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IMUNOLOGIA DESENVOLVIMENTO DE LINFÓCITOS E GERAÇÃO DE SEUS RECEPTORES DE ANTÍGENOS A diversidade dos receptores de antígenos é gerada durante o desenvolvimento dos linfócitos. A maturação se inicia pela sinalização celular responsável por: - Promover proliferação das células progenitoras - Iniciar o rearranjo dos genes dos receptores de antígenos Células tronco hematopoiéticas (CTH) encontradas no fígado fetal e na medula óssea originam todas as linhagens de linfócitos. Apenas 1/3 das células B e T que realizam o rearranjo dos receptores de antígeno é capaz de gerar uma proteína integral apropriada. A grande parte faz o rearranjo gênico externo o que impede a expressão dos pré antígenos. Visão geral da maturação de linfócitos: - Ocorre nos órgãos linfoides geradores - Série de eventos em sequência - Linfócitos gerados no início da vida uterina possuem receptores menos variados - O comprometimento com a linhagem b ou t depende das instruções vindas de sinalização celular que induzem a expressão de proteínas envolvidas com rearranjos de genes dos receptores de antígenos. - Células progenitoras comprometidas se proliferam em resposta às citocinas e posteriormente um pré receptor de antígeno seleciona as viáveis. O pré- receptor também é capaz de induzir proliferação celular, inclusive de forma mais acentuada que citocinas. - O rearranjo dos genes de receptores é fundamental no desenvolvimento dos linfócitos, ele garante a formação de um vasto repertório. - A produção de receptores a partir do rearranjo não depende nem é influenciada pela presença de antígenos = receptores são produzidos e expressos antes do contato com antígenos (hipótese de seleção clonal). - PONTOS DE CONTROLE: etapas no desenvolvimento de linfócitos que testam as células e a maturação dessa só prossegue com a conclusão sequencial e eficaz dessas etapas. A expressão dos pré-antígenos é o primeiro ponto de controle, isso ocorre em função da grande quantidade de eventos que estão envolvidos - Linfócitos aprovados nos pontos de controle seguem ao rearranjo e expressão gênica. dos receptores ainda imaturos. Figura 1: Pontos de controle Comprometimento da célula progenitora com linhagem de linfócito B ou T. 1. Proliferação das células progenitoras comprometidas em estágios iniciais da maturação específica- garante grande reservatório dessas células 2. Rearranjo sequencial dos genes de receptores de antígenos e expressão das proteínas dos receptores. 3. Eventos de seleção que eliminam células que podem ser perigosas/ hipersensíveis a algum antígeno. Também mantêm aquelas células com bom funcionamento e produção proteica. Essa etapa atua como ponto de controle do sistema imune. 4. Diferenciação das células em subcategorias distintas. Células B: células foliculares e células B-1 Células T: Linfócitos T CD4+, CD 8+, NKT etc. ETAPAS DE MATURAÇÃO DOS LINFÓCITOS B CTH do fígado fetal originam principalmente células B-1, já as da medula óssea originam mais células B circulantes. A maturação de células ocorre sobretudo na medula óssea (na vida intraútero, também ocorre no fígado). Inicialmente as células progenitoras não expressam Ig, mas se desenvolvem em células B imaturas que expressam IgM na membrana. As células B imaturas deixam a medula óssea e seguem principalmente rumo ao baço. No baço, aquelas que chegam ao estágio de células B foliculares expressam Igm e IgD e ganham a capacidade de ocupar todos os órgãos linfoides periféricos, além de poderem recircular. Já são células capazes de responder a antígenos estranhos. - Acredita-se que todo esse desenvolvimento dure cerca de 2-3 dias. - Genes de receptores de antígenos funcionais são produzidos nas células B imaturas da medula óssea- rearranjo gênico - Pré antígenos fornecem sinais para sobrevivência, proliferação, exclusão alélica e para continuação do desenvolvimento das células em amadurecimento. ESTRUTURA DAS IMUNOGLOBULINAS GENES DAS IMUNIGLOBULINAS HUMANAS - Cada cadeia de anticorpo