Maturazione linfociti T

Immunologia e Immunopatologia
MATURAZIONE DEI
LINFOCITI T
Immunità Umorale e Cellulare
Il percorso di maturazione
dei linfociti
Sviluppo della specificità
immunologica
•  I linfociti B e T avviano le risposte immunitarie dopo il
riconoscimento specifico dell’antigene.
•  I linfociti B e T riconoscono l’antigene attraverso il proprio
recettore di membrana:
-  Recettore dei linfociti B  BCR
-  Recettore dei linfociti T  TCR
•  Repertorio linfocitario = Insieme di tutti i recettori per
l’antigene espressi da un individuo = Numero di antigeni
riconoscibili da un individuo.
Le molecole che legano
l’antigene
•  Linfociti B  BCR (Ig di membrana)
•  Linfociti T  TCR
•  Altre cellule  MHC I e II
Recettori dei linfociti T
Recettori T: proprietà generali
•  Recettore dei linfociti T = TCR
•  Proteine di membrana espresse da tutte le classi di linfociti T.
•  Molecole specializzate per riconoscere un peptide antigenico.
•  Il riconoscimento dell’antigene avviene esclusivamente se
caricato su molecole MHC.
•  Il TCR ha bisogno di riconoscere contemporaneamente
antigene e MHC.
Struttura del TCR
•  Tutti i TCR hanno la stessa struttura molecolare, ma
grande variabilità nella regione che lega l’antigene.
•  Struttura simmetrica:
- 1 catena polipeptidica α - 1 catena polipeptidica β
•  Circa il 10% dei linfociti T
esprime un TCR costituito da:
- 1 catena polipeptidica γ - 1 catena polipeptidica δ
Struttura del TCR
•  Le catene α e β sono costituite da 2
domini proteici ripetuti: il dominio
immunoglobulinico (Ig).
•  Le catene α e β sono caratterizzate
da:
- 1 regione variabile (legame antigene)
- 1 regione costante
- 1 regione transmembrana
Caratteristiche delle regioni
variabili
•  La variabilità nelle sequenze aminoacidiche dei TCR si
concentra nelle regioni ipervariabili e determina la
specificità dei singoli recettori.
•  Regioni ipervariabili (∼10 aa):
- 3 segmenti della regione Vα
- 3 segmenti della regione Vβ
•  Regioni ipervariabili = Regioni che determinano la
complementarità (CDR):
- CDR1, CDR2 e CDR3 (catena α)
- CDR1, CDR2 e CDR3 (catena β)
Il sito di legame per l’antigene
•  È formato dalla disposizione tridimensionale delle regioni
variabili della catena α e della catena β.
•  Ogni molecola TCR possiede 1 sito di legame che riconosce
il complesso peptide-MHC.
Il complesso del TCR
•  Il complesso recettoriale dei linfociti T è formato da:
-  TCR  Legame antigene-MHC
-  Proteine CD3  Trasduzione del segnale intracellulare
-  Proteine ζ (zeta)  Trasduzione del segnale intracellulare
•  Sequenze ITAM (Immunoreceptor Tyrosine-Based Activating
Motifs):
- Contengono residui di tirosina
- Sono il bersaglio di tirosin-chinasi
- Quando fosforilate avviano la cascata enzimatica intracellulare
Il complesso del TCR
Recettori B e T: Omologie
•  Funzioni: riconoscimento dello stimolo
(antigene) e attivazione della risposta
cellulare (trasduzione).
•  Distribuzione clonale:
1 clone = 1 recettore = 1 antigene
•  Sito di legame per l’antigene : Regioni
Variabili (CDR)
-  BCR  regioni V delle catene H e L
-  TCR  regioni V delle catene α e β
Recettori B e T: Differenze
•  Antigene Bersaglio BCR:
-  Macromolecole in forma nativa
(proteine, lipidi, carboidrati, DNA, RNA)
-  Macromolecole in forma lineare (peptidi
e parti di macromolecole)
-  Piccole molecole chimiche
•  Antigene Bersaglio TCR:
- Piccoli peptidi
•  Riconoscimento Antigene:
-  BCR  Diretto
-  TCR  Mediato da MHC (CD4/CD8)
Recettori B e T: Differenze
Recettori B e T:
La Trasduzione del Segnale
Trasduzione del segnale = Risposte biochimiche intracellulari
in seguito ad eventi extracellulari.
Sequenza di eventi:
1.  Segnale all’esterno della cellula (antigene, ligando, etc.).
2.  Riconoscimento del segnale sulla superficie cellulare (recettore).
3.  Fase di membrana: aggregazione dei recettori oppure cambio di
conformazione.
4.  Fase citosolica: attivazione di una cascata enzimatica (chinasi,
fosfatasi, proteasi, etc.).
