Sistema Immunitario
2
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L’immunità è la capacità di utilizzare le proprie difese per
contrastare gli agenti patogeni che, penetrando nel corpo,
potrebbero provocare malattie.
Nel corpo umano esistono due principali meccanismi di
difesa immunitaria:
1. l’immunità innata o aspecifica;
2. l’immunità adattativa (acquisita) o specifica.
L’immunità
4
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Questo tipo di difesa
comprende vari
meccanismi generici di
protezione che agiscono
allo stesso modo su tutti i
patogeni, impedendogli di
entrare e di diffondersi nel
corpo.
L’immunità innata o aspecifica
Le difese innate contro le infezioni comprendono barriere di superficie (esempio:la pelle), e difese di natura cellulare (diverse proteine e le cellule fagocitarie).
• Le difese immunitarie innate sono presenti ed attive nel nostro organismo molto prima di essere esposto ad agenti patogeni, come virus e batteri.
• Sono largamente non specifiche, cioè non distinguono un invasore dall’altro. Non è presente una memoria immunologica.
Difese immunitarie innate
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Fanno parte dell’immunità innata le difese esterne che
impediscono a organismi estranei di penetrare nel corpo.
Barriere di superficie
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Le difese interne si attivano quando i patogeni sono
riusciti a penetrare all’interno dei tessuti.
Difese aspecifiche cellulari
7
lisozima
sistema del complemento
Nuovi virus
Cellula ospite 1
Produce interferone, ma viene uccisa dai virus
4Cellula ospite 2
È protetta dall’azione dei virus grazie all’interferone della cellula 1
2 Attivazione
dei geni per
l’interferone
mRNA
3
Molecole di interferone
DNA
1
Acido nucleico viraleLe proteine antivirali bloccano la riproduzione virale
L’interferone stimola la cellula ad attivare i geni delle
proteine antivirali
5
interferoni• Gli interferoni sono proteine prodotte dalle stesse cellule
infettate dai virus che stimolano le altre cellule a resistere a essi.
difensine
Batteri
fagociti
• I fagociti sono cellule capaci di inglobare e distruggere gli agenti estranei
• Fagociti sono i granulociti neutrofili e i monociti del sangue, questi ultimi precursori dei macrofagi che circolano nel liquido interstiziale.
leucocita neutrofilo
leucocita neutrofilo
Neutrofilo vs. batterio
• http://www.youtube.com/watch?v=Da-ISAs-Gtw&feature=related
monocita
macrofago
Immune system Macrophages eating conidia Cells
• http://www.youtube.com/watch?v=IeDG72Jieeg&NR=1
Linfociti Natural Killer
• A differenza dei linfociti T citossici le cellule NK riconoscono come non-self le cellule con bassa espressione di MHC-I come le cellule tumorali, inducendone la lisi.
La risposta infiammatoria mette in moto i meccanismi di difesa non specifica
• La risposta infiammatoria costituisce il nostro principale sistema di difesa innato ed è innescata da qualsiasi danno ai tessuti.
SpilloSuperficie dell’epidermide
Batteri
Segnali chimici Globulo
bianco
1 Danno al tessuto; liberazione di segnali chimici quali l’istamina
2 Aumento della permeabilità e dilatazione dei vasi sanguigni locali; passaggio dei fagociti verso la regione lesa
3 I fagociti (macrofagi e neutrofili) eliminano i batteri e ciò che rimane delle cellule danneggiate; il tessuto si rimargina
Gonfiore
Accumulo di fagociti e di liquido interstiziale nell’area infiammata
Fagociti
Vaso sanguigno
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21
La risposta infiammatoria
– I principali effetti della risposta infiammatoria sono quelli di disinfettare e di ripulire il tessuto lesionato.
– La risposta infiammatoria aiuta a prevenire l’estendersi dell’infezione ai tessuti circostanti.
Sistema linfatico
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Il sistema linfatico è costituito da:
• una rete di vasi entro cui
scorre la linfa;
• i linfonodi;
• organi linfatici
primari (timo e midollo
osseo);
• organi linfatici
secondari (milza,
tonsille e placche
di Peyer).
Il sistema linfatico
sistema linfatico
– Il sistema linfatico è costituito da una fitta rete di vasi, da numerosi linfonodi, dalle tonsille, dalle adenoidi, dall’appendice e dalla milza.
