Antigenele si structura aparatului imunProf. Univ. Dr. Victor StoicaSpitalul Clinic Dr. I. Cantacuzino

Antigenele si structura aparatului imunIMUNITATEA =ansamblul fenomenelor prin care organismul recunoaste si neutralizeaza structuri agresoare sau straine acestuia.RASPUNSUL IMUN = se declanseaza ca urmare a patrunderii in organism a unui Ag

PROPRIETATILE GENERALE ALE ANTIGENELOR

Imunogenicitatea: capacitate innascuta de a induce un R.I. specific (> 10 kDa): - selectie clonala de L Ag specifice - activarea clonei - expansiunea clonei (proliferarea L)

Antigenicitatea: capacitatea de a induce un R.I. si de a reactiona cu Ac solubili sau receptori celulari

EPITOPII determinantii antigenici

Fragmentul de molecula/ locul din Ag care reactioneaza cu un Ac sau receptor celular foarte mici

Dispunere

a) secventiala

b) conformationala

Localizare : - topografici - criptici

- Functii: - specificitate - Ag - imunoreactivi

- Paratopul Ac se combina cu epitopul (conformatie complementara suprafetei epitopului)

Valenta Ag nr. de epitopi -Monotonia repetitiva imunogena: Ag carbohidrat nr. de epitopi de acelasi tip

CLASIFICAREA ANTIGENELORI. Marimea moleculeiII. Complexitatea moleculei (chimica)III. Relatia gazda - Ag

I. Marimea moleculeiAg complete/imunogene: macromolecule 40 kDa Nr. si varietatea epitopilor creste proportional cu moleculei de Ag

b) Ag. incomplete/neimunogene: < 5 kDa. Haptene:- nu induc un R.I. singure.- reactioneaz cu produsele R.I.- hapten + transportor = imunogene se formeaza LB Ac anti-haptena TCR Ac anti-transportor

II. Complexitatea chimica

a) Intens imunogene: - proteinele, glicoproteineleb) Polizaharidele si lipidele devin imunogene numai dupa legare cu un substrat proteic (LPZ)Adjuvantii: molecule nespecifice organice/minerale care amplifica R.I. al unui Ag, la administrarea concomitenta.

c) Ag nucleare citoplasmatice ( Ag celulare)ADN nuclear dublucatenar ( ADN ds):- antigenicitate slaba - antigenicitate prin alipire la histone

2) Histonele:- proteine mici bazice 1, 2a, 2b , 3, 4- antigenicitatea ADNADN

3) Antigenele nucleolare: - polipeptide - RNP U1.64) Proteinele nehistonice: - ARN polimeraza - ADN topoizomeraza 1 ( Scl 70) - aminoacil transferaza (Jo-1)5) Ag citoplasmatice: - ribonucleoproteine mici

c) Superantigenele: - nu sunt fagocitate sau prelucrate de Mcf- fixare MHC- II si TCR - activeaza pana la 10% din LT periferice- hipersecreie de limfokine implicate in PR, LES, socul endotoxinic (toxine bacteriene)- nu secretie Ig specifice/ limfocite sensibilizate

III. Relatia gazda - Ag1) Ag autologe numai la un individ (autogrefa)2) Ag. singeneice la indivizi identici genetic din cadrul unei familii.3) Ag allogene ( homologe) la indivizi diferiti genetic din cadrul aceleiasi specii ( ex. mama/copil = R.I.)4) Ag. xenogene ( heterologe) la specii diferite (intens imunogene; ex. maimuta om)

5) Ag. heterofile epitopi comuni; aparitia reactiei incrucisate cu Ac specifici ( ex. T. pallidum + ag. cardiolipinic din miocard)6) Ag. specifice de tesut /de organ: - tireoglobulina (tiroidita autoimuna) - mielina (encefalita alergica post vaccinare)

x Ag sechestrate specifice de organ; nu intra in contact cu sistemul imun in mod obisnuit

Ag de histocompatibilitate: - HLA (Ag limfocitare / leucocitare umane), MHC ( Complex Major de Histocompatibilitate)- Ag structurale, specific individuale, pe suprf. celulelor- confera specificitate antigenica tesuturilor- rol major in acceptarea respingerea grefelor de organ/ tesut.

