Desenvolvimento de linfócitos T

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Desenvolvimento de linfócitos T
Células T: Se desenvolvem de progenitores derivados das células-tronco hematopoiéticas pluripotentes na medula óssea e migram para o timo, onde maturam. 
O timo é composto por vários lóbulos, constituídos por regiões corticais (externa) e medulares (centrais). O córtex consiste em timócitos imaturos, células epiteliais corticais ramificadas, às quais os timócito corticais imaturos estão diretamente associados, e macrófagos espalhados, envolvidos na remoção de timócitos apoptóticos.
A medula consiste em timócitos maduros e células epiteliais medulares, macrófagos e células dendríticas originadas na medula óssea. Os corpúsculos de Hassall são provavelmente locais para destruição celular. Os timócitos na camada celular mais externa são células imaturas em proliferação, ao passo que os timócitos corticais mais internos são principalmente células T imaturas sofrendo seleção tímica.
Linfócitos T se desenvolvem a partir de um progenitor linfoide na medula óssea, que também origina as células B. As células precursoras das células T migram da medula óssea para o timo, onde os genes do receptor de célula T são rearranjados; os receptores T α:β que são compatíveis com moléculas do próprio MHC transmitem um sinal de sobrevivência na interação com o epitélio tímico, levando à seleção positiva das células que possuem esses receptores. 
Os receptores autorreativos transmitem um sinal que leva a morte celular e são removidos do repertório em um processo de seleção negativa. As células T que sobrevivem à seleção maturam e deixam o timo para circular na periferia. Elas deixam o sangue repetidamente para migrar pelos órgãos linfoides periféricos, onde podem encontrar seu antígeno estranho específico e tornar-se ativadas. A ativação leva à expansão clonal e diferenciação em células T efetoras. Essas são atraídas para locais de infecção, onde matam células infectadas ou ativam macrófagos; outras células são atraídas para as áreas de células B (auxiliam na ativação da resposta de anticorpo).
Timo - Célula progenitora recebe um sinal que é transduzido pelo receptor denominado Notch1 que ativa genes específicos. No desenvolvimento dos linfócitos, o sinal Notch instrui o precursor ao comprometimento com a linhagem de células T, em vez da linhagem B. Essa sinalização é necessária durante todo o desenvolvimento dos linfócitos T e auxilia na regulação de outros tipos de linhagens de células T, incluindo a escolha entre a α:β e γ:δ e a decisão CD4/CD8.
O epitélio tímico surge no desenvolvimento embrionário da terceira bolsa faringeana e terceiro sulco branquial. Juntos, esses tecidos epiteliais formam um timo rudimentar ou esboço tímico. O esboço tímico atrai, células de origem hematopoiética que o colonizam, dando origem a um grande número de timócitos, os quais estão comprometidos com a linhagem de células T e com as células dendríticas intratímicas. Os timócitos influenciam a organização das células epiteliais tímicas, induzindo a formação da uma estrutura epitelial reticular que circunda os timócitos em desenvolvimento. O timo é independentemente colonizado por inúmeros macrófagos.
Foi observado que a remoção cirúrgica do timo ao nascimento resulta em um camundongo imunodeficiente. Na síndrome de DiGeorge no homem e na mutação nude no camundongo, o timo não se forma, e o indivíduo afetado produz linfócitos B, mas poucos linfócitos T. 
Os camundongos com a mutação scid possuem um defeito que previne a maturação do linfócito. Os camundongos com a mutação nude apresentam um defeito que afeta o desenvolvimento do epitélio cortical do timo. As células T não se desenvolvem em nenhuma dessas linhagens de camundongos. As células da medula óssea do camundongo nude podem restaurar as células T do camundongo scid sendo que, no ambiente certo, as células da medula óssea do animal nude são normais e capazes de produzir as células T. As células epiteliais tímicas do camundongo scid podem induzir a maturação das células T no camundongo nude, demonstrando que o timo fornece o meio ambiente essencial ao desenvolvimento das células T.
Em camundongos o timo continua a se desenvolver após o nascimento, no ser humano o timo já está desenvolvido no nascimento. Em humanos, a produção de células T é maior durante a puberdade e decai após esta fase, mas continua por toda a vida. Após a puberdade, a remoção do timo não causa perda notável de células T, mostrando que o conjunto de células T é mantido por divisão e por células T de longa duração. Apenas 2-4% das células T deixam o timo como células maduras, os outros 98% de células produzidas são mortas por apoptose e fagocitadas devido à seleção negativa.
Os timócitos em desenvolvimento passam por fases distintas que podem ser identificadas por mudanças no status dos genes do receptor de célula T e sua expressão e por mudanças de expressão de diversas proteínas de superfície celular (CD3, CD4 e CD8). 
