Sistema Immunitario
L’immunità
L’immunità è la capacità di utilizzare le proprie difese per
contrastare gli agenti patogeni che, penetrando nel corpo,
potrebbero provocare malattie.
Nel corpo umano esistono due principali meccanismi di
difesa immunitaria:
1. l’immunità innata o aspecifica;
2. l’immunità adattativa (acquisita) o specifica.
2
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L’immunità innata o aspecifica
Questo tipo di difesa
comprende vari
meccanismi generici di
protezione che agiscono
allo stesso modo su tutti i
patogeni, impedendogli di
entrare e di diffondersi nel
corpo.
4
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Difese immunitarie innate
Le difese innate contro le infezioni comprendono barriere
di superficie (esempio:la pelle), e difese di natura
cellulare (diverse proteine e le cellule fagocitarie).
• 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. Non è presente una memoria
immunologica.
Barriere di superficie
Fanno parte dell’immunità innata le difese esterne che
impediscono a organismi estranei di penetrare nel corpo.
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Difese aspecifiche cellulari
Le difese interne si attivano quando i patogeni sono
riusciti a penetrare all’interno dei tessuti.
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lisozima
sistema del complemento
interferoni
• 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
Molecole di
interferone
Cellula ospite 1
Produce interferone, ma viene
uccisa dai virus
L’interferone stimola la
cellula ad attivare i geni delle
proteine antivirali
4
Cellula ospite 2
È protetta dall’azione dei virus grazie
all’interferone della cellula 1
difensine
fagociti
• I fagociti sono cellule capaci di inglobare e distruggere gli
agenti estranei
• Fagociti sono i granulociti neutrofili e i monociti del
sangue, questi ultimi precursori dei macrofagi che
circolano nel liquido interstiziale.
Batteri
leucocita neutrofilo
leucocita neutrofilo
Neutrofilo vs. batterio
• http://www.youtube.com/watch?v=Da-ISAsGtw&feature=related
monocita
macrofago
Immune system Macrophages
eating conidia Cells
http://www.youtube.com/watch?v=IeDG72Jie
eg&NR=1
Linfociti Natural Killer
• A differenza dei linfociti T citossici le
cellule NK riconoscono come non-self le
cellule con bassa espressione di MHC-I
come le cellule tumorali, inducendone la
lisi.
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
Accumulo di fagociti e
di liquido interstiziale
nell’area infiammata
Fagociti
Globulo
bianco
1 Danno al tessuto; liberazione di segnali
chimici quali l’istamina
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
La risposta infiammatoria
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– 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.
Sistema linfatico
Il sistema linfatico
Il sistema linfatico è costituito da:
• una rete di vasi entro cui
scorre la linfa;
• i linfonodi;
• organi linfatici
primari (timo e midollo
osseo);
• organi linfatici
secondari (milza,
tonsille e placche
di Peyer).
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sistema linfatico
– Il sistema linfatico è costituito da una fitta rete di
vasi, da numerosi linfonodi, dalle tonsille, dalle
adenoidi, dall’appendice e dalla milza.
– I vasi linfatici trasportano un liquido, chiamato
linfa.
– Il sistema linfatico ha due principali funzioni:
riportare nel sistema circolatorio il liquido
interstiziale e combattere le infezioni.
sistema linfatico
Adenoidi
Tonsille
Dotto toracico, che si
immette nella vena
succlavia sinistra
Linfonodi
Linfonodo
Dotto linfatico destro,
che si immette nella vena succlavia destra
Aggregati di linfociti e
macrofagi
Timo
Valvola
Vaso linfatico
Dotto toracico
Capillare sanguigno
Cellule tissutali
Milza
Appendice
Liquido
interstiziale
Capillare linfatico
Midollo osseo
Vasi linfatici
linfocita
linfonodo
linfonodo
timo
vasi linfatici
nematode Wuchereria bancrofti
elefantiasi
difese immunitarie adattative
(acquisite) o specifiche
L’immunità adattativa o specifica
L’immunità specifica agisce contro un bersaglio ben
definito con un’azione lenta e precisa che comprende tre
passaggi:
1. riconoscimento;
2. risposta mirata;
3. memoria.
Modello tridimensionale di
anticorpo
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• La risposta immunitaria neutralizza specifici invasori
– L’immunità conferita dal sistema immunitario viene
detta immunità adattativa o specifica 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.
anticorpo
• Ogni molecola di anticorpo ha un sito di legame specifico
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
C
Catena
pesante
antigeni - anticorpi
• In genere, gli anticorpi riconoscono specificatamente
determinate regioni, i determinanti antigenici, presenti
sulla superficie di un antigene.
Molecole di
anticorpo A
Siti di legame per
l’antigene
Determinanti
antigenici
Antigene
Molecola di anticorpo
B
– 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. In entrambi i casi il
nostro sistema immunitario ha prodotto gli appositi
anticorpi.
