RECONOCIMIENTO DE PATÓGENOS EN EL SISTEMA ADAPTATIVO

1) INTRODUCCIÓN

Dentro de los que es el sistema inmune adaptativo nosotros lo asociamos directamente a la acción de los linfocitos. Pero antes actúa la inmunidad innata, hay una célula que es particularmente importante; las APC. Estas células son bastante importantes porque la función que cumplen es crear un nexo entre la inmunidad innata y adaptativa. En una primera etapa la inmunidad innata lo que hace es reconocer estos patógenos, presentar los Ag, procesarlos y expresarlos. - Los linfocitos T reconocen Ag asociados a moléculas de MHC y estas células van a ser reconocidas por el sistema inmune adaptativo.

En este tema vamos a ver como los linfocitos reconocen al Ag Dentro de lo que es el reconocimiento del Ag por el APC hay 3 señales que forman la base del proceso de reconocimiento de Ag del sistema innato:

Señal 1 Inicialmente toda la respuesta se va dar con el reconocimiento de los Ag que están expresados en los patógenos; a estos Ag se le denomina (patrones moleculares asociados al patógeno) y las APC pueden reconocer a estos Ag junto a otras moléculas especiales llamadas TLR. Una vez que se producen estas moléculas de reconocimiento, estos Ag internamente van a ser procesados. Este Ag complejo se degrada a su mínima expresión en péptidos pequeños uniéndose al linfocito T y que se asocie a MHC; dependiendo si el Ag es extracelular o intracelular se acoplara a MHC I o MHCII. Una vez que esto ocurre el AG esta listo para ser presentado al linfocito y cuando lo presenta y es reconocida por el receptor del linfocito.

Señal 2 La señal 1 va hacer que nuevas señales sean enviadas a cierta células presentadoras o que expresen nuevas moléculas sean expresadas para la presentación; estas moléculas que son expresadas son las coestimuladoras una de las principales es la B7 que interactúa con el linfocito. Entonces estas moléculas coestimuladoras van hacer que la unión entre estas moléculas sea mas efectiva y adicionalmente las señales de activación para que se de la 3ra señal de activación, que esta dada por citocinas.

Señal 3 de activación Las citocinas de la inmunidad innata para que se de la activación son la: IL 1, IL6, IL 12; la IL12 es sumamente importante para activar los linfocitos T; de tipo TH1, en estas citocinas no hay activación de este tipo para protegerse de patógenos intracelulares, entonces esto le lo que hace el APC pero ahora nosotros vamos a destacar como son los receptores de reconocimiento de señal.

Cuando hablamos del reconocimiento de patógenos por parte del sistema inmune adaptativo tenemos que pensar que estas células van a tener receptores específicos de reconocer éstos ag. Y cuando estamos hablando del sistema inmune adaptativo estamos pensando en los linfocitos, que tienen receptores propios que van a contribuir en el reconocimiento del Ag, son de 2 tipos:

- Linfocitos T (inmunidad celular) TCR o receptor de célula T

- Linfocitos B (inmunidad humoral) BCR o receptor de célula B

Ambos receptores se expresan en la superficie de la célula; van a tener elementos en común y componentes propios.Desde la perspectiva del reconocimiento de Ag hay dos puntos o diferencias que se deben considerar en los linfocitos B y T:- Los linfocitos B reconocen Ag de diferentes naturalezas como lípidos, carbohidrato,

proteínas y ácidos nucleídos. En cambio el linfocito T; solo reconoce Ag proteicos previamente procesados; por eso se da el procesamiento de Ag donde las proteínas complejas son llevadas a su mínima expresión a péptido de determinado tamaño para que puedan ser acoplados a MHC.

