APUNTES DE INMUNOLOGIA
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APU TES DE I MU OLOGIA [email protected] Profra.: Da. Mara Dolores Maldonado TEMA 1. INTRODUCCIN AL ESTUDIO DE LA INMUNOLOGA (I) 18.02.10 INMUNIDAD NATURAL. Concepto de inmunologa, caractersticas y breve historia.- El trmino inmunidad deriva de la voz latina immunitas, que se refiere a la proteccin frente a los procedimientos judiciales que se ofreca a los senadores romanos durante el ejercicio de su cargo. Histricamente inmunidad ha significado proteccin contra la enfermedad infecciosa. La inmunidad se define en trminos cientficos como la resistencia a las enfermedades, concretamente a las enfermedades infecciosas. La inmunologa es la ciencia que estudia el sistema inmune (SI). Las clulas y las molculas responsables de la inmunidad forman el sistema inmunitario y la respuesta colectiva y coordinada frente a sustancias extraas se denomina respuesta inmunitaria. La funcin fisiolgica del SI es la defensa contra microorganismos infecciosos, de lo que se infiere la prevencin de infecciones y la erradicacin de las mismas provocadas por dichos microorganismos. Sin embargo las sustancias extraas no infecciosas tambin pueden desencadenar respuestas inmunitarias. Por consiguiente, una definicin ms completa de la inmunidad es la de una reaccin frente a sustancias extraas, incluidos los microorganismos y macromolculas tales como protenas y polisacridos, con independencia de las consecuencias fisiolgicas o patolgicas de dicha reaccin. La inmunologa es una ciencia con aspectos mdicos y metodolgicos. El SI es muy complejo y su alteracin produce inmunodeficiencias, enfermedades autoinmunes, alergias, tumores. Inmunodeficiencias: Son un grupo de procesos patolgicos heredados o adquiridos, debidos a la ausencia o funcionamiento defectuoso de algunos elementos celulares o moleculares de la inmunidad innata o adquirida. Ejemplo: en la enfermedad granulomatosa crnica, se forman mltiples granulomas como resultado de una eliminacin defectuosa de las bacterias por las clulas fagocticas. Esta enfermedad es causada por un defecto en el sistema de NADPH oxidasa de las enzimas que generan el radical superxido implicado en la eliminacin de las bacterias. Enfermedad autoinmune: Enfermedad cuya patologa se debe a respuestas inmunitarias adaptativas contra antgenos propios. Ejemplo: Artritis reumatoide, esclerosis mltiple, lupus eritematoso Alergias: Es una reaccin sintomtica exagerada a un antgeno ambiental, normalmente inocuo. Resulta de la interaccin entre el antgeno y los anticuerpos o las clulas T sensibilizadas o primed generadas por la exposicin previa al mismo antgeno.
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Tumores: El SI detiene la aparicin de tumores, ya que chequea el crecimiento de las clulas, pero una alteracin de esta funcin puede provocar la aparicin de un tumor. Ejemplo: leucemias y linfomas. El estudio de la inmunologa es relevante por tres aspectos: 1 Aspectos clnicos. Es una ciencia capaz de experimentar y hacer observaciones clnicas, extrayendo conclusiones de ellas. 2 Aspectos mdicos. El SI a veces funciona por exceso y aparecen las alergias, y otras por defecto apareciendo las inmunodeficiencias. 3. Aspectos metodolgicos. Se ha conseguido crear herramientas, como los anticuerpos monoclonales, que permiten la identificacin de clulas y tejidos, e incluso se pueden utilizar en otras ciencias de la vida como la farmacologa para la administracin de frmacos que nos interesa que acten en un lugar concreto y especfico del organismo y no en otro, es decir, que el anticuerpo se cargara con el frmaco y actuara como una bala mgica que se dirige al punto concreto donde se quiere que ese frmaco tenga una intervencin teraputica. El origen de la inmunologa se atribuye a Edward Jenner (1749-1823), quien descubri en 1796 que la viruela vacuna proporcionaba proteccin frente a la viruela humana, enfermedad a menudo letal (como se pudo comprobar en la pandemia de 1.519 en Europa y en los nativos americanos cuando esta enfermedad fue exportada al Nuevo Mundo). Jenner tom lquido de una pstula de una mujer vaquera que ordeaba vacas y lo inocul a un nio de ocho aos, James Phipps, quien desarroll la enfermedad de la viruela vacuna de forma leve. Dos meses despus volvi a inocularlo, pero esta vez con materia procedente de pstulas de viruela humana y el nio no desarroll la enfermedad. En la dcada de 1880, Louis Pasteur (1822-1895) elabor una vacuna contra el clera de las gallinas y desarroll una vacuna frente a la rabia que obtuvo un xito espectacular tras su primer ensayo en un nio que haba sido mordido por un perro rabioso. Pasteur utiliz el virus de la rabia inactivado (cultivado en un medio en el cual perdi su virulencia) y se convirti en el primer gran inmunlogo experimental. Inmunidad innata y adaptativa.- La defensa frente a los microorganismos est mediada por las reacciones tempranas de la inmunidad innata y las respuestas tardas por la inmunidad adaptativa. La inmunidad innata comprende los mecanismos de defensa bioqumicos y celulares presentes incluso antes de que se produzca la infeccin y que estn preparados para responder con rapidez ante esta. El sistema inmunitario innato o natural (SIN) constituye la primera barrera defensiva que tiene el organismo. Son los primeros sensores de la infeccin. Estos mecanismos reaccionan slo frente a microorganismos patgenos y no frente a sustancias no infecciosas y responden esencialmente de la misma manera ante infecciones repetidas. Cuando el SIN no es capaz de inactivar o frenar el proceso infeccioso se activa el sistema inmunitario adaptativo (SIA). Se denomina inmunidad adaptativa porque se produce como una respuesta a la infeccin y se adapta a sta. En contraste con la inmunidad innata, la inmunidad adaptativa es estimulada por la exposicin a agentes infecciosos. Esta forma de
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inmunidad aumenta en magnitud y en capacidad de defensa con cada exposicin sucesiva a un microorganismo determinado. Las caractersticas que definen la inmunidad adaptativa son: - Especificidad. Los antgenos inducen una respuesta especfica contra ellos mismos, provocada por la interaccin con receptores antignicos especficos. - Memoria. Esta caracterstica es la base de la adquisicin activa de inmunidad, y supone una capacidad mayor de respuesta inmunitaria en el segundo o posteriores contactos con el antgeno (respuesta ms rpida y contundente). - Tolerancia. El sistema inmunitario debe eliminar o inactivar cualquier clula capaz de reconocer y responder frente a lo propio. Inmunidad natural o innata, barreras defensivas.- Los microorganismos al penetrar en las superficies epiteliales del cuerpo por primera vez, se encuentran inmediatamente con barreras formadas por clulas y molculas que pueden desencadenar una respuesta inmunitaria innata. Estas barreras pueden ser: Barreras fsicas o anatmicas. La piel (epidermis y dermis) y las mucosas. La piel es la primera barrera defensiva. Tiene un pH cido (cidos grasos) producido por las glndulas sebceas, que es efectivo contra las infecciones producidas por hongos. En personas que han perdido la piel, por ejemplo en individuos con quemaduras, pueden producirse infecciones cutneas y desencadenar un shock. Personas que se lavan mucho pierden este pH y pueden sufrir patologas de la piel como por ejemplo fornculos. Barreras bioqumicas. Producto de las secreciones mucosas (lgrimas, jugos gstricos, mucosa respiratoria y mucosa urogenital). Las mucosas producen sustancias que evitan la colonizacin de patgenos. La lgrima y la saliva poseen lisozimas implicadas en la lisis bacteriana. El jugo gstrico tiene un pH cido, por lo que individuos que toman sustancias alcalinas de forma habitual y lo pierden son ms propensos a padecer enfermedades gstricas infecciosas. La flora saprfita del intestino y de la vagina impide que estos rganos sean colonizados por agentes patgenos, ya que compiten con los microorganismos patgenos tanto por el espacio como por los nutrientes y adems pueden producir sustancias antibacterianas. La espermina del semen tiene capacidad antisptica. Barrera fagoctica. En la barrera fagoctica se incluyen las clulas del sistema monoctico o macrofgico (M/). Se llaman monocitos cuando circulan por el torrente sanguneo y se habla de macrfagos cuando actan en los tejidos. Segn el tejido en el que se encuentran, los macrfagos se denominan: - Cerebro: clulas microgliales. - Pulmones: macrfagos alveolares. - Hgado: clulas de Kupffer. - Riones: fagocitos mesangliales renales. - Articulaciones: clulas A sinoviales. - Clulas natural killers ( K). Son linfocitos de apariencia grande, habitualmente con granulacin citoplasmtica, y su accin consiste en lisar ciertas clulas tumorales. Las clulas NK son importantes en la inmunidad innata contra los virus y otros patgenos
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intracelulares, as como en la citotoxicidad mediada por clulas T y dependientes de anticuerpos (ADCC). Posee receptores KIR, KAR y de la fraccin Fc de las IgG. En condiciones normales la NK chequea a las clulas del organismo y si reconoce a una clula como propia se activa el receptor KIR (inhibicin) y sigue con su camino. Pero si una clula NK se encuentra en su chequeo continuo del organismo una clula tumoral o infectada por un virus, se activa el receptor KAR. ste inhibe al receptor KIR, y como consecuencia se activa la clula NK y libera sus grnulos, los cuales llevan perforina. Las perforinas perforan la clula tumoral o infectada creando poros que alteran la smosis de la clula. Si no es suficiente la accin de las perforinas, se liberan granzimas. Las granzimas penetran por los poros formados por las perforinas y destruyen la clula. - Sistema del complemento. Consta este sistema de un conjunto de molculas plasmticas implicadas en distintas cascadas bioqumicas cuyas funciones son potenciar la respuesta inflamatoria, quimiotaxis sobre fagotitos, facilitar la fagocitosis por recubrimiento del microorganismo (a este fenmeno se le llama opsonizacin) con una de las protenas del complemento (la C3b), lo que facilita la fagocitosis y dirigir la lisis de clulas incluyendo la apoptosis. Est formado por unas 20 protenas sricas que controlan la inflamacin, y son sintetizadas principalmente en el hgado, aunque en los tejidos inflamados pueden producirlas los macrfagos y tambin en el rin. - Protenas de fase aguda. Se trata de protenas, sintetizadas en el hgado, que se encuentran en la sangre poco despus del inicio de una infeccin en respuesta a la liberacin de interleucinas IL1 e IL6 por parte del macrfago. Estas protenas participan en las primeras fases de la defensa del husped contra la infeccin. Las protenas de fase aguda actan como opsoninas, que son molculas que facilitan la fagocitosis ya que sus receptores se encuentran en los fagocitos, y tambin activan al sistema de complemento. - Interfern alfa y beta (I F e I F). Son molculas producidas por leucocitos y fibroblastos respectivamente, pero tambin en otras clulas. Son citoquinas que pueden inducir a las clulas no infectadas e infectadas a resistir la replicacin vrica. Se producen en fases muy precoces de la infeccin y constituyen la primera lnea defensiva frente a muchos virus. Los INF desempean tres funciones principales. En primer lugar, inducen resistencia a la replicacin vrica activando los genes celulares que destruyen el ARNm, inhibiendo por tanto la traduccin de protenas vricas y algunas del husped. En segundo lugar, inducen la expresin del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) de clase I en la mayora de las clulas no infectadas del cuerpo. En tercer lugar, activan las clulas NK que destruyen las clulas infectadas por el virus de forma selectiva. - Interleucinas. Son citoquinas producidas por los leucocitos. Inducen el crecimiento y diferenciacin de linfocitos y clulas precursoras hematopoyticas. Muchas interleucinas conectan la respuesta inmunitaria innata con la adaptativa.
