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______________Sistema imune inato______________ 1 | Página GUIA DE ESTUDO Imunidade inata Profa. Ana Paula Peconick Karlos Henrique Martins Kalks (Atualizações: Janina de Sales Guilarducci e Lorraine Gonçalves Milagres) Lavras, 2020 ______________Sistema imune inato______________ 2 | Página Índice UNIDADE 2 3 2.1 Introdução 4 2.2 Imunidade inata 5 2.2.1 Padrões de reconhecimento na resposta imune inata 8 2.2.2 Receptores solúveis 11 2.2.2.1 As colectinas 11 2.2.2.2 Cascata complemento 12 2.2.2.3 Pentraxinas 14 2.2.2.4 Proteínas ligadas ao lipopolissacarídeos e CD14 14 2.2.3 Receptores associados a células 15 2.2.3.1 Receptores Toll-like 15 2.2.3.3 Receptores de peptídeos formil 19 2.2.4 Receptores intracelulares 19 2.3 Citocinas e quimiocinas 20 2.4 Células do sistema inume inato 23 2.4.1 Mucosa epitelial – primeira linha de defesa 23 2.4.2 Células fagocitárias: neutrófilos e macrófagos 25 2.4.3 Células dendríticas (DCs) 27 2.4.4 Células Natural Killers (NK) 30 2.4.5 Mastócitos 32 2.6 Conclusão 39 2.6 Bibliografia 40 ______________Sistema imune inato______________ 3 | Página UNIDADE 2 OBJETIVO: Conhecer o sistema imunológico inato, destacando seus componentes, funções e interações. ______________Sistema imune inato______________ 4 | Página 2.1 Introdução Imunidade refere-se à habilidade global de um hospedeiro resistir à ação predatória de microrganismos que podem prejudicá-lo. A própria definição da palavra patógeno, organismo que pode superar as defesas do corpo e induzir alterações deletérias, demonstra a importância da existência de mecanismos eficazes de proteção do hospedeiro. Dois sistemas constituem a defesa do corpo contra a ação de patógenos. Eles podem ser divididos por uma linha evolucionária germinal antiga, na qual um, o mais antigo desenvolveu-se para proporcionar uma resposta rápida (inespecífica) à invasão pelos microrganismos. Já o outro, de evolução mais tardia, responde mais lentamente a infecção, porém de forma específica. Esses dois sistemas imunes que dão proteção ao organismo são conhecidos como imunidade inata e imunidade adaptativa (adquirida), respectivamente. A imunidade inata surgiu com os primeiros seres multicelulares, sendo que o benefício da sua existência é destacado pelo fato da maioria dos organismos, sobre nosso planeta, sobreviver apenas com este tipo de imunidade, como por exemplo, as plantas e os insetos. Já a imunidade adaptativa surgiu com os vertebrados mandibulados, e possui como principal vantagem reconhecer praticamente qualquer antígeno existente, além da geração de memória imunológica, diferentemente do sistema inato, que reconhece apenas um número limitado de antígenos. ______________Sistema imune inato______________ 5 | Página Apesar desta divisão entre os tipos de imunidade, ocorre um contínuo entre estes dois sistemas. Assim sendo, existem complexos mecanismos de interação entre a imunidade inata e a adaptativa. O que faz com que as duas trabalhem em conjunto para a defesa do organismo. 2.2 Imunidade inata A imunidade inata é primeira linha de defesa do hospedeiro contra patógenos ou moléculas tóxicas. Ela é constituída principalmente por elementos mecânicos, químicos e celulares e geralmente não gera memória imunológica. A epiderme e as mucosas estão entre os elementos mecânicos que funcionam como barreiras para a entrada do patógeno aos tecidos do hospedeiro. Associadas a elas estão propriedades fisiológicas como baixo pH do estômago, a ação ciliar, motilidade, descamação e a secreção de muco, produção da saliva e da lágrima que contém lisozima. Elementos químicos podem ser divididos em três subcomponentes: moléculas de reconhecimento de padrões, as quais podem ser solúveis ou associadas às células; proteínas ou peptídeos que hidrolisam micróbios; e citocinas e quimiocinas que regulam a resposta imunológica. Já o elemento celular é constituído por células epiteliais, mastócitos, células dendríticas, células fagocitárias como os macrófagos e granulóctios, células Natural killers e células Tγδ. A imunidade inata é responsável pela construção da resposta inflamatória. Esta é ______________Sistema imune inato______________ 6 | Página ocasionada em uma primeira instância por macrófagos, leucócitos polimorfonucleares e mastócitos através de receptores nestas células relacionados à resposta imune inata. O agente inflamatório age sobre os tecidos e induz a liberação de mediadores químicos que sobre tais receptores, produzem aumento da permeabilidade vascular e exsudação de plasma e células sanguíneas para o interstício. Dessa forma este mecanismo possibilita a defesa contra muitos agentes agressores. Contudo, a reação inflamatória pode em alguns casos levar a processos fisiológicos que causam dano ao tecido do hospedeiro. Somente se o agente infeccioso romper essa primeira linha de defesa é que a resposta imune adaptativa será ativada. Portanto, alguns mecanismos da imunidade inata começam a agir imediatamente no encontro com agentes infecciosos; outros são ativados e amplificados na presença da infecção e em seguida voltam aos níveis basais com o término da infecção. Utilizando várias fontes de pesquisa, escreva as principais diferenças entre sistema imune inato e sistema imune adaptativo na tabela abaixo. Compare sua pesquisa com a de outros colegas. ______________Sistema imune inato______________ 7 | Página Tabela 1. Principais diferenças entre imunidade inata e adquirida. Imunidade inata Imunidade adquirida ______________Sistema imune inato______________ 8 | Página 2.2.1 Padrões de reconhecimento na resposta imune inata Após o patógeno aderir à superfície epitelial causando danos, sinais são gerados ocasionando a produção de quimiocinas, citocinas, prostaglandinas e leucotrienos pelo epitélio. Estas substâncias indicam dano no tecido. Células dendríticas e macrófagos