– I vasi linfatici trasportano un liquido, chiamato linfa.
– Il sistema linfatico ha due principali funzioni: riportare nel sistema circolatorio il liquido interstiziale e combattere le infezioni.
Tonsille
Linfonodi
Dotto linfatico destro, che si immette nella vena succlavia destra
Timo
Dotto toracico
Midollo osseo Vasi linfatici
Milza
Dotto toracico, che si immette nella vena succlavia sinistra
Linfonodo
Valvola
Vaso linfatico
Capillare sanguigno
Cellule tissutali
Liquido interstiziale
Capillare linfatico
Adenoidi
Appendice
Aggregati di linfociti e macrofagi
sistema linfatico
linfocita
linfonodo
linfonodo
vasi linfatici
nematode Wuchereria bancrofti
difese immunitarie adattative (acquisite) o specifiche
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L’immunità adattativa o specifica
L’immunità specifica agisce contro un bersaglio ben
definito con un’azione lenta e precisa che comprende tre
passaggi:
1. riconoscimento;
2. risposta mirata;
3. memoria.
Modello tridimensionale di
anticorpo
• La risposta immunitaria neutralizza specifici invasori
– L’immunità conferita dal sistema immunitario viene detta immunità adattativa o specifica e si sviluppa a pieno solo in seguito all’esposizione a sostanze estranee chiamate antigeni.
– Quando entra in contatto con un antigene, il sistema immunitario risponde con un incremento del numero di cellule che attaccano direttamente gli invasori o che producono le proteine di difesa chiamate anticorpi.
anticorpo
Catena leggera
Catena pesante
CC
Siti di legame per l’antigene
• Ogni molecola di anticorpo ha un sito di legame specifico per l’antigene, cioè una regione responsabile della funzione di riconoscimento e di legame con l’antigene.
antigeni - anticorpi
• In genere, gli anticorpi riconoscono specificatamente determinate regioni, i determinanti antigenici, presenti sulla superficie di un antigene.
Molecole di anticorpo A
Siti di legame per l’antigene
Antigene
Determinanti antigenici
Molecola di anticorpo B
– L’immunità attiva, cioè le resistenza a uno specifico invasore, viene solitamente acquisita dopo un’infezione naturale, ma può essere innescata con una procedura medica, nota come vaccinazione. In entrambi i casi il nostro sistema immunitario ha prodotto gli appositi anticorpi.
– È anche possibile sviluppare un’immunità passiva (per esempio acquisendo anticorpi attraverso il latte materno o da un siero contenente anticorpi specifici).
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L’immunità adattativa è
mediata dai linfociti B e T,
che sono in grado di
distinguere tra self e non self
grazie a recettori antigenici
specifici presenti sulle loro
membrane.
Esistono due tipi di risposte
immunitarie:
• la risposta umorale;
• la risposta cellulare.45
I linfociti
Linfociti T (arancio) e
cellule
infettate da virus (rosa).
Midollo osseo Timo
Cellule staminali
Linfociti immaturi
Linfociti B
Immunità umorale
Per via sanguigna
Recettori antigenici
Per via sanguigna
Linfociti T
Immunità mediata da cellule
Linfonodi, milza e altri organi linfatici
Processo finale di maturazione dei linfociti B e T in un organo linfatico
Altre parti del sistema linfatico
• Alcuni linfociti immaturi continuano a svilupparsi nel midollo osseo e si specializzano diventando linfociti B (o cellule B)
• Altri passano dal midollo osseo al timo dove si specializzano, diventando linfociti T (o cellule T).
Caratteristiche della risposta immunitaria adattativa
• SPECIFICITA’ : ogni linfocita presenta, sulla sua superficie, centinaia di recettori antigenici di un solo tipo ovvero che riconoscono un solo epitopo o determinante dell’antigene.
Caratteristiche della risposta immunitaria adattativa
• DIVERSITA’ : ogni individuo possiede un "repertorio linfocitario" costituito da un numero molto elevato di linfociti per discriminare almeno 10 miliardi di diversi determinanti antigenici.
• Ogni individuo produce un enorme numero di linfociti B e T diversi; si stima che ognuno di noi ne abbia tra 100 milioni e 100 miliardi di tipi differenti, un numero sufficiente per riconoscere e attaccare praticamente tutti i tipi di antigeni che potremmo mai incontrare.
