IMMUNOLOGIA

IMMUNOLOGIA

L'immunologia si occupa delle difese del nostro organismo.

Le difese sono classificabili in difese innate (presenti sin dalla nascita) e difese acquisite (che vengono attivate ogni qual volta entriamo in contatto con un agente estraneo).

Queste due immunità sono in diretto contatto fra loro dal momento che l'immunità innata stimola quella specifica e l'immunità specifica potenzia quella innata.

L'immunità innata è formata da alcuni tipi di cellule  e da altri fattori solubili; fra le cellule sono da ricordare i macrofagi, le cellule dendritiche, i granulociti, i natural killer, mentre fra le sostanze solubili, grande importanza è rivestita delle citochine, proteine che permettono la comunicazione fra le cellule del sistema immune, legandosi a specifici recettori e attivando tutta una serie di meccanismi cellulari volti ad attivare la risposta immune o ad indurre il differenziamento di cellule specifiche. Fra le citochine sono da ricordare le chemochine, responsabili della chemiotassi, ovvero del richiamo di cellule del sistema immunitario nei distretti in cui sono necessarie.

Esistono poi alcuni recettori presenti sulle cellule dell'immunità innata che regolano la risposta infiammatoria e la risposta dell'immunità acquisita, questi recettori sono i toll-like (localizzati sulla membrana plasmatica) e i NOD (localizzati all'interno della membrana). Tale regolazione avviene per mezzo del riconoscimento delle sostanze estranee e la conseguente attivazione di vie metaboliche specifiche che portano alla produzione di citochine.

L'immunità acquisita dà una risposta specifica per ciascun microrganismo con cui il nostro corpo viene a contatto, infatti ciascun microrganismo contiene numerose sostanze, chiamate antigeni, di cui il nostro sistema immune riconosce piccole parti (epitopi). Il riconoscimento degli epitopi avviene, però, solamente nel momento in cui essi vengono presentati ed esistono quindi cellule adibite alla presentazione degli epitopi (cellule APC, quali i macrofagi, le cellule dendritiche e i linfociti B) e cellule deputate al riconoscimento (i linfociti T helper ed i linfociti T citotossici). Sulla membrana cellula - STRUTTURA DELLE CELLULE EUCARIOTE" class="text">delle cellule APC, infatti si trovano delle molecole MHC-2 (complesso maggiore di istocomplessità secondaria) che legano gli epitopi; tutte le altre cellule del nostro organismo possiedono invece le molecole MHC-l. Sui linfociti T, invece, compaiono dei recettori specifici che riconoscono solamente i complessi epitopo-molecola MHC2, ed ecco quindi la necessità della presentazione.

L'incontro fra cellule APC, linfociti T ed antigeni avviene a livello degli organi linfoidi secondari, in particolar modo a livello di linfonodi e milza.

La risposta immunitaria può essere divisa in due categorie: la risposta umorale e la risposta cellulo-mediata.

La risposta umorale è caratterizzata dalla produzione di anticorpi (immunoglobuline) da parte dei linfociti B differenziati in plasmacellule, destinati ad andare in circolo.

La risposta cellulo-mediata deriva dal differenziamento e dall'attivazione dei linfociti T citotossici, che riconoscono i microrganismi e le cellule infette e li distruggono.

L'equilibrio fra queste risposte è dato dai linfociti T helper, divisi in quattro classi, i TH0 (indifferenziati), i TH1 (responsabili della risposta cellulo-mediata), i TH2 (responsabili della risposta umorale), i TH3 (che attivano la risposta umorale a livello delle mucose), che agiscono per mezzo delle citochine prodotte in base al tipo di infezione in atto.

Genesi delle cellule del sistema immune

Le citochine

Possono attivare sia i processi infiammatori, sia l'immunità specifica.

Fra le citochine dell'immunità innata, la più importante è la IL12, prodotta dai macrofagi. Altre importanti citochine sono le chemochine, responsabili del fenomeno della chemiotassi.

Gli antigeni

Sono molecole estranee che si legano in maniera specifiche alle cellule del nostro sistema immunitario o agli anticorpi inducendo una risposta.

Per poter stimolare il sistema immune, gli antigeni devono avere una particolare struttura, ad esempio, gli apteni, gli antigeni più semplici, per stimolare una risposta hanno bisogno di opportuni trasportatori chiamati carrier.