também interagem com o microrganismo invasor, através da detecção do patógeno por moléculas nestas células especializadas no reconhecimento de estruturas padrões presentes nos patógenos. No sistema imune inato existe um número limitado de receptores de reconhecimento de padrões constitutivos. Este mecanismo de reconhecimento é à base da ativação do sistema imune inato. Pode-se citar três tipos de ativação da resposta imune inata, sendos elas: através do reconhecimento de padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs), reconhecimento molecular de padrões moleculares associados a dano (DAMPs), e reconhecer a ausência de “receptores próprios”do organismo. Patógenos são caracterizados por arranjos específicos de moléculas chaves chamados de padrões moleculares associados aos patógenos (PAMPs) que são reconhecidos pelos receptores de reconhecimento de padrões (PRRs). Diferentes PRRs reagem com específicos PAMPs mostrando distintos padrões de expressão e vias de sinalização ativas ______________Sistema imune inato______________ 9 | Página específicas, o que geram distintas respostas a diferentes patógenos. Os PAMPs são estruturas vitais das células microbianas, as quais têm alterado pouco durante a evolução, ou seja, são características estruturais conservadas expressas pelos microrganismos. Assim, representam os principais alvos no reconhecimento do sistema imune inato. Dentre estas estruturas destacam-se os lipopolissacarídeos e ácidos teicólicos que estão presentes nas células bacterianas gram- negativas e gram-positivas, respectivamente; os motivos não metilados CpGs, os quais caracterizam DNAs de células bacterianas; RNA de fita-dupla representandoa assinatura estrutural de vírus de RNA; e os polímeros de manose que são componentes da parede celular de células de leveduras. Nenhuma dessas estruturas é sintetizada pelo organismo hospedeiro e todas elas são compartilhadas por grandes grupos de patógenos e são essenciais para a sua fisiologia. Os PRRs são encontrados sobre muitas das células do sistema imune inato incluindo células epiteliais macrófagos, monócitos, granulócitos, mastócitos e células dendríticas. Eles podem ser expressos sobre a superfície das células, em compartimentos intracelulares, ou secretados na circulação sanguínea e fluídos teciduais. As principais funções dos PRRs incluem opsonização, ativação do sistema complemento e cascata de coagulação, fagocitose, ativação de vias sinalizatórias da inflamação e indução da apoptose. Existem diferentes famílias de PRRs como os receptores ______________Sistema imune inato______________ 10 | Página scavenger, receptores Toll-like (TLR), receptores de peptídeos formil, receptores de manose e glicanos, receptores do complemento (CR3) e CD14. Fundamentalmente, a ativação de receptores do tipo Toll e proteínas NOD disparam a produção de citocinas e quimiocinas pró-inflamatórias e estimulam a expressão de moléculas co-estimulatórias. Outra maneira do sistema imune inato perceber a presença de patógenos é detectar os DAMPs (padrões moleculares associados ao perigo), os quais são metabólicos comuns em consequência da inflamação e infecção, alguns exemplos são: alarminas endógenas, proteínas de choque térmico, ácido úrico entre outras. A figura 1 esquematiza as principais formas de detecção de PAMPs pelo sistema imune inato e suas consequências. Figura 1. Receptores padrões de reconhecimento e seus papéis na resposta imune inata e adaptativa (modificado de BASSET et al., 2003). Em relação à ausência de “receptores próprios”, ocorre a ativação de células Natural Killer ______________Sistema imune inato______________ 11 | Página regulada por uma combinação de receptores de inibição e estimulatórios e da superfície celular, com o objetivo de destruir as células infectadas. Também pode ocorrer o recrutamento de leucócitos para o local de infecção em várias etapas, sendo elas: aumento da expressão de selectinas pelo endotélio, aumento na afinidade das integrinas mediado por quimiocinas, adesão estável dos leucócitos ao endotélio mediado pelas integrinas, transmigração de leucócitos através do endotélio. 2.2.2 Receptores solúveis 2.2.2.1 As colectinas A família das colectinas inclui proteínas surfactantes A, D (SP-A, SP-D) e lecitina ligada a manose (MBL). Estes receptores se ligam aos glicoconjugados bacterianos e atuam como opsoninas. SP-A e SP-D, primeiramente, foram relacionadas à homeostase lipídica, mas agora se sabe que elas interagem com um grande número de estruturas bacterianas e fúngicas. As colectinas são caracterizadas pela presença de uma região colágena e um domínio lecitina tipo C (CTL). Tipicamente elas formam receptores oligoméricos. ______________Sistema imune inato______________ 12 | Página 2.2.2.2 Cascata complemento As proteínas associadas à MBL ligam-se a polímeros de manose das paredes celulares microbianas e são membros da família das colectinas. As lectinas têm um importante papel na ativação da cascata complemento e elas determinam uma das três vias de ativação do complemento, chamada via das lecitinas. As outras duas vias são: via clássica, ativada por complexos antígeno- anticorpo e a via alternativa, desencadeada pela ativação do composto C3 na superfície de patógenos, esta última via também importante como mecanismo imediato de defesa do organismo contra agentes infecciosos, logo fazendo parte da resposta imune inata. Quando ligadas a resíduos de manose, MBL sofre uma alteração conformacional que resulta na clivagem dos compostos C4 e C2 para formar o complexo convertase C4b2a. Por ação deste o C3 é clivado em dois fragmentos C3a e C3b. C3b se liga ao C5 fixando-o junto à membrana do agente agressor. Então uma convertase chamada C3/C5 cliva o C5 em dois novos fragmentos (C5a e C5b). C5b possui dois sítios de ligação um que liga ao C6 e outro que se liga a membrana. O complexo C5b6 