Immunità - Dipartimento.net
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MECCANISMI DI DIFESA DELL’OSPITE CONTRO LE INFEZIONI Immunità L’immunità è il meccanismo attraverso il quale l’organismo si difende da tutte le potenziali minacce alla propria integrità Con il termine IMMUNITA’ si definisce la resistenza alle malattie, che possono essere di origine infettiva o causate da un’alterazione di una cellula sana. L’insieme delle cellule, tessuti e molecole che determinano tale resistenza si definisce SISTEMA IMMUNITARIO e la sequenza di reazioni che si verificano in seguito al legame tra le cellule e le molecole del sistema immunitario con la sostanza estranea (batterio, virus) si definisce RISPOSTA IMMUNITARIA 3 4 Immunità Compito del sistema immunitario non è soltanto quello di riconoscere l’agente estraneo giudicandolo “non self” cioè diverso dalle proprie strutture, ma anche di conservare la memoria dell’avvenuto incontro, così da reagire in maniera più pronta, più efficace e più duratura ad un secondo incontro col medesimo antigene MEMORIA IMMUNOLOGICA Antigeni Si definiscono antigeni tutte quelle sostanze che, introdotte nell’organismo, sono in grado di indurre l’attivazione del sistema immunitario con la produzione di anticorpi o con l’innesco di una reazione cellulo-mediata e di reagire specificatamente con gli anticorpi di cui hanno indotto la produzione o con le cellule effettrici della risposta immunitaria cellulo-mediata Un antigene risulta definito da due principali funzioni: l’immunogenicità, cioè la capacità di stimolare immunitario il sistema l’antigenicità o specificità di combinazione, ossia la capacità di reagire specificatamente con gli anticorpi o con le cellule di cui ha indotto la formazione Determinanti antigenici (epitopi) I determinanti antigenici o epitopi sono specifiche regioni poste sulla superficie dell’antigene la cui configurazione sterica può essere riconosciuta dal sistema immunitario. IMMUNITA’ INNATA ACQUISITA È presente dalla nascita ed è pronta a reagire con rapidità Si sviluppa in risposta ad un’infezione o ad una sostanza estranea 8 Tipi di immunità 10 L’ IMMUNITA’ INNATA O NATURALE E’ costituita da una serie di meccanismi di difesa non specifici, evoluzionisticamente antichi, presenti fin dalla nascita di un individuo. Questi sono presenti già prima dell’esposizione all’antigene e rappresentano la prima vera barriera di difesa dell’organismo agli agenti patogeni. E’ altamente efficiente e non ha memoria immunologica Meccanismi attivati nell’immunità innata I componenti principali dell’immunità innata sono: • le barriere fisico-chimiche quali la pelle, la mucosa vaginale (il cui pH impedisce la crescita di batteri), la mucosa bronchiale (caratterizzata da muco e cellule ciliate), il flusso urinario, la mucosa nasale, la saliva e le lacrime (contenenti lisozima) • alcune proteine ematiche, tra cui i componenti del sistema del complemento ed altri mediatori dell’infiammazione, lattoferrina, transferrina • La temperatura corporea (febbre) • le cellule fagocitiche (macrofagi, cellule dendritiche, neutrofili) ed altri leucociti ad attività citotossica naturale (natural killer) • fattori solubili, cioè sostanze che agiscono su altre cellule come ad esempio le citochine prodotte dai macrofagi tra cui INF a - INF b Azione delle barriere chimico- fisiche La prima barriera all’ingresso dei patogeni è rappresentata dagli epiteli in primis quello della cute, poi quelli delle mucose degli apparati respiratorio, gastrointestinale e genitourinario Gli epiteli sono caratterizzati da cellule con giunzioni salde o strette (tight junctions) I flussi di aria o i fluidi presenti sulle mucose rendono difficile l’adesione dei patogeni Azione delle barriere chimico-fisiche Le mucose sono in grado di produrre un fluido viscoso detto muco che è caratterizzato da un elevato contenuto in glicoproteine dette mucine. I microorganismi rivestiti da muco non riescono a legarsi all’epitelio e grazie al movimento delle cilia vengono espulsi col muco stesso. I malati di fibrosi cistica sono molto esposti al rischio di infezioni polmonari perché hanno problemi sia nei movimenti delle cilia che nella secrezione