Tolleranza

Corso di Immunologia
A.A. 2009-10
La tolleranza immunitaria
1
Cosa dovremmo conoscere alla fine di questa lezione
 Concetti e significato della tolleranza
 Fattori che determinano l’induzione della tolleranza
 Meccanismi di induzione della tolleranza
 Concetti di autoimmunità e malattie
Scopo di questa lezione è illustrare i principali fenomeni della tolleranza
immunologica inserendoli didatticamente in una serie di meccanismi cellulari
e molecolari. In tal modo se ne faciliterà la comprensione sia in termini di
fisiopatologia della risposta immunitaria che come sviluppo del repertorio
immunologico e quindi dell'evoluzione della specie
KEYWORDS:
Tolleranza neonatale, antigene e induzione di tolleranza nell'adulto, genotipo
2
ed idiotipo, agenti esogeni, anergia e competizione antigenica.
Introduzione (1)
Una questione centrale dell'Immunolgia è come il sistema
immunitario possa discriminare le molecole del
proprio organismo da quelle di organismi (o
microrganismi) estranei. Nelle lezioni precedenti sono
state descritte le molecole ed i meccanismi che sono
alla base di tale riconoscimento: in particolare sono
state esaminate le molecole del MHC, le regioni
variabili (o idiotipi) delle immunoglobuline e del
recettore specifico per l'antigene del linfocita T (TCR),
e sono state discusse le interazioni tra parti
polimorfiche delle molecole MHC e le sequenze
aminoacidiche che formano gli epitopi riconosciuti dal
recettore T.
3
Introduzione (2)
Queste conoscenze non solo sono essenziali per
comprendere come il sistema immunitario possa
essere tollerante verso i propri costituenti, ma hanno
posto anche le basi per affrontare uno dei fenomeni
più discussi dell'immunologia sperimentale: l'induzione
specifica della non-risposta immunologica verso un
determinato antigene.
4
Definition of tolerance
Tolerance refers to an
antigen induced specific
Unresponsiveness
Tolerance refers to the specific immunological nonreactivity to an antigen resulting from a previous
exposure to the same antigen. While the most
important form of tolerance is non-reactivity to
self antigens, it is possible to induce tolerance to
non-self antigens. When an antigen induces
tolerance, it is termed tolerogen.
5
Introduzione (3)
Quindi il termine "Tolleranza Immunologica" ha due
significati che possono essere considerate due facce
della stessa medaglia:
-
il primo riguarda la non-risposta verso le proprie
molecole;
-
il secondo la non-risposta verso antigeni estranei.
Mentre il primo è un meccanismo fisiologico che è alla
base dello sviluppo del repertorio immunologico, il
secondo è un fenomeno poliedrico dipendente da
diverse variabili sperimentali, quali il genotipo
dell'animale utilizzato, la forma, la dose e la via di
somministrazione dell'antigene, etc.
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Introduzione (4)
Legate sperimentalmente alla tolleranza immunologica sono le
osservazioni che la risposta immunitaria verso antigeni estranei
e verso propri costituenti deve essere finemente regolata per
evitare tutti quei fenomeni di ipersensibilità e di autoimmunità
che sono alla base di moltissimi quadri patologici
(immunopatologia). Per esempio, nel corso degli studi sulla
tolleranza immunologica è stato osservato che alcuni stati di
tolleranza potevano essere trasferiti mediante cellule e venne
coniato il termine di "Tolleranza infettiva" e di linfociti T
soppressori/regolatori.
Quasi
contemporaneamente,
l'identificazioni degli idiotipi portò a considerare il sistema
immunitario una rete di recettori specifici per gli antigeni tra
linfociti B e linfociti T, e venne così formulata l'ipotesi che le
interazioni tra idiotipi siano alla base della regolazione della
risposta immune e della tolleranza verso i propri costituenti.
