Sistema Immunitario:Anatomia, Antigeni, Immunità

InnataModulo di Immunologia

Dr. A . AMEDEIDipartimento di Medicina Interna

aamedei@unifi.it

Corso di Laurea “Farmacia”Firenze, 12 marzo 2009

L’immunità è la resistenza alle malattie, in particolare alle malattie dipendenti da agenti infettivi.

Il complesso di molecole, cellule e tessuti che mediano tale azione prende il nome di sistema immunitario, mentre la risposta coordinata all’introduzione di molecole estranee è nota come risposta immunitaria.

La risposta immunitaria può in alcune circostanze provocare danno ai tessuti e una conseguente malattia (immunopatologia).

Possiamo definire l’immunità come una risposta a sostanze estranee indipendente dalle conseguenze fisiologiche o patologiche.

Alcuni concetti d’immunologia

Il sistema immunitario è costituito da un insieme variegato di popolazioni cellulari interdipendenti fra di loro, che hanno il compito di riconoscere l’antigene e inattivarlo ed una serie di strutture ed organi di supporto

I linfonodi sono aggregati nodulari di tessuto linfoide situati lungo il decorso dei vasi linfatici in tutto il corpo.

I fluidi provenienti dagli epiteli e dai tessuti connettivi, nonché dalla maggior parte degli organi parenchimatosi, vengono drenati dai vasi linfatici, che trasportano questo fluido, chiamato linfa, dai tessuti ai linfonodi.

La linfa contiene pertanto una miscela di sostanze assorbite dagli epiteli e dai tessuti; quando essa transita attraverso i linfonodi, le APC (Antigene Presenting Cells) presenti in tali strutture possono catturare gli antigeni di microbi che si siano introdotti nei tessuti attraverso gli epiteli.

La milza è un organo situato nell’addome che svolge, nelle risposte immunitarie agli antigeni presenti nel torrente circolatorio, lo stesso ruolo di filtro svolto dai linfonodi per gli antigeni raccolti dalla linfa. Il sangue che arriva alla milza fluisce attraverso una rete di canali (detti sinusoidi) tappezzati di fagociti; gli antigeni in esso presenti vengono catturati da cellule dendritiche e macrofagi e quindi concentrati all’interno della milza stessa. La milza contiene un gran numero di fagociti, che inglobano e distruggono i microbi presenti nel sangue.

Il sistema immunitario associato alla cute e alle mucose è situato al di sotto degli epiteli che rivestono la cute e gli apparati gastro-intestinale e respiratorio. Le tonsille faringee e le placche di Peyer dell’intestino sono due tipici esempi di tessuto linfoide associato alle mucose. Questo è la sede in cui si verificano le risposte immunitarie ad antigeni che violano le barriere epiteliali, mentre linfonodi e milza sono i siti in cui si avviano le risposte agli antigeni presenti, rispettivamente, nella linfa e nel sangue.

Organizzazione anatomica di un linfonodo

A quali sostanze estranee risponde il sistema immunitario?

GLI ANTIGENI

La maggioranza degli antigeni è costituita da proteine o polisaccaridi.

Natura microbica: capsule, pareti batteriche, tossine, capside virale, flagelli.

Natura non-microbica: polline, molecole di superficie dei globuli rossi, proteine sieriche, molecole di superficie dei tessuti trapiantati.

I lipidi e gli acidi nucleici sono antigenici soltanto in combinazione con proteine o polisaccaridi.

Come il sistema immunitario difende l’organismo dagli

antigeni?

La difesa contro i patogeni ed i loro antigeni si realizza attraverso risposte precoci, riconducibili all’immunità innata, e risposte tardive, dipendenti dall’immunità acquisita o specifica.

L’immunità innata o naturale, si basa su meccanismi preesistenti all’infezione, capaci di reagire rapidamente contro i patogeni.

L’immunità acquisita si sviluppa in risposta alle infezioni e si affina progressivamente con ulteriori esposizioni ad un agente patogeno.

Barriere fisico/chimiche dell’organismo: epiteli e sostanza ad azione antimicrobica da esse prodotte.

Proteine del complemento, mediatori dell’infiammazione.

Citochine e chemochine.

Cellule fagocitanti: neutrofili, macrofagi, cellule NK.

Specificità: si riconoscono moltissimi patogeni differenti.

Capacità di ricordare (Memoria Immunitaria): Potenzia la risposta contro infezioni recidivanti.

Specializzazione: si sviluppa la risposta più efficiente contro un determinato tipo di patogeno.

Mancata reattività verso gli antigeni autologhi.

Linfociti B, T e cellule fagocitanti.

Anticorpi (Immunoglobuline).

Principali meccanismi dell’immunità innata e dell’immunitàacquisita.