del muco. Il basso pH dello stomaco rappresenta una ulteriore barriera protettiva così come gli enzimi digestivi quali la pepsina presenti nell’intestino o nella saliva. Anche la flora saprofitica normale svolge un’ azione di competizione nei confronti dei patogeni proteggendo l’organismo ospite (pro-biotici). Fagocitosi e PAMPS La risposta immediatamente successiva a quella delle barriere chimico-fisiche dell’organismo è rappresentata dalla fagocitosi. La fagocitosi e il killing microbico è quel processo operato dai leucociti polimorfonucleati, dai monociti, macrofagi e cellule dendritiche che prevede l’attacco, l’ingestione e la distruzione intracellulare dei batteri. Fagocitosi Fagocitosi e PAMPS Dopo la fase infiammatoria iniziale le cellule fagocitiche possono essere richiamate al sito di infiammazione (chemiotassi). I fagociti (macrofagi e cellule dendritiche) hanno anche una funzione importante nell’attivazione della risposta immunitaria acquisita. I fagociti sono in grado di riconoscere i patogeni tramite recettori che si legano a strutture altamente conservate tra i microrganismi dette PAMPS (pathogen associated molecular patterns). Fagocitosi e PAMPS A differenza degli antigeni i PAMPS sono strutture molto comuni tra i patogeni e condivise anche da virus e batteri diversi. I PAMPS sono comunque prodotti solo dai patogeni e non dalle cellule ospiti (distinzione tra “self” e “non-self”). Sono molecole invariate tra i microorganismi di una data classe I recettori per i PAMPS sono detti Pattern Recognition Receptors (PRR) Fagocitosi e PAMPS Un esempio di PAMP è lo zucchero mannosio che è presente sulla superficie di molti batteri, funghi e anche di alcuni virus. Il mannosio è riconosciuto da un PRR, che è la lectina legante il mannosio (MBL, mannose binding lectin). Questa proteina fa parte della famiglia delle collectine Le collectine vengono prodotte dal fegato durante la fase acuta dell’infiammazione, opsonizzano i batteri legandosi ai PAMPS e vengono poi riconosciute da specifici recettori dei fagociti facilitando la fagocitosi del microorganismo legato. Toll like-receptors Una classe particolare di recettori per i PAMPS è rappresentata dai Toll like receptors (TLR) •TLRs riconoscono i patogeni • Inducono la produzione di citochine proinfiammatorie Toll like receptors Il legame tra TLRs e PAMPS indica la presenza di un’infezione iniziando una cascata di segnali che portano alla rimozione del microorganismo Una famiglia di proteine transmembrana scoperta nel 1997 Sono strutturalmente connessi al Toll di Drosophila ed al recettore dell’IL- 1 Sono 13: TLR1—TLR 13 1-9 uomo/topo 10 uomo 11-13 topo Recettori TLR coinvolti nel riconoscimento di strutture batteriche Il recettore TLR4 è responsabile del riconoscimento lipopolisaccaride batterico LPS di vari Gram negativi del Il recettore TLR2 è invece responsabile del riconoscimento di un ampia serie di prodotti batterici: Lipoproteine/lipopeptidi Lipoarabinomannano (micobatteri) Glicosilfosfatidilinositolo (trypanosoma cruzi) Zymosan (funghi) Recettori TLR coinvolti nel riconoscimento di strutture batteriche Il recettore TLR5 riconosce la flagellina una proteina dei flagelli batterici. Sembra essere implicato principalmente nel riconoscimento batterico al livello delle mucose. Infatti è espresso dalle cellule epiteliali intestinali e polmonari. Recettori TLR coinvolti nel riconoscimento virali e batteriche Il TLR9 riconosce le isole CpG non metilate presenti nel DNA sia virale che batterico. Il TLR7 ed il TLR8 riconoscono RNA virali a singola elica. Il TLR3 riconosce RNA virali a doppio filamento. Il TLR3, TLR7-8 ed il TLR9 si trovano sulla parete del fagolisosoma dove avviene la degradazione batterica e virale. Il sito di riconoscimento e legame del PAMP è rivolto all’interno del lume del fagolisosoma mentre il dominio di trasduzione del segnale sporge verso il citosol attivando le vie di segnale comuni a tutti i TLR. Fagocitosi Dopo il riconoscimento il parassita viene ingerito per emissione di estroflessioni di membrana , che dopo averlo avvolto si richiudono a formare il fagosoma. Successivamente il fagosoma si fonde con i lisosomi cellulari a formare il fagolisosoma. Il