APUNTE DE INMUNOLOGIA (Actualización 2006)
“EL VIKINGO”
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INDICE
INTRODUCCION………………………………………………………………..………………………………………………… PAG. 3 GENERALIDADES……………………………………………………………...........................................................PAG. 3 INMUNIDAD INNATA……………………………….................................................................................... PAG. 4
INFLAMACION………………………………………………………………………………………………………PAG. 5 o VASODILATACION……………………………………………………………………………………… PAG. 6 o
ACONTECIMIENTOS CELULARES: TRAFICO LINFOCITARIO………………………………PAG. 6
o
FACTORES QUE CONDICIONAN EL TRAFICO LINFOCITARIO……………………………. PAG. 6
o
o
MOLECULAS DE ADHESION…………………………………………………………..…… PAG. 6
QUIMIOTAXIS…………………………………………………………………………………. PAG. 7
QUEMOQUINAS……………………………………………………………………………….. PAG. 7 COMPONENTES HUMORALES……………………………………………………………………..…PAG. 8
SISTEMA DE LA COAGULACION…………………………………………………………. PAG. 8
PROTEINAS DE FASE AGUDA………………………………………………………..…… PAG. 8
IFNALFA Y BETA……………………………………………………………………………….PAG. 8
SISTEMA DEL COMPLEMENTO……………………………………………………………. PAG. 8
SISTEMA DE LAS CININAS……………………………………………………………..…. PAG. 9 COMPONENTES CELULARES…………………………………………………………………….……PAG. 10
CELULAS FAGOCITICAS………………………………………………………………….….PAG. 10 •
EL NEUTROFILO……………………………………………………………………..PAG. 11
•
EL MACROFAGO…………………………………………………………………….. PAG. 11
•
LOS EOSINOFILOS………………………………………………………………….PAG. 12
MASTOCITOS Y BASOFILOS………………………………………………………………. PAG. 12
PLAQUETAS…………………………………………………………………………………….. PAG. 13
CELULAS NATURAL KILLER……………………………………………………………….. PAG. 13 INMUNIDAD ADAPTATIVA……………………………………………………………………………………………………. PAG. 13
CELULAS DENDRITICAS………………………………………………………………………………………… PAG. 13
ANTIGENOS DE HISTOCOMPATIBILIDAD………………………………………………………………… PAG. 14
PROCESAMIENTO Y PRESENTACION ANTIGENICA…………………………………………………....PAG. 15
LINFOCITOS T Y B…………………………………………………………………………………………………PAG. 16
LINFOCITOS T……………………………………………………………………………………………………… PAG. 17 o ONTOGENIA T…………………………………………………………………………………………….PAG. 18
o
ACTIVACION T…………………………………………………………………………………………… PAG. 19
o
LINFOCITOS T CD4+: FENOTIPOS TH1 Y TH2………………………………………………...PAG. 19
o
LINFOCITOS T CD8+……………………………………………………………………………………PAG. 20
o
LINFOCITOS T REGULATORIOS Y DE MEMORIA.................................................... PAG. 21
LINFOCITOS B………………………………………………………………………………………………………PAG. 21 o LINFOCITOS B1 Y DE LA ZONA MARGINAL DEL BAZO……………………………………. PAG. 22 o
ONTOGENIA B…………………………………………………………………………………………….PAG. 22
o
ACTIVACION B……………………………………………………………………………………………PAG. 22
LOS ANTICUERPOS………………………………………………………………………………………………. PAG. 25 o DIVERSIDAD DE INMUNOGLOBULINAS: LOS DIFERENTES ISOTIPOS………………..PAG. 26
o
LOS ANTICUERPOS PUEDEN TENER CADENAS LIVIANAS KAPPA O LAMBDA PERO NO AMBOS TIPOS……………………………………………………………………………… PAG. 26 INMUNOGLOBULINA M………………………………………………………………………………..PAG. 26
o
INMUNOGLOBULINA A……………………………………………………………………………..… PAG. 26
o o o
INMUNOGLOBULINA G……………………………………………………………………………….. PAG. 26 INMUNOGLOBULINA D…………………………………………………………………………………PAG. 26 INMUNOGLOBULINA E………………………………………………………………………………… PAG. 27 TEORIA DE LA SELECCIÓN CLONAL……………………………………………………………….PAG. 28
o
o o
LA RESPUESTA INMUNE PRIMARIA Y SECUNDARIA EN LA PRODUCCION DE ANTICUERPOS………………………………………………………………………………………. PAG. 28
ORGANOS LINFATICOS…………………………………………………………………………………………. PAG. 29 o EL TIMO……………………………………………………………………………………………………. PAG. 29 o
LA MEDULA OSEA………………………………………………………………………………………. PAG. 30
o
LOS GANGLIOS LINFATICOS……………………………………………………………………….. PAG. 30
o
EL BAZO……………………………………………………………………………………………………. PAG. 30
INTEGRACION DE LOS PROCESOS: INGRESO DE UN ANTIGENO Y SECUENCIA DE EVENTOS……………………………………………………………………………... PAG. 31 MECANISMOS DE LESION INMUNITARIA: REACCIONES DE HIPERSENSIBILIDAD………………………. PAG. 33
HIPERSENSIBILIDAD DE TIPO I……………………………………………………………………………..PAG. 33
HIPERSENSIBILIDAD DE TIPO II…………………………………………………………………………… PAG. 34
HIPERSENSIBILIDAD DE TIPO III……………………………………………………………………….….PAG. 35
HIPERSENSIBILIDAD DE TIPO IV………………………………………………………………………..... PAG. 36 2
RECHAZO DE TRANSPLANTES……………………………………………………………………………………………….. PAG. 37 TOLERANCIA INMUNITARIA………………………………………………………………………………………………….PAG. 38 SUPERANTIGENOS………………………………………………………………………………………………………………. PAG. 39 AGENTES INFECCIOSOS Y MECANISMOS DE EVASION…………………………………………………………….. PAG. 39 INMUNODEFICIENCIAS…………………………………………………………………………………………………………PAG. 40
AGAMMAGLOBULINEMIA DE BRUTON LIGADA AL CROMOSOMA X……………………….…….. PAG. 40
INMUNODEFICIENCIA VARIABLE COMUN……………………………………………………..………… PAG. 40
DEFICIT AISLADO DE IgA……………………………………………………………………………………… PAG. 40
SINDROME DE HIPER IgM………………………………………………………………………………………PAG. 40
INMUNODEFICIENCIA COMBINADA SEVERA……………………………………………………….……PAG. 41
SINDROME DE WISKOTT-ALDRICH………………………………………………………………………….PAG. 41
DEFICIENCIAS GENETICAS DEL COMPLEMENTO………………………………………………………. PAG. 41
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DEFECTOS DE LA FUNCION LEUCOCITARIA…………………………………………………..…………. PAG. 41 ASPECTOS GENETICOS EN INMUNOLOGIA……………………………………………………………………………… PAG. 43
INTRODUCCION Antes que nada me gustaría darles la bienvenida a 3er año, lo que no es poco. Muchos de Uds. han sorteado infinidad de obstáculos para llegar a esta instancia. Microbiología es una asignatura muy interesante, muy larga y en algunos casos se complica, pero en líneas generales es divertida, entretenida y para nada aburrida. En esta oportunidad, tienen en sus manos el APUNTE DE INMUNOLOGIA. Existe también el de PARASITOLOGIA MÉDICA y el de VIROLOGIA, conformando en conjunto una suerte de trilogía. ¿Por qué redacto este apunte? Básicamente por que me costó entender el libro INMUNOLOGIA DE FAINBOIM a la primera lectura. Esto derivó en histeria y terror: tenía menos de un mes para preparar el parcial, no podía distinguir que era o no importante, algunas cosas nunca fueron aclaradas y otras simplemente fueron difíciles de comprender con la lectura sin previa ni posterior explicación. No se asusten…… MICROBIOLOGIA no es una materia tan autodidacta como en los años anteriores, por el contrario los profesores se desviven por explicar. En fin, con ayuda de mi novia (estudiante de Ciencias Biológicas) intentamos darles una suerte de introducción a la inmunología. El principal objetivo de este texto es que pueda facilitar la comprensión del libro de FAINBOIM, por lo que recomendamos su lectura luego de inspeccionar estas hojas. Insisto, no dejen de leer la bibliografía recomendada!!!! Como siempre esto es solo un consejo y Uds. son los que deciden. Además, les recomiendo que lean el apunte en el orden en que está escrito. Creo que es la única manera de poder comprender todos los contenidos……..en fin……..DISFRUTEN DE LA CURSADA!!!!! GENERALIDADES Bueno.....…para comenzar analizaremos algunos conceptos básicos que nos permitirán entender los procesos que se llevan a cabo durante el curso de una infección. Muchas de los temas que serán analizados a continuación ya han sido aprendidos tanto en histología como en fisiología, pero como somos humanos y sabemos que nuestra memoria suele jugarnos en contra, haremos una revisión de los mismos. A pesar de que los contenidos son un poco extensos, este capitulo no presentará mayores problemas. Nuestro sistema inmune nos salva de la muerte segura por una infección constituyendo un proceso defensivo cuyo principal objetivo es erradicar al microorganismo que ha invadido al huésped. Las sustancias capaces de desencadenar una respuesta inmunitaria reciben el nombre de antigenos (antibody generator) o inmunógenos. Si quisiéramos estudiar el orden cronológico en que el ser humano desarrolla una respuesta inmune frente a un determinado agente (antigeno), deberíamos destacar la: Inmunidad innata o inespecífica que, como su nombre lo indica, constituye una primer barrera de defensa que actúa de la misma manera independientemente del microorganismo involucrado. Inmunidad específica o adaptativa, que actúa en una etapa posterior a la inespecífica y está constituida por células con receptores de alta especificidad (linfocitos T y B) que son capaces de reconocer un amplio rango de microorganismos. Ya se que el siguiente cuadro parecerá chino básico en un primer momento, pero el mismo destaca en forma concisa las principales características de ambos tipos de inmunidad. Igualmente cada una de ellas será analizada posteriormente en profundidad. Lo importante es que las sepan distinguir y puedan saber cuales son sus componentes………el resto sale por lógica (por supuesto que la lógica viene cuando terminemos de leer tooooooooooddddooooooo el apunte, no? JE-JE…..no desesperen que es fácil!!!!). FASE I
BARRERAS FISICAS Y ANATOMICAS NATURALES
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COMPONENTES CELULARES: - NEUTROFILOS - CELULAS NK - MACROFAGOS INMUNIDAD INNATA O - MASTOCITOS Y BASOFILOS INESPECIFICA FASE II - EOSINOFILOS (INFLAMACION) - PLAQUETAS - CELULAS ENDOTELIALES - CELULAS DENDRITICAS - MASTOCITOS COMPONENTES HUMORALES: - COMPLEMENTO - COAGULACION - SISTEMA DE LAS CININAS - PROTEINAS DE FASE AGUDA - IFN ALFA Y BETA INMUNIDAD ADAPTATIVA O LINFOCITOS T Y B CON RECEPTORES DE ALTA ESPECIFICIDAD ESPECIFICA RECONOCEN EL ANTIGENO PRESENTADO POR UNA CPA
1) INMUNIDAD INNATA Las defensas constitutivas y las inducibles son inespecíficas, porque si bien requieren un reconocimiento específico entre moléculas y receptores del microorganismo y el huésped, no necesitan un reconocimiento especifico tipo antigeno-anticuerpo, a excepción de la IgA secretoria. Como se aclaró en el cuadro anterior, la inmunidad innata consta de dos fases:
-
Fase I: La barreras físicas naturales están representadas por los diferentes epitelios intactos,
siendo la piel la barrera mecánica más efectiva ya que la misma se encuentra en continua descamación, lo que contribuye a la eliminación de los microorganismos adheridos a ella. La piel presenta además ciertas propiedades que inhiben el crecimiento bacteriano, como por ejemplo la baja humedad y Ph, la presencia de sustancias con actividad antibacteriana y antifúngica como la lisozima (que degrada la pared celular de algunas bacterias), la lactoferrina (que compite con la bacteria por el hierro el cual es esencial para la multiplicación bacteriana), el ácido láctico secretado por las glándulas sudoríparas y los ácidos grasos libres liberados por degradación enzimatica de los componentes de las secreciones sebáceas que impiden el desarrollo de Tinea Capitis (hongo) en el adulto. Cuando el grado de humedad de la piel aumenta, por ejemplo a causa del uso de vestimentas muy ajustadas que no permiten la aireación, se presenta un medio propio para el desarrollo de TRICOFICIAS (hongos) que colonizan diferentes pliegues cutáneos. En el caso de quemaduras severas, al no encontrarse la piel intacta, no puede protegerse el tejido celular subcutáneo frente a una eventual infección por Pseudomona aeruginosa (bacteria). Tambien existen aglutininas (que interactuan con receptores inhibiendo la adherencia de microorganismos al epitelio) y defensinas (que alteran la permeabilidad de las membranas microbianas). La conjuntiva está protegida por el efecto de barrido continuo de las lágrimas y por la presencia de altas concentraciones de lisozima en la secreción lacrimal. El epitelio de los senos paranasales y del tracto respiratorio, desde la laringe hasta los alvéolos, es una importante barrera mecánica protegida por una cubierta de mucus, las células ciliadas que barren el mismo y la IgA secretoria. De esta manera las partículas que toman contacto con el epitelio respiratorio son capturadas por las secreciones y transportadas hacia la laringe, para ser luego deglutidas y destruidas por los mecanismos efectores del tracto gastrointestinal. Muchas de las bacterias ingeridas se inactivan por la elevada concentración de ácido clorhídrico y por las enzimas gástricas. Otros patógenos como los virus envueltos son susceptibles a la acción detergente de las sales biliares. Las defensas primarias del tracto urinario están representadas por el mecanismo de arrastre que produce la micción, el Ph relativamente bajo de la orina que inhibe en cierta medida el crecimiento bacteriano y la secreción de proteínas (como la de Tamm y Horsfall) que poseen afinidad por los receptores de E. Coli uropatógena impidiendo que los mismos se adhieran al epitelio de las vías urinarias. Un caso muy interesante es el de la vagina, que esta protegida tanto por el bajo Ph de sus fluidos como por el fenómeno de exclusión que ejerce la flora bacteriana normal compuesta fundamentalmente por Lactobacillus. Esta compite por nutrientes y receptores presentes en el epitelio que permiten la colonizacion de las superficies mucosas y ademas producen sustancias con actividad antimicrobiana.
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Fase II: En esta etapa, el microorganismo ha logrado evadir las barreras naturales enunciadas
anteriormente y el individuo desarrolla una respuesta inflamatoria al verse afectados los tejidos profundos. La inflamación se define como una reacción compleja del tejido conjuntivo vascularizado frente a los estímulos nocivos locales. Este proceso se caracteriza por una reacción de los vasos sanguíneos que da lugar a la acumulación de líquido y leucocitos en los tejidos extravasculares. Es útil para destruir, atenuar o mantener localizado al agente patógeno y al mismo tiempo iniciar una cadena de acontecimientos que 4
dentro de lo posible curan y reconstruyen el tejido lesionado. Sino existiera la inflamación, las infecciones se propagarían de forma incontrolada, las heridas no se curarían nunca y los órganos lesionados presentarían lesiones supurativas de forma permanente. No obstante los proceso de inflamación y reparación pueden ser perjudiciales (ver HIPERSENSIBILIDAD). La inflamación termina cuando se elimina el estimulo nocivo y desaparecen o quedan inhibidos los mediadores de la misma. La respuesta inflamatoria tiene lugar en el tejido conjuntivo vascularizado, e involucra la participación de elementos tales como el plasma, las células circulantes, los vasos sanguíneos y los constituyentes celulares y extracelulares del tejido conjuntivo: CELULAS CIRCULANTES NEUTROFILOS MONOCITOS EOSINOFILOS LINFOCITOS BASOFILOS PLAQUETAS
CELULAS DEL TEJIDO CONJUNTIVO MASTOCITOS FIBROBLASTOS MACROFAGOS LINFOCITOS RESIDENTES
MATRIZ EXTRACELULAR COLAGENO ELASTINA FIBRONECTINA LAMININA PROTEOGLICANOS
La inflamación presenta dos fases bien diferenciadas AGUDA y CRONICA. La inflamación aguda tiene una evolución relativamente breve, con una duración que oscila entre minutos, horas y pocos días. Sus características principales son la exudación de liquido y de proteínas plasmáticas (EDEMA), la modificación en el calibre de los vasos (vasodilatación) que da lugar al aumento del flujo sanguíneo y la migración de leucocitos (predominantemente NEUTROFILOS) desde el punto en el que abandonan la microcirculación hasta el foco de la lesión, donde se acumulan. La inflamación crónica tiene una duración mayor y se caracteriza histológicamente por la presencia de linfocitos y macrófagos, la proliferación de vasos sanguíneos, fibrosis (intentos de curación) y necrosis tisular, siendo el macrófago el actor principal de dicho proceso. Los cuatro signos cardinales de la inflamación son: RUBOR (enrojecimiento), CALOR, TUMOR (tumefacción o induración) y DOLOR. Estos eventos son producidos por el aumento de la permeabilidad vascular y del diámetro de los vasos sanguíneos (vasodilatación) produciéndose un incremento del flujo sanguíneo local con aumento de la temperatura en la zona de la lesión (lo que explica el calor) que a su vez es responsable del enrojecimiento y disminución de la velocidad de flujo con acumulación local de fluidos (ocasionando el edema). Por otro lado, la liberación de mediadores químicos y la compresión mecánica de los nervios serán responsables del dolor. Además, el pasaje de fluidos y células producirán la hinchazón. Los eventos producidos durante la inflamación son numerosos. Para realizar una descripción en forma ordenada y facilitar su comprensión dichos procesos serán analizados por separado, sin embargo debe tenerse en cuenta que la secuencia descripta es arbitraria, ya que todos se inician casi simultáneamente. La inmunidad innata suele resolver el proceso infeccioso naciente, o al menos controlarlo hasta desarrollar la respuesta inmune adaptativa y ademas puede condicionar el rumbo de esta ultima.
INFLAMACION
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LA VASODILATACION Es producida por la liberación de HISTAMINA desde el interior de los mastocitos que se encuentran adyacentes a los vasos sanguíneos. Aunque esta amina vasoactiva también se localiza en plaquetas y basofilos, la Histamina liberada por degranulación de los mastocitos es la que adquiere mayor relevancia fisiológica. Este proceso de degranulación se produce en respuesta a diversos estímulos tales como: - Lesiones de tipo físico como las traumáticas, el frío y el calor. - Las reacciones inmunitarias en las que se produce la unión o fijación de IgE a los mastocitos frente a la segunda exposición a un alergeno (ver HIPERSENSIBILIDAD TIPO I).
-
La fijación de los fragmentos del
complemento C3a y C5a (anafilotoxinas) a la superficie del mastocito mediante receptores específicos (ver COMPLEMENTO). Proteínas liberadoras de histamina y derivados de los leucocitos. Neuropéptidos (sustancia P) y citoquinas (IL12 e IL18).
ACONTECIMIENTOS CELULARES: TRAFICO LINFOCITARIO Debido a los cambios en el flujo sanguíneo los leucocitos se sitúan en la periferia del mismo (marginación), pudiendo contactar directamente con el endotelio activado en forma transitoria por medio de selectinas, llevando a cabo el rodamiento sobre dicha superficie. Mas tarde, la acción de diversas quemoquinas pro6
duce un cambio conformacional de las inte-grinas presentes en los leucocitos, los que aho-ra se adhieren firmemente al endotelio que-dando éste literalmente revestido (pavimen-tación) por los mismos. Finalmente los leu-cocitos dirigen sus pseudópodos hacia las unio-nes que existen entre las células endoteliales, se introducen a través de las mismas y quedan situadas entre las células endoteliales y la membrana basal. Este evento de diapedesis o trasmigración se produce predominantemente en las venulas de endotelio alto (HEV). Poste-riormente atraviesan la membrana basal ingre-sando al espacio extravascular migrando ha-cia un estimulo quimiotáctico. Este mecanismo de salida es utilizado por neutrófilos, monocitos, linfocitos, eosinófilos y macrófagos. Los eventos producidos son bási-camente los mismos en los diversos tipos celulares mencionados, la diferencia radica en las moléculas de adhesión involucradas. Ade-más, debe quedar bien claro que el cambio en la expresión de dichas moléculas y en los receptores de quemoquinas determina la amplia gama de destinos a los cuales migrar. Debido a que estos patrones no se modifican en gran medida en los linfocitos, los mismos son capaces de recircular continuamente para aumentar la chance de encontrar su antigeno específico. No se vuelvan locos tratando de memorizar moléculas específicas, solo sepan describir y enumerar los eventos principales: EVENTOS QUE OCURREN EN LA LUZ VASCULAR MARGINACION
OTROS EVENTOS
MIGRACION HACIA EL ESTIMULO QUIMIOTACTICO
RODAMIENTO
TRANSMIGRACION O DIAPEDESIS
ADHERENCIA FIRME
Factores que condicionan el tráfico linfocitario El mismo esta determinado por el patrón de expresión de moléculas de adhesión sobre los leucocitos y el endotelio y por las quemoquinas producidas localmente y sus receptores expresados sobre la superficie de las po-blaciones leucocitarias.