Immunità Innata Immunità Specifica

Sistema Integrato di difesa dell’Organismo(cell. e mol, funzionano in maniera cooperativa)

Importanti COLLEGAMENTI

Risposte Innate stimolano ed influenzano la natura delle Risposte Specifiche

Risposte Specifiche utilizzano meccanismi effettori dell’Immunità Innata

Concetto: Risposte Specifiche migliorano/potenziano quelle Naturali

Invertebrati : Immunità Innata Vertebrati : Immunità Innata + Specifica

Antigeni

Antigene (Ag) = Qualsiasi molecola (esogena ed endogena) che reagisce con S.I.(Legarsi ad Anticorpo o Linfocita)

Antigene (greco) = qualcosa che genera una sostanza contro

Immunogeno = sostanza in grado di suscitare risposta immunitaria

TUTTI GLI IMMUNOGEGENI SONO ANTIGENI MA NON TUTTI GLI ANTIGENI SONO IMMUNOGENI

Epitopo (determinante antigenico) = parte di Ag che entra in contatto con il sito di legame di un Ac o TCR. (15-20 aa)

Aptene = mol. solitamente di piccole dimensioni che agisce da epitopo ma non in grado di evocare da sé una risposta anticorpale.

Carrier = Legandosi all’aptene lo rende immunogeno

Karl Landsteiner (1921) = esperimenti estratto alcolico di rene di cavallo

Caratteristiche Proteina -AntigenePeso Molecolare (> 10 KD) = Proteina grande e complessa Più frammentiInsulina (5,7 ), Protamina (6) = - Immun. Ova(40), TT(55), Emoc (6.000)= + ImmunPolimeri sintetici (polistirolo,nylon, poliacrilamide, omopol. AA) = No ImmunMotivo = struttura primaria semplice, no solubilizzazione enzimatica e no solubili)

Solubilità (Necessaria per il trasposto)

Estranietà: (Diff. con il self … Pat. autoimmuni) ( >distanza tra specie….+ Imm)

Dose di somministrazione (Troppo bassa no reazione; Troppo Alta inibizione …. Tolleranza Acquisita)

Vie di somministrazione (Sottocutanea più potente)

Caratteristiche degli Epitopi• I determinanti antigenici devono essere accessibili agli

anticorpi (Exp. Sela 1960,catene laterali di aa)• I determinanti antigenici possono essere continui

(segmentali) o discontinui (assemblati) (Exp. Tassi 1960). Lineari riconosciuti da linfociti B e T, Conformazionali solo dai linfociti B.

• I determinanti antigenici possiedono alcuni residui piùimportanti di altri (epitopi immunodominanti … porzioni idrofiliche. Selezione Darwiniana)

• Mobilità del sito antigenico (in modo da permettere all’Ac di incastrarsi bene)

Forze in gioco nel legame AG-Ac (non covalente):Ponti idrogenoInterazioni elettrostaticheForze di Van der WaalsInterazioni idrofobiche

Epitopi immunodominanti

• Quelli maggiormente riconosciuti• Accessibilità (esposti in superficie)• Idrofilicità (proteine globulari solubili in sol.acquosa)• Mobilità (Leg. Efficace anche se – complementarietà)• Anfipaticità (residui idrofob.e idrofil. Disposti su facce

opposte della molecola…. favorito legame MHC-T)

APTENI

• Interagiscono con SI ma non Immunogene• Piccole dimensioni ma anche macromolecole (DNF)

• Proteina Carrier utilizza anche epitopi dell’aptene

Fattori condizionanti: Immunogenicità Carrier-Aptene

La configurazione degli apteri (D-,L-, Orto-, Para-, Meta-)

Gruppi fortemente acidi/basici decisivi nella regolazione specificità Ac

Gruppi non ionici simili (forma e dimensione) sono intercambiabili

Nota: sostanze (p.peso mol.) non immunogene introdotte nell’organismo possono stimolare risposta cellulare o anticorpale (es. prodotti degradazione penicillina…legami spontanei con proteine o polisaccaridi tissutali)

Adiuvanti: agenti capaci di potenziare la risposta immunitaria

Somministrati in associazione all’AgPossono essere essi stessi immunogeniEsempi: Sali di Ca e Al (complesso insolubile con Ag …+ tempo in org. (gg o sett), aumentano dimensione Ag .. + attività fagociti)Emulsioni Acqua/olioAdiuvante di Freund: Incompleto (olio minerale leggero con moneolato di mannide)

Completo (+ mistura di micobatteri uccisi)No uomo…..granulomi

Attivatori Policlonali (Mitogeni): mimano azione degli Ag inducendo nelle cell.immuncompetenti modificazioni funzionali indotte dagli Ag, dei quali non hanno specificità…+ cloni contemporaneamente)Att.Pol.Linfo B (APB): Stafilococco aureo ceppo Cowan I (SAC), virus Epstein BarAtt.Pol.Linfo T (APT): Fitoemagglutinina (PHA), Concanavalina A (Con A)

Superantigeni: sostanze in grado di attivare contemporaneamente + cloni T ma non sono APT ne antigeni veri e propri.Sono capaci di interagire al medesimo tempo con Ag di MHC II e regioni costanti del Vβ del TCR. Possono attivare 1-30% dei cloni TEnterotossine Stafilococciche (Shock tossico….linfociti T Vβ2-positivi)

Presentazione dell’AntigeneLinfociti: riconoscono specificatamente gli Ag estranei e rispondono = mediatori immunità cellulare ed umorale

Linfociti B: riconosco Ag extra-cellulari e presenti sulla membrana delle cellulePlasmacellule ….. Anticorpi….Risposta umorale.

