Immunologia e Immunologia
Diagnostica
MATURAZIONE DEI LINFOCITI
Il percorso di maturazione dei
linfociti
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Sviluppo della specicifità
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.
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Le molecole che legano l’antigene
• Linfociti B BCR (Ig di membrana)
• Linfociti T TCR
• Altre cellule MHC I e II
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Recettori dei linfociti B e 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.
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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
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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
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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)
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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.
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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
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Recettori B e T: Differenze (1)
• 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)
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Recettori B e T: Differenze (1)
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Recettori B e T: Differenze (2)
• Forme alternative:
- BCR Membrana (segnali cellulari) e Solubile (funzione umorale)
- TCR Solo Membrana (segnali cellulari)
• Associazione con altre proteine cellulari:
- Complesso del BCR = BCR + Igα + Igβ
- Complesso del TCR = TCR + CD3 + catene ζ (zeta)
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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).
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Recettori B e 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)
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Maturazione dei linfociti B e T
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
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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.
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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.
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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
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Maturazione cellule B
• La maturazione B passa attraverso 4 tipi di linfociti:
- Cellule Pro-B
- Cellule Pre-B (espressione pre-BCR)
- Cellule B immature (espressione BCR completo IgM)
- Cellule B mature (espressione BCR completo IgM+IgD)
• Le fasi di maturazione B si svolgono:
- Embrione Nel fegato fetale
- Dopo la nascita Nel midollo osseo (da Pro-B a immature)
e nella milza (da immature a mature)
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Maturazione B:
Ricombinazione dei geni BCR
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
Numeri:
Catena H Ig 100 segmenti V, 23 segmenti D, 6 segmenti J.
Catena L Ig 35 segmenti V, 5 segmenti J.
Risultato potenziale: ∼ 1011 recettori diversi
Risultato reale: ∼ 107 recettori diversi
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Maturazione B:
Selezione positiva e negativa
Punti di controllo finale: riconoscimento antigeni self.
• Legame assente o debole sopravvivenza e maturazione
• Legame forte:
1. Cambio di specificità recettore Sostituzione catena L Ig
2. Apoptosi
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Maturazione 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+)
• Le fasi di maturazione T si svolgono nel timo.
Dopo la nascita il timo regredisce con l’età e diventa quasi
assente dopo la pubertà.
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Maturazione T:
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
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
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Maturazione T:
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
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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 citotossici
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