pH acido del fagolisosoma attiva diversi enzimi litici come le idrolasi acide ed una serie di proteine litiche o tossiche per il patogeno. All’atto della formazione del fagolisosoma si assembla anche il complesso della NADPH ossidasi sulla membrana dell’organulo Fagocitosi La NADPH ossidasi è responsabile del burst respiratorio. Determina un forte consumo di O2 con conseguente attivazione della glicogenolisi. L’ossigeno molecolare è trasformato in anione superossido che a sua volta è trasformato velocemente dalla superossido dismutasi in H2O2,dando luogo alla formazione di sostanze fortemente citotossiche Killing intracellulare Due meccanismi con i quali il fagocita elimina i batteri internalizzati: Killing ossigeno-dipendente: Il fagosoma si fonde con vescicole contenti potenti radicali tossici dell’ossigeno (perossido di idrogeno, ioni superossido) che attaccano la parete batterica. Killing lisosomiale: Il fagosoma si fonde con lisosomi che contengono enzimi che digeriscono il batterio fagocitato. Killing intracellulare I granuli lisosomiali dei fagociti contengono inoltre mielo-perossidasi enzima che in presenza di alogenuri catalizza la reazione di trasformazione dell’H2O2 in ioni ipoclorito ed ipobromito, prodotti fortemente tossici per i patogeni. Tale reazione può essere resa innocua dalla catalasi che la scinde in acqua + ossigeno. In alcuni casi particolari può avvenire che tutte le sostanze tossiche prodotte dal fagocita possano essere rilasciate all’esterno della cellula si parla in questi casi di “rigurgito durante il pasto”. Avviene quando il fagocita non è in grado di internalizzare il parassita o in presenza di immunocomplessi. In questo caso la risposta fagocitaria causa danno all’ospite (malattie autoimmuni). Killing intracellulare Oltre agli enzimi lisosomiali i fagociti contengono nei loro granuli anche altre sostanze ad azione battericida tra cui: La lattoferrina che sottrae sostanze essenziali per la sopravvivenza dei batteri quali il Ferro e la vitamina B12 Il lisozima che scinde il legame N-acetil glucosamminaacido muramico presente nella parete batterica danneggiandola Le defensine peptidi cationici citotossici per i patogeni Cellule dendritiche Le cellule dendritiche sono caratterizzate dalla presenza di prolungamenti ramificati del citoplasma. Si distinguono due tipi cellulari, con origini e funzioni differenti: Cellule di Langerhans disseminate lungo tutta l'epidermide (captano gli antigeni che entrano attraverso la barriera cutanea e li trasportano nei linfonodi drenanti); sono definite “immature”, in quanto non sono capaci di stimolare i linfociti T; Cellule dendritiche interdigitate, presenti nelle aree T dei linfonodi e della milza; Cellule follicolari dendritiche, presenti nei centri germinativi dei follicoli linfatici linfonodali e splenici, nonché nei tessuti linfoidi associati alle mucose (zone B), che trattengono i complessi antigene-anticorpo. 32 Captazione degli antigeni I microrganismi, attraverso penetrati l’epitelio sono catturati dalle cellule residenti ed entrano nei vasi linfatici o sanguigni, che li trasportano agli organi linfoidi periferici. 33 INNATE IMMUNITY ADAPTIVE IMMUNITY Fagocitosi L’importanza di una efficiente fagocitosi da parte dei neutrofili ed altri fagociti è dimostrata dalla malattia granulomatosa cronica. Questa patologia è causata da mutazioni inattivanti a carico dei geni che codificano per le subunità della NADPH ossidasi. In questi pazienti non può essere attivato il burst respiratorio e quindi batteri e funghi sopravvivono all’interno di neutrofili e macrofagi. L’immunità innata per contenere l’infezione sequestra i macrofagi infetti in noduli localizzati detti granulomi. Proteine con funzione di difesa Interferoni Citochine Proteine del sistema del complemento Interferoni Gli Interferoni (interferone-a e interferone-b) sono prodotti e rilasciati dalle cellule infettate dai virus per favorire la protezione dall’infezione virale delle cellule circostanti Segnalano tramite recettori specifici causando l’espressione di proteine che rendono complessa la replicazione virale perché degradano gli mRNA e bloccano la sintesi proteica Fanno aumentare l’espressione