Lezione 1 Introduzione immunologia

Laurea Triennale in Tecniche di Laboratorio Biomedico
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Tecniche di laboratorio in neurochimica e neuroimmunologia
Massimiliano Castellazzi
Lezione 1. Cenni di immunologia
generale e introduzione ai meccanismi
che stanno alla base dell'autoimmunità
L'immunologia
L'immunologia è la disciplina scientifica che studia il sistema immunitario, un
insieme di cellule e molecole circolanti nel sangue, nella linfa e negli organi
linfoidi, le cui funzioni principali sono il controllo dell'integrità dei tessuti e la
protezione dell'organismo dall'attacco degli agenti infettivi.
Cenni storici
Le prime osservazioni empiriche sulle difese
immunitarie risalgono al V secolo a. C., al tempo
dell'epidemia di peste di Atene descritta da
Tucidide.
"Individui sopravvissuti ad una precedente
epidemia erano protetti dal rischio di contrarre la
malattia".
Concetto di "immunità"
Cenni storici
La nascita dell'immunologia come scienza
moderna è più recente.
Edward Jenner (Berkeley, 17 maggio 1749 –
Berkeley, 26 gennaio 1823) è stato un medico
e naturalista britannico, noto per l'introduzione
del vaccino contro il vaiolo ed è considerato il
padre dell'immunizzazione.
NOTA. In origine, il termine vaccino
designava infatti il vaiolo dei bovini (o vaiolo
vaccino) e il pus ricavato dalle pustole del
vaiolo bovino (pus vaccinico), impiegato per
praticare l’immunizzazione attiva contro il
vaiolo umano.
Cenni storici
L'esperimento di Edward Jenner.
Jenner notò che le mungitrici che avevano contratto il vaiolo bovino (più lieve di
quello umano) poi non contraevano quello umano.
Cenni storici
1) Materiale da pustola di persona infetta da vaiolo bovino
Sviluppo di sintomi lievi (mal di testa, sensazione di freddo, dolore all'ascella)
e nel giro qualche giorno il ragazzo guarì
Cenni storici
2) Materiale da pustola di persona infetta da vaiolo umano
Nessuna reazione e nessun sintomo
Cenni storici
Louis Pasteur (Dole, 27 dicembre 1822 –
Marnes-la-Coquette, 28 settembre 1895) è
stato un chimico, biologo e microbiologo
francese.
Grazie alle sue scoperte e alla sua attività
di ricerca è universalmente considerato il
fondatore della moderna microbiologia.
Seppe sfruttare le osservazioni
sull'immunità acquisita per lo sviluppo della
vaccinazione.
Cenni storici
Robert Koch (Clausthal-Zellerfeld, 11
dicembre 1843 – Baden-Baden, 27 maggio
1910) è stato un medico, batteriologo e
microbiologo tedesco.
Koch riuscì nel 1876 a coltivare l'agente
causale dell'antrace (Bacillus anthracis)
fuori dall'organismo e a descrivere il suo
ciclo di vita. Riuscì a descrivere per la prima
volta il ruolo di un agente patogeno alla
nascita di una malattia.
NOTA. Postulati di Koch -> teoria microbica
Robert Koch Premio Nobel per la medicina 1905
L'immunologia oggi
Il sistema immunitario
Dal latino immunis, che significa “esonerato”: insieme di organi (milza, midollo
osseo, linfonodi, timo, tonsille ecc.), cellule e molecole circolanti, distribuiti in
tutto il corpo e in comunicazione tra loro, in grado di intervenire in difesa di un
organismo in presenza di infezioni prodotte da virus, batteri, parassiti e molecole
da loro prodotte (gli antigeni).
Il sistema immunitario
Il sistema immunitario
L'immunità innata, o
naturale, è costituita da
diversi componenti che si
oppongono alla
penetrazione di agenti
patogeni (soprattutto
microbici).