Linfociti T responsabili risposta cellulare: T helper (Th) e T citotossici (Tc) Specificità ristretta: solo peptidi legati a proteine autologhe codificate da geni presenti nelComplesso Maggiore di Istocompatibilità (Major Histocompatibility Complex o MHC)presente su cellule dette APC (Antigen Presenting Cells)

Linfociti T non riconoscono Antigeni Solubili

Antigen Presenting Cells(MHC : Major Histocompatibility Complex)

Processazione e presentazione dell’ag ai Linfociti T

Riconoscimento ag dai linfociti T ed attivazione

Esaminiamo più da vicino l’immunità innata

Barriere fisico-chimiche

Sistema del Complemento

Cellule: Macrofagi, Neutrofili, Natural Killer

Citochine / Chemochine

Meccanismi aspecifici di difesa dai patogeni

Barriere Fisico-chimiche

Il sistema del Complemento

Il sistema del Complemento è un insieme di proteine circolanti e associate alla membrana importanti nella difesa contro gli agenti patogeni.

Molte delle proteine del Complemento sono enzimi proteolitici e l’attivazione del Complemento richiede la loro attivazione sequenziale.

Il termine Complemento si riferisce alla capacità di queste proteine di “complementare” l’attività microbicida degli anticorpi.

Il sistema del Complemento può essere attivato sia direttamente dai microbi in assenza di anticorpi che da anticorpi legati ai microbi

La cascata di attivazione del complemento.

Si distinguono 2 vie principali di attivazione del complemento, una avviata in assenza di anticorpi, detta via alternativa, e l’altra avviata dal legame con certe classi di anticorpi all’antigene, detta via classica.

Una terza via, detta via lectinica, si innesca dopo il legame della “lectina legante mannosio” plasmatica a residui di mannosio presenti sui microbi.

La cascata di attivazione del complemento.

Le proteine della sequenza di attivazione del complemento sono coinvolte in una serie di fasi ben distinte che portano alla produzione di forme attive di ogni componente del complemento.

Ogni proteina della sequenza può essere definita zimogeno o proenzima, ovvero un enzima che è presente in forma di precursore inattivo.

L’attivazione di ogni zimogeno richiede la sua proteolisi per rimuovere un piccolo frammento inibitorio.

I frammenti proteolitici sono definiti in base al frammento da cui derivano, seguiti dalle lettere “a” o “b”.

Per convenzione il frammento più grande che acquista attività proteolitica è detto frammento “b”, quello più piccolo “a”. (Fa eccezione la proteina C2, dove la nomenclatura èinvertita).

Considerate le potenti funzioni immunoregolative del complementoConsiderate le potenti funzioni immunoregolative del complemento e la capacite la capacitààdistruttiva del MAC, distruttiva del MAC, èè necessario che lnecessario che l’’attivazione selettiva del complemento sia bene attivazione selettiva del complemento sia bene controllata per il benessere dellcontrollata per il benessere dell’’organismo.organismo.

La cascata di attivazione del complemento

La via classica inizia quando il componente C1q lega contemporaneamente le regioni Fc di un IgM o di 2 o + IgG, legati ad un antigene.

Anticorpi degli isotipi IgD, IgE e IgA non attivano il complemento perché le loro regioni Fc non sono in grado di legare il C1q.

Le IgM sono circa 1000 volte più efficaci nell’attivare il complemento rispetto alle IgG. Tale differenza è dovuta alla struttura dei due isotipi.

Infatti per attivare il complemento le IgG oltre che legare un antigene debbono trovarsi in stretta prossimità e questo è possibile solo se la densità antigenica è alta vi è anche una elevata disponibilità di anticorpi specifici.

Le IgM contengono già 5 regioni Fc per molecola.

Le IgM inoltre per attivare il complemento debbono cambiare conformazione, evento indotto dal legame con l’antigene.

La cascata di attivazione del complemento

La via classica ha la caratteristica di attivare il complemento nei confronti di un antigene estraneo con un alto grado di specificitalto grado di specificitàà..

Vi è però uno svantaggio: la incapacità degli anticorpi di attivare il complemento a meno che l’antigene non sia venuto in precedenza in contatto con l’ospite e questo abbia prodotto gli anticorpi.

Ciò non avviene con la via alternativa di attivazione del complemento.

La via alternativa è imputabile alla instabilità di un suo componente: il C3. Infatti C3 può rompersi anche in maniera spontanea. Se tutto ciò accade in prossimità di una membrana, esso può legarvisi.

Attivazione del complemento

Opsonizzazione dei Patogeni

Reclutamento cellule infiammatorie

Lisi diretta del bersaglio

Convergenze delle 3 vie di attivazione: Formazione Enzima C3 Convertasi

Scissione C3: C3a + C3b

Legame membrane bersaglio = Opsonizzazione dei Patogeni

C4b (via classica)= attività opsonizzante

C3a, C5a (anfilotossine)= chemiotattici cell. flogosi (fagociti monon., neutrof.)

