Módulo 1 - Medic.ula.ve

Ontogenia yórganos delsistemainmuneMSc. Luisa BarbozaInstituto de Inmunología Clínica (IDIC-ULA)Curso de Pre-grado 2008-009

Ontogenia de linfocitos• Linfocitos son las únicascélulas del cuerpo conuna alta diversidad dereceptores, capaces dereconocer a una ampliavariedad de antígenos• Diversidad generadadurante el desarrollo• Responder frente a losagentes extraños, conalta especificidad(respetando laintegridad de los tejidospropios) y preservando latolerancia

“La inmunidad efectiva requiere de unbalance entre la defensa contra los Agextraños y la no respuesta contra losantígenos propios”• Preguntas a responder:– ¿A partir de que célula se generan losdiferentes linajes?– ¿Donde maduran las células linfoides?– ¿Que factores median este proceso?– ¿Cuales son las decisiones que debentomar los linfocitos?– ¿Que factores condicionan la decisiónhacia los diferentes linajes?

Ontogenia de linfocitos• ¿Cuál es la razón de la existencia de finosmecanismos de regulación del desarrollo delos linfocitos?– Asegurarse de contar con el repertorio decélulas capaces de reconocer a todos los Agextraños presentes en la naturaleza– Asegurarse que el sistema inmune reconozcacomo propio a los Ag del individuo(TOLERANCIA)– Asegurarse que los linfocitos migren hacia laperiferia con las herramientas básicas paraenfrentarse a los Ag extraños

Ontogenia de linfocitos• ¿Cuál es la razón de la existencia demecanismos finos de regulación deldesarrollo de los linfocitos?– Asegurarse que el receptor antigénico (BCR,TCR) sean útiles (selección positiva) y losreceptores potencialmente peligrosos yautorreactivos sean eliminados (selecciónnegativa)– Asegurarse que los linfocitos puedancomunicarse con las células accesorias (aquellosque no lo hacen sufren muerte por negligencia)

Ontogenias delinfocitos• Elementos que participan– Célula progenitora pluripotencial– Mediadores solubles– Interacción entre las célulaslinfoides con elementos delmicroambiente

Elementos del sistemainmune• Microambiente dado por los órganoslinfoides primarios y secundarios• MHC-I y MHC-II– Moléculas del complejo mayor dehistocompatibilidad de clase I y II• Receptor de linfocitos T (TCR)• Receptor de linfocitos B (BCR)• Mediadores solubles (Ej. Interleukinas)

Órganos del sistemainmune• Órganos primarios–Timo–Médula ósea– Epitelio intestinal• Órganos secundarios– Ganglios y amígdalas–Bazo–MALTBradley et al Curr Opin Immunol 2003; 15:343

Ontogenia delinfocitosLuc et al Semin Imm 2008,20: 213.Cobadela Curr Opin Imm 2008,20:139

Ontogenia delinfocitos• Células hematopoyéticas(HSC):– Se alojan en la médulaósea–Fenotipicamentesonreconocidas por expresarCD34– Actividad de latelomerasa yautorenovaciónPrecursortemprano conpotencialidad paradesarrollar célulasdel linaje linfoide ymieloide (MPP)

Suda R Trends Immunol 2005; 26:426;Lai A Sem Immunol 2008; 20:207ORIGEN DELAS HSCsArresto en elciclo celular yadhesión a lososteblastos.División celularasimétricaInicio de la diferenciaciónrequiere de activación dec-Myc, pérdida de laexpresión de N-cadherinae integrinas.Características de las HSCs en reposo1. Protección contra el estrésa) Regulación de radicales libre, actividad dealdehído deshidrogenasa2. Adhesión a los nichosa) Bajo requerimiento de factores decrecimiento, inhibición de la apoptosis,enlentecimiento del ciclo celular y uniónpor N-cadherin y VCAM-1 a osteoblastos3. Hipoxia en los nichos

Mathias el al Nat Rev Immunol 2005;5:497; Pelayo et al Curr Opin Immunol 2005; 17:100Ontogenia de linfocitos• Primer paso:Progenitormultipotencialorigena el linajelinfoide ymieloide• En ciertosestadios demaduraciónpuede revertirseel desarrollo deun linaje celularCLP: precursor linfoide comúnCMP: precurso mieloide comúnComienza a expresar Rag (recombinasas)

Cobaleda and Busslinger Curr Opin Immunol 2008; 20:139Ontogenia de linfocitosPlasticidad del desarrolloEstos procesos no ocurren en condiciones fisiológicas. Sinembargo, estos procesos de conversión de linaje pudieranocurrir en condiciones anormales (enfermedad)

