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Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 1 UNIDAD 6: REGULACIÓN, INTEGRACIÓN Y CONTROL UBICACIÓN TEMÁTICA: Estamos finalizando la Unidad 6 del programa de Biología. Anteriormente hemos abordado el estudio de la Homeostasis, Sistema Nervioso, Sistema Endocrino y Termorregulación. En este momento continuaremos con el último sistema de la Unidad 6: el Sistema Inmunológico. Si bien podrás encontrar este tema en el libro Biología de Helena Curtis, con fines pedagógicos hemos elaborado este documento donde se desarrolla el Sistema Inmunológico. Recuerda que debes leer “El desafío de los transplantes de tejidos” en las páginas 772 a 774 del capítulo 40 del libro Biología, H. Curtis, 7ma edición. SISTEMA INMUNOLÓGICO El sistema inmune está formado por un conjunto de células, estructuras y órganos linfoides cuya función fundamental es defender al organismo humano contra agentes patógenos como bacterias, hongos, parásitos y virus. También protege al individuo contra células del propio cuerpo infectadas por virus o que han sufrido una transformación maligna (cáncer). Para cumplir su cometido, las células componentes del sistema inmune deben distinguir entre células propias normales, cuya integridad debe preservarse, células propias anormales y patógenos, que deben destruirse. La distinción es química, ya que las células normales presentan en su membrana plasmática moléculas características, diferentes de las presentes en células anormales o en la superficie de los patógenos. El sistema inmune debe atacar selectivamente a los agentes patógenos y a las células propias anormales, respetando la integridad de las células normales (“lo propio”) y evitar reaccionar contra agentes ajenos al organismo, pero incapaces de causar enfermedad. Para que este sistema actúe, los agentes patógenos deben atravesar las barreras anatómicas, que constituyen la primera línea de defensa del organismo. Ellas son: la epidermis, los epitelios simples que tapizan los órganos huecos y las mucosas. Algunos líquidos que producen distintos órganos ayudan a proteger la superficie de la piel y las mucosas; por ejemplo, el aparato lagrimal secreta lágrimas sobre la superficie del globo ocular en respuesta a agentes irritantes; la saliva producida por las glándulas salivales barre los microbios de la superficie de los dientes y la mucosa de la boca; las secreciones vaginales inhiben la proliferación bacteriana porque son Glosario Le ofrecemos un pequeño glosario para favorecer la comprensión del tema: - BCR: receptor antigénico de células B (B cell receptor). - CAM: complejo de ataque a membrana. - CMH: complejo mayor de histocompatibilidad. - HLA: sistema de antígenos leucocitarios humanos. - IFN: interferones. - Ig: inmunoglobulina. - IL: interleucina, IL-1, IL-6, IL-12. - LB: linfocito B. - LT: linfocito T. - NK: linfocitos asesinos naturales (natural killer). - PMAP: patrones moleculares asociados con los patógenos. - RRP: receptores de reconocimiento de patrones. - TCR: receptores específicos de los linfocitos T (T cell receptor). - TH1: T helper 1. - TH2: T helper 2. - TNF: factor de necrosis tumoral (tumor necrosis factor). Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 2 levemente ácidas; pero, además, desplazan los microbios fuera del cuerpo. La defecación y el vómito pueden expulsar microorganismos cuando se producen en respuesta a toxinas microbianas que irritan el revestimiento de la porción inferior del tubo digestivo. Las glándulas sebáceas cutáneas secretan una sustancia aceitosa (sebo) que inhibe el crecimiento de ciertos hongos y bacterias patógenas. El sudor arrastra microbios de la superficie de la piel, además de contener la lisozima, enzima que daña la pared celular de ciertas bacterias. Esta enzima también se encuentra en las lágrimas, la saliva, las secreciones nasales y los líquidos corporales. Por último, el jugo gástrico destruye muchas bacterias y gran parte de las toxinas bacterianas. Cuando la primera línea de defensa del organismo es atravesada, los microorganismos ingresan al interior del cuerpo y se desencadenan mecanismos de defensa presentes desde el