è la prima risposta;
non dipende da una
precedente esposizione;
- è mediata da molecole e
cellule preesistenti
nell’organismo sin dalla
nascita;
- non ha "memoria";
- non è efficace contro molti
patogeni intracellulari
(protozoi, virus).
-
Il sistema immunitario
L'immunità innata, è
costituita da:
barriere fisico-chimiche
(pelle, apparato
gastrointestinale, mucosa
vaginale, mucosa
bronchiale, mucosa
nasale, saliva, lacrime);
- molecole presenti
nell'organismo (lisozimi,
complemento,
antiproteasi);
- cellule fagocitiche e
citotossiche (neutrofili,
macrofagi, e natural-killer
cells).
-
Il sistema immunitario
L'immunità acquisita, o adattativa, è una
risposta immunitaria caratterizzata dal suo
adattamento a ciascuna infezione. Si divide a
sua volta in immunità umorale e in
immunità cellulo-mediata. Le cellule che
agiscono in questo tipo di risposta
immunitaria sono dette linfociti.
-
è più specifica dell'innata;
è indotta dal patogeno o dalla sostanza
estranea.
aumenta la protezione mediata
dall’immunità innata.
è comparsa relativamente tardi, in termini
evolutivi.
è presente solo nei vertebrati;
ha "memoria" (la seconda risposta è più
rapida e più efficace).
Il sistema immunitario
L'immunità adattativa, è coinvolta in:
rigetto dei trapianti;
immunità cellulo-mediata specialmente
contro patogeni intracellulari;
- immunità umorale specialmente contro
antigeni circolanti;
- immunosorveglianza dei tumori.
-
E' costituita da:
- linfociti T (CD4+ o T-helper e CD8+ o T cito
citotossici)
- linfociti B (produzione anticorpi).
Cellule dell'immunità innata
FAGOCITI: cellule che con movimenti ameboidi di tutto o di parte del loro
protoplasma inglobano e digeriscono microrganismi, corpi estranei, altre
cellule dello stesso organismo destinate alla morte
Polimorfonucleati (PMN) o
granulociti sono cellule fagocitiche
(short-lived) che contengono granuli
(lisosomi) in cui vengono prodotti
enzimi idrolitici, radicali perossidi e
superossidi (tossici per qualsiasi
microrganismo) e anche proteine
battericide come la lattoferrina.
Monociti/Macrofagi sono fagocitici
circolanti e hanno pochi granuli,
contengono molti lisosomi e la loro
attivazione comporta un incremento
della fagocitosi con ingestione dei
batteri. Svolgono un ruolo importante
nella processazione e presentazione
dell’antigene
Cellule dell'immunità innata
LINFOCITI NATURAL KILLER
(NK): grossi linfociti granulari
particolarmente importanti nel
riconoscimento e distruzione di
cellule tumorali e infette da
virus. Le NK non necessitano di
attivazione, avendo un sistema
di riconoscimento del target del
tutto diverso e indipendente dal
"riconoscimento dell'antigene"
caratteristico degli altri linfociti
(T e B).
L'immunità adattativa
L’immunità acquisita
rappresenta un sistema di
difesa più sofisticato,
costituito da meccanismi
che vengono indotti e
stimolati dall’esposizione
all’antigene.
Si generano così risposte
immunitarie estremamente
specifiche per le diverse
molecole la cui intensità ed
efficacia è incrementata da
ripetute esposizioni.
Cellule dell'immunità adattativa
- Linfociti B: risposta
umorale
- Linfociti T: risposta
cellula-mediata
- T-helper
- T-citotossici
Antigeni ed epitopi
Antigene: sostanza, di solito proteine e polisaccaridi (ma anche acidi nucleici
e lipidi, se legati a proteine e polisaccaridi), capace di interagire con la
componente adattativa del sistema immunitario inducendo una risposta
(cellulo-mediata o anticorpo-mediata).
Epitopo: o determinante antigenico, è la porzione di antigene che viene
riconosciuta specificamente dal singolo anticorpo o dal singolo recettore sulle
cellule T.
