Módulo 1 - Medic.ula.ve

Prof. Siham Salmen HalabiIdic-ULACurso de Pre-grado 2011

Órganos del sistema inmune• Microambientes• Órganos primarios• Timo• Médula ósea• Epitelio intestinal• Órganossecundarios• Ganglios y amígdalas• Bazo• MALTElementos de larespuesta inmune:Inmunidad innata:Células mieloides(Células dendríticas,Monocitos/macrófagos, PMN, mastocitos)Células linfoides(células dendríticasplasmocitoides, NK,linfocitos Tgd)Inmunidad adaptativaLinfocitos T (CD4,CD8, Treg, NKT) y B(B1 y B2)Bradley et al Curr Opin Immunol 2003; 15:343

Ontogenia de linfocitos• Linfocitos son las únicascélulas del cuerpo con unaalta diversidad de receptores,capaces de reconocer a unaamplia variedad de antígenos• Diversidad generada duranteel desarrollo• Responder frente a los agentesextraños, con altaespecificidad (respetando laintegridad de los tejidospropios) y preservando latolerancia

“La inmunidad efectiva requiere de un balance entrela defensa contra los Ag extraños y la no respuestacontra los antígenos propios”• Preguntas a responder:• ¿A partir de qué célula se generan los diferenteslinajes?• ¿Donde maduran las células linfoides?• ¿Que factores median este proceso?• ¿Cuales son las decisiones que deben tomar loslinfocitos?• ¿Que factores condicionan la decisión hacia losdiferentes linajes?

Ontogenia de linfocitos• ¿Cuál es la razón de la existenciamecanismos de regulación del desarrollode los linfocitos?• Asegurarse de contar con el repertorio de célulascapaces de reconocer a todos los Ag extrañospresentes en la naturaleza• Asegurarse que el sistema inmune reconozca comopropio 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 de regulación del desarrollo delos linfocitos?• Asegurarse que los receptores antigénicos (BCR,TCR) sean útiles (selección positiva) y losreceptores potencialmente peligrosos yautorreactivos sean eliminados (selecciónnegativa)• Asegurarse que los linfocitos puedan comunicarsecon las células accesorias (aquellos que no lo hacensufren muerte por negligencia)

Ontogenias de linfocitos•Elementos que participan•Célula progenitorapluripotencial•Mediadores solubles•Interacción entre las célulaslinfoides con elementos delmicroambiente

Elementos del sistema inmune• 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)

Ontogenia delinfocitos• Células hematopoyéticas(HSC):• Se alojan en la médula ósea• Fenotípicamente sonreconocidas por expresarCD34• Actividad de la telomerasa yautorenovaciónPrecursortemprano conpotencialidad paradesarrollar célulasdel linaje linfoide ymieloide (EPLM)

Krause Oncogene 2002; 21:3262; Kiel et al NRI 2008Ontogenia: ORIGEN DE LAS HSCs• Médula ósea• Nicho: combinación de HCS ycélulas del estroma, medianseñales extrínsecas quemantienen a las HCS.• Sitios de contacto cel-cel, cel-ECM,concentración variable de citokinasy factores de crecimiento• Endostio• Formado por osteoblastos yosteoclasto• ECM: colágeno, elastina(estructurales); fibronectina ylaminina, proteoglicanos(especializadas)

Suda R Trends Immunol 2005; 26:426; Cell StemCell 7,(6,) 2010, J. Exp. Med. Vol. 207 No. 6 1127-1130Ontogenia:ORIGEN DE LAS HSCsArresto en elciclo celular yadhesión a lososteoblastosDivisión celularasimétricaInicio de la diferenciaciónrequiere de activación dec-Myc, pérdida de laexpresión de N-caderinae integrinasCaracterísticas de las HSCs en reposo1. Protección contra el estrésa) Regulación de radicales libre, actividadde aldehído deshidrogenasa2. Adhesión a los nichosa) Bajo requerimiento de factores decrecimiento, inhibición de la apoptosis,enlentecimiento del ciclo celular y uniónpor N-cadherin a osteoblastos3. Hipoxia en los nichos: 1-6%

Suda R Trends Immunol 2005; 26:426; Congdon Current Opinion in Immunology 2008, 20:302–307, Stem Cells 2010;28: 1623–1629Ontogenia: ORIGEN DE LAS HSCs• “Stem cell”: Divisióncelular asimétrica,simétricaautorenovación ysimétrica comisionada• Preservación de laautorenovación• Mecanismo propuestoen linfocitos madurospara generar célulashijas efectoras y dememoria

Mathias el al Nat Rev Immunol 2005;5:497; Pelayo et al Curr Opin Immunol 2005; 17:100Ontogenia de linfocitosCLP: precursor linfoide comúnCMP: precursor mieloide común• Primer paso:Progenitormultipotencialorigina el linajelinfoide y mieloide• En ciertos estadiosde maduraciónpuede revertirse eldesarrollo de unlinaje celularComienza a expresar Rag (recombinasas)