nacimiento, llamados en su conjunto inmunidad innata, a veces denominada “natural” (espontánea) o “inespecífica”, porque produce una respuesta defensiva estereotipada contra una gran variedad de patógenos. En contraste, hay otro conjunto de mecanismos que se activan frente a un patógeno determinado y generan respuestas específicas para éste, llamándose a estos últimos, inmunidad adaptativa, “específica” o adquirida. Esta inmunidad le permite al individuo adaptarse a su ambiente al generar respuestas que no sólo son específicas para los patógenos que encuentra, sino también duraderas. Esto significa que, frente a una nueva exposición al mismo patógeno, la respuesta inmune será más rápida y eficaz (a esto se denomina memoria inmunológica). En el organismo, la inmunidad innata y la adaptativa son complementarias e implementan respuestas conjuntas integrales contra los patógenos. Cada una de ellas consta de ciertas células, receptores de membrana y sustancias químicas características. El siguiente esquema presenta un resumen de los componentes del sistema: Por motivos didácticos, desarrollaremos en primer lugar, la inmunidad innata y posteriormente, la inmunidad adaptativa, pero recuerde que ambas están interrelacionadas y trabajan en forma complementaria. INMUNIDAD INNATA La inmunidad innata se caracteriza por la existencia de receptores de reconocimiento de patrones (RRP) que reconocen patrones moleculares asociados con los patógenos (PMAP). Los PMAP son carbohidratos o lípidos únicos de la pared de la célula bacteriana y sustancias características de las células tumorales y de transplante. Los RRP pueden encontrarse circulando por el torrente sanguíneo o constituir receptores de membrana en algunas células, principalmente en células que intervienen en la respuesta inmunitaria innata. Cuando las primeras barreras de defensa (barreras anatómicas) son atravesadas; por ejemplo, por un corte, pinchazo o picadura; los microorganismos presentes cerca de la herida ingresan en el interior del cuerpo. Allí se encuentran con células y moléculas que pueden desencadenar la respuesta innata. Los macrófagos fagocíticos dirigen la defensa contra bacterias mediante receptores de superficie que son capaces de reconocer y unirse a componentes comunes de muchas células bacterianas. Las moléculas bacterianas que se unen a dichos receptores activan a los macrófagos para que engloben y destruyan la bacteria, e inducen la secreción de INMUNIDAD INNATA ADAPTATIVA COMPONENTE CELULAR COMPONENTE HUMORAL RESPUESTA HUMORAL RESPUESTA CELULAR RESPUESTA INFLAMATORIA A Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 3 citocinas, proteínas que afectan el comportamiento de otras células (que tengan receptores para citocinas). Un tipo de citocinas, las quimiocinas, atraen a los neutrófilos y monocitos del torrente sanguíneo. Las citocinas secretadas por los macrófagos inician un proceso conocido como inflamación que se define tradicionalmente por 4 signos: calor, dolor, rubor y tumor (o hinchazón); siendo todos ellos consecuencia de los efectos que producen las citocinas y otros mediadores inflamatorios al actuar sobre los vasos sanguíneos locales: vasodilatación, incremento del flujo de sangre en el área y aumento de la permeabilidad. Los glóbulos blancos circulantes atraídos por estas sustancias químicas atraviesan las paredes de los capilares y se aglomeran en el sitio de la herida. Entre los leucocitos encontramos monocitos (que se diferencian en macrófagos) y neutrófilos, quienes englobanpor fagocitosis a los invasores extraños y, a menudo, son destruidos por autodigestión (figura 1). Figura 1. Inflamación. Fuente: CAMPBELL Neil; REECE Jane. 2007. Al mismo tiempo, algunas proteínas plasmáticas conocidas como proteínas de fase aguda interactúan con los polisacáridos de la superficie de la bacteria e inducen la activación del sistema de complemento, activando una serie de reacciones que intensifican la inflamación, la fagocitosis y la citólisis microbiana. Esta respuesta inflamatoria local se acompaña de una respuesta sistémica, caracterizada por la inducción de fiebre que se produce ante la liberación de sustancias químicas (citocinas e interferones) producidas