- El linfocito T no reconoce ningún tipo de Ag sino esta acoplado a un MHC y en el caso de linfocito B es diferente ya que no requiere de ninguna molécula de MHC, es más ellas pueden actuar como APC y presentar el Ag por sí mismas ; se van a encontrar en el medio extracelular

2) RECONOCIMIENTO DE Ag POR LINFOCITOS (BCR)

Se le llama complejo BCR porque en el reconocimiento del Ag participan más de una molécula. Cuando hablamos de un receptor antiguo como el BCR o TCR debemos pensar que es una molécula capaz de reconocer un Ag o un componente extraño; pero la función está no solo en reconocerlo, también esta que ese receptor de esa molécula sea capaz de enviar la señal necesaria para que la célula se pueda activar. Y si tenemos una molécula que solo reconoce, pero no tiene la maquinaria necesaria para activar la célula entonces no sirve de nada. El receptor de linfocito B o complejo de reconocimiento de linfocito B, esta compuesto por 2 moléculas:

BCR: receptor de linfocito B propiamente dicho que esta formado por la IgM que va estar unida a la membrana del linfocito.

Ig: formadas por 2 cadenas pesadas, que son las de mayor tamaño y que están unidas a 2 cadenas menores “V”….Las cadenas pesadas y ligeras se van a encontrar unidas entre si a través de puentes desulfuro la naturaleza de esta molécula es dicoproteica quiere decir que es una proteína que tiene residuos de carbohidrato se n su composición. Como toda proteína tiene una región: - Amino-terminal en la parte externa de la molécula - Carboxi-terminal asociada a la membrana

Estas moléculas se caracterizan por tener una conformación de la proteína que va presentar plegamientos van hacer que formen diferentes regiones dentro de la molécula; dominios. Tiene 2 cadenas: - Pesada tienen 5 dominios, característico de una IgE - Ligeras tienen 2 dominios.

En la estructura de una Ig, los dominios que se encuentran en la región amino terminal tanto de la cadena ligera como de la pesada son variables lo que quiere decir que adoptan diferentes conformaciones; y esta característica le permite reconocer diferentes tipos de Ag, justamente por eso también se encuentra en la región externa; mientras que la región que se encuentra acoplada a la membrana es una región constante o conservada. Tiene una región unida a la membrana llamada transmembrana pero internamente no tiene ninguna proteína de mayor tamaño. Cuando hablábamos que un receptor debe ser capaz de enviar la señal nos referimos a que debe tener componentes introcitoplasmatico que sean capaces de enviar esta señal y en este caso el TCR y la IgM no tienen esta señal por eso que se encuentran acopladas a otras moléculas. Estas moléculas acopladas al receptor son heterodimeros Igα e Igβ; estos se encuentran unidos de manera no covalente al IgM y estas moléculas presentan regiones intracitoplasmaticas que son capaces de enviar estas señales de activación. Estas proteínas intracitoplasmaticas son motivo de la activación de tirosina o ITAM. Estas regiones cuando la célula recibe la señal de activación van a fosforilarse y a través de una cascada citoplasmática intracelular activan otros componentes hasta que finalmente vamos a llegar a la activación de la células a “nivel inmune…..”. Entonces es el conjunto del receptor BCR con el heterodimero Igα e Igβ es lo que conforma el complejo del receptor del linfocito B.

- Ig Mientras tanto los Ig propios de los linfocitos B adicionalmente al receptor de membrana que se va encontrar en todo linfocito B, tenemos otros componentes que son muy semejantes a los que se encuentran en el receptor de membrana, que son los Ig; estas son moléculas capaces de reconocer patógenos, pero no asociados a membranas, estos Ig también pueden ser secretados y esta es una de las grandes diferencias con el linfocito T.

- Célula plasmática Cuando el linfocito B logra unirse a un Ag y activarse; el linfocito B va transformarse y diferenciarse en una célula plasmática, que es una célula productora de Ig. Entonces cuando estos Ig son producidos por células plasmáticas ya no van a ser moléculas que van estar unidas a membranas sino van a ser moléculas comunes, no van a tener el dominio transmembrana y simplemente van a estar unidos por sus cadenas pesadas y cadenas ligeras también asociado a la conformación de los dominios, a esta conformación del dominio superenrollado se le conoce con la conformación tipo Ig y todas las moléculas que presentan este tipo de estructura se les agrupa como una familia de moléculas conocida como la superfamilia de las inmunoglobulinas (Ig), a pesar que no son Ig pero aun así presentan la estructura.