Ogni antigene presenta delle particolari sequenze, gli epitopi, che vengono riconosciute dal nostro sistema immune. Il riconoscimento avviene o per via della composizione chimica dell'epitopo (e allora si parla di epitopi sequenziali) o per via della conformazione dell'epitopo (per cui si parla di epitopi conformazionali).

La risposta immune può però essere stimolata anche da altre variabili, come la dose dell'antigene, il punto di inoculo dell'antigene, la specie ed il genere dell'individuo e la storia immunologia dell'individuo stesso.

Gli anticorpi

Sono molecole di natura proteica, dette anche per questo immunoglobuline.

Sono formati da quattro catene polipeptidiche, due leggere (catene L) e due pesanti (catene H). l'associazione di queste quattro catene, per mezzo di ponti di-solfuro, conferisce all'anticorpo una struttura ad Y, che può essere suddivisa in regioni variabili (sul lato ammino-terminale), poste sia sulle catene H, sia sulle catene L, e in regioni costanti (sul lato carbossi-terminale), anch'esse poste sia sulle catene L che su quelle H .

L'anticorpo, se trattato con papaina, viene diviso in tre parti distinte: la coda della Y, chiamata frammento FC, e le due braccia, chiamate frammenti FAB.

Sulle catene si distinguono poi delle regioni caratteristiche dette domini, capaci di interagire con recettori o frazioni del complemento.

Al punto di congiunzione fra le braccia e la coda si ha la regione cerniera, che permette all'anticorpo di allargare o restringere le braccia per meglio captare gli antigeni.

Su ciascun anticorpo vengono distinte tre regioni, che determinano l'isotipo, l'allotipo e l'idiotipo.

L'isotipo determina il tipo di anticorpo, sulla base della composizione della catena pesante a livello della coda. La catena pesante può infatti essere di tipo μ (immunoglobulina IgM), γ (immunoglobulina IgG), α (immunoglobulina IgA), δ (immunoglobulina IgD), ε (immunoglobulina IgE).

L'allotipo è il determinante antigenico, caratteristico per tutti gli individui di una stessa specie e si trova sulle catene costanti.

L'idiotipo differenzia le varie popolazioni di anticorpi specializzati presenti nel nostro organismo ed è caratteristico della regione variabile.

Gli anticorpi, sulla base dell'isotipo possono essere divisi in classi e sottoclassi.

IgG: hanno struttura monomerica e sono divalenti. Sono circa l'80% delle immunoglobuline totali presenti nel siero. Sono gli unici anticorpi capaci di attraversare la placenta e, assieme agli anticorpi IgM, attivano il complemento. Sono gli anticorpi prevalenti nella risposta immune secondaria, cioè quella presente durante i contatti con l'antigene successivi al primo.

IgM: sono immunoglobuline pentameriche, ma pentavalenti, dal momento che, a causa dell'ingombro sterico, non tutti i dieci siti attivi sono scoperti. Sono gli anticorpi prevalenti nelle risposte immuni primaria, che si hanno con il primo contatto con l'antigene. Sono sia solubili nel plasma, sia presenti sulla membrana dei linfociti B, dove agiscono da recettori.

IgD: sono gli unici anticorpi a non essere presenti nel plasma; si trovano unicamente sulla membrana dei linfociti B, dove svolgono la funzione di recettori.

IgA: sono immunoglobuline dimeriche, in cui le due subunità sono unite da una catena polipeptidica a livello dei frammenti FC. Il loro passaggio attraverso le mucose è permesso da una molecola secretoria; le IgA sono infatti le immunoglobuline delle secrezioni, in particolar modo intestinali e bronchiali.

IgE: hanno un ruolo importante nelle infezioni parassitarie e sono le responsabile delle allergie.

Nel nostro corpo sono presenti migliaia di anticorpi, ognuno sensibile ad un antigene diverso. Questa enorme diversità è dovuta a meccanismi di ricombinazione genica a livello dei geni che codificano per le catene H ed L . Il sito che conferisce la diversità all'anticorpo è la regione variabile, a sua volta suddivisa in regioni ipervariabili. A livello genetico, la regione variabile è codificata da tre tipi di sequenze geniche, chiamate V (variabile), D (diversità), J (unione). La regione variabile della catena L è codificata da 300 segmenti V e 5 segmenti J, mentre la regione variabile della catena H è codificata da 300-l000 segmenti V, 12 segmenti D e 6 segmenti J.