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Induzione della tolleranza immunologica nel
neonato
Tolleranza neonatale
La Tolleranza neonatale, cioè la non-risposta immunologica
verso antigeni venuti a contatto con il sistema immunitario
prima della nascita, è un fenomeno osservato inizialmente da
R. Owen (1945), descritto ed utilizzato da Burnet e Fenner
nell'enunciazione della teoria della selezione clonale (1949),
e dimostrato sperimentalmente come fenomeno di Tolleranza
Immunologica da P. Medawar (1953).
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Induction of tolerance
an experiment of nature
Dizygotic twins in cows
The observations of a zoologist, Owen, that Dizygotic bovine twins could accept grafts from each
other but their siblings from other pregnancies could not tolerate such grafts led Medawar to
perform a series of experiments to induce tolerance in mice.
9
Le osservazioni di Owen
R. Owen osservò che gemelli bovini non monozigoti
possedevano nella vita adulta, a causa di un particolare
sviluppo della placenta che permetteva il passaggio di
sangue da un gemello all'altro nella vita embrionale,
globuli rossi di ambedue i genotipi. Questa osservazione
rappresentò un'importante elemento nella formulazione
dell'ipotesi della teoria della selezione clonale di Burnet e
Fenner. Alla base di questa teoria c'era l'assunto che il
contatto di un antigene estraneo con il sistema immune
durante il suo sviluppo causa l'eliminazione (delezione)
del clone linfocitario specifico e quindi mancata risposta
immunitaria.
10
Gli esperimenti di Medawar
Questo assunto fu dimostrato sperimentalmente da P. Medawar
utilizzando un approccio sperimentale di trapianto cutaneo,
da lui messo a punto durante la II guerra mondiale quando
questa metodologia veniva impiegata per proteggere i feriti
con gravi ustioni. Questo esperimento, che fruttò nel 1960 a
Burnet e Medawar il premio Nobel, dimostrò la possibilità di
far accettare un trapianto cutaneo effettuato tra ceppi murini
diversi purchè il topo trapiantato abbia ricevuto linfociti del
donatore al momento della nascita (nel topo la
periferizzazione linfocitaria avviene qualche giorno dopo la
nascita: se lo stesso esperimento fosse stato compiuto nel
cane l'esperimento avrebbe avuto un risultato negativo, cioè
si sarebbe verificato il rigetto del trapianto di cute, in quanto
nel cane la periferizzazione linfocitaria avviene prima della
nascita).
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Experimental induction of tolerance
strain-A
strain-B
bone marrow
strain A newborn
8 weeks
10 days
12
The chimaeric mouse
A white (Balb/c) mouse made tolerant to C57Bl (black) mouse tissues.
Tolerance to tissue and cell antigens can be induced by injection of hemopoietic (stem) cells in neonatal
or severely immuno-compromised (by lethal irradiation or drug treatment) animals. Also, grafting of
thymus in early life results in tolerance to the donor type cells and tissues. Such animals are known as
chimeras. These findings are of significant practical application in bone marrow grafting.
13
Factors affecting tolerance
role of antigen
Factors which
affect response
Favor immune
response
Favor tolerance
 Physical form of
antigen
 Large, aggregated,
complex molecules,
properly processed
 soluble, aggregate-free,
simple small molecules,
not processed
 Route of injection
 Subcutaneous or
intramuscular
 Oral or, sometimes,
intravenous
 Dose of antigen
 Optimal dose
 Very large or very small
dose
14
Factors affecting tolerance
the role of host
Factors that
affect response
Favor immune
response
Favor tolerance
 Age of responding
animal
 Fully differentiated;
memory T & B cells
 Newborn (mice), immunologically immature
 Differentiation
state of cells
 Older, immunologically mature
 Relative undifferentiated B
cell with only IgM, T cells
in the thymic cortex
15
Induzione della tolleranza immunologica
nell’adulto
Tolleranza nell'adulto:
-
forma dell’antigene;
-
dose dell’antigene;
-
via di somministrazione dell'antigene
16
Forma dell’antigene (1)
Ovviamente, l'esperimento di Medawar aprì la strada a numerosi
altri tentativi di induzione della tolleranza immunologica non
solo nell'animale neonato ma anche nell'animale adulto. Il
sistema di tolleranza immunologica nell'animale adulto più
studiato fu quello che utilizzava l'inoculo di gamma globuline
bovine (BGG) nel topo valutando quindi la comparsa di
anticorpi anti-gamma globuline. Tali anticorpi venivano
puntualmente prodotti dai topi immunizzati a meno che non si
usasse una preparazione di BGG a cui erano stati rimossi gli
aggregati mediante ultracentrifugazione. In tal caso, non solo
l'animale non sviluppava anticorpi verso BGG, ma non
produceva anticorpi anti BGG anche se successivamente
immunizzato con BGG aggregate (rispondevano normalmente
a qualsiasi altro antigene di controllo).