Mathias el al Nat Rev Immunol 2005;5:497Que elementos contribuyen con la decisión:Linaje mieloide vs. linfoide o Linfocito T vs. BFactores de transcripción involucrados en el desarrollo

Murre Nat Immunol 2005; 6:11:1070; Kee NRI 2009, 9:175Ontogenia:LINFOCITOS T Y PAPEL DEFACTORES DETRANSCRIPCIÓN HLH• E2A promueveel desarrollo delinfocitos TCRgd• Id2 promueve eldesarrollo deNKSuprimedesarrollo de lasDP, en ausencia deseñales del pre-TCRFavorece eldesarrollode NKT

Ontogenia: SERIE LINFOIDE• Los linfocitos T, B y NK seoriginan de un precursor• El primer evento es ubicarse en estadioprecursor linfoide común (CLP), daráorigen a: T, B, NK y células dendríticasde origen linfoide (plasmocitoides)• Destinados a originar células Bpermanecen en la MO• Destinados a madurar como células Tegresan de la MO y se ubican en eltimo• IL-7 indispensable para el desarrollo delinfocitos T y B• Mientras IL-15 es requerida para eldesarrollo de NKNK

Ontogenia de los linfocitos• El desarrollo de los linfocitos depende de tresprocesos básicos:• Migración y proliferación• Diferenciación: adquisición de fenotiposmaduros• Selección del repertorio: células específicasa los antígenos (Ag) extraños y restringidaspor las moléculas de histocompatibilidad(MHC) propias

Abul Abbas Mol Immunol 2008Uno de los objetivos fundamentalesde la ontogenia:Generación del receptor antigénico funcional enlinfocitos B (BCR) Y T (TCR)BCRTCR

Ontogenia de los linfocitos TTCR: cadenas a y b(g y d) asociadoscon CD3 (g,d,e, y zz)Moléculas quepermiten lacomunicaciónintracelularCD4 o CD8www.sanidadanimal.info/cursos/inmun_it/segun2.htm

Deftos et al Curr Opin Immunol 2000; 12:166; Rothenberg NRI january 2008, Carpentes et al Nat immunol 11(8)2010Ontogenia de linfocitos T• Durante la ontogenia de linfocitos T setoman las siguientes decisiones:• Comisionar hacia el linaje linfoide y decidir hacialinfocito T o B• Reordenamiento del TCR• Escoger entre TCRgd o TCRab• Selección de la cadena b, a• Selección positiva y negativa• Escoger entre CD4, CD8, NKT o Treg

Microambiente tímicoCélulasepitelialescorticalesCortezaCélulasepitelialesmedulares ycélulasdendríticasMédulaRegióncórticomedularNat Rev Immunol

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

Penington et al Curr Opin Immunol 2005; 17:108; Chi et al Curr Opin imm (COI) 2009, 21:121Ontogenia de Linfocitos T•Decisión Tgd vrs Tab• Células Tgd• Comienzan a desarrollarse primero que losprecursores de linfocitos T ab• Sin embargo, predomina desarrollo de Tab• Su desarrollo en el timo es inhibido por laexpresión del pre-TCR• Emigran del timo, para ubicarse en las barrerasepiteliales, donde culminan su desarrollo

Izon et al Curr Opin Immunol 2002; 14:192; Coste Immunol letters 2006; 102:1; Laky Current Opinion in Immunology 2008Ontogenia: LINFOCITOS TPapel de Notch• Ligando de Notch, DELTA-1/4 esexpresado en la unión córticomedular• Favorece desarrollo de Tab sobre gd• Nocth en conjunto con el preTCRfavorecen el paso de DN3 a DP• Participa además en la selección dellinaje CD4/CD8• Notch bloquea EA2/Pax5(importante en la induccióndel desarrollo de linf B)• Media ensamblaje del pre-TCRy Sinergiza con él, en laselección de linfocitos TCR bKee NRI 2009, 9:175, , Immunity 32, January 29, 2010, Carpentes et alNat immunol 11(8)2010, Trends in Immunology, October 2010, Vol. 31,No. 10

Ontogenia de Linfocitos TTimocito temprano:Pro-T:Reordenamiento de laCadena b del TCR (receptordel linfocito T)Doble negativo (DN=CD4-/CD8-)b/Tdt/Rag1y 2Mediado por Recombinasas 1 y 2 (Rag1 y 2)1 2 3 4 5 6 n 1 2 1 32 4 n 1er aleloFamilia de genes de la regiónvariable, diversidady uniónRegión constante

de Villartay et al Nat Rev Immunol 2003; 3:962,; Bassing et al Cell 2002; 109:S45Ontogenia:REORDENAMIENTO DEL TCR Y BCRTdT añade nucleótidos a launión V-D y D-J favoreciendoaun mas la diversidad(incrementa la diversidad deCDR3) o pérdida denucleótidos