5.  Fase nucleare: attivazione di fattori trascrizionali (espressione di
geni bersaglio).
Recettori T: Risposte Cellulari
•  Linfociti immaturi:
-  Proliferazione (controllo pre-recettore)
-  Sopravvivenza (selezione positiva)
-  Apoptosi (selezione negativa)
•  Linfociti maturi naïve:
-  Proliferazione (selezione clonale)
-  Sopravvivenza (risposta primaria)
-  Differenziamento (fase effettrice)
•  Linfociti maturi di memoria:
-  Proliferazione (risposta secondaria)
- Differenziamento (fase effettrice)
Maturazione dei linfociti T
Le linee differenziative
dei linfociti
• Le cellule staminali ematopoietiche (HSC) sono
pluripotenti e danno origine a tutti i linfociti:
- HSC del midollo osseo  Linfociti T αβ
- HSC del fegato fetale  Linfociti T γδ
• A partire dal progenitore linfoide comune (CLP), il
differenziamento è determinato dall’attivazione di diversi
fattori trascrizionali:
- EBF, E2A e Pax-5  Cellula Pro-B
- Notch-1 e GATA-3  Cellula Pro-T
Ruolo del timo nella
maturazione T
•  Tutte le fasi di maturazione dei timociti si svolgono nel timo:
 Dopo la nascita il timo regredisce con l’età e diventa quasi
assente dopo la pubertà.
 Nell’adulto, il residuo di timo involuto permette una maturazione
limitata.
 L’accumulo di linfociti T di memoria riduce nel tempo la necessità
di nuovi linfociti T.
  Sindrome di DiGeorge = Assenza congenita del timo:
-  Linfociti T maturi assenti
-  Deficit dell’immunità cellulo-mediata
Timo: Corticale e Midollare
•  Tutti gli stimoli che permettono proliferazione e maturazione dei
timociti provengono dalle cellule timiche:
Corticale  Cellule timiche epiteliali
Giunzione Corticomidollare  Cellule dendritiche midollari
Midollare  a) Cellule epiteliali timiche midollari
b) Cellule dendritiche midollari
c) Macrofagi
•  Molecole critiche presenti nell’ambiente timico:
Cellule epiteliali e dendritiche  MHC I e II (selezione)
Cellule stromali timiche  a) IL-7 (proliferazione)
b) CCL25 (chemotassi CCR9)
c) CCL21 (chemotassi CCR7)
Il processo di maturazione
linfocitaria
Maturazione dei linfociti = Diversificazione della specificità
Lo sviluppo del repertorio linfocitario prevede 3 processi:
-  Proliferazione dei linfociti immaturi
-  Espressione dei geni per il recettore dell’antigene
-  Selezione dei linfociti con recettore utile
Linfociti immaturi con
pre-recettore
Linfociti immaturi con
recettore completo
Linfociti
maturi
Fase 1: Proliferazione
•  I linfociti immaturi proliferano intensamente in due stadi
del processo di maturazione:
- Prima di esprimere il pre-recettore (stadio pre-B/T)
-  Prima di esprimere il recettore completo (stadio immaturo)
•  La produzione del recettore in ogni singolo linfocita è un
evento genetico casuale  alta probabilità di insuccesso.
•  La grande proliferazione permette di ottenere un adeguato
numero di “candidati” da selezionare in base al singolo
recettore.
Ruolo dell’interleuchina 7
nella proliferazione
•  IL-7 regola la proliferazione dei linfociti B e T murini.
  Mutazioni nei geni IL-7 e recettore IL-7R determinano
un deficit nella maturazione B e T.
•  IL-7 regola la proliferazione dei linfociti T umani.
  Mutazione della catena γ del recettore IL-7 è la causa
dell’immunodeficienza grave legata al cromosoma X (XSCID):
Blocco dello sviluppo di cellule T e cellule NK.
Fase 2: Diversificazione
La diversità dei recettori per l’antigene si genera
attraverso la ricombinazione genetica.
•  I geni che codificano per le catene del recettore contengono
molti segmenti per le regioni variabili e pochi segmenti costanti:
-  Segmenti V (30-100)
-  Segmenti D (0-30)
-  Segmenti J (4-60)
-  Segmenti C
•  Durante la maturazione di ogni singolo linfocita avviene la
ricombinazione casuale dei segmenti che crea il gene finale
codificante il recettore.