por la activación de las células de la inmunidad innata. Entonces, se puede reconocer en la inmunidad innata: • un componente celular (células): granulocitos, mastocitos, monocitos, macrófagos, células dendríticas y los linfocitos asesinos naturales (NK). • un componente humoral (sustancias químicas): proteínas de fase aguda, proteínas del sistema de complemento, citocinas e interferones. El componente celular Las células del sistema inmunitario innato son los granulocitos, mastocitos, monocitos, macrófagos, las células dendríticas y los linfocitos asesinos naturales (NK, del inglés “natural killer”). Estas células pueden reconocer diversos patógenos debido a la presencia de un número limitado y fijo de moléculas receptoras Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 4 expuestas sobre su membrana celular, los denominados receptores de reconocimiento de patrones (RRP), que son capaces de detectar, patrones moleculares asociados con los patógenos (PMAP). Como su nombre lo indica, los PMAP no están presentes en los hospedadores sino en los patógenos. • GRANULOCITOS O POLIMORFONUCLEARES (PMN) Son leucocitos que presentan un núcleo lobulado (de allí la denominación de “polimorfonucleares”) y contienen en su citoplasma gránulos específicos. ❖ Neutrófilos: Circulan por la sangre, se adhieren a las paredes de los vasos sanguíneos y emiten seudópodos que les permiten pasar entre las células endoteliales de los capilares. De allí van a los tejidos infectados donde fagocitan microorganismos y partículas extrañas. ❖ Eosinófilos: Se multiplican principalmente frente a una infección parasitaria, localizan al agresor y liberan el contenido de sus lisosomas lesionando la membrana del parásito, eventualmente destruyéndolo. El exceso de eosinófilos se observa también en condiciones alérgicas. ❖ Basófilos: Liberan compuestos químicos como la histamina, que incrementan la respuesta inflamatoria. Participan en las reacciones alérgicas. • MASTOCITOS Son células que tienen el mismo origen de los basófilos, pero permanecen en el tejido conjuntivo o en mucosas. Liberan histamina cuando los tejidos son dañados. • MONOCITOS Son leucocitos que pueden ser atraídos al sitio de la infección por compuestos químicos liberados por las células bacterianas y por las células infectadas. Una vez allí, los monocitos se transforman en macrófagos. • MACRÓFAGOS Residen en los ganglios linfáticos, el bazo, el hígado, los pulmones y los tejidos conjuntivos donde fagocitan a microorganismos o partículas extrañas que hayan superado las defensas iniciales. Activan a los linfocitos T. • CÉLULAS DENDRÍTICAS Residen en mucosas, epitelios, ganglios linfáticos y bazo donde fagocitan microorganismos o partículas extrañas. Se caracterizan por presentar numerosas prolongaciones citoplasmáticas. En la piel y mucosas se llaman células de Langerhans. Sus formas inmaduras tienen capacidad fagocítica y responden a infecciones virales produciendo un tipo de interferón, por lo cual participan en la inmunidad innata. Las células dendríticas maduras son, junto con los macrófagos, las principales células presentadoras de antígenos a los linfocitos T (un antígeno es cualquier configuración molecular que pueda inducir la respuesta inmunitaria). También participan en la maduración de los linfocitos B, por lo que tienen un papel destacado en la inmunidad adquirida. • NATURAL KILLER (NK): Inducen la muerte celular por medio de proteínas de acción citotóxica. Actúan sobre células infectadas por virus u otros microorganismos de vida intracelular y sobre células cancerosas. El componente humoral El componente humoral de la respuesta innata comprende: Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 5 • PROTEÍNAS HEPÁTICAS DE FASE AGUDA: son proteínas plasmáticas que actúan como receptores de reconocimiento de patrones (RRP) uniéndose a la superficie del microorganismo e induciendo la activación del sistema de complemento. • EL SISTEMA DE COMPLEMENTO: es un conjunto de proteínas plasmáticas, de membrana, enzimas y complejos multiproteicos que puede activarse, generalmente, por uno de dos mecanismos, clásico y alterno, los cuales inician una secuencia ordenada o cascada