-
Moléculas de adhesión: están pre-sentes en la superficie de todas las células del organismo e
involucradas en la interacción celular y de las células con moléculas de la matriz extracelular (MEC). Existen 5 familias principales: Moléculas que establecen interacciones débiles (unión transitoria) SELECTINAS L SELECTINA E SELECTINA P SELECTINA
SIALOMUCINAS CD 34 GLYCAM 1 MADCAM 1
Moléculas que permiten sostener la integridad funcional de los tejidos (uniones firmes) CADHERINAS INTEGRINAS E CADHERINA CD11/CD 18 VLA4 LFA-1 ó MAC-1
Moléculas que establecen uniones relativamente estables SUPERFAMILIA DE IG ICAM 1, 2 y 3 V CAM 1 PECAM 1
Las selectinas se expresan en células endoteliales, leucocitos y plaquetas y se adhieren a SIALOMUCINAS. Las sialomucinas se expresan en células endoteliales y leucocitos y se adhieren a L- SELECTINAS. Las cadherinas NUNCA se expresan en leucocitos pero si en las células de Langherans, que al adquirir movilidad dejan de expresarlas. Las cadherinas se adhieren a la MEC y mantienen la integridad de los tejidos. Las integrinas se expresan en leucocitos y se adhieren tanto a componentes de la MEC como a moléculas de la superfamilia de Ig y complemento. La superfamilia de Igs se expresan sobre células endoteliales y células presentadoras de antigenos (CPA) y se adhieren a integrinas. Muchas de estas moléculas se encuentran presentes en forma constitutiva. Sin embargo, al desencadenarse la inflamación se produce una inducción de su síntesis por parte de las células endoteliales, lo que permite un aumento en la expresión de los mismos, fenómeno conocido con el nombre de ACTIVACION ENDOTELIAL. Este proceso es facilitado por la producción de citoquinas tales como IL6, IL1 y TNFalfa. Estas son proteínas producidas por muchos tipos celulares entre los cuales se destaca el macrófago activado. Además de esta acción, dichas citoquinas: - Producen un aumento de la permeabilidad vascular - Desencadenan la respuesta de fase aguda (ver mas adelante) - Facilitan la producción de PGE (prostaglandina E), al inducir la actividad de la ciclooxigenasa a nivel hipotalámico, con el consecuente aumento de la temperatura corporal (fiebre) - Producen neutrofilia al actuar a nivel de la medula ósea - Activan al macrófago, neutrofilo, reclutan celulas NK, etc. Existe una gran variedad de citoquinas cuya actividad se destaca por ser pleotrópica (actúa sobre muchos tipos celulares) y multifuncional (una determinada citoquina da lugar a acciones reguladoras positivas y negativas). Sus efectos se producen mediante la fijación a receptores específicos situados en células diana. Citoquinas que regulan la función leucocitaria Regulan la activación, crecimiento y diferenciación de los leucocitos IL2 IL4 IL10 TGFbeta
Citoquinas implicadas en la inmunidad natural Producen aumento de la permeabilidad vascular, incremento en la expresión de moléculas de adhesión, inducen la síntesis de proteínas de fase aguda, aumento de la Tº corporal y neutrofilia TNFalfa IL1 IL6 IFNalfa y beta
Citoquinas que activan células inflamatorias Activan al macrófago durante las respuestas inmunes mediadas por células IFNgamma TNFalfa TNFbeta IL5 IL10 IL18 7
Quemoquinas
Citoquinas que estimulan la hematopoyesis
Llevan a cabo actividad quimiotáctica
Actúan como mediadoras del crecimiento y diferenciación de leucocitos inmaduros
IL8
IL3 IL7 CSF
IL12
-
Quimiotaxis: es la locomoción orientada según un gradiente químico que permite a los
leucocitos migrar en los tejidos hasta alcanzar la zona de la lesión. Diversas sustancias exógenas y endógenas pueden actuar como factores quimiotácticos. SUSTANCIAS EXOGENAS PRODUCTOS BACTERIANOS (PEPTIDOS FORMILADOS)
SUSTANCIAS ENDOGENAS COMPONENTES DEL SISTEMA DEL COMPLEMENTO (ESPECIALMENTE C5a) PRODUCTOS DE LA VIA DE LA LIPOOXIGENASA (PRINCIPALMENTE LTB4) CITOQUINAS (EN PARTICULAR IL8)
La fijación de estas sustancias a sus receptores específicos en el leucocito desencadena un proceso de transducción de señales que culmina con un incremento de las concentraciones de calcio intracelular, lo que posibilita el ensamblaje de sus elementos contráctiles presentes en el citoesqueleto responsables del movimiento celular (pseudópodos). Además de estimular la locomoción, muchos factores quimiotácticos producen la activación leucocitaria que es desencadenada mas comúnmente por la fagocitosis y la formación de complejos antigeno-anticuerpo (ver COMPONENTES CELULARES).
-
Quemoquinas: son un superfamilia de proteínas cuya acción principal es activar e inducir la
quimiotaxis de tipos específicos de leucocitos, que al poseer receptores para los mismos, migran a los sitios anatómicos donde estas se encuentran y desempeñan sus funciones. Todas las quemoquinas poseen residuos de cisteína conservados formando puentes disulfuro que son esenciales para su función. La posición relativa de las cisteínas es usada para clasificarlas en cuatro familias: CXC, CC, CX3C y C, donde “C” representa un residuo de cisteína y “X” un aminoácido no conservado. QUEMOQUINAS CXC Presenta un residuo de aminoácidos que separa los dos primeros residuos conservados de cisteína IL8
QUEMOQUINAS CC Tiene adyacentes los dos primeros residuos conservados de cisteína
QUEMOQUINAS C Carecen de dos de los cuatro residuos conservados de cisteína
QUEMOQUINAS CX3C Las cisteínas están separadas por tres aminoácidos no conservados
MCP1 (proteína quimiotáctica de monocitos) y RANTES
LINFOTAXINA
FRACTALTINA
Como ya se habrán dado cuenta, hay algunas cosas que no se sabe bien de donde salen y son un misterio. La buena noticia es que estas dudas serán aclaradas a continuación cuando desarrollemos los componentes humorales y celulares de la inflamación. COMPONENTES HUMORALES A) Sistema de la coagulación Al formarse FACTOR XIIa, se activa la vía intrínseca de la coagulación con generación de:
-
TROMBINA (FACTOR IIa): que fragmenta el fibrinógeno soluble circulante para generar un
coagulo insoluble de fibrina. Durante esta conversión, se forman fibrinopéptidos que inducen un incremento en la permeabilidad vascular y estimulan la actividad quimiotáctica de los leucocitos. También posee propiedades inflamatorias al aumentar la expresión de moléculas de adhesión leucocitaria en el endotelio vascular.
-
FACTOR Xa: que actúa como mediador de la inflamación aguda y causa un aumento de la
permeabilidad vascular y de la exudación leucocitaria. B) Proteínas de fase aguda Las proteínas de fase aguda conforman un conjunto de proteínas, sintetizadas fundamentalmente por el hepatocito, cuya producción y niveles séricos se incrementan dramáticamente en respuesta a la injuria celular. Esta producción exacerbada responde principalmente a la acción de citoquinas producidas por 8
monocitos y macrófagos tales como IL1, IL6 y TNFalfa. Constituyen ejemplos de estas sustancias la proteína C reactiva y la proteína de unión a manosa. Ambas actúan opsonizando (recubriendo) a los microorganismos para que estos sean posteriormente reconocidos por monocitos, macrófagos o neutrófilos. C) IFNalfa y beta Estas citoquinas son de relevancia en la actividad antiviral (ver apunte de virología) produciendo la síntesis de sustancias que degradan los ácidos nucleicos del virión. Presentan además una notable capacidad de potenciar la actividad citotóxica de las células natural killer (NK) e inducen ciertas actividades proinflamatorias en el macrófago. D) Sistema del complemento El sistema del complemento esta compuesto por 20 proteínas (junto a sus productos de fragmentación), cuya concentración mayor se observa en plasma. Este sistema actúa en los procesos inmunitarios innatos y adaptativos de defensa frente a microorganismos y su objetivo final es la lisis de los mismos a través del denominado complejo lítico de ataque de membrana (CLAM). En el proceso se elaboran diversos componentes del complemento que producen aumento de la permeabilidad vascular, quimiotaxis y opsonización. Dichos componentes se encuentran en un principio en forma inactiva en el plasma y se numeran de C1 a C9. El paso mas importante para la realización de las funciones biológicas del complemento es la activación de su tercer componente o C3. La fragmentación del C3 se puede producir a través de la denominada vía clásica, que se inicia por la fijación del C1 a un anticuerpo (IgM o IgG) unido a un antigeno, es decir, a un complejo inmune, o a través de la vía alternativa, que se puede activar por las superficies de los microorganismos (LPS bacteriano, Igs agregadas y endotoxinas). La vía alternativa implica la participación de un grupo especifico de componentes séricos denominado sistema de properdina (Properdina P, factores B y D). Además, la vía de las lectinas activa un complejo con actividad serinoproteasa que al activarse escinde a los componentes C4 y C2 y da lugar a la formación de C3 convertasa en un proceso que no involucra la participacion del componente C1. En dichas vías, la C3 convertasa divide el C3 en dos fragmentos importantes: el C3a, que es liberado y el C3b. Mas adelante, este ultimo se une a los fragmentos generados previamente para formar C5 convertasa que a su vez interactúa con C5 para liberar C5a e iniciar de este modo la formación de CLAM (C5 a C9). El CLAM produce lisis mediante la unión hidrofóbica inicial a la bicapa lipídica de las células diana, formando finalmente canales cilíndricos transmembrana. Las funciones biológicas del sistema del complemento se incluyen en dos categorías generales: lisis celular por CLAM y los efectos biológicos de los fragmentos proteolíticos del complemento. Los factores derivados del complemento afectan a diversos fenómenos de la inflamación aguda:
-
Fenómenos
vasculares:
C3a
y
C5a
(anafilotoxinas) son los productos de fragmentación de los componentes correspondientes del complemento. Estos productos incrementan la permeabilidad vascular y producen vasodilatación principalmente mediante la liberación de histamina desde los mastocitos. C5a también activa la vía de la lipooxigenasa (metabolismo del ácido araquidónico) en los neutrófilos y monocitos, dando lugar a un incremento en la liberación de mediadores inflamatorios.
-
Adhesión, quimiotaxis y activación de los leucocitos: C5a es un potente agente
quimiotáctico para neutrófilos, monocitos, eosinófilos y basofilos. También incrementa la adhesión de los leucocitos al endotelio mediante la activación de los propios leucocitos y el aumento de la intensidad de unión de las integrinas de superficie a su ligando endotelial.
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-
Fagocitosis: C3b y C3bi, cuando se fijan a la pared celular bacteriana, actúan como opsoninas
y favorecen la fagocitosis por parte de neutrófilos y macrófagos que presentan receptores para C3b en su superficie.
-
Potenciación de la respuesta B: los productos de degradación del C3b (C3bi, C3dg y C3d)
poseen un receptor específico sobre la superficie del LB denominado CR2. El mismo forma parte del complejo integrado además por CD19 y CD81. CD19 se encarga de desencadenar un evento de transducción de señales que culmina con la activación del LB, la que es potenciada por los mencionados productos de degradación del complemento mediante la producción de un entrecruzamiento de las señales, incrementando de esta manera la producción de anticuerpos específicos. En síntesis, las funciones del complemento son básicamente: INFLAMACION C3a y C5a
OPSONIZACION C3b
CITOTOXICIDAD C5-C9
POTENCIACION DE LA RESPUESTA B C3bi, C3dg y C3d
El mecanismo de ensamblaje del complemento esta fuertemente controlado por proteínas inhibitorias. La presencia de estos inhibidores en la membrana celular del huésped es útil para distinguirlo de la mayor parte de los microorganismos y lo protege frente a una lisis celular inadecuada. Debido a estos mecanismos reguladores, se alcanza un equilibrio que da lugar a la destrucción efectiva de organismos extraños, impidiendo la lesión de las células del huésped. Estos mecanismos reguladores son los siguientes:
-
Regulación de las convertasa de C3 y C5: el desencadenamiento de la vía alterna en forma
independiente de la clásica presenta un gran dilema, existiendo la posibilidad de que C3b actué sobre la superficie de células extrañas y sobre las propias. Este inconveniente no se presenta con la vía clásica, dado que sus activadores (ANTICUERPOS) no reconocen normalmente células propias. Existe una gran diversidad de moléculas que inhiben la interacción de C3b con el FACTOR B o incrementan la susceptibilidad a la degradación del C3b a través de la acción del FACTOR I. El objetivo en ambos 10
casos es inhibir la formación de C3 convertasa de la vía alterna. Entre dichas moléculas se encuentran CR1, DAF (factor acelerador de decaimiento), MCP (proteína cofactor de membrana) y FACTOR H. Este ultimo es una proteína plasmática que interactúa con la superficie celular (mientras las demás se encuentran sobre la superficie de células propias) uniéndose al ácido siálico. Las células de los mamíferos expresan un alto contenido de este ácido, por lo tanto unen FACTOR H y se ven protegidas de la C3 convertasa de la vía alterna. Los microorganismos patógenos que expresan bajo contenido de ácido siálico NO unirán FACTOR H, permitiendo el ensamblado de la C3 convertasa de la vía alterna con la posterior activación del complemento.
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Fijación de los componentes activos del complemento por proteínas plasmáticas
específicas: el primer paso de la vía clásica, en el que C1 se une a un complejo inmune queda bloqueado por un inhibidor específico denominado inhibidor C1. La activación excesiva del complemento también se impide por diversas proteínas que actúan sobre la formación de CLAM, como por ejemplo CD59 (inhibidor de membrana de la lisis reactiva). E) Sistema de la cininas El sistema de las cininas genera peptidos vasoactivos a partir de proteínas plasmáticas denominadas quininógenos y mediante proteasas especificas denominadas calicreínas. El sistema de las cininas produce la liberación de bradicinina, un potente agente que incrementa la permeabilidad vascular. La cascada que finalmente da lugar a cininas se inicia por la activación del FACTOR XII (HAGEMAN) de la vía intrínseca de la coagulación debido a su contacto con superficies que presentan carga negativa, como el colágeno y las membranas basales. Se produce un fragmento del FACTOR XII denominado FACTOR XIIa o activador de precalicreína, que convierte la precalicreína plasmática en una forma proteolítica activa conocida como calicreína. Esta última fragmenta una proteína plasmática precursora (cininógeno de alto peso molecular o HMWK) para producir bradicinina.
COMPONENTES CELULARES Todos los elementos celulares que serán analizados a continuación, derivan de un precursor común en medula ósea, el cual posteriormente dará origen a otros precursores de la serie mieloide y eritroide:
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A) Células fagocíticas Las defensas del organismo poseen un número de células diferenciadas para ejecutar funciones específicas. Todas ellas derivan de un precursor común ubicado en la medula ósea denominado célula madre o STEM CELL (recuerdan HISTOLOGIA? Digan si o…….jódanse!!!). Las células que poseen actividad antimicrobiana directa son las células fagocíticas, que incluyen a los linfocitos polimorfonuclerares (particularmente neutrófilos), los monocitos sanguíneos, los histiocitos y las células fagocíticas alojadas en tejidos específicos. A estas deben sumarse las células dendríticas, que juegan un papel crucial en la presentación antigénica. Tanto los neutrófilos como los macrófagos deben reconocer y fijar las partículas extrañas para posteriormente internalizar dichos elementos e inactivarlos mediante diversos mecanismos. Algunos patógenos son reconocidos en forma directa, ya que conservan sobre su superficie estructuras invariantes compartidas por muchas clases de microorganismos. Este mecanismo es mediado por una amplia variedad de receptores de RECONOCIMIENTO DE PATRONES (RRP). Los mismos: - Se encuentran presentes en los microorganismos pero no en sus huespedes - Son esenciales para la supervivencia o patogenicidad de los mismos - Son compartidas por clases enteras de microorganismos Por lo tanto, aun cuando el sistema inmune innato carece de la especificidad del adaptativo, es capaz de discriminar lo propio respecto de lo no propio (infeccioso). RECEPTORES DE RECONOCIMIENTO DE PATRONES RECEPTORES DE LECTINA TIPO C RECEPTOR SCAVENGER Media la internalizacion de microorganismos No induce la fagocitosis con la posterior degradacion, procesamiento y presentacion de peptidos antigenicos Reconocen lipoproteinas bacterianas, polirribonucleotidos Activa vias que conducen a la produccion de Su activacion conduce a la secrecion de y ADN bacteriano mediadores inflamatorios numerosas quimocinas y citoquinas Reconoce LPS, peptidoglicano y ARN simple y doble Reconocen residuos de manosa, galactosa y cadena fucosa RRP SOLUBLES PROTEINA DE UNION A MANOSA FICOLINA H y L PROTEINA C REACTIVA PROTEINAS SURFACTANTES Son producidas por el higado en etapas tempranas del proceso infeccioso durante la respuesta de fase aguda Son producidas por celulas alveolares tipo I y secretadas Reconoce patogenos y celulas Reconocen a sus ligandos y activan el complemento por la via de sobre el epitelio respiratorio propias dañadas mediando su las lectinas eliminacion Todos estos tipos están presentes en NEUTROFILOS, CELULAS DENDRITICAS y MACROFAGOS, reconociendo los mismos ciertos patrones moleculares asociados a patógenos (PMAP) RECEPTORES TIPO TOLL
Sin embargo, la mayor parte de los microorganismos no son reconocidos hasta que son recubiertos por elementos denominados opsoninas, que se unen a receptores específicos situados en los leucocitos y de esta manera facilitan su fagocitosis por los mismos Las opsoninas más importantes son: C3b y C3bi ANTICUERPOS PROTEINAS DE FASE AGUDA
Se generan por la actividad del complemento y son reconocidos por Receptores CCR1, CCR2 y CCR3 Su porción Fc es reconocida por receptores de este fragmento llevando a cabo un proceso denominado citotoxicidad dependiente de anticuerpos (CCDA) Son producidas por el hepatocito en respuesta a la acción de IL1, IL6 y TNFalfa
El neutrófilo Es el leucocito polimorfonuclear más abundante. Tiene un vida media corta en la circulación, de aproximadamente 10 horas. Normalmente estas células son marginadas en distintos tejidos, donde completan su ciclo de vida, de unos pocos días de duración. Pertenecen a la serie medular mieloide y cuando alcanzan su maduración ya no pueden replicarse. Presentan núcleo multilobulado y numerosos gránulos que contienen enzimas y otras sustancias con acción bactericida. Los neutrófilos son atraídos al sitio de infección por sustancias quimiotácticas como el componente C5a del complemento y otros intermediarios del proceso 12
inflamatorio. Partículas como las bacterias se adhieren a la superficie del neutrófilo y son ingeridas en una vacuola llamada fagosoma. Una vez dentro de la célula, la bacteria puede ser inactivada por varios mecanismos. Algunos de ellos pueden ser dependientes del oxigeno, como los que se originan con el estallido respiratorio. Al aumentar la incorporación de oxigeno dentro del neutrófilo, disminuye el Ph dentro del fagosoma y se originan productos tóxicos para la bacteria como el anión superóxido, el peroxido de hidrogeno y los radicales hidroxilo, entre otras moléculas activas. Existe un segundo mecanismo dependiente del oxigeno que requiere además la acción de la enzima mieloperoxidasa. En presencia de peroxido y de un haluro (cloruro o ioduro) la enzima cataliza la reacción de halogenación del peroxido. Como resultado se forma, por ejemplo en el caso del cloruro, el anión hipoclorito que es altamente bactericida. La fusión de los gránulos citoplasmáticos con el fagosoma es un fenómeno independiente del oxigeno. Al fusionarse los gránulos liberan las enzimas y otras sustancias antibacterianas y forman el fagolisosoma y endosoma dentro del cual la bacteria queda sometida a un Ph de 3-4 y a la acción de la lisozima, fosfatasas, nucleasas, lactoferrina y proteínas catiónicas antibacterianas. Todo esto hace que el entorno se vuelva altamente hostil para la mayoría de las bacterias. Debe también agregarse, que las enzimas lisosomales como las colagenasas y elastasas son también deletéreas para los tejidos del huésped cuando se liberan y contribuyen a intensificar el proceso inflamatorio y el daño del tejido. MECANISMOS BACTERICIDAS DEPENDIENTES DEL OXIGENO ESTALLIDO RESPIRATORIO PRODUCCION DE: SUPEROXIDO OXIGENO SIMPLE OTROS RADICALES ACTIVOS SISTMA MIELOPEROXIDASA SISTEMA DEL OXIDO NITRICO
MECANISMOS BACTERICIDAS NO DEPENDIENTES DEL OXIGENO LIBERACION EN EL FAGOSOMA DEL CONTENIDO LISOSOMAL: PROTEINAS CATIONICAS HIDROLASAS ACIDAS LISOZIMA LACTOFERRINA PROTEASAS
El macrófago Estas células se hallan distribuidas ampliamente en los tejidos, derivan de monocitos sanguíneos y su función en la defensa del huésped es más amplia y duradera que la de los neutrófilos. Los macrófagos son también atraídos por C5a y otras sustancias quimiotácticas y tienen la capacidad de fagocitar bacterias y detritus celulares originados durante la infección. A diferencia de los neutrófilos, los macrófagos presentan propiedades particulares sumamente relevantes: - Establecen poblaciones estables en los diversos tejidos, asumiendo fenotipos especializados (células de Kupffer en hígado, macrófagos alveolares en pulmón, etc.) - Actúan como células presentadoras de antigenos (CPA) a células T (los otros dos tipos de CPA son las células dendríticas y los LB……NO DESESPEREN, LO VEREMOS MAS ADELANTE!!!!). - Presentan una marcada capacidad para producir quemoquinas en respuesta a estímulos de naturaleza microbiana, citoquinas que inducen una respuesta inflamatoria local y sistémica (IL1, IL6 y TNFalfa), citoquinas que orientan el curso futuro de la respuesta inmune adaptativa (IL12 e IL18), citoquinas que median el reclutamiento de leucocitos en el tejido inflamatorio (IL8), citoquinas que inducen la proliferación y diferenciación de precursores leucocitarios a nivel de la medula ósea (IL7, IL15 y CSF [factores estimulantes de formación de colonias]) - Pueden resintetizar los gránulos lisosomales con su enzimas - Pueden volver a fagocitar - Carecen del sistema mieloperoxidasa y de lactoferrina - Presentan un estallido respiratorio menos espectacular - Pueden ser activados por IFNgamma para aumentar su capacidad bactericida - Producen oxido nítrico, que además puede combinarse con anión superóxido para formar peroxinitrilo, molécula tóxica para las bacterias y las células humanas El macrófago suele modificar su patrón de comportamiento al reconocer una gran concentración de quemoquinas, complejos antigeno-anticuerpo y patógenos opsonizados. Sin embargo, el estimulo mas importante lo constituye el reconocimiento del patógeno oposonizado con componentes del complemento o anticuerpos. El cambio producido se denomina ACTIVACION (ver grafico). Al activarse, el macrófago presenta: - Capacidad incrementada para producir IROs (intermediarios reactivos del oxigeno) - Aumento de la capacidad endocítica - Aumento en la expresión de moléculas HLA de clase I y II - Aumento en la expresión de moléculas coestimulatorias (B7) - Aumento en la expresión de moléculas de adhesión - Aumento de la secreción de citoquinas y quemoquinas proinflamatorias que contribuyen al reclutamiento y activación de diferentes poblaciones leucocitarias en el sitio de la infección.