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Forma dell’antigene (2)
Studi successivi hanno dimostrato che in questo tipo di tolleranza
immunologica sia i linfociti B che linfociti T helper specifici sono
resi tolleranti. Infatti, topi adulti irradiati e ricostituiti
rispettivamente o con linfociti T di donatore normale + linfociti B
di donatore pretrattato con gamma globuline umane (HGG)
ultracentrifugate o con linfociti B normali + linfociti T di donatori
tollerizzati non producono anticorpi anti-HGG se immunizzati con
forme immunogene di HGG.
Un altro esempio in cui la forma di antigene gioca un ruolo importante
nella determinazione di tolleranza o immunità è fornito dall'aptene
DNP che coniugato con il carrier polimero D-acido glutammico e
D-lisina induce una risposta anticorpale anti-DNP, mentre lo stesso
aptene coniugato alla forma sinistrorsa dello stesso polimero induce
tolleranza immunologica.
18
Forma dell’antigene (3)
Più recentemente la forma di antigene nell'induzione della
tolleranza immunologica è stata studiata a livello clonale
utilizzando
peptidi
sintetici.
Peptidi
sintetici
dell'emoagglutinina del virus influenzale preincubati in
assenza di macrofagi con cloni linfocitari T umani spefici per
l'emoagglutinina influenzale inducono uno stato di tolleranza
antigene specifico che dura in vitro per almeno 7 giorni, senza
causare la morte del clone.
19
Dose dell’antigene
Un
altro sistema per indurre tolleranza immunolgica
nell'animale adulto consite nell'inoculo di dose
estremamente alte (sopraottimali) o basse (subottimali) di
antigene. Fu osservato che la somministrazione di alte
dosi di polisaccaride di pneumococco (100mg), ma non di
dose intermedie (10mg), invece di indurre protezione verso
l'infezione pneumococcica causava la morte dell'animale
per un fenomeno di tolleranza che originariamente fu
descritta come "paralisi immunologica". Ancora più
interessante, fu l'osservazione che topi inoculati con varie
dosi di albumina bovina si comportavano differentemente
verso un'immunizzazione standard di albumina: animali
pretrattati con alte e basse dosi risultavano specificamente
tolleranti mentre dosi intermedie inducevano una risposta
20
immune.
Via di somministrazione dell’antigene
E' stato ampiamente dimostrato che l'aptene TNP somministrato
per via percutanea o per via intradermica induce attivazione
dei linfociti T e fenomeni di ipersensiblità ritardata, mentre se
inoculato per via endovenosa induce una tolleranza specifica
che dura per un lungo periodo di tempo.
Ancora più interessante è il fenomeno che l'infezione tubercolare
sperimentale effettuata per via intradermica induce attivazione
dei linfociti T e protezione, mentre la stessa infezione
effettuata per via endovenosa induce tolleranza.