La via alternativa si innesca allorché un prodotto di clivaggio di C3, C3b, si deposita sulla superficie di un microbo, formando un legame covalente con proteine o polisaccaridi del microrganismo, evitando così una sua ulteriore degradazione.C3b non si lega alle cellule autologhe per la presenza su queste ultime di numerose molecole ad azione regolatrice, non presenti sui batteri.C3b fissa poi il Fattore B, che a sua volta è clivato dal Fattore D, generando il frammento Bb, che resta associato a C3b.Si forma così la C3 convertasi della via alternativa.

La via classica si attiva allorché IgM o IgG(IgG1/IgG2/IgG3) si legano all’antigene. Le regioni Fc degli anticorpi divengono accessibili al complemento.Quando 2 o + frammenti Fc di IgG si trovano adiacenti, la componente C1q del complemento si lega ad essi e diviene attiva, C1r si attiva e taglia C1s, attivandolo. C1s a sua volta scinde C4 in C4a e C4b; C4b, legato a fianco dell’immunocomplesso lega C2. In questo modo C2 può essere tagliato da C1s in C2a e C2b. (In alternativa, una sola IgM è sufficiente a legare C1q).Il complesso C4bC2b risulta legato covalentemente all’anticorpo o alla superficie della cellula cui l’anticorpo èfissato.Ecco realizzata la C3 convertasi della via classica.

C1 è un complesso macromolecolare costituito da 3 differenti proteine – C1q, C1r e C1s – con un rapporto molecolare di 1:2:2. Il C1q comprende 6 domini globulari, ognuno dei quali è in grado di legare una regione Fc anticorpale. Tuttavia, fisicamente un singolo C1q lega 4 frammenti Fc contemporaneamente.

La via classica di attivazione del complemento

opsonizzazione

La via alternativa di attivazione del complemento

Caratteristiche delle proteine coinvolte nelle tappe precoci della via alternativa e classica.

Gli eventi terminali dell’attivazione complementare iniziano con il legame di C5 alla sua convertasi, il suo taglio e la generazione di C5b. Le restanti componenti C6, C7, C8, e C9 si legano l’una dopo l’altra senza che si verifichino altri eventi enzimatici.L’ultima proteina della cascata di attivazione è C9, la quale polimerizza formando un “poro” sulla membrana cellulare, attraverso il quale entrano acqua e ioni.Il risultato è la morte della cellula.

Complemento (funzioni e regolazione)

Le funzioni effettrici della cascata del complemento possono essere attivate oltre che dalle via alternativa e classica anche da talune proteine seriche capaci di legare batteri capsulati (via lectino-mediata).

L'attivazione del complemento stimola l’attività fagocitaria dei monociti-macrofagi (e la conseguente opsonizzazione), favorisce il reclutamento di cellule infiammatorie e la lisi diretta del bersaglio. CR1, CR2 (C3bC4b e C3bi) stimolano funzione fagocitaria (MΦ, N)

Il sistema immunitario ha evoluto un gruppo di circa dieci proteine regolatorie che proteggono dai potenziali effetti lesivi derivanti da una persistente attivazione della cascata del complemento. Tra queste proteine regolatorie vi sono: - l'inibitore di C1 (C1-INH) il cui deficit èalla base dell’edema angioneurotico ereditario; - la protectina (CD59), il cui deficit genetico é il meccanismo alla base della emoglobinuria parossistica notturna; DAF (Decay Accelerating Factor) inibisce la C3 convertasi classica.

Recettori cellulari per frazioni del complemento

Cellule Natural Killer (NK)Definizione 3 parametri:

a) Morfologia: grandi linfociti granulari (granuli azzurrofili)b) Fenotipo: CD3-, No TCR, CD16+(rec. X Fc),CD11c+, CD56+, CD2+c) Funzione: attività citolitica indipendente (da pregressa sensib), non MHC-ristretta

Repertorio antigenico molto ristretto

CD16 media azione citotossica anticorpo-dipendente (ADCC = Antibody dependent cell-mediated cytotoxicity)

Attività Regolatoria (produzione CKS post-attivazione) = TNF-α, GM-CSF, IFN-γ

Cellule “Natural Killer”Vengono attivate precocemente dopo un'infezione da virus o da patogeni intracellulari. La funzione più nota delle cellule NK è la loro capacità di uccidere “naturalmente” (natural killer) alcune linee tumorali in vitro senza una precedente immunizzazione nèprocesso di attivazione. L’attività delle cellule NK è fortemente potenziata da IFN-α e β, da IL-12, che, in sinergia con il TNF-α, induce la produzione di IFN-γ. La produzione precoce di IFN-γ, prima che subentri quella sostenuta dalla risposta T specifica, rappresenta un meccanismo cruciale per il controllo dell'infezione da parte di molti patogeni.

Le cellule NK possiedono due classi di recettori, una di tipo attivatorio ed una di tipo inibitorio. Il recettore attivatorio è in grado di riconoscere un'ampia varietà di carboidrati espressi da molte cellule. La funzionalità di tale recettore è inibita dall'attivazione di alcuni recettori inibitori (killer inhibitory receptors o KIR), espressi in modo variabile su popolazioni diverse di cellule NK, i quali riconoscono gruppi di alleli HLA-B e HLA-C

Cellule “Natural Killer”

Se le cellule NK riconoscono in modo adeguato con il loro complesso KIR qualcuno degli alleli HLA 'self' sulla cellula bersaglio, la cellula autologa normale viene preservata dall'attacco citolitico (no lysis)

Poichè alcuni virus e cellule neoplastiche sono in grado di inibire la sintesi delle molecole HLA il mancato riconoscimento da parte del KIR, lascia incontrastato il segnale attivatorio con conseguente espressione da parte della cellula NK dell'attività litica (lysis)

Cellule “natural killer”(recettori attivatori)

• I recettori NKp46 e NKp30 sono espressi su tutte le NK “resting” e attivate

• Il recettore NKp44, pur NK-specifico viene espresso solo dopo attivazione a lungo termine con IL-2.