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Los eosinófilos Son células que residen en los tejidos submucosos capaces de fagocitar y destruir microorganismos realizando citotoxicidad dependiente de anticuerpos (generalmente parásitos). Sin embargo, muchas veces ejercen su efecto al secretar sustancias tales como la proteína catiónica del eosinófilo que a pesar de destruir al agente microbiano, puede generar reacciones contraproducentes en el individuo. B) Mastocitos y basofilos Ambos tipos celulares se distribuyen en mucosas, epitelios y en la región subendotelial del tejido conectivo en la vecindad de los pequeños vasos. Producen una importante variedad de mediadores de la inflamación tales como la HISTAMINA, CITOQUINAS, QUEMOQUINAS, y productos derivados del metabolismo del ácido araquidónico (LEUCOTRIENOS Y PROSTAGLANDINAS). C) Plaquetas Se encargan de producir sustancias que aumentan la permeabilidad vascular (LIPOXINAS) y activan componentes del complemento. D) Células NATURAL KILLER (NK) Las células NK representan alrededor del 10-15% de los linfocitos de la sangre periférica y no poseen receptores del tipo del de las células T ni Igs en su superficie. Contienen en su interior numerosos gránulos azurófilos y están dotadas de la capacidad de lisar distintos tipos de células tumorales o afectadas por virus e incluso algunas células normales, sin necesidad de sensibilización previa. Presentan en su superficie la molécula CD16, la cual posee un significado funcional ya que representa el receptor de la porción Fc de la IgG. Esta propiedad le otorga la capacidad para lisar células diana revestidas por IgG, fenómeno conocido como citotoxicidad dependiente de anticuerpos (ADCC). Además, las células natural killer expresan dos tipos de receptores en su membrana. Uno (KAR) activa la capacidad histolítica de las NK mediante el reconoci-miento de ciertas moléculas en las células diana; el otro tipo (KIR) inhibe la vía lítica mediante el reconocimiento de las MHC de clase I propias. Se cree que el hecho de que todas las células nucleadas normales expresen las moléculas MHC de clase I mantiene inhibida la función lítica de las células NK. Si la infección por un virus o la transformación neoplásica perturban o reducen la expresión de dichas moléculas, se interrumpirán las señales inhibitorias y las NK iniciaran la lisis. Estas células también secretan citoquinas del tipo TNFalfa y factores estimuladores de colonias (CSF). Además, se cree que son una fuente importante de IFNgamma, que favorece la diferenciación de las células TH1 y cumple un papel importante en la respuesta inmune antiviral. El mecanismo citotóxico mediado por las células NK desencadena la apoptosis de la célula blanco a través de la liberación de proteínas contenidas en los gránulos azurófilos especializados presentes en el citoplasma que son liberados con la activación de la célula NK. Los gránulos son lisosomas modificados que contienen dos clases distintas de proteínas denominadas perforinas y granzimas. La perforina es una glicoproteina que al integrarse a la membrana de la célula blanco forma poros sobre la misma permitiendo el ingreso de las granzimas, que a su vez activan una cascada enzimatica que conduce a la fragmentación del ADN celular. La 14
direccionalidad de la secrecion evita que las mencionadas proteínas destruyan células no infectadas. Ademas, puede mediar la apoptosis de la celula blanco mediante la interaccion FAS- FASL (ver LTCD8+).
2) INMUNIDAD ADAPTATIVA La inmunidad específica está estructurada sobre tres tipos de células: células presentadoras de antigenos (CPAs), Linfocitos T (LT) y Linfocitos B (LB). Los antigenos son capturados por las CPA y procesados para su presentación a los LT recirculantes. Ya en la superficie de la CPA, el antigeno espera el encuentro con un LT portador de un receptor específico del mismo. Al mismo tiempo, los LB reconocen el antigeno libre (conformación nativa sin procesamiento previo) y lo presentan a los LT que ya han reconocido el mismo antigeno mediante su receptor. Como resultado se genera una cascada de señales que culmina con la producción de anticuerpos específicos del patógeno y células de memoria. Esta es la forma de presentación que tiene lugar ante el primer contacto con un antigeno y constituye la denominada respuesta primaria; mientras que la respuesta secundaria se desencadena ante una segunda exposición al mismo antigeno. Las CPA son un grupo de células especializadas con capacidad para presentar antigenos a los LINFOCITOS T. Existen tres tipos de CPA: MACROFAGOS, LINFOCITOS B y CELULAS DENDRITICAS, de las cuales las ultimas constituyen las CPA mas eficientes en una respuesta primaria al poseer una mayor concentración de moléculas coestimulatorias (B7) sobre su superficie y por lo tanto las unicas capaces de activar LT naive o virgenes. Sin embargo, las otros dos tipos actúan eficientemente cuando el antigeno es presentado a un linfocito T de memoria que previamente haya interactuado con el mismo (respuesta secundaria). Que es la presentación de antigenos? ¿Que tipo de interacciones están involucradas? Todo será aclarado a su debido tiempo, pero para ello debemos primero analizar ciertos conceptos. Las características del macrófago no serán expuestas nuevamente. Células dendríticas Existen dos tipos de células de morfología dendrítica con funciones muy distintas. Ambos poseen numerosas prolongaciones citoplasmáticas dendríticas finas, a las que deben su nombre. Uno de los tipos son las denominadas células interdigitadas dendríticas (CID) o simplemente células dendríticas. No son células fagocitarias y expresan moléculas MHC clase II en grades cantidades, así como moléculas coestimulatorias B7 (CD80 y CD86). De esta forma están perfectamente preparadas para presentar los antigenos a las células T CD4+. Las CID están ampliamente distribuidas en el organismo. En la piel existen unas células similares denominadas células de Langerhans. El otro tipo de células con morfología dendrítica se encuentra en los centros germinales del bazo y los ganglios linfáticos, por lo que se les da el nombre de células foliculares dendríticas (CFD). Poseen receptores para el fragmento Fc de la IgG, por lo que pueden capturar complejos inmunes (complejos antigeno-anticuerpo). ANTIGENOS DE HISTOCOMPATIBILIDAD (MHC clase I y II)
Las moléculas MHC se destacan por: 15
En los seres humanos, las moléculas codificadas por los genes MHC (complejo mayor de histocompatibilidad se denominan antigenos HLA (Human-leucocyte Antigen), debido a que se descubrieron por primera vez en linfocitos. La función fundamental de estas moléculas que se encuentran en la superficie celular, consiste en captar fragmentos de péptidos de proteínas extrañas para presentarlos a las células T específicas del antígeno. Los productos de los genes MHC se clasifican en tres grupos. Los genes de clase I y II codifican glucoproteinas de la superficie celular y los genes de clase III lo hacen con componentes del complemento.
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Su polimorfismo, ya que la secuencia de estos genes (y por ende la secuencia de las proteinas codificadas) difieren entre los individuos de una misma especie.
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Su poligenismo, ya que esta region posee varios genes y moleculas de clase I y II dentro de MHC.
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Su codominancia, ya que al ser individuos diploides tenemos un juego de cromosomas maternos y otros paternos con expresion de ambos para cada uno de los genes del MHC.
La importancia estas tres caracteristicas radica en que disponer de varios genes en cada individuo de la poblacion que codifican moleculas del MHC con capacidad de unir diferentes peptidos constituye un mecanismo de reaseguro de que al menos algun peptido de cualquier patogeno sera presentado eficientemente por una molecula de MHC de ese individuo, lo que permitira una excelente activacion de la respuesta inmune adaptativa y la eliminacion de cualquier agente infeccioso. Este fenomeno se ve potenciado por el polimorfismo porque aunque existiera un patogeno cuyos peptidos no se unan a las moleculas de clase I o II de un determinado individuo, esta cualidad asegura que en otros individuos eso no ocurrira debido a que el conjunto de moleculas que expresan difiere del conjunto de la persona que es incapaz de presentar los peptidos del patogeno hipotetico. De esta manera el se asegura la subsistencia de la especie en su lucha contra los distintos agentes microbianos. Por ultimo hay que considerar que las posibilidades de presentar diferentes peptidos derivados de multiples microorganismos aumenta con la codominancia ("dos moleculas – la materna y la paterna – presentan mejor que una”). -
Ser los antigenos diana preferidos en el rechazo de transplantes mediado por células T (ver mas adelante).
Por esta razón, y debido a que cada individuo tiene 5 o mas loci codificadores de moléculas MHC, es raro que dos personas posean conjuntos idénticos de proteínas MHC, lo cual hace muy difícil el emparejamiento de un donante y un receptor para el transplante de órganos en humanos, excepto en el caso de gemelos genéticamente idénticos. Los antigenos de clase I se expresan en la superficie de todas las células nucleadas y en las plaquetas. Están codificados por tres loci estrechamente relacionados y designados como HLA-A, HLA-B y HLA-C. Cada una de estas moléculas es un heterodímero formado por una cadena polimórfica ALFA, unida mediante un enlace covalente a un péptido NO polimórfico denominado BETA 2 MICROGLOBULINA, cuya codificación no se hace en el MHC. La región extracelular de la cadena pesada esta dividida en tres dominios: alfa 1, alfa 2 y alfa 3. Los dominios alfa 1 y alfa 2 contienen una hendidura o surco en el que los peptidos se unen a la molécula MHC. Las distintas clases de alelos de clase I se unen a fragmentos peptídicos diferentes. Los antigenos de clase II están codificados por una región denominada HLA-D, que posee tres subregiones: HLA-DP, HLA-DQ y HLA-DR. Cada molécula de clase II es un heterodímero formado por una cadena alfa y otra beta unidas por enlaces no covalentes. Las dos cadenas son polimórficas y cada una de las tres subregiones HLA-D codifica una o varias cadenas alfa y beta. Las porciones extracelulares de las cadenas alfa y beta tienen dos dominios: alfa 1, alfa 2, beta 1 y beta 2. Las moléculas MHC de clase II poseen una hendidura para unirse al antigeno constituida por una interacción de los dominios alfa 1 y beta 1 de las dos cadenas y es en esta porción en la que difieren la mayoría de los alelos de clase II. La distribución de las moléculas de clase II se limita en gran medida a las CPA. FUNCIONES MHC clase I MHC Clase Presentan peptidos de origen endogeno a los LTCD8+ Presentan peptidos de origen exogeno a los LTCD4+ Actuan como ligando de receptores de celulas NK
Cada molecula del MHC tiene un solo sitio de union al peptido pero este es degenerado en cuanto a la especificidad siendo capaz de unir diferentes peptidos siempre y cuando tengan los motivos de union adecuados, pero solo puede hacerlo de uno a la vez. PROCESAMIENTO Y PRESENTACION ANTIGENICA
Ya se ha mencionado que las CPA incluyen a los LB, MACROFAGOS y CELULAS DENDRITICAS. Estos tres tipos celulares poseen receptores específicos que le permiten reconocer antigenos opsonizados, que serán internalizados y procesados para su posterior presentación a linfocitos T vírgenes. Por otra parte se debe tener en cuenta que ciertos microorganismos como los virus ingresan a diversas células, que pueden o no ser CPA, mediante la interacción de un receptor especifico presente en el virión sin la necesidad de ser opsonizado. El resultado del procesamiento antigénico es la generación de peptidos que serán presentados por moléculas MHC de clase I o II. Este complejo interaccionará con el TCR del LT y producirá la primera señal necesaria para su activación (ver mas adelante).
Los peptidos se presentan por moléculas MHC de clase I o II? Para contestar este interrogante debemos analizar dos vías de procesamiento antigénico denominadas endógena (biosintética) y exógena (endocítica). 16
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VIA ENDOGENA: mediante esta vía se produce la degradación de proteínas en el citosol celular
mediante el PROTEASOMA (proteasa multicatalítica) que las reconoce al encontrarse estas modificadas por la unión a UBIQUITINA. Los peptidos así generados deben ser traslocados al RER mediante transportadores transmembrana dependientes de ATP denominados TAP (transportador asociado a la presentación antigénica) que forma un heterodímero TAP1/TAP2 presente en la membrana del RER, requiriéndose para el transporte la hidrólisis de ATP. La cadena alfa del MHC I sintetizada se traslada al RER, donde se une temporalmente a la CALNEXINA que se disocia de la misma una vez que la beta 2 microglobulina se une a la primera formando el dímero alfa-beta 2 m. Este complejo se asocia a su vez a las proteínas CALRETICULINA Y TAPASINA, que cumplen la función de mantener al heterodímero parcialmente plegado. Finalmente la TAPASINA del complejo se une a TAP1 y permanece fijada por esta porción al heterodímero TAP1/TAP2 a la espera del ingreso al RER del péptido, que al unirse al MHC de clase I lo estabiliza permitiendo su pasaje a la membrana; siendo este un evento crucial. Al llegar a la superficie celular, este heterodímero es reconocido por el TCR de los LT CD8+, llevandose a cabo la presentación antigénica.
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VIA EXOGENA: esta vía de procesamiento requiere la endocitosis de antigenos mediada por
receptores presentes en las CPA profesionales (BCR en LB y receptores de manosa, scavenger y de fragmentos Fc de Igs en células dendríticas y macrófagos). En lugar de obtenerse a partir de proteínas extrañas sintetizadas en el interior de las células diana, los peptidos presentados a las células colaboradoras se obtienen a partir de microorganismos extracelulares o de sus productos, que han sido ingeridos por las CPA y degradados en el entorno acídico de los endosomas. Estos antigenos son internalizados e ingresan inicialmente a un endosoma que luego deberá fusionarse con los lisosomas para así degradar las proteínas microbianas y generar los peptidos que posteriormente se unirán a MHC de clase II. Las moléculas MHC de clase II se sintetizan en el citosol y son translocadas al RER. Para evitar que esta molécula se una a un péptido erróneo, la misma se ensambla con la denominada CADENA INVARIANTE, ocupando esta ultima una parte de la hendidura a la que deben unirse los peptidos antigénicos. Además cumple la función de dirigirla hasta el endosoma, donde la cadena invariante es degradada por proteasas, generándose CLIP (péptido invariante asociado a Clase II) que permanece unido a la molécula MHC de clase II cubriendo la hendidura hasta que otra molécula de clase II llamada HLA-DM presente en el endosoma disocia CLIP del MHC de clase II. Mas tarde el péptido se une a esta ultima y el complejo formado es transportado a la superficie celular, donde interactúa con el TCR del LT CD4+.
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VIA DEL CD1: la funcion principal de la molecula CD1 es presentar glucolipidos a Linfocitos T
con TCR alfa/beta, gamma/delta y celulas NK. Es necesario remarcar que a pesar de que ambas vías se han descrito por separado pareciendo totalmente independientes la una de la otra, existe entrecruzamiento entre ellas, por lo que un péptido puede ser presentado tanto por moléculas de clase I como de clase II. Además, muchas de las moléculas MHC de clase I y II de la superficie celular de una célula diana poseen peptidos derivados de las propias proteínas en el surco de unión (para las moléculas de clase I, fragmentos de proteínas citosólicas y nucleares degradadas; y para las moléculas de clase II, fragmentos degradados de membrana y proteínas séricas que pasan a través del sistema endosoma-lisosoma). Solo una pequeña fracción de las moléculas MHC de clase II de la superficie de una CPA estarán unidas a peptidos. Sin embargo, esto es suficiente como para iniciar una respuesta inmunitaria, debido a que solo unos cuantos centenares de dichas moléculas son suficientes para activar una célula T colaboradora o una T citotóxica. La obligatoriedad de focalizar el reconocimiento T sobre las superficies celulares en cierta forma garantiza la eficacia de su funcion. Seria un desperdicio que un LT helper se active por un antigeno libre, diseminando a cualquier parte las citoquinas producidas. Lo mismo se aplica a un T citotoxico. La necesidad de dos clases de moleculas MHC distintas para una misma funcion (presentar peptidos) pudo haber surgido como una especializacion funcional. Las celulas T citotoxicas (CD8) no pueden eliminar y atacar bacterias ni sus toxinas, pero si pueden destruir cualquier celula que lleve epitopes extraños en su superficie presentados por moleculas MHC clase I. En cambio, el sistema de reconocimiento de peptidos presentados por moleculas de clase II que se expresan solo en celulas del sistema inmune, garantiza que los LTCD4+ monten una respuesta activando macrofagos e induciendo la produccion de anticuerpos por parte de los LB sin afectar otros tejidos. LINFOCITOS T Y B Son células morfológicamente indistinguibles entre si originadas de un precursor mieloide común en la medula ósea, sin embargo solo los LB maduran en ella. En cambio, los LT salen de la medula ósea como células inmaduras y migran al timo, donde completan su maduración. Por ello la medula ósea y el timo se denominan órganos linfáticos primarios, pues de ellos egresan linfocitos con capacidad de reconocer un determinado antigeno. El resto de los órganos linfáticos de nuestro cuerpo como el bazo, las placas de Peyer en el intestino, los ganglios linfáticos, el apéndice, las amígdalas, etc. son llamados órganos linfáticos secundarios y constituyen los sitios en que se inician las respuestas inmunes adaptativas, dado que es allí donde los linfocitos son activados por el antigeno. Ambos linfocitos están encargados de llevar a cabo las acciones efectoras de la respuesta inmune adaptativa y son responsables de la presencia de memoria inmunológica frente a una infección. Por lo tanto son las células encargadas de erradicar un agente que ha podido evadir la respuesta innata y se ha diseminado en el organismo mediante la vía sanguínea; como también de impedir el reingreso o efectuar un clearence mas rápido y efectivo si un agente con el cual ya se ha tenido contacto previo ingresa al torrente sanguíneo de todas formas.