Caratteristiche della risposta immunitaria adattativa
• MEMORIA : il sistema immunitario risponde ad un particolare antigene estraneo in maniera più efficace quando è già entrato in contatto con tale antigene una prima volta. Le risposte immunitarie secondarie sono più rapide e più intense.
Caratteristiche della risposta immunitaria adattativa
• DISCRIMINAZIONE del self dal non-self : le cellule del sistema immunitario sono capaci di riconoscere, rispondere ed eliminare antigeni estranei (non-self) senza reagire contro i componenti antigenici del proprio stesso organismo (antigeni autologhi o self). Quest’ultimo fenomeno prende il nome di "tolleranza".
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Distinguere il self dal non self
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• Gli anticorpi sono le «armi» dell’immunità umorale
– I linfociti B sono le cellule coinvolte nell’immunità umorale.
– Le plasmacellule, cioè le cellule effettrici prodotte per selezione clonale, fabbricano e secernono gli anticorpi, le proteine che hanno la funzione di «armi» molecolari di difesa.
L’immunità umorale
• Solo i linfociti selezionati e attivati dagli antigeni danno origine a un clone di cellule che innesca la risposta immunitaria
– Una volta all’interno del corpo, un particolare antigene attiva solo quel piccolissimo numero di linfociti che possiede un ben preciso recettore specifico.
– In seguito, tali cellule proliferano formando una popolazione di cellule geneticamente identiche (un clone) adatte per combattere quel determinato antigene.
• Le tappe della selezione clonale
– Nelle risposta immunitaria primaria, la selezione clonane sviluppa cellule effettrici e cellule della memoria in grado di garantire un’immunità per tutta la vita.
– Nella risposta immunitaria secondaria, le cellule della memoria sono attivate da una seconda esposizione allo stesso antigene che induce una risposta più energica e
veloce.
57
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La risposta umorale contrasta virus e batteri presenti nei
liquidi corporei, ed è mediata dai linfociti B responsabili della
risposta primaria articolata nei seguenti passaggi:
• contatto antigene lifocita B;
• selezione clonale;
• produzione di plasmacellule;
• produzione di anticorpi specifici;
• generazione della memoria.
Una plasmacellula
La risposta immunitaria umorale
Risposta immunitaria primaria
Linfociti B con recettori antigenici diversi
Crescita, divisione e differenziamento di un linfocita
Molecole di anticorpi
Plasmacellule che producono anticorpi
Reticolo endoplasmatico
Cellule della memoria
Recettore antigenico (anticorpo sulla superficie cellulare)
Molecole di antigeni
2
Prima esposizione all’antigene 3
4
1
5
Molecole di antigene
6Seconda esposizione allo stesso antigene
Molecole di anticorpi
Reticolo endoplasmatico
Plasmacellule che producono anticorpi Cellule della memoria
Risposta immunitaria secondaria
• Risposta immunitaria primaria e secondaria:
Primo clone
Seconda esposizione all’antigene X,
prima esposizione all’antigene Y
Prima esposizione all’antigene X
Risposta immunitaria primaria all’antigene X
Risposta immunitaria primaria all’antigene Y
Anticorpi per l’antigene Y
Anticorpi per l’antigene X
Co
nce
ntr
azio
ne
di a
nti
corp
i
0 7 14 21 28 35 42 49 56
Tempo (giorni)
Risposta immunitaria secondaria all’antigene
X
Risposta immunitaria primaria e secondaria a confronto
La risposta immunitaria secondaria avviene più velocemente delle risposta immunitaria primaria.
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Gli anticorpi sono proteine
dette immunoglobuline,
presentano quattro catene
peptidiche e hanno quattro
modalità di azione:
1.neutralizzazione;
2.agglutinazione;
3.precipitazione;
4.fissazione.
Gli anticorpi
Neutralizzazione Agglutinazione di cellule
Precipitazione di antigeni in soluzione
Fissazione del complemento
Lisi della cellulaFagocitosi
Virus
Batterio
Batteri
Molecole di antigeni
Molecole del complemento
Cellula estranea Foro
Macrofago
Favoriscono la Porta alla
• Gli anticorpi individuano quali antigeni devono essere distrutti attraverso diversi meccanismi:
Il legame tra anticorpi e antigeni inattiva gli antigeni tramite
Anticorpi monoclonali
Gli anticorpi monoclonali sono armi efficaci sia nella ricerca biologica sia nella terapia medica
Gli anticorpi monoclonali sono prodotti fondendo una cellula tumorale con un normale linfocita B: la cellula ibrida produce molecole di anticorpi specifici per un singolo determinante antigenico.