21
Implicazioni
Tutte queste variabili, cioè dose, forma e via di somministrazione
dell'antigene, sono di indubbio interesse pratico nelle
vaccinazioni, in cui è importante non indurre fenomeni di
tolleranza ma di immunità. Benchè non si conoscano
esattamente le basi molecolari di queste osservazioni, è
probabile che le varianti sopra descritte portino ad una
particolare presentazione antigenica favorente l'induzione di
tolleranza: per esempio alte dosi di antigene, o antigene
somministrato per via endovenosa o antigene in forma
disaggregata potrebbero arrivare ai macrofagi in modo tale
che non si abbia una corretta associazione con molecole di
classe II
22
Tolleranza controllata dal genotipo e
dall’idiotipo (1)
Non tutti gli individui sviluppano una risposta immunitaria verso
gli stessi antigeni, o più generalmente l'intensità di una
risposta immune può variare sia qualitativamente che
quantitativamente da individuo ad individuo. Tale variabilità
genetica nell'induzione della risposta immunitaria è stata
particolarmente studiata nei vari ceppi di topi ed è risultata
essere in stretto rapporto con il MHC. Originariamente i geni
che controllavano l'induzione della risposta immune (e
l'attivazione di linfociti T helper) furono chiamati Ir (immune
response) e la loro scoperta fruttò il premio Nobel a B.
Benacerraf (1974).
23
Tolleranza controllata dal genotipo e
dall’idiotipo (2)
Analogamente i geni che mediavano la soppressione (e l'attivazione
dei linfociti T soppressori) vennero chiamati Is (immune
suppression). Solo successivamente i geni Ir e Is furono
identificati con i geni di classe II (e classe I) del MHC. Poichè
la presentazione antigenica contempla la processazione
dell'antigene e l'associazione dei relativi frammenti peptidici
(epitopi) alla parte polimorfica delle molecole di classe II del
MHC ne deriva che l'espressione di alcuni alleli può
determinare l'associazione con alcuni peptidi e quindi
l'induzione di risposta immune verso i relativi antigeni,
mentre l'assenza di alleli in grado di legare particolare peptidi
determina l'assenza della risposta immune verso un
determinato antigene.
24
Tolleranza controllata dal genotipo e
dall’idiotipo (3)
La molecola lisozima di pollo, per esempio, non induce una
risposta immune nei topi con genotipo H-2d mentre induce la
risposta in topi con genotipo H-2K. Risultati analoghi sono
stati osservati immmunizzando diversi ceppi di topi con molte
altre proteine. Tale fenomeno è ovviamente presente anche
nell'uomo in cui determina la suscettibilità o la resistenza a
varie malattie sia infettive che autoimmuni.
25
Tolleranza controllata dal genotipo e
dall’idiotipo (4)
Come è stato illustrato nella lezione della rete idiotipica, nel 1974 Jerne
propose l'idea che il sistema immune sia regolato da una rete di
interazione idiotipo-anti-idiotipo. Tali tipi di interazioni riguardano
gli idiotipi espressi sia sui recettori immunoglobulinici dei linfociti
B che sui recettori per l'antigene dei linfociti T. Assunto di tale
ipotesi è che i linfociti idiotipo-specifici siano attivamente regolati
così come deve avvenire per linfociti antigeni-specifici. In tal
modo, la regolazione idiotipica è un meccanismo di tolleranza
immunologica. Un buon esempio di tolleranza immunologica alla
cui base vi è una regolazione idiotipica mediata da linfociti T è il
fenomeno "veto". Con tale termine si intende la proprietà di
linfociti T di sopprimere (sembra permanentemente) la risposta
verso recettori specifici. Il meccanismo 'veto" è stato dimostrato
essere operante nell'eliminazione di linfociti T reattivi verso le
proprie molecole MHC.
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Tolleranza indotta da agenti esogeni (1)
La somministrazione contemporanea di farmaci alchilanti che
bloccano la sintesi di DNA (ciclofosfamide) o di farmaci in
grado di interferire con la normale trascrizione di mRNA
(cicloporina) o agenti fisici (quale l'irradiamento con dosi non
letali) inducono uno stato di tolleranza immunologica che al
contrario di quelli appena descritti possiede una minore
specificità. Per l'induzione di questo tipo di tolleranza è
essenziale che l'antigene sia somministrato al momento stesso
della somministrazione del farmaco o dell'irradiamento.
