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
