Il Sistema Immunitario

1. Il SistemaImmunitario

2. Patogeno è qualsiasi organismo dotato del potenziale di provocare una malattia. Divisi in 4 categorie: batteri, funghi, virus, parassiti Patogeno opportunista: colonizza l’organismo senza provocare una malattia. Può divenire patogeno se le difese sono indebolite. Parassiti nei globuli rossi Batteri Fungi SARS virus

3. L’organismo reagisce all’invasione di un patogeno con due tipi di risposta: -Risposta immunitaria innata -Risposta immunitaria acquisita >umorale (cellule B , anticorpi) >cellulo-mediata (cellule Tc e Th) Il Sistema immunitario deve essere in grado di disitinguere il self dal non-self (tolleranza verso il self)

4. aspecifica riconosce strutture comuni sempre operativa sempre uguale previene l’infezione IMMUNITA’ innataacquisita • specifica • riconosce strutture specifiche • consegue al contatto • potenziata da contatti ripetuti • richiede l’infezione

5. IMMUNITA’ INNATA • Comprende 4 tipi di barriere: • Anatomica • Cute • Superficie delle mucose • Fisiologica • Temperatura • pH • Fattori solubili • Endocitica/fagocitica • fagocitosi • Infiammatoria • Complesso Risposta infiammatoria

6. Cute: -barriera meccanica ritarda l’ingresso dei microbi - l’ambiente acido(pH 3-5) ne ritarda la crescita Mucose: - la flora normale compete con i microbi per i siti di attacco e i nutrienti -il muco intrappola i microrganismi interi - Le ciglia spingono i microrgansimi fuori dal corpo Temperatura: -la normale t inibisce la crescita di alcuni patogeni -la febbre inibisce la crescita di alcuni patogeni pH: - l’acidità gastrica uccide la maggior parte dei patogeni ingeriti Mediatori chimici: -lisozima scinde la parete batterica -interferone induce uno stato antivirale nelle cellule infettate - Il sistema del complemento lisa i mocrorganismi e facilita la fagocitosi

7. 1-2 adesione del batterio a lunghe evaginazioni della membrana (pseudopodi) • 3- ingestione del batterio con formazione del fagosoma che si muove verso il lisosoma • 4- fusione del fagosoma e lisosoma con rilascio di enzimi lisosomiali nel fagosoma • 5- digestione del materila ingerito • 6- rilascio di prodotti di digestione della cellula Fagocitosi

8. I fagociti che riconoscono le comuni componenti delle pareti batteriche innescano l’immunità innata e inducono l’infiammazione • I fagociti sono di due tipi: • Macrofagi • Neutrofili • I macrofagi sono presenti nei tessuti • I neutrofili circolano nel sangue e penetrano solo in quelli infetti • Essi espongono recettori di superficie che si legano ai comuni carboidrati della parete batterica, componenti che non sono presenti nella cellula umana • In risposta alla presenza dei batteri i macrofagi secernono proteine solubili, dette citochine, che reclutano altre cellule del sistema immunitario. • I neutrofili sono cellule specializzate nella fagocitosi e nell’uccisione dei patogeni. Iniziano ad agire subito dopo l’infezione. Sono capaci di agire anche in condizioni di anaerobiosi. Muoiono nel sito di infezione formado pus. Producono l’infiammazione.

9. INFIAMMAZIONE Il danno tissutale provoca il rilascio di vari fattori vasoattivi e chemiotattici. Questi fattori inducono aumento del flusso sanguigno nell’area, aumento della permeabilità capillare e afflusso dei globuli bianchi, tra cui fagociti e linfociti. Le proteine seriche contenute nell’essudato hanno proprietà antibatteriche e i fagociti incominciano a fagocitare i batteri Tra i principali mediatori chimici ci sono: proteine della fase acuta istamina chinine

10. Compito del sistema immunitario innato è anzitutto quello di riconoscere e quindi distinguere cellule che fanno parte del self, ovvero cellule proprie dell’individuo, da quelle esterne di origine batterica. • Ciò è possibile in quanto tutte le cellule batteriche hanno una caratteristica comune, ovvero quella di concludere l’estremità N-terminale di ogni peptide una formil-metionina al posto di una metionina. Inoltre il sistema immunitario innato è in grado di riconoscere anche la struttura lipopolisaccaridica della parete esterna dei batteri e anche il tipo di acido nucleico presente in essi. • La specificità di queste varie capacità di riconoscimento è affidata a particolari recettori detti “toll-like receptors”,proteine la cui origine , si è visto, è molto antica nella scala dell’evoluzione degli organismi viventi.