Questo in quanto il segnale antigenico deve trovare il clone
linfocitario specifico in grado di non rispondere con la sintesi
di nuovo DNA o nRNA.
27
Tolleranza indotta da agenti esogeni (2)
Ovviamente, l'immunizzazione con un antigene non correlato a
quello utilizzato insieme al farmaco induce una normale
risposta immune. Queste sostanze ed in particolare la
ciclosporina vengono utilizzate frequentemente nel controllo
dei trapianti (o nelle malattie autoimmuni) permettendo
l'instaurarsi di una tolleranza immunologica in grado di
mantenersi per diverso tempo anche in assenza di farmaco
28
Anergia immunologica e competizione
antigenica (1)
Con il termine di anergia immunologica si intende invece uno
stato di soppressione aspecifica (ottenibile anche con dosi più
alte delle medesime sostanze descritte nel paragrafo
precedente) dovuta ad una distruzione ampia del sistema
immunitario. In tal caso la gran parte o tutti i cloni linfocitari
saranno interessati e la risposta immune risulterà depressa
verso tutti gli stimoli antigenici e mitogeni. L'anergia
immunologica si può osservare frequentemente nel corso di
numerose infezioni batteriche (per esempio la tubercolosi),
virali (AIDS) e parassitarie (leishmaniosi) cosi come durante
carenze nutrizionali o sviluppo di tumori.
29
Anergia immunologica e competizione
antigenica (2)
Ovviamente, i meccanismi che sono alla base di tali forme di
anergia sono diversi ma il risultato unico il medesimo, cioè
una estrema facilità alle infezioni verso microrganismi
normalmente poco patogeni e presenti diffusamente
nell'ambiente.
Il termine competizione antigenica è riferito ad uno stato di
soppressione non specifica verso un secondo antigene in un
animale immunizzato subito prima con un antigene diverso.
Tale fenomeno è importante da tener presente nelle
vaccinazioni.
30
Immunologic features of tolerance
 It is an antigen-induced, active process
 Like immunologic memory, it is antigen
specific
 Like immunologic memory, it can exist in B
cells, T cells or both
 Like immunologic memory, its easier to
induce and lasts longer in T cells than in B
cell
Induction of tolerance is very similar to induction of an immune response.
Tolerance is different from non-specific immunosuppression, and immunodeficiency. It is an
active antigen dependent process in response to the antigen. Like immune response tolerance is
specific and like immunological memory, it can exist in T-cell, B cells or both and like
immunological memory, tolerance at the T cell level is longer lasting than tolerance at the B cell
level.
31
32
Mechanism of tolerance induction
 Clonal deletion
 Thymus: negative selection
 Bone marrow: IgM+, IgD- B cells encountering
self antigen
 Clonal anergy
 Lack of co-stimulatory(B7) molecules
 Exposure to large amounts of antigen
 Improper antigen presentation
 Lack of antigenic stimulus
 Receptor editing
 Anti-idiotype antibodies
 Suppressor T cells
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Clonal deletion:
negative selection in the thymus
Functionally immature cells of a
clone
encountering
antigen
undergo a programmed cell
death.
For example, autoreactive T-cell are eliminated in
the thymus following interaction
with self antigen during their
differentiation
(negative
selection).
34
Negative selection of B cells in
bone marrow
Clonal deletion has been shown to occur also in the periphery. B cells expressing only
IgM (no IgD) on their surface when exposed to self antigen are eliminated.
35
Clonal anergy in T cells
Auto-reactive T cells when exposed to antigenic peptides that do not possess costimulatory molecules (B7-1 or B7-2) become anergic to the antigen
36
Clonal anergy in B cells
Also, B cells when exposed to large amounts of soluble antigen down regulate their surface IgM
and become anergic and short lived. These cells also up regulate Fas molecules on their surface.