Duas linhagens distintas de timócitos são produzidas no timo. O CD4, CD8 e o complexo do receptor de células T (CD3 e as cadeias α e β do receptor de células T) são importantes moléculas de superfície celular para a identificação das subpopulações de timócitos. A população celular mais precoce no timo não expressa essas proteínas e por isso são denominadas timócitos “duplo-negativos” (não expressam CD4 e CD8). Estas células incluem os precursores que dão origem às duas linhagens de células T: a população minoritária de células T γ:δ (não expressam CD4 ou CD8 mesmo quando maduras) e a população majoritária de células T α:β. 
A segunda população duplo-negativa expressa o receptor NK1.1, encontrado nas células NK, e são conhecidas como células T NK. As células T NK são ativadas em resposta a várias infecções, diferindo da principal linhagem T α:β no reconhecimento de moléculas CD1 em vez de moléculas do MHC de classe I ou II.
O desenvolvimento posterior das células T α:β prossegue por estágios onde o CD4 e o CD8 são expressos pela mesma célula e agora são conhecidas como timócitos “duplo-positivos” que crescem e dividem. Posteriormente elas tornam-se pequenas células duplas positivas em repouso, que expressam baixos níveis de receptor de células T. Grande parte dos timócitos morre no timo após tornarem-se células duplo-positivas, mas aquelas cujos receptores podem interagir com o complexo de moléculas peptídeo próprio:MHC próprio perdem a expressão do CD4 e do CD8 e aumentam os níveis de expressão do receptor de célula T. O resultado desse processo são os timócitos de “positividade única” os quais, após a maturação, são exportados do timo como células T CD4 ou células T CD8 maduras de positividade única.
A correlação dos estágios de desenvolvimento da célula T α:β com o programa de rearranjo gênico e a expressão de proteínas da superfície celular no timo. Os precursores linfoides são estimulados a proliferar e tornar-se timócitos comprometidos com a linhagem T por meio de interações com o estroma tímico. Essas células duplo-negativas (DN1) expressam o CD44 e o Kit e, em um estágio posterior (DN2), a cadeia α do receptor de IL-2, o CD25. Depois disso, as células DN2 (CD44+CD25+) começam a rearranjar o lócus da cadeia β, tornando-se CD44low e Kitlow quando isso ocorre, tornando-se células DN3. As células DN3 são mantidas no estágio CD44lowCD25 até que rearranjem produtivamente o lócus da cadeia β; a cadeia β em fase de leitura pareia, então, com a cadeia pTα substituta para formar o receptor de célula pré-T (pré-TCR), sendo expressa na superfície celular, disparando a entrada da célula no ciclo celular. A expressão de pequenas quantidades de pT α:β na superfície celular em associação ao CD3 sinaliza o término do rearranjo do gene de cadeia β e ativa intensa proliferação celular causando a perda do CD25. Essas células são conhecidas como DN4. Eventualmente as células DN4 interrompem a proliferação e expressam o CD4 e o CD8. As células pequenas duplo-positivas CD4 +CD8+ iniciam o rearranjo eficiente do lócus da cadeia α. As células,então, expressam baixos níveis do receptor de célula T α:β e do complexo CD3 associado e estão prontas para a seleção. A maioria das células morre em consequência da seleção negativa, mas algumas são selecionadas para amadurecer em células de positividade única CD4 ou CD8 e, eventualmente, deixam o timo. A expressão de outras proteínas de superfície celular é apresentada de acordo com o estágio de desenvolvimento dos timócitos. As proteínas descritas foram selecionadas entre aquelas associadas ao desenvolvimento da linhagem de células T e foram incluídas devido a sua importância comprovada na sequência de desenvolvimento.
Os precursores mais precoces dos timócitos entram da circulação sanguínea no timo pelas vênulas próximas à junção córtico-medular. Os ligantes que interagem com o receptor Notch1 são expressos no timo e atuam nas células migratórias comprometendo-as com a linhagem de células T. Com a diferenciação dessas células desde o estágio precoce duplo-negativo (DN) CD4-CD8-, elas migram pela junção córtico-medular para a região subcapsular do córtex. As células DN3 residem próximas à região subcapsular. Com a posterior maturação das progenitoras para o estágio duplo-positivo, CD4+CD8+, elas migram novamente para o córtex. Finalmente, a medula contém somente células T maduras de positividade única, que eventualmente deixam o timo.