de reacciones. Ambos producen los mismos fenómenos: inflamación, intensificación de la fagocitosis y citólisis microbiana. El mecanismo clásico empieza con la unión del antígeno (que puede ser una bacteria u otra célula extraña) y el anticuerpo (glucoproteínas sintetizadas por los linfocitos B que participan en la inmunidad adaptativa). El complejo antígeno-anticuerpo activa la proteína C1 del complemento y se inicia la cascada. El mecanismo alterno, en cambio, pertenece a la inmunidad innata, ya que no incluye la participación de anticuerpos. Comienza con la interacción de polisacáridos de la superficie de una bacteria o virus con otras proteínas del complemento (los factores B, D y P), lo que activa la proteína C3 del complemento y empieza la cascada. Las consecuencias de la activación de los mecanismos clásico y alterno son: ❖ Activación de la inflamación: Algunas proteínas del complemento dilatan arteriolas, lo cual aumenta el flujo sanguíneo local y hacen que se libere histamina de los mastocitos, basófilos y plaquetas. La histamina aumenta la permeabilidad de los capilares sanguíneos, de modo que los leucocitos pueden pasar más fácilmente a los tejidos para combatir las infecciones o alergias. Otras proteínas del complemento sirven como agentes quimiotáxicos, que atraen fagocitos hacia el sitio de la invasión microbiana. ❖ Opsonización: El fragmento C3b del complemento se fija en la superficie de los microbios y luego interactúa con receptores en los fagocitos para estimular la fagocitosis. ❖ Citólisis: Varias proteínas del complemento se juntan y forman un complejo de ataque a membrana (CAM), que se inserta en la membrana plasmática microbiana y forma grandes orificios. Ello permite que fluya líquido hacia el interior de la célula, con lo que el microbio se hincha y estalla (citólisis) (figura 2). Figura 2. Activación del sistema de complemento. VÍA CLÁSICA Inmunidad adaptativa Unión Antígeno- Anticuerpo VÍA ALTERNA Inmunidad innata Polisacáridos de patógenos- Proteínas del complemento C3 Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 6 • CITOCINAS: Se denominan citocinas a un conjunto de péptidos y proteínas que intervienen en la comunicación de las células del sistema inmune entre sí y con otras células (células endoteliales, fibroblastos, etc). Regulan el crecimiento, desarrollo y actividad de las células inmunes (entre otras) y la respuesta inflamatoria. Bajo el término general de citocinas se agrupan las proteínas que participan tanto en la respuesta innata como las que intervienen en la respuesta adaptativa. Según la fuente productora de cada citocina se describen las monocinas (producidas por macrófagos y monocitos) y las linfocinas (producidas por linfocitos B y T). A su vez, las monocinas ylas linfocinas que interactúan con células del sistema inmunitario se denominan interleucinas. Sin embargo, el criterio de clasificación más utilizado se basa en el agrupamiento de citocinas que realizan funciones biológicas similares, es decir, familias de citocinas proinflamatorias, antiinflamatorias, quimiotácticas e inmunorreguladoras, entre otras. El componente humoral de la respuesta innata comprende citocinas que integran varias de las familias mencionadas, excepto las citocinas inmunorreguladoras que se destacan en la respuesta adaptativa. Las citocinas proinflamatorias estimulan la inflamación aguda, local y sistémica. Este grupo incluye las interleucinas IL-1, IL-6, IL-12 y el factor de necrosis tumoral (TNF, del inglés, tumor necrosis factor), producidas por los macrófagos. Las citocinas quimiotácticas o quimiocinas inducen la migración de células (que tienen receptor para ellas) hacia la fuente de la quimiocina. Así, cuando una célula que posee receptores de reconocimiento de patrones en su membrana reconoce un patrón molecular asociado con los patógenos (PMAP), se “activa” y comienza a producir quimiocinas que promueven el reclutamiento de monocitos, linfocitos T y neutrófilos. Un ejemplo de estas citocinas lo constituye la IL-8. Otra de las funciones de las citocinas es desactivar a las células responsables de elaborar la respuesta inflamatoria (citocinas antiinflamatorias). La existencia de