An interaction of these B cells with Fas-ligand bearing cells result in their death via apoptosis.
37
Tolerance due to lack of helper T cells
Clonal ignorance: T cells reactive to self antigen not represented in the thymus will mature
and migrate to the periphery, but they may never encounter the appropriate antigen because it is
sequestered in inaccessible tissues. Such cells may die out for lack of stimulus.
Auto-reactive B cells that escape deletion may not find the antigen or the specific helper T-cells
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and hence not be activated and die out.
Receptor editing among B cells
B cells which encounter large amounts of soluble antigen, as they do in the body, and
bind to this antigen with very low affinity become activated to re-express their RAG1
and RAG2 genes. These gene cause them to undergo gene recombination and change
their specificity.
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Anti-idiotype antibody in tolerance
Anti-idiotype antibody:
Anti-idiotype antibodies produced experimentally have been
demonstrated to inhibit immune response to specific antigens. Anti-idiotype antibodies are
produced during the process of tolerization and such antibodies have been demonstrated in
tolerant animals. These antibodies prevent the receptor from combining with antigen.
Suppressor cells: Both low and high doses of antigen may induce suppressor T cells which can
specifically suppress immune responses of both B and T cells.
40
Breakdown of tolerance
 Immunosuppression
 Lack of antigen during
differentiation of new
clones
 Lack of antigen exposure
 As above
 Cross reactive antigens
Termination of tolerance:
Experimentally induced tolerance can be terminated by prolonged absence of exposure to the
tolerogen, by treatments which severely damage the immune system (x-irradiation) or by
immunization with cross reactive antigens. These observations are of significance in the
conceptualization of autoimmune diseases.
41
Meccanismi cellulari e molecolari della tolleranza e
della regolazione periferica della risposta immunitaria
Come abbiamo visto, la tolleranza immunologica è un fenomeno
complesso e poliedrico causato e dipendente da numerosissimi
fattori. Tuttavia, tre sono i meccanismi essenziali su cui è
possibile far convergere tutte le forme di tolleranze
immunologiche descritte:
a)
deficit della presentazione antigenica;
b)
attivazioni di linfociti T soppressori/regolatori;
c)
assenza di un clone linfocitario nel repertorio immunologico.
42
Deficit della presentazione antigenica (1)
Questo meccanismo di tolleranza immunologica è, almeno in parte,
alla base della tolleranza genotipicamente controllata e a
quelle forme di tolleranza immunologica indotte nell'adulto.
Il difetto delle cellule che devono presentare l'antigene può
consistere in:
- assenza genetica di molecole di classe II del MHC in grado di
associare determinati epitopi (tolleranza genetica). Un'assenza
fenotipica dell'espressione di molecole MHC può causare la
tolleranza immunologica: ciò si è osservato applicando
l'aptene chimico TNP sulla cute della coda di topi le cui
cellule sono estremamente povere in molecole di classe II. In
tal caso si sviluppa una tolleranza immunologica specifica
verso il TNP.
43
Deficiti della presentazione antigenica (2)
- deficit della produzione di IL-1 e di altre molecole importanti
nell'attivazione dei linfociti T (tolleranza indotta da farmaci e
radiazioni). Topi trattati con radiazioni ultraviolette e quindi
immunizzati con TNP somministrato per via percutanea
sviluppano una tolleranza specifica.
- blocco della presentazione antigenica per "ingolfo" delle cellule
presentanti e conseguente alterazione della membrana e dei
lisosomi (dosi e vie di somministrazione dell'antigene, anergia
immunologica e competizione antigenica).
44
Attivazione linfociti T soppressori/regolatori (1)
E' stata dimostrata in molti modelli di animali adulti resi tolleranti verso
antigeni esogeni la presenza di linfociti T in grado di inibire la
normale induzione della risposta immunitaria quando trasferiti in
animali normali. Descritto originariamente come fenomeno di
"tolleranza infettiva" da R. Gershon (1974), i linfociti T
soppressori/regolatori sono stati principalmente studiati nell'animale.
