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Linfocitos T
Brandan, Nora Profesora Titular. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE. Luponio, Alberto Jefe de Trabajos Prácticos. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE. González, Juan José Ayudante Alumno por Concurso. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE. González Roibón, Nilda Ayudante Alumna por Concurso. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE. Klinzuk, Sofía Ayudante Alumna por Concurso. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Introducción
El hombre, como todos los seres vivientes, está amenazado constantemente por agentes patógenos (infecciosos o no) que pueden favorecer el desarrollo de una enfermedad. Todos estos organismos poseen mecanismos defensivos protectores que les aseguran cierta integridad, y solamente por falla de los mismos puede desencadenarse un estado patológico. Conceptos: Inmunidad (del latín, “estar libre de carga”): reacción a las sustancias extrañas, incluyendo microorganismos, así como macromoléculas, tales como proteínas y polisacáridos, sin que dicha reacción tenga una repercusión fisiológica o patológica. Sistema Inmunitario : constituido por las células y moléculas responsables de la inmunidad; es extremadamente complejo y posee una diversidad de actividades para mantener la homeostasis de la salud. Respuesta Inmunitaria : es la respuesta global y coordinada tras la introducción de sustancia extrañas. Antígeno: cualquier sustancia capaz de unirse específicamente a un anticuerpo o a un receptor de la célula T. Prácticamente cualquier clase de molécula biológica (metabolitos intermediarios, azúcares, lípidos, autacoides y hormonas, así como también macromoléculas, hidratos de carbono complejos, fosfolípidos como ácidos nucleicos y proteínas) puede actuar como antígeno. Sin embargo, sólo las macromoléculas pueden iniciar la activación linfocitaria necesaria para la activación de anticuerpos; estas moléculas se denominan inmunógenos. Para protegerse contra estas agresiones, el organismo ha desarrollado diferentes mecanismos de defensa:
Universidad Nacional del Nordeste
Facultad de Medicina
Cátedra de Bioquímica
Comenzando con la Inmunidad Natural o Innata , inespecífica, que abarca desde las denominadas “barreras físicas” (piel, secreciones de las mucosas, enzimas proteolíticas, pH del estómago, etc.) hasta la activación de factores humorales, como el Sistema de Complemento (por la vía alterna), o celulares, como la fagocitosis por macrófagos o la activación de las células NK. Si, a pesar de la activación de todos estos mecanismos de la Inmunidad Natural la infección sigue progresando, el sistema inmune pondrá en marcha el mecanismo de la Inmunidad Adquirida , también con la activación de mecanismos humorales (activación del Complemento por la vía clásica y anticuerpos producidos por linfocitos B o Ly B) y celulares (desarrollo de citotoxicidad dependiente de anticuerpos y por linfocitos T citotóxicos o Ly Tc).
Respuesta adquirida. Mecanismos celulares mediados por Ly T
Dentro de este sistema celular existen dos tipos de linfocitos T, que se diferencian por la expresión en membrana de dos moléculas de superficie diferentes (CD4+^ o CD8+) que van a determinar sus funciones efectoras: Ly T colaboradores o helper, CD4+^ (Ly Th), cuya principal función es la secreción de citoquinas, por medio de las cuales estimula la producción de anticuerpos por los Ly B y las actividades microbicidas de los macrófagos, que constituyen los dos mecanismos principales para la eliminación de microorganismos extracelulares o que viven en vesículas fagocíticas. Ly T citolíticos o citotóxicos, CD8+, que lisan las células que presentan antígenos extraños en su membrana; es por ello que son útiles en la eliminación de virus y
Sólo el 5% de los linfocitos presentes en el timo permanecen viables para una adecuada respuesta inmune y pasan a la circulación (el 95% restante muere por mecanismos de apoptosis celular). Los Ly T que dejan el timo y alcanzan el torrente sanguíneo, van a diseminarse por todo el organismo para alojarse en el tejido linfoideo corporal, más extensamente en los ganglios linfáticos, vigilante ante la entrada de algún agente agresor.