Entonces aquí estas moléculas secretadas van a tener sus moléculas pesadas y ligeras. Las cadenas ligeras en la Ig pueden ser de 2 tipos: - κ (Kappa) - λ (Lambda) Las cadenas pesadas pueden ser de 5 tipos:

- α (alfa) IgA

- δ (delta) IgD

- ε (épsilon) IgE

- γ (gamma) IgG

- μ (My) IgM

El tipo de Ig también depende del tipo de cadena pesada que tenga. A nivel funcional los Ig tienen 2 regiones funcionales: - Fab: Región de reconocimiento del Ag o de unión al Ag - Fc: Es la región constante o fracción cristalizable debido a su comportamiento fisicoquímico, ya que la molécula tiene la capacidad de ser cristalizable en solución.

Las regiones variables tienen el símbolo V y las constantes C; dependiendo si tienen una cadena ligera o pesada pueden ser: - Cadena variable ligera VL - Cadena variable pesada VH - Cadena ligera constante CL - Cadena constante pesada CH1, CH2 y CH3.

Dependiendo del tipo de Ig el tamaño de cadena puede variar, algunos tienen 5 dominios, otros 4 dominios. CDR Dentro de la región variable del Ig (región de reconocimiento del Ig) vamos a tener regiones determinantes de complementariedad (CDR) y cada una de las VL y VH tienen tres regiones determinantes de complementariedad y esas regiones CDR son hipervariables. Las CDR son las que van a tener el mayor cambio conformacional y van a hacer posible que podamos reconocer diferentes estructuras. La CDR3 es la que va tener la mayor variabilidad. Esta variabilidad se debe a la constitución de estas proteínas y como están expresadas a nivel genético. Región bisagra Toda proteína es codificada a través de la expresión de un gen y entonces vemos que las Ig están formados por varios componentes; regiones variables, dominios constantes y una región bisagra que se encuentra en la región de unión de los brazos. Normalmente para que un receptor se active debe activarse simultáneamente a por lo menos dos receptor , esto quiere decir que debe tomar dos o más Ag dependiendo del tipo de Ig y si estos Ag no están cerca, gracias a la región bisagra, los brazos del Ig pueden ser flexibles para alcanzar esta estructura, produciendose la activación.

Cada una de estas regiones esta codificado por genes, hay genes para las regiones ligeras, pesadas, variables, y constantes. Señalización y Activación No es suficiente que haya un reconocimiento, también tiene que haber una señalización y un activación. Para que se de la activación debe de haber 2 receptores que se precruzen o que actúen de manera simultánea para que se de la señal de activación. Cuando se da la activación entonces la moléculas que son responsables de mandar la señal intracelular , las Igα e Igβ a través de sus motivos asociados a tirosinas van a ser capaces de fosforilarse, y la fosforilacion va activa a una serie de intermediarios, muchos de ellos enzima que también van a ser fosforiladas y al final de todo este proceso van a llevar al activación n de factor de transcripción a nivel nuclear de la célula para que se empiecen a secretar componentes necesarios para la activación de la célula, como moléculas coestimuladores, citoquinas. Correceptor El linfocito B adicionalmente a su complejo receptor pueden tener otras moléculas que ayudan a incrementar la señal de activación, correceptor. CR2 Complejo correceptor formado por 3 componentes; no tiene proteínas intracelulares, por eso tiene que acoplarse a otra que si tiene la señal como el CD19. Este CR2 reconoce moléculas derivadas de la activación del complemento como las moléculas C3b.Y cuando se produce el entrecruzamiento del receptor del linfocito B que reconoce a un Ag y a su vez ese Ag esta marcado por un derivado de complemento y es reconocido por el CR2, entonces las señales de activación van a ser mas potentes y las células se van a activar con mayor eficiencia