• NKG2D è specifico per le molecole “MHC-like” MICA/B e richiede l’adattatore DAP10/KAP10 per la sua funzione.

Linea Monocitario-MacrofagicaSistema dei fagociti mononucleati:

• Precursori midollari

• Monociti circolanti

• Macrofagi tessutali

Linea monocitario-macrofagica

Cellule Fagocitiche

Cellule Dendritiche

Cellule fagocitiche: Progenitore cellula staminale pluripotente CFU-GM ( colony-forming unit granulocyte-monocyte)

CSF

6 giorni 1 giorno

Vita MΦ: mesi ….. Cellule giganti multinucleate

Mantenimento popolazione MΦ tissutali: Monociti circolanti + replicazione locale

Attivazione MΦ

Funzioni: a) Eliminare materiale organico fine vita (eritro.); b) Degradare strutture complesse (Microrganismi) e presentare Ags.

Attività battericida dei MΦ

Le funzioni richiedono:

a) Adesione a cellule (molecole di adesione CD11b e CD11cb) Adesione a matrice extracellulare (recettore per Fibronectina)c) Fenomeni di endocitosi, fagocitosi e ADCC (CD64 = rec per IgG mono)d) CD14 (lega LPS), CD35 (CR1) = rec C3b e CD21 (CR2) = rec C3d

CKS prodotte:

IL-1, TNF-α, IL-6, G-CSF, M-CSF

Stimolo per CKS:

IFN-γ, endotossine, IL-3

Feed-back negativi proliferazione MΦ: Prostaglandine PGE1 e PGE2

Cellule DendriticheGruppo eterogeneo di cellule:

Cellule follicolari dendriticheCellule interdigiateCellule di Langerhans

Caratteristiche comuni:Morfologia Irregolare con prolungamentiAree cruciali risposta immune (f. linf., timo)Elevati livelli di MHC II

Differenze con fagociti:Modeste vescicole di endocitosiPochi enzimi lisosomialiPrive di Ags monociti-associati

Differenze fenotipiche tra diverse pop. Dend.:Microambiente e attività funzionali

Cell. Follicolari Dendritiche: follicoli linfatici (I e II) degli organi linfoidi periferici

Cell. Interdigitate: area paracorticale (area T) organi linfoidi secondari, giunzione cortico-midollare del Timo

Cell. di Langerhans: strati soprabasali epidermide, ruolo fondamentale attività immunologica cute: intrappolare Ag contatto cute e trasporto linfonodi di drenaggio.

Caratteristica Cellule Dendritiche : MOBILITA’

NeutrofiliGranulociti neutrofili: citoplasma contiene granulazioni caratteristiche ed un nucleo lobato (anche detti polimorfonucleati); neutrofili perché non incorporano coloranti istologici, né acidi né basici

Rappresentano il 50-70% dei leucociti. Ogni giorno circa 100 miliardi di cellule staminali del midollo osseo si differenziano in granulociti neutrofili; vita abbastanza breve: dalle 7 alle 10 ore in circolo e circa 3 giorni nei tessuti.

Origine dal midollo osseo da una cellula progenitrice comune per tutte le cellule del sangue, da cui passa al torrente circolatorio e da lì all'interno dei tessuti.

Il compito fondamentale di queste cellule è quello di catturare e distruggere sostanze estranee (batteri e funghi) mediante il meccanismo della fagocitosi (> MΦ)

I neutrofili aumentano nelle persone allergiche e in corso di infezioni, prevalentemente sostenute da batteri, nonché negli stadi terminali di alcuni tipi di shock.

Fagociti - Macrofagi e Neutrofili

• I fagociti attivati oltre alle citochine secernono anche enzimi quali l'attivatore del plasminogeno e la fosfolipasi che mediano importanti effetti locali, i radicali dell'ossigeno, i perossidi, l'ossido nitrico (NO), le prostaglandine, i leucotrieni (specie LTB4 con attivitàchemiotattica) ed il platelet-activating factor (PAF).

• La concomitante attivazione del C comporta la produzione di C3a e C5a dotati di potente azione chemiotattica ed anafilattogena.

• L'azione combinata di queste molecole dà luogo alla risposta infiammatoria.

CITOCHINEFamiglia di molecole proteiche che mediano le interazioni fra le cellule del sistema immunitario e fra queste ed altre cellule dell’organismo.