Fases de la Respuesta Inmune
Cuando una noxa ingresa, la respuesta inmune mediada por estas células se desarrollará en tres fases: Reconocimiento : unión de antígenos extraños a receptores específicos de linfocitos maduros. Activación : proliferación, expansión clonal y diferenciación hacia células efectoras (acontecimientos como consecuencia del reconocimiento). Requiere de la participación de dos señales, el antígeno y células colaboradoras, con participación de moléculas coestimuladoras. Fase efectora : se desarrollan las funciones que llevan a la eliminación del antígeno.
Reconocimiento
Los Ly T responden únicamente ante antígenos proteicos unidos a proteínas de superficie de otras células que “muestran” el antígeno a este linfocito (es decir, no responden ante proteínas solubles o circulantes). Estos antígenos proteicos deben ser procesados, ya que estos linfocitos sólo pueden reconocer los fragmentos peptídicos derivados de éstos, y, específicamente, la secuencia de aminoácidos. Estos fragmentos peptídicos se unen únicamente a proteínas de membrana codificadas por genes CMH (Complejo Mayor de Histocompatibilidad). Se dice además, que este proceso está “restringido por el CMH propio” (los linfocitos sólo responden ante aquéllos antígenos unidos a moléculas que puedan ser reconocidas como propias). Existen dos clases de moléculas CMH de membrana: Clase I, presente en las células nucleadas y Clase II, presente en células del Sistema Inmune (Ly, macrófagos, células dendríticas, etc.) Los antígenos derivados de proteínas citosólicas, son presentados en unión con el CMH I y reconocidos por el linfocito T CD8+. Los antígenos extracelulares, son procesados y presentados unidos al CMH II y reconocidos por los CD4+.
El reconocimiento del antígeno en ambos casos (CD4+^ o CD8+) se hace mediante el TCR (Receptor de Células T), que no distingue entre antígenos extra e intracelulares, por lo que la especificidad depende de su unión al CMH correspondiente.
Estructura del TCR
El receptor para los complejos péptido-CMH en la mayoría de las células T es un heterodímero formado por dos cadenas polipeptídicas transmembrana llamadas y, unidas covalentemente entre sí mediante puentes disulfuro. Ambas cadenas presentan porciones extracelulares que contienen un dominio variable (V), N- terminal, y una región constante (C), proximal a la membrana. Los dominios V tienen una estructura terciaria similar a los dominios V de las inmunoglobulinas, y el dominio C de la cadena es similar a los dominios C de éstas. Esta homología que contienen los dominios les da la particularidad de ser miembros de una familia de moléculas que constituyen la “superfamilia de inmunoglobulinas” Las regiones V de las cadenas y del TCR poseen secuencias que son altamente variables entre los diferentes clones de células T, lo que refleja su papel en el reconocimiento del antígeno. Además, las cadenas y contienen una región “bisagra” corta, adyacente a la cara exterior de la membrana plasmática. Un residuo de cisteína en cada región bisagra contribuye a un enlace disulfuro que une las dos cadenas. En ambas cadenas la porción transmembrana presenta residuos aminoacídicos hidrófobos. Una característica poco habitual de estas porciones es la presencia de residuos aminoacídicos cargados positivamente, entre ellos un residuo de lisina (cadena ), o un residuo de lisina y arginina (cadena ), que interaccionan con residuos cargados negativamente de la porción transmembrana de los polipéptidos CD3 (ver más adelante). Las cadenas y poseen colas citoplasmáticas C-terminales de 5 a 12 aminoácidos de longitud, las cuales son demasiado pequeñas como para mostrar una actividad enzimática intrínseca, por eso requieren otras moléculas asociadas físicamente al TCR para que funcionen como traductores de señales. (esquema). A diferencia de las inmunoglobulinas, el TCR no es secretado y de ahí que no realice funciones efectoras por sí mismo, sino que, una vez que se ha unido a los complejos péptido-CMH, pone en marcha señales que activan funciones efectoras de la célula T. Tanto las cadenas como las del TCR contribuyen a la especificidad en el reconocimiento del complejo antígeno peptídico-CMH. Las regiones altamente variables de estas cadenas se denominan “regiones de alta diversidad” (existen al menos tres) y corresponden a las regiones determinantes de la complementariedad (CDR) de las inmunoglobulinas. Ambas cadenas poseen CDR1 y CDR2 dentro de los dominios V, mientras que el CDR3 no se encuentra en su totalidad dentro de este dominio.
