linfociti T helper
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Capitolo 19 Il sistema immunitario Copyright © 2006 Zanichelli editore Le difese innate dell’organismo umano 19.1 Le difese innate contro le infezioni comprendono la pelle, le cellule fagocitarie e le proteine antimicrobiche • Le difese immunitarie innate sono presenti ed attive nel nostro organismo molto prima di essere esposto ad agenti patogeni, come virus e batteri. • Sono largamente non specifiche, cioè non distinguono un invasore dall’altro. Copyright © 2006 Zanichelli editore I macrofagi sono grandi cellule fagocitarie che circolano nel liquido interstiziale e, quando incontrano cellule infettate da virus o da batteri, le inglobano. Batteri Figura 19.1A Copyright © 2006 Zanichelli editore Gli interferoni sono proteine prodotte dalle stesse cellule infettate dai virus che stimolano le altre cellule a resistere a essi. Le proteine antivirali bloccano la riproduzione virale Acido nucleico virale 1 2 Attivazione dei geni per l’interferone Nuovi virus DNA mRNA 3 5 L’interferone stimola la cellula ad attivare i geni delle proteine antivirali Molecole di interferone 4 Figura 19.1B Copyright © 2006 Zanichelli editore Cellula ospite 1 Cellula ospite 2 Produce interferone, ma viene uccisa dai virus È protetta dall’azione dei virus grazie all’interferone della cellula 1 19.2 La risposta infiammatoria mette in moto i meccanismi di difesa non specifica La risposta infiammatoria costituisce il nostro principale sistema di difesa innato ed è innescata da qualsiasi danno ai tessuti. Gonfiore Spillo Superficie dell’epidermide Batteri Vaso sanguigno Segnali chimici Copyright © 2006 Zanichelli editore Fagociti Globulo bianco 1 Danno al tessuto; liberazione di segnali chimici quali l’istamina Figura 19.2 Accumulo di fagociti e di liquido interstiziale nell’area infiammata 2 Aumento della permeabilità e dilatazione dei vasi sanguigni locali; passaggio dei fagociti verso la regione lesa 3 I fagociti (macrofagi e neutrofili) eliminano i batteri e ciò che rimane delle cellule danneggiate; il tessuto si rimargina • I principali effetti della risposta infiammatoria sono quelli di disinfettare e di ripulire il tessuto lesionato. • La risposta infiammatoria aiuta a prevenire l’estendersi dell’infezione ai tessuti circostanti. Copyright © 2006 Zanichelli editore 19.3 Durante l’infezione il sistema linfatico assume un ruolo d’importanza fondamentale Il sistema linfatico è costituito da una fitta rete di vasi, da numerosi linfonodi, dalle tonsille, dalle adenoidi, dall’appendice e dalla milza. Adenoidi Tonsille Linfonodi Dotto toracico, che si immette nella vena succlavia sinistra Linfonodo Dotto linfatico destro, che si immette nella vena succlavia destra Timo Aggregati di linfociti e macrofagi Valvola Vaso linfatico Dotto toracico Capillare sanguigno Cellule tissutali Appendice Figura 19.3 Copyright © 2006 Zanichelli editore Midollo osseo Milza Liquido interstiziale Vasi linfatici Capillare linfatico • I vasi linfatici trasportano un liquido, chiamato linfa, che è simile al liquido interstiziale ma con un minore contenuto di ossigeno e di sostanze nutritive. • Il sistema linfatico ha due principali funzioni: riportare nel sistema circolatorio il liquido interstiziale e combattere le infezioni. Copyright © 2006 Zanichelli editore La risposta immunitaria acquisita 19.4 La risposta immunitaria neutralizza specifici invasori • L’immunità conferita dal sistema immunitario viene detta immunità acquisita e si sviluppa a pieno solo in seguito all’esposizione a sostanze estranee chiamate antigeni. • Quando entra in contatto con un antigene, il sistema immunitario risponde con un incremento del numero di cellule che attaccano direttamente gli invasori o che producono le proteine di difesa chiamate anticorpi. Copyright © 2006 Zanichelli editore • L’immunità attiva, cioè le resistenza a uno specifico invasore, viene solitamente acquisita dopo un’infezione naturale, ma può essere innescata con una procedura medica, nota come vaccinazione. • È anche possibile sviluppare un’immunità passiva (per esempio acquisendo anticorpi attraverso il latte materno o da un siero contenente anticorpi specifici). Copyright © 2006 Zanichelli editore 19.5 I linfociti forniscono una duplice difesa Le cellule responsabili della risposta immunitaria sono i linfociti: Midollo osseo • Alcuni linfociti immaturi continuano a svilupparsi nel midollo osseo e si specializzano diventando linfociti B (o cellule B) Timo Cellule staminali Per via sanguigna Linfociti immaturi Recettori antigenici • Altri passano dal midollo osseo al timo dove si specializzano, diventando linfociti T (o cellule T). Linfociti B Linfociti T Immunità umorale Per via Immunità mediata sanguigna da cellule Linfonodi, milza