Riconoscimento dell'antigene
Recettore delle cellule B o
B-cell receptor (BCR)
Recettore delle cellule T o
T-cell receptor (TCR)
I tempi della risposta immunitaria
Gli anticorpi: struttura di base
Gli anticorpi: le IgG
Le immunoglobuline G (IgG) sono le
più presenti nel sangue, linfa, fluido
cerebrospinale e peritoneale
(costituiscono circa il 70-75% delle
immunoglobuline totali).
Sono in grado di reagire con i
macrofagi, neutrofili e le cellule
natural killer (NK) e sono l'unica
classe anticorpale efficace contro le
tossine batteriche.
Sono anche le uniche
immunoglobuline in grado di
attraversare la placenta nelle donne
durante la gravidanza per proteggere
il feto.
Gli anticorpi: le IgG
Gli anticorpi: le IgG
Gli anticorpi: le IgM
Le immunoglobuline M (IgM)
hanno due funzioni, che si
rispecchiano nelle due possibili
conformazioni:
1. forma monomerica:
rimangono ancorate sulla
superficie dei linfociti B
vergini o naïve e funzionano
da recettore per l'antigene,
2. forma pentamerica:
vengono secrete
nell'ambiente extracellulare e
svolgono un'importantissima
funzione di opsonizzazione e
di attivazione del
complemento.
La risposta anticorpale
La presenza di IgG specifiche per antigeni di un dato virus nel siero indica che
l'organismo è venuto a contatto con il microrganismo in un'infezione
pregressa; se sono presenti le IgM, invece, l'infezione è attualmente in atto
in fase acuta, essendo le IgM i primi anticorpi prodotti dalle plasmacellule nel
corso di un'infezione.
Gli anticorpi: le IgA
Maturazione dell'affinità
E' il processo che porta
all'aumento dell'affinità degli
anticorpi per un particolare
antigene.
E' il risultato di mutazioni
somatiche che avvengono a
carico dei geni che codificano
per le Ig, seguita dalla
sopravvivenza selettiva dei
linfociti B che, proprio grazie
a queste mutazioni,
produrranno gli anticorpi
con l'affinità maggiore.
Cambio di classe / switch isotipico
Il cambio di classe (ClassSwitch Recombination,
CSR) delle catene pesanti
delle Ig è il processo per
mezzo del quale una cellula
B passa dalla produzione di
IgM alla produzione di IgG,
IgE, IgA.
Le IgG, IgE o IgA prodotte
avranno la stessa specificità
antigenica delle IgM
precedentemente prodotte.
Cambia la funzione
effettrice
Cambio di classe / switch isotipico
Gli anticorpi: principali funzioni
Isotipo
IgA
Sottoclassi
α (IgA1 e 2)
Presenza
Funzioni
Altro
Secrezioni mucose
Immunità e protezione delle
La presenza nel latte materno
(principalmente),
mucose, debole opsonizzante
permette il trasferimento di
sangue, latte materno
e attivatore del complemento
protezione dalla madre al figlio,
resistenti alla proteolisi
IgD
δ
Sangue
Recettore per i linfociti (BCR)
Sensibili alla digestione
proteolitica
IgE
ε
Sangue, tessuti
Difesa contro gli elminti e
-
reazioni allergiche
IgG
γ (IgG1, 2, 3 e
Sangue, tessuti,
Opsonizzazione, attivazione
È la principale Ig del siero (80%
4)
placenta
del complemento,
ca.), sono i soli anticorpi che
citotossicità cellulare
passano attraverso la placenta
anticorpo-dipendente
(ADCC), inibizione dei linfociti
B, immunità neonatale
IgM
µ
Sangue (a causa
Attivazione del complemento,
Sono i principali anticorpi
delle grosse
attività agglutinante, recettore
durante la prima settimana
dimensioni)
per i linfociti B (BCR)
d'infezione
"self" Vs "non-self"
Il sistema immunitario è quindi una complessa rete molecolare e cellulare
sviluppatasi nel corso dell'evoluzione per difendere l'organismo da qualsiasi
insulto che ne minacci l'integrità.