Structura : - lanturile grele specifice( A, B, C) - lanturi usoare / grele beta 2 microglobuline Genele grupate in 2 regiuni distincte pe bratul scurt al cr. 6. - 6 locusuri: - A, B, C, . . . - cifra (alela varianta structurala), w - 4 cifre HLA- B2705

Categoriile de HLA/MHCa) HLA/MHC I: A, B, C = localizare pe S 2 cel. nucleate ( L, McF ), Tr., nu hematii = amplificate de IFN , IFN = legare CD8; Ag endogene, virale

MHC CLASA I

b) HLA/MHC II: DR, DP, DQ= localizate pe LB, LT, Mcf, cel. endotaliale, cel. epiteliale, (Tr. Digestiv, Tr. Respirator )= amplificate de IFN , TNF, IL-13= deprima expresia PGE2= legare CD4; Ag exogene captate de APC

MHC CLASA II

Gene/proteine HLA IIICodifica C2, C4, B (complement)Citokine (TNF)Proteine de soc termic (HSP-70)Hidrolaza P450

HLA cromozom 6

STRUCTURA APARATULUI IMUNSistemul limfoid= organe/tesuturi loc de maturizare / diferentiere a celulelor limfocitare originare

A. Organe limfatice primareTimusul involutie dupa nastere - populare cu pro-T numai in viata intrauterina (fereastra de populare timotaxina).Maduva osoasa- specializate numai in geneza de LT si LB- nu au capacitate de R.I.- sursele prenatale ale precursorilor celulari: ficatul, splina, maduva osoasa.

MADUVA OSOASA

DIFERENTIEREA LIMFOCITELOR

B. Organele limfatice secundareComponente - ggl limfatici - splina - TLAM digestiva/respiratorie Locul de inducere a R.I.Diferentiere anatomica in ggl/splina: R.I. cel. / R.I. um.

1. Ggl limfatic: a) zona B - dependenta ( corticala):LB - foliculi limfoiziplasmocite - centri germinativib) zona timodependenta (paracortex)domina LTc) zona medulara : vase sanghine/limfatice LT, LB, Pl, Mcf, cel. dendritice

GANGLION LIMFATIC

SPLINALT = in jurul a. trabeculareLB = foliculi limfoizi, peste mansonul de LT (pulpa splenica)APC = Mcf, cel. dendritice in periferia foliculilor limfoizi.

SPLINAPulpa roie la periferia lobulilor, conine Mf cu rol n fagocitarea hematiilor senescente. Pulpa alb - n jurul arteriolei centrale esut limfoid (PALS - Periarteriolar Lymphoid Sheath) Periarteriolar LT (zona timodependent).La periferia PALS LB (zona timoindependent)

3. TLAMAmigdale (palatine/faringiene / linguale)Placi Payer, apendicele cecalAg patrunse prin mucoaseGALT, BALT, SALT.

C. Circulatia limfocitelorSngele 70% - 80 % = LT 10% = LB Cca. 10% = cel. nule

Circulatie: - 90% - intravascular- 10% parasesc patul vascular in t. periferice nelimfatice - ggl. limfatici - canal toracic VCS.- ciclu circulator : 24-48 h- sunt ocolite timusul si maduva osoasa- LT circula cel mai mult (viata lunga)- ecotaxie/homing: migrarea prefereniala a L catre anumite tesuturi

D. Celulele implicate in R.I. I. Limfocitele Tpro-T provin din M.O. LT - origine timica = 2/3 din L circulante.durata de viata : luni/animaturizarea :aparitia pe S2 a TCRechipament enzimaticmarkeri de diferentiere celulari ( CD4/CD8 glicoproteine)

Maturizarea LT in timuscel. suport pentru pro T LT (timocite)cel. reticulare retea de sustinere LT si timociteLT = proliferare + maturizare/diferentiere expresie CD4+CD8 + si TCRselectie : + = pastrare CD4+/CD8+ - = eliminare cele autoreactive

TIMUSUL

TCR: -molecula transmembranara, specifica pentru un Ag-TCR 1 (,) 5% CD4 -, citotoxicitate-TCR 2 (, ) 95%

Complexul CD4/CD8 TCR CD3=-TCR + epitop-MHC II + CD4 / MHC I +CD8

MHC CD8 CD4 TCR CD3

Markeri celulari de suprafataCD 4 MHC IICD 8 MHC ICD molecule costimulatoare

Clasele si functiile LTLTc CD8+ = liza cel. tinta prezentatoare de Ag2. LTh CD4+ = colaborare LB, Mcf (R.I. u) / LTc (R.I.c)LTh1 = citotoxicitate (LTc), activ.Mcf, aparare contra Ag. intracel, r.inflamatorie IFN- = deprima LTh2; IL-2.