Los residuos de tirosina son fosforilados en respuesta al reconocimiento del antígeno por el TCR; esto permite la unión de las proteínas que contienen dominios SH2 a los ITAM y la iniciación de una cascada de señales intracelulares. Los dominios extracelulares de las cadenas y son cortos, de 9 residuos; los residuos transmembrana contienen ácido aspártico y los dominios citoplasmáticos son largos, de 113 a 115 residuos. Las cadenas y difieren entre sí por sus colas citoplasmáticas. Además, la cadena posee tres ITAM. Funciones de las proteínas CD3 y . Cuando un antígeno se une al TCR, las cadenas asociadas, CD3 y traducen señales al citoplasma de la célula que conducen a su activación funcional. Además de estas proteínas asociadas al complejo TCR, se requieren de otras moléculas, coestimuladores adicionales, que interactúan con moléculas de superficie de la célula T distintas del complejo TCR. Otra función de estas proteínas es facilitar la expresión en superficie del complejo TCR en su totalidad. Fig. 3. Interacción complejo TCR/CD3 con CMH correspondiente (II-Ly CD4+; I-Ly CD8+)
Moléculas accesorias
En el reconocimiento del antígeno, las moléculas CD4+^ y CD8+^ actúan como “correceptores”, facilitando la adhesión a la célula respectiva y participando en la transducción de señales tempranas al interior celular. Este reconocimiento es el estímulo para el inicio de la activación del linfocito T; constituye la primera señal, pero son necesarias dos señales extracelulares distintas para inducir la proliferación y diferenciación hacia células efectoras.
Esta segunda señal va a estar dada por las “moléculas coestimuladoras”, que son moléculas de superficie presentes en células presentadoras de antígeno (APC) y/o diana, y que interactúan con receptores específicos presentes en el linfocito T.
Estructura y función
CD4+ : es una glucoproteína transmembrana, miembro de la superfamilia de inmunoglobulinas, que se unen al CMH-II con funciones de adhesión y señalización, y se expresa en el 65 % de los Ly T circulantes. Es un monómero que además puede expresarse en monocitos y macrófagos; tiene cuatro dominios globulares extracelulares, incluyendo un dominio N-terminal, tipo V y tres que no son ni de tipo V ni C. Hay además una región transmembrana hidrofóbica y una cola citoplasmática de 38 residuos aminoácidos básicos principalmente. Fig. 4. Superfamilia de las IG. CD8+ : es una glucoproteína transmembrana que se une a moléculas CMH-I, y es expresada en un 35 % de los Ly T circulantes; sus funciones son similares a las de CD4+. Estructuralmente es un heterodímero unidos por puentes disulfuro compuestos por CD8 y CD8, cada una posee un dominio globular extracelular, una región hidrofóbica transmembrana y una cola citoplasmática o intracelular de 25 residuos aminoácidos básicos principalmente. En cuanto a las funciones, tanto CD4+^ como CD8+^ facilitan la adhesión entre células T y las APC o células diana. El CD4+^ se une al dominio 2 del CMH-II, CD8+^ se une al dominio 3 del CMH-I; además cumplen funciones de traducción de señales a través de una proteína llamada ICK, con
Como consecuencia de estas interacciones se desencadenan una serie de señales intracelulares.
Acontecimientos intracelulares en la activación de la célula T
El reconocimiento del antígeno y las señales coestimuladoras activan a las células T vírgenes, que sufren expansión clonal y diferenciación hacia células T efectoras y de memoria. La estimulación antigénica de células T efectoras conduce a una expansión clonal posterior y al desarrollo de funciones efectoras, como secreción de citoquinas y actividades citolíticas. Cuando el TCR se une al complejo péptido-CMH, se activan proteínas tir-quinasa (PTK) asociadas al TCR; una de ellas, la ICK, sería la responsable de la fosforilación temprana de los ITAM en las células T. Esta es una proteína de la familia de ser-treonina quinasa que se asocia estrechamente a las colas citoplasmáticas de las moléculas CD4+^ y CD8+^ del linfocito T. Una vez que los ITAM del CD3 y las cadenas son fosforiladas en sus residuos de tirosina por la ICK, se convierten en “sitios específicos de acoplamiento”, que se unen a proteínas citoplasmáticas con dominios SH2. Una de ellas, de gran importancia, es la denominada ZAP- 70, la cual para activarse debe ser fosforilada en un residuo de tirosina interno, lo cual ocurre rápidamente tras su unión a la cadena . Una vez activada la ZAP-70, puede autofosforilarse en otros residuos de tirosina y entonces funcionar como una molécula armazón para el reclutamiento de otras moléculas de señalización con dominios SH2. Fig. 6. Las señales a través del complejo TCR/CD3/CD4/CD8 inician una cascada de tirosina proteína quinasa (TPK o PTK).