Antigene iniettato nel topo Cellule tumorali in un terreno di coltura
Linfociti B (prelevati dalla milza) Cellule tumorali
Cellule fuse insieme per produrre cellule ibride
Una cellula ibrida viene posta in un terreno di coltura
Anticorpo
Coltura di cellule ibride che producono anticorpi monoclonali
– Gli anticorpi monoclonali sono particolarmente utili nelle diagnosi medica.
– Con gli anticorpi monoclonali sono anche stati ottenuti risultati incoraggianti nel trattamento di diverse malattie, incluso il cancro.
Fingerprint (discriminazione)
• Il sistema immunitario si basa sulle nostre «impronte» molecolari
– La capacità del sistema immunitario di riconoscere le molecole appartenenti al proprio organismo, ossia di distinguere il self dal non self, permette di combattere molecole estranee senza danneggiare le proprie.
– Le cellule di ogni persona hanno sulla membrana particolari glicoproteine self che costituiscono le impronte molecolari (fingerprint) e contrassegnano le cellule del corpo rendendole inattaccabili dai propri linfociti.
Le proteine MHCLe MHC Major Histocompatibility Complex, complesso
maggiore di istocompatibilità, sono proteine che marcano le
cellule e identificano il self (sono chiamate anche antigeni umani
leucocitari).
MHC classe I e II
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Le proteine MCH di classe II sono presenti solo sui linfociti o sulla cellule APC (cellule presentanti l’antigene), come ad esempio i macrofagi, che “presentano” l’antigene ai linfociti T helper.
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Le proteine MCH di classe I sono presenti in tutte le cellule nucleate. La loro funzione è presentare proteine dall’interno della cellula ai linfociti T; cellule che presentano proteine non self verranno attaccate da linfociti T citotossici.
Cellula nucleata
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La risposta cellulare contrasta qualsiasi fattore alteri una
cellula rendendola anomala, ed è mediata da due tipi di
linfociti T: i linfociti T helper e i linfociti T citotossici.
La risposta immunitaria cellulare
• i linfociti T citotossici, che attaccano le cellule infettate da agenti patogeni;
• i linfociti T helper, che svolgono molteplici funzioni nella risposta immunitaria, coadiuvando l’attività dei linfociti T citotossici e dei macrofagi e stimolando i linfociti B a produrre anticorpi.
L’immunità mediata da cellule
– Tutto il sistema immunitario mediato da cellule e gran parte di quello umorale dipendono dalla precisa interazione tra le cellule APC (cellula presentante l’antigene) e i linfociti T helper.
– I linfociti T helper riconoscono e si legano al complesso self-non self esposto sulla superficie di una cellula APC.
– Questa interazione attiva i linfociti T helperche, a loro volta, possono poi andare ad attivare altre cellule del sistema immunitario.
– I linfociti T helper attivati promuovono la risposta immunitaria in molti modi e possono attivare i linfociti T citotossici e i linfociti B.
Microbo
Macrofago
Antigene prodotto dal microbo non self
1
Proteina self (proteina MHCdi classe II)
23
4
5 6
7
Cellula APCInterleuchina-1 (partecipa
all’azione del linfocita T helper)
Linfocita T helper
Interleuchina-2 partecipa all’attivazione di altri linfociti T e B
Interleuchina-2 partecipa all’attivazione di altri linfociti T e B
Immunità umorale (secrezione di anticorpi da parte delle plasmacellule)
Linfocita T citotossico
Immunità mediata da cellule (attacca le cellule infette)
Sito di legame per l’antigene
Sito di legame per la proteina self
Linfocita BComplesso self-non self
Recettore del linfocita T
• Attivazione di un linfocita T helper e suo ruolo nell’immunità:
3 Lisi della cellula infettata1 Il linfocita T citotossico si lega alla cellula infettata
2 La perforina produce fori nella membrana della cellula infettata
Complesso self-non self
Cellulainfettata
Linfocita T citotossicoMolecola
di perforina
Antigene estraneo
Enzima che può indurre l’apoptosi
Formazione del foro
I linfociti T citotossici uccidono le cellule infette
• I linfociti T citotossici si legano alle cellule infettate e le distruggono.
linfociti T citotossici
• I linfociti T citotossici possono prevenire il cancro
• I linfociti T citotossici possono difendere l’organismo dai tumori maligni nello stesso modo in cui lo difendono dai microbi.