mecanismos de desactivación de la respuesta inmunitaria autolimita los mecanismos de defensa una vez que el patógeno ha sido controlado y evita respuestas que podrían provocar un daño en nuestras propias células. • INTERFERONES (IFN): son glucoproteínas que pueden ser de distintos tipos. Los de tipo I (por ej. IFN-α e IFN-β) son producidos en respuesta a la infección viral y tienen efectos sobre esa misma célula y sus vecinas, así como sobre otras células del sistema inmunitario. Una vez liberados por la célula infectada, los interferones se unen a receptores específicos en la membrana de células vecinas e interfieren en la replicación viral. Activan los linfocitos NK (natural killer), estimulan células de la inmunidad adaptativa y aumentan su potencial destructor de células infectadas. Los de tipo II, como el IFN-γ, además de ser mediador de la respuesta innata antiviral, cumple una función inmunorreguladora importante en la respuesta adaptativa. INMUNIDAD ADAPTATIVA La inmunidad adaptativa incluye: la respuesta inmunitaria humoral y la respuesta inmunitaria mediada por células. La respuesta inmunitaria humoral implica la activación y selección clonal de las células B, dando como resultado la producción de anticuerpos secretados que circulan en la sangre y en la linfa. La respuesta inmunitaria mediada por células implica la activación y selección clonal de las células T que, de modo directo, destruyen ciertas células. Mientras la inmunidad innata enfrenta un proceso infeccioso incipiente, comienza a generarse la respuesta adaptativa. A diferencia de las células de la inmunidad innata capaces de reconocer un número limitado de patrones moleculares conservados, cada linfocito T o B reconoce a uno por medio de un receptor. Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 7 Por otra parte, el primer contacto específico con un antígeno desencadena una respuesta primaria durante la cual una fracción de linfocitos genera células de memoria “preadaptadas” a un nuevo contacto con el mismo antígeno. La memoria inmunológica es una característica propia de la respuesta adaptativa. El encuentro posterior con el mismo antígeno da lugar a una respuesta secundaria, más rápida y de mayor magnitud. En la respuesta adaptativa se reconocen tres etapas: 1. Reconocimiento específico del antígeno: cualquier configuración molecular que pueda inducir la respuesta inmunitaria es un antígeno. 2. Activación, expansión y diferenciación de un linfocito específico: etapa durante la cual el linfocito migra al sitio en que debe cumplir su función efectora. Es esencial que la célula que reconoció al antígeno atraviese un período de proliferación por mitosis denominado “expansión clonal”. Este período es característico de la respuesta adaptativa y necesario para enfrentar la presencia del antígeno. 3. Fase final efectora de eliminación del antígeno. Los órganos linfáticos Los linfocitos B y T se originan en la médula ósea, pero sólo los primeros maduran allí; los linfocitos T migran al timo para realizar en él su maduración. A estos órganos, médula ósea y timo, donde se originan los linfocitos y se especifica su tipo se los denomina órganos linfáticos primarios. Los órganos linfáticos secundarios son el bazo, los ganglios linfáticos y los cúmulos de tejido linfoide asociado con mucosas (MALT, del inglés, mucosa- associated lymphoreticular tissue) que incluye el anillo de Waldeyer, el apéndice, las placas de Peyer, y cúmulos asociados con los bronquios (figura 3). En ellos se dispara la respuesta adaptativa, luego del reconocimiento antigénico, y se mantienen los linfocitos. Los ganglios linfáticos, localizados estratégicamente dentro del sistema de vasos, están constituidos por masas de tejido esponjoso (separadas en compartimientos por tejido conjuntivo) que filtran la linfa. Los vasos linfáticos son las vías de retorno del líquido intersticial al sistema circulatorio. Microorganismos, desechos tisulares o partículas extrañas que entran en los espacios extracelulares de cualquier tejido son “barridos” a los canales del sistema linfático y quedan atrapados en los ganglios. Si bien en los vertebrados hay ganglios linfáticos distribuidos en forma