La loro attivazione è sotto controllo dei geni MHC (originariamente si
parlò di geni Is) ed in particolare è stata messa in diretto rapporto alla
capacità di particolari aplotipi di MHC di associare in maniera
selettiva epitopi "soppressori" di proteine tollerogene per un
determinato ceppo murino. La tolleranza verso il lisozima, il
citrocromo c, e la mioglobina sono esempi di tolleranza geneticamente
controllate dovute anche all'attivazione di linfociti T soppressori. In
ognuna di queste proteine è stato possibile identificare epitopi helper
ed epitopi soppressori, che associandosi ai determinati polimorfici
delle molecole di classe II del MHC determinano il tipo di risposta.45
Attivazione linfociti T soppressori (2)
Altri linfociti T soppressori/regolatori possono riconoscere
idiotipi associati a molecole di classe II ed in questo caso la
loro attivazione sarà idiotipo-specifica. Infine, lifociti T
soppressori possono essere attivati policlonalmente da
prodotti microbici, ed in questo caso la soppressione
risulterà aspecifica.
Il meccanismo d'azione dei linfociti T soppressori/regolatori
non è completamente noto e può essere diverso se
consideriamo i linfociti T soppressori/regolatori antigene-,
idiotipo- o non-specifici. Tuttavia, si è recentemente
osservato che molti linfociti T soppressori inibiscono la
produzione di IL-2 e/o l'espressione del recettore per IL-2.
46
Attivazione linfociti T soppressori (3)
L'attivazione di linfociti T soppressori/regolatori è direttamente correlata,
in diversi casi, allo sviluppo di malattie e al diverso andamento
delle infezioni. Una carenza congenita o acquisita di Ts/r (per
esempio causata da infezioni virali) può essere responsabile dei
fenomeni di autoimmunità. Al contrario, una iperattività dei Ts/r
può essere responsabile di alcuni stati di immunodeficienze. Per
quanto riguarda l'andamento delle infezioni croniche, l'attivazione
di T s/r specifici per antigeni del Micobatterio della lebbra sono
responsabili della forma lepromatosa di infezione, particolarmente
invasiva ed accompagnata da una scarsa risposta immunitaria verso
antigeni micobatterici e conseguentemente dalla presenza di
numerosi bacilli nelle lesioni. Al contrario, la forma tubercoloide di
lebbra è caratterizzata da iperattivazione dei linfociti T helper e da
una imponente risposta immunitaria che causa fenomeni di
ipersensibilità e danno tissutale ma assenza di bacilli nelle lesioni.
47
Assenza di un clone linfocitario dal repertorio
immunologico (1)
La teoria della delezione clonale di Burnet e l'esperimento di
Medawar sulla tolleranza neonatale rappresentano la nascita
dell'immunologia come scienza moderna. Tuttavia,
l'identificazione dei meccanismi molecolari che sono alla base
della selezione ed eventuale delezione di un clone e quindi
della tolleranza verso i propri costituenti è avvenuta molto
recentemente e molti aspetti non sono anora noti.
E' ormai noto che la specificità del recettore per l'antigene del
linfocita T è determinata dagli amminoacidi dell'epitopo e
delle molecole MHC. La parte polimorfica di tali molecole è
particolarmente importante sia per la sua associazione con gli
epitopi che per il legame con il recettore del linfocit T.
48
Tolleranza e sviluppo del repertorio
immunologico
a)
Sviluppo intra-timico del repertorio immunologico
b)
Tolleranza verso antigeni propri come pressione selettiva
nell'evoluzione della specie
49
Sviluppo intra-timico del repertorio immunologico (1)
Lo sviluppo del repertorio immunologico del linfocita T avviene in
almeno due modi:
1)
prima si sviluppano linfociti T immaturi che riarrangiano
random su informazione genetica il dimero recettoriale alphabeta: solo i linfociti il cui recettore ha sufficiente affinità per
proprie moleole MHC vengono positivamente selezionati
(selezione positiva);
2)
successivamente, per ottenere un repertorio tollerante verso i
propri antigeni, i linfociti T che sono reattivi verso molecole
proprie associate a molecole MHC vengono eliminate
(selezione negativa).