delle molecole MHC di classe I, facilitando l’esposizione dei peptidi virali ai linfociti T citotossici e proteggendo le cellule non infette dall’azione delle natural killer Attivano le cellule NK L’IFN-g, invece, è prodotto dai linfociti T attivati e svolge un’azione immunomodulante Citochine proinfiammatorie Le principali citochine proinfiammatorie sono l’interleuchina 1 beta e il TNF alfa che hanno molteplici effetti sia a livello locale che sistemico. Durante l’infiammazione la prima citochina ad essere prodotta ed aumentare in circolo è il TNF-alfa seguita dall’IL-1 beta , dall’IL-6 e dalla chemiochina IL-8. IL-1, TNF-alfa e IL-6 sono prodotte dai macrofagi attivati. Tumor necrosis factor: TNF Prende il nome dalla sua capacità di causare la necrosi tumorale o la morte per via apoptotica. Il TNF alfa è il fattore coinvolto nell’infiammazione ed è secreto dai macrofagi attivati, il TNF beta o linfotossina è invece secreto dai linfociti T attivati e media essenzialmente l’apoptosi. Interleuchina 1 La famiglia dell’interleuchina 1 comprende due proteine: interleuchina 1 alfa ed interleuchina 1 beta, tra loro non molto simili nella struttura primaria ma che acquisicono un ripiegamento spaziale tale da renderle riconoscibili dallo stesso recettore. Tra le due IL1 beta è quella maggiormente prodotta e che svolge la funzione proinfiammatoria. Complemento Il complemento (C) è un complesso di diverse proteine: (C1-C9) molte delle quali dotate di attività enzimatica, presente nel siero in forma inattiva. Queste proteine possono venir attivate in maniera sequenziale e ordinata con un meccanismo a cascata nel quale i vari componenti si attivano uno di seguito all’altro e con un meccanismo definito ad amplificazione che porta alla formazione di numerosi componenti alcuni dei quali biologicamente attivi La via classica del complemento viene attivata quando il C1q prende contatto con le porzioni Fc di anticorpi delle classe IgM o IgG. Questo attiva l’attività proteasica del C1s, che lo porta a tagliare i componenti C4 e C2, producendo il C4b2b, che funge da C3 convertasi tagliando il C3 in C3a e C3b. Il C3a è un mediatore dell’infiammazione, il C3b osponizza il bersaglio e si associa al C4b2b, formando la C5 convertasi. Piccole quantità di C3 sierico si decompongono spontaneamente, generando C3b che si può legare alla superficie del batterio. Al C3b legato si lega il fattore B che viene poi tagliato dal fattore D, producendo Bb associato al C3b. Il complesso C3bBb funge da C3/C5 convertasi della via alternativa FUNZIONI DIFENSIVE MEDIATE DAL COMPLEMENTO L’attivazione della cascata del complemento da batteri gram+ e gram– porta alla produzione di: Fattori chemiotattici (C5a) che attraggono neutrofili e macrofagi nel sito di infezione Anafilotossine (C3a, C5a) che stimolano le mast cells a rilasciare istamina aumentando la permeabilità vasale Opsonine (C3b) che si legano ai batteri e facilitano la fagocitosi MAC (membrane attack complex, C5b-6-7-8-9) determina la lisi batterica IMMUNITA’ ACQUISITA UMORALE Linfociti B con la produzione di anticorpi CELLULO-MEDIATA Linfociti T (helper e citotossici) 49 Tipi di immunità acquisita 50 Immunità Acquisita L’immunità acquisita può essere di due tipi : Umorale (mediata da anticorpi). Le cellule responsabili dell’immunità umorale sono i linfociti B. Costituisce un meccanismo di difesa nei confronti di microbi extracellulari e delle loro tossine, dal momento che gli anticorpi possono legarsi a tali agenti ed eliminarli. Cellulo-mediata (mediata dai linfociti T). E’ indispensabile per la difesa contro microrganismi intracellulari, come virus e batteri, che proliferano all’interno delle cellule dell’ospite e quindi risultano essere inaccessibili agli anticorpi, ma accessibili ai linfociti T specifici che determinano la loro morte. Immunità Acquisita SPECIFICITA’: ogni linfocita presenta, sulla sua superficie, un recettore che riconosce un solo epitopo o determinante dell’antigene (per epitopo o determinante si intende la porzione, proteica o polisaccaridica, dell’antigene riconosciuta dall’anticorpo) DIVERSITA’ : ogni individuo possiede un "repertorio linfocitario" costituito da un numero molto