aislada en todo el organismo, la mayoría se concentran en el cuello, las axilas y la ingle. Se encuentran densamente poblados por linfocitos, macrófagos y células dendríticas. Estas últimas capturan y procesan antígenos en los tejidos periféricos y luego migran pasivamente arrastradas por la linfa hasta arribar a los órganos linfáticos secundarios más cercanos al sitio de infección. Por su parte, los linfocitos alcanzan los órganos linfáticos secundarios a través de vénulas poscapilares. Debido a su localización, el bazo es un órgano fundamental para combatir infecciones que se propagan a través de la sangre. Las amígdalas atrapan partículas que ingresan por vía nasal o bucal. En la pared del intestino se encuentran las placas de Peyer que nos defienden de los miles de millones de microorganismos potencialmente patógenos que habitan el tracto intestinal y de los que ingresan por Figura 3. Órganos linfáticos. Fuente: CURTIS, Helena [et al.], 2008. Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 8 Amígdala Lingual Amígdalas Palatinas Amígdalas Tubaricas Amígdala Faríngea esta vía. El apéndice, las adenoides y otros cúmulos linfoides cumplen la misma función frente a microorganismos que ingresan en el cuerpo mediante diferentes vías de entrada. ¿Qué es el Anillo de Waldeyer? Las amígdalas palatinas, linguales, tubáricas y faríngeas forman el anillo amigdalino (anillo de Waldeyer), una banda circular incompleta de tejido linfático alrededor de la porción superior de la faringe (figura 4). La porción anteroinferior del anillo está creada por la amígdala lingual, acúmulo de tejido linfático en la porción posterior de la lengua. Las porciones laterales de este anillo están creadas por las amígdalas palatinas y tubáricas, y las porciones posterior y superior, por la amígdala faríngea, también conocida como adenoides. Figura 4: Anillo de Waldeyer Fuente: http://pixshark.com/waldeyers-ring.htm ¿Cómo se desarrollan las células que intervienen en la inmunidad adaptativa?... Durante el desarrollo fetal, los precursores linfocíticosprovienen de la médula ósea. Algunos de ellos, se dirigen al timo y se transforman en los linfocitos T. La transformación de los linfocitos B se lleva a cabo en el hígado fetal y después del nacimiento, en la médula ósea. Después de su maduración, muchos de los linfocitos T y B migran hacia los órganos linfáticos secundarios. La mayoría del procesamiento de los precursores linfocíticos en el timo y en la médula ósea, y la migración a ganglios linfáticos y otros tejidos linfoides, ocurre durante la vida fetal y neonatal. Después del nacimiento, existe también una producción lenta y continua de algunos linfocitos en la médula ósea, aunque la mayoría se forman en los ganglios linfáticos, timo y bazo, a partir de precursores que originalmente vinieron de la médula ósea. La mayor parte de los linfocitos entran al torrente sanguíneo a través de los vasos linfáticos. En cualquier momento dado, solo el 2% de los linfocitos del cuerpo se encuentran en la sangre periférica, el resto está en los órganos linfoides. Los linfocitos completamente maduros, mientras no hayan entrado en contacto específico con un antígeno de denominan vírgenes. Si bien tienen funciones distintas, ambos tipos de linfocitos tienen características comunes: Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 9 ❖ Pueden recircular (o sea, pasar de la circulación a los tejidos y volver por vía linfática a la circulación), a diferencia de otros leucocitos que sólo abandonan el torrente sanguíneo para “morir en el campo de batalla”. ❖ Poseen receptores capaces de reconocer el antígeno. ❖ Presentan proliferación clonal cuando se activan (se producen clones de la célula activada). ❖ Poseen memoria, lo que determina que la respuesta inmune sea más rápida y de mayor magnitud ante la segunda entrada del patógeno. Los linfocitos B y la respuesta humoral Los linfocitos T y B son morfológicamente indistinguibles. Sin embargo, los linfocitos B (LB) son protagonistas de la respuesta inmunitaria humoral, función que realizan a través de la síntesis de anticuerpos o inmunoglobulinas. En el organismo existen millones de linfocitos B diferenciados a