Caratteristiche generali delle citochine: A) Proteine (10 - 50 kD) B) Recettori specifici con alta affinità di legame ( 10-10 10-12 M)C) Azioni: "autocrine", "paracrine", "endocrine" D) Pleiotropismo ( loro azione verso molti tipi cellulari diversi) E) Ridondanza delle azioni di queste molecoleF) Produzione delle citochine è finemente regolata G)Produzione delle citochine è evento limitato nel tempo / attivazione delle cellule che le producono; H) Non è possibile realizzare una classificazione comprensiva di tutte le molecole finora conosciute

Criterio generalmente accettato (azione predominante): 1) le citochine ad azione emopoietica.2) le citochine ad azione pro-infiammatoria 3) le citochine ad azione immunoregolatoria.

CITOCHINE AD ATTIVITA’ EMOPOIETICAMolte citochine partecipano ai processi emopoietici .... alcune funzione principale: indurre l'espansione e la differenziazione delle cellule pluripotenti midollari verso una particolare linea cellulare

Stem cell factor (SCF): cellula staminale pluripotente midollare possiede selettivamente il recettore ( prodotto dell'oncogene cellulare c-kit) che lega SCF (30 kD). Cellule stromali midollari (endoteliali, adipociti e fibroblasti) principale fonte di produzione di SCF. Inattivazione del gene che la codifica = mutazione incompatibile con la vita.

IL-11 (p. m. 23 kD): prodotta dai fibroblasti (midollari, alveolari), trofoblasto, condrociti e sinoviociti, da cellule epiteliali. In combinazione con IL-3 induce differenziazione dei precursori dei megacariociti. Somministrazione in vivo di IL-11 induce replicazione dei megacariociti e piastrinosi in periferia.

IL-7 (25KD): funzione induttrice/regolatrice dello sviluppo delle cellule pre-B e pre-T. Cell. stromali midollarie del timo, cheratinociti, linfo. B della leucemia linfatica cronica e linee B EBV.... produzione di IL-7. IL-7 (a livello Timo): responsabili della crescita e della maturazione dei timociti CD4+CD8+ e dei Tγ/δ. IL-7: Stimola proliferazione dei T maturi, funzione citotossica delle NK, reattività anti-microbica dei MΦ.

CITOCHINE AD ATTIVITA’ EMOPOIETICA

Colony Stimulating Factors (CSF): Cellule stromali midollari responsabili della stimolazione dei progenitori mieloidi attraverso la produzione di citochine: monocitarie (M-CSF), granulocitarie (G-CSF) o miste granulocitarie/monocitarie (GM-CSF). Fonti principali dei tre CSF: linfociti T attivati, i macrofagi, i fibroblasti e le cellule endoteliali. CSF prodotti nella risposta flogistica… (arruol. nuove cellule infiammatorie)

IL-5: Nell'uomo è unicamente un fattore di differenziazione selettivo per gli eosinofili. Omodimero (30-40 kD), prodotta in maniera autocrina dai granulociti eosinofili. Altri effetti della IL-5: mantenimento attivazione eosinofili maturi (incremento sintesi/ rilascio delle proteine dei granuli)

IL-3: Le azioni selettive dei tre CSF e della IL-5 sono assommate nell'azione della IL-3 prodotta dai T attivati.Ruolo: attività stimolatoria indirizzata verso cellule staminali di linee cellulari diverse (polimorfonucleati, macrofagi, mastociti, megacariociti, eritrociti) ed è responsabile della stimolazione delle cellule più immature.... + mature - sensibili.

Citochine Pro-infiammatorieGruppo di molecole che, nonostante condividano alcuni aspetti funzionali (prodotte da fagociti mononucleati, fibroblasti, cellule endoteliali e linfociti T), presentano caratteristiche chimiche alquanto diverse.

IL-1: Due distinte proteine (IL-1α ed IL-1β), forma secretoria e legata alla membrana cellulare. Due recettori (IL-1R I e II) espressi su molte cellule (fagociti mononucleati, linfociti, ecc ). IL-l receptor antagonist (IL-1RA), inibisce per competizione a livello recettoriale. Effetti pleiotropici: ruolo di cofattore induzione risposte sia umorali che cellulari; altri effetti (apparato muscolo scheletrico, del fegato, del sistema nervoso centrale)

IL-6 (22-29KD): Molteplici attività: fattore stimolante gli epatociti ed i linfociti B. Prodotta danumerose cellule (fagociti mononucleati, cell. endoteliali, linfociti T e B, gli astrociti, i fibroblasti ecc). Recettore specifico (CD126)

TNF-α e TNF-β: Citochine tra loro correlate per quanto attiene alle attività pro-infiammatorie ed anti-virali, ma diverse dal punto molecolare. TNF-α (17 kD) che può essere sotto forma di multimero (2/3 subunità identiche), anche sotto forma di proteina legata alla membrana, prodotto da fagociti mononucleati sia dai linfociti TTNF-β (linfotossina) (circa 30% omologia sequenza TNF-α), prodotto dai linfociti T (Thl/Th0 e Tc1/Tc0)

Citochine Pro-infiammatorieInterferoni: Gruppo di proteine ad attività principalmente anti-virale, distinte in IFN di tipo I (α, β, ω od IFN non immuni)(CKS ad attività pro-infiammatoria) ed IFN di tipo II (IFN-γ od IFN immune), (CKS immunoregolatorie)IFN-α: circa 15 prodotti con altissima omologia di sequenza (tra 80 e 100% ) di circa 19 kD. IFN-β: singola glicoproteina (20 kD) prodotta principalmente dai fibroblasti.