é codificada por pelo menos dois genes: um variável e outro constante que são combinados no DNA/ RNAm para originar ig funcionais. - Maior parte dos rearranjos dos genes das Ig ocorre por deleção. - Três loci separados codificam todas as cadeias pesadas, a cadeia leve k e a cadeia leve λ- há um locus para cadeias pesadas, um para a leve k e etc. Cada locus fica em um crs diferente. - Na extremidade 5’ de cada lócus há um agrupamento de genes V. A quantidade desses genes varia entre os loci. Na extremidade 5’ de cada segmento V há um exon para codificar os resíduos n-terminais que compõem o peptídeo líder. Esses serão fundamentais para o direcionamento dos polipetídeos que estãosendo treduzidos. Essas sequencias de sinal não estão presentes nas proteínas maduras. - acima de cada exon líder há a região promotora, onde será iniciada a transcrição. - na ext 3’ dos genes V há vários segmentos J que estão separados entre si por regiões não codificadoras. - locus k da cadeia leve: possui um gene C - locus λ da cadeia leve: possui 4 genes C - locus cadeia pesada: possui 9 genes C - em relação às ceias leves há apenas um éxon/gene em cada uma que codifica todo o domínio C. Mas Nas cadeias pesadas, são 5 ou 6 éxons/ gene. - As proteínas de cadeia leve codificam seu domínio nos segmento V e J. A proteína de cadeia pesada é codifica pelos segmentos V D e J. - As sequencias não codificadoras dos loci nas Ig participam dos processos de recombinação gênica e expressão genica. Na IgH há segmentos D, diferente de ourtas Ig. Não são encontrados segmento D nas cadeias leves. REARRANJO DOS GENES Genes dos receptores são gerados pelo rearranjo de vários segmentos gênicos de 3 principais categorias (células B e T): - Região variável (V) - Segmentos gênicos de diversidade (D) - Segmentos gênicos de junção (J) Recombinação V(D)J: processo de rearranjo de genes em locais específicos e posterior formação de um único éxon. Segmento V seguido do D e J, respectivamente. Abaixo do éxon V(D)J está a região C. Nem sempre o segmento D está presente, mas quando está a fusão ocorre em duas etapas separadas: primeiro há união segmentos D ao J e posteriormente união segmento DJ ao V. A recombinação V(D)J ocorre por influência de proteínas que reconhecem sequencias de DNA chamadas RSS (sequencias de sinais de recombinação). Durante a recombinação V(D)J, são geradas quebras entre as RSS e a sequência de codificação. As RSS são retidas no CRS. As RSS são um trecho de nucleotídeos próximo à sequência codificadora seguido de outros nucleotídeos não relevantes na codificação, mas que são importantes para deixar as RSS acessíveis às enzimas nas hélices do DNA. - Há segregação espacial das sequencias que codificam domínios variáveis, e das que codificam domínios constantes. As regiões variáveis são unidas às constantes em diferentes linfócitos. 1. cromatina deve ser descondensada; 2. dois segmentos gênicos devem ser selecionados e aproximados 3. Há quebra na dupla fita para inserção ou remoção de nucleotídeos a fim de promover a ligação entre esses genes. - Posteriormente há reunião dos éxons V(D)J, líder e os da região C formando o RNAm. - Regra 12/23: A recombinação entre dois segmentos só ocorre se um deles estiver ao lado de 12 nucleotídeos que atuam como espaçadores e o outro ao lado de 23. Consequência da recombinação vdj: processo aproxima promotores dos genes V e os amplificadores da região C. Amplificadores: maximizam atividade de transcrição dos promotores. - Muitos eventos do desenvolvimento dos linfócitos são regulados por epigenética, a partir do momento que certos mecanismos atuam diretamente na condensação/descondensaçãoda cromatina. Isso influencia o desenvolvimento de linfócitos a partir do momento em que o comprometimento da linhagem CD4 OU CD8 se da por mecanismos epigenéticos, por exemplo. CÉLULAS PRÓ B - é a primeira célula da medula óssea comprometida com a linhagem de células B. - NÃO produzem Ig, mas diferente das outras células, expressam moléculas na membrana especificas