– È anche possibile sviluppare un’immunità passiva (per
esempio acquisendo anticorpi attraverso il latte materno
o da un siero contenente anticorpi specifici).
linfocita
I linfociti
L’immunità adattativa è
mediata dai linfociti B e T,
che sono in grado di
distinguere tra self e non self
grazie a recettori antigenici
specifici presenti sulle loro
membrane.
Esistono due tipi di risposte
immunitarie:
• la risposta umorale;
• la risposta cellulare.
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Linfociti T (arancio) e
cellule
infettate da virus (rosa).
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Midollo osseo
• Alcuni linfociti immaturi
continuano a svilupparsi
nel midollo osseo e si
specializzano diventando
linfociti B (o cellule B)
• Altri passano dal midollo
osseo al timo dove si
specializzano, diventando
linfociti T (o cellule T).
Timo
Cellule staminali
Per via sanguigna
Linfociti immaturi
Recettori antigenici
Linfociti B
Linfociti T
Immunità umorale Per via sanguigna
Immunità mediata
da cellule
Linfonodi, milza e altri organi
linfatici
Altre parti del sistema linfatico
Processo finale di maturazione
dei linfociti B e T in un organo
linfatico
Caratteristiche della risposta
immunitaria adattativa
• SPECIFICITA’ : ogni linfocita presenta, sulla sua
superficie, centinaia di recettori antigenici di
un solo tipo ovvero che riconoscono un solo
epitopo o determinante dell’antigene.
Caratteristiche della risposta
immunitaria adattativa
• DIVERSITA’ : ogni individuo possiede un
"repertorio linfocitario" costituito da un
numero molto elevato di linfociti per
discriminare almeno 10 miliardi di diversi
determinanti antigenici.
• 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.
Caratteristiche della risposta
immunitaria adattativa
• 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.
Caratteristiche della risposta
immunitaria adattativa
• DISCRIMINAZIONE del self dal non-self : le
cellule del sistema immunitario sono capaci di
riconoscere, rispondere ed eliminare antigeni
estranei (non-self) senza reagire contro i
componenti antigenici del proprio stesso
organismo (antigeni autologhi o self).
Quest’ultimo fenomeno prende il nome di
"tolleranza".
Distinguere il self dal non self
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L’immunità umorale
• 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.
• 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.
• 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.
La risposta immunitaria umorale
La risposta umorale contrasta virus e batteri presenti nei
liquidi corporei, ed è mediata dai linfociti B responsabili della
risposta primaria articolata nei seguenti passaggi:
• contatto antigene lifocita B;
• selezione clonale;
• produzione di plasmacellule;
• produzione di anticorpi specifici;
Una plasmacellula
• generazione della memoria.
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• Risposta immunitaria primaria e secondaria:
Risposta
immunitaria
primaria
Linfociti B
con recettori
antigenici
diversi
Crescita,
divisione e
differenziame
nto di un
linfocita
Recettore
antigenico
(anticorpo sulla
superficie
cellulare)
1
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
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.
Concentrazione di anticorpi
Seconda esposizione
all’antigene X,
prima esposizione all’antigene
Y
Risposta immunitaria
secondaria all’antigene
X
Prima esposizione
all’antigene X
Risposta immunitaria
primaria all’antigene X
Risposta immunitaria
primaria all’antigene Y
Anticorpi per
l’antigene X
0
7
14
21
28
Anticorpi per
l’antigene Y
35
42
49
Tempo (giorni)
56
Gli anticorpi
Gli anticorpi sono proteine
dette immunoglobuline,
presentano quattro catene
peptidiche e hanno quattro
modalità di azione:
1.neutralizzazione;
2.agglutinazione;
3.precipitazione;
4.fissazione.
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• Gli anticorpi individuano quali antigeni devono essere
distrutti attraverso diversi meccanismi:
Il legame tra anticorpi e antigeni inattiva gli
antigeni tramite
Neutralizzazione
Virus
Agglutinazione
di cellule
Precipitazione di antigeni
in soluzione
Fissazione del
complemento
Molecole del
complemento
Batteri
Molecole di
antigeni
Batterio
Cellula estranea
Favoriscono la
Porta alla
Fagocitosi
Lisi della cellula
Macrofago
Foro
Anticorpi monoclonali
Gli anticorpi monoclonali sono
armi efficaci sia nella ricerca
biologica sia nella terapia
medica
Antigene iniettato nel topo
Gli anticorpi monoclonali sono
prodotti fondendo una
Linfociti B (prelevati dalla milza)
cellula tumorale con un
normale linfocita B: la
cellula ibrida produce
molecole di anticorpi
specifici per un singolo
determinante antigenico.
Cellule tumorali in un terreno di
coltura
Cellule tumorali
Cellule fuse insieme per produrre cellule
ibride
Una cellula ibrida viene posta in un terreno di
coltura
Anticorpo
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.
Fingerprint (discriminazione)
• 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.
Le proteine MHC
Le MHC Major Histocompatibility Complex, complesso
maggiore di istocompatibilità, sono proteine che marcano le
cellule e identificano il self (sono chiamate anche antigeni umani
leucocitari).