LTLTh2 = secretie IgE, A, G1, proliferare Eoz, ef.antiparazitar IL-10 deprima LTh1; IL-4

LTh17 = IL-17, r.inflam.ac(PMN): AR, psoriazis, B.Crohn.

3. LT inductoare CD4 + = stimuleaza activarea LT, Mcf .

LT4. LTreg CD4 + = efect supresor/regulator, previn autoimunitatea(10%). 5. LT cu memorie CD4 + = centrale, efectoare, viata lunga (10-40 ani).

6. LT CD4 + CD8 + = autoreactive.

LT

LT

II. Limfocitele Borigine in M.O.implicate in secretia de Ig (plasmocite)durata scurta de viata ( 5-7 zile)

Markeri celulari de S2:a) BCR : - m Ig = receptor specific pentru Ag fixare RFc de S2 LB - mIg: M primul RCB R.I. primar D apare ulterior G R.I. secundarCD79a si CD79b: transmit semnalul de activare a LB- distributie insulara, mobile pe S2- RCB + Ag ----plasmocit

LB b) RFc pentru Ig. c) receptori pentru C3, C4, C1q. d) MHC-I si MHC II. e) receptori pentru hormoni.

f) molecule de adeziune (LFA-1): CD20, CD40, CD45.

Clasificarea functionala a LB1. LB primare (B2CD5-): majoritatea la individul neimunizat, domina RCB IgM, rar IgD.2.LB CD5+: - rar RCB IgD, NU cel. cu memorie- secreta multa IL-10 (ef. autocrin) - C% mari de IgM = Ac naturali polireactivi cu afinitate - apar in LLC3. LB cu memorie: pastreaza specificitatea contra Aggenereaza clone de LB secundare

LB

III. Celulele prezentoare de Ag (APC)capteaza si prelucreaza Agelibereaza substante activatoare ale LT si stimulante ale sintezei moleculelor de adeziune

1. Macrofagelecel. principala a APC cel. fixata tisular/circulanta (MO).dimensiuni mari, bogata in lizozomi.SRE: histocit, osteoclast, sinoviocit, Kuppfer, microgliale, alveolare, seroase.

Functiile macrofagelora) Apararea antimicrobiana:chemotaxia = C5a, PGE 2aderarea = receptori de S 2 - imuni (Fc): IgG, IgE, C3b, C3d - nonimuni: proteine degradate, glicoproteine. endocitoza = fagocitoza/pinocitoza + lizozomi = fagolizozomidigestia = fragmente eliminate/inglobate

Mf b) Secretia : - enzime (elastaze, colagenaze, etc.) - mediatori cel. (IFN , IL-1, TNF , NO, factori de coagulare)

c) Cel. efectorie: ef. bactericid/tumoricid (RLO, TNF, proteaze)

Mfd) Participant in procesul imun: - captare/prelucrare Ag - exprima epitopi + MHC II - LT = C % optima R.I. - LTreg = C % minima/max - LB = R.I. - conserva epitopi = toleranta imuna/R.I. prelungit.