Loci genici per il TCR
• I geni che codificano per le catene del TCR sono organizzati
in 3 loci diversi su 2 cromosomi distinti:
- Catena α  Cromosoma 14
- Catena β  Cromosoma 7
- Catena γ  Cromosoma 7
- Catena δ  Cromosoma 14 (interno al locus α)
• Le regioni variabili sono codificate dai diversi tipi di esoni:
- Catena β e δ  Esoni V+D+J
- Catena α e γ  Esoni V+J
Loci genici per il TCR
Ricombinazione dei geni TCR
La diversificazione del repertorio dei recettori deriva dalla
somma di 2 meccanismi genetici:
1.  Ricombinazione dei segmenti V (D) J
2.  Diversità delle giunzioni create tra i segmenti ricombinati
Ricombinazione dei geni TCR
Numeri:
Catena α  54 segmenti V, 61 segmenti J.
Catena β  67 segmenti V, 2 segmenti D, 4 segmenti J.
Risultato potenziale: ∼ 1016 recettori diversi
Risultato reale: ∼ 107 recettori diversi
Fase 3: Selezione
•  I linfociti immaturi vengono selezionati in base al proprio recettore:
  Assenza del pre-recettore = Apoptosi
  Assenza del recettore completo = Apoptosi
  Forte legame antigeni self = Selezione negativa = Apoptosi
  Mancato legame MHC = Apoptosi (Mancata selezione positiva)
  Debole riconoscimento antigeni self = Selezione positiva =
Maturazione
Selezione positiva
dei linfociti T
Selezione negativa
dei linfociti T
Stadi della maturazione
delle cellule T
•  La maturazione T passa attraverso 4 tipi di linfociti (timociti):
-  Cellule Pro-T (CD4- CD8-)
-  Cellule Pre-T (espressione pre-TCR)
-  Cellule T immature (espressione TCR; CD4+ CD8+)
-  Cellule T mature (CD4+ oppure CD8+)
Linfociti pro-T
•  Localizzazione nel timo  Corticale
•  Espressione TCR  Nessuna
•  Espresione CD3 e ζ  Nessuna
•  Espressione CD4 e CD8  Nessuna
•  Processi in corso:
- Primo ciclo proliferativo (Staminale  Pro-T)
- Primo riarrangiamento: Catena β TCR (Pro-T  Pre-T)
Linfociti pre-T
•  Localizzazione nel timo  Corticale
•  Espressione TCR  pre-TCR = Catena β + pre-Tα
•  Espresione CD3 e ζ  Presente
•  Espressione CD4 e CD8  Nessuna
•  Processi in corso:
- Controllo pre-TCR  Apoptosi (Pro-T  Pre-T)
- Secondo ciclo proliferativo (Pre-T  Doppio positivi)
- Inizio secondo riarrangiamento: Catena α TCR
- Esclusione allelica della catena β
Linfociti doppio-positivi
•  Localizzazione nel timo  Corticale
•  Espressione TCR  TCR completo αβ •  Espresione CD3 e ζ  Presente
•  Espressione CD4 e CD8  CD4+CD8+
•  Processi in corso:
- Fine secondo riarrangiamento: Catena α TCR
- Delezione del locus catena δ (giunzione V-J catena α)
- Controllo TCR completo  Apoptosi (Pre-T  CD4+CD8+)
- Selezione positiva e negativa
Linfociti T immaturi
(singolo-positivi)
•  Localizzazione nel timo  Midollare
•  Espressione TCR  TCR completo αβ •  Espresione CD3 e ζ  Presente
•  Espressione CD4 e CD8  CD4+ oppure CD8+
•  Processi in corso:
- Selezione negativa  Apoptosi
Selezione positiva e negativa
Doppio controllo finale: riconoscimento MHC-antigeni self.
1. Selezione T immaturi doppi positivi (CD4+ CD8+):
- Nessun riconoscimento MHC-antigene self  Apoptosi
-  Forte riconoscimento MHC-antigene self  Apoptosi
- Debole riconoscimento MHC-antigene self  Sopravvivenza
2. Selezione T immaturi singoli positivi (CD4+ o CD8+):
- Forte riconoscimento MHC-antigene self  Apoptosi
- Debole riconoscimento MHC-antigene self  Sopravvivenza
Tolleranza centrale
Selezione timica negativa = Tolleranza al self
1.  Eliminazione dei linfociti T autoreattivi per:
- Antigeni self timici.
-  Antigeni self ubiquitari.
- Alcuni antigeni self tessuto specifici (tiroide, pancreas, surrenali)
espressi nelle epiteliali midollari dal fattore trascrizionale AIRE.
2. Generazione dei linfociti T regolatori:
- Alcuni linfociti T CD4+ autoreattivi differenziano in cellule Treg e
controllano le reazioni autoimmuni.
Al termine della selezione timica i linfociti T maturi andranno in circolo:
Linfociti T CD4+ 
Attivazione via MHCII  Linfociti T helper
Linfociti T CD8+ 
Attivazione via MHCI
Linfociti T γδ
 Linfociti T citotossici
 Niente attivazione MHC  Linfociti intraepiteliali