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- Factor de necrosis tumoral (T F). Se trata de una citoquina secretada por las clulas T CD4 inflamatorias y es directamente citotxica para algunas clulas. Las IL-1, IL-6 y el TNF son tambin pirgenos endgenos que aumentan la temperatura del cuerpo, lo cual parece contribuir a eliminar las infecciones, actuando en el hipotlamo y alterando la regulacin de la temperatura del cuerpo. En las clulas musculares y adipositos altera la movilizacin de la energa a fin de aumentar la temperatura del cuerpo. A temperaturas elevadas, la replicacin vrica y bacteriana disminuye, por lo que la respuesta inmunitaria adaptativa opera de forma ms eficiente.
Cuando penetra un patgeno, los fagocitos (leucocitos o glbulos blancos que fagocitan partculas extraas) son las primeras clulas en activarse y liberan citoquinas. Entre las citoquinas liberadas estn la IL-1, la IL-6 y el TNF. La IL-1 y el TNF actan de forma simultnea. Estas citoquinas tienen una accin local y una reaccin sistmica o general, la cual tienen lugar si la accin local no es suficiente para frenar el avance del patgeno Barrera inflamatoria. La inflamacin se define tradicionalmente por los cuatro signos principales que son: calor, dolor, rubor (enrojecimiento) y tumor (hinchazn), siendo todos ellos consecuencia de los efectos que producen las citoquinas y otros mediadores inflamatorios, al actuar sobre los vasos sanguneos locales. Los macrfagos que encuentran bacterias en los tejidos son inducidos a liberar citoquinas que incrementan la permeabilidad de los vasos sanguneos, permitiendo que lquidos y protenas pasen al interior de los tejidos. Tambin producen quimioquinas que dirigen la migracin de los neutrfilos (micrfagos o polimorfos nucleares PMN) al sitio de inflamacin. La capacidad de adhesin de las clulas endoteliales de los vasos sanguneos tambin cambia, de tal forma que los neutrfilos se adhieren a la pared del vaso sanguneo y son capaces de migrar a travs de la pared del mismo (diapdesis). Se ha demostrado que los neutrfilos son los
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primeros que penetran en los tejidos desde la sangre, seguidos de los macrfagos La acumulacin de lquido y clulas en el sitio de infeccin causa enrojecimiento, hinchazn, calor y dolor, sntomas que en conjunto se denomina inflamacin. Los neutrfilos y los macrfagos son las principales clulas inflamatorias. En fases posteriores de la respuesta inmunitaria, los linfocitos (son los leucocitos de menor tamao) activados tambin contribuyen a la inflamacin. Las citoquinas IL-1, IL-6 y TNF son proinflamatorias. Por ejemplo, cuando se produce una picadura de mosquito, se da una respuesta local en la zona de la picadura: rubor, hinchazn, calor y dolor, es decir, se da una inflamacin local. La IL-1 y el TNF actan sobre los vasos sanguneos ms prximos, provocando vasodilatacin. Adems, hay una migracin de polimorfos nucleares hacia la zona afectada (diapdesis), los cuales salen junto con lquidos. Si con todo esto se resuelve el proceso, nos quedamos aqu. Pero si el proceso no se resuelve se produce una gran cantidad de citoquinas que se dirigen no slo a los vasos colindantes, sino a todo el cuerpo, de modo que actan sobre la grasa, el msculo y el hipotlamo para aumentar la temperatura corporal. Estructura molecular de la inmunidad innata.- El sistema inmune posee una serie de molculas denominadas PRR (Pattern Recognition Receptor) o receptor de reconocimiento de patrones, que son las denominadas protenas codificadas en lnea germinal. Estas protenas reconocen a los PAMP (Pathogen Associated Molecular Patterns) o patrones moleculares, que son molculas o estructuras muy conservadas en familias enteras de patgenos microbianos. Los PRR son poco especficos para el reconocimiento de los agentes patgenos y se clasifican en: - Secretados: funcionan como opsoninas - Endocticos: van en la superficie de los fagocitos como receptores - Sealizadores: activan las vas de seales de traduccin en el interior de la clula y se conocen como TLR (Toll Like Receptors) en humanos y como Toll en la mosca, que inducen la liberacin de citoquinas (IL) y seales coestimulatorias para activar a las clulas de la inmunidad innata para que se ponga en marcha la respuesta inmune. Las TLR son protenas de membrana que reconocen molculas estructurales de bacterias y activan la respuesta del SI. Resumen de los mecanismos de la inmunidad innata: a) Los fagocitos reconocen a los microbios que han penetrado: fagocitan, engullen y destruyen junto con los lisosomas (respuesta inmune sencilla). b) Las clulas NK van chequeando todas las clulas a su paso y cuando localiza la clula infectada por un virus, se activa y descarga sobre ella todo el contenido de sus grnulos, provocando perforaciones en la membrana y alteraciones electrolticas que produce la muerte de la clula. c) Protenas del complemento: actan como opsoninas, o neutralizando y matando al agente infeccioso. Si no es as el receptor del complemento tipo 3 provoca la atraccin de leucocitos al foco de infeccin. Por otro lado, las protenas del complemento activan la fagocitosis para que otras clulas del sistema inmune innato engullan a los agentes patgenos y los destruyan en su interior.
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d) Citoquinas o IL. Los agentes infecciosos van a ser reconocidos por los receptores de los fagocitos que se activan y liberan IL, TNF (que activa a los neutrfilos encargados de la inflamacin), e IL-12 que activa a las NK. Estas liberan INF que a su vez activa la capacidad bactericida de los macrfagos.
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TEMA 2. INTRODUCCIN AL ESTUDIO DE LA INMUNOLOGA (II) Respuesta inmune especfica o adquirida (caractersticas).- Cuando la inmunidad innata no puede controlar el proceso infeccioso, enva informacin a las clulas de la inmunidad especfica para que se activen. Existe interconexin entre ambas respuestas inmunes, pero la inmunidad adquirida tarda algn tiempo en ponerse en marcha. Un agente patgeno se puede adherir a un epitelio, pero si ste se encuentra ntegro el patgeno se desprende y no habr infeccin. Cuando hay un epitelio debilitado, el patgeno puede penetrar al interior del tejido, una vez dentro se activa la respuesta inmune innata y en concreto llega al foco de la infeccin local una gran cantidad de clulas fagocticas e inflamatorias, que tienen el objetivo de destruir el agente patgeno para neutralizar y paralizar la infeccin. Cuando el patgeno penetra por la piel en el organismo, porque la respuesta innata y la barreras defensivas no son suficientes, se activan los fagocitos de la piel, los cuales se dirigen por va linftica hasta el ganglio linftico ms prximo con el patgeno en su interior para presentrselo a los linfocitos T y B, que tardan una semana en activarse y transformarse en clulas T efectoras o en clulas plasmticas, que por va linftica se dirigen a la infeccin para destruirla y acabar con el proceso infeccioso. Los linfocitos ya sensibilizados migran al foco de infeccin, donde llevan a cabo su funcin (los linfocitos B no llegan a este foco, sino que llegan slo los anticuerpos).
Las caractersticas de la inmunidad especfica son: Especificidad: el sistema inmune tiene la capacidad para dar una respuesta especfica a cada agente patgeno. Al nacer tenemos aproximadamente un repertorio inmune de 1091011 especificidades. Diversidad: presenta unos 1011 receptores de diferente especificidad, existiendo incluso receptores para patgenos con los que no nos vamos a encontrar en toda nuestra vida. Memoria: la primera vez que somos colonizados por un patgeno, se forma una respuesta inmune primaria. Si nos ponemos en contacto nuevamente con dicho patgeno la respuesta es ms rpida y contundente, porque el sistema inmune guarda
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memoria del primer contacto. En la manipulacin de esta memoria estn basadas las vacunas.