11. La famiglia Toll-like receptor (TLR) appartenenti al Pattern di Recettori di Ricognizione Peptidoglycan (G+) Lipoprotein Lipoarabinomannans Zymosan (Yeast) GPI protein LPS(G-) RSV F Bacterial CpG DNA dsRNA Flagellin MD-2 TLR-9 TLR-4 TLR-6 TLR-3 TLR-5 CD14 TLR-2 TLR-1

12. CELLULE E ORGANI DEL SISTEMA IMMUNITARIO

13. Il Sistema immunitario: meccanismi di base Componenti del sistema immunitario: organi linfatici e leucociti. Organi linfatici: i leucociti si sviluppano fino alla maturità negli organi linfatici PRIMARI (il midollo osseo e nel caso dei linfociti T, il timo). Gli organi linfatici periferici mostrano un’architettura reticolare che intrappola materiale estraneo presente nel sangue (milza), nella linfa (linfonodi), nell’aria (tonsille e adenoidi) e in cibo e acqua (appendice vermiforme e placche di Peyer nell’intestino). Leucociti: si dividono in neutrofili, monociti e macrofagi (dai monociti), cellule fagocitarie che “inglobano e distruggono” agenti estranei e detriti; gli eosinofili ed i basofili proteggono invece dai grandi parassiti e sono coinvolti nelle reazioni allergiche. Linfociti: si dividono in B (cellule B) e T (cellule T), specifici rispetto agli agenti esterni. Ilinfociti non B e non T sono “natural killer (NK)” antivirali.

14. Organi del Sistema immunitario Tonsille e adenoidi Linfonodi Vasi linfatici Timo Linfonodi Milza Placche di Peyer Appendicite Linfo nodi Midollo osseo Vasi linfatici

15. Gli organi linfatici primari forniscono la sede in cui i linfociti differenziano e vengono commissionati per l’antigene. • I linfociti T maturano nel timo • I linfociti B maturano nel midollo osseo (borsa di Fabrizio negli uccelli) • In entrambi i casi un processo selelttivo elimina i linfociti immaturi che riconoscono molecole self oppure riconoscono il MHC autologo

16. Gli organi linfatici secondari catturano l’antigene e forniscono la sede in cui i linfociti possono interagire con esso, andando incontro alla proliferazione e alla differenziazione in cellule effettrici • Il tessuto linfatico drena i tessuti e li intereconnette gli uni agli altri • I linfonodi sono specializzati nel catturare gli Ag presenti nei tessuti • La milza riceve gli Ag direttamente dal sangue • Il tessuto meno organizato si trove nelle membrane delle mucose (follicoli linfatici dispersi nella lamina dell’intestino e nelle placche di Peyer, site nella parete intestinale) • Si possono individuare anche tessuti linfatici terziari: tessuti linfatici associati alla cute

17. NEI TESSUTI SECONDARI AVVIENE L’INCONTRO DEI LINFOCITI CIRCOLANTI CON I PATOGENI E I LORO PRODOTTI METABOLICI TRASPORTATI DA UN SITO DI INFEZIONE

18. CELLULE

19. Emopoiesi è il processo che porta alla formazione di cellule del sangue mature. • Le sedi dell’emopoiesi sono diverse nel feto, rispetto all’adulto. • Nel feto sono organi emopoietici: il sacco vitellino, il fegato, la milza, il timo, il midollo osseo. • Nell’adulto il principale organo emopoietico è il midollo osseo delle ossa piatte e delle estremità delle ossa lunghe che produce tutti gli elementi figurati del sangue. • Tutti derivano da una cellula capostipite denominata emocitoblasto, capace di differenziarsi poi nelle differenti linee. • Emocateresi è il processo che porta alla distruzione della cellule del sangue. Principali organi che svolgono questo ruolo sono il fegato e la milza

20. Cellule della linea linfatica • Linfociti sono il 20-40% dei globuli bianchi e 99% delle cellule presenti nella linfa • Nel corpo umano ci sono circa 1011 linfociti • Circolano nel sangue e nella linfa e possono migrare nei diversi tessuti e organI linfatici • Si dividono in • Linfociti B • Linfociti T • Linfociti null (cellule natural Killer)