Mf

2. Alte APC cel. dendritice Langerhans : piele, ggl. cel. dendritice foliculare : ggl. fixeaza CICLB MHC II+ - capteaza/prelucreaza Ag + MHC II LTh IL 2 (limitat)

Comunicare intercelulara contact i.c. direct citokineA. Molecule de adeziune (liganzii):6 familii, pe S2 tuturor cel.C% dependenta de citokinedetermina natura infiltratului inflamator (L, Pl/PMN)

1. caderinele : implica Ca ++2. superfamilia Ig: rol in recunoasterea i.c.3. integrinele: adeziune limfocitara4. selectinele : metastazare, aderente la endoteliu5. proteoglicanii: metastazare, migrare L6. mucinele ( 6 fractiuni)

B. Citokinele:- secretate de LT, Mcf, etc.- se fixeaza de receptori ai cel. tinta- proteine cu G moleculara - regleaza cresterea, diferentierea, functiile L, Mf. - actioneaza: - autocrin/ paracrin/ endocrin

Clasificare: - IL (> 23)- TNF = efect citotoxic- IFN (20)- F. de stimulare a coloniilor ( eritropoetina, CSF)- F. de crestere (TGF)- Chemokine (CXC) / (CC ):- stimuleaza adeziunea cel. - = activarea PMN- = activare Mo, L, Ba, Eoz

RASPUNSUL IMUNIn functie de : calitate Ag calea de patrundere a Ag felul liniei de celule angajateR. I. - mediat celular - mediat umoral

R.I. mediat umoral declansarea in conditiile dispersarii Ag in organismdesfasurarea la distanta de locul patrunderii Ag in organism implica formarea de Ac circulanti specificiactiv in infectii viro-bacterieneR. aberant = R. de hipersensibilitate imediata

I. Activarea LB cu Ag timodependenteStimulare: 1. unirea Ag cu BCR = stimul slab2. contactul LTh2 activat si/sau Mcf cu LB = stimul puternic

Ag LB Pl Ac Mcf =Ag + MHC II LTh2 IL 2, IL 4 IL -1 - molecule costimulatoare (CD154, 22, 2) care se leaga de R specifici ai LB

Fazele R.I.A. R.I. primar - apare dupa prima expunere la Ag a cel. imune reactive inocente = cel. efectorii + cel. cu memorie STOP Pl Ac - Ac apar la 10-14 zile de la contact- initial IgM -- rapida a C%

B. R.I. secundar:apare la expuneri ulterioare la acelasi Agprompt, rapidactiveaza LB cu memorie care au RCB = IgGmLB cu memorie = APC Ac: apar precoce IgGpastreaza specificitatea contra AgC% mari, pe durata mare de timpafinitate v. Ag (1000x)

II. Activarea LB cu Ag timoindependenteAg. : epitopi multiplii repetitivi LPZ bateriene, flagelina, polimeri micsti, polipeptide captate prin endocitoza (cel. parenchim.) persistenta indelungata eliberare in cantitati mici = R.I. prelungit

Activarea LB:a) Ag specifica (1)b) directa (nespecifica-2) (fractiune de molecula Ag) Caracteristici: - absenta cel. cu memorie si LTh - absenta R.I. secundar - secretie excesiva IgM (luni, ani) - fagocitarea CI= eliberarea Ag cu reluarea ciclului

ANTICORPIIIg: glicoproteine = 20% din proteinele plasmeiMonomerul de Ig:2 lanturi grele H: - clasa/subclasa - comportament Ag diferit - 5 tipuri - IgG ( ) - IgA ( ) - IgM () - IgD () - IgE ()2 lanturi usoare L : - K ( cr. 2 ) = 2/3 - - ( cr. 22 ) = se gasesc la toate Ig dar numai K sau

MONOMERUL TIP4 LANTURI POLIPEPTIDICE:- lungime diferita- grupate in 2 perechi diferite- dispunere spatiala buclata simetrica a lanturilorpunti S=S ( pastreaza coeziunea)

Lantul polipeptidic:extremitate aminoterminala ( domeniul variabil) se combina cu Ag; 3 regiuni complementar- determinante hipervariabileB) extremitate carboxiterminala ( domeniu constant)

Portiune variabila ( H+L)Fab: - recunoste si se uneste cu Ag

Domeniul constant al H

Fc: - diferentiaza cls./subcls. Ig -9 - fixeaza/ activeaza C3- fixeaza pe R celulari specifici - transportul transplacentar Ig

Clasele de imunoglobuline1. IgG = 70-90% (10-13g/l)Structura:2 K/+ 2 H4 subtipuri : - IgG1 (70%) = traverseaza placenta, C3 (++)- IgG2 = C3 (+)- IgG3 = C3 (+++)- IgG4 (4%) = C3 (0), activitate reaginica

Proprietati :- eficienta maxima apararea antimicrobiana ( IgG1) . aglutinare + liza germenilor + activare C3 . opsonine . neutralizarea exotoxinelor bacteriene- caracteristici R.I. secundar- mic = strabat endoteliul difuzeaza extravascular = traverseaza placenta (imunitate la n.n.)