Funzione: anti-virale ed anti-tumorale (azione anti-proliferativa generalmente esplicata da queste molecole). IFN-α aumenta espressione MHC I e II, del recettore per il frammento Fc.

IL-12: CKS pro-infiammatorie più importanti.....azione modulatoria della funzione linfocitaria T. Formata due proteine di 35 e 40 kD (p35 e p40).... eterodimero attivo di 70 kD. Produzione: vari tipi cellulari (fagociti mononucleati, cellule B ecc)... agenti infettivi (virus e batteri) principali induttori di IL-12. IL-12 stimola NK e linfociti T → IFN-γ → IL-12 (fagociti) → feed-back positivo→ potenziare la risposta flogistica IL-15 (15KD): Produzione: fagociti mononucleati, da cellule epiteliali, da fibroblasti e placenta. Ruolo: fattore di crescita dei linfociti T con proprietà chemiotattiche → arruolamento delle cellule T Inoltre IL-15: fattore di crescita e differenziazione NK. IL-15 meccanismo aggiuntivo a IL-12.

IL-18: Proteina correlata alla IL-1 (funzione/struttura) → precursore inattivo → caspasi-1. Produzione: macrofagi, cheratinociti, cellule dell'epitelio intestinale. Ruolo: Nei linfociti Th1 → incrementa la produzione di IL-2 e di IFN-γ e l'attività citotossica (Fas-ligando).

Inoltre l'infezione di cellule da parte di virus induce la produzione di proteine, note come interferoni (IFN), che interferiscono con la replicazione virale in cellule giàinfettate e rendono difficile la diffusione del virus a nuove cellule. IFN-α e IFN-β sono alquanto diversi dall'IFN-γ prodotto dopo attivazione dalle cellule NK e da alcune popolazioni di linfociti T nell'ambito della risposta immune specifica. Entrambi si legano ad uno stesso recettore di membrana collegato a proteine intracellulari che contribuiscono all'inibizione della replicazione virale.

Un importante effetto degli interferoni (correlato all’immunità adottiva) è l'incremento dell'espressione delle molecole del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) di classe I, delle proteine trasportatrici TAP e di alcune componeneti del proteosoma. Il risultato di queste attività consente l'incremento della capacità di presentazione di peptidi virali alle cellule T CD8 da parte delle cellule infettate. L'aumento di espressione di MHC di classe I protegge le cellule non infettate dall'attacco delle cellule NK la cui attivazione è peraltro incrementata dall'IFN-α e dall'IFN-β. Un ulteriore effetto dell'IFN-α è di tipo immunoregolatorio sull'evoluzione della risposta linfocitaria T specifica, favorendo l'espansione preferenziale di risposte di tipo Th1.

INTERFERONI

Citochine Pro-infiammatorie

CITOCHINE IMMUNOREGOLATORIE DELLA RISPOSTA IMMUNE

Principale funzione : capacità di mediare molti degli effetti delle cellule T nel corso della risposta immune specifica.

IL-2: Glicoproteina (15 kD). Precursore polipetide 153 aa → 133 aa (clivaggio sequenza 'leader'). Recettore: complesso a più subunitàa) catena a di 55 kD (IL-Rα) b) catena β di 70 kD espressa in modo coordinato insieme ad una altra subunitàc) definita γ di 64 kD comune ad altri recettori per citochine. Recettore ad alta affinità (10-11 M) → complesso IL-2Rα/IL-2Rβγ che lega la molecola con affinità molto elevata.

IL-4: Glicoproteina (20KD). Precursore 153 aa → sequenza leader di 24 aminoacidi. Ruolo: Citochina pleiotropica agisce su vari tipi cellulari (linfociti B, T, macrofagi, mastociti, fibroblasti, cheratinociti, epatociti ed astrociti). IL-4 è responsabile dello "switch" isotipico per la produzione di IgE → principale mediatore delle reazioni da ipersensibilità immediataProduzione: Cellule T CD4/CD8 con fenotipo Th/Tc2 e Th/Tc0, timociti, granulociti basofili, mastociti. Recettore per la IL-4: espresso su molte cellule (cellule T, B, alcune linee macrofagiche, mastociti, cellule stromali, cellule muscolari, melanociti, cellule epatiche).

CITOCHINE IMMUNOREGOLATORIE DELLA RISPOSTA IMMUNE

IL-13 (12 kD) prodotta dalle cellule T sia CD4 che CD8. Recettore: espresso su molti tipi cellulari sia linfoidi che non linfoidi →→ spettro di azione vario (effetto anti-infiammatorio in senso lato).Ruolo: Stimolo cellule B → proliferazione / differenziazione in plasmacellule (IgE ed IgG). Aumento espressione recettore per Fc delle IgE (CD23). Prolunga la sopravvivenza / capacità di presentazione Ag dei fagociti mononucleati (MHC II ed integrine). Inbisce alcune funzioni macrofagiche: produzione delle citochine pro-infiammatorie (IL-1, IL-6, TNF-α) e delle chemochine (IL-8).