MHC classe I e II
Le proteine MCH di classe II sono presenti solo
sui linfociti o sulla cellule APC (cellule
presentanti l’antigene), come ad esempio i
macrofagi, che “presentano” l’antigene ai
linfociti T helper.
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Le proteine MCH di classe I sono presenti in
tutte le cellule nucleate. La loro funzione è
presentare proteine dall’interno della cellula
ai linfociti T; cellule che presentano proteine
non self verranno attaccate da linfociti T
citotossici.
Cellula
nucleata
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La risposta immunitaria cellulare
La risposta cellulare contrasta qualsiasi fattore alteri una
cellula rendendola anomala, ed è mediata da due tipi di
linfociti T: i linfociti T helper e i linfociti T citotossici.
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L’immunità mediata da cellule
•
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.
– Tutto il sistema immunitario mediato da
cellule e gran parte di quello umorale
dipendono dalla precisa interazione tra le
cellule APC (cellula presentante l’antigene) e i
linfociti T helper.
– I linfociti T helper riconoscono e si legano al
complesso self-non self esposto sulla
superficie di una cellula APC.
– Questa interazione attiva i linfociti T helper
che, a loro volta, possono poi andare ad
attivare altre cellule del sistema immunitario.
– I linfociti T helper attivati promuovono la
risposta immunitaria in molti modi e possono
attivare i linfociti T citotossici e i linfociti B.
• Attivazione di un linfocita T helper e suo ruolo
nell’immunità:
Complesso selfnon 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
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)
interleuchina 2
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
Antigene
estraneo
Linfocita T
citotossico
Enzima
che può
indurre
l’apoptosi
3 Lisi della cellula infettata
linfociti T citotossici
• 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.
L’AIDS distrugge i linfociti T helper lasciando il corpo
privo di difese
iI virus dell’AIDS può eliminare i linfociti T helper
dell’organismo compromettendo drasticamente la sua
capacità di combattere le infezioni.
Risposta
immunitaria
umorale e
cellulare
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La produzione della memoria
In risposta all’antigene, il
linfocita prolifera per
selezione clonale e
produce una memoria
immunologica.
Un linfocita attivato produce
due tipi di cellule figlie:
• le cellule effettrici o
plasmacellule;
• le cellule della memoria.
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La risposta secondaria
Quando un organismo viene esposto a un antigene verso
cui ha già sviluppato degli anticorpi si attiva la risposta
secondaria che è molto più rapida e intensa della risposta
primaria.
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La vaccinazione
L’immunità attiva può essere
acquisita naturalmente
oppure artificialmente
attraverso i vaccini, che
possono essere di vari tipi:
• vaccini attenuati;
• vaccini uccisi;
• vaccini a subunità;
• vaccini ricombinanti.
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Quando l’immunità non funziona
Se il sistema immunitario non funziona si osservano:
• reazioni allergiche
(ipersensibilità immediata
e ritardata);
• immunodeficienza
primaria;
• malattie autoimmuni.
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– 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.
AIDS: una malattia da deficit immunitario
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mastociti
• 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
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
•
Negli ultimi decenni e in numerose nazioni del mondo si è registrato un aumento
notevole delle malattie allergiche (sia cutanee, che respiratorie). Secondo l’OMS,
l’incremento dell’asma a livello mondiale è pari al 50% per ogni decade.
Nell’Europa Occidentale il numero di persone asmatiche è raddoppiato nel giro di
un decennio. L’incidenza della rinite allergica è aumentata di 7 volte in 25 anni,
mentre quella delle allergie cutanee è aumentata dal 3% degli anni ’60 al 10% degli
anni '90. Sta di fatto che le nuove generazioni sono sempre più colpite da forme
allergiche. Nel nostro Paese il 15% dei bambini in età prescolare è affetto da
dermatite allergica e il 2% presenta gravi allergie alimentari. Il 10% di quelli che
vanno a scuola ha l’asma, mentre il 20-25% degli adolescenti soffre di rinite
allergica (Format 2006, Verona).
Una parte delle allergie sono motivate da una predisposizione genetica, che
comunque cambia molto poco nel tempo e non può spiegare questa recente
epidemia. Le altre cause sono da ricercarsi nell’ambiente, nello stile di vita,
nell’alimentazione e nell’abuso di farmaci.
Una delle cause dell’aumento delle allergie, verificatosi soprattutto nel mondo
occidentalizzato, è forse l’eccesso di igiene. Secondo i promotori dell’Ipotesi
Igienica, cruciale sarebbe il contatto con i microbi nei primi mesi di vita del
bambino. Tuttavia, non è solo un problema legato alla riduzione delle infezioni , ma
ad un più ampio rapporto col mondo microbico che coinvolge diversi livelli di
contatto (alimentare, ambientale, ecc.) e che varia sia da un punto di vista
qualitativo sia quantitativo.
patogeni
29/11/2011