liga-se ao C7 gerando C5b67 que se liga ao C8, formando um complexo que induz a polimerização do C9. Assim, este último forma um complexo polimérico de 12 a 16 unidades que constituem canais anfipáticos, hidrofóbicos externamente e hidrofílicos internamente, também conhecido como ______________Sistema imune inato______________ 13 | Página complexo de ataque a membrana, responsável pela morte do patógeno sobre o qual ele foi ativado. Na via alternativa de ativação do sistema complemento o composto C3b é o agente desencadeador da cascata. Este composto pode ser gerado de maneira espotânea, porém em baixas proporções. Quando ligado à superfície do patógeno ele se mantém estável, dessa forma, possibilita a ligação ao fator B pela ação catalítica do fator D, produzindo assim o complexo C3bBb, outro tipo de convertase sobre a superfície do patógeno. O C3bBb clica o C3 em C3a e C3b, que pode continuar a cascata de reações com C5, C6, C7, C8 e C9 como descrito no parágrafo acima. Em termos da “limpeza” do organismo, a presença de C3b sobre a superfície do patógeno pode fazê-lo atuar como uma opsonina, aumentando a absorção pelos fagócitos através de seus receptores de C3b. A via clássica de ativação do sistema complemento requer a presença de anticorpos para ativação, caracterizando-a como parte do sistema imune adaptativo. Contundo, ela também pode ser ativada pela proteína reativa C1 (CRP) e assim também ser considerada como parte da resposta imune inata. Existem também os anticorpos naturais que são IgM secretadas espontaneamente e que com frequência reagem com polissacarídeos microbianos. Estes anticorpos também podem ser caracterizados como componentes da resposta imune inata. ______________Sistema imune inato______________ 14 | Página Revise o sistema complemento. Procure identificar seus componentes e a forma de ativação e atuação de cada um deles. 2.2.2.3 Pentraxinas A característica básica desta família é a estrutura pentamérica cíclica de suas moléculas. Ela inclui proteínas curtas como a proteína reativa C e soro amiloide P (SAP) e grandes pentraxinas. CRP e SAP atuam como opsoninas, além de poderem ativar o componente C1q da via clássica do sistema complemento por se ligarem a ele. Longas pentraxinas são produzidas por uma variedade de células imunológicas e epiteliais. 2.2.2.4 Proteínas ligadas ao lipopolissacarídeos e CD14 As proteínas ligadas a lipopolissacarídeos (LBP) estão dispersas no soro e rapidamente se ligam aos LPS, facilitando a transferência deles para o receptor CD14 sobre os macrófagos. Contudo, este receptor não possui um domínio intracitoplasmático, sendo necessário então a associação a um outro receptor o TLR4 (Toll-like receptor 4) o qual é responsável pela sinalização intracelular que levará a secreção de citocinas pelos macrófagos. ______________Sistema imune inato______________ 15 | Página 2.2.3 Receptores associados a células 2.2.3.1 Receptores Toll-like Durante os anos noventa foi desmonstrado que a proteína Toll em espécies de Drosophila está envolvida na defesa destes insetos contra infecções causadas por fungos. Desde então proteínas similares foram descritas em mamíferos. Estas diferem–se devido a especificidade dos seus ligantes, padrões de expressão, e nos genes alvos que podem induzir. Muitas TLRs estão envolvidas no reconhecimento de uma variedade de PAMPs. Receptores Toll-like existem como proteínas diméricas (heterodímerosou homodímeros). Os ectodomínios de TLRs são compostos de motivos repetidos ricos em leucina, enquanto o componente citosólico, chamado Toll/IL-1 receptor-like domain (TIR), está envolvido na sinalização. Após a ligação de produtos microbianos com os TLRs ocorre a sinalizações metabólicas como a ativação de fator nuclear κβ, ativação da proteína 1, fator 3 regulador de interferon, e outros fatores transcripcionais. Dessa forma, ocorre a produção de citocinas pró- inflamatórias, maturação de células dendríticas e outras respostas imunológicas. Os TLRs também são capazes de reconhecer sinais endógenos como proteínas do choque térmico e produtos da necrose celular, assim podem estar envolvidos na autoimunidade ou ativação do reparo tecidual. ______________Sistema imune inato______________ 16 | Página TLRs são expressos sobre uma variedade de células do sistema imune, incluindo macrófagos, células dendríticas (DCs), células B, tipos específicos de células T e até mesmo sobre células não imunológicas como fibroblastos e células epiteliais. A expressão dos TLRs não é estática. É modulada rapidamente em resposta a presença de patógenos, uma variedade de citocinas e o estresse ambiental. Além disso, eles podem ser expressos intra e extracelularmente. Enquanto certos TLRs (TLRs 1,2,4,5 e 6) são expressos sobre a superfície celular, outros (TLRs 3,7,8 e 9) são encontrados exclusivamente em compartimentos intracelulares como endossomos, e seus ligantes, principalmente ácidos nucléicos, devem ser internalizados nos endossomos antes da sinalização ser possível. ______________Sistema imune inato______________ 17 | Página Utilizando várias fontes de pesquisa, descreva os principais TLRs indicando seus locais de expressão e o componente alvo do seu reconhecimento. Utilize o espaço seguinte para sua pesquisa. Após a ligação dos TLRs com seus respectivos componentes alvos, ocorre a ativação de uma cascata metabólica, que levará a ativação de vias de sinalização e fatores de transcrição de genes envolvidos na defesa do hospedeiro contra ação de microrganismos. Para isso, após a ligação, os TLRs ______________Sistema imune inato______________ 18 | Página dimerizam-se e submetem-se a alterações conformacionais requeridas para o recrutamento de moléculas adaptadoras contendo o domínio TIR para o domínio TIR dos TLRs. Existem quatro moléculas adaptadoras chamadas My88D, proteína associada à TIR (TIRAP)/My88D-adaptor-like (MAL), proteína