Reordenamientode los genes queRag1 yRag2codifican para lacadena bDos 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: REORDENAMIENTO DEL TCR YBCRModificaciones de las histonas• Acetilación: accesibilidad a lacromatina• Demetilación del ADN• Un solo alelo• Exclusión alélica

Ontogenia de Linfocitos TPre-T: expresión de la cadena b y formaciónde pre-TCRLa expresión del pre-TCR determina (cadena b +pTa): reordenamiento de la cadena a 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 TCRb.•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 b(exclusión alélica)•Favorece reordenamiento de la cadena a•Proliferación y da paso a timocitos DoblePositivos (co-expresión de CD4 y CD8)

Ontogenia de linfocitos• Resumen• Mecanismos involucrados en la generaciónde la diversidad• Diversidad en las posibilidades de combinación• Familias de genes V, D y J• Combinaciones entre las cadenas b y a (en el caso delinfocitos 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):TCR/CD3CD4TCRabCD8Expresan 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

•Tienen la capacidad de expresar diversasproteínas de los tejidos periféricos víaendógena= Mediado por AIRE (autoimmuneregulator) que es un activadortranscripcional expresado en TECGray D Curr Opin Immunol 2005; 17:137, Seminars in Immunology 22 (2010) 287–293Klein et al. Curr OGray D Curr Opin Immunol 2005; 17:137pin Immunol 2000; 12:179, Peter NRI 2007; , Klein NRI 2009, 9:833Ontogenia de linfocitos T:CÉLULAS DEL ESTROMA TÍMICO•Las DC expresanbajos niveles deAIRE y ademástienen lacapacidadtransportar Agpropiosdirectamentedesde laperiferiaFunciones asociadas a las ETCDesarrollo de las células DN a DPLa selección positiva regulada por lascEpcsMacroautofagiaLuego migran hacia la región córticomedulary la médula, maduran a SPLa tolerancia central, es mediadaprincipalmente por las mETC ycélulas dendríticas tímicas residentesdel timo

Ontogenia de Linfocitos T:Selección positiva y negativaMuerte oanergia

Ontogenia: MECANISMOS DE SELECCIÓN• Mecanismosinvolucrados en laanergia• Reciclaje aceleradodel TCR, porubiquitinaciónmediado por lafosforilaciónconstitutiva de Cbl(ligasa de ubiquitina)• Proceso reversible

Chan Immunol Rev 1998; 165:195, Klein NRI 2009, 9:833Ontogenia de linfocitos T• Sobreviven:• TCR con moderadaafinidad/avidez por el Agsobreviven• Bajas concentraciones deligandos de alta afinidad• Timocitos capaces de interactuarcon MHC• Un TCR particular esseleccionado por varios péptidos(1 solo péptido puede seleccionarvarios TCRs y viceversa)

Ontogenia de Linfocitos TLinfocito T maduro:MHC-IIMCH-ITCR/CD3CD4TCR/CD3CD8TCRab

Pica et al Curr Opin Immunol 2005; 17:131Ontogenia de linfocitos: DESARROLLODE CÉLULAS T REGULADORAS• Selección positiva por agonistaTregs: específicascontra antígenos propiosSu desarrollo depende:fuerza de la señal, tipode célula del estromatímico (cTEC??),moléculas accesoria (B-7, CD28), IL-2,expresión de FoxP3

Ontogenia de los linfocitos BBCR:Inmunoglobulina(IgM e IgD) +cadenas a y b(comunicaciónintracelular)CD20CD19www.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 B

Hagman et al Trends Immunol 2005; 26:455, Current Opinion in Immunology 2010, 22:177–184Ontogenia de linfocitos BRegula el accesode la maquinariade recombinacióndel DNAIKAROS,contribuyeaccesibilidad a lacromatina y en laidentidad delinfocitos B

Schebesta et al Curr Opin Immunol 2002; 14:216; Akashi et al Curr Opin Immunol 2000; 12:144; Schebesta et al Curr Opin Immunol 2002; 14:216;Lazorchak et al Trends Immunol 2005; 26:334; Mathias el al Nat Rev Immunol 2005;5:497, Welner NRI vol ume 8 febr uar y 2008, HagmanImmunity 27, July 2007Controla laexpresión delasrecombinasas(RAG1 yRAG2), TdT,BCRExpresiónde Iga◦ Pax5 juega un papelimportante encomisionar eldesarrollo haciacélulas B• Ratones Pax5 -/- se arrestael desarrollo de loslinfocito B (pro-B)• Suprime expresión de M-CSFR y Notch-1◦ Media expresión deCD19◦ Requerido para elreordenamiento IgH◦ De los 32 genesinducidos por Pax5 , 15son exclusivos deLinfocito B