da linhagem B, como é o caso das moléculas CD19 e CD10. - Cerca de metade das células pró Bfazem rearranjos produtivo no lócusH das Ig e podem passar a produzir as proteínas da cadeia pesada μ. As células que fazem arranjos produtivos são as únicas que sobrevivem. - Após o fim do rearranjo produtivo, a célula deixa de ser chamada de p´ro-B. CÉLULAS PRÉ- B - São células que expressam a cadeia pesada μ na superfície celular; junto com outras proteínas formam o receptor da célula pré B. - pré- BCR: receptor pré antígeno da células B. Os sinais desses receptores são responsáveis por promover maior expansão proliferativa na medula óssea. Funciona de maneira independente de um ligante, é ativado pelo processo de montagem. - expressão do pré- BCR é o primeiro ponto de controle na maturação das células B.- a quinase Btk é ativada abaixo desse receptor, ela é responsável por transmitir diversos sinais que medeiam sobrevivência, proliferação e maturação das células pré-B em diante. Mutações em seu gene causa doença em seres humanos - pré- BCR regula a produção dos receptores: por exclusão alélica e por estímulo do rearranjo da cedia leve k. O rearranjo da cadeia leve pode ocorrer sem o gene μ , mas uma vez que sem ele não há formação do receptor, a célula não progride. EXCLUSÃO ALÉLICA - Fenômeno que garante a expressão de um receptor único nas células B; isso garante especificidade clonal. Em qualquer clone de células B, a proteína de cadeia pesada da Ig somente pode ser codificada por um único alelo. - Pré-BCR formado sinaliza e inibe de forma irreversível rearranjo do lócus na cadeia pesada do cromossomo que pareia o seu de origem. - Se o pré-BCR já formado for não produtivo, o outro alelo pode prosseguir a formação do outro pré-BCR e reter o primeiro. - Se nenhum alelo for capaz de formar um receptor viável, a célula será submetida a morte celular, já que não foi capaz de enviar os sinais dependentes do pré- BCR. CÉLULAS B IMATURAS - Após o pré-B, cada célula rearranja um gene da cadeia leve k, se for um rearranjo interno a proteína produzida vai se associar à cadeia μ e formar uma proteína de IgM completa. A partir da expressão da IgM completa a célula é considerada uma célula B imatura. -As moléculas de IgM são expressas na superfície celular em associação aos receptores Igα e Igβ, atuando como receptores de antígenos. -Células B imaturas não se proliferam, nem se diferenciam em resposta aos antígenos. - Ao reconhecerem antígenos na medula óssea podem passar por edição do receptor ou morte celular=> seleção negativa. -As células que não são muito autorreativas deixam a medula óssea rumo ao baço e então após amadurecerem vão para os órgãos linfoides periféricos. CÉLULAS B MADURAS E SEUS SUBGRUPOS CTH do fígado fetal são precursoras das células b-1: CTH da medula óssea são precursoras das células B da zona marginal ou das células B foliculares. - células B maduras virgens são responsivas aos antígenos. - A afinidade do receptor com antígenos próprios pode contribuir para o direcionamento da célula em seus subgrupos. Células B foliculares: é a maioria das células B. Além da IgM, produz a IgD. Cada célula expressa simultaneamente o éxon VDJ em duas cadeias pesadas diferentes. - Podem recircular, isto é, migram entre órgãos linfóides próximos, e possuem competência funcional. - Residem nos folículos de células B, nichos especializados em que são mantidas sobretudo por sinais de citocinas da família do TNF. Células B-1: Se desenvolvem mais cedo, possuem uma diversidade limitada de receptores. Contribuem para produção rápida de anticorpos em tecidos particulares. - Secretam IgM que frequentemente reagem a lipídeos e polissacarídeos microbianos. Acredita-se que a flora intestinal seja sua fonte de antígenos. - Estão presentes em indivíduos sem imunização evidente (anticorpos naturais). - São muito encontradas no peritônio e nas mucosas, onde são autorrenováveis. Células da zona marginal: inicialmente estão localizadas próximas do seio marginal do baço, possuem