Capitolo 19
Il sistema immunitario
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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• 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).
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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• 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.
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• 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.
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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