3) COMPLEJO DE RECONOCIMIENTO DE Ag POR LINFOCITOS T (TCR)

El TCR es la única molécula que reconoce el Ag y en cierta forma es mas compleja que el BCR; al igual que el BCR tampoco tienen proteínas de señalización intracelular, entonces puede reconocer al Ag pero no enviar la señal. Por ello el TCR se encuentra acoplado a otras proteínas, esta proteína encargada de dar la señal a la célula es la CD3, está formada por 6 cadenas; 4 extracelulares y 2 intracelulares; ricas en moléculas asociadas a tirosina (ITAM), moléculas activadoras. Adicionalmente a estas proteínas tenemos un correceptor que es indispensable para la activación del linfocito t y este correceptor es la molécula CD4 o la CD8.Es indispensable porque el l linfocito T solo reconoce Ag asociados al MHC y las moléculas que a su vez reconocen estos MHC respectivamente son:

- CD4 MHCII

- CD8 MHCI

Si es que no estuvieran estos correceptores la señal y activación del reconocimiento del Ag no estaría completa. El conjunto de estas 3 moléculas forman el complejo de reconocimiento de Ag del linfocito T.Este TCR también forma parte de la superfamilia de las Ig, esto quiere decir que sus proteínas se encuentran formando agrupaciones superplegadas que son conocidas como “nodr…¿?” y esta formada por dos cadena, la cadena alfa y beta; ambas cadenas están formadas por 2 dominios:

- Región variable (aminoterminal)

- Región constante (carboxiterminal) a nivel de la membrana

De manera semejante a las Ig también tienen una región bisagra en la base de la membrana que le va dar la flexibilidad a la molécula y tampoco tienen sus moléculas intranucleares El TCR reconoce al Ag a traves de su dominio variable y también dentro de esas regiones tiene regiones determinantes de complementariedad. (CDR) Son 3 regiones CDR en la cadena α y 3 en la cadena β, estas son las regiones que van a constituir la gran diversidad para el reconocimiento de Ag CD3 Molécula señalizadora; es un hexágono formado por 6 cadenas: - 2 heterodimeros o sea que están formadas por 2 cadenas diferentes cada una: εδ (épsilon-delta) y γε (gamma-épsilon) - 1 homodimero que esta formada por 2 cadenas iguales que son las cadenas ζ (zita) Estas moléculas se encuentran unidas al TCR a traves de: - Enlaces no covalentes - Diferencia de cargas o enlaces iónicos Van a tener estas regiones asociadas a tirosina o “motivo de activación del inmunorreceptor vía tirosina” (ITAM), activando al TCR a través de procesos de fosforilacion

CD4 Tiene una sola cadena, pertenece a la superfamilia de las Ig y esta formado por 4 dominios. Reconoce la cadena β2 del MHCII CD8 Heterodímero formado por 2 cadenas y también esta asociado a la membrana. Se va unir la cadena α3 del MHCI. Las Ig tienen una afinidad por sus Ag sumamente alta; o sea se refiere a la facilidad del receptor para unirse a un determinado Ag aunque este en pocas concentraciones; sin embargo en el linfocito T la afinidad por el Ag no es tan alta, es mil veces menor que una Ig; debido a esta característica de la unión del Ag- linfocito t; cuando se va producir la activación y reconocimiento del Ag van a ser necesarias otras moléculas, moléculas accesorias. Algunas de estas están diseñadas para conferir señales de activación como el CD28; pero otras van a ser responsables de la adhesión de la molécula; la adhesión es importante porque cuanto más tiempo este unido el APC con el l linfocito va dar tiempo para que la señal sea enviada al interior de la célula.Por eso para que haya una verdadera activacion, las moléculas accesorias son las más importantes. Una vez que se produce el proceso de activación también se produce el proceso de fosforilacion, las regiones internas, los ITAMs se fosforilan, activando a una serie de proteínas que son bastante semejantes con lo que son los linfocitos B. Hay enzimas de por medio como la fosfokinasa c o proteinkinasa c (PKC) y finalmente los factores de transcripción que se activan son:

- N- FAT - NF- κB

- AP- 1 asociados a lo que seria la producción de citocinas y la activación del ciclo celular o proliferación ; que es una de las primeras señales.