adaptadora contendo domínio TIR indutora de IFN- β(TRIF)/molécula 1 contendo domínio TIR (TICAM1), e molécula adaptadora relacionada a TIRF (TRAM). As diferentes respostas mediadas por distintos ligantes aos TLRs podem ser explicadas em parte pelo uso seletivo dessas moléculas adaptadoras. My88D e TIRF são responsáveis pela ativação de distintas vias sinalizatórias, levando à produção de citocinas pró-inflamatórias e IFNs do tipo I, respectivamente (Figura 2). Figura 2. Vias de sinalização dos TLRs (modificado de AKIRA et al., 2006) 2.2.3.2 Receptores Scavenger Os macrófagos possuem receptores glicoprotéicos transmembranas triméricos ______________Sistema imune inato______________ 19 | Página identificados como SR-AI, SR-AII e MARCO. Esses são denominados como receptores Scavenger. Eles se ligam a lipídios de baixa densidade, LPS e ácido lipoteicólico. Sendo assim, estão envolvidos na detecção de estruturas do microrganismo invasor atuando como receptores para a fagocitose. 2.2.3.3 Receptores de peptídeos formil São encontrados na membrana de neutrófilos e monócitos.Eles ligam-se a formil-meiotionina-leucina- felnilalanina (fMLF) e são em parte responsáveis pela quimiotaxia de neutrófilos para a área infectada. Eles também podem estar envolvidos na modulação da resposta inflamatória através da detecção de ligantes endógenos para estes receptores. 2.2.4 Receptores intracelulares Dois receptores intracelulares têm sido estudados com grande interesse. O PKR (proteína quinase ativada – RNA dupla-fita - dsRNA) que reconhece RNA dupla-fita presente na célula infectada e favorece a ativação do NF-κβ (fator nuclear κβ) e do MAP quinase (proteína ativadora da mitose) os quais estão envolvidos na inibição ou ativação da apoptose em células infectadas por vírus, ou por células em estresse metabólico. ______________Sistema imune inato______________ 20 | Página Recentemente, descobertas têm indicado que famílias de proteínas com o domínio de oligomerização ligante de nucleotídeos (NOD) possuem um importante papel na detecção de bactérias intracelulares. O NOD1 foi originalmente identificado como uma molécula estruturalmente relacionada ao regulador de apoptose Apaf-1. Ele reconhece o γ-D-glutamil-meso-ácido diaminopimélico. Já o NOD2, mostra similaridade estrutural com NOD1, contudo ele reconhece o muramil dipeptídeo MurNac-L-Ala-pisoGln (MDP). Ambas as estruturas reconhecidas pelo receptor NOD estão presentes nas camadas de PGN (peptídeosglicanos) de bactérias. 2.3 Citocinas e quimiocinas Citocinas e quimiocinas são ambas moduladoras das respostas imunes inatas e adaptativas. São estruturalmente diferentes e podem ser produzidas por uma variedade de células incluindo células do sistema imunológico e células das paredes epiteliais e endoteliais. Na imunidade inata as principais fontes de citocinas são os macrófagos, neutrófilos, células natural killers e queratinócitos. Quimiocinas e citocinas podem desempenhar suas funções tanto localmente como sistemicamente, influenciando, também, a síntese e as ações de outras citocinas. O perfil gerado destas substâncias na resposta imune inata que determinará o balanço Th1 ou Th2 da resposta imune adquirida. O ______________Sistema imune inato______________ 21 | Página que demonstra a ligação entre resposta imune inata e a adquirida. Pela definição da palavra, citocinas são proteínas secretadas pelas células do sistema imune inato e adaptativo, que modulam muitas das funções dessas células através de eventos breves e autolimitados. Já quimiocinas são uma grande família de proteínas homólogas estruturalmente das citocinas que estimulam os movimentos dos leucócitos e regulam a migração dos leucócitos do sangue para os tecidos. Citocinas e quimiocinas são importantes na maturação das células dendríticas, recrutamento de células efetoras nos locais de infecção, estimulação da resposta inflamatória aguda e limitação do espalhamento do patógeno. Dentre as várias citocinas e quimiocinas geradas na resposta imune podem-se destacar: TNF-α, IL-1, IL-4, IL-6, IL-8, IL- 12 e os IFNs. Como forma de escape do sistema imunológico os patógenos podem quebrar a rede de citocinas e quimiocinas da resposta imunológica em três vias: inibição da síntese ou liberação, interferência com os receptores de ligação ou pelo uso de substâncias antagônicas. Muitos vírus têm a habilidade de inibir as citocinas pró-inflamatórias ou estimular aquelas anti-inflamatórias. É interessante também citar que algumas bactérias podem modular a rede de citocinas e quimiocinas pela produção de proteases que clivam essas substâncias tornando- as inativas. ______________Sistema imune inato______________ 22 | Página O livro Imunologia Celular e Molecular possui um capítulo que trata apenas das citocinas e quimiocinas. Como sugestão leia este capítulo. ______________Sistema imune inato______________ 23 | Página 2.4 Células do sistema inume inato 2.4.1 Mucosa epitelial – primeira linha de defesa A primeira linha de defesa do organismo contra invasões de patógenos é representada por barreiras físicas, químicas e microbiológicas que impedemos microrganismos de infectar o ambiente estéril interno do hospedeiro. Fazem parte desta primeira barreira às superfícies mucosas do trato respiratório, gastrointestinal, genitário e a pele. Todas estas barreiras contêm também inúmeras outras formas de defesa do organismo como células especializadas e compostos químicos específicos, os quais diferem para cada localização anatômica. Os órgãos mais susceptíveis aos ataques de patógenos são os pulmões e o intestino. Isso se deve ao fato desses órgãos possuírem uma grande superfície de contado com o ambiente externo. Processos fisiológicos como o movimento ciliar, secreção de uma camada de muco constituído de mucinas (glicoproteínas), auxiliam na eliminação dos patógenos que tentam se aderir às superfícies