Mathias el al Nat Rev Immunol 2005;5:497. Merkenschlager Curr Opin Imm 2008; 20:131Que elementos contribuyen conla decisión: Linaje mieloide vrslinfoide o Lin T vrs BFactores de transcripción involucrados en el desarrollo

Ontogenia: SERIE LINFOIDE• Los linfocitos T, B y NK seoriginan de un precursor– El primer evento es ubicarse enestadio precursor linfoide común(CLP), dará origen a: T, B, NK ycélulas dendríticas de origenlinfoide (plasmocitoides)– Destinados a originar células Bpermanecen en la MO– Destinados a madurar como célulasT egresan de la MO y se ubican enel timo– IL-7 indispensable para eldesarrollo de linfocitos T y B– Mientras IL-15 es requerida parael desarrollo de NKNK

Ontogenia de los linfocitos• El desarrollo de los linfocitos dependede tres procesos básicos:– Migración y proliferación– Diferenciación: adquisición de fenotiposmaduros– Selección del repertorio: célulasespecíficas a los antígenos (Ag) extrañosy restringidas por las moléculas dehistocompatibilidad (MHC) propias

Abul Abbas Mol Immunol 2002BCRUno de los objetivosfundamentales de la ontogenia:Generación del receptor antigénico funcionalen linfocitos B (BCR) Y T (TCR)TCR

Ontogenia de linfocitos T• Durante la ontogenia de linfocitos Tse toman las siguientes decisiones:– Comisionar hacia el linaje linfoide ydecidir hacia linfocito T o B– Reordenamiento del TCR– Escoger entre TCRγδ o TCRαβ– Selección positiva y negativa– Escoger entre CD4 o CD8

Microambiente tímicoCélulasepitelialescorticalesCortezaCélulasepitelialesmedulares ycélulasdendríticasMédulaRegióncórticomedularNat Rev Immunol

Boroski et al Curr Opin Immunol 2002; 14:200; Coste Immunol letters 2006; 102:1. Singh. Curr Opin Immunol 2006; 18:116Ontogenia: SERIE LINFOIDEJagged-1¿Que camino tomar?Ligando de Notch está presente en las célulasepiteliales corticales tímicas

Ontogenia de Linfocitos T• Decisión Tγδ vrs Tαβ– Células Tγδ• Comienzan a desarrollarse primero que losprecursores de linfocitos T αβ• Sin embargo, predomina desarrollo de Tαβ• Su desarrollo en el timo es inhibido por laexpresión del pre-TCR• Emigran del timo, para ubicarse en lasbarreras epiteliales, donde culminan sudesarrolloPennington et al. Curr Opin Immunol 2005; 17:108, La Coste. Immunol. Letters 2006; 102:1

Ontogenia de Linfocitos TTimocito temprano:Pro-T:Reordenamiento de laCadena β del TCR (receptordel linfocito T)Doble negativo (DN=CD4-/CD8-)Mediado por Recombinasas 1 y 2 (Rag1 y 2)1 2 3 4 5 6 n 1 2 1 3β/Tdt/Rag1y 22 4 n 1er aleloFamilia de genes de la regiónvariable, diversidady uniónRegión constante

Reordenamientode los genes queRag1 yRag2codifican para lacadena βDos alelos:el reordenamientoexitoso de uno de ellosinhibe elreordenamiento delotro: EXCLUSIÓNALÉLICA

Bergman et al Curr Opin Immunol 2003; 15:176; Schissel Nat Rev Immunol 2003; 3:890Ontogenia: REORDENAMIENTODEL TCR Y BCRModificaciones de lashistonas•Acetilación:• accesibilidada la cromatina• Demetilación del ADN–Un solo alelo– Exclusión alélica

Ontogenia de Linfocitos TPre-T: expresión de la cadena β y formaciónde pre-TCRLa expresión del pre-TCR determina (cadena β +pTα): reordenamiento de la cadena α del TCR(receptor del linfocito T) Doble negativos (DN=CD4-/CD8-)1 2 3 4 5 6 n 1 2 3 4 n 1er aleloRegión variable, diversidady uniónRegión constante

Ontogenia: LINFOCITOS TpreTCR:•Es expresado seguido al reordenamiento exitosode TCRβ.•Media señales debido a su localización constitutivaen microdominios de membrana ( “rafts lipídicos”):•Fosforilación y degradación de recombinasas (RAG1 y 2),asegura que no ocurra mas reordenamiento de β(exclusión alélica)•Favorece reordenamiento de la cadena α•Proliferación y da paso a timocitos DoblePositivos (co-expresión de CD4 y CD8)

