Introducción a la Inmunología 2009 (2ªParte)

Introducción a la Inmunología 2009 (2ªParte) Alfredo Prieto Martín. UAH. alfredo.prieto@uah.es Unidad mixta CSIC/UAH Jorge Monserrat Sanz. UAH. jorge.monserrat@uah.es Plan del tema Inmunidad innata y adaptativa Respuestas innatas In situ células residentes Por células inmigrantes Respuestas adaptativas primaria secundaria o de recuerdo 1

Inmunidad innata y adaptativa Respuesta innata 1. In situ 1. Muchos agentes infecciosos activan la inmunidad innata y desencadenan respuestas inflamatorias. 2. Amplificación 1. Atracción de neutrófilos y monocitos sanguíneos que se extravasan y amplifican la reacción inflamatoria. Agentes infecciosos activan la respuesta innata de células residentes y desencadenan respuestas inflamatorias Receptores moleculares (complemento) y celulares (TLR) para componentes comunes de superficies bacterianas (LPS, manano) y sus constituyentes intracelulares fmlpr y CpG DN. Activación de complemento y células centinelas (macrófago, mastócito) Liberación C5a Secreción de citocinas y quimioquinas inicia la inflamación 2

Atracción de neutrófilos y monocitos sanguíneos que se extravasan y amplifican la reacción inflamatoria Neutrófilos fagocitan y destruyen patógeno Monocitos se diferencian en macrófagos (destruyen) y DC inmaduras (capturan ag. y lo transportan a los OLS) Los receptores innatos del SI nos libran de infecciones por saprofitos, pero los patógenos les eluden Bacterias patógenas tienen cápsulas protectoras que ocultan las moléculas reconocidas por los receptores del sistema inmune innato. Los virus no suelen contener esas moléculas conservadas reconocidas por los receptores de PAMP. Macropinocitosis independiente de receptor permite la captura de estos patógenos por DC que los presentaran a células antígeno especificas. 3

Estímulo- Respuesta inmediata Respuestas No antígenoespecíficas Muchas células responden a estímulos polivalentes antígenoespecíficas Pocas células responden a cada antigeno Estímulo-expansión clonal -Respuesta 2 13 4 días Antígeno Limitación de la inmunidad innata Sistemas basados en receptores para reconocer moléculas comunes y conservadas de microorganismos codificados en DNA germinal son rápidos en su respuesta cuando reconocen pero no pueden evolucionar tan rápidamente como el patógeno (t generación, mutación, nº). El sistema inmune específico supera la limitación genética del sistema inmune innato, genera y selecciona células especificas para nuevos patógenos durante la vida de un solo individuo. Gracias a él los patógenos pueden ser reconocidos, atacados específicamente y recordados tras la primera infección 4

El linfocito antígeno específico Cada linfocito tiene receptores para antígeno con una única especificidad. La especificidad es determinada por un mecanismo genético de recombinación somática que genera 10 9 variantes diferentes de los genes recombinados que codifican las proteínas que forman los receptores de Ag. Un linfocito tendrá miles de receptores idénticos que reconocen el mismo antígeno. Cada individuo tienen un enorme conjunto de clones cada uno de los cuales reconoce un antígeno. Macfarlane Burnet Teoría de la selección clonal Por qué los anticuerpos (cuya producción puede inducirse frente a cualquier antígeno) sólo son generados frente a aquellos antígenos frente a los que el individuo ha sido expuesto? Por qué es necesaria una exposición previa al Ag para que se produzca el Ab.? Existen células capaces de producir receptores distintos (anticuerpos) de los cuales existe una versión de membrana. Tras la unión del antígeno el linfocito se activa para proliferar y generar una progenie de células idénticas llamada clona. El clon secreta anticuerpos clonotípicos, idénticos entre si, y distintos de los de otros clones. 5

Selección por Ag Sólo aquellos linfocitos con receptores que reconozcan los antígenos de patógenos serán seleccionados para activarse a proliferar y diferenciarse en clones de miles de células memoria con capacidad de extravasarse reconocer Ag e inducir inflamación. La revolución científica que origino la inmunología moderna La teoría de formación de anticuerpos por selección clonal I Deleción clonal por Autoantígeno Repertorio de reconocimiento Precursor linfoide Linfocitos inmaduros Linfocitos maduros Linfocitos seleccionados por el antígeno 6

Los antígenos activan a linfocitos (T y B) antígeno específicos que generan clones de células antígeno especificas James Gowans extracción de linfocitos pequeños impedía las respuestas antígeno específicas. La biología del linfocito se convirtió en el centro de la inmunología celular y en eso seguimos. Mas de cien poblaciones de linfocitos T, B, NK y NKT. - Los receptores de distintos linfocitos son distintos reconocen distintos antígenos. Forman un conjunto de millones de receptores específicos frente a antígenos distintos. Este conjunto de receptores se denomina repertorio de reconocimiento antigénico. Muchos epítopos (o determinantes antigénicos, parte del antígeno que es reconocido) - Repertorio de receptores vs. Universo antigénico 10 12 linfocitos 10 10 Clones Tamaño clonal 100 A. Extraños Expansión clonal x 10.000 A. Propios 7