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Los linfocitos son los encargados de reconocer los antigenos circulantes. Los antigenos son sustancias provenientes de organismos microbianos, pudiendo pertenecer a la estructura de dicho microorganismo o representar elementos secretados por los mismos (exotoxinas). Los antigenos son capaces de inducir la activación linfocitaria luego de unirse a los receptores específicos presentes tanto en linfocitos T como en los B. A diferencia de estos, los haptenos NO pueden desencadenar una respuesta inmunológica por si mismos, necesitando estar unidos covalentemente a una molécula carrier. Las proteínas constituyen los antigenos de mayor inmunogenicidad, definiéndose esta ultima como una medida de la capacidad del antigeno para la activación linfocitaria. Sin embargo, los polisacáridos pueden también actuar como antigenos pero debido a la incapacidad de ser procesados por una CPA, no suelen mediar la activación T (antigenos T independientes). Los linfocitos T necesitan reconocer antigenos presentados por moléculas de histocompatibilidad (MHC) sobre la superficie de una CPA y al no poder activarse los LT, no se producirá la colaboración T-B (ver mas adelante). Por el contrario, estas moléculas serán reconocidas por Linfocitos B1 y el resultado será la generación de IgM de baja afinidad y una baja producción de anticuerpos frente a la reinfección (carencia de memoria), eventos puramente dependientes de la activación T. Las zonas de un antigeno que se combinan con la porción Fab de una Ig o con el receptor de los linfocitos (TCR o BCR) reciben el nombre de determinantes antigénicos o epitopos. Se concluye por lo tanto, que el reconocimiento antigénico T es diferente del B. El LB es capaz de reconocer antigenos nativos (presentes en la superficie del microorganismo) y libres (sustancias solubles en plasma como las toxinas bacterianas) sin que medie un procesamiento antigénico previo por las CPA; mientras que los LT solo pueden reconocer peptidos procesados por estas ultimas. Linfocitos T Estos linfocitos derivan del TIMO y representan el 60-70% de los linfocitos totales en la sangre periférica. Se encuentran además en las áreas paracorticales de los ganglios linfáticos y en los manguitos periarteriolares del bazo. Cada célula T esta programada genéticamente para reconocer a un antigeno especifico unido a la CPA mediante un receptor específico del antigeno denominado TCR. En alrededor del 95% de las células T, el TCR consiste en un heterodímero unido por puentes disulfuro y formado por una cadena polipeptídica alfa y otra beta, cada una de las cuales posee una región variable y otra constante. En una minoría de las células T existentes en la sangre periférica se encuentra otro tipo de TCR, formado por cadenas polipeptídicas gamma y delta. Las células con TCR gamma/delta tienden a congregarse en las interfases epiteliales (mucosas). Tanto los TCR alfa/beta como los gamma/delta están unidos a un grupo de cinco cadenas de polipéptidos por un enlace covalente, formando el llamado complejo molecular CD3. Las proteínas CD3 no son variables. No se unen al antigeno pero intervienen en la transducción de señales hacia la célula T, una vez que esta ha reconocido el antigeno. La diversidad de los TCR se genera gracias a los reordenamientos somáticos de los genes que codifican a sus cadenas alfa, beta, gamma y delta. Las células T también expresan otras moléculas sobre su superficie. Las de mayor importancia incluyen CD4, CD8 y CD40 ligando (CD40L). Las dos primeras se expresan en dos subgrupos celulares T excluyentes entre si. Alrededor del 60% de los linfocitos T expresan CD4 mientras que solo el 30% expresan CD8. Ambas glucoproteinas actúan como correceptores en la activación de las células T. Durante la presentación antigénica, las moléculas CD4 se unen a porciones no polimórficas de las moléculas del complejo de histocompatibilidad de clase II (MHC II) expresadas por las células que presentan el antigeno. Por el contrario, las moléculas CD8 se unen a MHC de clase I. Gracias a estas propiedades, las células T colaboradoras (helper) CD4+ solo pueden reconocer a un antigeno en el contexto de los MHC clase II, mientras que las células T citotóxicas CD8+ reconocen a los antigenos unidos a las células solo cuando están asociados a los MHC de clase I. Las células T CD4+ y CD8+ llevan a cabo funciones distintas pero algo superpuestas. Puede considerarse que las primeras son un regulador principal ya que a través de la secrecion de ciertas citoquinas las células CD4+ influyen en la función de la práctica totalidad de las demás células del sistema inmune, incluidas las otras células T, las células B, los macrófagos y las NK. Existen dos poblaciones funcionalmente distintas de células colaboradoras CD4+. El subgrupo TH1 sintetiza y secreta IL2 e IFN gamma, pero no IL4 ni IL5, mientras que las células TH2 producen estos últimos pero no los primeros. Esta distinción es importante porque las citoquinas secretadas por estos dos subgrupos ejercen efectos distintos sobre el resto de las células del sistema inmune. En general el subgrupo TH1 facilita la hipersensibilidad retardada, la activación de los macrófagos y la síntesis de anticuerpos IgG. Por su parte, el subgrupo TH2 ayuda en la síntesis de otras clases de anticuerpos, entre ellos la IgE. Las células T CD8+ pueden secretar citoquinas, sobre todo las del subgrupo TH1, pero ejercen sus funciones actuando principalmente como células citotóxicas. 19
ONTOGENIA T Los precursores de LT provienen de la medula ósea. Con la llegada al timo sufren un proceso de maduración que finaliza con la exportación de LT funcionalmente maduros a la sangre periférica y a los órganos linfáticos secundarios. Esta madurez se alcanza con la expresión en la membrana del receptor de células T (TCR) que reconoce antigenos expresados sobre moléculas MHC. Las células T que ingresan al timo (timocitos) provenientes de medula ósea no expresan TCR, ni tampoco las moléculas correceptoras CD4 o CD8 (timocitos doble negativos). El proceso de maduracion centra primeramente su atencion en la generacion de un receptor funcional (TCR). El rearreglo de la cadena beta se produce en dos etapas: 1) se reordenan los fragmentos D-J en ambos cromosomas y 2) se asocia un fragmento V al DJ ya arreglado. Se intenta en un cromosoma y en caso de no lograrse el reordenamiento exitoso se sigue en el segundo (exclusion alelica). El reordenamiento exitoso se visualiza con la expresion en la membrana de la cadena beta, junto a una alfa sustituta y el complejo CD3 (PRE-TCR). La expresion en la membrana de este ultimo induce la expresion de las moleculas correceptoras CD4 y CD8, transformandose en timocitos DOBLE POSITIVOS. Estos expresan el TCR funcional luego de efectuarse un rearreglo productivo en la cadena alfa, que no sufre exclusion alelica. Las células T reconocen el antigeno en asociación con las propias moléculas MHC pero no asociados con moléculas MHC extrañas, es decir, presenta un restricción MHC, lo que refleja un proceso de selección positiva durante el desarrollo en el timo, por lo cual las células inmaduras que sean capaces de reconocer peptidos extraños presentados por moléculas MHC propias son seleccionados para sobrevivir, mientras que los restantes que no podrían ser utilizados por el organismo, mueren. En la corteza tímica, más del 95% de los timocitos muere, al no ser rescatados de la apoptosis por señales traducidas a través de su receptor T. Estas señales son generadas como producto del reconocimiento de MHC propias expresadas en las células epiteliales de la corteza. Por lo tanto, serán seleccionados positivamente aquellos clones T cuyos receptores puedan reconocer MHC propias. Luego, principalmente a nivel del área corticomedular, transcurrirá el proceso de selección negativa. A través del mismo, aquellos clones T capaces de reconocer con alta afinidad o avidez MHC propias presentes en la superficie de células dendríticas y macrófagos, mueren por apoptosis. De este modo se tiende a eliminar clones autorreactivos, garantizando la tolerancia a los tejidos propios. Los clones T así seleccionados expresando el TCR funcional y un único correceptor CD8 o CD4, son exportados a la circulación. Desde allí podrán acceder a los órganos linfáticos secundarios, lugar donde transcurre el proceso de presentación antigénica. La selección de un fenotipo CD4 o CD8 es puramente azarosa, ya que si los linfocitos T reconocen con su TCR un péptido presentado por moléculas MHC de clase II se orienta a la clase CD4, mientras que si interacciona con un péptido asociado a una molécula MHC de clase I se diferencia al fenotipo CD8.
Activación T
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El linfocito T necesita recibir dos tipos de señales para ser activado. Ambas son necesarias y si se recibiera solo la primera y no la segunda, el linfocito ingresaría en un proceso de apoptosis por anergia (ver mas adelante). De menor trascendencia son las señales coestimulatorias. La señal 1 se genera por la interacción del complejo MHC-péptido de la CPA con el TCR del LT, mientras que la señal 2 involucra la unión entre la molécula CD80-86 (B7) presente en la CPA con la molécula CD28 del LT. SEÑALES SEÑAL 1 COESTIMULOS SEÑAL 2
MOLECULAS PRESENTES EN LA CPA MHC-PEPTIDO MHC I (EN CD8+) O MHC II (EN CD4+) ICAM 1 B7 (CD 80-86)
MOLECULAS PRESENTES EN EL LINFOCITO T TCR CD8+ O CD4+ LFA 1 CD28
La activación promovida por la segunda señal desencadena una cascada de transducción de señales que culmina con: - La producción de IL2, que al actuar como un factor de crecimiento favorece la división y proliferación de LT efectores o LT de memoria. - La expresión transitoria de CTLA-4, molécula homologa de CD28, que envía señales inhibitorias de la activación celular uniendo B7 con una afinidad 20 veces mayor que CD28. De esta manera se limita la cantidad de IL2 producida regulándose la respuesta de las células T activadas (control de la expansion clonal). Otros sistemas de control estan mediados por la interaccion de FAS-FASL (que dispara el proceso apoptotico) y la eliminacion del antigeno asociado a la resolucion del proceso infeccioso.
Al ser reconocido el complejo peptido-MHC por el TCR se activan vias de señalizacion en las que interviene tambien CD3. La integración de las vías TCR/CD3 y las inducidas a través de CD28, dan como resultado la activación transcripcional de genes de IL-2 y de la cadena alfa de receptor de IL-2 (sin ella el receptor seria de baja afinidad y SOLO estaría formado por una cadena beta y otra gamma, lo que ocurre en las celulas T en reposo) y la progresión en el ciclo celular de las células T, con la consecuente división y proliferación de LT efectores o LT de memoria. LIFOCITOS T CD4+: los fenotipos TH1 y TH2 Al activarse, las celulas T no solo se expanden sino que tambien se diferencian a celulas efectoras capaces de mediar diferentes acciones de naturaleza microbiostatica o microbicida. De esta manara, los LTCD4+ pueden diferenciarse en dos perfiles distintos: linfocitos TH1 o TH2. La diferenciación selectiva en TH1 o TH2 ocurre durante el reconocimiento antigénico, en una etapa posterior a la activación linfocitaria, es decir, durante el primer contacto con el antigeno presentado a través de MHC de clase II sobre la superficie de una CPA profesional, lo que ocurre en los órganos linfáticos secundarios. La diferenciación en uno u otro linaje esta determinada por: - Las propiedades del proceso infeccioso - El entorno en el que transcurre - Factores genéticos del huésped Estos tres elementos determinan el predominio de una citoquina en particular en el microambiente en que se desarrolla la respuesta inmune: INTERLEUCINA IL12 e IL18 IL4
FUNCION FAVORECEN EL DESARROLLO DEL PERFIL TH1 FAVORECE EL DESARROLLO DEL PERFIL TH2
CELULA QUE LA PRODUCE Macrofago y celulas dendriticas Mastocitos y celulas NKT*
* Las celulas NKT son linfocitos T (tienen TCR) que expresan algunos marcadores propios de celulas NK. Su receptor no interactua con peptidos antigenicos presentados por MHC de clase I o II, sino que reconoce glucolipidos presentados por moleculas CD1 (ver procesamiento y presentacion antigenica). Además, la generación de respuestas TH1 o TH2 suelen ser mutuamente excluyentes, debido a que las citoquinas secretadas por el perfil TH1 inhiben el desarrollo de la otra serie y viceversa:
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Tanto las celulas TH1 como TH2 no requieren la existencia de señales coestimulatorias para activarse en los tejidos perifericos. Solo precisan reconocer el mismo complejo peptido-MHC que reconocieron originalmente en el organo linfatico secundario. Debe recalcarse que el patrón de citoquinas de cada perfil es sumamente variado y por ende sus funciones también lo son:
De lo anterior puede deducirse que mientras el fenotipo TH1 tiende a originar acciones contra organismos intracelulares, el TH2 hace lo propio frente a los extracelulares. Ademas, la funcion central de este ultimo es colaborar con los LB en los organos linfaticos secundarios a fin de permitirles montar una produccion efectiva de anticuerpos, como se vera al analizar la activacion del LB. LINFOCITOS T CD8+ La activación de los LT CD8+ vírgenes requiere mayor actividad coestimulatoria que los LT CD4+, por lo que se requiere la presencia de estos últimos, los que deben reconocer previamente el antigeno sobre la misma CPA. La interacción CD40-CD40L induce en la CPA una mayor expresión de moléculas coestimulatorias B7, alcanzándose de esta manera los niveles requeridos para activar a los precursores citotóxicos. SEÑALES SEÑAL 1 SEÑAL 2 COESTIMULATORIAS
MOLECULAS PRESENTES EN LA CPA MHC I-PEPTIDO B7 MHC I
MOLECULAS PRESENTES EN EL LT CD8+ TCR CD28 CD8
No es necesario el encuentro simultáneo de los LT CD4+ y LT CD8+ sobre las CPA. Luego de este proceso, el LT CD8+ abandona el órgano linfático secundario en busca de las células infectadas por el mismo patógeno que dio lugar a su activación, contactando con ella mediante interacciones inespecíficas transitorias que estabilizan la unión, adquiriendo mayor afinidad si el péptido antigénico presentado por MHC I sobre la membrana de la célula es reconocido por el LT CD8+.
La citotoxicidad se lleva a cabo por un proceso similar al realizado por las células NK (secrecion de perforinas y granzimas) y además induce la apoptosis celular mediante la interacción FAS-FASL al producirse la trimerizacion del FAS sobre la membrana de la celula blanco y reclutarse proteinas adaptadoras al dominio de muerte de FAS, con la posterior activacion de la CASPASA 8 y 3. Una vez que el LT citotoxico descarga el contenido de sus granulos sobre la membrana de la celula diana, se separa de esta y puede volver a reconocer y matar otras celulas infectadas. De hecho, el reconocimiento del antigeno a traves del TCR no solo induce la descarga de los granulos, sino que ademas estimula la sintesis de perforina y granzima para la formacion de nuevos granulos. En consecuencia, la citotoxicidad T es muy eficiente ya una sola celula efectora puede inducir la apoptosis de muchas celulas infectadas. Los LTCD8+ efectores no requieren señal 2 para activarse, lo que les permite destruir celulas parenquimatosas infectadas de diferenes tejidos que no suelen presentar moleculas coestimulatorias.
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PRODUCCION DE CITOQUINAS POR LTCD8+
LINFOCITOS T REGULADORES La actividad de los LTH1, LTH2 y LTCD8+ citotoxicos esta regulada por celulas T reguladoras con capacidad de inhibir la expansion clonal T y la produccion de citoquinas por parte de los 3 tipos de celulas efectoras mencionadas mediante la elaboracion de citoquinas inhibitorias (IL10 y TGFbeta) y/o el establecimiento de interacciones directas (celula-celula) con las mismas. LINFOCITOS T DE MEMORIA Se mantienen en funcion de una proliferacion homeostatica que tiende a reemplazar a las celulas que mueren. Esta renovacion no requeriria que sean nuevamente estimuladas por el antigeno. Existen 2 subpoblaciones: 1) LT de memoria efectores (ingresan a los tejidos perifericos) y 2) LT de memoria centrales (ingresan al area T de los organos linfaticos secundarios. Linfocitos B
Los linfocitos B constituyen el 1020% de la población de linfocitos circulantes en la sangre periférica. Se encuentran también en la medula ósea, en los tejidos linfoides periféricos como los ganglios linfáticos, el bazo o las amígdalas y en órganos extralinfáticos como el tracto gastrointestinal. En los ganglios linfáticos, ocupan la corteza superficial, mientras que en el bazo se encuentran en la pulpa blanca. En ambas localizaciones se congregan formando folículos linfoides que al activarse desarrollan centros germinales. Al recibir una estimulación antigénica, las células B se transforman en células plasmáticas secretoras de inmunoglobulinas, que son las sustancias mediadoras de la inmunidad humoral. Las células B reconocen a los antigenos a través del complejo receptor del antigeno. Esta es una IgM (BCR) presente en la superficie de todas ellas que posee una única especificidad antigénica. Además de la IgM de membrana, el complejo posee un heterodímero de proteínas no polimórficas transmembrana: Igalfa e Igbeta. Estas no se unen al antigeno pero son imprescindibles para la transducción de señales a través del receptor. Los LB también expresan otras moléculas esenciales para su función, como receptores para el complemento, para fragmentos Fc de Ig y CD40. Debemos además recordar que a esta Ig se asocian tanto el complejo CD19-CD81 como CR2 (ver POTENCIACION DE LA RESPUESTA B). 23
Linfocitos B1 y de la zona marginal del bazo Son linfocitos ubicados en la zona marginal del bazo (por lo que responden en forma eficiente contra patogenos que se hallan en sangre) y cavidades internas (peritoneal y pleural). Reconocen polisacáridos bacterianos con mayor frecuencia que los linfocitos B2, por lo que se consideran una primer línea de defensa contra las bacterias. Son capaces de responder rápidamente diferenciándose en plasmocitos aun sin colaboración T. Como el reconocimiento de los patógenos se realiza por un mecanismo T-independiente, los anticuerpos generados (denominados anticuerpos naturales) poseen baja afinidad (no desarrollan hipermutación somática) y no presentan cambio de isotipo (solo se generará IgM). Además no se producirá memoria inmunológica. Los antigenos T independientes son con frecuencia grandes polímeros (LPS de bacterias capsuladas) con determinantes antigénicos idénticos repetidos, que se unen a múltiples puntos de las moléculas de anticuerpos unidos a la membrana de la célula B actuando como receptores para los antigenos y pudiendo generar una señal suficientemente intensa como para activar directamente a las células B. Linfocitos B2 Constituyen mas del 90% de los LB presentes en la sangre y tejidos linfaticos secundarios. Su funcion principal es reconocer antigenos proteicos y diferenciarse en celulas productoras de anticuerpos especificos gracias a la colaboracion que reciben de los LTH2. ONTOGENIA B A semejanza de los linfocitos T, los LB alcanzan la madurez funcional con la expresión en la membrana de los receptores de reconocimiento antigénico (BCR). En los LB, estos receptores son las inmunoglobulinas de superficie. Los reordenamientos de las cadenas pesadas y livianas identifican a los diferentes estadios de maduración de los LB. Uno de los primeros eventos lo constituye el reordenamiento de la cadena pesada. El reordenamiento de un gen D próximo a uno de los genes J (D- J) identifica al estadio temprano pro-B temprano. Este reordenamiento se produce en uno solo de los cromosomas. Si este no es productivo, se intenta el reordenamiento en el otro cromosoma. Cuando se alcanza un reordenamiento productivo se expresa una cadena MU en el citoplasma que identifica el estadio PRE-B. Estas células comienzan el reordenamiento de las cadenas livianas. Un cromosoma intenta ordenar la cadena KAPPA, acercando un gen V junto a otro J, realizando varios intentos en ese cromosoma. Si fracasa en generar una cadena liviana productiva, intenta con el loci KAPPA del otro cromosoma. Si este también falla, recién ahora se intenta reordenar los genes LAMBDA (un cromosoma por intento). En otras palabras, un clon que expresa una cadena LAMBDA, posee ambos loci KAPPA abortivamente reordenados. Estos fenómenos explican la exclusión alélica, por el cual una célula B solo expresa uno de los alelos posibles de las cadenas liviana y pesada (el materno o el paterno) y solo una de las cadenas livianas posibles. Para comprender este tema se recomienda leer primero la sección GENETICA EN INMUNOLOGIA. Una vez que la cadena liviana es ensamblada con la cadena pesada y expresada en la membrana se ha alcanzado el estadio linfocitario B inmaduro. Este es el estadio seleccionado para generar la tolerancia con autoantígenos. TOLERANCIA CENTRAL: Los LB inmaduros pueden percibir a traves de su BCR SEÑAL INTENSA SEÑAL LEVE Conduce a la APOPTOSIS o EDICION (reemplazo Conduce a la ANERGIA del BCR por uno no reactivo) (ausencia de respuesta)
AUSENCIA DE SEÑAL Conduce a la MADURACION
Los linfocitos B con IgM en su superficie que sobrevivan a la induccion de tolerancia central, abandonan la medula ósea y completan su maduración en el bazo, expresando IgM e IgD. En este organo, sufren un proceso de selección negativa si reciben señales provenientes de moleculas propias (induccion de tolerancia periferica). La población mayoritaria de LB en sangre y tejidos linfáticos secundarios son los denominados LB2, que abandonan el bazo y comienzan a circular en busca del antigeno hacia el cual expresan un receptor específico. Activación B La producción de anticuerpos frente a antigenos proteicos requiere que el LB reciba dos tipos de señales. La primera a través de la interacción entre BCR y el antigeno; mientras que la segunda es provista por la interacción con el linfocito T CD4+ helper 2. Esta segunda señal es generada por linfocitos T previamente activados por epitopes antigenicos en el mismo antigeno (RECONOCIMIENTO LIGADO). A esta interacción se la conoce como cooperación T-B. Como los antigenos proteicos requieren de una segunda señal, se los denomina antigenos T-dependientes. Existe sin embargo (como se mencionó anteriormente), un numero de moléculas capaces de activar LB en ausencia de la colaboración T. A estos se los denomina antigenos Tindependientes y son sustancias (LPS bacteriano) que poseen numerosos determinantes antigénicos repetidos, lo que provoca la activación B por producir un entrelazamiento de las Igs de superficie (CROSSLINKING). SEÑALES SEÑAL 1 SEÑAL 2
LINFOCITO B BCR CD40
ANTIGENO EPITOPE ANTIGENICO -
LINFOCITO TH2 CD40L
El reconocimiento antigénico a través del BCR media dos procesos diferentes: - Transducción de señales de activación hacia el interior de la célula B - Endocitosis del antigeno con posterior procesamiento y presentación de los peptidos resultantes asociados a MHC de clase II sobre sus superficie (no se olviden que es una CPA), los que seran reconocidos por LTH2 especificos. El reconocimiento por parte del TCR del peptido antigenico presentado por la molecula de clase II induce en el LTH2 la expresion de la molecula CD40L que reconoce en la membrana del LB a la proteina CD40. 24
La activación del LB induce un incremento de las moléculas coestimulatorias B7, adquiriéndose de esta forma la segunda señal de la activación T (la primera se había originado en el reconocimiento por parte del TCR del complejo MHCpéptido ubicado sobre la CPA). La activación B permite la proliferación y diferenciación en células plasmáticas productoras de anticuerpos o LB de memoria. Los plasmocitos (células productoras de anticuerpos) comienzan a proliferar constituyendo el centro germinal, que se origina a partir de unas pocas células B fundadoras específicas. A las 72 horas comienza a observarse la proliferación, en el centro del folículo, de linfoblastos que reciben el nombre de centroblastos. Estos últimos son células grandes que presentan un citoplasma muy basófilo, carecen de Igs de superficie y se ubican en los espacios que dejan las prolongaciones de las células foliculares dendríticas en el ganglio linfático (zona oscura), donde también se observan linfocitos T. Una vez diferenciadas a centrocitos, reexpresan las Igs y se localizan en la zona clara basal del centro germinal, donde interaccionan con las células foliculares dendríticas y algunos linfocitos T que corresponden al mismo clon que se activó originalmente en la zona paracortical y continúan aquí su expansión clonal para colaborar con los LB. Cada clon de LB produce un solo tipo de anticuerpos y por lo tanto una sola especificidad. El rol del antigeno consiste en seleccionar aquellas células productoras de anticuerpos reactivos frente al mismo. Aquellos clones que poseen alta especificidad para el antigeno en su BCR proliferarán, originándose de esta manera plasmocitos productores de anticuerpos que poseen la misma afinidad que el BCR original.