e altri organi linfatici Processo finale di Altre parti del sistema maturazione dei linfoci linfatico e T in un organo linfatic Figura 19.5A Copyright © 2006 Zanichelli editore Ogni individuo produce un enorme numero di linfociti B e T diversi; si stima che ognuno di noi ne abbia tra 100 milioni e 100 miliardi di tipi differenti, un numero sufficiente per riconoscere e attaccare praticamente tutti i tipi di antigeni che potremmo mai incontrare. Figura 19.5B Copyright © 2006 Zanichelli editore 19.6 Gli antigeni hanno regioni specifiche a cui si legano gli anticorpi In genere, gli anticorpi riconoscono determinate regioni, i determinanti antigenici, presenti sulla superficie di un antigene. Molecole di anticorpo A Siti di legame per l’antigene Determinanti antigenici Antigene Figura 19.6 Copyright © 2006 Zanichelli editore Molecola di anticorpo B 19.7 Solo i linfociti selezionati e attivati dagli antigeni danno origine a un clone di cellule che innesca la risposta immunitaria • Una volta all’interno del corpo, un particolare antigene attiva solo quel piccolissimo numero di linfociti che possiede un ben preciso recettore specifico. • In seguito, tali cellule proliferano formando una popolazione di cellule geneticamente identiche (un clone) adatte per combattere quel determinato antigene. Copyright © 2006 Zanichelli editore Le tappe della selezione clonale • Nelle risposta immunitaria primaria, la selezione clonane sviluppa cellule effettrici e cellule della memoria in grado di garantire un’immunità per tutta la vita. • Nella risposta immunitaria secondaria, le cellule della memoria sono attivate da una seconda esposizione allo stesso antigene che induce una risposta più energica e veloce. Copyright © 2006 Zanichelli editore Risposta immunitaria primaria e secondaria: Risposta immunitaria primaria Recettore antigenico (anticorpo sulla superficie cellulare) 1 Linfociti B con recettori antigenici diversi Crescita, divisione e differenziam ento di un linfocita 2 Molecole di antigeni 3 Prima esposizione all’antigene Molecole di anticorpi 4 5 Reticolo endoplasmatico Primo clone Plasmacellule che producono anticorpi Cellule della memoria Molecole di antigene Seconda esposizione 6 allo stesso antigene Risposta immunitaria secondaria Figura 19.7A Copyright © 2006 Zanichelli editore Molecole di anticorpi Reticolo endoplasmatico Plasmacellule che producono anticorpi Cellule della memoria Risposta immunitaria primaria e secondaria a confronto La risposta immunitaria secondaria avviene più velocemente delle risposta immunitaria primaria. Risposta immunitaria secondaria all’antigene X Concentrazione di anticorpi Seconda esposizione all’antigene X, prima esposizione all’antigene Y Prima esposizione all’antigene X Risposta immunitaria primaria all’antigene X Risposta immunitaria primaria all’antigene Y Anticorpi per l’antigene X 0 Figura 19.7B Copyright © 2006 Zanichelli editore 7 14 21 Anticorpi per l’antigene Y 28 35 42 Tempo (giorni) 49 56 19.8 Gli anticorpi sono le «armi» dell’immunità umorale • I linfociti B sono le cellule coinvolte nell’immunità umorale. • Le plasmacellule, cioè le cellule effettrici prodotte per selezione clonale, fabbricano e secernono gli anticorpi, le proteine che hanno la funzione di «armi» molecolari di difesa. Copyright © 2006 Zanichelli editore Ogni molecola di anticorpo ha un sito di legame per l’antigene, cioè una regione responsabile della funzione di riconoscimento e di legame con l’antigene. Siti di legame per l’antigene Catena leggera C Figura 19.8 Copyright © 2006 Zanichelli editore C Catena pesante 19.9 Gli anticorpi individuano quali antigeni devono essere distrutti Gli anticorpi promuovono l’eliminazione dell’antigene attraverso diversi meccanismi. Il legame tra anticorpi e antigeni inattiva gli antigeni tramite Neutralizzazione Virus Agglutinazione di cellule Copyright © 2006 Zanichelli editore Attivazione del complemento Molecole del complemento Batteri Molecole di antigeni Batterio Figura 19.9 Precipitazione di antigeni in soluzione Cellula estranea Favoriscono la Porta alla Fagocitosi Lisi della cellula Macrofago Foro 19.10 Il sistema immunitario si basa sulle nostre «impronte» molecolari • La capacità del sistema immunitario di riconoscere le molecole appartenenti al proprio organismo, ossia di distinguere il self dal non self, permette di combattere molecole estranee senza danneggiare le proprie. • Le cellule di ogni persona hanno sulla membrana particolari glicoproteine self che costituiscono le impronte molecolari (fingerprint) e contrassegnano le cellule del corpo rendendole inattaccabili dai propri linfociti. Copyright © 2006 Zanichelli editore COLLEGAMENTI 19.11 Gli anticorpi monoclonali sono armi efficaci sia nella ricerca biologica sia nella terapia