epiteliais do hospedeiro. Outras defesas como a secreção de IgA e lactoferrina também podem inibir essa adesão. Nos intestinos a flora microbiana comensal auxilia na proteção inibindo muitas vezes o desenvolvimento de microrganismos patogênicos neste órgão. Ambiente desfavorável a proliferação dos patógenos também é encontrado no estômago, devido a secreção de ácido clorídrico o qual diminui o ______________Sistema imune inato______________ 24 | Página pH, provocando a morte dos agentes infecciosos presentes na lúmen deste órgão. Várias enzimas e peptídeos secretados nas superfícies mucosas também podem auxiliar a matar microrganismos invasores. Lisozima é um exemplo de enzima capaz de degradar a parede celular de bactéria. A lactoferrina possui grande afinidade por ferro, isso possibilita a inibição do desenvolvimento de microrganismos que dependem deste componente para sobrevivência. Já a lactoperoxidase produz superóxidos que matam bactérias. Apesar de todos estes mecanismos já citados, patógenos podem evadir-se e alcançar o ambiente interno das superfícies epiteliais. Ocorrendo isso, as células epiteliais possuem mecanismos de percepção da presença desses microrganismos tanto em suas faces apical, baso-lateral e intracelular. Vias metabólicas específicas são ativadas quando receptores ligam-se aos seus ligantes sobre os microrganismos ou seus produtos. Assim sendo, ocorre a secreção de citocinas e quimiocinas que atuaram no recrutamento de tipos celulares que executam a resposta imunológica, assim como ativam fatores transcripcionais que levarão a vias de resolução da infecção. Muitas quimiocinas têm sido relacionadas ser secretadas pelas células epiteliais: IL-8, ENA 78, gro-α, MIP-2e MCP-1. A interleucina 8 (IL-8) é relacionada com o recrutamento de neutrófilos para a região baso-lateral. Monócitos/macrófagos têm seu recrutamento facilitado pela expressão de receptores ICAM-1 sobre as superfícies das células. ______________Sistema imune inato______________ 25 | Página Peptídeos como as defensinas, catelicidinas e histatinas têm demonstrado ser secretados pelas células epiteliais e possuem importante papel na defesa do hospedeiro (humanos). As defensinas ligam-se as membranas de organismos carregados negativamente levando a desestabilização desta. Catelicidinas como as defensinas podem-se ligar aos LPS e inativam sua função biológica. Ou seja, defensinas e catelicidinas irão estimular um efeito tóxico direto ou provocar a inflamação no local. Histatinas estão presentes na saliva humana e sua ação antimicrobiana é particularmente efetiva contra fungos. No intestino, a presença de células epiteliais, células M e células dendríticas as quais são especializadas na tomada dos patógenos do lúmen transpondo-os para o interior do epitélio, em regiões denominadas placas de Peyer, facilitam o desenvolvimento da resposta imunológica contra estes patógenos. Esta resposta pode ser dada localmente ou ser amplificada e tornar-se uma resposta sistêmica. 2.4.2 Células fagocitárias: neutrófilos e macrófagos A principal função das células fagocitárias é realizar a fagocitose dos agentes infecciosos antes que eles possam se espalhar pelo organismo hospedeiro. Uma função secundária, porém não menos importante, é executada pelos macrófagos. ______________Sistema imune inato______________ 26 | Página Eles são capazes de funcionar como células apresentadoras de antígenos, sendo assim, são umas das ligações entre a resposta imune inata e a resposta imune adaptativa. As primeiras células reativas ao patógeno invasor são os macrófagos residentes nos tecidos epiteliais. Neutrófilos são recrutados posteriormente aos sítios de infecção pela expressão de citocinas, quimiocinas e sinais de perigo, que fazem com que estas células abandonem a corrente sanguínea e migrem para os locais de ação. Tantos macrófagos como neutrófilos possuem muitos receptores responsáveis pelo reconhecimento dos patógenos. Após serem fagocitados os microrganismos são internalizados em fagossomos. Através da atuação de enzimas contidas nos lisossomos que se fundem ao fagossomo, o conteúdo fagocitado é digerido por mecanismos que envolvem reações oxidativas e não- oxidativas. Os neutrófilos são leucócitos também conhecidos como polimorfonucleares devido à aparência de seu núcleo através da microscopia. Seu núcleo é segmentado em três a cinco porções. Eles possuem grânulos que contêm agentes microbianos oxidativos e não-oxidativos que são liberados no fagolisossomo. Entre estes agentes incluem-se: defensinas, proteínas aumentadora da permeabilidade bactericida (B/PI), proteínas catiônicas que se ligam ao LPS, fosfolipases, lisozimas, lactoferrinas e catepsina G. Algumas dessas substâncias também são importantes na regulação da resposta imune. O hipoclorito é o ______________Sistema imune inato______________ 27 | Página principal oxidante bactericida produzido pelos macrófagos. Ele também é responsável pelo dano tecidual do hospedeiro. Assim como espécies de oxigênio reativo que são liberadas pelo neutrófilo e estão relacionadas com a inflamação crônica nas quais ocorre a persistência dos neutrófilos no tecido que foi infectado. Os macrófagos são originários da hematopoese na medula óssea. Eles são primeiramente definidos como monócitos quando ganham a circulação sanguínea ainda não tendo completado seu desenvolvimento. Uma vez completado seu desenvolvimento recebem o nome de macrófago apesar de existirem variações dependendo do local onde são encontrados. Por exemplo, quando são encontrados no sistema nervoso central recebem o nome de células da micróglia, quando encontrados nos pulmões, macrófagos alveolares; no fígado, células de Kupffer; e na medula quando apresentam múltiplos núcleos, osteoclastos. Como os neutrófilos os macrófagos podem responder a presença de patógenos nos sítios de infecção. Contudo eles apresentam a característica de não serem completamente diferenciados, o que possibilita sua divisão nos sítios de infecção possibilitando sua maior permanência durante a inflamação. Os macrófagos são principais células nos estágios precoces da infecção. 