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Los centrocitos están programados para morir en un determinado periodo, a menos que contacten con el antigeno. Se produce entonces una competencia de tipo darwiniana en la cual aquellos centrocitos que expresen BCR de mayor afinidad podrán contactar con al antigeno y salvarse de morir. La selección de los centrocitos involucra dos etapas:
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Contacto y endocitosis del antigenos: los centrocitos pueden contactar con el antigeno
soluble o presentado sobre la membrana de las células foliculares dendríticas. En este ultimo caso los anticuerpos generados pueden unirse al antigeno remanente formando complejos inmunes que pueden ser captados por las células foliculares dendríticas a través de sus receptores para Fc de IgG y para C3b y sus productos de degradación. Como la disponibilidad del antigeno en esta etapa es generalmente muy baja, serán seleccionados aquellos clones cuyas inmunoglobulinas de superficie tengan la mayor afinidad por el antigeno. Este proceso ocurre a los pocos días de la estimulación antigénica.
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Migración hacia la parte más externa de la zona clara: donde se concentran las TH2
específicas (que migraron con los linfocitos B activados y sufrieron también una serie de transformaciones celulares). Allí los centrocitos vuelven a interactuar con las células TH2 de manera parecida al primer contacto. Esta participación de las células T para que continué el proceso de selección sirve para impedir que los centrocitos que mutaron su BCR y puedan reconocer autoantígenos sigan diferenciándose, ya que no van a encontrarse LTH2 específicos para peptidos derivados de autoantígenos.
En el centro germinal se produce también el cambio de isotipo de cadena pesada, que depende de la producción de citoquinas y de señales desencadenadas por la interacción de las moléculas CD40 y CD40 L. Así, la célula deja de producir IgM y comienza a producir IgG, IgA o IgE. Al dejar el centro germinal, la mayoría de los linfocitos B de memoria han cambiado el isotipo que expresan.
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Como ya dijimos, el BCR posee una estructura similar a la de los anticuerpos. El mismo esta conformado por una cadena pesada y otra liviana, las que presentan dominios constantes y variables. Estos últimos proveen a los anticuerpos de la diversidad necesaria para reconocer los diferentes agentes microbianos por medio de dos mecanismos:
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Recombinación génica: es un evento que ocurre previo al contacto anti-génico y se
caracteriza por la asociación de segmentos génicos que codifican para las regiones variables de las cadenas pesadas (V, D y J) y cadenas livianas (V y J) que se rearreglan y ensamblan dando lugar a un altísimo numero de anticuerpos diferentes; mientras que los rearreglos de las cadenas constantes determinan el isotipo particular del anticuerpo (ver más adelante).
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Hipermutación somática: es un evento que opera luego de producido el ensamble de los
genes funcionales para Ig (recombinación génica) y en forma posterior al contacto antigénico. Es un proceso que ocurre en el centro germinal y consiste en introducir mutaciones puntuales en los dominios variables de las cadenas pesada y liviana contribuyendo notablemente al incremento de la afinidad de los anticuerpos producidos a medida que progresa la respuesta inmune humoral. Algunas mutaciones disminuyen la capacidad de reconocimiento y provocan la apoptosis pero otras la incrementan y seran los LB que han sufrido estas mutaciones los que seran seleccionados en el centro germinal ya que tendran mayor chance de competir con éxito en la captura del antigeno que los centrocitos que poseen Ig de baja afinidad. La selección esta dada por la señales de supervivencia impartidas por LTCD4+. Los centrocitos que han sobrevivido al proceso de selección dan lugar a dos tipos celulares: 1) plasmoblastos, que abandonan el centro germinal para completar su diferenciacion a celulas plasmaticas productoas de inmunoglobulinas de alta afinidad y 2) LB de memoria. Esto depende de varios factores: DIFERENCIACION A PLASMOBLASTOS Centrocitos con receptores de alta afinidad IL10 producida por LT
DIFERENCIACION A LB MEMORIA Interaccion CD40-CD40L IL4 producida por LT
Una vez que abandonan el centro germinal los LB de memoria recirculan por los tejidos linfaticos secundarios o hacen homing (migracion sitio-especifico) y quedan retenidos transitoriamente. La reexposicion al antigeno induce una rapida y masiva expansion clonal de los LB de memoria, generandose entre 8 y 10 veces mas plasmocitos que en la respuesta primaria. Los LB de memoria expresan BCR de alta afinidad por el antigeno como consecuencia de su paso por el centro germinal y niveles elevados de moleculas de clase II. Ambas caracteristicas contribuyen a que estos contacten mas rapidamente con LTH2 activados que los LB virgenes de la respuesta primaria y la produccion de anticuerpos sea mas rapida en la respuesta secundaria. Si los niveles de anticuerpos que persisten en la circulacion son suficientemente altos, el reingreso del antigeno en el organismo no genera una respuesta secundaria ya que los mismos son capaces de neutralizar el antigeno favoreciendo su inmediata depuracion por el sistema fagocitico mononuclear. En cambio, si los niveles de anticuerpos no son suficientes para neutralizar por completo el antigeno, los LB de memoria que expresen 27
BCR de mayor afinidad son los primeros en ser activados por el antigeno libre nuevamente. Esta activacion puede dar lugar a una nueva respuesta del centro germinal. LOS ANTICUERPOS Las moléculas mas sencillas de anticuerpo tienen forma de Y con dos lugares idénticos de unión al antigeno, uno en cada punta de los dos brazos de la Y. Como tienen dos lugares de unión al antigeno, se dice que son bivalentes. Cuando las moléculas de antigeno tienen tres o más determinantes, las moléculas de anticuerpos bivalentes pueden establecer enlaces cruzados entre moléculas de antigeno, formando amplias redes que pueden ser fagocitadas y degradadas rápidamente por los macrófagos. La eficiencia de la unión del antigeno y la formación de enlaces cruzados se ve altamente incrementada por la presencia en los anticuerpos de una región bisagra flexible, que permite variar la distancia
entre los dos lugares de unión al antigeno. El efecto protector de los anticuerpos no se debe solamente a su capacidad de unión al antigeno, sino que también participan en diversas actividades mediadas por su porción Fc de la molécula en forma de Y. Es esta parte la que determina lo que le sucederá al antigeno después de unirse al anticuerpo (ver mas adelante). Existe una gran diversidad de inmunoglobulinas altamente específicas frente a un
determinado antigeno. Los anticuerpos son proteínas y estas últimas son codificadas por genes. Por lo tanto, la diversidad de anticuerpos plantea un problema genético particular: ¿Como puede un animal producir más anti-cuerpos que los genes que existen en su genoma? El sistema inmunitario de los mamíferos ha desarrollado mecanismos genéticos únicos que lo capacitan para generar un número casi ilimitado de cadenas livianas y pesadas diferentes de una forma altamente económica: fusionando segmentos genéticos separados antes de que sean transcritos (ver aspectos genéticos en inmu-nologia). Los extremos ami-noterminales de las cadenas livianas y pesadas son los que se unen entre si formando el lugar de unión del antigeno, y la variabilidad de sus sec-uencias de aminoácidos cons-tituye la base estructural de la diversidad de estos lugares de unión. La variabilidad de las regiones variables esta restringida en su mayor parte a tres pequeñas regiones hi-pervariables de cada cadena. Los anticuerpos o Igs, son secretado por las células plas-máticas una vez que su precursor, el LB, es activado por una antigeno especifico. Están conformados por cuatro cadenas peptídicas: dos pesadas (H) y dos livianas (L). Ambas cadenas pesadas se encuentran unidas entre si mediante puentes disulfuro. Además, las cadenas livianas se asocian a las pesadas a través de dichos puentes. Tanto la cadena pesada como la liviana poseen una porción variable (de unión al antigeno) y una porción constante (Fc). Diversidad de inmunoglobulinas (Igs): los diferentes isotipos El analisis de las secuencias de aminoacidos de los dominios constantes de las cadenas pesadas permitio distinguir en el hombre 5 clases de anticuerpos: IgM, IgG, IgA, IgE e IgD con cadena H mu, gamma, alfa, epsilon y delta respectivamente. Como se mencionará mas adelante, el primer isotipo en aparecer es la IgM. Posteriormente se producirá el cambio de isotipo. El objetivo es presentar una variación en la porción Fc (cadena pesada) de los anticuerpos para que estos sean reconocidos por diferentes tipos celulares encargados de una respuesta efectiva específica contra un determinado antigeno. Es por esta razón que frente a diversos alergenos se genera el isotipo IgE produciendo eventos que determinan la rápida desaparición del mismo (ver HIPERSENSIBILIDAD TIPO I), que en respuesta a un antigeno presente en la circulación sanguínea se elabore IgG activadora del sistema del complemento y de 28
citotoxicidad dependiente de anticuerpos o que ante el contacto de un organismo con las mucosas se genere IgA que impedirá su fijación a los epitelios. ¿Como distingue el organismo cual es la mejor opción frente a un determinado agente? Quien sabe…..la inteligencia de este minucioso proceso por momentos desborda nuestra capacidad de comprensión. A continuación se analizarán las principales características de los diferentes isotipos de INMUNOGLOBULINAS. Los anticuerpos pueden tener cadenas livianas KAPPA o LAMBDA, pero no ambos tipos Además de las cinco cadenas pesadas (alfa, gamma, epsilon, delta y mu), los vertebrados superiores tienen dos tipos de cadenas ligeras: KAPPA y LAMBDA, que pueden estar asociadas con cualquiera de las cadenas pesadas. Una determinada molécula de anticuerpo contiene siempre cadenas livianas idénticas y cadenas pesadas idénticas; por consiguiente, sus dos lugares de unión al antigeno siempre son idénticos. Esta simetría es crucial para la función de formación de enlaces cruzados que tienen los anticuerpos secretados. Por consiguiente, una molécula de IgG puede tener cadenas ligeras KAPPA o LAMBDA pero no ambas a la vez. INMUNOGLOBULINA M La IgM, cuya cadena pesada es siempre MU, es la primera clase de anticuerpo que producen las células B en desarrollo, aunque posteriormente muchas células B pasan a producir otras clases de anticuerpo. Inicialmente, el precursor inmediato de una célula B (célula PRE B), solo fabrica cadenas MU, las cuales se asocian con cadenas polipeptídicas no livianas (cadenas sustitutas) y situadas en la membrana plasmática. En cuanto incrementa la síntesis de las cadenas livianas, estas se combinan con las MU, desplazando las cadenas sustitutas y formando una molécula de IgM de cuatro cadenas que se inserta en la membrana plasmática. Ahora la célula tiene receptores a los que puede unirse el antigeno en su superficie; en este momento la célula recibe el nombre de célula B virgen. Muchas células B vírgenes empiezan también a producir moléculas IgD de superficie, con el mismo lugar de unión al antigeno que las moléculas IgM. La IgM no es solo la primera clase de anticuerpo en aparecer en la superficie celular de las células B en desarrollo, sino que también es la clase principal de Ig secretada a la sangre en las primeras fases de una respuesta primaria de anticuerpos. La forma de IgM de secrecion se compone de cinco unidades de 4 cadenas, teniendo así un total de 10 lugares de unión para el antigeno y presentando de esta manera diez cadenas pesadas MU y diez livianas. Cada pentámero contiene una copia de otra cadena polipeptídica denominada cadena J. Las células secretoras de IgM producen la cadena J y la insertan covalentemente entre dos regiones adyacente de la porción Fc. Los anticuerpos IgM suelen presentar baja afinidad por el antigeno, ya que son producidos en forma previa al desarrollo de hipermutación somática en las células B. La IgM se expresa de forma monomérica sobre la superficie de los LB, actuando como receptor antigénico (BCR). Pese a que existen receptores de la porción Fc de esta Ig sobre la superficie de ciertos leucocitos, los mismos no parecen mediar fenómenos de activación celular. Por lo tanto NO PRODUCEN EL RECLUTAMIENTO DE ORGANISMOS EFECTORES COMO LA IgG. Por el contrario, son eficientes a la hora de cumplir una función neutralizante y posee una notable capacidad para activar la via clasica del complemento. INMUNOGLOBULINA A Este isotipo se encuentra presente a nivel circulante (forma monomérica) y en secreciones (saliva, lagrimas, secreciones del tracto respiratorio, genitourinario e intestinal) se encuentra en forma dimérica, cumpliendo un papel critico en los mecanismos de defensa de mucosas. Es producida a nivel local por plasmocitos presentes en la lámina propia, debiendo atravesar el epitelio para ejercer su acción. La IgA no activa la vía clásica del complemento
pero es capaz de formar com29
plejos inmunes y activar la vía alterna. Su función principal reside en su capacidad de prevenir la adhesión de los microorganismos a las superficies epiteliales que recubren los tractos respiratorio, digestivo y genitourinario. Por lo tanto actúan sobre superficies comunicadas con el exterior como anticuerpo neutralizante. INMUNOGLOBULINA G Es la Ig presente en mayores concentraciones plasmáticas, encontrándose siempre en forma monomérica. Expresa cuatro diferentes subclases: IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4. Todas presentan una cadena pesada GAMMA. Esta inmunoglobulina representa el único isotipo capaz de atravesar la placenta. Presenta ciertas propiedades que son compartidas con las IgM. Estas Igs son las encargadas de mediar el reconocimiento antigénico y reclutar mecanismos efectores de diferente naturaleza tendientes a eliminar el agente microbiano y/o sus productos tóxicos.
-
Función neutralizante: los microorganismo poseen sobre su superficie contrarreceptores de
moléculas presentes en una determinada célula blanco del huésped. Dicha interacción permitiría el ingreso del agente a la célula. La función neutralizante de los anticuerpos impediría este proceso al unirse a los contrarreceptores presentes en el patógeno. Un mecanismo similar podría operar en la inmunidad hacia las toxinas producidas por los microorganismos, neutralizando su actividad toxica.
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Reclutamiento de mecanismos efectores: al unirse al agente, los anticuerpos actúan como
opsoninas produciendo dos eventos de gran importancia. Por un lado el fragmento Fc activa el sistema del complemento. Por otro, los receptores leucocitarios reconocen la porción Fc de la Ig permitiendo la internalización de los microorganismos. Debe recalcarse que son los anticuerpos integrados en complejos inmunes y no los anticuerpos libres los que desencadenan los procesos enunciados anteriormente. INMUNOGLOBULINA D Se presenta en forma monomérica y constituye menos del 1% del total de Igs circulantes. Se expresa junto con la IgM sobre la superficie de los linfocitos B maduros. A nivel circulante se desconoce su significado funcional. INMUNOGLOBULINA E Presenta una estructura monomérica y constituye el isotipo de Ig presente en menor concentración plasmática. No muestra capacidad para activar el sistema del complemento. Su función consiste en inducir la degranulación de los mastocitos, con liberación de sustancias mediadoras de diferentes procesos. La IgE se produce como resultado de un primer contacto con el antigeno. Su gran afinidad por los receptores Fc de esta Ig en los mastocitos, provoca que los mismos se adhieran a estos últimos. Esta unión no produce la activación celular, que si se efectúa ante una reexposición al mismo antigeno. En esta ocasión, se produce un entrecruzamiento de la IgE unida a la superficie del mastocito, con la posterior liberación de HISTAMINA y otras sustancias que ya han sido analizadas. Los anticuerpos IgE inducen además mecanismos citotóxicos contra ciertos helmintos (parásitos) mediados a través de la interacción de los anticuerpos IgE que recubren el parásito, con los receptores de la porción Fc expresados predominantemente en la superficie de granulocitos eosinófilos, que al activarse liberan potentes agentes citotóxicos capaces de mediar la destrucción del parásito.
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Teoría de la selección clonal El sistema inmune puede responder a millones de antigenos diferentes de una manera altamente específica debido que durante el desarrollo, cada linfocito queda destinado a reaccionar con un antigeno concreto antes de haber sido expuesto a este antigeno. Por lo tanto, un antigeno extraño estimula selectivamente aquellas células que expresen receptores complementarios y específicos del antigeno y que por ende ya están destinados a responder ante este. La teoría de la selección clonal proporciona una trama conceptual útil para comprender la base celular de la memoria inmunológica. En un animal adulto, las células T y B de los órganos linfoides secundarios son una mezcla de células que se hayan por lo menos en tres fases distintas de maduración: células vírgenes o naive, células de memoria y células activadas. Cuando las células vírgenes se encuentran con un antigeno por primera vez, algunas de ellas se estimulan para multiplicarse y se transforman en células activadas, es decir, en células dedicadas activamente a producir una respuesta. Otras células vírgenes se estimulan para multiplicarse y diferenciarse en células de memoria, es decir, en células que no producen respuesta pero que fácilmente se inducen a transformarse en células activadas ante un encuentro posterior con el mismo antigeno. Mientras que las células vírgenes y las células de memoria pueden vivir durante meses o incluso años, las células efectoras mueren por apoptosis en unos cuantos días. Según este esquema, la memoria inmunológica se genera durante la respuesta primaria, en parte porque la proliferación de la célula virgen desencadenada por el antigeno genera muchas células de memoria (expansión clonal) y en parte por que las células vírgenes se diferencian en células de memoria que son capaces de responder mas fácilmente al antigeno que una célula virgen. Los antigenos pueden persistir en los órganos linfoides durante largo tiempo constituyendo una respuesta primaria y se cree que una estimulación continua mediante un antigeno contribuye al mantenimiento de dicha memoria a largo plazo. Tambien se postula que puede mantenerse la produccion de anticuerpos sin mediar reexposicion al antigeno por dos mecanismos no mutuamente excluyentes: 1) que las celulas plasmaticas humanas presenten una vida media extremadamente larga; 2) que se produzca la diferenciacion continua de celulas B de memoria a celulas plasmaticas de vida media larga. La respuesta inmune primaria y secundaria en la producción de anticuerpos La respuesta inmune primaria se genera ante un primer contacto con el antigeno. Se caracteriza por un lento incremento de las concentraciones plasmáticas de Igs correspondientes al isotipo IgM en una etapa temprana (4-5 días). Los anticuerpos IgG son detectados más tardíamente. La reexposición de un individuo al mismo antigeno, genera la denominada respuesta inmune secundaria en la que la producción de Igs es más rápida, el isotipo predominante es IgG y existe un incremento en la afinidad hacia el antigeno inductor. Por lo tanto, permite montar una respuesta inmune más veloz y efectiva hacia los patógenos con los que se ha tenido contacto previo. La respuesta secundaria requiere la presencia de memoria inmunológica establecida durante el primer contacto con el antigeno y refleja la existencia de clones linfocitarios antigeno-específicos previamente expandidos. Esta memoria es facilitada por el depósito de antigenos en las CFD, que podrían así desencadenar estímulos permanentes, permitiendo que el reconocimiento T perdure en el tiempo. Nos referimos a la memoria T debido a que el desarrollo de memoria en las células B es un proceso que requiere la colaboración de linfocitos T. La hipótesis aceptada, es que las células de memoria se originan a partir de células efectoras sobrevivientes que después de un encuentro con el antigeno han retornado al estado de reposo, circulando por el organismo listas para responder ante una nueva exposición al mismo antigeno que la generó. Este trafico, que de alguna u otra forma es de características muy permisivas, se realiza gracias a la perdida del patrón de expresión de selectinas propias de Linfocitos vírgenes. Se debe tener en cuenta que al diferenciarse, cada tipo celular adquiere un nuevo patrón de expresión que le permite adquirir nuevas propiedades y la capacidad de migrar hacia diferentes destinos (ver tráfico linfocitario). ORGANOS LINFATICOS El timo y la medula ósea constituyen órganos linfáticos centrales donde se originan y maduran los linfocitos T (por ser derivados del timo) y B (derivados de la medula ósea o bone marrow) respectivamente. Una vez que los mismos maduran tanto en la medula ósea como en el timo, pasan a la sangre donde recirculan pasando a través de los órganos linfáticos periféricos. Ellos constituyen el sitio donde convergen las CPA y los linfocitos y estos últimos se activan para convertirse en células efectoras o células de memoria. Las CPA transportan hasta estos órganos la carga de antigenos capturada en la periferia. Allí residen además, células 31
dendríticas especializadas denominadas células foliculares dendríticas, con capacidad de capturar y exponer antigenos en su superficie por periodos muy prolongados. El timo El timo esta encapsulado por una gruesa capa externa de tejido conectivo, separada de otra fina por un seno subcapsular. Trabéculas ricas en colágeno y fibroblastos penetran en la corteza a manera de tabiques y terminan en la unión corticomedular. Tapizando el epitelio subcapsular se dispone un epitelio plano que descansa sobre una membrana basal. Las células T precursoras (timocitos) se organizan por debajo de la cápsula del órgano, formando la capa cortical externa. Los timocitos están asociados a células epiteliales subcpasulares o tipo I. Mientras tanto, en la corteza profunda se encuentran células epiteliales que presentan prolongaciones dendríticas muy ramificadas y se interconectan entre si formando una red por la cual deben pasar los timocitos en su transito hacia la medula. Dichas células presentan una gran cantidad de moléculas de histocompatibilidad (MHC) que juegan un papel fundamental en el proceso de seleccionar las células útiles para el reconocimiento antigénico. La maduración T se lleva a cabo en diferentes porciones del timo e involucra una serie de mecanismos: ZONA DEL TIMO CORTEZA ZONA SUBCAPSULAR AREA CORTICOMEDULAR MEDULA
MECANISMO QUE SE PRODUCE SELECCIÓN POSITIVA REARREGLO DE LOS GENES DE CADEN BETA DEL TCR SELECCIÓN NEGATIVA PRESENCIA DE CELULAS T MADURAS AUTORRESTRICTAS Y AUTOTOLERANTES QUE ABANDONAN EL TIMO A TRAVES DE LAS VENULAS
La medula ósea
La medula ósea se destaca por ser la encargada de producir glóbulos rojos, glóbulos blancos (granulocitos y monocitos) y plaquetas. En ella se pueden distinguir los diferentes tipos de células sanguíneas y sus precursores inmediatos por su aspecto característico. Todas ellas se hayan entremezcladas unas con otras, así como con los adipocitos y otras células del estroma que forman una delicada red de fibras colágenas y de otros componentes de la MEC. Además, todo el tejido conectivo esta altamente irrigado por vasos sanguíneos de paredes muy finas, denominados sinusoides, en cuyo interior van a parar las nuevas células. Los ganglios linfáticos La estructura de un ganglio linfático esta constituida por una capa 32
externa (corteza) y una interna (mé-dula). Los vasos linfáticos son los en-cargados de recoger el fluido extracelular que llega desde los tejidos al producirse el edema característico de un proceso inflamatorio. Este fluido transporta elementos celulares desde la periferia tales como CPAs carga-das de antigenos, hasta el sitio de encuentro con el linfocito T en la zona paracortical. La linfa atraviesa el órgano y en su recorrido colecta a los linfocitos T y B que llegaron por vía sanguínea. Sale por los vasos linfáticos eferentes y a través del con-ducto toráxico vuelve a la sangre. En la corteza se observan estructuras redondeadas denominadas folículos primarios, que son colonizados por LB vírgenes procedentes de la medula ósea. Los mismos se encuentran rodeados de LT que se disponen en forma difusa, en lo que constituye la zona paracortical o timo-dependiente. Para ingresar al ganglio linfático, los linfocitos que viajan en el torrente circulatorio deben atravesar venulas postcapilares (HEV) que se encuentran en la corteza difusa, ya que los linfocitos tienen la capacidad específica de adherirse a este endotelio especializado. El bazo Este órgano posee dos zonas bien delimitadas, denominadas pulpa roja y pulpa blanca. La sangre, transportando linfocitos y antigenos, llega por la arteria trabecular y la arteriola central. Estas vuelcan su contenido en el seno marginal (vénula especializada) que a su vez drena en la vena trabecular. La pulpa blanca consiste en un manguito de linfocitos que rodea las pequeñas arteriolas esplénicas, desde su origen como ramas arteriales hasta su terminación. En el corte longitudinal de una arteriola se observan los linfocitos T rodeando a la arteriola central, que a su vez presentan una corona de linfocitos B en su periferia. Cuando se activan estos últimos, forman los centros germinales que constituyen la zona del manto. El bazo se diferencia de los otros órganos linfáticos secundarios en que tanto la entrada como la salida de los linfocitos se realiza a través de la circulación sanguínea. La pulpa roja es el sitio donde se colectan y eliminan de la circulación los glóbulos rojos en estado senescente. En la pulpa blanca se colectan los antigenos provenientes de la sangre. Ambas zonas están separadas por la zona marginal.