Los tipos de linfocitos T que se encuentran en mayor y menor cantidad: - Linfocito αβ (85%) Son los más comunes; se ha referido a él en los anteriores temas. - Linfocitos γδ (gamma delta) (10%) Reconocen Ag proteicos y lipídicos con bastante eficiencia y no requieren estar asociados a MHC. - Linfocitos NKT (5%) Reconoce Ag lipídicos como en los glicolipidos; pero asociados a moléculas CD1, similares al MHC; estas incluso pueden asociarse a la β2 microglobulina.

4) MADURACION DE LINFOCITOS T y B

Estos Ag que van a estimular el receptor o una serie de receptores que van a reconocer a este Ag. Nuestro organismo es capaz de producir una gran variedad de receptores, capaces prácticamente de reconocer a la totalidad de moléculas que existen. La variabilidad de estos receptores es como de 1000 millones de receptores diferentes para diferentes Ag o sea tienen una gran variabilidad y nuevamentente estos receptores que nosotros vamos a formar al reareglo genético de nuestros receptores es que van a dar todo nuestro repertorio antigénico. Entonces si nosotros nos enfrentamos a cualquier patógeno tendríamos la capacidad de combatirlo y reconocerlo; pero para que nosotros podamos tener estos receptores efectivos y funcionales hay una serie de pasos que van controlando la formación de ellos; y se control se va dar desde que empiezan a formarse los linfocitos. Si nosotros recordamos los linfocitos tienen un origen común a partir de las células hematopoyéticas de células madre que van a dar lugar a las células

progenitores. Y estas células progenitoras dependiendo de donde maduran van a dar lugar a los: - Linfocitos T (Timo) - Linfocitos B (Medula ósea) Solamente cuando un linfocito alcanza la madurez quiere decir que “·30 millones de superficies salen de torres funcionales…..”” entonces es capaz de ir a la sangre u órganos linfoides periféricos para encargarse de la defensa del organismo. Y estos receptores dependen de la genética de cada persona, por eso algunas personas son mas susceptibles a desarrollara algunas patologías. Para que esos receptores puedan ser funcionales o puedan llegar los linfocitos a la madurez hay una serie de casos de control que se dan durante todo el desarrollo……………… Una de las primeras indicaciones de que se esta llevando acabo el proceso de expresión del receptor en una ultima condición, es la expresión de una de las cadenas a nivel de su membrana, es la parte del pre-linfocito. En el caso de la Ig expresan las cadenas pesadas y los linfocitos T expresa la cadena β.Cuando un linfocito no es capaz de reconocer este receptor, entonces quiere decir que no esta funcionando bien y que el sistema lo va eliminar a traves de apoptosis. Los linfocitos que expresan sus receptores adecuadamente., entonces quiere decir que están en optimas condiciones; esos linfocitos son estimulados a proliferar y básicamente quien se encarga de estimular esos procesos de maduración son la IL-7, cuando proliferan entonces ellos pueden continuar con su proceso de desarrollo que es expresar el segundo componente que es Falp, que en el caso de las Ig expresar las cadenas ligeras asociadas a las pesadas y en el caso de linfocitos T las cadenas α y β ; si es que se expresan los receptores de manera adecuada pueden llegara a ser linfocitos maduros; pero sino logran superar este proceso mueren por apoptosis. Y en el caso final la selección ya no es a como expresan su estructura; sino es al nivel funcional de acuerdo a la capacidad de reconocer nuestros Ag.