2.4.3 Células dendríticas (DCs) ______________Sistema imune inato______________ 28 | Página Entre os componentes celulares identificados no sistema imune inato as células dendríticas têm sido identificadas como o principal tipo celular para apresentação de antígenos, sendo então classificadas como células apresentadoras profissionais. Estas células são capazes de reconhecer muitos padrões antigênicos através de vários receptores padrões de reconhecimento expressos por elas como os TLRs. Tem sido demonstrado que células dendríticas estão presentes em quase todos órgãos periféricos e tecidos linfoides, fato este que contribui para sua ação contra agentes infecciosos, pois virtualmente elas estão presentes em todos possíveis sítios de entrada dos antígenos. Recentementetêm-se sugerido que estas células também estão envolvidas em processos de indução e manutenção da tolerância antigênica. O ciclo de vida das células dendríticas inicia com as células precursoras (incluindo monócitos), as quais circulam na circulação sanguínea e são continuamente geradas pelos progenitores na medula óssea. A migração para órgãos não linfoides induz a diferenciação das células precursoras das células dendríticas em células dendríticas que se tornam residentes nos tecidos celulares (interstício dos órgãos periféricos e pele). Contudo, estas células encontram-se nesses locais em um estado (fenótipo) imaturo. Sua maturação ocorre através do reconhecimento de PAMPs por estas células somadas a um ambiente ideal de moléculas (citocinas, quimiocinas, DAMPs, etc) que auxiliam no seu desenvolvimento. A ativação das células dendríticas ______________Sistema imune inato______________ 29 | Página leva a apresentação de antigênica através de moléculas do complexo principal de histocompatibilidade da classe II (MHC-II) de peptídeos derivados do processamento do antígeno fagocitado. Células dendríticas maturas são capazes de secretar uma variedade de citocinas, dentre elas IL- 12p40 e p70, TNF-α, IL-1β, IL-6 e óxido nítrico. Estas citocinas estão envolvidas no desenvolvimento e manutenção de processos inflamatórios relacionados à resposta imune inata. Ela também secreta a IL-2 que é uma molécula chave na indução da imunidade T dependente (imunidade adquirida) ou na efetivação de mecanismos tolerogênicos. O processo de maturação das células dendríticas, depois de ativado, faz com que estas células alterem o padrão de moléculas receptoras de quimiocinas. Sendo assim, elas adquirem a capacidade de migrar dos tecidos periféricos para os vasos linfáticos onde ganham a circulação linfática e posteriormente os linfonodos, onde atuaram como apresentadoras de antígeno estimulando a resposta imune adquirida. Para isso ocorre uma regulação negativa para a expressão de CCR1 e CCR5, e positiva para CCR7 o qual direciona as DCs via quimiocinas CCL19 e CCL21. ______________Sistema imune inato______________ 30 | Página Figura 3. Revisão das DCs e suas principais características como células apresentadoras de antígenos (modificado de ADAMS et al., 2005). 2.4.4 Células Natural Killers (NK) Células natural killers são derivadas dos mesmos precursores linfoides de linfócitos T. Essas células contêm importantes moléculas chamadas perforinas e granzimas, as quais são liberadas durante o contato célula-célula e são responsáveis por matar células tumorais e aquelas infectadas por vírus. Células NK também podem atuar através da via Fas/FasL e são a principal fonte de IFN-γ que ativa os macrófagos para matar patógenos. Já os macrófagos secretam IL-12 que é essencial para a atividade citotóxica das células natural killers. Diferentemente de células T citotóxicas, células NK não reconhecem especificamente os antígenos, seus receptores não são codificados por genes que sofrem recombinação somática que determinam a especificidade, assim elas diferem das células ______________Sistema imune inato______________ 31 | Página relacionadas ao sistema imune adaptativo, representando um braço da resposta imune inata. Contudo, quando analisadas as bases de suas relações de linhagem, repertório de receptores e funções efetoras, células NK parecem ser um tipo células que interliga os sistemas imune inato e adaptativo. Através do reconhecimento dos patógenos por seus receptores elas respondem rapidamente ativando suas funções efetoras. Uma variedade de receptores são expressos pelas células naturais killers, dentre estes se destacam: CD2, CD69, CD226 (DNAM-1), CD44 e Ly6. Alguns destes estão envolvidos com a atividade citotóxica da células NK e outros relacionados com a produção de citocinas que atuam como reguladoras da resposta imunológica. Uma família de receptores denominada KIR (receptores parecidos com imunoglobulinas) possui funções ativadoras e inibitórias. O KIR inibitório reconhece células que expressam níveis normais de MHC-I protegendo-as da função lítica das NKs. Células que expressam baixa quantidade de MHC-I são então degradadas. Já o receptor KIR ativador possui a função de regular as funções das células NKs. Alguns estudos citam sobre a possibilidade que células NK podem interagir diretamente com células T CD4+. Isso é sugerido pelo fato das células NK humanas possuírem MHC-II. Estudos recentes têm demonstrado que a ativação de células NK humanas por citocinas “inatas” (IL-12, IL-15) é suficiente para a expressão de CD86 sobre essas células. Assim sendo, a expressão do CD86 que é o ligante do CD28 ______________Sistema imune inato______________ 32 | Página (potente receptor coestimulatório) possibilita a ativação de células T CD4+, o que demonstra a interligação entre os sistemas inato e adaptativo através das células NK. Existe um pequeno número de células do sistema imune que compartilham características com as células naturais killers e as células T. Essas são denominadas células NK-T. Elas constituem uma conservada sublinhagem com propriedades únicas, incluindo reatividade para glicolipídeos apresentado por Cd1d, expressão de um receptor de células T (TCR) cadeia α, e um requerimento não usual para seleção tímica. Essas células produzem rapidamente citocinas que influenciam a resposta imunológica e processos patogênicos. 