Una caratteristica fondamentale del sistema immunitario deve quindi essere la
capacità di discriminare tra le strutture endogene, che non costituiscono un
pericolo, che dunque possono o devono essere preservate (self) e le strutture
esogene che di contro possono essere nocive per l'organismo e che per questo
devono essere eliminate (non-self).
Tolleranza immunologica
La tolleranza immunologica è definita come la mancanza di risposta ad un
antigene indotta dalla precedente esposizione a quello stesso antigene.
Tolleranza immunologica
La tolleranza immunologica è definita come la mancanza di risposta ad un
antigene indotta dalla precedente esposizione a quello stesso antigene.
La tolleranza verso il
self può essere indotta
in linfociti auto-reattivi
immaturi nei siti linfoidi
centrali (tolleranza
centrale).
La tolleranza centrale
assicura in questo
modo che il repertorio
di linfociti maturi non
riconosca gli antigeni
self presenti negli
organi linfoidi primari.
Tolleranza immunologica
La tolleranza immunologica è definita come la mancanza di risposta ad un
antigene indotta dalla precedente esposizione a quello stesso antigene.
La tolleranza
periferica si ha
quando il linfocita
maturo che riconosce
il self diventa incapace
di riconoscere tale
antigene.
La tolleranza periferica
serve quindi a
garantire la non
risposta ad antigeni
non presenti negli
organi linfoidi primari.
Riassumendo: immunità e tolleranza
Il sistema immunitario deve essere quindi in grado di:
A) proteggerci dal non-self -> concetto di IMMUNITA'
B) tollerare il self -> concetto di TOLLERANZA
Malattie autoimmuni
La malattia autoimmune è una condizione patologica in cui è avvenuta la
rottura della tolleranza immunologica verso uno o più antigeni "self".
Il risultato della scomparsa della tolleranza è la formazione di autoanticorpi
e/o linfociti-T autoreattivi che determinano/ inducono il danno tissutale e la
malattia.
X
Malattie autoimmuni
Malattie autoimmuni
- Circa il 3% della popolazione mondiale è affetto da una malattia autoimmune.
- Molte delle malattie croniche disabilitanti che colpiscono in età lavorativa hanno
una base autoimmune. Tra queste: sclerosi multipla, artrite reumatoide, diabete
mellito insulino-dipendente.
- Sono riscontrate in maggiore frequenza nelle donne.
- L'incidenza aumenta allontanandosi dall'equatore (gradiente di latitudine).
- Sembrano aumentare progressivamente in funzione dello sviluppo
socioeconomico dell'area in esame.
- Non è tutt'ora chiaro se queste variazioni geografiche e socioeconomiche
riflettano una diversa esposizione ad agenti patogeni, una diversa
alimentazione, una diversa capacità di diagnosticare o altri fattori ancora non
identificati.
Cosa scatena le malattie autoimmuni?
Come in tutte le malattie croniche complesse ci sono evidenze che suggeriscono
un'interazione tra fattori genetici e ambientali nello sviluppo di queste patologie
(malattie multifattoriali).
Cosa scatena le malattie autoimmuni?
Fattori genetici: confermati in studi su gemelli e su nuclei famigliari.
Frequenza
della malattia
nella
popolazione
(prevalenza)
(%)
Frequenza
della malattia
nei famigliari
delle persone
affette
(%)
Aumento del
rischio con
famigliare
affetto
Frequenza
della malattia
in individui con
un gemello
monozigote
affetto
(%)
Aumento del
rischio con un
gemello
omozigote
affetto rispetto
ad un fratello
affetto
Artrite
reumatoide
1
8
x8
30
x 3.5
Diabete mellito
insulinodipendente
0.4
6
x 15
34
x 5.7
Spondilite
anchilosante
0.13
7
x 54
50
x 7.1
Sclerosi
multipla
0.1
2
x 20
26
x 13
Lupus
eritomatoso
sistemico
0.1
2
x 20
24
x 12
Cosa scatena le malattie autoimmuni?