Durante o desenvolvimento das células T no timo, os timócitos duplo-negativos iniciam o rearranjo simultâneo dos loci γ, δ e β do receptor de células T. Se um receptor de células Tγ:δ completo for formado antes de um rearranjo gênico bem sucedido de cadeia β que leve a produção de um receptor de células pré-T, o timócito recebe um sinal pelo receptor γ:δ que impede o rearranjo posterior do gene de cadeia β e compromete a célula com a linhagem γ:δ. Esta célula matura em células Tγ:δ e migra do timo para a circulação periférica. Se uma cadeia β funcional for formada antes do receptor γ:δ completo, ela pareia com a pTα para formar um receptor de célula pré-T. Assim, o timócito em desenvolvimento recebe um sinal do receptor de célula pré-T, interrompe os rearranjos dos lócus cadeia γ e δ e fica comprometido com a linhagem α:β. O timócito passa do estágio DN3 para o estágio DN4 de proliferação e para o duplo-positivo quando o lócus da cadeia TCRα rearranja e produz um receptor de célula T α:β maduro. O rearranjo no lócus de cadeia α elimina os genes δ, impedindo a produção do receptor γ:δ na mesma célula.
O rearranjo dos genes γ e δ do receptor da célula T procede por ondas de células expressando diferentes segmentos gênicos Vγ e Vδ. Com cerca de duas semanas de gestação, o lócus Cγ1 é expresso com o gene Vγ5. Após alguns dias, as células carregando Vγ5 declinam e são trocadas por células expressando o gene Vγ6. Ambas as cadeias γ rearranjadas são expressas com o mesmo gene δ rearranjado, e existe pouca diversidade juncional em cada cadeia Vγ e V δ. A Maioria das células Tγ:δ produzidas em cada uma dessas ondas precoces possui a mesma especificidade. As células carregando Vγ5 se estabelecem na epiderme, enquanto as células portando Vγ6 se estabelecem no epitélio do trato reprodutivo. Após o nascimento, a linhagem T γ:δ torna-se dominante, e, embora as células T γ:δ ainda sejam produzidas, existe uma população mais heterogênea, carregando receptores com grande diversidade juncional. 
O lócus da cadeia β rearranja primeiro nos timócitos duplo-negativos CD4-CD8- expressando CD25 e baixos níveis de CD44. Os segmentos gênicos D para J rearranjam antes dos segmentos gênicos V rearranjarem em DJ. É possível fazer até quatro tentativas para produzir um rearranjo produtivo no lócus da cadeia β, porque existem quatro segmentos gênicos D com dois conjuntos de genes J associados a cada lócus da cadeia β do TCR. O gene rearranjado produtivamente é expresso dentro da célula e depois em baixos níveis na superfície celular. Ele se associa a pTα, uma cadeia α substituta de 33kDa que é equivalente a 	5 no desenvolvimento das células B; o heterotrímero pT α:β forma um complexo com as cadeias CD3. A expressão do receptor da célula pré-T sinaliza para os timócitos em desenvolvimento para parar o rearranjo gênico da cadeia β e sofrer vários ciclos de divisão. 
No final dessa explosão proliferativa, as moléculas CD4 e CD8 são expressas, a célula para a divisão, e a cadeia α sofre rearranjo. O primeiro rearranjo gênico da cadeia α remove todos os segmentos gênicos δ D, J e C naquele cromossoma, embora estes sejam retidos em um DNA circular – provando que estas são células que não se dividem. Isso inativa o gene da cadeia δ. Os rearranjos no lócus da cadeia α podem proceder através de vários ciclos, devido ao grande número de segmentos gênicos Vα e Jα e, dessa forma, os rearranjos produtivos quase sempre ocorrem. Quando uma cadeia α funcional é produzida e pareia eficientemente com a cadeia β, o timócito CD3lowCD3+CD8+ está pronto para sofrer a seleção por sua habilidade em reconhecer peptídeos próprios em associação a moléculas do MHC próprias.
À medida que as células T progridem do estágio duplo-negativo para duplo-positivo e finalmente ao estágio final de positividade única, existe um padrão distinto de expressão das proteínas envolvidas no rearranjo e na sinalização e também dos fatores de transcrição que provavelmente controlam a expressão de genes de células T importantes, como aqueles do próprio receptor de célula T. As proteínas listadas na figura abaixo são uma seleção daquelas conhecidas por estarem associadas ao desenvolvimento precoce da linhagem T. O Ikaros e o GATA-3 são expressos nos progenitores de células T precoces. Na ausência de um deles, o desenvolvimento do timócito é alterado. Essas proteínas também atuam nas células T maduras. Na ausência do TCF1, as células T duplo-negativas que fazem um rearranjo produtivo no gene de cadeia β não proliferam em resposta ao sinal do receptor de células pré-T, impedindo a produção eficiente de timócitos duplo-positivos. O LKLF é expresso no estágio de positividade única. Se ausente, os timócitos apresentam um defeito na emigração para povoar os tecidos linfoides periféricos, em parte devido a uma falha na expressão de receptores envolvidos no tráfego, como o receptor esfingo-1-fosfato, S1P. O fator de transcrição Ets-1 não é essencial ao desenvolvimento das células T, mas camundongos que não possuem este fator não produzem células NK.