2.4.5 Mastócitos Células mastócitos (MCs) têm sua origem na medula óssea. Elas circulam no sangue em baixa concentração e são encontradas em todos os tecidos, mas são especialmente abundantes nos limites entre o organismo e o ambiente, como nas mucosas das vias aéreas e intestino, e na pele. Este tipo celular possui uma espectativa de vida de 1 a 6 meses. MCs respondem diretamente e indiretamente aos patógenos, tornando estas células importantes sentinelas do sistema imunológico. Elas podem então iniciar mecanismos importantes da resposta imune inata ao patógeno. Entretanto, células mastócitos também podem trabalhar como influenciadoras de ______________Sistema imune inato______________ 33 | Página uma boa resposta adaptativa, pois contribuem com a maturação, migração e função das células dendríticas, além de interagirem com os linfócitos T e B. Como células do sistema inume inato, MCs produzem importantes compostos com função bactericida como as catelicidinas, além de substâncias pro-inflamatórias como heparina, histamina e fatores quimiotáticos para eosinófilos. Elas também podem contribuir no controle da reposta através da ação de proteases que degradam mediadores endógenos, os quais são superregulados durante a infecção. A resposta das células mastócitos não é restringida às bactérias, elas também são reativas a muitos patógenos como parasitas e vírus. 2.4.6 Inflamação O reconhecimento do patógeno e a destruição dos tecidos iniciam uma resposta inflamatória. Logo, a inflamação é uma reação complexa de tecido vascularizado à infecção, à exposição à toxina ou a lesão celular envolvendo acúmulo extra vascular de proteínas plasmáticas e leucócitos. A inflamação aguda é resultado comum de várias respostas inatas. Embora a inflamação sirva a uma função protetora no controle de infecções e promoção de reparo tecidual, também pode causar lesão e doença. As principais características do processo inflamatório são as transformações morfológicas e funcionais através de reações de defesa e reparo ______________Sistema imune inato______________ 34 | Página tecidual, que visam: destruir, diluir ou isolar o agente lesivo. O tempo de duração e a intensidade da inflamação irão determinar diferentes graus de transformaçãodo tecido que pode ser através de uma resposta aguda ou crônica. A resposta inflamatória aguda é aquela que ocorre imediatamente e de forma inespecífica mediante ao organismo agressor – ocorre de forma rápida. Esta resposta manifestará os 5 sinais cardinais da inflamação que são eles: calor, vermelhidão, inchaço, dor e perda de função. Estes sinais ocorrem devido a produção de vários tipos de mediadores químicos, como por exemplo: histamina, serotonina, enzimas lisossomais, prostaglandinas, leucotrienos, oxido nítrico entre outras. Os fatores que influenciam na inflamação são: fatores ligados ao agente agressor (característica especifica e natureza dos agentes agressores: física, química e biológica, grau de intensidade, tempo de exposição, capacidade de invasão e resistência a fagocitose); fatores ligados ao hospedeiro (estado de saúde, fisiológico, nutricional e hormonal); fatores ligados ao local invadido (tipo de tecido, suprimento sanguíneo). 2.4.7 Imunidade Inata e Sistema complemento Sistema de proteínas do soro e da superfície celular que interage principalmente com outras moléculas do sistema imunológico para produzir ______________Sistema imune inato______________ 35 | Página efetores importantes na eliminação de microrganismos. O sistema complemento é constituído por uma família de mais de 20 glicoproteínas sintetizadas no fígado, mas também por macrófagos e fibroblastos. Cada componente ativado no sistema complemento produzirá lise de proteínas que ativaram os próximos elementos. Ao longo do processo ocorrerá a produção de inúmeros mediadores responsáveis por alterar a permeabilidade vascular para assim facilitar a resposta inflamatória. Já a formação do complexo de ataque a membrana (MAC) promoverá a degradação da célula-alvo para favorecer a eliminação do agente invasor. As principais funções efetoras são: opsonização e fagocitose (C3b e C4b) estimula a resposta inflamatória (C5a, C3a e C4a), citólise (MAC), solubilização de complexos antígeo-anticorpo eliminando-o por fagocitose (retorno a homeostasia). A ligação de C3b (ou C4b) ao agente invasor/microrganismo está relacionada à opsonização, assim ocorre o reconhecimento do C3b aderido pelo receptor de C3b no fagócito, estimulando assim a fagocitose do microrganismo. As estimulações das reações inflamatórias ocorrem após a adesão do C3b ao microrganismo, posteriormente ocorrem recrutamento e ativação dos leucócitos por C5a, C3a, assim os leucócitos conseguiram destruir o invasor. Já a citólise medida pelo complemento ocorre uma adesão de C3b a uma bactéria, por exemplo, e ativam os componentes do complemento ______________Sistema imune inato______________ 36 | Página formando um complexo de ataque à membrana (MAC) para a lise osmótica da bactéria. 