T Detalle DISTRIBUCIÓN CELULAR EN EL TIMO

39 ETAPAS DE LA MADURACIÓN DE LOS LINFOCITOS T EN EL TIMO Selección Negativa y Positiva Linfocito T colaborador, Linfocito T citolítico INTERACCIÓN TCR-MHC T Cell Receptor Structure at 2.5 Å and Its Orientation in the TCR-MHC Complex K. Christopher Garcia, Massimo Degano, Robyn L. Stanfield, Anders Brunmark, Michael R. Jackson, Per A. Peterson, Luc Teyton, Ian A. Wilson * Science Volume 274, Number 5285, Issue of 11 October 1996

40 INTERACCIÓN TCR-MHC INTERACCIÓN TCR-MHC De: IMMUNOLOGY J. KUBY 4TH EDITION, 1999 Ed. W.H. Freeman

41 55kD 34kD 34kD CD4 Y CD8

42 CD4 CD8

43 TRÁFICO DE LOS TIMOCITOS EN EL TIMO TIPOS DE LINFOCITOS T EN EL TIMO Gran proliferación para luego morir

44 De: FUNDAMENTAL IMMUNOLOGY W.E. PAUL 4TH EDITION LW&W CD8 CD8 CD4 CD4 CD4 CD4 CD8 CD8 ETAPAS DE LA MADURACIÓN DE LOS LINFOCITOS T Detalle

45 CÉLULAS NK Linfocitos NK CÉLULAS NK También los llaman linfocitos grandes granulares

46 FUNCIÓN DE LAS CÉLULAS NK Citotoxicidad mediada por anticuerpos, Citotoxicidad contra el ego perdido MECANISMOS DE LA CITOTOXICIDAD CONTRA EL EGO PERDIDO

47 MECANISMOS DE LA CITOTOXICIDAD EN CÉLULAS INFECTADAS POR VIRUS Fig Inducción de MIC por infección o estrés GRANULOCITOS Neutrófilos Mastocitos Basófilos Eosinófilos

48 Neutrófilos De: IMMUNOLOGY i. ROITT. 4TH EDITION HARCOURT. Intervención inmediata Intervención tardía Granulocitos neutrófilos Fagocitos mononucleares Quimiotactismo Fagocitosis Citocinas Presentación del antígeno Inflamación aguda Inflamación crónica De: INMUNOLOGIA BASICA, A. CELADA, Ed. LABOR. 1994

49 MASTOCITO O CÉLULA CEBADA De: IMMUNOLOGY i. ROITT. 4TH EDITION HARCOURT. Heterogeneidad de los mastocitos Tejido Mucosa Derivados de la conectivo Medula ósea Dependencia de linfocitos T No Si Si Contenido en histamina Alto Bajo Bajo Mayor proteoglicano Heparina Condroitin sulfato Condroitin sulfato Metabolito del acido araquidonico PGD2 LTC4>PGD2 LTC4=PGD2 PGD2, prostaglandina D2; LT, leucotrieno. De: INMUNOLOGIA BASICA, A. CELADA, Ed. LABOR ESTRUCTURA DE LOS FcεR De: IMMUNOLOGYJ. KUBY 5TH EDITION Ed WHFreeman

50 FUNCIONES DE LOS MASTOCITOS Inflamación, Alergia De: IMMUNOLOGY i. ROITT. 4TH EDITION HARCOURT. DESGRANULACIÓN DE LOS MASTOCITOS

51 BASÓFILO y EOSINÓFILOS De: IMMUNOLOGY i. ROITT. 4TH EDITION HARCOURT. FUNCIONES DE LOS EOSINÓFILOS De: IMMUNOLOGY i. ROITT. 4TH EDITION HARCOURT.

52 Propiedades de los mastocitos, los basófilos y los eosinófilos Característica Mastocitos Basófilos Eosinófilos Origen del precursor Células progenitoras hematopoyéticas CD34+ Células progenitoras hematopoyéticas CD34+ Células progenitoras hematopoyéticas CD34+ Lugar principal de maduración Tejido conjuntivo Médula ósea Médula ósea Células maduras en circulación No Si (0,5% de los leucocitos sanguíneos) Si (2,7% de los leucocitos sanguíneos) Células maduras reclutadas en tejidos desde la circulación No Si Si Células maduras residentes en el tejido conjuntivo Si No Si Capacidad de proliferación de las células maduras Si No No Período de vida Semanas o meses Días Días o semanas Factor principal de desarrollo (citocina) Factor de la célula madre IL-3 IL-5 Expresión de FcεRI Niveles altos Niveles altos Niveles bajos Contenido principal de los gránulos Histamina, heparina o condroitín sulfato, proteasas Histamina, condroitín sulfato, proteasa Proteína mayor básica, proteína catiónica de los eosinófilos, peroxdasas, hidrolasas, lisofosfolipasa Propiedades de los mastocitos, los basófilos y los eosinófilos