No se conoce bien cual es el mecanismo responsable de la memoria, existiendo dos teoras sobre este mecanismo: - Las clulas de memoria son de larga vida y permanecen en estado de reposo en sangre. Con la nueva infeccin se activan y se da la respuesta inmune secundaria. - Las clulas de memoria se mantienen activas debido a que se mantienen los antgenos en complejos inmunes, producindose la respuesta secundaria cuando se d un incremento de los niveles de antgeno. Esta teora se ha descartado porque supone un alto coste. Autolimitacin: el sistema inmune no puede estar activo permanentemente. Una vez que se activa lo hace con el objetivo de destruir al agente patgeno, y una vez que ste desparece las clulas vuelven al estado de reposo, ya que cuando la respuesta inmune ha sido suficiente hay receptores que informan al sistema inmune para que cese la activacin. A veces el sistema inmune no consigue eliminar al patgeno y entonces lo asla, formndose los granulomas: procesos inflamatorios crnicos que originan tejido necrtico alrededor del patgeno. En ocasiones los granulomas se abren al exterior, pero otras veces no se abren, y si dan problemas debe usarse ciruga para extraerlos. Autotolerancia: el sistema inmune debe tener cuidado para no destruir las clulas propias. Para lograr esto las clulas del sistema inmune especfico deben ser previamente educadas. Los linfocitos B se educan o maduran en la mdula sea y los linfocitos T en el timo, de modo que los linfocitos autorreactivos, es decir, los que reconocen y destruyen nuestros antgenos, son destruidos. Tambin se produce una reeducacin en los rganos linfoides secundarios. En ocasiones el individuo puede desarrollar enfermedades autoinmune (artritis reumatoide o lupus eritematoso), en las cuales el SI afecta al propio organismo. Especializacin: el sistema inmune monta en cada ocasin la respuesta inmunolgica ms adecuada segn el patgeno y la va de entrada usada por ste. Tipos de respuesta inmune especfica: humoral y celular.- La inmunidad especfica se puede dividir en respuesta inmune celular y respuesta inmune
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humoral. La primera es llevada a cabo por los linfocitos T, los cuales llevan todos un cluster de diferenciacin CD3. La respuesta inmune humoral est mediada por molculas de la sangre y las secreciones mucosas, denominadas anticuerpos, que son producidas por los linfocitos B, los cuales se transforman en clulas plasmticas con capacidad de liberar anticuerpos (IgM, IgE, IgA, IgD e IgG). Ambos tipos de linfocitos, T y B, provienen de la mdula sea, concretamente de una estirpe linfoide. Los linfocitos B y sus receptores, los anticuerpos (Ig), forman un complejo binario anticuerpo-antgeno para reconocer al antgeno (Ag). Los linfocitos T forman complejos trimoleculares porque para reconocer al antigeno necesitan del MHC (complejo mayor de histocompatibilidad) para que se lo presente. Ambos tipos de linfocitos tienen diferentes caractersticas: CARACTERSTICAS Integracin con antgenos LI FOCITO B LI FOCITO T Complejo binario formado Complejo trimolecular que por Ig de superficie y Ag comprende: TCR, pptido y molcula MHC S No No S Protena, polisacrido, Slo protena lpido Accesible, hidroflico, Interno, desnaturalizado, mvil, a menudo pptido pptido lineal capaz de conformacional unirse a MHC
Unin a antgenos solubles Participacin de MHC Naturaleza qumica del antgeno Propiedades del epitopo (determinante Ag)
Epitopo: Parte del antgeno que es reconocible por el receptor del anticuerpo. Paratopo: Parte del receptor que se une especficamente al epitopo. Fases de la respuesta inmunitaria.- Se puede distinguir tres fases: Fase de reconocimiento: los linfocitos B y T deben reconocer al patgeno para activarse. Este reconocimiento ocurre en los rganos linfoides secundarios (ganglios linfticos, bazo y tejido linfoide asociado a las mucosas), donde se encuentran afincados estos linfocitos. Los linfocitos reconocen especficamente a los patgenos mediante sus receptores de superficie, el BCR (B Cell Receptor) y el TCR (T Cell Receptor). Ambos receptores pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas. Una vez se activan, los linfocitos salen de estos rganos linfoides y migran hacia el tejido infectado. Fase de activacin: existe una teora que sostiene que se requieren dos seales para la activacin de los linfocitos, tanto los linfocito B como los T. Una de estas seales procedera del patgeno, lo que se ve apoyado por la presencia de clulas presentadoras de antgenos, y la otra seal procedera de las molculas coestimuladoras (protenas de membrana o secretadas por los macrfagos), las cuales refuerzan la unin entre el linfocito T y la clula presentadora de antgenos. La ausencia de estas molculas hace que el linfocito no se active correctamente, y se habla de anergia. Una vez activado, en el interior del linfocito se realizan una serie de modificaciones: aumenta el tamao y la sntesis de protenas, se da proliferacin celular y los linfocitos se diferencian en clulas efectoras (linfocito B transformado en clula plasmtica y linfocito T actuando sobre la
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clula infectada). Adems, pueden aparecer clulas de memoria (linfocitos T activos pero no efectores). Una vez que se han formado las clulas efectoras, estas pueden atacar directamente al antgeno, o se reservan en el torrente circulatorio como clulas de memoria las cuales tienen una vida muy larga, y son muy importantes en el caso de una segunda infeccin por el mismo patgeno. En esta propiedad se basa la creacin de las vacunas. Fase efectora o de resolucin: su obligacin es la eliminacin del patgeno y que el individuo recupere su equilibrio homeosttico, por lo que al final de la respuesta inmune habr una gran cantidad de apoptosis. De las clulas que han intervenido en esta respuesta muchas morirn, por lo que los restos y las clulas deterioradas deben eliminarse. Los macrfagos son los encargados de fagocitar las clulas viejas o que han intervenido en la respuesta inmune y han quedado lesionadas. Linfocitos B. Anticuerpos y sus funciones biolgicas.- Los linfocitos B, se denominan as porque en los mamferos maduran en la mdula sea (Bone Marrow), aunque en las aves maduran en la bolsa de Fabricio. Son clulas que poseen receptores de membrana especficos, como son las inmunoglobulinas (Ig), denominados BCR (B cell receptor), capaces de reconocer antgenos. Cuando los linfocitos B se activan, se convierten en clulas plasmticas, responsables de la produccin de inmunoglobulinas solubles, que son los anticuerpos especficos que reconocen antgenos en su forma nativa participando de esta forma en la denominada inmunidad humoral. Los anticuerpos son los receptores de membrana de los linfocitos B. Pero estos anticuerpos pueden quedarse en la membrana de estas clulas o ser secretados, por lo que tambin pueden reconocer antgenos mviles. Cuando se activa el linfocito B, se liberan anticuerpos al medio para que puedan neutralizar al agente patgeno y facilitar la fagocitosis. Los anticuerpos pueden actuar como opsoninas recubriendo al microorganismo, facilitando con ello la fagocitosis, pero tambin pueden provocar directamente la lisis del patgeno junto con la activacin de opsoninas del complemento. Un antgeno es una sustancia extraa que desencadena la formacin de anticuerpos y puede causar una respuesta inmune. La definicin moderna abarca a todas las sustancias que pueden ser reconocidas por el sistema inmune adaptativo, bien sean propias o ajenas. Los anticuerpos pueden reconocer como antgeno a casi todos los tipos de molculas biolgicas, sin embargo los linfocitos T slo reconocen pptidos.
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Unicamente las macromolculas son capaces de estimular a los linfocitos B para que inicien las respuestas inmunolgicas humorales. Las molculas que estimulan respuestas inmunolgicas se denominan inmungenos. Las sustancias qumicas pequeas pueden unirse a los anticuerpos pero no pueden activar a los linfocitos B por s mismas, por lo que no son inmungenos. Para generar anticuerpos de sustancias qumicas especficas pequeas en el laboratorio, se suelen fijar estas a macromolculas antes de la inmunizacin. En estos casos, la sustancia qumica se denomina hapteno y la macromolcula transportador. El complejo hapteno-transportador, a diferencia del hapteno aislado, puede actuar como un inmungeno. Linfocitos T. Tipos y funciones biolgicas.- Se denominan as porque maduran en el timo. Son los responsables de la llamada inmunidad celular especfica. Presentan en su membrana receptores denominados TCR (T cell receptor). Los linfocitos T son incapaces de reconocer al antgeno si no se lo presentan las molculas del MHC. Para que se d este reconocimiento debe formarse un complejo trimolecular: TCR, pptido o antgeno y MHC. Los linfocitos T reconocen secuencias peptdicas cortas y pueden ser de dos tipos: - Linfocitos T helper o cooperadores. Estos linfocitos actan sobre antgenos del espacio intercelular y presentan la glucoprotena CD4 en su membrana. Las clulas presentadoras de antgenos (CPA) son poblaciones celulares especializadas en captar microorganismos y otros antgenos exgenos mediante endocitosis o fagocitosis y procesarlos en fragmentos. Estos fragmentos son presentados a los linfocitos Th, mediante la colaboracin de molculas MCH clase II, y proporcionan seales que estimulan la proliferacin y la diferenciacin de linfocitos. Una clula presentadora de antgenos, por ejemplo un fagocito, degrada el antgeno en su interior celular. Respecto a los linfocitos Th, cuando una bacteria es fagocitada por un macrfago, sus protenas se cargan a nivel del RE en molculas de MHC de clase II, se transportan y se muestran al exterior. Los linfocitos Th reconocen al complejo MHCIIpptido, lo cual hace que se activen. Una vez activos, los linfocitos pasan a ser clulas efectoras que liberan citoquinas, aumentando con ello la capacidad bactericida de la clula presentadora del antgeno. Cuando la CPA es un macrfago, se activa la sntesis de enzimas lticas que son vertidas al fagolisosoma, consiguindose as la destruccin del patgeno.
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- Linfocitos T citotxicos. Estos linfocitos actan sobre antgenos del espacio intracelular y presentan en su membrana la glucoprotena CD8. Destruyen directamente clulas cancerosas o infectadas especialmente por virus. Cuando una clula es infectada, la clula presentadora de antgeno (CPA) procesa las protenas vricas y las carga en las molculas del MHC clase I, las cuales son producidas por el retculo endoplsmico. Estas molculas migran en una vescula de secrecin desde el RE hasta la membrana, de modo que se muestra el antgeno al linfocito T citotxico o linfocito Tc, que se activa al reconocer con su TCR al complejo MHCI-pptido. De esta forma la clula seala que est infectada. El linfocito Tc activado libera sustancias txicas, como las perforinas y otras molculas, que actan sobre la clula husped infectada destruyndola. En consecuencia, detiene las infecciones vricas, entre otras.
Hiptesis de la seleccin clonal.- La enunciaron Talmage, Lederberg y Burnet. Recoge esta hiptesis los postulados de la teora de la seleccin natural. Postula que los linfocitos B portan en su membrana celular receptores que son anticuerpos. Cada linfocito B tiene un nico tipo de anticuerpo. Cuado penetra un antgeno en el organismo slo se unirn a l los linfocitos con los anticuerpos especficos para reconocer los determinantes antignicos (epitopos). Cuando un linfocito reconoce y se une a un determinante antignico, se produce su activacin. Esta activacin provoca que el linfocito se divida rpidamente y se diferencie para producir un clon de clulas que se dividen en clulas de memoria y clulas plasmticas. Las clulas plasmticas son las que segregan grandes cantidades de anticuerpos especficos contra el antgeno. Cuando un organismo muere tiene el mismo repertorio inmunolgico que cuando nace, pero tendr distintos clones expandidos de algunos linfocitos segn donde haya vivido. Postulados de la teora de la seleccin clonal: - Cada linfocito posee una sola clase de receptor con especificidad nica. - La interaccin entre una molcula de antgeno extraa y un linfocito con un receptor capaz de unirse a dicha molcula con afinidad elevada da o provoca la activacin linfocitaria. - Las clulas efectoras diferenciadas derivadas de un linfocito activado poseern receptores con especificidad idntica a las de las clulas parentales de las que dichos linfocitos derivan. - Los linfocitos que poseen receptores especficos contra molculas propias son delecionados en un estadio temprano del desarrollo de las clulas linfoides, y por tanto no estn presentes en el repertorio de linfocitos maduros. Los anticuerpos monoclonales son anticuerpos que provienen de un clon de linfocito, y que reconocen a un nico antgeno. La tcnica de obtencin de anticuerpos monoclonales fue desarrollada en 1975 por Khler y Milstein, y se basa en inocular a un
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ratn un antgeno X, y sacrificarlo a los 15 das para obtener los linfocitos del bazo. Entre estos hay linfocitos que sintetizan anticuerpos del antgeno X. Si estos linfocitos se fusionan con una lnea mutante de mieloma (clulas inmortales), que no crece en medio HAT (no pueden sintetizar nucletidos porque son auxtrofos de timina), podremos separar las clulas hbridas obtenidas (hibridomas) que s crecen en medio HAT. En este medio slo sobreviven las clulas hbridas, ya que las de mieloma no pueden sintetizar nucletidos al tener bloqueada la va de novo por la aminopterina presente en el medio HAT y mueren, y los linfocitos B no hibridados no sobreviven porque no son inmortales.
Los hibridomas obtenidos tienen dos caractersticas importantes: la inmortalidad y la capacidad de sintetizar anticuerpos anti-antgeno X. Haciendo diluciones seriadas del cultivo se podrn localizar los linfocitos deseados. De este modo se obtienen los anticuerpos monoclonales, que se utilizan en inmunohistoqumica, farmacia y medicina, que por ejemplo nos permiten identificar clulas, o bien la funcionalidad de estas, o la capacidad de direccionar frmacos a determinados tumores.