L’AIDS distrugge i linfociti T helper lasciando il corpo privo di difese
iI virus dell’AIDS può eliminare i linfociti T helperdell’organismo compromettendo drasticamente la sua capacità di combattere le infezioni.
Risposta
immunitaria
umorale e
cellulare
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In risposta all’antigene, il
linfocita prolifera per
selezione clonale e
produce una memoria
immunologica.
Un linfocita attivato produce
due tipi di cellule figlie:
• le cellule effettrici o
plasmacellule;
• le cellule della memoria.
La produzione della memoria
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Quando un organismo viene esposto a un antigene verso
cui ha già sviluppato degli anticorpi si attiva la risposta
secondaria che è molto più rapida e intensa della risposta
primaria.
La risposta secondaria
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L’immunità attiva può essere
acquisita naturalmente
oppure artificialmente
attraverso i vaccini, che
possono essere di vari tipi:
• vaccini attenuati;
• vaccini uccisi;
• vaccini a subunità;
• vaccini ricombinanti.
La vaccinazione
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Se il sistema immunitario non funziona si osservano:
• reazioni allergiche
(ipersensibilità immediata
e ritardata);
• immunodeficienza
primaria;
• malattie autoimmuni.
Quando l’immunità non funziona
– Le malattie autoimmuni insorgono quando il sistema immunitario «fa confusione» e reagisce contro le molecole del proprio corpo.
– Le persone affette da malattie da immunodeficienza sono prive di uno o più componenti del sistema immunitario.
– Un lieve indebolimento del sistema immunitario può derivare anche da stress fisici ed emotivi.
– Le allergie sono causate da una sensibilità anomala ad antigeni presenti nel nostro ambiente, chiamati allergeni.
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AIDS: una malattia da deficit immunitario
mastociti
Linfocita B (plasmacellua)
Determinante antigenico
1 Allergene (granulo pollinico)
2 I linfociti B producono anticorpi
3 Gli anticorpi si attaccano al mastocita
Sensibilizzazione: esposizione iniziale all’allergene
Mastocita
Istamina
4 L’allergene si lega agli anticorpi del mastocita
5 Viene liberata istamina che causa i sintomi dell’allergia
Successiva esposizione allo stesso allergene
• Le due fasi di una reazione allergica:
• Negli ultimi decenni e in numerose nazioni del mondo si è registrato un aumento notevole delle malattie allergiche (sia cutanee, che respiratorie). Secondo l’OMS, l’incremento dell’asma a livello mondiale è pari al 50% per ogni decade. Nell’Europa Occidentale il numero di persone asmatiche è raddoppiato nel giro di un decennio. L’incidenza della rinite allergica è aumentata di 7 volte in 25 anni, mentre quella delle allergie cutanee è aumentata dal 3% degli anni ’60 al 10% degli anni '90. Sta di fatto che le nuove generazioni sono sempre più colpite da forme allergiche. Nel nostro Paese il 15% dei bambini in età prescolare è affetto da dermatite allergica e il 2% presenta gravi allergie alimentari. Il 10% di quelli che vanno a scuola ha l’asma, mentre il 20-25% degli adolescenti soffre di rinite allergica (Format 2006, Verona).Una parte delle allergie sono motivate da una predisposizione genetica, che comunque cambia molto poco nel tempo e non può spiegare questa recente epidemia. Le altre cause sono da ricercarsi nell’ambiente, nello stile di vita, nell’alimentazione e nell’abuso di farmaci.Una delle cause dell’aumento delle allergie, verificatosi soprattutto nel mondo occidentalizzato, è forse l’eccesso di igiene. Secondo i promotori dell’Ipotesi Igienica, cruciale sarebbe il contatto con i microbi nei primi mesi di vita del bambino. Tuttavia, non è solo un problema legato alla riduzione delle infezioni , ma ad un più ampio rapporto col mondo microbico che coinvolge diversi livelli di contatto (alimentare, ambientale, ecc.) e che varia sia da un punto di vista qualitativo sia quantitativo.
patogeni
29/11/2011