medica Gli anticorpi monoclonali sono prodotti fondendo una cellula tumorale con un normale linfocita B: la cellula ibrida produce molecole di anticorpi specifici per un singolo determinante antigenico. Antigene iniettato nel topo Linfociti B (prelevati dalla milza) Cellule tumorali in un terreno di coltura Cellule tumorali Cellule fuse insieme per produrre cellule ibride Anticorpo Figura 19.11A Copyright © 2006 Zanichelli editore Una cellula ibrida viene posta in un terreno di coltura Coltura di cellule ibride che producono anticorpi monoclonali • Gli anticorpi monoclonali sono particolarmente utili nelle diagnosi medica. • Con gli anticorpi monoclonali sono anche stati ottenuti risultati incoraggianti nel trattamento di diverse malattie, incluso il cancro. Copyright © 2006 Zanichelli editore L’immunità mediata da cellule 19.12 I linfociti T helper organizzano la difesa mediata da cellule e favoriscono l’immunità umorale Ci sono almeno due tipi principali di linfociti: • i linfociti T citotossici, che attaccano le cellule infettate da agenti patogeni; • i linfociti T helper, che svolgono molteplici funzioni nella risposta immunitaria, coadiuvando l’attività dei linfociti T citotossici e dei macrofagi e stimolando i linfociti B a produrre anticorpi. Copyright © 2006 Zanichelli editore • Tutto il sistema immunitario mediato da cellule e gran parte di quello umorale dipendono dalla precisa interazione tra le cellule APC e i linfociti T helper. • Questa interazione attiva i linfociti T helper che, a loro volta, possono poi andare ad attivare altre cellule del sistema immunitario. Copyright © 2006 Zanichelli editore • I linfociti T helper riconoscono e si legano al complesso self-non self esposto sulla superficie di una cellula APC. • I linfociti T helper attivati promuovono la risposta immunitaria in molti modi e possono attivare i linfociti T citotossici e i linfociti B. Copyright © 2006 Zanichelli editore Attivazione di un linfocita T helper e suo ruolo nell’immunità: Complesso self-non self Microbo Macrofago Recettore del Interleuchina-2 partecipa linfocita T all’attivazione di altri linfociti T e B 5 3 1 2 Antigene prodotto dal microbo non self Figura 19.12 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6 Linfocita T helper 4 Proteina self (proteina MHC di classe II) Cellula APC Linfocita B Interleuchina-1 (partecipa all’azione del linfocita T helper) Sito di legame per l’antigene Immunità umorale (secrezione di anticorpi da parte delle plasmacellule) Interleuchina-2 partecipa all’attivazione di altri linfociti T e B 7 Linfocita T citotossico Sito di legame per la proteina self Immunità mediata da cellule (attacca le cellule infette) COLLEGAMENTI 19.13 L’AIDS distrugge i linfociti T helper lasciando il corpo privo di difese I virus dell’AIDS può eliminare i linfociti T helper dell’organismo compromettendo drasticamente la sua capacità di combattere le infezioni. Figura 19.13 Copyright © 2006 Zanichelli editore 19.14 I linfociti T citotossici uccidono le cellule infette I linfociti T citotossici si legano alle cellule infettate e le distruggono. 1 Il linfocita T citotossico si lega alla cellula infettata 2 La perforina produce fori nella membrana della cellula infettata Complesso self-non self Formazione del foro Cellula infettata Molecola di perforina Figura 19.14 Copyright © 2006 Zanichelli editore Antigene estraneo Linfocita T citotossico Enzima che può indurre l’apoptosi 3 Lisi della cellula infettata 19.15 I linfociti T citotossici possono prevenire il cancro I linfociti T citotossici possono difendere l’organismo dai tumori maligni nello stesso modo in cui lo difendono dai microbi. Figura 19.15 Copyright © 2006 Zanichelli editore COLLEGAMENTI 19.16 Un funzionamento scorretto del sistema immunitario può provocare disturbi e malattie • Le malattie autoimmuni insorgono quando il sistema immunitario «fa confusione» e reagisce contro le molecole del proprio corpo. • Le persone affette da malattie da immunodeficienza sono prive di uno o più componenti del sistema immunitario. • Un lieve indebolimento del sistema immunitario può derivare anche da stress fisici ed emotivi. • Le allergie sono causate da una sensibilità anomala ad antigeni presenti nel nostro ambiente, chiamati allergeni. Copyright © 2006 Zanichelli editore Le due fasi di una reazione allergica: Linfocita B (plasmacellua) Mastocita Determinante antigenico Istamina 1 Allergene (granulo pollinico) 2 I linfociti B producono anticorpi Sensibilizzazione: esposizione iniziale all’allergene Figura 19.16 Copyright © 2006 Zanichelli editore 3 Gli anticorpi si attaccano al mastocita 4 L’allergene si lega agli anticorpi del mastocita 5 Viene liberata istamina che causa i sintomi dell’allergia Successiva esposizione allo stesso allergene