2.4.8 Outras proteínas de fase aguda As proteínas de fase aguda são proteínas (PFAs) que aumentam suas concentrações sanguíneas durante a resposta de fase aguda na inflamação ou infecção. Suas principais ações são: conter ou eliminar agentes infecciosos, remoção ou reparo tecidual. Destacam-se pela ativação do sistema complemento, opsonização dos invasores e limitação de danos teciduais causados pelos mesmos. Independe do agente causal seja ele trauma, infecção, queimadura ou infarto por exemplo. As proteínas de fase aguda estão intimamente relacionadas à resposta imune natural (inata). Algumas PFAs, além das proteínas do sistema do complemento, são: proteína C-reativa, fibrinogênio, amiloide A sérica, haptoglobina, entre outras. 2.5 Células Apresentadoras de antígenos No geral, são células que capturaram microrganismos, bem como outros antígenos que expressam fragmentos peptídicos em sua superfície associados a molécula do MHC e ativa linfócitos T específicos. Quem apresenta os antígenos são células dendríticas (tecidos, baço e linfonodos), células de Langerhans (derme), macrófagos ativados (tecidos lesados) relacionados à imunidade inata e linfócitos B (tecidos linfoides) relacionados à imunidade ______________Sistema imune inato______________ 37 | Página adaptativa. Além de exibir complexos peptídeo-MHC, as APCs também precisam expressar moléculas co- estimulatórias para proliferação e diferenciação dos linfócitos T. São células apresentadoras de peptídeos que estão associados a moléculas MHC de classe I (CD8+) denominadas células alvo (target cells) ou MHC de classe II (CD4+) denominadas células apresentadoras de antígenos (APCs). APCs para linfócitos T auxiliares naïve, usadas para referência às células dendríticas, fagócitos mononucleares e linfócitos B, todos os quais são capazes de expressar moléculas do MHC classe II e co-estimuladores. As principais células apresentadoras de antígenos são: células dendríticas, macrófagos e linfócitos B. 2.5.1 O complexo principal de Histocompatibilidade Proteínas especializadas que são codificadas por genes em um locus cuja função é apresentar antígenos (peptídeos) associados a células para serem reconhecidas pelas células T. No geral, são chamadas de “antígenos de transplantação principal”. Os genes do MHC (que são herdados dos pais) além de serem polimórficos conforme sua espécie controlam a rejeição de enxertos e a resposta imunológica podendo ser aumentada pelas citocinas - seja na resposta inata ou adaptativa - e IFN- γ. Os principais tipos são as moléculas de classe I e classe II. O MHC de classe I apresenta antígenos ______________Sistema imune inato______________ 38 | Página proteicos citosólico dentro da célula aos linfócitos citoliticos CD8+, a presença de INF-γ e TNF amplia sua expressão, assim como células que sofreram mutação e possuem estruturalmente uma cadeia α (pesada) em um complexo não covalente, com um peptídeo não polimórfico β²-microglobulina. Em relação ao processamento e apresentação ocorrerá a degradação proteolítica pelo proteossomo de antígenos marcados por ubiquitinas citosólicas, transporte dos peptídeos do citosol para o retículo endoplasmático que reunirá os peptídeos classe I para serem expressos na superfície do complexo- peptídeo I. Já o MHC de classe II apresentam antígenos extracelulares que foram endocitados em vesículas aos linfócitos auxiliares CD4+ e ampliam sua expressão em determinas condições de ativação (citocinas, PAMPs, CD40-CD40L, entre outras), possuem estruturalmente 2 cadeias polimórficas codificadas (α e β) estabilizadas por uma proteína conhecida como CLIP. Em relação ao processamento e apresentação ocorrerá a captura de antígenos extracelulares para os compartimentos vesiculares com posterior processamento das proteínas internalizadas nas vesículas endossômicas e lisossômicas, biossíntese e transporte do MHC de classe II para os endossomas, associação dos peptídeos processados com as moléculas de MHC de classe II nas vesículas para expressar os complexos na superfície. ______________Sistema imune inato______________ 39 | Página 2.6 Conclusão O sistema inume inato constitui a primeira linha defesa do organismo, através de barreiras físicas, químicas e elementos celulares. A interação entre estes componentes possibilita o reconhecimento e muitas vezes a eliminação do patógeno invasor através de mecanismos próprios. Como resultado do reconhecimento, o sistema imune inato é capaz de influenciar outro mecanismo imunológico do hospedeiro, conhecido como resposta imune adaptativa. Existem vários componentes do sistema imune inato que são importantes para esta interação, contudo três componentes se destacam, sendo eles, os TLRs, as células apresentadoras de antígenos e as citocinas. Esta interação entre dois braços da resposta imunológica possibilita o organismo do hospedeiro combater eficientementeo patógeno. A inflamação é uma reação do sistema imunológico que recruta e ativa leucócitos e proteínas de fase agua para o local lesado. E o sistema complemento está intimamente ligado ao processo inflamatório trabalhando juntamente ao anticorpo a eliminação do agente invasor. A ligação dos peptídeos às moléculas do MHC é feita por meio de uma interação não covalente mediada por aminoácidos tanto nos peptídeos quanto nas fendas das moléculas do MHC e no geral possuem uma ligação de peptídeo extracelular, uma região não polimórfica (contém sítios de ligação para células T), uma região transmembrana e citoplasmática. ______________Sistema imune inato______________ 40 | Página 2.6 Bibliografia ABBAS, A. K.; LICHTMANA, A. H.; PILLAI, S. Imunologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro: Elsevier, 6ed. 2008. ADAMS, S.; O’NEILL, D. W.; BHARDWAJ, N. Recent Advances in Dendritic Cell Biology. Journal of Clinical Immunology, v.25, n.2, p.87-98, 2005. AKIRA, S.; UEMATSU, S.; TAKEUCHI, O. Pathogen Recognition and Innate Immunity. Cell, v.124, p.783–801, 2006. ALBERTS, B.; JOHNSON, A.; WALTER, P. Biologia molecular da célula. São Paulo: Artmed, 4ed. 2004. BASSET, C.; HOLTON, J.; O’MAHONY, R.; ROITT, I. Innate immunity and pathogen–host interaction. 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