21. I linfociti B e T quiescenti sono piccoli, mobili, indistinguibili morfologicamente • Quelle che non hanno incontrato l’Ag sono vergini (naive) e sono quiescenti nella fase Go del ciclo cellulare (diametro 6 mm, piccoli linfociti) • Citoplasma scarso, cromatina molto addensata, pochi mitocondri RE e Golgi poco sviluppati • I linfociti che incontrano l’Ag diventano attivati ed entrano nella fase G1, S, G2 e M del ciclo cellulare. • Aumentano di volume (diametro 15 mm cellule blastiche o linfoblasti) e si sviluppano gli altri organuli cellulari I linfociti proliferano e differenziano in cellule effettrici e cellule della memoria

22. Linfociti B • Maturano nel midollo osseo • Esprimono sulla superficie un recettore (Ab) specifico per un antigene (Ab=antibody anticorpo) • Dopo l’incontro con l’Ag maturano e si differenziano in Linfociti B della memoria e linfociti effettori (plasmacellule) • Linfociti B della memoria esprimono lo stesso Ab delle cellule progenitrici • Una plasmacellula sercerne più di 2.000 Ab al secondo • Le plasmacellule muoiono in 1-2 settimane

23. Altre molecole di membrana dei linfociti B • B220marcatore della linea linfocitaria B e dei suoi precursori • Molecole MHC di classe IIpermette al linfocita B di comportarsi come cellule presentante l’Ag • CR1 e C2recettori per alcuni prodotti del complemento • Fcg/RIIrecettore per IgG • B7-1 e B7-2interagiscono con CD28 e CTLA-4, importanti molecole presenti sui linfociti T • CD40interagisce con il CD40-ligando sulla superficie del linfocita TH

24. Cellule 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, presentate da altre cellule • Ci sono 2 sottopopolazioni di linfociti T: • T helper (TH) • Th1 e Th2 • T citotossiche (Tc) o killer

25. V V VH VH g e e d C C z CH1 z CH1 VL VL CL CL CH2 CH2 Iga/Igb Iga/Igb fyn lck Zap 70 CH3 CH3 Blk, Fyn or Lyn RECETTORE CELLULE B RECETTORE CELLULE T

26. Cellule null • Non esprimono le molecole caratteristiche dei linfociti T e B • Sono prive degli attributi fondamentali dell’immunità: la specificità e la memoria • Comprendono i linfociti natural killer (NK) • Sono di aspetto granulare e rappresentanto il 5-10% dei linfociti del sangue • Svolgono un ruolo importante nei confronti delle cellule tumorali e infettate da virus

27. Cellule dendritiche • Le cellule dendritiche sono globuli bianchi che attivano il sistema immunitario catturando gli antigeni ed esponendoli all’azione delle cellule 'killer', i linfociti T. • Queste cellule risiedono principalmente a livello di quei tessuti che fungono da barriera con l'ambiente esterno e quindi sono più facilmente raggiungibili da agenti patogeni (mucosa nasale, polmonare, intestinale, gastrica e cute), dove ricoprono il ruolo di vere e proprie 'sentinelle'. • Quando vengono a contatto con agenti estranei migrano a livello di quei tessuti che servono da basi al sistema immunitario (linfonodi), dove allertano le altre cellule di questa complicata macchina che ci difende dall'insorgenza di nuove malattie.

29. ANTIGENI

30. Antigeni sono sostanze in grado di indurre una risposta immunitaria • Ci sono differenze fondamentali nel modo in cui i linfociti B e T riconoscno l’Ag • Immunogenicità e antigenicità sono due propietà immunologiche correlate, ma distinte • Un antigene è un immunogeno e l’antigenicità è la sua capacità di reagire in maniera specifica con i prodotti finali delle risposte immuni • "TUTTI GLI IMMUNOGENI SONO ANTIGENI, MA NON TUTTI GLI ANTIGENI SONO IMMUNOGENI".

31. APTENE: molecola solitamente di piccole dimensioni che hanno la proprietà di essere antigeniche, ma che di per sé non è in grado di evocare una risposta immunitaria (sono prive di immunogenicità). Può diventare anche immunogenica se si lega a una molecola carrier.Può reagire con i prodotti di una risposta immune specifica.