Entonces los linfocitos van a sufrir dos procesos: - Selección positiva: Se va seleccionar a linfocitos que sean capaces de reconocer a MHC propios y estas van a sobrevivir - Selección negativa: Se va dar en aquella linfocitos que reconozcan con alta afinidad los Ag propios. No son convenientes para el sistema y son eliminados por apoptosis; ya que si no ocurre esto podría provocar enfermedades autoinmunes.

Genes Los receptores de los linfocitos pueden reconocer diferentes Ag gracias a los genes que los codifican; estos genes son polimorfos; dando lugar a muchas variantes de una misma proteínaAquí (grafico) se van a ver los genes que codifican para el TCR y el BCR; son bastante semejantes.

- La cadena β del TCR esta compuesto por genes variables y estos genes pueden llegar a tener más de 50 variantes.

Tenemos genes V que son los genes de la diversidad y tenemos genes J que van a unir las cadenas variables y constantes.Los genes V y J son las que van a dar lugar a las regiones variables y los genes C dan lugar a las regiones constantes.Las cadena α se diferencia de la β porque no tiene genes de la diversidad, genes V

- En las Ig ocurre algo semejante; las cadenas pesadas van a tener genes variables (V) y genes J; mientras que las cadenas ligeras no van a tener genes de la diversidad.

Las cadenas pesadas también se encuentran asociadas alas regiones constantes y en el caso de las Ig hay varios tipos de regiones constantes; la cadena μ (My),δ(delta), γ (gamma) ……en la Ig hay 6 tipos γ(gamma) 3, 1 y 2. Recombinación Se produce cuando el linfocito se encuentra en su proceso de maduración, quiere decir que alguno de los genes de la región variable pueden unirse a algunos de los genes de la diversidad y a algunos genes de la región C; esto va dar una combinación única capaz de reconocer el Ag. Las diferentes combinaciones que pueden haber en estos 50 genes variables tanto de la diversidad como de la unión, van a dar pie aun repertorio antigénico. Estas combinaciones se dan gracias a enzimas que se le conocen como retrokinasas. En el caso de las Ig, vamos a ver que las variables se van a unir a las regiones constantes.Los linfocitos que están en fase de desarrollo se unen a la primera región constante, región μ (My); por eso las primeras Ig son de tipo μ (My).

Y en el caso del cambio de isotipo del Ig que se va ver en otro tema; van a depender de la acción de las citocinas. Indicadores de la madurez de linfocitos B Se reconoce a través de la expresión de su receptor; adicionalmente a su receptor de reconocimiento de Ag, una molécula que indica que el linfocito B esta maduro es la presencia de la molécula IgB, solamente cuando se reduce la expresión de los co- receptores de membrana IgM e IgB en el linfocito, estamos hablando del un linfocito B maduro. Indicadores de la madurez de linfocitos T Va sufrir una serie de procesos para adquirir los receptores de sus moléculas coestimuladoras, CD4 y CD8.- Doble negativo (- -)En su estado más inmaduro van a ingresar al timo, donde se va llevar a cabo todo su proceso de maduración como linfocitos T doble negativo (- -); quiere decir que en su membrana no expresan receptores ni CD4 ni CD8.- Doble positivo (++)Conforme van madurando expresan a nivel de su membrana y liberan una cadena de su receptor en su estadio pre- T y luego van a expresar aporeceptores; en este punto los linfocitos van a ser doble positivo (++); ya que pueden expresar tanto CD4 y CD8. Y también en su proceso de maduración con el contacto con las células nodrizas, que son los responsables de presentar los Ag propios a los linfocitos, dependiendo si estas células presentan los Ag unidos a MHCI o MHCII, entonces el linfocito interactuara con el CD4 o CD8 según sea el caso y el otro receptor va ser eliminado y solo se va quedar expresado uno de los 2 receptores.Todo este proceso de expresión de los receptores es sumamente importante para que posteriormente podamos tener una respuesta de activación adecuada.