Fattori ormonali: maggior frequenza nelle femmine rispetto ai maschi.
Cosa scatena le malattie autoimmuni?
Ipotesi igienica: L’aumento delle allergie e delle malattie autoimmuni sarebbe da
imputare ad una ridotta esposizione ad agenti infettivi nei primi anni di vita.
Cosa scatena le malattie autoimmuni?
Agenti infettivi: Il ruolo potenziale di un agente infettivo nella patogenesi delle
malattie autoimmuni, è supportato da studi epidemiologici descrittivi che mostrano:
una distribuzione geografica non omogenea, una variazione nel trend di molte
aree del mondo, l’evidenza di possibili “clusters” e un cambiamento di rischio negli
emigrati.
Un incontro primario con questo agente microbico potrebbe avvenire in giovani
adulti geneticamente suscettibili che successivamente sviluppano la malattia.
Ipotesi infettiva
Molecular
mimicry
Epitope
spreading
Bystander
ac5va5on
Cryp5c
an5gens
Carol L. Vanderlugt & Stephen D. Miller, 2002
Esposizione a UV
La Vitamina D aumenta la chemiotassi e la capacità di fagocitosi delle cellule
immunitarie. Inoltre inibisce la maturazione delle cellule dendritiche (che
presentano gli antigeni), la differenziazione dei Th1 e Th17 (cellule
proinfiammatorie) e promuove la funzione immunoregolatoria delle Treg.
Take home messages
- L'immunologia studia i meccanismi di difesa di un organismo.
- L'immunità è la capacità di proteggersi da un agente estraneo.
- Il sistema immunitario comprende organi, cellule e molecole deputati alla difesa
dell'organismo.
- L'immunità innata, o naturale, è la prima risposta immunitaria; è veloce, aspecifica, non
dipende da precedenti esposizioni, non ha memoria. E' costituita da cellule fagocitiche e
citotossiche (macrofagi, neutrofili e NK).
- L'immunità acquisita, o adattativa, può essere umorale o cellulo-mediata; è specifica ed
è dotata di memoria. E' costituita principalmente da linfociti B e T.
- Si definiscono antigeni le sostanze (principalmente proteine e polisaccaridi) in grado di
interagire con la componente adattativa della risposta immunitaria.
- Si definisce epitopo la porzione di antigene che viene riconosciuta specificamente dal
singolo anticorpo o dal singolo recettore sulle cellule T.
Take home messages
- Gli anticorpi, o immunoglobuline, sono glicoproteine che costituiscono la risposta
umorale.
- Le prime immunoglobuline ad essere prodotte in risposta ad uno stimolo antigienico
sono le IgM (indicano per questo la presenza di un'infezione acuta).
- Le IgG vengono secrete in un secondo momento e permangono per tutta la vita
(indicano un'infezione passata).
- La tolleranza immunologica è definita come la mancanza di risposta ad un antigene
indotta dalla precedente esposizione a quello stesso antigene.
- La malattia autoimmune è una condizione patologica in cui è avvenuta la rottura della
tolleranza immunologica verso uno o più antigeni "self".
Approfondimenti/curiosità
Edward Jenner:
https://www.paginemediche.it/benessere/storia-della-medicina/edward-jenner-e-il-vaccino-contro-il-vaiolo
Louis Pasteur:
https://www.paginemediche.it/benessere/storia-della-medicina/pasteur-ed-il-vaccino-antirabbia
Robert Koch:
https://www.paginemediche.it/benessere/storia-della-medicina/robert-koch-e-la-tubercolosi
Postulati di Koch:
http://www.quadernodiepidemiologia.it/epi/cause/pos_hk.htm
Memoria immunitaria:
http://sip.it/wp-content/uploads/2013/05/la-memoria-immunitaria-e-i-richiami-vaccinali.pdf
Immunità umorale:
http://www.uniroma2.it/didattica/Immunologia/deposito/immunita_umorale.pdf