baixa diversidade de receptores, geram anticorpos naturais e respondem a polissacarídeos microbianos. - Expressam IgM e o correceptor CD21. - Podem aparecer no baço e nos linfonodos. - Respondem rápidos aos MO’s transportados pelo sangue -Se diferenciam em plasmócitos secretores de IgM de vida curta. - Medeiam respostas imunes humorais dependentes de células T. - Repertório de células B maduras é selecionado a partir dos grupos das células B imaturas. - Apenas células B que expressam moléculas funcionais de Ig na membrana recebem sinais do BCR necessários para se manter vivas. MATURAÇÃO DOS LINFÓCITOS T CTH do fígado fetal e da medula óssea que vão originar células T se dirigem ao timo (timócitos) através da corrente sanguínea e lá completam sua maturação. A maior parte das células T é proveniente da medula óssea Os genes de receptores de antígenos funcionais são produzidos pelas células T imaturas do timo – rearranjo gênico. Ainda assim, a maturação das células T continua ao longo da vida, mesmo após involução do timo. Células T de memória possuem vida útil de cerca de 20 anos, além de se acumularem com a idade. O movimento em direção ao timo é conduzido por quimiocinas produzidas no córtex do timo. A saída rumo a corrente sanguínea também se da por fatores químicos: linfócitos T deixam o timo e seguem o gradiente de esfingosina- 1P. As células do estroma do timo secretam IL-7 que é um fator de crescimento linfopoiético crítico. Algumas células do timo expressam moléculas de MHC das classes I e II, essas interações com os timócitos serão fundamentais para a seleção do repertório das células T maduras. Maior parte das células morrem antes de chegar à medula do timo, o que decorre por diversos fatores, dentre eles, a incapacidade de passar de alguns pontos de controle Principais eventos: 1. Rearranjo gênico 2. Expressão gênica ORGANIZAÇÃO GERMINATIVA DOS LOCI DO TCR - Os genes da linhagem germinativa não podem ser transcritos pra RNAm que codificam os receptores funcionais., pois esses ocorrem apenas depois dos eventos de rearranjo do DNA de linfócitos em desenvolvimento. -Cada lócus nas linhagens germinativas do TCR é organizado da seguinte forma: -Agrupamento na extremidade 5’ de segmentos V, seguidos do segmento D e então os J, todos acima dos genes da região C. - Acima de cada gene V do TCR se encontra o éxon responsável pela formação do peptídeo líder e acima dele se encontra um exon promotor para cada gene V. -Cada gene da região C do TCR é composto por: 4 éxons que codificam o domínio das Ig da região C; região dobradiça; segmento transmembranar e a cauda citoplasmática. - Maior parte dos rearranjos dos genes do TCR ocorre por deleção. ETAPAS DE MATURAÇÃO - Por volta da 9ª semana de gestação o receptor TCR γδ é expresso e na 10ª semana é a vez do TCR αβ. - Timócitos duplo-negativos: timócitos corticais imaturos, que não expressam TCR CD3, CD4, CD8, nem cadeia ζ. Acredita-se que estão no estágio pró-T. Grande parte dá origem às células T CD4+ e CD8+ restritas ao MHC que expressa TCR αβ. - Receptores das células pré-T: APRESENTAÇÃO ANTIGÊNICA DUAS POPULAÇÕES DE LINFÓCITOS T SELEÇÃO POSITIVA E NEGATIVAseleção positiva: preservação de células com receptores potencialmente uteis. Nas células T a seleção positiva permite a maturação de receptores que reconhecem moléculas de MHC. Nas células B há preservação das células que expressam receptores e tem relação com a formação de diferentes subcategorias. Seleção negativa: processo de eliminação de linfócitos com receptores hipersensíveis a antígenos próprios presentes nos órgãos linfoides. Células T são eliminadas por apoptose (deleção clonal). Células B são induzidas a formar rearranjos nos genes de imunoglobulinas (edição do receptor), caso esse processo falhe as células também sofrem deleção clonal. TOLERÂNCIA O PRÓPRIO (tolerância central?) Tolerância a antígenos próprios, mantida pela seleção negativa. É desenvolvida nos órgãos linfoides centrais. MIGRAÇÃO PARA TECIDOS LINFÓIDES SECUNDÁRIOS