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

Reordenamiento de losgenes que codifican paralas inmunoglobulinasDos alelos:el reordenamiento exitoso de unode ellos inhibe el reordenamientodel otro: EXCLUSIÓN ALÉLICA

Ontogenia de Linfocitos Bpre-B:-Expresión de la cadenapesada de la Ig (m), en elcitoplasma y membrana(pre-BCR) asociado con lascadenas sustitutivas (SL)(VpreB y l5)mCD79a/bLas 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• Cadenapesada m• Cadenasliviana:• k• l

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

Niiro et al Nat Rev immunol 2002; 2:945, Hardy Immunity 26, June 2007, von boehmer Nat immunol 2010;Ontogenia: LINFOCITO B Emigran de la MO (yaevaluadas?: selecciónpositiva)◦ Estadíos:• T1: no expresa o tiene bajosniveles de IgD• Fase donde ocurre la selecciónnegativa y la gran mayoría muere(autoreactivas) o re-editan BCR• Activación del BCR=apoptosis• T2: entran y sobreviven en el bazoy co-expresan IgM/IgD, CD21,CD23T2 se hace mas resistente a la apoptosis

Niiro et al Nat Rev immunol 2002; 2:945, Hardy Immunity 26, June 2007, ,llman Current Opinion in Immunology 2008, 20:149–157, von boehmer Natimmunol 2010Ontogenia: LINFOCITO B◦ Tres poblaciones:• Folicular ( B-2):• Se ubican folículos linfoides y una porción enMO• T-dependiente◦ Zona Marginal (B-1b?)• Depende de la activación mediada a través de losreceptores Toll?• Considerada de la inmunidad innata◦ Peritoneal (B-1a)• Señales fuerte del BCR• Depende de la activación mediada a través de losreceptores Toll• Fenotipo de células anérgicasSeñal desobrevidaSyk/ERK

ardy et al Annu Rev immunol 2001; 19:595; Su et al Curr Opin Immunol 2000; 12:191Ontogenia de linfocitos B: Subpoblacionesen la periferia• B-1:• CD5+• Ubicadas preferencialmenteen cavidad peritoneal• Potencialmenteautorreactivas• No son eliminadas porantígenos propios• B-2• Predominan en la periferia• CD5-Niiro et al Nat Rev immunol 2002; 2:945, Hardy Immunity 26, June 2007, ,llman Current Opinion in Immunology 2008, 20:149–157, von boehmer Natimmunol 2010

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

Recirculación y alojamiento de losleucocitos: ¿De qué depende?• Qué determina estadistribución y tráficodiferencial?• Expresión y activación diferencialde receptores de quimiocinas y deintegrinas• Interacciones entre las célulasendoteliales, la matrizextracelular, quemokinas y lasmoléculas de adhesión

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

Una vez maduras las células migran a través de lasvénulas endoteliales altas hacia los órganos linfoidessecundarios

Von Adrian et al N Engl J Med 2000; 343:1020Recirculación de linfocitosQuemokinasSelectinasIntegrinas/ICAM

Bradley et al Curr Opin Immunol 2003; 15:343Migración 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• Función:• Facilitan el trabajo de los linfocitos• Sitios de encuentro entre células presentadoras deantígeno (APC) y linfocitos• Proveen el microambiente adecuado para la expansiónde linfocitos T• Optimizan la activación de linfocitos B “naive”

Órganos secundarios: nódulos linfáticos, sitio deactivación de la respuesta inmuneSenosubcapsularCápsulaVasoaferenteMantoCentrogerminalFolículoprimarioParacortezaMédula VálvulaVaso eferenteReticulina

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

Órganos secundarios: Folículo• Centroblastos, completansu ciclo de replicación 6-12 horas• Son altamentesusceptibles a laapoptosissecundario

de Villartay et al Nat Rev Immunol 2003; 3:962,Ontogenia: CSR e hipermutacionessomáticas Cambio de isotipo (CSR)◦ Cambio de la región constanteconservando la mismaespecificidad antigénica Hipermutaciones somáticas:◦ Introduce mutaciones en laregión variable, seguido deselección positiva o negativa Ambos activados por lainteracción entre BCR/CD40en los centros germinales

Órganos secundarios: nódulos linfáticosCordones paracorticales:Unión cortico-medularSCCordonesparacorticalesCorredoresSinusoidesRed defibroblastosHEVCortezaMédulaCPVCRF

Todo el proceso deontogenia permite alos linfocitos estarpreparados parareconocer de maneraespecífica a losantígenos extraños