Os genes de cadeia α do receptor de célula T são comparáveis com os genes de cadeia leve e de Ig, pois não possuem segmentos gênicos D e somente são rearranjados depois que a outra cadeia do receptor tenha sido expressa. Como ocorre com os genes de cadeia leve das Ig, várias tentativas de rearranjo de cadeia α são possíveis. A multiplicidade dos segmentos gênicos V e J no lócus da cadeia α permite eventos sucessivos de rearranjos para substituir os rearranjos VJ prévios, removendo quaisquer segmentos gênicos intervenientes. O rearranjo gênico da cadeia α continua até que um rearranjo produtivo leve à seleção positiva, ou a célula morre.
A seleção positiva é demonstrada pelo desenvolvimento de células T que expressam transgenes para o receptor de células T rearranjado. Em camundongos transgênicos para os genes do receptor de células T α:β, a maturação das células T depende do haplótipo do MHC expresso no timo. Se um animal transgênico expressa o mesmo haplótipo do MHC em suas células do estroma tímico, que um camundongo no qual os genes da cadeia α e da cadeia β do TCR rearranjados foram clonados, então as células T que expressam o receptor de células T transgênico irão se desenvolver do estágio duplo-positivo em células T maduras, assim, em células maduras CD8+ de positividade única. Se os transgênicos com TCR restrito ao MHCa forem cruzados com um MHC diferente, então a célula T em desenvolvimento que expressa o receptor transgênico progredirá para o estágio duplo-positivo mas não maturará. Esta falha deve-se à ausência de interação entre o receptor transgênico com a moléculado MHC no córtex tímico e, portanto, não emite o sinal para seleção positiva.
As moléculas do MHC que induzem seleção positiva determinam a especificidade do correceptor. Em camundongos transgênicos para o receptor de células T restrito a uma molécula do MHC de classe I, todas as células T maduras que se desenvolvem possuem o fenótipo CD8. Em camundongos transgênicos para o receptor restrito a uma molécula do MHC de classe II, todas as células T maduras que se desenvolvem possuem o fenótipo CD4. Nos dois casos, encontra-se um número normal de timócitos imaturos duplo-positivos. A especificidade do receptor de célula T determina o resultado da via de desenvolvimento, assegurando que somente as células T maduras estejam equipadas com um correceptor capaz de ligar-se a uma mesma molécula do MHC próprio do receptor de célula T.
 
As células epiteliais corticais tímicas fazem a seleção positiva. No timo de camundongos normais, que expressam moléculas do MHC de classe II nas células epiteliais no córtex tímico, bem como nas células epiteliais medulares e nas células derivadas da medula óssea, ambas as células T CD4 e CD8 maturam. Nos camundongos mutantes nos quais a expressão do MHC de classe II foi eliminada por meio da remoção gênica direcionada, poucas células T CD4 se desenvolvem, embora as células T CD8 se desenvolvam normalmente. Nos camundongos negativos para o MHC de classe II contendo um transgene para o MHC de classe II expresso somente nas células epiteliais do córtex tímico, números normais de células T CD4 maturam. A molécula do MHC de classe II com um defeito no sitio de ligação do CD4 é expressa e não ocorre seleção positiva. Isso indica que as células epiteliais corticais são cruciais no processo de seleção positiva e que as moléculas do MHC de classe II precisam ser capazes de interagir com a proteína CD4.
As células T específicas para os antígenos próprios são deletadas no timo. Todas as células T possuem a mesma especificidade em camundongos transgênicos para um receptor de célula T que reconhece um peptídeo conhecido complexado como MHC próprio. Na ausência do peptídeo, a maioria dos timócitos amadurece e emigra para a periferia. Se os camundongos são injetados com um peptídeo que é reconhecido pelo receptor de célula T transgênico, uma morte celular massiva ocorre no timo.
As células derivadas da medula óssea fazem a seleção negativa no timo. Quando as células de MHCaxb F1 da medula óssea são injetadas em um camundongo MHCa, as células T amadurecem no epitélio tímico expressando somente as moléculas do MHCa. No entanto, camundongos quiméricos são tolerantes a enxertos de pele expressando moléculas do MHCb (desde que esses enxertos não apresentem peptídeos específicos da pele que diferem entre as linhagens a e b). Isso implica que os receptores das células T que reconhecem os antígenos próprios apresentados por MHCb foram eliminados no timo. As células derivadas da medula óssea devem ser aptas a induzir a seleção negativa, porque as células transplantadas MHCaxb F1 da medula óssea são as únicas fontes de moléculas do MHCb no timo.