INTEGRACION DE LOS PROCESOS: INGRESO DE UN ANTIGENO Y SECUENCIA DE EVENTOS
Para poder entender todos los acontecimientos hasta aquí analizados, es necesario describir un supuesto caso en que un organismo invade al huésped humano. Solo así se aclararán todos los interrogantes que supongo deberán tener al respecto. Pero no desesperen, una vez finalizada la lectura de esta sección les aseguro que comprenderán la totalidad de los conceptos desarrollados. Pedrito concurre al colegio como todos los días y al llegar al aula advierte que Lucas (su compañerito de banco) esta desganado, fatigado y se siente mal. No quiere jugar y para colmo tiene unas manchas raras en la cara y en los brazos. Pedrito no le da mucha importancia y trata de resolver un problema de matemática que le dictó la profesora, cuando de repente Lucas le estornuda en la cara (QUE ASCO!!!). Pobre Pedrito, unos días después el medico le informa a su mama que no puede ir al colegio por padecer SARAMPION. Además en el examen de rutina le descubren Toxocarosis provocada por un parásito conocido como larva migrante visceral. QUE MALA LECHE!!!! Pero la desventura de este chico nos ayudará a describir los eventos que se suceden a continuación. El virus del SARAMPION ingresa por vía aérea y necesita adherirse a las células del epitelio respiratorio. El mucus propio de dicha vía intenta impedir en un primer momento la interacción virus-célula. Las partículas virales que toman contacto con el epitelio respiratorio son capturadas por las secreciones y transportadas hacia la laringe, para luego ser deglutidas y destruidas por los mecanismos efectores del tracto gastrointestinal. Si estos mecanismos no evitan la colonización del tracto respiratorio por el virus, este ingresa en las células para posteriormente replicar y diseminarse por vía hematógena.
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Dependiendo de cual fue la vía de entrada al organismo, los antigenos son atrapados por diferentes órganos linfáticos secundarios. Antigenos que ingresan al espacio intercelular (piel) de cualquier tejido, son barridos por los vasos linfáticos hacia el ganglio regional, mientras que los que ingresan por vía respiratoria o digestiva son atrapados por los ganglios regionales, amígdalas, adenoides, placas de Peyer y apéndice. Los que hacen su ingreso o se diseminan por vía sanguínea, como el caso del SARAMPION, son recogidos por macrófagos del bazo, hígado o pulmón. Sin embargo, solo el bazo, con una arquitectura que permite un íntimo contacto de las CPA con las regiones T y B, es capaz de generar una respuesta inmune contra antigenos que se encuentran en la circulación. Así es como los antigenos son secuestrados por diferentes CPA que los internalizan, procesan y posteriormente presentan sobre su superficie diversos peptidos pudiendo además activarse y producir mediadores de la inflamación. Este proceso facilitará la extravasación de leucocitos hacia la zona de ingreso del patógeno por el efecto vasodilatador y el aumento de la permeabilidad vascular, contribuyendo al encuentro con el mismo.
Los linfocitos T y B vírgenes (naive) recirculan continuamente entre la sangre los órganos linfáticos secundarios y la linfa, para retornar a la circulación sanguínea a través del conducto toráxico. Este circuito continúa en la medida en que el linfocito no se encuentra con su antigeno y eventualmente muere por apoptosis. En cambio, si los linfocitos reconocen a su antigeno, son secuestrados en los órganos linfáticos secundarios donde se diferencian a efectores capaces de combatir la infección. El TCR solo puede reconocer epitopes de macromoléculas que fueron procesadas y luego presentadas al TCR en la superficie de CPAs. En cambio, el BCR reconoce el epitope en su conformación nativa (no requiere procesamiento). Si bien existen ciertos antigenos que pueden desencadenar una respuesta humoral sin colaboración de las células T (antigenos T-independientes), la producción de anticuerpos frente a la mayoría de los antigenos microbianos (proteínas), requiere de la colaboración T.
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Para que el encuentro entre los linfocitos y su antigeno sea exitoso, debe estar garantizada la llegada de los antigenos a los órganos linfáticos secundarios. El mecanismo mas eficiente e importante para desencadenar una respuesta primaria es que el antigeno sea transformado por CPAs profesionales que se ubican en las áreas paracorticales T, donde presentan péptidos antigénicos asociados a moléculas MHC a los linfocitos T que se extravasan en esos órganos a través de HEV. A su vez, en los linfáticos se expresan ciertas moléculas de adhesión y se producen quemoquinas que son reconocidas por moléculas presentes en el linfocito vírgen. De esta manera, ciertas quemoquinas producidas por el ganglio linfático facilitan el encuentro transitorio entre el linfocito T y la CPA (monitoreo) permitiendo detectar la presencia de su antigeno especifico. Si el LT no encuentra su antigeno especifico, se separa de la CPA y abandona el ganglio por el linfático eferente y luego a través del conducto toráxico pasa a la circulación sanguínea, para continuar extravasándose en otros órganos linfáticos secundarios y eventualmente si nunca los encuentra, morir por apoptosis. En las pocas ocasiones en que el linfocito encuentra su antigeno sobre la superficie de la CPA, el reconocimiento antigénico induce un cambio conformacional en la molécula LFA1, que aumenta marcadamente la afinidad por sus ligandos ICAM, estabilizándose la unión entre ambas células. Esta asociación puede persistir por muchos días mientras la célula T se activa, prolifera y su progenie se diferencia a células efectoras. Las mismas luego se despegan y excepto aquellas células TH2 que estarán disponibles para proveer a los linfocitos B la señal coestimulatoria necesaria para su activación (cooperación T-B), el resto de los linfocitos T efectores abandona el ganglio por el linfático eferente y luego a través del conducto toráxico, pasando a la circulación sanguínea para ser distribuidas al tejido donde se ha instalado la infección. Mas tarde, los linfocitos B vírgenes son atraídos hacia los folículos linfoides por diversas quemoquinas producidas en esta localización. Si en su trayecto hacia los mismos, no contactan con su antigeno especifico y no encuentran a linfocitos TH2 que hayan sido activados por peptidos derivados del antigeno para el cual son específicas, abandonan el ganglio a través del linfático eferente para retornar a la sangre a través del conducto toráxico. Si en cambio contactan con su antigeno pero no reciben la señal coestimulatoria aportada por la célula TH2 especifica activada por el mismo antigeno, morirán dentro de las siguientes 24 horas. Si en su trayecto hacia los folículos linfoides, contactan con su antigeno específico y además reciben la señal coestimulatoria aportada por el LTH2 activado por peptidos derivados del antigeno para el cual son especificas, se activan y proliferan diferenciándose hacia células productoras de anticuerpos (plasmocitos) y células B de memoria. Estos acontecimientos tienen lugar en la interfase entre los folículos y el área T (borde del folículo primario). Allí las células B comienzan a proliferar generando un foco primario (expansión clonal). Luego, algunas de estas células B migran a los cordones medulares y continúan dividiéndose por 2 o 3 días hasta que se diferencian en células plasmáticas productoras de los anticuerpos mas tempranos en respuesta al antigeno, hasta que mueren por apoptosis. Otras células B del foco migran al centro del folículo para establecer un centro germinal. Los centros germinales son sitios de intensa proliferación, generándose centroblastos, sobre los que opera la hipermutación somática. Estos posteriormente se diferenciarán a centrocitos que sufrirán switch de isotipo y eventualmente se diferenciarán a plasmoblastos o a células B de memoria. Los plasmoblastos abandonan el centro germinal y vía linfático eferente y conducto toráxico pasan a la circulación que los
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transporta a la medula ósea. Allí se diferencian a plasmocitos que persisten secretando anticuerpos por aproximadamente 4 semanas. Por otra parte, Toxocara canis (larva migrante visceral) es un parásito (gusano) que actúa como un microorganismo extracelular, por lo tanto se generará frente al mismo una respuesta tendiente a la producción de anticuerpos (preferentemente IgE). Estos últimos podrán eliminar al patógeno por alguno de los siguientes mecanismos:
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Opsonización: mediante la cual el anticuerpo recubre el patógeno y facilita que este sea
ingerido y destruido por células fagocíticas, ya que las mismas cuentan con receptores que unen el fragmento Fc de las inmunoglobulinas.
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Neutralización: el anticuerpo se une al patógeno, bloqueando sus adhesinas o las toxinas
producidas por el mismo, neutralizando su sitio activo.
Activación del sistema del complemento: a través del fragmento Fc de los anticuerpos IgG
o IgM. Los complejos inmunes contribuyen a la expansión clonal de los LB por períodos prolongados de tiempo, manteniéndose los LB de memoria. Este clon de memoria expandido responderá ante un segundo contacto (reexposición) con el mismo antígeno, en lo que constituye la respuesta secundaria. La inmunidad mediada por células genera tres tipos diferentes de células T efectoras:
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Células CD4+ TH1, que presentan capacidad para activar a los macrófagos y por lo tanto
juegan un papel fundamental en la destrucción de patógenos intracelulares.
Células CD4+ TH2, que colaboran con los LB a fin de producir una adecuada respuesta
humoral.
Células TCD8+ citotóxicas las cuales median la destrucción de células infectadas por virus.
En el caso del sarampión, se genera inmunidad de por vida, por lo que NO existe reinfección y los anticuerpos producidos actúan por un mecanismo de neutralización. Además, en un principio la respuesta innata es mediada por células NK que lisan las células infectadas prolongándose esta situación durante el desarrollo de la respuesta adaptativa, mediada esta última por linfocitos TCD8+ citotóxicos.
MECANISMOS DE LESION INMUNITARIA: REACCIONES DE HIPERSENSIBILIDAD
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El ser humano habita un entorno cargado de sustancias capaces de provocar respuestas inmunitarias. El contacto con estos agentes no solo induce una respuesta inmunitaria protectora, sino también reacciones que pueden ser nocivas para los tejidos. Los antigenos exógenos se encuentran en el polvo, los pólenes, los alimentos, los fármacos, los agentes microbianos, los productos químicos y muchos derivados sanguíneos utilizados en la práctica clínica. Las respuestas inmunitarias provocadas por estos antigenos exógenos adoptan diversas formas, que van desde las molestias triviales, como el prurito cutáneo, a enfermedades potencialmente mortales como el asma bronquial. Estas respuestas reciben en conjunto el nombre de reacciones de hipersensibilidad y pueden ponerse en marcha por la interacción del antigeno con los anticuerpos humorales, o bien por mecanismos inmunitarios de tipo celular. No solo los antigenos exógenos pueden desencadenar reacciones inmunitarias nocivas para los tejidos, sino que también pueden hacerlo los antigenos intrínsecos del organismo. Algunas reacciones inmunitarias contra el propio organismo son desencadenadas por antigenos homólogos distintos en las personas con carga genética diferente. Las reacciones transfusionales y el rechazo de transplantes son ejemplos de trastornos causados por antigenos homólogos. Otro tipo lo constituyen las enfermedades autoinmunes. HIPERSENSIBILIDAD TIPO I Es una reacción inmunológica de desarrollo rápido, que ocurre poco minutos después de la combinación de una antigeno con un anticuerpo unido a mastocitos o a basofilos en personas previamente sensibilizadas al antigeno en cuestión. Puede manifestarse como una respuesta generalizada o como una reacción local. La enfermedad generalizada suele producirse por la inyección intravenosa de un antigeno y provoca prurito, contracción de los bronquios, edema laringeo con obstrucción respiratoria, vómitos, diarrea y shock que puede llevar a la muerte. Las reacciones locales dependen de la puerta de entrada del alergeno (sustancias generalmente inocuas que son capaces de inducir la producción de cantidades importantes de IgE en ciertos individuos) y adoptan la forma de tumefacciones cutáneas localizadas (ronchas), exudado nasal y conjuntival (rinitis y conjuntivitis alérgica), asma bronquial o gastroenteritis alérgica. Muchas reacciones locales de hipersensibilidad tipo I tienen dos fases bien definidas: la respuesta inicial, caracterizada por vasodilatación, salida de liquido de los vasos y, dependiendo de la localización, espasmo del músculo liso bronquial o secreciones glandulares. En muchos casos tiene lugar una segunda fase tardía, entre 2 y 8 horas después, sin nueva exposición al antigeno. Esta reacción persiste por varios días y se caracteriza por una infiltración mas intensa del tejido por eosinófilos, neutrófilos, basofilos, monocitos y células T CD4+, así como por destrucción hística de las células epiteliales de las mucosas.
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Los mastocitos y los basofilos se activan mediante el enlace cruzado de los receptores Fc de la IgE de elevada afinidad. Además, los mastocitos pueden ser activados por los componentes del complemento C5a y C3a que actúan uniéndose a los receptores presentes en los mismos. El primer paso de la síntesis de IgE es la presentación del alergeno a los precursores de las células TH2 por CPAs. Los LTH2 comienzan a sintetizar citoquinas de las cuales la IL4 es esencial para la activación de las células B productoras de IgE. La IL3, IL5 y el GM-CSF favorecen la supervivencia de los eosinófilos, que son efectores importantes en la hipersensibilidad tipo I. La porción Fc de la los anticuerpos IgE tienen una gran afinidad por los mastocitos y los basofilos, a los que se unen gracias a los receptores de alta afinidad. Cuando un mastocito o un basófilo provistos de anticuerpos IgE vuelve a quedar expuesto a un alergeno específico, se produce una serie de reacciones que terminan por dar lugar a la liberación de distintos y potentes mediadores responsables de la expresión clínica de las reacciones de hipersensibilidad tipo I. El primer paso de esta secuencia consiste en la unión del antígeno (alergeno) a los anticuerpos IgE, dando lugar a enlaces cruzados con anticuerpos IgE adyacentes. La unión de esta molécula desencadena un proceso que conduce a la degranulación de los mastocitos con descarga de los mediadores previamente formados (HISTAMINA, ADENOSINA, EOTAXINA, PROTEASAS E HIDROLASAS) y otro que consiste en la síntesis y liberación de mediadores secundarios sintetizados de novo (metabolitos del ácido araquidónico: LEUCOTRIENOS Y PROSTAGLANDINAS). MEDIADOR HISTAMINA ADENOSINA PROTEASAS E HIDROLASAS LEUCOTRIENOS PROSTAGLANDINAS EOTAXINA
FUNCION Produce contracción del músculo liso bronquial, aumento de la permeabilidad vascular, vasodilatación, aumento de la secrecion de las glándulas nasales, bronquiales y gástricas. Estimula la liberación de mediadores por los mastocitos y provoca broncoconstricción. Activan componentes del complemento. Aumentan la permeabilidad vascular y provocan la contracción de la musculatura lisa bronquial. Algunos como el LTB4 cumplen funciones quimiotácticas Producen un broncoespasmo intenso con aumento de la secrecion de moco. Es un factor quimiotáctico de eosinófilos
Entre las células reclutadas en la reacción de fase tardía, los eosinófilos adquieren gran importancia. El arsenal de los eosinófilos es tan amplio como el de los mastocitos y además fabrican una proteasa básica mayor y una proteína catiónica eosinófila, toxicas para las células epiteliales. HIPERSENSIBILIDAD TIPO II La hipersensibilidad de tipo II está mediada por anticuerpos dirigidos contra antigenos existentes en la superficie de las células o en otros componentes del tejido. Existen tres tipos de mecanismos dependientes de anticuerpos que intervienen en este tipo de reacción: Citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos (ADCC) Esta forma de lesión celular provocada por los anticuerpos no requiere la fijación del complemento, sino que implica la cooperación de los leucocitos. Las células revestidas por anticuerpos son lisadas por distintas células no sensibilizadas que poseen receptores de la porción Fc de la INMUNOGLOBULINA. Tanto los monocitos como los neutrófilos, los eosinófilos y las células NK pueden llevar a cabo ADCC. Intervienen en este proceso tanto la IgG como la IgE. Reacciones dependientes del complemento
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Existen dos mecanismos por los que el anticuerpo y el complemento pueden dar lugar a una hipersensibilidad de tipo II: la lisis directa y la opsonización. En el primer caso, el anticuerpo IgG o IgM reacciona con un antigeno de la superficie celular causando la activación del complemento y provocando la formación del CLAM. En el segundo, la fijación del anticuerpo o del fragmento C3b sobre la superficie de las células (opsonización) las convierte en susceptibles a la fagocitosis. Clínicamente, estas situaciones se producen en las reacciones transfusionales, en las que las células de un donante incompatible reaccionan con los anticuerpos autóctonos del receptor; y en la eritroblastocis fetal, en la que existe una incompatibilidad Rh entre la madre y el feto y un pasaje de IgG anti-eritrocitos fetales por la placenta, causando la destrucción de los mismos. Disfunción celular mediada por anticuerpos En algunos casos, los anticuerpos dirigidos contra los receptores de la superficie celular dificultan o alteran la regulación funcional sin provocar lesión celular ni inflamación. Por ejemplo, en la MIASTENIA GRAVIS, los anticuerpos reaccionan con los receptores de acetilcolina de las placas motoras terminales de los músculos esqueléticos, alterando la transmisión neuromuscular con la consiguiente debilidad de los músculos. En la enfermedad de GRAVES la situación es inversa, existiendo una estimulación de la función celular, ya que los anticuerpos dirigidos contra el receptor de TSH presentes en las células tiroideas provocan el desarrollo de hipertiroidismo.