Ontogenia de linfocitos• Mecanismos involucrados en lageneración de la diversidad– Diversidad en las posibilidades decombinación• Familias de genes V, D y J• Combinaciones entre las cadenas β y α (en el casode linfocitos T) o pesadas y livianas (en el caso delinfocitos B)• Mediado por las Recombinasas (Rag1 y Rag2)– Diversidad en los sitios de unión de los genesmediado por la enzima deoxiribonucleotiltransferasa terminal o TdT

Ontogenia de Linfocitos TTimocito doble positivo (DP):TCRαβTCR/CD3CD4CD8Expresan TCR y además CD4 yCD8 (Doble Positivas) en lasuperficie: da paso a losmecanismos de selección positivay negativa y se define el fenotipo

Ontogenia de Linfocitos TControl de calidad:Capaz de interactuarcon MHC propia (basede toda respuestainmune) y de estamanera reconoce losantígenos presentadosAgMHC

Ontogenia delinfocitos T: CÉLULAS DELESTROMA TÍMICOKlein et al. Curr Opin Immunol 2000; 12:179•Tienen la capacidad de expresar diversasproteínas de los tejidos periféricos por víaendógena presentarlos a los timocitos ytransferirlas a las DCs. Mediado por AIRE(autoimmune regulator) que es un activadortranscripcional expresado en TEC•Otra vía las DC traen Ag periféricos)

Ontogenia de Linfocitos T:Selección positiva y negativaMuerte oanergia

Ontogenia de Linfocitos TLinfocito T maduro:MHC-IIMCH-ITCR/CD3CD4TCR/CD3CD8↑TCRαβModelo de la fuerza y cinética de la señalización:Disponibilidad y funcionalidad de Lck↑ actividad de Lck → Desarrollo de CD4Miosge and Zamoyska. Curr Opin Immunol 2007; 19:194

Ontogenia de linfocitos T• Selección positiva (rescate de la apoptosis):– TCR tenga baja afinidad por los Ag propios– Células epiteliales tímicas• Selección negativa:– TCR con alta afinidad por el Ag propio o incapazde interactuar con MHC (I y II)– Corteza profunda, unión córtico-medular ymédula– Células interdigitantes

Pica et al Curr Opin Immunol 2005; 17:131Ontogenia de linfocitos:DESARROLLO DE CÉLULAS TREGULADORAS• Selección positiva por agonista

Resumen

Ontogenia de los linfocitos BCD20CD19BCR:Inmunoglobulina(IgM e IgD) +cadenas α y β(comunicaciónintracelular)www.sanidadanimal.info/cursos/inmun_it/segun2.htm

Ontogenia de linfocitos B• Su desarrollo se inicia en elhígado fetal 8 va -9 na semana yluego continúa en la médula ósea• El repertorio de células segenera por recombinaciones desegmentos de los genes delreceptor de linfocito B (BCR)• Están sujetos a mecanismos deselección positiva y negativa

Ontogenia: LINFOCITOS BE2A, EBF1,Pax5

Ontogenia de Linfocitos Bpro-B:Reordenamiento genéticode la cadena pesada de lasinmunoglobulinas : cadena μBisagraIL-7RIL-3R

Reordenamientode los genes quecodifican para lasinmunoglobulinasDos alelos:el reordenamiento exitosode uno de ellos inhibe elreordenamiento del otro:EXCLUSIÓN ALÉLICA

Ontogenia de Linfocitos Bpre-B:-Expresión de la cadenapesada de la Ig (μ), en elcitoplasma y membrana(pre-BCR) asociado con lascadenas sustitutivas (SL)(VpreB y λ5)μCD79α/βLas señales del pre-BCR median laexclusión alélica dellocus de la cadenapesada-Reordenamientogenético de lascadenas livianas IgLinfocito Binmaduro:IgmLinfocito Bmaduro:IgM/IgD

Ontogenia de Linfocitos B

Niiro et al Nat Rev immunol 2002; 2:945 Allman and Pillai Curr Opin Imm 2008; 20:149Ontogenia: LINFOCITO B•Emigrande la MOTres poblaciones:Células Bperiféricas,células Bfoliculares ycélulas de B de lazona marginal(MZ)

Ontogenia:LINFOCITOS,mecanismos deselecciónSelección positivaSelección negativa:• Muerte• Anergia• Re-edición del BCREscape de laselecciónnegativa porcambio de laespecificidadantigénica– No es exclusivo de B,también se hademostrado en T

ardy et al Annu Rev immunol 2001; 19:595; Su et al Curr Opin Immunol 2000; 12:191 ; Montecino Trends Imm 2006; 27: 428Ontogenia de linfocitos B:Subpoblaciones en la periferia• B-1:– CD5+– Ubicadaspreferencialmente encavidad peritoneal– Sistema inmune innato– Desarrollo fetal y perinatal• B-2– CD5-– Predominan en la periferia– Respuesta adaptativa– Desarrollo después delnacimiento

Resumen

¿Que eventosregulan lamigración yalojamientodentro de untejido o de untejido a otro?