La maturazione dei linfociti B nel midollo osseo (differenziazione antigene-indipendente) è legata ad alcuni fattori presenti nello stroma del midollo; durante questo processo, sulla superficie dei linfociti compaiono i recettori IgM e successivamente i recettori IgG.

Successivamente, i linfociti B migrano negli organi linfoidi secondari (linfonodi e milza) per subire una seconda differenziazione (differenziazione antigene-dipendente) dovuta all'incontro con l'antigene e all'azione di specifiche citochine prodotte dai linfociti T helper. Con questa differenziazione, si avranno linfociti B pronti a secernere, in caso di successivi incontri con l'antigene, gli opportuni anticorpi.

A questo punto, si forma un trascritto primario di queste sequenze. Il trascritto primario subisce poi delle operazioni di splicing, per mezzo delle quali vengono eliminate le sequenze a monte e a valle delle sequenze codificanti. Si forma così il trascritto definitivo, che codificherà per la parte variabile della catena L . Non verrà cambiata la parte variabile.

Questa differenziazione è legata ad alcuni eventi che accadono a livello genetico: per quanto riguarda la catena L, un qualsiasi segmento V si associa ad un qualsiasi segmento J; successivamente, vengono eliminate tutte le sequenze intermedie e rimane un filamento che contiene le sequenze a monte di V, la sequenza V, la sequenza J e le sequenze a valle di J.

A questo punto si forma un trascritto primario, opportunamente riarrangiato in modo da ottenere il segmento VDJ e l'unione di questo segmento con la prima sequenza della regione costante, codificante per μ, in modo da ottenere l'isotipo IgM. Procedendo poi nella maturazione, si avranno altri meccanismi di splicing che porteranno alla formazione dell'isotipo IgG.

Nella catena H, invece, un segmento D qualsiasi si associa ad un segmento J. Il segmento così formato va quindi ad associarsi ad un segmento V e tutte le sequenze intermedie vengono eliminate.

La diversità dei vari anticorpi è quindi dovuta all'associazione casuale delle sequenze geniche, all'inserimento arbitrario di basi azotate e alla casuale associazione fra le catene L e le catene H.

Il fenomeno che l'incontro antigene-linfocita B produce viene chiamato commutazione di classe.

Antigene timo-indipendente

Espansione clonale

Antigene timo-dipendente

Nel caso della presenza di un antigene timo-indipendente, è sufficiente l'interazione fra antigene e linfocita B per scatenare la moltiplicazione di cellule B sensibili a quell'antigene.

Nel caso di antigeni timo-dipendenti, è necessaria l'interazione linfocita B - antigene, ma anche l'interazione linfocita B - linfocita T . Questa interazione avviene per mezzo di opportune citochine, oppure per mezzo del contatto diretto fra le due cellule attraverso recettori e corecettori specifici (CD40, per il linfocita B, e CD40L, per il linfocita T).

In entrambi i casi, si avranno due popolazioni di linfociti B: quella degli effettori, che secernono, in caso di necessità, gli anticorpi, e quella dei B con memoria, che "ricordano" il primo contatto con l'antigene in modo da agire in modo più rapido ed efficace nel caso di un secondo contatto.

Distinguendo fra primo e secondo contatto, è possibile ricavare i grafici della risposta immune:

Il complemento

Il complemento è formato da una serie di proteine presenti nel siero, attivate da componenti batteriche, che inducono reazioni a cascata provocanti la lisi della cellula batterica.

Il complemento può essere attivato per mezzo di una via alternativa o per mezzo di una via classica. Queste vie favoriscono si eventi proteolitici, sia eventi chemiotattici (richiamo di fagociti nel punto di infezione), sia opsonizzazione, per mezzo delle opsonine (C3B), ovvero la fagocitosi delle cellule batteriche.