Si los receptores se generan de forma aleatoria Cómo se evitan las respuestas de los linfocitos autorreactivos? Ray Owen: terneras mellizas que compartían placenta eran tolerantes. Medawar: los ratones desarrollan tolerancia durante vida fetal. Burnet: propuso que los linfocitos autorreactivos no están presentes en el repertorio de linfocitos maduros por que son eliminados antes de madurar La selección clonal es el principio fundamental de la inmunidad adaptativa 1. Cada linfocito posee un solo tipo de receptor con una única especificidad. 2. La interacción entre antígeno y receptor provoca la activación del linfocito. 3. La progenie del linfocito activado expresa el mismo receptor. 8

Susumu Tonegawa: el reordenamiento de segmentos génicos origina receptor Cómo puede un numero finito de genes codificar un conjunto de receptores casi infinito? Conjuntos de segmentos génicos se reordenan durante el desarrollo de los linfocitos B en médula ósea. Pocos elementos generan muchas combinaciones. Una distinta en cada célula pues su repetición es muy improbable. Este proceso es irreversible la progenie celular hereda el receptor reordenado. Cada individuo posee un repertorio de unas 10 8 especificidades antigénicas de anticuerpos Señales a través de receptores de antígeno guían la supervivencia y la diferenciación de los linfocitos Linfocitos inmaduros responden con muerte celular programada a la estimulación de sus receptores para antígeno. Linfocitos maduros responden a la estimulación de sus receptores con activación, proliferación y diferenciación en células efectoras (secretoras) y memoria. 9

La activación de APCs es el primer paso en la inducción de inmunidad adaptativa por linfocitos T Células dendríticas inmaduras (CDI) residentes en el tejido o derivadas de monocitos activados Recogen antígeno con receptores TLR o por macropinocitosis Pueden ser eliminadas por células antiinflamatorias (NK) maduran y migran a los ganglios linfáticos, transportando antígenos que presentarán a los linfocitos. Inducción de respuesta Si la DC no esta activada induce tolerancia a los antígenos que presenta Si esta activada produce señales coestimuladoras que provocan respuesta inmune contra el antígeno y condicionan su tipo. Crecimiento y diferenciación T en respuesta al antígeno NKT IL-4 Reconocimiento de antígeno DIFERENCIACIÓN TH2 (AUTOCRINA) IL-4 APC Linfocito T Receptor IL-2 IL-2 Expansión clonal (AUTOCRINA) IL-12 DIFRENCIACIÓN TH1 (PARACRINA) El linfocito que reconoce antígeno en OLS prolifera y su progenie se diferencia en células efectoras y memoria 10

Control y regulación negativa Las células estimuladas se vuelven dependientes de estimulación por el antígeno o por citocinas La eliminación del patógeno reduce cantidad antígeno e inflamación. Al desaparecer el patógeno los linfocitos antígeno específicos mueren por falta de estimulación y finaliza respuesta inmune. Sobreviven células memoria de diversos tipos (TH1,TH2, TH3) que incluyen células reguladoras negativas (Treg). Respuesta secundaria o de recuerdo Más rápida y eficiente Memoria de células B hay células plasmáticas específicas hay células B memoria de alta afinidad e isotipo cambiado Mayores concentraciones de anticuerpos específicos Anticuerpos con mayor afinidad por el antígeno. Memoria de células T Mayores concentraciones de células T ag específicas Con capacidad de respuesta inmediata y especializada con moléculas de adhesión para territorios extralinfoides. Distribuidas por los tejidos en los que entró el ag. Pueden ser activadas por APC in situ La memoria inmunológica Previene la reinfección Es la base del éxito de las vacunaciones 11

Respuestas adaptativas (específicas): 1. Se desarrollan tras una exposición previa al agente infeccioso 2. Son respuestas de una gran intensidad defensiva 3. Son lentas: requieren expansión clonal 4. Tienen Memoria Antigénica: Capacidad de reconocimiento y respuesta mantenidas tras la exposición 5. Son específicas: Diferencian distintos microorganismos y macromoléculas Primera infección Respuesta innata Respuesta adaptativa primaria Tiempo Segunda infección Respuesta adaptativa secundaria La revolución científica que originó la inmunología moderna La teoría de formación de anticuerpos por selección clonal II Exposición al antígeno Agotamiento del antígeno Reexposición al antígeno Antígeno Linfocitos maduros Linfocitos efectores Linfocitos memoria Linfocitos efectores 2º s Linfocitos memoria 12