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TEMA 3. ESTRUCTURA DEL SISTEMA INMUNE: CLULAS DEL SISTEMA INMUNE Ontogenia del sistema inmunitario: Formacin y maduracin de las clulas implicadas en la respuesta inmunitaria.- Las clulas del sistema inmune provienen de clulas madre pluripotenciales de la mdula sea. Esta se encuentra en el tejido seo trabecular o esponjoso en el interior de los huesos largos, cortos y planos. Existen dos tipos de mdula: la mdula sea amarilla, que es grasa y tiene un papel de reservorio energtico, y la mdula sea roja, donde se encuentran los precursores de las clulas sanguneas y clulas del sistema inmune. El proceso de formacin de todas las clulas de la sangre se denomina hematopoyesis. Todas las clulas de la sangre descienden de una clula pluripotencial comn que se compromete para diferenciarse en linajes concreto (p. ej., eritroide, megacarioctico, granuloctico, monoctico y linfoctico). Estas clulas pluripotentes se dividen para producir dos tipos de clulas madre ms especializados: - Progenitor linfoide, que genera las clulas del SI, los linfocitos T y B. Estos se distinguen por las localizaciones donde maduran y por sus receptores de antgeno. Tambin a partir de este progenitor se generan las clulas Natural Killer (NK). - Progenitor mieloide, que genera los polimorfos nucleares: eosinfilos, neutrfilos y basfilos. Hay un precursor desconocido en sangre que dar lugar a los mastocitos, los cuales se encuentran en los tejidos y participan en los procesos de hipersensibilidad. Por ltimo estn los monocitos que formarn los macrfagos (glbulos blancos), eritroblastos que derivan en eritrocitos (glbulos rojos) y megacariocitos que producen plaquetas. An no se conocen los factores que determinan la transformacin de la clula madre en los progenitores linfoide y mieloide. Las clulas del sistema inmune se diferencian en: - Clulas reconocedoras de antgenos: linfocitos y clulas accesorias (monocitos macrfagos y clulas dendrticas). - Clulas efectoras: monocitos macrfagos, neutrfilos, eosinfilos y linfocitos activados. Estas clulas se localizan o slo en los rganos linfoides (linfocitos y clulas accesorias) o en los rganos linfoides, sangre y tejidos (linfocitos y clulas efectoras). Linfocitos: desarrollo y heterogenicidad.- Dentro de los linfocitos podemos diferenciar: linfocitos B, linfocitos T (Th y Tc) y clulas K. Los linfocitos B son las nicas clulas que sintetizan molculas de anticuerpos (Ac). Dentro de los linfocitos B, los anticuerpos se encuentran en el RE y en el complejo de Golgi. En la superficie de la membrana plasmtica de estos linfocitos se encuentran como protenas integrales de membrana. Su sntesis se produce en los ribosomas adheridos al RER.
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Todos los linfocitos T tienen CD3. Los Th son adems CD4+ y los Tc son CD8+. Los linfocitos T son los responsables de coordinar la respuesta inmune celular segregando protenas o citoquinas y constituyen el 70% del total de los linfocitos. Tambin se ocupan de realizar la cooperacin para desarrollar todas las formas de respuestas inmunes, como por ejemplo la produccin de anticuerpos por los linfocitos B. Se diferencian de los linfocitos B y de las clulas asesinas (NK) por poseer un receptor especial en la superficie de la membrana, el llamado receptor de linfocitos T (TCR). Sin embargo, no es posible distinguir uno del otro a simple vista en un frotis microscpico de sangre. CD: Cluster of Differentiation (marcador fenotpico). Son protenas de membrana que nos permiten reconocer una clula especfica. Los CD3 son antgenos tpicos del SI de mamferos. Las clulas atural Killer (NK) son clulas grandes, con ncleo excntrico y con una gran cantidad de grnulos en el citoplasma que llevan perforinas y granzimas. Son clulas citotxicas, que atacan principalmente a lneas tumorales y a clulas infectadas por virus. Poseen receptores KIR, KAR y receptores para la fraccin Fc de la IgG. La NK chequea todas las clulas que encuentra a su paso, si la clula es normal se suelta y sigue su camino, pero en el caso de que la NK reconozca un clula tumoral, se une fuertemente a ella, vierte los grnulos de perforinas y granzimas, y posteriormente se suelta. En este proceso, la clula pierde parte de su citoplasma e induce la apoptosis de la clula tumoral. Esta NK al perder parte de ella, es una clula debilitada, por lo que en el caso de tumores el paciente posee una poblacin de clulas NK muy debilitado debido al combate continuo con las clulas tumorales.Linfocitos B Reconocen antgenos solubles. Responsables inmunidad humoral (Ac). Linfocitos Th Reconocen antgenos en CPA con MHC clase II. Secretan citoquinas que activan linfocitos B, macrfagos, Tc y NK. TCR: receptor de membrana. CD3+ CD4+ CD850-70% sangre perifrica. Linfocitos Tc Reconocen y lisan clulas infectadas por virus y clulas tumorales (MHC clase I). Activacin de macrfagos. TCR: receptor de membrana. CD3+ CD4CD8+ 20-25% sangre perifrica. Clulas K Reconocen y lisan clulas infectadas por virus y clulas tumorales. Citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos. KIR: receptor inhibidor. KAR: receptor activador. Receptor de Fc. CD16. CD2 CD56 ~ 10% sangre perifrica.
Funciones
Receptor del antgeno
Inmunoglobulinas de membrana. Receptores de Fc. CD19, CD20, CD21 y CD22. Molculas clase II del MHC. 10-15% sangre perifrica.
Marcadores fenotpicos
Distribucin
Fagocitos mononucleares (Monocitos): desarrollo, activacin y funcin.- Los macrfagos intervienen tanto en la inmunidad natural como en la adaptativa, y en esta ltima tanto en la inmunidad celular como en la humoral.
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En la inmunidad natural fagocitan y destruyen grmenes que han penetrado en los tejidos. Actan tambin como clulas basureras del organismo recogiendo y destruyendo tejidos lesionados, clulas viejas y clulas inservibles. Producen citoquinas (en concreto citoquinas proinflamatorias) que atraen al foco infeccioso a otras clulas inflamatorias, especialmente a los neutrfilos, siendo responsables de los efectos sistmicos de la inflamacin. Producen factores para los fibroblastos y el endotelio vascular que promueven la reparacin de los tejidos lesionados. Dentro de la inmunidad especifica o adquirida, en la inmunidad celular, actan como clulas presentadoras de antgeno al linfocito Th CD4+ activndolo, y son CPAs en la fase de reconocimiento de la respuesta inmunitaria. Cuando se activan por el linfocito T se aumenta su capacidad bactericida, aumentando su potencial fagoctico, degradativo y citoslico. Son por tanto clulas efectoras de la inmunidad celular. En la inmunidad humoral, fagocitan partculas opsonizadas con anticuerpos y actan como clulas efectoras de la inmunidad humoral. Los macrfagos tienen una serie de clusters de diferenciacin (protenas de membrana) que permiten reconocerlos en el laboratorio: CD14, es un receptor del lipopolisacrido bacteriano (LPS); CD64, CD32 y CD16, son receptores de la fraccin Fc de los anticuerpos; CD35, es el receptor para C3b (protena del complemento); y CD11a, b y c, son molculas de adhesin del macrfago. Clulas presentadoras de antgenos.- Los linfocitos B, los macrfagos y las clulas dendrticas son clulas presentadoras de antgenos (CPA). Las clulas dendrticas tienen un ncleo central y una forma estrellada con una gran cantidad de prolongaciones digitiformes. Existen dos tipo de clulas dendrticas: interdigitantes y foliculares. Si se habla en el sentido amplio de clula dendrtica, nos referimos a las interdigitantes. CLULAS DE DRTICAS Interdigitantes Foliculares Presentar Ag a clulas Th CD4+ - Atrapar Ag opsonizados - Mostrar Ag a linfocitos B Precursores de mdula sea - No derivan de precursores de mdula sea Intersticio de la mayora de los - Centros germinales de folculos rganos. linfoides secundarios en Ganglios linfticos y bazo ganglios linfticos Epidermis: clulas de Langer- - Bazo hans (Grnulos de Birbeck) - Tejidos linfoides asociados a mucosas
Tipos Funciones Origen Distribucin
-
Las clulas dendrticas interdigitantes que se localizan en la epidermis se llaman clulas de Langerhans, y tienen grnulos de Birbeck. Son clulas muy inmaduras y las primeras en llegar al foco de infeccin. Al atrapar un patgeno se activan y empiezan a madurar cambiando su morfologa externa y los receptores de membrana, de
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tal manera que se dirigen al ganglio linftico ms prximo y all presentan el antgeno a los linfocitos Th. Las clulas foliculares se encuentran en los folculos de los ganglios linfticos. No se sabe cul es su precursor. Estos folculos pueden ser primarios (tienen linfocitos B en reposo) o secundarios (tienen linfocitos B en proliferacin). Fagocitos polimorfos nucleares (PM ): neutrfilos, eosinfilos, basfilos y mastocitos.- Se denominan polimorfos nucleares, porque sus ncleos tienen distintas formas. Tambin son conocidos como granulocitos, porque en el interior de sus citoplasmas poseen grnulos de enzimas. Tambin toman el nombre de micrfagos. Derivan de la mdula sea, de la clula madre pluripotencial. - eutrfilos: Se encuentran en el torrente sanguneo y son las clulas ms comunes en el proceso inflamatorio. Son las primeras en llegar al foco de infeccin, dirigidas por interleuquinas (IL-8) y por el interfern INF en un proceso denominado quimiotaxis. Tienen una vida media muy corta y dan lugar al pus. Producen la fagocitosis y tienen un elevado poder bactericida. En su superficie, podemos encontrar receptores para la fraccin Fc de los anticuerpos y para C3b: CD16, CD32 y CD35. La presencia de estas protenas nos permiten identificar a los neutrfilos. - Eosinfilos: Estas clulas intervienen en la destruccin de parsitos helmintos (lombrices) recubiertos de anticuerpos. Se encuentran elevados en nios con lombrices, y tambin en procesos alrgicos como el asma. Sus grnulos poseen un pH cido. Se caracterizan por la presencia de receptores de alta y baja afinidad para la IgE (FcE RI y FcE RII, respectivamente) y adems el CD23. ota: I significa alta afinidad. II significa media afinidad. Ejemplo: FcE RI significa: receptor (R) de alta afinidad (I) de la fraccin c (Fc) del anticuerpo IgE (E). Cuando hay infeccin por lombrices, se transforman los linfocitos B en clulas plasmticas que liberan anticuerpos, y entre ellos las IgE. La IgE se pega a los receptores de los eosinfilos, y a los antgenos de la lombriz, lo que conlleva a la desgranulacin del PMN y la destruccin del parsito. - Basfilos: Poseen grnulos en su citoplasma con un pH bsico. Su precursor es desconocido, pero provienen de la mdula sea. Se caracterizan por poseer receptores de membrana de alta afinidad para la IgE (FcE RI). Actan de forma similar a los mastocitos. - Mastocitos: Intervienen cuando se necesita una respuesta inmune muy rpida. Se caracterizan por llevar receptores de alta afinidad para la IgE (FcE RI) e intervienen en los procesos de alergia y anafilaxis fundamentalmente. Cuando se activa el mastocito por IgE, es decir cuando penetra un patgeno en el organismo y es opsonizado con IgE, que son detectadas por los receptores del mastocito, se produce un entrecruzamiento entre las IgE mediado por los antgenos del patgeno. Este entrecruzamiento induce una seal que conlleva a la desgranulacin del mastocito, y la liberacin de histamina, dopamina, leucotrienos y citoquinas, de tal manera que estas sustancias provocan una vasodilatacin, un aumento de clulas
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inflamatorias y un aumento de secrecin, lo que explica la rojez, la inflamacin y la secrecin (el aumento de moco y lagrimeo) en un proceso alrgico. Las caractersticas de los diferentes polimorfos nucleares (y de los macrfagos) se recogen en la siguiente tabla: Clula Macrfago
Funcin activadaFagocitosis y activacin de mecanismos bactericidas. Presentacin del antgeno.