Via alternativa: l'attivazione avviene per mezzo di polisaccaridi batterici e per la presenza nel siero di properdina e fattori BD. Questi fattori vanno ad agire sulla componente del complemento C3 e, grazie all'attività enzimatica C3-convertasi, la scindono in C3A e C3B; C3A va in circolo, mentre C3B si lega al batterio. Stessa cosa avviene per la componente C5, che viene suddivisa in C5A e C5B, di modo che la componente C5B si leghi alla superficie del batterio. La presenza sulla superficie del batterio di C3B e C5B induce il legame delle componenti C6, C7, C8 e la presenza di queste molecole richiama il fattore C9. Nel momento in cui C9 si lega alla superficie del batterio, viene indotta la formazione di canali a livello della parete cellulare batterica e della membrana plasmatica, di modo che la cellula batterica muoia per lisi osmotica.

Dal momento che non coinvolge alcuna cellula dell'immunità acquisita o gli anticorpi, questa via è quella tipica dell'immunità innata.

Via classica: due IgG si legano alla cellula batterica, attivando la componente del complemento C1, la quale si lega ai frammenti FC dei due anticorpi. Questo legame attiva le componenti C2 e C5, a loro volta scisse in C2A, C2B, C4A, C4B: le componenti C2B e C4A vanno in circolo, mentre le componenti C2A e C4B si legano alla cellula batterica, fungendo da  C3-convertasi e favorendo l'idrolisi di C3 in C3A e C3B. A questo punto la via classica riprende la via alternativa.

La frazione che va in circolo ha l compito di attivare i processi infiammatori, mente le frazioni che si legano al batterio portano alla lisi della cellula batterica e all'opsonizzazione, che può essere aspecifica, se i macrofagi hanno il recettore per la C3B, o specifica, se il macrofago presenta il recettore per il frammento FC dell'anticorpo legato alla cellula batterica.

Gli anticorpi monoclonali

Nel momento in cui un microrganismo infetta un organismo, si ha l'attivazione di una popolazione eterogenea di anticorpi. Questa popolazione comprenderà:

anticorpi policlonali: ovvero anticorpi specifici per tutti i determinanti antigenici di quel microrganismo;

anticorpi monospecifici: ovvero anticorpi specifici per tutti i determinanti antigenici che costituiscono un singolo antigene;

anticorpi monoclonali: ovvero anticorpi specifici per un singolo determinante antigenico.

È possibile produrre anticorpi monoclonali in laboratorio seguendo una precisa procedura:

vaccinando un topo con un antigene, un batterio o un virus, si creeranno delle classi linfocitarie specifiche che produrranno anticorpi monoclonali. Questi linfociti si differenzieranno negli organi linfoidi secondari, in particolar modo nella milza, per cui è necessario prelevare la milza del topo per isolare queste classi linfocitarie. Alla fine di questo processo si otterrà una sospensione di linfociti B.

a parte si prendono le cellule di mielosa murrino, un tumore dei linfociti B. Queste cellule hanno il vantaggio di essere immortalizzate, ma non sono in grado di secernere anticorpi e mancano di un enzima necessario nella sintesi dei nucleotidi nella via alternativa.

con una sostanza chimica chiamata PEG, si fondono i linfociti B normali con quelli tumorali; il problema,però, è che accanto agli ibridi di interesse cellula normale-mieloma, compaiono anche ibridi cellula normale-cellula normale o ibridi mieloma-mieloma. È quindi necessario eliminare questi ibridi, provocando la morte degli ibridi cellula normale-cellula normale durante le varie fasi di coltura (esse infatti moriranno naturalmente) o aggiungendo al terreno di coltura aminopterina, una sostanza che blocca la via di sintesi dei nucleotidi de novo (siccome le cellule del mieloma non possono sviluppare la via alternativa, esse moriranno per l'impossibilità di produrre i nucleotidi).

gli ibridi cellula B-mieloma hanno la capacità di secernere gli anticorpi, con il vantaggio di essere immortali.

a questo punto si separano i vari ibridi sulla base degli anticorpi che producono per mezzo di una piastra a 96 pozzetti e di diluizioni successive. In questo modo si otterranno linee pure dei vari ibridi. In questo modo, ogni coltura produrrà un tipo si anticorpo monoclonale specifico.

Il vantaggio di questa tecnica è la possibilità di studiare i vari anticorpi e di poter congelare le colture per utilizzarle anche a distanza di tempo.

Gli anticorpi monoclonali vengono impiegati nello studio dei diversi antigeni e nella diagnostica microbiologica.