elevato di linfociti per discriminare diversi determinanti antigenici MEMORIA : il sistema immunitario risponde ad un particolare antigene estraneo in maniera più efficace quando è già entrato in contatto con tale antigene una prima volta. Le risposte immunitarie secondarie sono più rapide e più intense AUTOLIMITAZIONE : tutte le risposte immunitarie normali si esauriscono col tempo dopo l’eliminazione del patogeno Immunità Acquisita DISCRIMINAZIONE del self dal non-self: le cellule del sistema immunitario sono capaci di riconoscere, rispondere ed eliminare antigeni estranei senza reagire contro i componenti antigenici del proprio organismo. Quest’ultimo fenomeno prende il nome di "tolleranza". Anomalie nell’induzione o nel mantenimento della tolleranza verso il self portano alla generazione di risposte immuni verso gli antigeni autologhi provocando malattie autoimmuni. Anticorpi Sono immunoglobuline specifiche sintetizzate in risposta ad una stimolazione antigenica. Appartengono alla frazione γ globulinica del siero Sottoponendo il siero ad elettroforesi esso si separa in albumina e tre componenti globulinici Gli anticorpi si trovano nella frazione γ globulinica Sono definiti immunoglobuline ed indicati con la sigla: Ig Le immunoglobuline non sono tutte uguali, ma possono essere divise in 5 classi chiamate: IgG, IgM, IgA, IgD, IgE The Fab portion of the antibody has specificity for binding an epitope of an antigen. The Fc portion directs the biological activity of the antibody. In the case of IgG, the Fc portion can bind to phagocytes for enhanced attachment (opsonization) as well as activate the classical complement pathway. Antibodies are composed of 4 protein chains: 2 identical heavy chains and 2 identical light chains. Disulfide (S-S) bonds join the protein chains together. WEB PAGE FOR DR. KAISER 'S MICROBIOLOG Y COURSE (BIO L 230) THE COMMUNITY COLLEGE OF BALTIMORE COUNTY, CATONSVI LLE CAMPUS. Copyright ｩ1995 -2005 Gar y E. Kaiser All Rights Reserved Updated: Feb. 27, 2006 Produzione degli anticorpi Per risposta primaria si intende la produzione di anticorpi quando un antigene penetra per la prima volta in un organismo. Per risposta secondaria si intende la produzione di anticorpi quando lo stesso antigene penetra per la seconda volta nell’organismo. Esiste una sostanziale differenza tra la produzione di anticorpi durante il corso della risposta primaria e durante il corso della risposta secondaria. Produzione di anticorpi Le fasi dell’immunità specifica cellulomediata Attivazione dei linfociti T Differenziamento linfociti T effettori Reazioni immunitarie cellulo-mediate Linfociti T Nascono nel midollo osseo e maturano nel timo. Durante la maturazione esprimono sulla membrana uno specifico recettore per l’Ag: recettore del linfocita T (T cell receptor, TCR) TCR riconosce Ag solo se è legato a proteine MHC, glicoproteine polimorfiche Ci sono 2 sottopopolazioni di linfociti T: T helper (TH) T citotossiche (Tc) Antigeni di Membrana I linfociti T non riconoscono antigeni isolati e solubili, ma soltanto antigeni presenti sulla superficie di una cellula in stretta associazione molecolare con le molecole del complesso MHC. Segnale di riconoscimento per il TCR: Modificazioni steriche del complesso MHC (self) conseguenti alla sua interazione con un frammento di antigene (non self) Antigeni di membrana CD4 e CD8 : Antigeni mutuamente esclusivi Linfociti T periferici CD4+ ad attività helper che vedono l'antigene nel contesto delle molecole MHC di classe II Linfociti T periferici CD8+ ad attività citotossica che vedono l'antigene nel contesto delle molecole MHC di classe I La funzione dei linfociti T è duplice: effettrice e regolatoria Effettrice: Eliminazione diretta di patogeni intracellulari (es. virus, micobatteri) Regolatrice: Reclutano le cellule coinvolte nella fase effettrice della risposta immunitaria e ne modulano la funzione Anche se per motivi di studio sono stati analizzati i vari aspetti di un sistema così complesso, come quello immunitario, in uno schema “a blocchi”, in realtà esso si basa soprattutto sulla simultanea interazione delle varie cellule immunitarie, capaci di comunicare e di collaborare tra loro.