HIPERSENSIBILIDAD DE TIPO III (MEDIADA POR INMUNOCOMPLEJOS)
Las reacciones de hipersensibilidad de tipo III se deben a complejos antigeno-anticuerpo que lesionan los tejidos a causa de su capacidad para activar el sistema del complemento. La reacción toxica se inicia cuando el 39
antigeno se combina con el anticuerpo en la circulación o en una localización extravascular en la que se hayan depositado los antigenos, generalmente vasos sanguíneos, articulaciones o glomérulo renal. La patogenia de la enfermedad por inmunocomplejos se divide en tres fases: - Formación de los complejos antigeno-anticuerpo en la circulación, que comienza cuando el antigeno penetra en la circulación e interactúa con los leucocitos, resultando la producción de anticuerpos que reaccionan con los antigenos aun existentes en la circulación para formar los complejos antigeno-anticuerpo. - Deposito de estos complejos en distintos tejidos. - Inicio de una reacción inflamatoria en diversas localizaciones. Existen dos mecanismos que parecen explicar el depósito de complejos inmunes en los tejidos con la posterior reacción inflamatoria aguda: - La activación de la cascada del complemento con producción de opsoninas (C3b) que estimulan la fagocitosis de partículas y microorganismos, factores quimiotácticos (C5), anafilotoxinas (C5a y C3a) que aumentan la permeabilidad vascular y provocan la contracción del músculo liso y la formación de CLAM (C5-C9). - La activación de los neutrófilos y los macrófagos a través de sus receptores Fc. Sea cual sea el escenario, la fagocitosis de los complejos antigeno-anticuerpo por los leucocitos atraídos por los factores quimiotácticos provoca la liberación o la generación de diversas sustancias proinflamatorias, entre ellas prostaglandinas, péptidos vasodilatadores y sustancias quimiotácticas, además de varias enzimas lisosómicas, como las proteasas capaces de digerir la membrana basal, el colágeno, la elastina y el cartílago. Los radicales libre del oxigeno producidos por los neutrófilos activados también contribuyen a la lesión del tejido. Los inmunocomplejos tienen además otros efectos: producen agregación de las pla-quetas y activación del factor de Hageman; estas dos reacciones multiplican el efecto inflamatorio y facilitan la formación e microtrombos. La lesión resultante recibirá el nombre de vasculitis, si afecta los vasos sanguíneos, glomerulonefritis, si ocurre en los glomérulos renales, y artritis si tiene lugar en las articulaciones. HIPERSENSIBILIDAD DE TIPO IV (CELULAR) Los linfocitos T específicamente sensibilizados son los que ponen en marcha la hipersensibilidad de tipo celular, que hipersensibilidad retardada iniciada por las células T CD4 y la citotoxicidad directa mediada por células T CD8.
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abarca
a
las
clásicas
reacciones
de
Hipersensibilidad retardada: morfológicamente
la hipersensibilidad retardada se caracteriza por la acumulación de células mononucleares alrededor de pequeñas venulas. El aumento de la permeabilidad vascular ocasiona el clásico edema de la dermis con el posterior depósito de fibrina, responsable de la induración observada en estas reacciones. El clásico ejemplo lo constituye la reacción a la tuberculina producida por la inyección de un derivado proteico purificado del bacilo Mycobacterium Tuberculosis en una persona previamente sensibilizada. La respuesta sería producto de la presencia de memoria inmunológica frente a dicho derivado proteico. Frente a una primera exposición, los LT CD4 reconocen peptidos derivados de los bacilos tuberculosos sobre la superficie de CPAs asociados a moléculas MHC de clase II. Este primer encuentro estimula la diferenciación de las células T CD4 a un perfil TH1. Cuando se administra la inyección intracutánea de tuberculina a una persona que estuvo antes expuesta al bacilo tuberculoso, las células TH1 de memoria entran en contacto con el antigeno existente sobre la superficie de CPAs y se activan. Estos cambios van acompañados por la secrecion de citoquinas del tipo TH1, responsables de la expresión de la hipersensibilidad retardada. Con determinados antigenos persistentes o no degradables, como es el caso del 40
bacilo tuberculoso, el infiltrado linfocitario perivascular inicial esta constituido por macrófagos, los que suelen sufrir una transformación morfológica hacia células de aspecto epitelial denominadas células epitelioides. El granuloma (ver figura) es una estructura conformada por un agregado de células epitelioides, generalmente rodeadas de una corona de células leucocitarias (inflamación granulomatosa).
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Citotoxicidad mediada por células T: en esta variante de hipersensibilidad de tipo IV, las
células T CD8 sensibilizadas destruyen las células diana productoras de antigeno. A estas células efectoras se las denomina linfocitos T citotóxicos (LTC). Los LTC dirigidos contra los antigenos de histocompatibilidad de la superficie celular, desempeñan un papel importante en el rechazo de transplantes. Además intervienen en la resistencia frente a infecciones virales. En las células infectadas por virus, los peptidos virales se asocian a las MHC de clase I y el complejo así formado es transportado a la superficie para ser reconocido por el TCR de los linfocitos T CD8+. La lisis de las células infectadas antes de que se complete la replicación viral, permite eliminar la infección.
RECHAZO DE TRANSPLANTES El rechazo de un transplante depende del reconocimiento que el huésped hace con respecto al tejido extraño transplantado. En el hombre, los antigenos responsables del rechazo son los del HLA (MHC). En el rechazo participan tanto la activación de los LT CD8+ como las reacciones de hipersensibilidad retardada desencadenadas por las células T helper CD4+. Se han propuesto dos vías distintas por las cuales se genera esta reacción de rechazo:
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Vía directa: las células T del receptor del transplante reconocen las moléculas MHC sobre la
superficie de una CPA del donante. Se cree que los imunógenos más importantes son las células dendríticas del donante, ya que no solo expresan grandes cantidades de moléculas MHC de clase I y II, sino que también están dotadas de moléculas coestimulatorias como B7. Una vez activados, los LTC maduros lisan al tejido injertado.
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Vía indirecta: los linfocitos T del receptor reconocen los antigenos del injerto una vez que
estos son presentados por CPAs del receptor. Este fenómeno implica la captación y procesamiento de las moléculas MHC procedentes del órgano donante, por parte de las CPA del huésped.
TOLERANCIA INMUNITARIA La tolerancia inmunitaria es un estado en que la persona es incapaz de desarrollar una respuesta inmune adecuada frente a un antigeno específico. La autotolerancia se refiere a la ausencia de respuesta frente a los antigenos del propio individuo y es lo que nos permite vivir en armonía con nuestras propias células y tejidos. Para explicar el estado de tolerancia se han propuesto diversos mecanismos que pueden agruparse en:
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Mecanismos de tolerancia CENTRAL: consiste en la deleción clonal de los linfocitos T y B autorreactivos
durante su maduración en los órganos linfáticos primarios (TIMO Y MEDULA OSEA). Se cree que los timocitos 42
poseen la capacidad de presentar antigenos autólogos en asociación con MHC propias. Las células T en desarrollo que expresan receptores de alta afinidad para estos autoantígenos sufren una selección negativa y acaban sufriendo apoptosis, por lo que en el conjunto de células T periféricas no existen células autorreactivas o si existen son escasas. Cuando un linfocito B en desarrollo encuentra un antigeno unido a la membrana en el interior de la medula ósea, esa célula sufre apoptosis. No obstante, existen muchos autoantígenos que no son presentados en el timo, por lo que las células T poseedoras de receptores para los mismos escapan del timo y pasan a la periferia. Lo mismo sucede en el sistema de células B, de forma que en la sangre periférica de personas sanas se encuentran células B que poseen receptores para diversos autoantígenos.
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Mecanismos de tolerancia PERIFERICA: las células T autorreactivas que escapan a la selección
negativa intratímica podrían provocar lesiones hísticas, salvo que fueran eliminadas o neutralizadas en los tejidos periféricos. Existen varios mecanismos que operan a este nivel:
Deleción clonal por muerte celular inducida por la activación: consiste en la
muerte por apoptosis de las células T activadas, a través del sistema FAS-FASL.
Anergia clonal: se trata de una inactivacion funcional prolongada e irreversible de los
linfocitos, que se produce cuando se encuentran con antigenos en determinadas condiciones. Si la célula que presenta el antigeno no posee CD28 (que interacciona con el B7 de la CPA), la señal liberada será negativa y la célula se volverá anérgica (inactiva), no pudiendo ser activada ni siquiera ante la presentación del antigeno por una CPA competente capaz de emitir coestimulación. Como los tejidos normales no expresan estas moléculas, o lo hacen solo muy débilmente, el encuentro entre las células T helper específicas y sus correspondientes autoantígenos específicos causará la anergia clonal. Este mecanismo se aplica también a los linfocitos B de los tejidos.
Celulas T reguladoras: la activacion de los clones T autorreactivos esta bajo su control.
La deplecion de estas se asocia con la induccion de autoinmunidad ya que esto elimina el principal mecanismo de control en la periferia de los clones T autorreactivos. La alteración de los mecanismos de tolerancia periférica contribuye a la patogenia de las enfermedades autoinmunitarias.
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SUPERANTIGENOS Los súper antígenos son proteínas producidas por diferentes microorganismos que se unen a los MHC de clase II SIN SER PREVIAMENTE PROCESADOS. Los mismos no se unen a estas moléculas en el sitio en el que lo hace la mayoría de los péptidos, sino que lo realizan en la región externa de las MHC de clase II y el dominio variable beta del TCR. Como resultado, muchas de estas células tendrán estas moléculas unidas a su superficie formando una mayor cantidad de pares de células T helper-CPA que lo normal. Entonces, las CPA en lugar de estimular una de cada 10.000 células T (respuesta normal a un antigeno), estimula una de cada 5 (activación policlonal) por la acción de puente, produciendo niveles excesivos de IL2 que llegan a la circulación y ocasionan una gran variedad de síntomas tales como vómitos, nauseas, malestar, fiebre y pueden ocasionar SHOCK. La gran proliferación de células T y la producción de IL2 llevan, además, a la elaboración en exceso de otras citoquinas (IL1 y TNFalfa).
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AGENTES INFECCIOSOS Y MECANISMOS DE EVASION Existen cuatro clases principales de microorganismos que causan infecciones en los vertebrados, entre los cuales figuran VIRUS, PARASITOS, BACTERIAS y HONGOS. El objetivo de estos agentes es procurarse un medio propicio para su desarrollo. Por lo tanto, deben evitar de alguna manera los mecanismos generados por el huésped para erradicarlos. Las bacterias, los parásitos y los hongos pueden habitar tanto en el medio intracelular como el extracelular dependiendo del tipo analizado, mientras que los virus son patógenos intracelulares obligados, ya que necesitan la maquinaria biosintética que les proporciona la célula huésped para poder replicarse. Como ya sabemos, la respuesta inmune contra microorganismos intracelulares está a cargo de LTH1 y macrófagos, mientras que la respuesta contra patógenos extracelulares esta dirigida por LTH2 y LB. Sin embargo, como nada es perfecto, existe la posibilidad de desarrollar una infección a pesar de haber iniciado una respuesta inmune adecuada. ¿Cómo es posible? Sencillo. Los agentes infecciosos poseen una amplia gama de mecanismos que les permite evadir las defensas del huésped. MECANISMOS DE EVASION BACTERIANA EXTRACELULARES INTRACELULARES Resistencia a la fagocitosis Invasión de células incapaces de mediar su destrucción (fagocitos no profesionales como el hepatocito) Bloqueo de la activación del complemento Inhibición de la fusión fagolisosómica Inactivacion de los productos biológicos generados Interferencia con los IRO Variación antigénica Resistencia a enzimas lisosomales
MECANISMOS DE EVASION VIRAL Variación antigénica (mutación de los epitopes reconocidos por los anticuerpos) Latencia (el virus queda acantonado en un determinado sitio anatómico sin estimular al sistema inmune) Alteraciones de la respuesta inmune del huésped Inhibición de la inmunidad humoral (producción de receptores de anticuerpos y de complemento) Interferencia a nivel de la presentación antigénica (disminución en la expresión de MHC clase I) Interferencia en la regulación de citoquinas (producción de homólogos de IL-10 que inhiben la respuesta TH1) 45
MECANISMOS DE EVASION PARASITARIA Variación antigénica Liberación al medio extracelular de los anticuerpos unidos a la superficie del parásito Supresión y/o bloqueo de la respuesta inmune del huésped (producción de proteasas que clivan los anticuerpos
INMUNODEFICIENCIAS Las deficiencias inmunitarias primarias casi siempre son de tipo genético y afectan un aspecto especifico de la inmunidad humoral o celular, mecanismos de defensa inespecíficos mediados por proteínas del complemento o por células como los fagotitos o las células NK. Los defectos de células T se asocian casi siempre a defectos en la síntesis de los anticuerpos, por lo que los déficit aislados de células T suelen ser indistinguibles de los déficit combinados de células T y B. Casi todas las inmunodeficiencias primarias se manifiestan a edades muy tempranas, entre los 6 meses y los dos años, descubriéndose a causa de la propensión de estos lactantes a sufrir infecciones a repetición. Las inmunodeficiencias secundarias son producidas por complicaciones de una infección (HIV), malnutrición, envejecimiento o efectos secundarios de la inmunosupresión, la radiación o la quimioterapia antineoplásica, quemaduras o por otras enfermedades autoinmunitarias. De más esta decir que ambos tipos de inmunodeficiencias son importantes por igual, pero en esta ocasión nos limitaremos al estudio de las inmunodeficiencias primarias. AGAMMAGLOBULINEMIA DE BRUTON LIGADA AL CROMOSOMA X La enfermedad de Bruton es una de las formas mas frecuentes de inmunodeficiencia primaria. Se caracteriza por la ausencia de precursores de las células B (células PRO-B y PRE-B) que puedan diferenciarse hacia células B. Durante la diferenciación normal de las células B en la medula ósea, se produce primero un reordenamiento de los genes de cadena pesada de las inmunoglobulinas, que va seguido del reordenamiento de los genes de las cadenas livianas. En la agammaglobulinemia de Bruton, la maduración de las células B se detiene después del reordenamiento de los genes de cadena pesada. Como no se producen cadenas livianas, resulta imposible formar y transportar hacia la membrana celular la molécula completa de inmunoglobulina, que debe contener la cadena liviana y la pesada. En el citoplasma de las células se encuentran cadenas pesada libres. Este bloqueo de la diferenciación se debe a mutaciones en una tirosina kinasa citoplasmática denominada tirosina kinasa de Bruton (BTK). Se sabe que las proteínas tirosina kinasas intervienen en la transducción de la señal y se cree que la BTK es esencial para la transducción de señales que dirige las células PRO-B hacia las PRE-B y estas a células B maduras. El gen BTK se encuentra en el cromosoma X y es por esta razón que afecta casi exclusivamente a varones. INMUNODEFICIENCIA VARIABLE COMUN (IDVC) Esta alteración, relativamente frecuente pero mal definida, abarca un heterogéneo grupo de trastornos. La característica común a todos estos pacientes es la hipogammaglobulinemia que en general abarca a todas las clases de anticuerpos, aunque a veces solo afecta a la IgG. El diagnostico de inmunodeficiencia variable común se hace tras haber excluido las demás causas bien definidas de disminución de la síntesis de anticuerpos. No se conoce bien la base molecular de la diferenciación anormal de las células B, pero según algunos autores lo que sucedería es que las células T serian defectuosas, lo que les impediría enviar señales adecuadas para la maduración y activación de las células B. DEFICIT AISLADO DE IgA Como la IgA es la principal inmunoglobulina existente en secreciones externas, las defensas de las mucosas estan debilitadas, lo que facilita la infección de los aparatos respiratorio, digestivo y urogenital. Los pacientes sintomáticos suelen presentar infecciones pulmonares a repetición y diarrea. El defecto básico afecta la diferenciación de los linfocitos B productores de IgA, aunque su base molecular sigue siendo desconocida. SINDROME DE HIPER IgM Originalmente se pensaba que el síndrome de hiper IgM se debía a un trastorno de las células B, ya que los pacientes afectados fabrican anticuerpos IgM, pero son incapaces de producir IgG, IgA e IgE. En la actualidad se sabe que se trata de un trastorno de las células T, en el que la alteración de estas les impide activar a las células B con la posterior elaboración de isotipos diferentes a IgM. La capacidad de las células B productoras de IgM para poner en marcha la trascripción de genes que codifican otros isotipos de Igs depende de señales mediadas por citoquinas y por el contacto de las células T CD4+. En este proceso interviene la interacción física entre las moléculas CD40 de las células B y CD40L expresados por las células T activadas. Por lo tanto, las mutaciones de CD40 o CD40L impiden la interacción necesaria entre las células T y B (cooperación T-B) para que se produzca el cambio de isotipo y el paciente desarrolla esta inmunodeficiencia. En el 70% de los casos, la mutación afecta al gen CD40L situado en el cromosoma X. Por lo tanto, estos pacientes tienen la forma de la enfermedad ligada al cromosoma X. En los restantes, no se sabe con exactitud cuales son las mutaciones precisas, aunque se cree que afectan a CD40 o a otras moléculas de las células B en la vía de señalización CD40. SINDROME DE DIGEORGE (HIPOPLASIA TIMICA) El síndrome de DIGEORGE es un ejemplo de déficit de células T secundario a la falta de desarrollo de los arcos branquiales tercero y cuarto. Dichos arcos son el origen del timo, las paratiroides, algunas células de la tiroides y el cuerpo ultimo branquial. Por lo tanto, estos pacientes sufren una disminución variable de la inmunidad celular (debido a la hipoplasia o ausencia de timo), tetania (a causa de la ausencia de la paratiroides, que regula el metabolismo del calcio) y malformaciones congénitas del corazón y los grandes vasos. Además, pueden presentar anomalías de la boca, los oídos y la cara. INMUNODEFICIENCIA COMBINADA SEVERA Las inmunodeficiencias combinadas severas (IDCS) constituyen una constelación de síndromes genéticamente distintos que tienen en común defectos variables de las respuestas inmunitarias tanto humoral como celular. La llamada forma clásica, inicialmente descrita en lactantes suizos, parece consecuencia de un defecto en la célula precursora linfoide común y es muy rara. Lo más frecuente es que el defecto se encuentre en el 46
compartimiento de las células T, con alteraciones secundarias de la inmunidad humoral. Los defectos de las células T pueden producirse en cualquiera de las fases de su vía de diferenciación y activación. La forma más frecuente, que representa el 50-60% de los casos, esta ligada al cromosoma X, lo que hace que la IDCS sea mas frecuente en los niños que en las niñas. El defecto genético de la forma ligada al cromosoma X es una mutación en la cadena GAMMA de un receptor común a varias citoquinas. Esta proteína transmembrana forma parte de los componentes de la transducción de señales de los receptores para la IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-11 e IL-15. Como consecuencia de esta mutación, las células progenitoras linfoides de los pacientes con IDCS ligada al sexo no son activadas por estas citoquinas, lo que se traduce en un déficit funcional de todos los factores de crecimiento. Como muchas de estas citoquinas son necesarias para el desarrollo del sistema linfoide, la IDCS ligada al cromosoma X se asocia a profundos defectos de las primeras fases del desarrollo de las células T y de las últimas fases del desarrollo de las células B. Los restantes casos de IDCS se heredan en forma autonómica recesiva y la causa mas frecuente es un déficit de la enzima adenosina desaminasa (ADA). Aunque los mecanismos por los que el déficit de ADA produce IDCS son algo oscuros, se ha propuesto que el mismo causa la acumulación de desoxiadenosina y de sus derivados (desoxi-ATP), que son especialmente tóxicos para los linfocitos inmaduros. Se han descrito algunas otras causas menos frecuentes de IDCS autosómica recesiva, a saber: - Las mutaciones de los genes activadores de la recombinasa (RAG1 y RAG2) impiden el reordenamiento de genes somáticos esenciales para la organización de los receptores de la célula T y de los genes de las Igs. Ello bloquea el desarrollo de las células T y B. - Una kinasa intracelular denomina JAK3 es esencial para la transducción de señales a través de la cadena GAMMA del receptor de citoquinas. Por lo tanto, las mutaciones de JAK3 tienen los mismos efectos que las de la cadena GAMMA. La diferencia entre ambas IDCS radica en sus patrones de transmisión hereditaria. - Las mutaciones que alteran la expresión de las moléculas MHC de clase II impiden el desarrollo de las células T CD4+. Las moléculas MHC de clase II presentan antigenos a los linfocitos T CD4+ y durante el desarrollo de las células T en el timo, la diferenciación de las células CD4+ depende de la interacción con las moléculas MHC de clase II expresadas por el epitelio tímico. Las células T CD4+ colaboran con el resto de las células T y con las B, por lo que la deficiencia de MHC de clase II se asocia a una inmunodeficiencia combinada. En estos casos, el defecto genético no radica en los genes MHC, sino en los factores de trascripción que regulan su expresión. SINDROME DE WISKOTT-ALDRICH Se trata de una enfermedad recesiva ligada al cromosoma X que se caracteriza por trombocitopenia, eccema y una importante tendencia al desarrollo de infecciones a repetición, que provocan la muerte precoz del paciente. El defecto genético de este síndrome se localiza en el cromosoma X, lugar donde se encuentra el gen de la enfermedad, llamado proteína del síndrome de Wiskott-Aldrich (WASP). Esta proteína multifuncional interviene en el mantenimiento de la integridad del citoesqueleto y en la transducción de señales. DEFICIENCIAS GENETICAS DEL SISTEMA DEL COMPLEMENTO Se han descrito deficiencias hereditarias de la práctica totalidad de los componentes del complemento y de dos de los inhibidores, siendo la que afecta a C2 la más frecuente de ellas. DEFECTOS EN LA FUNCION LINFOCITARIA Se han observado casos de alteraciones en cada una de las fases de la función leucocitaria, desde la adherencia al endotelio vascular hasta la actividad microbicida y se ha descrito la existencia de déficit genéticos clínicos en cada uno de estos pasos críticos del proceso. Son los siguientes:
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Defectos en la adhesión leucocitaria: el déficit de adhesión leucocitaria tipo I (LAD1)
consiste en una alteración de la biosíntesis de la cadena BETA 2 (CD18) compartida por las integrinas LFA-1 y MAC-1, produciendo alteraciones en la adhesión, diseminación, fagocitosis y generación del estallido respiratorio de los neutrófilos. Por otro lado, LAD2 es un defecto generalizado del metabolismo de la fucosa (mutaciones en la fucosil transferasa) provocando la ausencia del ligando de la E selectina (presente en el endotelio activado): sialil Lewis X (presente en la superficie del neutrófilo).