2. IgM ( 3%-10% / 0,8-1,2g/l)Macroglobulina = pentamer Structura : 2 K/ + 2 H(), fara zona balamaleiProprietati: mare = nu traverseaza placenta, greu endoteliu vascularfixare intensa pe R de membrana (Mcf, L, PMN)sunt mIg caracteristice R.I. primar valoare diagnostica aglutinare bacterianadiferentiaza grupele ABO (hemaglutinine)

3. IgA : (5%-25% / 1 4g/ l)Structura: 2 K/ + 2 (1 si 2) = IgA1 + IgA2 forme : IgA serica (monomer 90%)IgAs = dimer, in secretii (digestiva, saliva, colostru, lacrimala, bronsica) S = rezistenta v. enzime

Proprietati: - protectie antibacteriana pe mucoase: inhiba aderenta germenilor limiteaza patrunderea Ag exogenejs

4. IgD : (0,03 g/L)Structura :domina lanturile (4X) v. K + 2 mIg cu rol de RCB

5. IgE : (500ng/ml)Structura: 2 + 2K/ Proprietati:NU traverseaza placenta/Nu activeaza C3fixare pe RFc de pe S2 Baz, Mas = R reaginic rol in apararea antiparazitarafixarea pe alte cel. (Mcf, E, Tr) = captarea si clearanceul Agpotenteaza R.I.

Sinteza Ig de catre LBClasificare functionala a Ig:mIg: RCB; IgM/IgD apoi IgGIg circulante (Ac): in plasma, secretii, spatiul extravascular- Fab - identic la mIg si Ac, pentru acelasi Ag, in cadrul aceleiasi clone celulare (dubl recunoastere/interactiune cu Ag) - Ac - legare direct Ag - ulterior legare/activare C3

Eliminarea AgFagocitoza : CIC + legare de Mcf (RFc)Liza: CIC + fixarea/activare C3

Rolul antigenic al Acstructuri proteice cu valoare imunogenainduc formarea de Ac anti-Igdeterminanti antigenici = portiune variabila H/L

ANTICORPI MONOCLONALI

Epitopi

1. Izotipuri = specificitatea de specie (H) :- diferentiaza speciile intre ele - cls. de Ig sunt antigenic identice la toti indivizii speciei. 2) Allotipuri = specificitate individual / specie- Ig difera antigenic de la un individ la altul - reactie posttransfuzionala de Tr (purpura).3) Idiotipuri specifici numai pentru Ig elaborate de o anumita clona celulara - fiecare familie de molecule de Ig exprima un idiotip diferit

Reglarea R.I. umorala) C% de Ag prin epurarea de catre Ac stimulul de activare a LB, cu scaderea secretiei Ig specifice.Administrarea simultana de Ag puternic/ Ag slabe.

b) Rolul inhibitor al LTreg ( Ag specifice) v. proliferare excesiv LB stimulate- stimularea LTreg apare la C% foarte mic/mari de Ag.

c) Interventia Ac : - blocani- anti-idiotipici

d) Factori supresori nespecifici:

PGE2 LTs = IL 2 PAFLTh1 = IFN - RLO RLO LTh2 = IL 10 Eliberati de APC

R.I. mediat celular Functii eliminarea cel. infectate cu virusuri/bacterii cu dezvoltare i.c.apararea antitumoralarespingerea allogrefelor

Ag ramane cantonat la poarta de intrare / fixat pe cel. gazda

RI celularderulare la locul de cantonare a Agconstituire lenta ( R.I. intarziat)directionare preponderenta contra celulelor care exprima Agmediat de cel. citotoxice specifice (LTcCD8+) / nespecifice (NK, K) si APC.