Fig. 7. La señalización de las células T conduce a la activación. Los dominios SH2 son el recurso por medio de los cuales la PTK fosforila sus sustratos. La enzima fosfatidil inositol fosfolipasa C 1 (PI PLC 1) de la membrana plasmática es uno de sus sustratos, de gran importancia en la generación de señales intermedias de la activación de las células T. Esta enzima puede ser activada de dos maneras:
- las PTK fosforilan a proteínas que se unen específicamente a la enzima por sus dominios SH2.
Fig. 9. Desarrollo de funciones efectoras. Fig. 10. Respuesta inmunitaria rente a la infección por Listeria (como antígeno extracelular, microorganismo que infecta hepatocitos y macrófagos residentes). Los Ly T citotóxicos llevan a la destrucción de la célula diana mediante adhesión estrecha, con polarización de la célula T y liberación de sustancias almacenadas en gránulos preformados. Estos gránulos contienen proteínas, como la perforina, que genera poros que permiten el paso de agua y electrolitos, induciendo lisis osmótica. También en éstos se encuentran las enzimas granzimas, que ingresan a la célula a través de los poros formados en la membrana; tiene la capacidad de inducir la muerte celular mediante la fragmentación del ADN de la célula blanco, probablemente induciendo el mecanismo de apoptosis.
Estos linfocitos activados también producen citoquinas, como el INF , que actúa sobre sí mismo provocando mayor citotoxicidad, y sobre otras células, Ly Tc, NK, macrófagos y neutrófilos, para amplificar la respuesta. Fig. 11. Control de la infección por virus (como antígeno intracelular).
Regulación de la respuesta. Linfocitos T supresores
Son células cuya función es la de inhibir la fase de activación de la respuesta inmunitaria; originalmente se creía que eran diferentes de las células T colaboradoras y citolíticas Las células T supresoras poseen las siguientes propiedades: Se inducen por las mismas condiciones de inmunización que inducen la anergia clonal de los linfocitos, como altas concentraciones de un antígeno proteico. Las células que inhiben la respuesta inmunitaria son CD8+, su crecimiento y diferenciación pueden depender de las células T CD4+. Los efectos inhibitorios de las células T, están mediados por proteínas secretadas. Es posible que las células T supresoras no representen una población única de células, sino que realmente estén formadas por linfocitos que pueden inhibir la respuesta inmunitaria de diferentes formas. Estas células son capaces de reconocer antígenos de forma específica y pueden actuar a través de varios mecanismos efectores no específicos. El mecanismo de acción mejor demostrado es la producción de un exceso de citoquinas con función inhibitoria,
Inmunodeficiencia primaria: pueden ser congénitas o adquiridas; en la actualidad se clasifican según el modo de transmisión y en función de si el defecto afecta a las células T, B o ambas. Inmunodeficiencia secundaria: que no se deben a anomalías intrínsecas del desarrollo o de la función de células B o T, sino que pueden ser consecuencia de otras enfermedades que indirectamente afectan el sistema inmunitario.