CD CD14: receptor LPS CD64: receptor Fc de Ac. CD32: receptor Fc de Ac. CD16: receptor Fc de Ac. CD35: receptor C3b. CD11a, b y c. Receptores para Fc y C3b: CD16, CD32 y CD35
Neutrfilo Fagocitosis y activacin de mecanismos bactericidas Eosinfilo
CD23: Fc RII: receptor afinidad Destruccin de parsitos media IgE. recubiertos de Ac (sobre todo Fc RI: receptor de alta afinidad helmintos). IgE. Desconocida Fc RI: receptor de alta afinidad IgE.
Basfilo
Mastocito Liberacin de grnulos que contienen histamina y otros agentes vasoactivos. ota: Ac = anticuerpo Fc RI: receptor de alta afinidad IgE.
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TEMA 4. ANATOMA FUNCIONAL DE LOS RGANOS LINFOIDES El sistema linftico recoge todo el lquido intersticial en los diferentes tejidos del organismo, para terminar drenando en el sistema circulatorio sanguneo a travs de la vena cava superior. El sistema linftico es un sistema paralelo al circulatorio donde se filtran todos los patgenos que entran en la linfa. Los tejidos del sistema inmune se diferencian en rganos linfoides primarios o generadores (mdula sea y timo) y rganos linfoides secundarios o perifricos (ganglios linfticos, bazo y tejido linftico asociado a mucosas). rganos linfoides primarios: Mdula sea y Timo.- En la mdula sea hematopoytica, o mdula sea roja, se producen las clulas sanguneas mediante un proceso denominando hematopoyesis. Esta mdula sea roja se encuentra en el tejido trabecular o esponjoso del hueso. Durante el desarrollo embrionario, la hematopoyesis ocurre en el hgado. En los mamferos, la mdula roja se localiza en las cabezas de los huesos largos, como el fmur, y en los intersticios de los huesos esponjosos, como el esternn, cuerpos vertebrales o la pelvis. En ella se forman y diferencian la mayora de las clulas sanguneas a partir de una poblacin comn de clulas madre, indiferenciadas y pluripotenciales. Estas clulas se consideran: - Clulas madre, por ser el origen de todas las clulas sanguneas - Indiferenciadas, porque no se han especializado en funciones definidas - Pluripotenciales, por poseer el potencial de generar cualquier tipo de clula sangunea. La demanda del organismo, segn las necesidades, y la actuacin de los diferentes factores de crecimiento, permite la diferenciacin de las clulas sanguneas. Los leucocitos se originan (leucopoyesis) en la mdula sea roja, desde donde pasan a la sangre. Durante ms o menos tiempo, segn el tipo de clulas, se mantienen como leucocitos circulantes que recorren el cuerpo por el torrente circulatorio. Segn la forma del ncleo se clasifican en: Leucocitos con ncleo sin lbulos o mononucleares: Linfocitos Monocitos Leucocitos con ncleo lobulado o polimorfonucleares: Neutrfilos Basfilos Eosinfilos Los monocitos abandonan posteriormente la sangre para establecerse en diversos tejidos y cavidades del cuerpo, donde se convierten en macrfagos. Los linfocitos abandonan asimismo el torrente circulatorio para ubicarse en los distintos rganos linfoides secundarios. El timo es un rgano bilobulado, situado en el trax, bajo la parte superior del esternn. Est rodeado por una cpsula de tejido conjuntivo que forma invaginaciones
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denominadas trabculas. Estas trabculas dividen al timo en lobulillos. La vascularizacin y la inervacin discurren por las trabculas. En el timo encontramos en cada lobulillo una regin superficial denominada corteza y una regin ms profunda denominada mdula. Mientras que los linfocitos B maduran en la mdula sea, los linfocitos T lo hacen en el timo. El precursor linfoide de los linfocitos T da lugar a una estirpe de clulas que migran desde la mdula sea al timo (pretimocitos). Estas clulas, cuando se localizan en la corteza se denominan protimocitos y timocitos comunes. En el timo sern educadas o diferenciadas, destruyndose aquellas que sean autorreactivas, es decir, aquellas que reconocen antgenos propios. En la corteza tambin hay clulas epiteliales. Los pretimocitos deben atravesar la zona corticomedular, donde se efecta una seleccin positiva y negativa de los timocitos, de modo que slo el 5% la atraviesan. Los timocitos autorreactivos (los que atacan clulas propias) son destruidos, ya que si se dejaran llegar al torrente sanguneo, el individuo adulto sufrira enfermedades autoinmunes. Los que han conseguido superar esta seleccin se ponen en contacto con otras clulas de la mdula del timo (clulas dendrticas y epiteliales). En la mdula se encuentran los corpsculos de Hassall encargados de limpiar todos los restos celulares producidos en la seleccin de los timocitos. Cuando los timocitos pasan de la corteza a la mdula van diferencindose a linfocitos T, ello implica la existencia de un gradiente de diferenciacin desde la corteza hacia la mdula. Finalmente, los timocitos maduros, que se denominan linfocitos T maduros (CD4+ o CD8+), salen a la sangre perifrica. Pueden ser linfocitos T helper (CD4+) o T citotxicos (CD8+). Los linfocitos T maduros se dirigen hacia los ganglios linfticos, hacia el bazo, o hacia el MALT (tejido linfoide asociado a mucosas). rganos linfoides secundarios: Ganglios linfticos, bazo y otros tejidos linfoides perifricos.- Los ganglios linfticos son organizaciones de tejido linfoide encapsulado con forma globular o arrionada. Se encuentran a lo largo del sistema circulatorio linftico. Los ganglios linfticos constituyen centros de vigilancia local o regional, formando parte de una red donde las clulas fagocticas filtran la linfa, atrapando las partculas antignicas. Los antgenos son procesados y presentados a los linfocitos T, que cooperan con los linfocitos B para iniciar las respuestas especficas. Existen agrupaciones de ganglios linfticos estratgicamente situados en zonas como el cuello, las axilas, las ingles, el mediastino y la cavidad abdominal, que drenan diferentes regiones superficiales y profundas del organismo. Los ganglios linfticos poseen una cpsula que lo envuelve, y emite trabculas que dividen al ganglio en lbulos. Presentan una corteza que posee folculos linfoides primarios y secundarios. Los folculos primarios contienen linfocitos B en reposo que han penetrado por los vasos sanguneos, pero cuando entra un antgeno patgeno estos linfocitos comienzan a proliferar, originndose as los centros germinales. En esta situacin los folculos primarios se transforman en secundarios los cuales contienen linfocitos B proliferantes que darn lugar a linfocitos B activos.
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Tambin contienen los ganglios linfticos una zona paracortical, que es rica en linfocitos T maduros, los senos y cordones medulares, donde se encuentran clulas plasmticas, clulas dendrticas y macrfagos. Esta disposicin de las clulas favorece la presentacin del antgeno por la CPA tanto al linfocito B como al linfocito T. Los ganglios poseen vnulas de endotelio alto (HEV), que son capilares compuestos en su interior por clulas endoteliales planas, as como por molculas de adhesin o integrinas, las cuales hacen que unas clulas se peguen ms que otras a estos capilares, facilitando la migracin de las clulas a determinados tejidos y no a otros. Estas molculas de adhesin facilitan la llegada al ganglio de molculas que tienen su residencia en l, sobre todo cuando hay un agente patgeno que debe reconocerse. Los ganglios estn irrigados tanto por el sistema sanguneo como por el linftico. Los linfocitos B entran al ganglio linftico por la arteria ganglionar y van pasando por diferentes ramificaciones hasta llegar a los capilares, donde existen vnulas de endotelio alto para facilitar que los linfocitos lleguen a la corteza y a los folculos linfoides. Cuando estos linfocitos B se ponen en contacto con un antgeno, proliferan constituyendo un centro germinal y forman un folculo secundario. Transformadas en clulas plasmticas, salen del ganglio a travs del vaso linftico eferente y migran al sitio de la infeccin. Los microorganismos que, por sus factores de virulencia resisten frente a las defensas existentes en los ganglios, salen de ellos con la linfa y alcanzan la circulacin sangunea que los disemina por el organismo. Esta infeccin de la sangre por microorganismos se denomina septicemia. Segn sean los microorganismos infectantes, bacterias, virus u hongos, la septicemia puede denominarse bacteriemia, viremia o fungemia, respectivamente. Cuando esto ocurre (o cuando los microorganismos llegan directamente a la sangre), la mayor probabilidad de controlar inmunolgicamente la situacin correr a cargo del bazo. El bazo es un rgano que ejerce funciones de depuracin sangunea. Se encuentra dentro de la cavidad peritoneal, detrs del estmago y cercano al diafragma. Se encarga de la respuesta inmune a antgenos que penetran por va sangunea. Todo el bazo se encuentra irrigado por la arteria esplnica, que forma grandes redes que recubren al rgano, por lo que es un rgano que sangra con mucha facilidad. Est rodeado por una cpsula conjuntiva que emite trabculas hacia el interior y sirven de apoyo a las diferentes clulas que forman el parnquima del bazo. Este est constituido por dos tipos de tejidos:
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- La pulpa roja, es donde se destruyen los eritrocitos que han perdido funcionalidad (aclaramiento sanguneo). Es la zona encargada de destruir clulas viejas sanguneas (si no se destruyeran podran dar lugar a trombos). En definitiva, los individuos sin bazo poseen una mayor cantidad de clulas en el torrente circulatorio y por consiguiente una mayor viscosidad y un mayor riesgo de trombosis. Otro problema que se presenta es que hay una mayor dificultad para defenderse, sobre todo de agentes infecciosos capsulados. - La pulpa blanca. Es la encargada de filtrar los patgenos que penetran por va sangunea. En cada trabcula se encuentra una arteriola de la arteria esplnica rodeada por un seno marginal que posee una lmina linfoide periarteriolar (PALS) rica en linfocitos T, y folculos donde se encuentran los linfocitos B. Esta disposicin favorece la presentacin del antgeno y la cooperacin entre los linfocitos T y B. Tejido linfoide asociado a las mucosas (MALT).- Este tejido se localiza en la submucosa de los aparatos gastrointestinal, genitourinario y respiratorio. Es un tejido no encapsulado que se encarga de la respuesta inmune a antgenos de las mucosas. Forma agrupaciones de tejido linfoide no encapsulado que se asocia a las mucosas, y agrupa los siguientes tejidos: - BALT: Tejido linfoide asociado a la mucosa bronquial, filtra los patgenos que penetran por va respiratoria. - MALT: Tejido linfoide asociado a las mucosas, de forma genrica. - GALT: Tejido linfoide asociado al tubo digestivo, que incluye al adenoides, las amgdalas, el apndice y las placas de Peyer. Es el encargado de filtrar los agentes patgenos que penetran por va digestiva, junto con los alimentos. En este tejido existe un folculo con gran cantidad de linfocitos B, los cuales proliferan si entra un patgeno, originando un centro germinal prximo a reas ricas en linfocitos T. En las mucosas es donde hay una mayor cantidad de IgA para la defensa. Existen clulas M, que facilitan el paso de IgA, situadas en la parte superior de la pared del intestino, la ms cercana a la luz. Este trasiego de anticuerpos desde la pared intestinal a la luz se conoce como transcitosis. Esto permite la informacin al sistema inmune de la penetracin de un patgeno por va digestiva. Circulacin linfocitaria.- Los linfocitos B pasan al torrente sanguneo desde la mdula sea y se dirigen a los rganos linfoides secundarios. Desde estos rganos los linfocitos vuelven a la sangre. Los linfocitos T se dirigen hacia el timo, y
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los linfocitos B, en las aves se dirigen hacia la bolsa de Fabricio (donde maduran), pero en mamferos se retienen en la propia mdula sea. Por su parte, los linfocitos T parten del timo hacia la sangre y la linfa, y siguen el mismo ciclo que los linfocitos B. En resumen, desde los rganos linfoides primarios se dirigen hacia los rganos linfoides secundarios por va linftica los linfocitos T, y por va sangunea los linfocitos B y T. Un ciclo completo de recirculacin de un linfocito dura 24 horas, atravesando los ganglios linfticos 25 109 linfocitos cada da. El 2% de los linfocitos est en la sangre y el 98% en los rganos linfoides perifricos. Esta recirculacin es un sistema de continua vigilancia que permite estar en contacto con el medio externo. Se trata de una defensa sistmica, lo cual es ventajoso. El problema es que si enferma el sistema inmune se ve afectado todo el organismo, es decir, aparecen enfermedades sistmicas. En una electroforesis de las protenas plasmticas aparecen dos bandas: una correspondiente a la albmina (la protena ms abundante en la sangre) y la otra a las globulinas.