50
Sviluppo intra-timico del repertorio immunologico (2)
Evidenze dirette di questa selezione negativa sono state recentemente
ottenute nel sistema M1s-2. Questo antigene è espresso in alcuni ceppi
di topi e la sua associazione con MHC induce la delezione di linfociti
T che esprimono un recettore con un particolare riarrangiamento nella
regione variabile V. della catena b (Vb 3). Al contrario, i ceppi murini
che mancano dell'antigene M1s-2 sviluppano linfociti T Vb 3+. Simili
osservazioni sono state fatte con altri antigeni propri e diverse regioni
variabili della catena b (17a, 8.1, 6). Quindi la regola è che i linfociti T
sviluppano il loro repertorio recettoriale elimando tutti cloni il cui
riarrangiamento in Vb porta a riconoscimento di molecole proprie
associate al proprio MHC. Se nella vita adulta il sistema immunitario
di questi animali si troverà a confronto con antigeni (per esempio
microbici) che richiedono un particolare riarrangiamento nella regione
Vb che è stato deleto ecco che tale "buco nel repertorio" è
responsabile della tolleranza immunologica.
51
Tolleranza verso antigeni propri come pressione selettiva
nell'evoluzione della specie (1)
Il concetto della selezione negativa apre alcune considerazioni sul
motivo per cui gli alleli del MHC che si associano a molecole
proprie (e che quindi portano ad una delezione di alcuni cloni
con consegente restringimento del repertorio immunologico)
sono mantenuti nella popolazione nel corso dell'evoluzione. In
altre parole: perchè la pressione evolutiva favorisce lo
sviluppo di ceppi murini che hanno deleto una parte del loro
repertorio T confronto a ceppi murini che, in assenza di
delezione, avrebbero potuto avere un repertorio immunologico
più espanso? La risposta a questo interrogativo è nello
sviluppo di malattie autoimmuni che è stato osservato essere
dovuta alla comparsa di cloni anti-self ristretti per un dato
riarrangiamento in Vb.
52
Tolleranza verso antigeni propri come pressione selettiva
nell'evoluzione della specie (1)
Quindi, la delezione di cloni autoreattivi rappresenta un sistema
positivo di pressione evolutiva. Ne consegue che la tolleranza
immunologica è un momento centrale della nostra evoluzione
così come lo è la capacità del sistema immunitario a
rispondere verso antigeni esogeni. La pressione evolutiva
faciliterà lo sviluppo solo di individui, all'interno di una
specie, in grado di sviluppare un sistema immmune
"equilibrato", cioè che elimini la maggior parte di cloni
reattivi senza eliminare i cloni potenzialmente necessari per
permettere la sua sopravvivenza in un ambiente popolato da
centinaia di micoroganismi ed antigeni patogeni.
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Conclusioni
- Lo sviluppo intratimico del repertorio immunologico dei linfociti
T è dettato dalla tolleranza immunologica, cioè dalla delezione
di cloni specifici per antigeni propri associati alle proprie
molecole MHC.
- La tolleranza genetica è dovuta all'assenza in un determinato
aplotipo di una zona polimorfica del proprio MHC in grado di
legare l'epitopo (i) T presente in un antigene.
- La tolleranza immunologica geneticamente non controllata è
dovuta il più delle volte ad un difetto di processazione e
presentazione antigenica (deficit di espressione di molecole
MHC, di IL-1, di fagocitosi, etc.).
- Linfociti T soppressori (antigene-specifici, idiotipo-specifici e
non specifici) inducono e/o mantengono uno stato di
tolleranza indotta anche con altri meccanismi.
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