Integración de información por Coestimulación: Ag y segundas señales desde otras células son necesarias. APC Complemento activado, citocinas, PAMP FcR Linfocito T necesita segunda señal de APC CD80CD86 IL-12 Linfocito B necesita segunda señal de célula T efectora activada CD40L IL-4, TGFβ, IFNγ Linfocito CD8 necesita CD40L y CD137L Algunas de estas señales son moléculas de membrana aportadas por APCs y linfocitos T y otras son moléculas solubles que también son aportadas por estas mismas células Respuesta Innata vs Adaptativa Respuesta Innata Adaptativa velocidad moléculas diana Repertorio Distribución de receptores Codificación de receptores Reconocimiento molecular Memoria Células Rápida invariantes limitado No clonal Línea germinal Perfecto un receptor para un ligando No Granulocitos y macrófagos Lenta (la primera vez) patógeno específicas amplio clonal Se originan por reordenamiento Imperfecto (distintos grados de perfección) Si Linfocitos T y B 13

Familias estructurales de citoquinas Familia estructural Citoquinas que incluye Citoquinas de tipo 1 Receptores HeteroMultiméricos Citoquinas de tipo 2 IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-9, IL- 11, IL-12, IL-13, IL-15; y varios factores de crecimiento hematopoyético. Interferones IFN (α, β, γ) e IL-10. Familia del TNF Receptores homo Triméricos Miembros de la superfamilía de inmunoglobulinas TNF y LT algunos miembros de esta familia son moléculas de membrana IL-1 y Quimioquinas. Campeones del proyecto genoma ANTÍGENO INESPECÍFICAS RECONOCIMIENTO DIRECTO LB AC RECONOCIMIENTO INDIRECTO RECEPTORES POLIVALENTES (ESTRUCTURAS MOLECULARES) Ej: CD14-LPS Bact. TLR- Mananos RECEPTORES ANTICUERPOS RECEPTORES COMPLEMENTO Ej: Receptores de IgG Receptores de C3b FAGOCITOSIS Neutrófilos Monocitos RESPUESTAS DESTRUCCIÓN EXOCITOSIS Mastocitos, Basófilos Eosinófilos, NK Productos Tóxicos: No, Ros, Gramcidinas, Perorinas, Lisozimas... M. Proinflamatorios 14

ANTÍGENO ESPECÍFICAS LINFOCITOS T EFECTORAS Tc Sustancias Antimicrobianas Lisozima,NO,ROS Ag-APC Th Macrófagos Mediadores Pro-Inflamatorios Secreción Citocinas Ag libre-ac Cel B IgG Inmunocomplejos Reconocimiento: -Molecular -Celular Eliminación LINFOCITOS B PLASMÁTICAS Un solo Isotipo: Ig A,M,D,E, G 1,2,3,4 ANTICUERPOS Especializados: -Función -Localización IgE Células Receptores IGE Ag Activación Inmediata LINFOCITOS B Ag L-Ac Cel B PLASMÁTICAS Especializados: -Función -Localización ANTICUERPOS Ig M: Espacio Vascular Ig G: Espacio vascular o extravascular Ig E: Libera proinflamatorios en tj Ig A: Liberado en la mucosa Activa el complemento Inmunocomplejos, C3b Activa basofilos,mastocitos... Neutraliza en la mucosa 15

Fin FUNCIÓN DEL SISTEMA INMUNE Reconocimiento molecular: antígenos Qué características tiene que tener el sistema inmune? - Universo antigénico - Muchos epítopos (o determinantes antigénicos, parte del antígeno que es reconocido) - Reconocen distintos tamaños de péptidos 16

Ante esto: 1. Desarrollo ontogénico de un gran número de células diferentes (expansión clonal) 2. Una gran variabilidad en receptores de reconocimiento Así: - Tenemos un billón de linfocitos T y B con receptores antigénicos diferentes. - Un clon (100 céls) X 10000 veces = 1 millón de células antígeno específicas con un solo tipo de receptor. Propio - Extraño Tolerancia Reconocer y recordar los antígenos propios mediante procesos selectivos y educativos de las células antigeno-específicas: A. Eliminación de células autoreactivas (en órganos linfoides primarios: Timo (T) y médula Ósea (B) B. Dirigir la diferenciación celular hacia células supresoras: Respuestas supresoras ante autoantígenos que desencadenarían respuestas inmunitarias. C. Anergía Respuesta Inmune Mecanismos por los cuales nos defendemos ante los diferentes agentes patogénicos 17

Respuestas innatas Respuestas adaptativas Respuestas Innatas: - Mecanismos existentes antes de que se desarrolle una infección - Son respuestas muy rápidas - Reaccionan siempre de la misma manera ante diferentes agentes infecciosos - No diferencian las sustancias extrañas ( No existe especificidad antigénica) - Se encargan de estás defensas innatas: 1. Las barreras físicas y químicas (epitelios y sustancias anti-microbianas) 2. Células fagocíticas y NK 3. Vía del complemento 4. Citoquinas 18

Respuestas Adaptativas: - Respuestas proporcionales y secundarias a la experiencia antigénica - Son mecanismos que se desarrollan tras la exposición a los diferentes agentes infecciosos - Son respuestas de una gran intensidad defensiva - Son lentas: Necesitan Innatas + Memoria Antigénica - Memoria Antigénica: Reiterada exposición antigénica genera memoria - Son específicas: Diferencian distintos microorganismos y macromoléculas 19