A) Recunoasterea cel. tintaa) cel. afectata = Ag + MHC Ib) alipirea precursorului LTcCD8+ la complexul Ag+MHC-I = semnal 1 = activarea LTcCD8+ R.I. primar: multiplicare/diferentiere cel. cu memoriecel. efectorii (efect citotoxic citolitic/antibacterian)

Recunoasterec) LTcCD8+ activat liza cel. tinta IL 2 : - autocrin = proliferare LTc.

- paracrin = APC, LT.

d) resturile de cel. lizata (Ag)Mcf Ag +MHC II IL -2 LTh 1:LTcCD8+ -IL - 2 -IFN Mcf: - cel efectorie- stimularea fagocitozei- citotoxicitate

Mecanismul imunitatii de tip citotoxicCitotoxicitate de tip extracelular:mediatori citolitici solubili(perforine/granzine)liganzi Fas ( molecule de S2) apoptoza.

1) legare de membrana cel. tinta = - LTcCD8+ activat spatiul extracelular:- perforine : tubuli - moarte celular- granzine: = apoptoza - liganzii Fas: legare R Fas -apoptoz2) detasarea LTc de cel.lizata

Celulele citotoxice MHC - nespecificeNK: 2-5% din L perifericeMHC independente citotoxicitate mediata celular dependenta de Ac. K: efect citotoxic v. cel. cu Ig specifice pe S2 lor2 roluri inhibitor recunoaste MHC-I. activator- elibereaza perforine / granzine.

Factorii nespecifici participanti la finalizarea R.I.Factori celulari = cel auxiliare 1. Mastocitele: - localizare tisulara preferentiala (piele, pulmon, orofarinx)- RFc pt. IgE si IgG - granule cu mediatori chimici: histamina, Lt B4, SRS-A, triptaza, etc.)- citokine( TNF-, IL-1,6)

2) PMNrol fagocitant 4 faze :chemotactismaderentarecunoastereaingestia deversare extracelulara puseu respirator = RLO:anion superoxidradical hidroxilperoxidul

3. Bazofilele:- RFc - IgE-granule: histamina, SRS-A, heparinaApararea antiparazitara4. Eozinofilele: - lizolecitina (cr-CH-Ly)- ef. fagocitant/citolitic (C% mari)- RLO, proteine cationice, Lt-B4

5. Trombocitele :- R - colagen, trombina, ADP- adsorb: fibrinogen, f. V. IX, XII- granule: serotonina, catecolamine

B. Factori serici :1. complementul 2. kininele plasmatice3. s. coagularii fibrinolizei4. derivatii ac. arahidonic

REACTIA IMUNAI. R. de hipersensibilitate imediata anafilacticaAg variat, cale respiratorie, digestiva, cutanata, inj.fixare pe Ac (mIg) prezenti pe cel. raspuns clinic rapidteren atopic (HLA-A2/40% din populatie) LTh2 --- IL-4, 5, 13 + IgEnon-atopic : LTh1---IL 2 IgG

Ac = IgE induse de ag : - contact I fixare ca mIgE pe Baz- contact II Ag + mIgE degranulareMas Baz = primari secundari tertiari (cel. atrase)- Clinic :a) forma localizata (atopica) = rinita alergica, astm bronsic.b) forma sistemica ---- soc anafilactic

II. R. citotoxica Ag : - componenta structurala m. cel. - haptena atasata pe m. cel. Ac : - IgM/IgG Ag + Ac = + C3 liza - fagocitare - cel. K = citotoxicitate mediata cel. dependenta de Ac Tipuri de Ac :deprima fct. cel. (hormoni)stimuleaza fct. cel. (hipertiroidie, miastenie)blocanti

COMPLEXUL DE ATAC AL MEMBRANEI

III. R prin complexe imune CI : - formate in situ - circulante cu depunere ulterioara CI mari : fagocitare, indepartare rapida CI mici : solubile, activeaza C 3, neepurate, traverseaza endoteliul vascular ,activare locala a C 3 inflamatie Clinic: a) formare in situ (Arthus) :activ/pasivb) boala serului 14 -21zile de la administrare ser repetate = lez. glomerulare, artrite etc.

IV. R imuna mediata celulara) R de hipersensibilitate tardiva : dermatita de contact, granulom inflamatorb) R citolitica : ex. HAVB

*************************************************************************************************