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TEMA 5. EL RECEPTOR ANTIGNICO DEL LINFOCITO B: LAS INMUNOGLOBULINAS. A finales del siglo XIX, Behring defini los anticuerpos. Aos despus, en 1937, Tiselius descubre la electroforesis y con esta tcnica se observ que los anticuerpos migraban junto con las gammaglobulinas, hacindose sinnimos ambos trminos. Sin embargo, en 1953 Grabar aplic la inmunoelectroforesis y vio que no todos los anticuerpos eran gammaglobulinas. Peter y Hebermans establecieron en 1959 la estructura bsica de los anticuerpos con una conformacin tetrapptica tal como se conoce actualmente y proponen el trmino de inmunoglobulinas. En 1964 la OMS acept el trmino pasando a denominarse las tres inmunoglobulinas hasta entonces conocidas como IgM, IgA e IgG. Posteriormente Rowe e Ishizaka descubrieron la IgD y la IgE, respectivamente. Los anticuerpos (tambin conocidos en la actualidad como inmunoglobulinas) son glucoprotenas del tipo gammaglobulina. Pueden encontrarse de forma soluble en la sangre u otros fluidos corporales de los vertebrados, pero adems disponen de una forma idntica asociada membrana que acta como receptor de los linfocitos B. Los anticuerpos son empleados por el sistema inmunitario para identificar y neutralizar elementos extraos tales como bacterias, virus, parsitos, etc. Los linfocitos B son las nicas clulas que sintetizan molculas de anticuerpos. Estructura bsica de las inmunoglobulinas.- Como se ha dicho, los anticuerpos pueden aparecer en la membrana del linfocito B como receptores de membrana, o en forma secretada, que en el caso de IgM y de IgA forman estructuras pentamricas y dimricas, respectivamente. Cuando el anticuerpo se encuentra en la membrana, su funcin es el reconocimiento de los antgenos patgenos por medio de la regin variable, pero cuando est en forma soluble tiene la funcin de reclutamiento de clulas y molculas, para destruir el patgeno, por medio de la regin constante. Los anticuerpos tienen una estructura en forma de Y, integrada por cuatro cadenas polipeptdicas: dos cadenas ligeras (L) y dos pesadas (H), y segn sean estas dos ltimas se tendr un tipo de anticuerpo u otro. Las cadenas ligeras pueden ser o dos cadenas o dos cadenas (nunca una y una ), pero no definen el tipo de anticuerpo. Las dos cadenas ligeras (L) son idnticas, de unos doscientos aminocidos cada una (24 KDa), y estn divididas en dos dominios globulares: uno variable (V) en el extremo N-terminal y otro constante (C) en el extremo C-terminal. En cada linfocito B slo se expresa uno de los dos tipos posibles de cadena ligera: kappa () o lambda (). Las dos cadenas pesadas (H), tambin son idnticas, de unos cuatrocientos aminocidos cada una (55-70 KDa). Estn divididas en cuatro dominios globulares: uno variable (V) en el extremo N-terminal y tres constantes (C) en el extremo C-terminal.
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Las cadenas pesadas determinan el isotipo del anticuerpo: - IgG, es de cadena pesada . Posee cuatro subtipos: IgG1 (1), IgG1 (2), IgG1 (3) e IgG4 (4). - IgA, es de cadena pesada . Posee dos subtipos: IgA1 (1) e IgA2 (2). - IgM, tiene la cadena pesada . - IgD, con cadena pesada . - IgE, es de cadena pesada . El dominio globular constante es denominado fraccin constante o cristalizable y se identifica con las letras Fc. El dominio globular variable se denomina fraccin variable y se identifica con la sigla Fab. La Fab se encarga del reconocimiento de los antgenos, mientras que la Fc es la que da mayor funcionalidad a los anticuerpos, y adems se encarga de destruir al patgeno mediante el reclutamiento de otras clulas y molculas. El conjunto de determinantes presentes en los dominios de la fraccin constante caracterizan la clase y tipo de inmunoglobulina (Ig) y constituyen el isotipo de un anticuerpo. El conjunto de determinantes singulares o idiotopos de los dominios variables constituyen el idiotipo del anticuerpo. Las cuatro cadenas estn unidas por puentes disulfuro intercatenarios formados entre residuos de cistena. Cada cadena tiene un extremo amino y otro carboxilo, siendo el extremo amino el que corresponde a la fraccin variable, que es la zona por la que los anticuerpos se unen al antgeno. El extremo carboxilo es donde reside la mayor cantidad de funciones del anticuerpo, le permite unirse a clulas y tejidos adquiriendo stos funcin inmune. Para estudiar la estructura de los anticuerpos se usan habitualmente dos enzimas proteolticas: papana y pepsina. La papana rompe los anticuerpos por delante del puente disulfuro que une las dos cadenas pesadas, de modo que se obtienen una Fc y dos Fab. Por su parte, la pepsina rompe por detrs del puente disulfuro que une las dos cadenas pesadas originando una fraccin grande con las dos Fab y una Fc que ser destruida por la propia pepsina. La zona en la que se encuentran los puentes disulfuro se conoce como zona bisagra. Esta zona da mayor flexibilidad a los brazos del anticuerpo para que puedan unirse a mayor cantidad de antgenos. Es la zona prxima a donde se unen las fracciones Fab y Fc. La zona de unin al antgeno est constituida por los extremos aminos de las cadenas Ly H. Aqu se forman unos bolsillos o bucles donde encaja aquel perfectamente. Tanto la fraccin variable como la constante se disponen en dominios. Estos dominios son secuencias de aminocidos (aproximadamente 110 residuos) que se disponen en forma globular o de bucles.
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Los bucles se forman debido a la existencia de puentes disulfuro intracatenarios entre los residuos de cistena, que aparecen en las cadenas ligeras y pesadas. Estos dominios han configurado la superfamilia de las inmunoglobulinas. Dentro del dominio variable de ambos tipos de cadenas, hay zonas an ms variables: las regiones hipervariables. Estn compuestas por las regiones CDR o regiones determinantes de complementariedad y de los marcos o frame. De las CDR hay tres: CDR1, CDR2 y CDR3, siendo CDR3 la ms variable. Estas regiones estn sujetas por las regiones marcos: FR1, FR2, FR3 y FR4. Los anticuerpos se encuentran glicosilados o carbonatados en los dominios constantes. La forma en que se disponen los dominios se debe a la existencia de una serie de hebras antiparalelas. En el caso de los dominios constantes llevan 3 y 4 hebras, mientras que las variables llevan 4 y 5. De modo que cuando se conforman para formar los dominios globulares lo hacen en hoja plegada , quedando un hueco en el interior mantenido por puentes disulfuro. Al plegarse las hojas las regiones hipervariables quedan al exterior participando as en el reconocimiento del antgeno. Es en las regiones hipervariables donde se da la mayor variabilidad dentro de las cadenas de las inmunoglobulinas. Esta gran variabilidad es lo que le da al anticuerpo la capacidad de reconocer una gran variedad de antgenos. Es lo que se conoce como diversidad combinatoria. Las funciones de las diferentes inmunoglobulinas segn su Fc son: Clase IgG IgA IgM IgD IgE Fijacin del Transferencia complemento placentaria + + + Presencia en LCR + + Sensibilizacin Secrecin cutnea seromucosas + + + -
La IgG es el anticuerpo ms abundante, de ah la gran cantidad de funciones que lleva a cabo. Adems de atravesar la barrera placentaria, puede atravesar la barrera
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hematoenceflica, por lo que tambin est presente en lquido cefalorraqudeo (LCR). La IgA es liberada por los linfocitos activos del tejido linfoide asociado a las mucosas, y se libera de forma dimrica. Por su parte la IgD aparece en una etapa muy temprana del desarrollo de los linfocitos B. Los calostros, que son las primeras secreciones de leche materna tras el parto, son muy ricos en IgA. Por esto se ha de potenciar la lactancia materna, ya que confiere inmunidad pasiva al lactante. En el caso de la IgM, si se encuentra en el recin nacido, es porque este ha sufrido una infeccin intrauterina y ha tenido que desarrollar una respuesta inmune por si mismo (va de urgencia), ya que estos anticuerpos no pueden cruzar la barrera placentaria desde la madre.