Recirculación y alojamiento delos leucocitos: ¿De qué depende?• Qué determina estadistribución y tráficodiferencial?– Expresión y activacióndiferencial de receptores dequimiocinas y de integrinas• Interacciones entre lascélulas endoteliales, lamatriz extracelular,quemokinas y las moléculasde adhesión

Migración de leucocitos:ELEMENTOS QUE PARTICIPAN• Quemokinas y sus receptores– Interleukinas con capacidadquimiotáctica• Integrinas• Cadherinas• Selectinas•ICAM

Una vez maduras las células migran através de las vénulas endoteliales altashacia los órganos linfoides secundarios

Von Adrian et al N Engl J Med 2000; 343:1020 Bono et al Cyt& Grow Factor Rev 2007, 18: 33Recirculaciónde linfocitos

Bradley et al Curr Opin Immunol 2003; 15:343 Bono et al Cyt& Grow Factor Rev 2007, 18: 33Migración celular:QUEMOKINASCXCR5: expresadosobre Th, permitirinteracción concélulas B•Durante laactivación iniciallos linfocitospierden elreceptor CCR7 yadquieren otros,lo que le permitesalir hacia lostejidosinflamadosCCR7:Expresado sobre los linfocitos T“naive” y DC maduras

Órganos secundarios ymaduración final de loslinfocitos

Órganos secundarios•Función:– Facilitan el trabajo de los linfocitos– Sitios de encuentro entre célulaspresentadoras de antígeno (APC) ylinfocitos– Proveen el microambiente adecuado parala expansión de linfocitos T– Optimizan la activación de linfocitos B“naive”

Órganos secundarios: nódulos linfáticos,sitio de activación de la respuestaSenosubcapsularCápsulainmuneVasoaferenteMantoCentrogerminalFolículosecundarioFolículoprimarioParacortezaMédula VálvulaVaso eferenteReticulina

Órganos secundarios: FolículosecundarioZonaexternaCel. TCentro germinalMantofolicularZonaclaraBasalApicalCentrocitosRed de C.DendríticasfolicularesZonaobscuraCentroblastosPocas C.Dendríticasfoliculares

Órganos secundarios: nóduloslinfáticosFCordones paracorticales:Unión cortico-medularCordonesparacorticalesCorredoresSCSinusoidesRed defibroblastosCortezaMédulaCPVHEVCRF

Todo el proceso deontogenia permitea los linfocitosestar preparadospara reconocer demanera específicaa los antígenosextraños

Problema• La proteína BTK (una tirosin kinasa de loslinfocitos B), involucrada en la ontogenia delos linfocitos B, media la transición decélulas pro-B a pre-B y participa en laactivación de los linfocitos B maduros.Ciertas mutaciones en el gen que codificapara esta proteína conducen a fallas en suexpresión originando un síndrome conocidocomo Agammglobulinemia ligada alcromosoma X o Síndrome de Bruton.

Interrogantes• a) ¿Cual elemento del sistema inmunológico seencuentra alterado en estos pacientes?• b)Explique la ontogenia de los linfocitos B• c) Si se realiza post-mortem una biopsia de losnódulos linfáticos, ¿Que modificaciones en elmicroambiente esperaría encontrar?• d) Uno de los productos finales de la activaciónde los linfocitos B es la secreción de anticuerpos(inmunoglobulinas). ¿qué niveles deinmunoglobulinas esperaría encontrar en el suerodel paciente?

Problema 2• La falta de expresión de la molécula dehistocompatibilidad de clase II (MHC-II)en la superficie de las célulaspresentadoras de antígeno profesionales, esdebida mutaciones en los factores detrascripción responsables de activar latrascripción del gen que codifica para MHC-II (RFX5, CIITA). Este trastorno molecularconduce a un cuadro de inmunodeficienciasevera causado por alteración en eldesarrollo de los linfocitos T.

Interrogantesa) Explique cual es el papel de la presentaciónde antígenos en el contexto de MHC- II yMHC- I a nivel de los órganos linfoidesprimarios.b) Explique como se genera el proceso deselección positiva y negativa durante laontogenia de los linfocitos y cual es el papelde las moléculas de histocompatibilidad eneste proceso.c) ¿Que consecuencia tiene sobre latolerancia a los tejidos propios la alteraciónde los mecanismos de selección positiva onegativa?