Interferone-γ. No omologia con gli altri interferoni. Glicoproteina omodimerica formata da due subunità di 21-24 kDProduzione: cellule T CD8 / CD4 con profilo Thl o Th0 dopo stimolazione e cellule NK. In quest'ultimo tipo cellulare la produzione di IFN- γ è indotta dalla IL-2 e dalla IL-12. Recettore: espresso su svariati tipi cellulari (linfociti, mastociti, cellule endoteliali, fibroblasti, cellule neuronali ecc) Ruolo: Discreta attività anti-virale ed anti-proliferativa, potente azione immuno-modulatoria. Fagociti mononucleati: ↑ espressione mol. di adesione, endocitosi / fagocitosi, TNF-α e di radicali dell'ossigeno, espressione MHC I / II.Cellule B: induce proliferazione / produzione o inibizione (IgE uomo) di alcune classi / sottoclassi Ig, Linfociti T: Maturazione CD8 e Sviluppo CD4 Thl, inibendo Th2 Neutrofili: ↑Metabolismo ossidativoNK: ↑ attività liticaCellule endoteliali: adesione ad esse di T CD4 / modificazioni morfologiche → stravaso cell. infiammatorie.

CITOCHINE IMMUNOREGOLATORIE DELLA RISPOSTA IMMUNE

IL-10 (18 KD). Alto grado di omologia nelle diverse specie. Produzione: cellule T (Th1, Th0 e soprattutto Th2), MF attivati, DC, mastociti, B-EBV, cheratinociti, epatociti, astrociti, cellule epitaliali bronchiali, cell. tumorali etc... Ruolo:Principalmente azioni regolatorie in senso negativo su vari tipi cellulari, inibendo la flogosi dipendente (risposta immune naturale / antigene-specifica)

Transforming Growth Factor (TGF-β). Citochina immunoregolatoria in senso negativo. Esistenza di numerose isoforme (1-5).Produzione: TGF-β1 / β2 vari tipi cellulari (TGF-β1 T e monociti); TGF-β3 cellule mesenchimali e sistema nervoso centraleRuolo: Antagonismo di molte risposte dei linfociti →→ potente “anti-citochina”. Topi ko per TGF-β → → incontrol1ato sviluppo della risposta flogistica. Inibisce proliferazione in vitro delle cellule T stimolate, maturazione del1e cellule citotossiche, attivazione dei fagociti mononucleati. Possibilità dosaggio nel siero / altri liquidi biologici....TGF-β per monitoraggio attivitàdi malattie, in particolare autoimmuni (sclerosi multipla, glomerulosclerosi, epatite autoimmune, etc.)

ChemochineCitochine (6-14 KD) a funzione prevalentemente chemiotattica varie popolazioni cellulari della risposta immune (neutrofili, eosinofili, monociti e linfociti)

Distinta in quattro sottofamiglie (caratterizzate da due a quattro residui cisteinici altamente conservati nella sequenza della molecola). Due famiglie principali: CXC-chemochine (2 residui cisteinici NH2-terminali tra loro separati da un aa non conservato (X); CC-chemochine (2 residui cisteinici giustapposti). C-chemochine: un solo residuo cisteinico in posizione NH2-terminale; CX3C-chemochine (i 2 residui cisteinici separati da 3 aa).

Struttura: sequenze amino-acidiche molto vicine e struttura secondaria e terziaria simile. Queste proteine sono dei multimeri (dimeri o tetrameri).... CXCL-8 (dimero). Dimerizzazione importante nella funzione di queste molecole: necessaria per legame funzionale con rec.; stabilizzare legame con molecole complesse (glicosaminoglicani)

Prodotte da una grande varietà di tipi cellulari (risposte flogistiche).Svariate funzioni e molte sovrapposte.

ChemochineFunzioni: Chemiotassi, Rilascio di enzimi, Formazione di radicali dell'ossigeno, Modifiche al citoscheletro etc etc. Traffico linfocitario (Intravascolare → extravascolare): coordinata espressione chemochine e molecole di adesione.Azione nella regolazione dell'angiogenesi, nella regolazione neuronale e nella morfogenesi.

Chemiotassi: espressione di molecole di adesione sulla superficie cellulare (ad es. selettine ed integrine) → aderire in maniera ferma alle cellule endoteliali → extravasare.

Produzione di elementi cellulari del sangue sono duplici (cks presenti)G-CSF o GM-CSF → CXCL1., CCL3, CCL4 stimolano maturazione di macrofagi. Sopprimere la proliferazione in presenza di altre cks. Motivo: diverso grado di espressione dei recettori per tali chemochine da parte dei precursori midollari.

Richiamo delle cellule immuno-competenti a livello degli organi linfoidi, un ruolo di fondamentale importanza nello sviluppo della risposta immune. I progenitori comuni linfoidi lasciano il midollo osseo → organi linfoidi primari guidati da chemochine (spec. CXC). Alcune chemochine → richiamo dei progenitori midollari B → zone del midollo particolarmente ricche di fattori di crescita e differenziazione per i linfociti B (IL 7). Dopo incontro con l'antigene a livello degli organi linfoidi secondari; i linfociti effettori → torrente circolatorio → sedi di infiammazione.

Chemochine

FINE