COROLARIO DE LA ESTRUCTURA BSICA DE LOS ANTICUERPOS - El extremo amnico, tanto de las cadenas pesadas como ligeras, es muy variable, y esta variabilidad condiciona la especificidad para el antgeno. Este extremo forma parte del fragmento Fab. - El extremo carboxlico de las cadenas ligeras kappa () o lambda () es constante. - El extremo carboxlico de las cadenas pesadas de cada una de las clases de Ig es constante, pero vara de una clase de Ig a otra. Una parte de este extremo corresponde al fragmento Fc que determina su funcin. Variaciones antignicas de las inmunoglobulinas: isotipos, alotipos e idiotipos.- Las Ig son protenas, por consiguiente tambin pueden actuar como antgenos. Esta caracterstica es la que ha permitido hacer las diferencias isotpicas, alotpicas e idiotpicas de los anticuerpos. En el estudio de los anticuerpos, se suelen utilizar estos como antgenos, sobre todo para conocer las diferencias entre los distintos tipos de inmunoglobulinas. Si se inyectan anticuerpos IgG de conejo a un ratn, se producirn anticuerpos anti-IgG de conejo por el SI del ratn. Los anticuerpos del ratn actan contra los dominios constantes de las cadenas pesadas de la IgG de conejos. Las diferencias isotpicas entre los anticuerpos se encuentran en los dominios constantes de las cadenas pesadas. De este modo se determinaron las cinco clases de Ig y las diferentes subclases. Las diferencias alotpicas se encuentran en algunos alelos de los dominios constantes de las cadenas pesadas. No tienen ninguna significacin fisiolgica, pero se pusieron de manifiesto cuando a un individuo (A) de una especie se inocularon anticuerpos de otro individuo (B) de la misma especie. El individuo A produca anticuerpos anti-anticuerpos del individuo B. Las diferencias idiotpicas se pusieron de manifiesto cuando a un individuo de una especie se le inocularon anticuerpos de un individuo de la misma especie genticamente
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idntico (gemelos). Entonces se observ que el primer individuo produca anticuerpos anti-anticuerpos de su gemelo (o clon). Pero segn este experimento tendramos anticuerpos contra nuestros propios anticuerpos. Se ha comprobado que estos anticuerpos existen y que suponen un mecanismo para la regulacin de la respuesta inmune, lo cual significa que un mismo individuo produce anticuerpos contra sus propios anticuerpos. Esta no es ms que la forma de frenar la respuesta inmune y ocurre cuando un individuo produce una respuesta inmune y anticuerpos ante la presencia de un antgeno. Cuando el patgeno ha sido destruido, llega un momento en el que la respuesta del SI se hace innecesaria. La forma de detener la produccin de anticuerpos es la formacin de anticuerpos contra los propios anticuerpos. La autotolerancia depende de la cantidad de anticuerpos generados, puesto que para que se formen los anticuerpos anti-idiotipos se necesita gran cantidad de Ig. Las diferencias idiotpicas de ambos tipos de anticuerpos se encuentran en las regiones variables tanto de las cadenas ligeras como de las pesadas. Cuando tenemos una respuesta inmune desmesurada (con unos niveles desmesurados de anticuerpos), el sistema inmune produce estos anticuerpos autorreactivos para frenar la respuesta inmune. Slo hay IgE en altos niveles en los alrgicos, los asmticos y en infecciones por helmintos. Caractersticas de los principales isotipos.- Las diferencias entre las distintas clases de Ig radican fundamentalmente en la presencia de la regin bisagra, ya que hay Ig que no poseen esta regin. Otras diferencias son la cantidad de dominios, o el nmero de los puntos de glicosilacin. Las formas monomricas aparecen en la membrana del linfocito B como receptores. Inmunoglobulina G. Posee una regin bisagra, un dominio constante en las cadenas L y tres en las cadenas H. Es el principal anticuerpo presente en sangre: supone el 80% de los anticuerpos que componen un suero normal y constituye el 20% de las protenas plasmticas totales. Se produce en gran cantidad durante la respuesta secundaria a un antgeno. Aparece entre 24 y 48 horas despus de que el antgeno estimule la diferenciacin de los linfocitos B, y contina la interaccin antgeno-anticuerpo iniciada por la IgM. Proporciona resistencia a largo plazo, por ser la inmunoglobulina producida por un alto porcentaje de las clulas B de memoria. Atraviesa la placenta, pasando de la madre al feto, lo que le proporciona inmunidad pasiva. Adems se secreta tambin en la leche materna, por lo que realiza la misma funcin sobre el neonato. Puede unir el complemento y facilitar la fagocitosis. Es el anticuerpo ms opsonizante.
Inmunoglobulina A. Presenta zona bisagra, un dominio constante en las cadenas L y tres en las cadenas H. Es la segunda inmunoglobulina en mayor concentracin en el suero (10-15% de los anticuerpos de un suero normal). Existen dos formas: IgA srica, presente en el suero y parecida a la IgG y la IgA secretada, que es un dmero formado por dos monmeros que se mantienen unidos por puentes disulfuro y estabilizado por una cadena J. Se acumula en las secreciones corporales proporcionando resistencia, al inhibir la adhesin de parsitos y microorganismos a los tejidos. Esta estructura
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dimrica es capaz de realizar la transcitosis (ver pg. 23), que permite la liberacin de la Ig A y el reconocimiento de los antgenos que han penetrado por el sistema digestivo (placas de Peyer). La forma dimrica se produce por la unin de las Fc de las cadenas H por puentes disulfuro. Inmunoglobulina M: no tiene regin bisagra, tiene un dominio constante en las cadenas L y cuatro en las cadenas H, los cuales se encuentran muy glicosilados (5 puntos de glicosilacin por cadena H). Esta inmunoglobulina al ser secretada forma estructuras pentamricas y hexamricas, que quedan estabilizadas por la cadena J (glicoprotena). Constituye el 5-10% de los anticuerpos que componen un suero normal. Se le denomina macroglobulina, por ser la molcula de anticuerpo ms grande. Forma un pentmero integrado por cinco monmeros conectados por las regiones Fc mediante puentes disulfuro intercatenarios y una cadena polipeptdica denominada cadena J. La presencia de cinco monmeros le proporciona diez sitios de unin al antgeno (valencia 10). La IgM es el primer anticuerpo presente en sangre en la respuesta primaria a un antgeno. Tambin en su forma monomrica, es el primero en aparecer en la membrana de los linfocitos B durante su desarrollo ontognico. Su mltiple valencia, que facilita la precipitacin, la aglutinacin y la fagocitosis, y sus capacidades para activar el complemento son cruciales en los primeros estadios de la respuesta especfica. Inmunoglobulina D. Presenta zona bisagra y se encuentra, desde las primeras etapas del desarrollo ontognico, en la membrana de los linfocitos B como receptor antignico BCR (B Cell Receptor). Su funcin es poco conocida y, al contrario que la IgM, raramente se encuentra en forma soluble.IgG1 Cadena pesada Peso molecular (kDa) Nivel en suero (media en adultos mg/ml-1) Vida media en suero (das) 1 146 IgG2 2 146 IgG3 3 165 IgG4 4 146 Inmunoglobulina IgM IgA1 970 1 160 IgA2 2 160 IgD 184 IgE 188
9
3
1
0,5
1,5
3
0,5
0,03
5 10-5
21
20
7
21
10
6
6
3
2
Inmunoglobulina E. No presenta zona bisagra, tienen un dominio constante en las cadenas L y cuatro en las cadenas H. Se encuentra distribuida principalmente en la piel, y su porcentaje en sangre es muy bajo (menos de un 1%). Tiene especial afinidad por receptores de la membrana plasmtica de basfilos en sangre y de mastocitos o clulas cebadas en los tejidos. Cuando IgE une a los antgenos responsables de las alergias (alrgenos), se secretan sustancias como la histamina que produce sntomas de alergia.
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Parece que una de sus funciones fisiolgicas es la proteccin frente a los parsitos metazoos, ya que los individuos con parasitosis presentan valores altos de IgE. Distribucin y purificacin de los anticuerpos.- De forma natural los anticuerpos se encuentran distribuidos por los siguientes sitios: - En los linfocitos B en su membrana plasmtica, en el retculo endoplasmtico rugoso y en el aparato de Golgi. Cuando es el receptor de membrana se encuentra en forma monomrica. - En el plasma sanguneo y en los fluidos intersticiales. - En la superficie de ciertas clulas efectoras que poseen receptores para Fc de los anticuerpos como las NK, macrfagos, eosinfilos y basfilos. - En los fluidos secretados por el organismo: moco o leche. La purificacin de los anticuerpos de una mezcla de ellos se puede hacer por precipitacin o mediante tcnicas de cromatografa. Al aadir sulfato amnico a la mezcla de anticuerpos estos precipitan, por lo que con una centrifugacin posterior se obtiene un pellet con los anticuerpos. El precipitado anterior se puede disolver en un tampn (buffer) y separar los anticuerpos mediante cromatografa. La Cromatografa se puede hacer por filtracin en gel, intercambio inico, de afinidad, protena A de Staphylococcus, o HPLC. La separacin en gel, separa las protenas por tamao y la de intercambio inico mediante la carga elctrica. La cromatografa de afinidad y por protena A, separan las protenas mediante una determinada especificidad. El HPLC es una cromatografa que separa por tamao y carga, pero se le aade una presin para que fluya ms rpidamente. Como se ha dicho anteriormente, los anticuerpos pueden encontrarse insertos en la membrana formando el BCR (receptor de membrana de linfocitos B), siempre en forma monomrica, o en sangre en forma secretada. En este ltimo caso pueden ser formas monomricas, dimricas o pentamricas. Para estudiarlos generalmente se extrae sangre de la fisura anterior del codo y se centrfuga, originndose tres capas: la superior de plasma, la intermedia de plaquetas y leucocitos, y la inferior de eritrocitos. Si se somete a electroforesis el plasma, encontramos albminas y globulinas, habiendo en estas ltimas diferentes fracciones: , y . Dentro de la fraccin se encuentran los anticuerpos.
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TEMA 6. INTERACCIN DEL ANTICUERPO CON EL ANTGENO. Caractersticas estructurales de los antgenos biolgicos. Concepto de antgeno, de inmungeno y de hapteno.Antgeno: Es una sustancia extraa al organismo, capaz de unirse a un anticuerpo o a un TCR (T Cell Receptor). Anticuerpo: Son glucoprotenas del tipo gamma globulina. Pueden encontrarse de forma soluble en la sangre u otros fluidos corporales de los vertebrados, disponiendo de una forma idntica que acta como receptor de los linfocitos B. Los anticuerpos son empleados por el sistema inmunitario para identificar y neutralizar elementos extraos tales como bacterias, virus o parsitos. Inmungeno: Un inmungeno es una sustancia con capacidad para unirse a un BCR (B Cell Receptor) o a un TCR y es, por si solo, capaz de estimular una respuesta inmune y convertirse en diana de dicha respuesta. Todos los inmungenos son antgenos. Exposiciones secundarias al inmungeno conducen a respuestas ms enrgicas y rpidas (respuestas secundarias o de memoria). Hapteno: Son molculas pequeas de bajo peso molecular, incapaces de producir una repuesta inmunolgica por si mismas. Necesitan unirse a una protena transportadora, conocida como carrier o transportador, para provocar una respuesta inmunolgica. Se ha comprobado que se si produce la inmunizacin de un conejo con un conjugado hapteno-portador, el animal produce tres conjuntos distintos de anticuerpos. Un conjunto incluye anticuerpos de hapteno especficos que reaccionan con el mismo hapteno en cualquier portador, as como con haptenos libres (especfico de hapteno). El segundo conjunto de anticuerpos es especfico contra la protena portadora aislada. Finalmente, algunos anticuerpos slo reconocen el conjugado especfico de hapteno y portador empleado en la inmunizacin, ya que al parecer se une a sitios en la reaccin en que el hapteno se asocia a dicho portador, por esto se denomina especfico de conjugado. La mayor parte de los anticuerpos ser de este ltimo tipo, lo que demuestra que la verdadera respuesta inmune se da cuando el hapteno se une al portador. La suma de estos tres tipos de anticuerpos produce la respuesta inmune. Factores de los que depende la inmunogenicidad de un antgeno.Inmunogenicidad es la capacidad o propiedad que permite a una sustancia inducir una respuesta inmune detectable. Los factores de los que depende se pueden resumir en los siguientes: - La condicin de sustancia extraa. Mayor respuesta mientras ms extraa sea a la especie.