Inmunodeficiencias de células T
Síndrome de DiGeorge: se debe a una alteración del desarrollo de los elementos epiteliales del timo, derivados de la tercera y cuarta bolsas faríngeas. El defecto genético se ha localizado en el cromosoma 22q11. Se caracteriza por la presencia de cardiopatías congénitas, malformaciones faciales, etc. Los niveles de células T generalmente son bajos, en un número que puede o no ser suficiente para ofrecer una defensa adecuada. Deficiencia del receptor de células T: cualquier alteración en la expresión y la función de los componentes del TCR (CD3, y ) puede alterar el desarrollo y función de células T; por ejemplo mutaciones hereditarias de CD3, que dan lugar a un déficit selectivo de células T CD8+; o mutaciones de CD3, que provoca una reducción preferente de células T CD4+^ lo que implica diferencia en la función de traducción de la señal de cada uno de los componentes CD3. Deficiencias de CMH-II: Las APC de los pacientes con ésta rara alteración no expresan las moléculas de clase II en la superficie, por lo tanto las células T CD4+^ colaboradoras no encuentran el antígeno en la periferia. Los pacientes sufren infecciones broncopulmonares a repetición, diarreas crónicas e infecciones virales mortales antes de los cuatro años de edad. Deficiencia de tir-quinasa ZAP-70: Es un componente esencial en la cascada de traducción de señal TCR-CD3, que puede mutar en forma hereditaria dando lugar a deficiencias de células T CD8+^ y alteraciones funcionales de las células T CD4+. Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida (SIDA): Es una infección viral causada por un virus RNA perteneciente a la familia retroviridae que gracias a la codificación de una transcriptasa inversa es capaz de integrarse al genoma de la célula huésped estimulando la transcripción y la formación de los nuevos viriones. Posee un marcado efecto citolítico e infecta preferentemente a la subpoblación de células T CD4+^ tras unirse a los propios receptores de CD4+. Tiene menor afinidad por macrófagos y células gliales del sistema nervioso central (SNC). Se caracteriza por deterioro progresivo de la respuesta inmunitaria por disminución del número de Ly T CD4+, con afectación de casi todos los órganos de la economía; se evidencian síntomas gastrointestinales variados, infecciones por parásitos oportunistas, como Pneumocistis carinni, sarcoma de Kapossi, neoplasias asociadas y en los últimos estadíos de evolución, síntomas de demencia, por afectación del SNC. Las 10 señales de Deficiencias Inmunológicas Primarias:
1. Ocho o más infecciones de oído distintas en un año.
2. Dos o más infecciones serias de sinusitis en un año.
3. Dos o más meses con antibióticos y con poco efecto.
4. Dos o más neumonías en un año.
5. Un niño que no sube de peso o que no crezca adecuadamente.
6. Abscesos recurrentes profundos en la piel o en otros órganos.
7. Infecciones por hongo en la boca o en la piel después del año de edad.
8. Que necesite antibióticos intravenosos para eliminar la infección.
9. Dos o más infecciones graves como meningitis, osteomielitis, o sepsis.
10. Historia en la familia de deficiencias inmunológicas primarias.
Rechazo de transplantes
El rechazo de un injerto se produce por el reconocimiento que el huésped hace del tejido injertado como extraño. En el hombre, los antígenos responsables del rechazo son los del Sistema Principal de Histocompatibilidad (HLA o CMH). Es un proceso complejo en el que intervienen tanto la inmunidad de tipo celular como los anticuerpos circulantes. El papel de las células T en el rechazo de los transplantes fue comprobado tanto en el hombre como en los animales de experimentación. La destrucción del injerto ocurre con la participación de células CD8+^ y CD4+. No se conocen por completo las bases celulares y moleculares del reconocimiento por parte de las células T del huésped La inmunidad adquirida es producto del sistema linfocitario del organismo. Las personas que tienen una falla genética de linfocitos o cuyos linfocitos han sido destruidos por radiaciones de sustancias químicas no pueden desarrollarla; días después mueren por infecciones bacterianas fulminantes. Por tanto, está claro que estas células son esenciales para la supervivencia del ser humano.
Bibliografía
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- Inmunología Celular y Molecular. Abul K. Abbas. Tercera edición.
- Tratado de Fisiología Médica. Guyton-Hall. Novena edición. Editorial Interamericana. 1998.
- Medicina Interna. Farreras-Rozman. Decimocuarta edición. Vol. II. Editorial Harcourt. 2002.
- Principios de Medicina Interna. Harrison y col. Decimocuarta edición. Vol. II. Editorial McGraw-Hill Interamericana.
- La Respuesta Inmune. Ricardo A. Margni.. Ciencia Hoy, vol. 6 Nº 36. 1997.
- Inmunología. Fundamentos. Ivan Roitt. Novena edición. Editorial Panamericana.
- Fundamentos de Inmunología e Inmunoquímica. Margni. Quinta edición. Editorial Panamericana.