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Defectos en la fagocitosis: uno de estos trastornos es el SINDROME DE CHEDIAK-HIGASHI,
una afección autosómica recesiva caracterizada por neutropenia, degranulación alterada y retraso en la destrucción de los microorganismos. Los neutrófilos y otros leucocitos tienen gránulos gigantes, que se pueden observar fácilmente en el frotis de sangre periférica y que se considera el resultado de una fusión aberrante de organelas. En este síndrome, se produce una disminución de la transferencia de 47
enzimas lisosomales a las vacuolas fagocíticas (con susceptibilidad frente a las infecciones), a los melanocitos (con albinismo), a las células del sistema nervioso central (con trastornos nerviosos) y a las plaquetas (con cuadros de tipo hemorrágico). La identificación de un gen candidato sugiere que el defecto básico de este trastorno se encuentra en una proteína asociada a la membrana que, a su vez, esta implicada en el acoplamiento y fusión de las membranas de las organelas. Este mecanismo podría explicar la incapacidad para secretar componentes lisosomales hacia los fagosomas o hacia el exterior de la célula. También se afecta la secrecion de gránulos líticos por las células T citotóxicas, lo que explica la inmunodeficiencia grave que se observa en este trastorno.
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Defectos de la actividad microbicida: la importancia de los mecanismos bacterianos
dependientes del oxigeno queda demostrada por la existencia de un grupo de trastornos congénitos de la capacidad de destrucción bacteriana, que se denomina enfermedad granulomatosa crónica (EGC) y que hace que los pacientes sean susceptibles a padecer infecciones bacterianas recurrentes. La enfermedad granulomatosa crónica se debe a defectos hereditarios en los genes que codifican diversos componentes de la NADPH oxidasa, que genera el superóxido. Las variantes mas frecuentes son un defecto ligado al cromosoma X en uno de los componentes unidos a la membrana plasmática y los defectos autonómicos recesivos en los genes que codifican dos de los componentes citoplasmáticos. DEFICIENCIA LB LT FAGOCITOS COMPLEMENTO (C5-C9)
MICROORGANISMO PREVALENTE BACTERIA VIRUS HONGOS PARASITOS Si Si No No Si Si Si Si Si Si Si No Si No No No
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ASPECTOS GENETICOS EN INMUNOLOGIA Los CONCEPTOS desarrollados a continuación son analizados en un apartado por presentar ciertas dificultades en su comprensión. Para llegar a entenderlos se necesitan conceptos básicos de genética, biología celular y por supuesto, de alguien que sepa comunicar los contenidos de tal manera que puedan ser asimilados. A partir de este momento se realizará una revisión de los aspectos genéticos en inmunología y ya que esta no es un área en la que acostumbre a desenvolverme con soltura, los dejaré en compañía de alguien que si lo hace. Espero que el desarrollo de estos temas no les presente mayores inconvenientes. GENÉTICA DE LA DIVERSIDAD DE ANTICUERPOS Los anticuerpos tienen una estructura muy particular: cadenas pesadas y livianas, con regiones constantes y variables (fig. 1). Pero lo más interesante es que éstas se encuentran codificadas en genes diferentes, se sintetizan las cadenas polipeptídicas por separado, y luego se ensamblan para dar lugar a una proteína muy compleja y de gran utilidad, tanto para la defensa del cuerpo humano como para la investigación y diversas técnicas de laboratorio.
Fig. 1. Estructura de un anticuerpo. ESTRUCTURA DE LOS GENES. Tomemos primero a la cadena liviana (L). Las regiones constantes de dichas cadenas pueden estar codificadas por los genes κ (KAPPA) o λ (LAMBDA). Las regiones variables se encuentran upstream o río arriba (hacia el extremo 5´) de los genes κ y λ . Los genes κ . Son 150 Vκ , es decir 150 posibles regiones variables κ para la Cκ (región constante κ ). Más adelante explicaremos cómo las regiones Vκ sufren un proceso conocido como recombinación somática, en el cual se corta y empalma el DNA, quedando elegidas sólo una región Vκ con una única Cκ disponible. Los genes λ . También presentan amplia gama de Vλ (regiones variables λ ), y sólo una posible Cλ . Además, éstas sufren el proceso de recombinación somática. Pasemos ahora a las cadenas pesadas (también las llamaremos H, del inglés: Heavy): Tenemos, dentro del pool de genes disponibles para el armado, varias posibles regiones variables, pero también hay varias posibilidades para las constantes. Se presentan en tándem, en el siguiente orden: Cµ , Cδ , Cε, Cy Cα . EL ORDEN EN QUE SE PRESENTAN EN EL DNA ES SUMAMENTE IMPORTANTE YA QUE, COMO SE EXPLICARÁ LUEGO, EN EL MOMENTO DEL SWITCH DE CLASE O CAMBIO DE ISOTIPO DEL ANTICUERPO, ÉSTE VA OCURRIENDO DE ACUERDO AL ORDEN GENÉTICO DE LAS REGIONES CONSTANTES DE LAS CADENAS PESADAS. Es decir: primero se secreta IgM (de la cadena µ ), luego IgD (de la δ ), y posteriormente IgG, IgE e IgA, siguiendo exactamente la misma lógica. Pero no nos compliquemos con esto ahora, porque lo van a entender mejor después... Sólo pretendo que estén alertas cuando aparezca de nuevo el tema. Un comentario que vale la pena realizar, es que el llamado proceso de recombinación somática es un corte y empalme a nivel de DNA, antes de la transcripción y la posterior traducción. Es uno de los procesos más fascinantes de la biología molecular, sobre todo por el control que se ejerce, dado que un error en éste podría ser muy perjudicial. Entonces quedamos en que se elige la región constante y esta luego se corta y empalma con la región variable elegida. Así llegamos al gen maduro, el cual se transcribe y traduce, dando lugar a la cadena pesada del anticuerpo. Si recordamos la primera parte, ésta se une con la cadena liviana que ya sintetizamos al principio de la explicación, y voila!!! Tenemos el anticuerpo. 49
EXCLUSIÓN ALÉLICA El proceso de exclusión alélica (fig. 2) ocurre con la maduración del linfocito B (¡¡¡lean con detalle este tema en el apunte, y relaciónenlo con lo que explico acá!!!). Cuando el linfocito B está maduro, ya para la exhibición en membrana del BCR, en primer lugar sucede el rearreglo de la cadena pesada. ¿Cómo ocurre? Bueno, se selecciona al azar uno de los dos alelos (materno o paterno, recuerden que tenemos los genes al doble con la misma información ya que somos diploides) y comienza el “rearreglo”, esto es todo el proceso de recombinación somática, corte y empalme de las regiones constantes y variables elegidas. Mientras se rearregla uno solo de los dos alelos, el otro espera... si el rearreglo es exitoso, queda ese como gen maduro para ser transcripto, inhibiéndose para siempre el otro alelo. Pero si no es bueno, se deja ese alelo y se pasa al otro, ocurriendo nuevamente un rearreglo de todos los posibles. Si es viable, ya queda con ese gen maduro para la cadena pesada del anticuerpo, sino la célula B entra a apoptosis ya que no quedan más alelos para probar rearreglos. Ahora que ya tenemos la cadena pasada con su región variable y constante seleccionadas, debemos rearreglar las cadenas livianas. Se empieza con la cadena κ . Si sale bien, ya queda ese rearreglo, de lo contrario, pasa al otro alelo κ . Si no puede llegar a una cadena liviana normal a través de los genes κ , pasa a los λ . La variabilidad de los genes λ es mayor, ya que hay 6 genes posibles para la cadena liviana, y recuerden que se duplica porque hay dos alelos de cada uno. Entonces hay 12 posibilidades para rearreglar exitosamente la cadena liviana a través de genes λ . Al igual que antes, va probando con cada uno de las posibles λ , hasta que tiene un gen maduro viable, sino va pasando por los otros alelos. En conclusión, sumando, hay 14 posibilidades para llegar a un rearreglo exitoso de las cadenas livianas. Algo súper importante: las opciones que van probando son al azar y cuando encuentra un rearreglo bueno ¡¡¡no siguen probando otros!!! Otra cosa: habrán notado que hice hincapié en que se comienza rearreglando las cadenas pesadas, y en segundo lugar ocurren los rearreglos de las livianas. Eso es porque siempre ocurre en ese orden.
Fig. 2. Genética de la maduración del linfocito B. Proceso de exclusión alélica. PROCESO DE RECOMBINACIÓN SOMÁTICA ¿Cómo ocurre el corte y empalme de genes? ¡¡Qué tema fascinante!! Paso a describir el proceso, sin ahondar demasiado en nombres de enzimas, etc. para no entrar en un grado de detalle tal que se pierdan los conceptos básicos, ya que al fin y al cabo lo que importa es que quede fija la idea. De todos modos recomiendo que lean el tema de alguno de los libros citados en la bibliografía. ... EN LAS CADENAS LIVIANAS Resulta que los genes de la cadena V (variable) se encuentran río arriba de los del respectivo gen C (constante) (fig.3). Ahora bien, entre ellos, hay otro grupo de genes: los J (del inglés “joining”). Este grupo de genes lo que permite es la unión entre los V y los C seleccionados para realizar el rearreglo. El corte y empalme de DNA es llevado a cabo por un grupo de enzimas (RAG 1 y RAG 2) las cuales en una serie de pasos dan como resultado un segmento de DNA con un solo V, un J y un C. Notar que lo que se está diciendo cuando se habla de recombinación es que se pierde cierta información de genes C, V y J que no se utilicen. Ya armado el segmento VJC correspondiente, éste se transcribe y traduce generándose de esta manera la cadena liviana. Como se explicó anteriormente, el rearreglo elegido puede no ser viable, y esto puede deberse a varios factores. Citemos un ejemplo: las enzimas no cortan ni pegan estrictamente, lo cual proporciona cierta variabilidad a la generación de cadenas livianas; pero al mismo tiempo, esto es poco eficiente ya que los cortes y empalmes no estrictos pueden alterar el marco de lectura en el momento de la traducción.
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Fig. 3. Genética de la síntesis de la cadena liviana del anticuerpo.
... EN LAS CADENAS PESADAS: SWITCH DE CLASE O CAMBIO DE ISOTIPO. Como ya lo había dicho, las regiones constantes de la cadena pesada se encuentran en tándem, con cierto orden: Cµ , Cδ , Cε , C , Cα . (fig.4) Cada una de estas regiones tiene su secuencia promotora y terminadora de la transcripción. Cuando se transcriben cadenas constantes, en el transcripto primario aparecen las cinco posibles C. Dicho transcripto posee secuencias de splicing alternativo para unir diferentes C a la V ya seleccionada.
Fig. 4. Orden de las regiones del DNA que codifican para regiones variables, de diversidad, de unión y constantes de los anticuerpos. En el caso de las cadenas pesadas, vemos que no hay solamente un segmento J intermediario, sino que aparecen también los llamados segmentos D (del inglés “diversity”). Así se seleccionan un segmento V de la región variable, uno D y otro J. Ocurre el corte y empalme de los segmento VDJ seleccionados, a nivel de DNA. Luego se transcriben los que fueron elegidos (¡¡los otros ya se perdieron!!) junto con todos los C (Cµ , Cδ , Cε , C , Cα ). Posteriormente, por splicing alternativo del transcripto primario, se selecciona la C correspondiente (fig. 5). Espero que haya quedado claro ya que el resto de la explicación se basa en esto.
membrana
Fig. 5. Switch de clase
Ahora volvamos sobre el tema de maduración de los linfocitos B. Mientras el linfocito está en estadío de Pre-B ocurren los rearreglos en las cadenas livianas, y expresión de la cadena pesada Cµ . Ojo!! Esta cadena es citoplasmática, no se encuentra en membrana todavía. Ya en el estadío de célula B inmadura, el linfocito expresa en membrana IgM, con la región variable ya rearreglada y la cadena Cµ como constante. Por la acción de ciertos factores de dife-renciación, la célula B inmadura pasa a ser madura. Ahora no sólo expresa IgM sino que también tiene en su membrana IgD (¡¡¡recordemos que la cadena Cδ se encuentra a continuación de la Cµ !!!). Una vez que encuentra el antígeno, la célula B se activa: prolifera entonces generando plasmocitos, secretores de anticuerpos (luego veremos cómo es que los anticuerpos de
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pasan a ser secretados), y células B de memoria. Bien, ¿estamos hasta acá? Ok, continuamos la explicación. Ahora veremos qué es lo que pasa genéticamente para que haya diferentes tipos de inmunoglobulinas. EL MECANISMO DEL SWITCH DE CLASE O CAMBIO DE ISOTIPO. En primer lugar aclaro que este es un rearreglo a nivel del DNA una vez que la célula B ve al antígeno y se activa para proliferar. El Switch de clase consiste en que las enzimas corten el DNA, delecionando las zonas que codifican para regiones constantes de cadenas pesadas. Entonces se van perdiendo C. La segunda observación que debo hacer es que LAS ZONAS VARIABLES YA FUERON SELECCIONADAS ANTERIORMENTE, NO HAY NUEVA SELECCIÓN DE V, D Y J COMO EXPLICAMOS MÁS ARRIBA. Los V, D, J que se eligieron por exclusión alélica desde el comienzo quedan para siempre porque la otra porción de DNA ya se perdió. Es decir que las regiones variables de unión al antígeno no cambian, aunque cambie el isotipo de la inmunoglobulina que secrete el linfocito B. Los Plasmocitos: estas células B activas pueden no cortar el DNA, pasando solo a ser secretoras de IgM e IgD. Otras sí cortan la zona de DNA que codifica para Cµ y Cδ , dando como resultado la secreción de IgG. Si cortan más allá de Cε entonces se expresa C y se secreta IgE. Por último, si se corta ésta última se da lugar a la transcripción y traducción de la cadena Cα , secretándose entonces IgA.
Fig.6. Corte y empalme de segmentos VDJ. ¡¡El plasmocito no lleva anticuerpos en su membrana!! Secreta las Igs y luego deja de ser funcional para morir. Para expresar anticuerpos de membrana a solubles, lo único que hacen es delecionar el dominio transmembrana de la Ig. Pero eso lo veremos después con más detalle. Las Células B de memoria: TODAS las células B de memoria cortan las cadenas Cµ y Cδ , por lo tanto este tipo de células sólo puede expresar IgG, IgE o IgA. OJO!!! Las células de memoria no secretan anticuerpos, sino que los mantiene en la membrana, es decir que a diferencia de los plasmocitos, no delecionan el dominio transmembrana, como lo explicaremos en un ratito. ¿Por qué solamente cortando Cµ y Cδ , por ejemplo, se puede expresar la siguiente cadena, Cε, sin expresar C ni Cα ? Esto es porque, como ya se había comentado, cada C tiene su propio iniciador de la transcripción y su terminador. La utilidad de las células de memoria es entonces la rapidez con la que van a responder al antígeno si vuelve a aparecer en nuestro organismo. Dado que la selección de V D J ya está realizada, y el anticuerpo solo tiene que ser secretado, los cambios en el DNA son mucha más rápidos, y en tiempos mucho menores pueden estar secretando las inmunoglobulinas. Es decir que como todos los rearreglos a nivel del DNA ya están hechos, la reacción de estas células de memoria es mucho más rápida. OJO!! Las células de memoria que se convierten en plasmocitos en la respuesta secundaria, nunca secretan IgM o IgD, porque recordemos que las células de memoria siempre delecionan Cµ y Cδ !!!!. ¿ANTICUERPOS DE MEMBRANA O SOLUBLES? Hay una secuencia de aminoácidos, por supuesto codificada en el DNA, que es hidrofóbica y por lo tanto interactúa con la membrana de forma tal que se queda anclada allí. Esa secuencia es la que hace que el anticuerpo sea de membrana y no secretado. Este cambio no es a nivel del DNA sino del transcripto primario, que al sufrir splicing alternativo (existen secuencias dadoras y aceptoras de splicing en sus intrones) va a quitar o dejar el RNA que codifica la cadenita de aminoácidos hidrofóbicos que se pegan a la membrana. Por otro lado, el transcripto primario de la Ig se poliadenila en forma diferencial (recordemos que la poliadenilación era una de las tres modificaciones del transcripto primario que luego será mRNA maduro listo para ser captado por los ribosomas y ser traducido a proteínas. Las otras dos modificaciones que sufre el transcripto primario son splicing y capping, revisen los apuntes de biología celular!!!). Bueno, volviendo a lo que estábamos diciendo, los transcriptos de las Ig se poliadenilan en forma diferencial, es decir que va a haber algunos mRNAs que lleven la cola poli A más adelante, y otros más atrás. Por lo tanto, los mRNAs tendrán diferente tamaño: van a haber transcriptos más cortos, y transcriptos largos. Antes debo dejar en claro que para que ocurra el splicing, deben existir en el transcripto primario dos secuencias que permiten el corte: una dadora y una aceptora. Los transcriptos largos, tienen las secuencias dadoras y aceptoras de splicing, entonces SÍ SUFREN SPLICING y remueven con él el primer codón stop. Luego, la traducción se realiza hasta un segundo codón stop, incluyendo así a la secuencia de aminoácidos hidrofóbica que ancla el anticuerpo a la membrana. Estas inmunoglobulinas son de membrana.
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Los transcriptos cortos, tienen secuencias dadoras de splicing, pero no las aceptoras. NO SUFREN SPLICING, y por lo tanto se traducen hasta el primer codón stop, sin incluir la secuencia hidrofóbica. Como no tiene la secuencia hodrofóbica, entonces estos anticuerpos son secretados.
RECEPTORES T. Los receptores de linfocitos T tienen una estructura similar a los anticuerpos, con cadenas livianas y pesadas, con regiones constantes y variables. Los mecanismos de rearreglos que ocurren para la síntesis de receptores T son similares a los explicados para las inmunoglobulinas de los linfocitos B. La diferencia principal entre los receptores B y los T es que el reconocimiento de los epitopes de antígenos es mucho más “fino” en los anticuerpos que en los receptores T. # Como resumen final haremos un recorrido por todos los procesos explicados para ver dónde es que se genera diversidad de anticuerpos. Para comenzar, la variabilidad genética ofrecida se debe a la selección de ciertas regiones de DNA y a la deleción de otras. Esto es la recombinación somática. La selección de diferentes combinaciones de segmentos VDJ para las cadenas pesadas, y VJ para las livianas, más la flexibilidad de unión en el momento del empalme de los segmentos de DNA cortados por las enzimas. De la mano de este proceso está también la generación de regiones hipervariables del anticuerpo (en la zona de reconocimiento del epitope!!!). Otra manera de explicar la diversidad de anticuerpos es por las diferentes combinaciones de cadenas livianas con pesadas. Y a no olvidarnos de que siempre las mutaciones somáticas juegan un papel importante en la generación de diversidad. Es momento ahora de hablar de la exclusión alélica. El hecho de seleccionar un alelo u otro también es fuente de diversidad. Debe destacarse que una vez que uno de los alelos fue seleccionado y funciona bien, el otro alelo se inactiva para siempre, y no es posible cambiar de alelo!! Posteriormente, los rearreglos para el cambio de isotipo de inmunoglobulina que ocurren a nivel del transcripto primario, mediante splicing alternativo, cuando hablamos de un linfocito B maduro con anticuerpos IgM e IgD en su membrana. También se efectúan rearreglos a nivel del DNA, con deleción de regiones C, para dar lugar a la secreción de anticuerpos IgG, IgE e IgA. Para terminar nombraremos otro cambio que explicamos con anterioridad: el paso de inmunoglobulinas de membrana a solubles. Estos cambios se producen por poliadenilación diferencial, derivando en un splicing alternativo que conserva o desecha el dominio transmembrana del anticuerpo.
BIBLIOGRAFIA BIOLOGIA MOLECULAR DE LA CELULA. ALBERTS. 3ERA EDICION. 2000 INTRODUCCION A LA INMUNOLOGIA HUMANA. FAINBOIM Y GEFFNER. 5TA EDICION. 2005 PATOLOGIA GENERAL Y ESTRUCTURAL. ROBBINS. 6TA EDICION. 2000
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