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- El peso molecular, ser mayor la respuesta a mayor tamao. - La composicin y complejidad qumica. Cuanta mayor complejidad posea la molcula, ms inmungena es. - La capacidad de ser degradado por enzimas macrofgicas. Una vez que es degradado, el macrfago tiene la capacidad de destruirlas y si no, las expone al exterior junto con molculas del MHC y las presenta al linfocito T. Concepto de adyuvante.- Adyuvante o coadyuvante son sustancias que cuando se mezclan con el antgeno aumentan la inmunogenicidad. Se caracterizan porque emulsionan con el antgeno y lo liberan lentamente, por lo tanto aumenta el tiempo de exposicin de ese antgeno al sistema inmune, y tambin por activar al macrfago mediante la precipitacin del antgeno, facilitando la fagocitosis. Muchos adyuvantes provocan un aumento de las seales coestimuladoras. Un ejemplo de adyuvante es la almina. Algunos de los componentes del adyuvante pueden ser potentes activadores de los macrfagos, como el muramil-dipptido (MDP), que suele ir en la pared de algunos patgenos bacterianos. Otros inducen una reaccin inflamatoria y la aparicin de granulomas (cuando el sistema inmune produce una inflamacin crnica o fibrosis alrededor de una sustancia extraa para evitar una respuesta inmune). Determinantes antignicos y sus tipos.- Epitopo o determinante antignico es la fraccin ms pequea del antgeno que se une a un anticuerpo. El paratopo es la fraccin del anticuerpo que se une al antgeno. El epitopo o determinante antignico es la unidad ms pequea de un antgeno que puede ser identificada por el sistema inmune. Es la parte del antgeno que se une al TCR o al BCR. En el caso del BCR el antgeno se une al bolsillo de la Fab, y en el caso del TCR el antgeno debe estar unido a una molcula de MHC propia que lo ha procesado para que sea reconocido. La mayora de los epitopos son protenas, con lo cual poseen una estructura tridimensional. En el caso de que sean protenas, la formacin de algunos determinantes depende nicamente de la estructura terciaria, por lo que podemos distinguir: - Determinante conformacional. El anticuerpo solo reconoce al epitopo en su conformacin tridimensional. Si el antgeno se desnaturaliza, el anticuerpo deja de reconocer al epitopo. - Determinante lineal. Puede ser accesible o inaccesible. En el primer caso, el epitopo es reconocido en su forma conformacional. En el segundo caso, solo es reconocido por el anticuerpo cuando se produce la desnaturalizacin del antgeno. - Determinante neoantignico. Puede que un antgeno en su forma conformacional no posea ningn epitopo, pero despus de una
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proteolisis puede producirse nuevos epitopos que son reconocidos por los anticuerpos. Mitgenos.- Son sustancias que inducen la divisin celular de los linfocitos T y B, indistintamente de la especificidad antignica de estos linfocitos. Un ejemplo de mitgeno seran las lectinas. De las principales lectinas se pueden destacar:Concanavalina A (Con A) Estructura Ligando Clulas diana Tetrmero -D-manosa y -D-glucosa Linfocitos T Fitohemaglutinina (PHA) Tetrmero N-acetilgalactosamina Linfocitos T Mitgeno Pokeweed (PWM) Polmero di-N-acetilcitobiosa Linfocitos T y B
Superantgenos.- Son protenas (toxinas) que actan como mitgenos de los linfocitos T. Se caracterizan porque activan el linfocito T sin ser reconocidos por el TCR, es decir, los activan de forma inespecfica provocando una activacin rpida y potente. Slo reconocen reas del TCR y una parte de la molcula de MHC. Su importancia radica en su capacidad para activar a muchos linfocitos T, con la consiguiente sntesis de cantidades elevadas de citoquinas y anomalas clinicohistolgicas similares al shock sptico. Como ejemplo de superantgeno tenemos la enterotoxina de Staphylococcus, y la toxina del sndrome del shock txico (suele ocurrir con los tampones higinicos femeninos si se sobrepasan los tiempos de uso recomendados). Bases estructurales de la unin al antgeno.- Los antgenos pueden ser monovalentes o polivalentes. La superficie de un antgeno posee muchos determinantes antignicos potenciales o epitopos. El nmero de molculas de un anticuerpo que pueden unirse a una molcula de antgeno al mismo tiempo define la valencia del antgeno. Existen impedimentos estricos que pueden limitar el nmero de anticuerpos diferentes que pueden unirse a la superficie de un antgeno a la vez, de tal forma que el nmero de epitopos de un antgeno es siempre mayor o igual a su valencia. Por ejemplo, un antgeno con dos epitopos puede unirse a dos anticuerpos, y se dice que es un antgeno con dos valencias. Pero si un antgeno tiene 6 epitopos, pero por problemas de espacio slo es capaz de unirse a 4 anticuerpos, tendr slo 4 valencias. Por tanto, el nmero de epitopos no es siempre igual al nmero de valencias, puede ser mayor o igual, pero nunca menor.
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El tamao de los complejos inmunes tiene gran importancia, ya que dependiendo de su tamao pueden provocar ms o menos lesiones. Por ejemplo, los complejos antgeno-anticuerpo pueden producir vasculitis y glomerulonefritis, puesto que la circulacin de los complejos por los vasos puede producir la obstruccin de estos y desencadenar procesos inflamatorios. Los complejos de gran tamao slo se forman con grandes cantidades de antgeno y anticuerpo (zona de equivalencia). Estos pueden formar redes que al circular por el torrente circulatorio pueden producir la obstruccin de vasos, al mismo tiempo que procesos inflamatorios a distancia, debido a la propia circulacin sangunea. Cuando se unen antgenos y anticuerpos se forman complejos inmunes, siendo de pequeo tamao si hay un exceso de antgenos o de anticuerpos. Sin embargo, si hay niveles similares de antgenos y anticuerpos se da una zona de equivalencia, formndose complejos inmunes de gran tamao que pueden lesionar los tejidos y el bazo. Fuerzas implicadas en la unin antgeno anticuerpo.- La unin del anticuerpo y el antgeno es una unin no covalente, reversible, y se lleva a cabo por fuerzas de Van der Waals, electrostticas, hidrofbicas y puentes de hidrgeno. Recordatorio: Fuerzas electrostticas: Atraccin entre cargas opuestas. Puentes de hidrgeno: Se produce entre un tomo de hidrgeno (positivo) compartido entre dos tomos electronegativos como son el oxgeno o el nitrgeno. Fuerzas de van der Waals: Se producen por fluctuaciones en las nubes de electrones de las molculas que polarizan los tomos vecinos. Fuerzas hidrofbicas: Se producen entre grupos hidrofbicos que interaccionan desfavorablemente con el agua y tienden a agruparse para excluir las molculas de agua. Afinidad, avidez y especificidad.- La afinidad es la fuerza de unin de un nico punto entre un fraccin ab (Fab) de un anticuerpo monovalente y un antgeno monovalente. Cuanto mayor sea la afinidad del anticuerpo por su antgeno menos anticuerpo ser necesario para eliminar al antgeno a concentraciones ms reducidas. La avidez es la fuerza de unin de las dos Fab de un anticuerpo a un antgeno multivalente. Es por consiguiente mayor que la afinidad. Funciones biolgicas de los anticuerpos.- Como sabemos, la IgG es el
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anticuerpo ms abundante, encontrndose sus diferentes fracciones fundamentalmente en las zonas extravasculares. En el ser humano la proporcin : es 2:1 y en el ratn 20:1. La funcin y la distribucin de los diferentes isotipos (as como de los distintos subtipos) de inmuno-globulinas se recogen en las tablas:
Funciones de la Fab: Neutralizacin de antgenos: actuando como anticuerpo secretado esta fraccin se une a las toxinas bacterianas impidiendo que sean reconocidas y puedan penetrar en la clula husped. En el caso de los virus, se une a las protenas de la cpsula y evita que sean reconocidas por la clula husped, impidiendo su entrada. Receptores de antgeno de los linfocitos B: actuando como BCR presenta una regin intracelular, otra transmembrana y otra extracelular. La regin intracelular es tan pequea que no permite la transmisin de la seal al interior de la clula. Para resolver esta cuestin, el BCR se vale de cadenas laterales y que presentan dominios citoplasmticos tirosn quinasa. Funciones de la Fc: Activacin del complemento: los anticuerpos que con mayor certeza activan el complemento por la va clsica (ver Tema 7) son la IgG y la IgM. La fraccin Fc de los anticuerpos IgG e IgM activa a la fraccin C1q del complemento, que a su vez activa a C1r y C1s, inicindose la cascada proteoltica. Opsonizacin por IgG: la IgG recubre la porcin exterior de las bacterias para que puedan ser reconocidas por clulas del husped, en este caso son los monocitos/macrfagos los encargados de reconocerlas y degradarlas, en los cuales
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hay multitud de receptores de la Fc de la IgG. Estos receptores se denominan como Fc seguidos de la letra de la cadena pesada que reconocen. Tras esto se coloca una R de receptor junto a un indicativo del nivel de afinidad: I (alta afinidad), II (afinidad media) o III (baja afinidad). Por ejemplo un receptor de la Fc de la IgG de alta afinidad se
representara como: Fc RI. Estos receptores llevan colas intracitoplasmticas que pueden llevar motivos ITAM (motivos de activacin inmunolgica de tirosina) o ITIM (motivos de inactivacin inmunolgica de tirosina). Citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos: esta funcin la realizan clulas K con receptores para IgG y eosinfilos con receptores para IgE. Las IgG reconocen protenas extraas en clulas infectadas. Los patgenos son reconocidos por la Fab de los anticuerpos y las clulas NK llevan receptores para la Fc de estos anticuerpos. Por tanto las clulas NK se unen a los anticuerpos y liberan los grnulos de perforinas y granzimas en el patgeno para destruirlo. Las perforinas producen poros y las granzimas destruyen a la clula. Los eosinfilos llevan receptores FcRI. Cuando hay un antgeno de helminto los anticuerpos IgE lo reconocen mediante su Fab y se unen a l. Cuando los receptores de los eosinfilos se unen a estos anticuerpos se provoca el entrecruzamiento (unin de dos o ms receptores a travs de un antgeno) de los receptores. La consecuencia de ello es que los eosinfilos se desgranulan y causan la muerte de los helmintos.
Hipersensibilidad inmediata mediada por IgE: La IgE posee receptores en eosinfilos, basfilos y mastocitos. Las alergias son reacciones de hipersensibilidad tipo I llevadas a cabo por los mastocitos, los cuales actan muy rpidamente. Son rea