33. Proprietà dell’immunogeno • Estraneità: tanto maggiore è la distanza filogenetica fra due specie, tanto maggiore è la lo diversità genetica • Peso molecolare: macromolecole > 10 kDa • Composizione ed eterogenità chimica: • omopolimeri scarsa immunogencicità • Copolimeri EKEKEKEKEK…..richiede un PM di 30.000 per essere immunogeno, se si aggiunge anche Y EKYEKYEKYEKY…….il PM si riduce a 20.000 • Capacità di essere processato: le macromolecole devono essere processate dalle cellule che presentano l’Ag. Più alta è quasta capacità maggiore è l’immunogenicità

34. Ruolo del sistema biologico nell’immunogencità • Lo sviluppo di una risposta immunitaria dipende da alcune caratteristiche del sistema biologico con cui l’agente entra in contatto: • Genoma ospite • Dose e via di somministrazione: gli immunogeni sperimentali sono somministrati per via parentale • Associazione di altre sostanze (adiuvanti): sostanze che unite a un Ag e iniettate con esse, ne aumentano l’immunogenicità. Uno dei più usati è l’adiuvante di Freund che contienen l’Ag in una soluzione acquosa, olio minerale ed agente emulsionante (monooleato di mannite) che disperde l’olio in piccole gocce intorno all’Ag. Si ottine un lento rilascio dell’Ag dal sito di inoculazione

35. EPITOPO O DETERMINANTE ANTIGENICO: PARTE DI UN ANTIGENE CHE ENTRA IN CONTATTO CON IL SITO DI LEGAME DI UN ANTICORPO O COL RECETTORE PER L’Ag DELLE CELLULE T o B. (GLI EPITOPI SONO PRATICAMENTE LE PORZIONI PIÙ IMPORTANTI DELL’ANTIGENE, CAPACI DI EVOCARE LA RISPOSTA IMMUNITARIA).

36. Quando i farmaci diventano immunogeni • I farmaci sono piccole molecole incapaci di scatenare la risposta immunitaria se non sono associate a una molecola più grande • La penicillina in alcuni individui può reagire con alcune proteine dell’organismo per formare un derivato penicilloil-proteina (aptene-vettore), in cui il derivato penicillinico, il gruppo penicilloil, ha la funzione di epitopo aptenico • Questo epitopo è riconosciuto dal sistema immunitario che produce Ab (IgE) contro di esso. Le IgE vengono trasportate in tutto l’organismo dove vengono riconosciute dai recettori per le IgE posti sui basofili (mast-cellule) e rimanere per molto tempo. Se a una persona che ha anticorpi IgE contro la penicillina viene somministrata penicillina, andrà incotro a reazione allergica • 1-5% della popolazione ha questo problema

37. SISTEMA IMMUNITARIO ACQUISITO

38. Origine Sistema immunitario specifico • Linfociti: • Linfociti T • Linfociti B

39. V V VH VH g e e d C C z CH1 z CH1 VL VL CL CL CH2 CH2 Iga/Igb Iga/Igb fyn lck Zap 70 CH3 CH3 Blk, Fyn or Lyn • La selezione clonale dei linfociti B e linfociti T è alla base della risposta innata • Sia i linfociti B che T esprimono recettori dotati di una singola specificità • Linfociti B esprimono immunogobuline (Anticorpi, Ab) • Linfociti T esprimono recettori • Ciascun linfocita da origine a un unico tipo di molecola • Ciascun linfocita, stimolato dal patogeno da origine a una popolazione di cellule che esprimono tutte immunoglobuline o recettori delle cellule T identici (SELEZIONE CLONALE)

40. Esempio: SELEZIONE CLONALE nei linfociti B Ogni linfocita B esprime sulla membrana 150.000 Anticorpi (recettori) identici per lo stesso Ag

44. Gli strumenti del sistema immunitario acquisito • Immunoglobuline o Anticorpi • Recettore delle cellule T • Complesso maggiore di istocompatibilità e proteine MHC su APC • Cellule che presentano l’antigene (APC)

45. Immunoglobuline: struttuta e funzione

46. Antibody Molecule Structure Ag binding region Ag VH N terminal end VL CH1 h CL = Y Light Chain CHO CH2 globular domains disulfide bonds CH3 Heavy Chain C terminal end

48. 2 catene leggere identiche (L, light, 220 aminoacidi) • 2 catene pesanti identiche (H, heavy, 440 aminoacidi) • A forma di Y rovesciata • Ponti S-S fra le catene • 2 siti di legame per Ag (bivalenti) • Zona di riconoscimento per Ag o Fab (Fragment Antigen Binding) con sequenza di aminoacidi relativamente variabile • Zona costante o Fc (Fragment cristallizzabile) con sequenza di aminoacidi relativamente costante • REGIONI IPER VARIABILI • La variabilità della sequenza di aminoacidi è confinata in 3 regioni ipervariabili (5-7 aminoacidi per L, 6-17 aminoacidi per H) • Il sito antigenico è composto dalle regioni ipervariabili della catena L e dalle regione ipervariabili della catena H • Alta costante di affinità Ig-Ag (104-1011 l/mole)

49. Papain Cleavage

50. Papain Cleavage 2 Fab Fc