partir de células pluripotenciales presentes en la médula ósea. Los anticuerpos o inmunoglobulinas (Ig), son glucoproteínas globulares con una estructura tridimensional que les permite interactuar de manera específica con ciertos antígenos solubles. Pueden encontrarse insertados en la membrana del linfocito B, formando parte, junto con otras cadenas polipeptídicas, del receptor antigénico denominado BCR (del inglés, B cell receptor); o bien pueden ser secretados por los linfocitos B. Estos últimos tienen similar estructura a la de los receptores, pero carecen de regiones de membrana que los anclan a la membrana plasmática. Existen 5 clases de anticuerpos o inmunoglobulinas (IgG, IgA, IgM, IgD e IgE). Para todas ellas, la unidad estructural es semejante, constituida por cuatro cadenas polipeptídicas dispuestas espacialmente en forma simétrica; asemejando una letra Y. Dos de esas cadenas tienen mayor masa, por lo que se las denomina “pesadas”; las otras dos se denominan “livianas”. Además, en cada inmunoglobulina se pueden reconocer zonas variables y una zona constante. Las zonas variables forman un “nicho” en el cual puede alojarse el antígeno. En esta región, llamada paratopo, reside la especificidad de la Ig (figura 5). Esos paratopos son capaces de unirse sólo a regiones pequeñas específicas de los antígenos, llamadas epitopos (o determinantes antigénicos). En la figura 6, tres anticuerpos (con paratopos diferentes) reaccionan con epitopos distintos de la misma molécula antigénica grande. Figura 5. Inmunoglobulinas. Fuente: CAMPBELL Neil; REECE Jane. 2007. Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 10 Figura 6. Epitopos. Fuente: CAMPBELL Neil; REECE Jane. 2007 Uno de los hechos más llamativos de la respuesta inmunitaria es la capacidad de los linfocitos B para producir anticuerpos contra una enorme variedad de antígenos naturales –que el linfocito B puede encontrar durante su vida-, como también contra antígenos sintéticos químicamente distintos de cualquier sustancia conocida y con los que nunca antes ha tenido contacto, hecho que ocurre por una serie de reordenamientos genéticos. Según “la teoría de la selección clonal”, cada individuo presenta una inmensa diversidad de linfocitos B, cada uno equipado genéticamente para sintetizar un solo tipo de anticuerpo; y un antígeno particular sólo puede ser reconocido por el linfocito B que posea en su membrana el anticuerpo complementario El linfocito B puede activarse y producir anticuerpos de dos maneras diferentes: a) Con ayuda de un linfocito T (esta forma se desarrollará más adelante, cuando se haya explicado la función de los linfocitos T). b) En forma independiente del linfocito T, por activación directa del linfocito B. Esta forma se representa en la figura 7: Un estímulo antigénico dado no afecta a la totalidad de los linfocitos B, sino a aquellos que exponen en su superficie un anticuerpo capaz de unirse a ese antígeno específico. Luego de la unión antígeno-anticuerpo, la célula B se activa. Esas células proliferan produciendo clones de células plasmáticas y células de memoria con capacidad de sintetizar el anticuerpo presente en el linfocito B original. Las células plasmáticas secretan anticuerpos circulantes, todos con una especificidad idéntica a la de los anticuerpos sobre la superficie del linfocito B virgen. Las células de memoria que llevan los mismos anticuerpos persisten indefinidamente en la circulación; ellas secretan anticuerpos sólo después de un encuentro posterior con el mismo antígeno y de diferenciarse en células plasmáticas. Figura 7. Selección clonal de los linfocitos B. Fuente: Adaptación de CAMPBELL Neil; REECE Jane. 2007. Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 11 De esta forma, los linfocitos pueden responder rápido (en horas) y sin ayuda de los linfocitos T, pero la respuesta es breve (días) y sus anticuerpos son de baja afinidad. Se cree que dan tiempo para la respuesta más específica y prolongada que requiere la colaboración de linfocitos T. Los anticuerpos La respuesta humoral se basa en los distintos isotipos de anticuerpos: • IgG: Comprende casi 75 a 85% del total de las inmunoglobulinas plasmáticas. Son capaces de unirse a macrófagos y neutrófilos, y activar el sistema de complemento. Atraviesan la placenta y confieren inmunidad al feto. • IgM: Es la primera inmunoglobulina que aparece en la reacción inmunitaria. Y el tipo inicial de anticuerpo sintetizado por el recién nacido. La IgM de membrana actúa como un importante receptor de antígenos en la superficie de los linfocitos B maduros. • IgA: Constituye sólo el 7 a 15% de las inmunoglobulinas séricas, pero es la clase de Ig predominante en las mucosas y secreciones (lágrimas, saliva, secreciones nasales y del aparato digestivo y leche humana), impidiendo la adherencia de los patógenos a las mucosas. • IgD: Es uno de los principales receptores de antígenos de la superficie de los linfocitos B, junto con las IgM. • IgE: Es la principal clase de Ig implicada en “armar” a los mastocitos y a los basófilos, uniéndose a estas células. Intervienen en las reacciones alérgicas y en la defensa contra los parásitos. La función de los anticuerpos Las principales funciones de los anticuerpos son: 1. Unión a partículas extrañas, lo que provoca su aglutinación, favoreciendo la captura por células fagocíticas. Por esta función de denominananticuerpos opsonizantes. 2. Unión a patógenos o toxinas microbianas, lo que interfiere en la penetración del patógeno en la célula. Por esta función se denominan anticuerpos neutralizantes. 3. Interacción con antígenos presentes en la membrana de microorganismos. Esta interacción induce la unión a proteínas del sistema de complemento, que expone a los complejos inmunitarios a la acción de células fagocíticas o inicia el reclutamiento de leucocitos que participan en la respuesta inflamatoria. Por esta función se denominan anticuerpos activadores del complemento. 4. Unión a células infectadas o tumorales, lo que desencadena en células NK su actividad citolítica. Los anticuerpos actúan como un nexo entre la célula infectada o tumoral y estas células citotóxicas. Esta función se define como citotoxicidad dependiente de anticuerpos. Los linfocitos T y la inmunidad mediada por células Los linfocitos T intervienen en la “respuesta celular”. Hay tres poblaciones de linfocitos T maduros: T citotóxicos, T colaboradores, cooperadores o helper y T reguladores (o supresores). Todos expresan la proteína de superficie CD3, que acompaña a los receptores específicos de los linfocitos T llamados TCR (del inglés T cell receptor); los citotóxicos expresan además proteína CD8 y los colaboradores expresan proteína CD4. La función del linfocito T maduro es semejante a la del linfocito B: reconocer antígenos que se adapten a sus receptores de membrana. Pero, a diferencia de los linfocitos B, que reconocen al antígeno soluble y en su conformación nativa, los linfocitos T requieren que el antígeno esté expuesto sobre la superficie de una célula presentadora de antígenos, unido a proteínas del complejo mayor de histocompatibilidad (CMH). En la Figura 8 presentamos un panorama general de la respuesta inmunitaria adaptativa: la activación de las células B por antígenos en su conformación nativa (intactos) y la activación de las células T helper, por un Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 12 antígeno presentado por una célula presentadora de antígenos, en una respuesta primaria. Una vez activada la célula T helper, estimula la respuesta humoral en forma directa al colaborar con la activación de las células B, y en forma indirecta al secretar citocinas. Como vimos, los linfocitos T requieren que el antígeno esté expuesto sobre la superficie de una célula presentadora de antígenos, unido a proteínas del complejo mayor de histocompatibilidad (CMH). ¿Qué es este complejo? ¿Para qué sirve? El complejo mayor de histocompatibilidad (CMH), fue descubierto en ratones y luego en seres humanos, en los que se denominó sistema de antígenos leucocitarios humanos (HLA). El CMH comprende, entre muchas otras, un grupo de moléculas glucoproteicas que se expresan en la superficie de las células con núcleo. El complejo mayor de histocompatibilidad comprende, entre otros, los genes del sistema HLA de clases I, II y III. Las dos primeras clases codifican cadenas peptídicas involucradas en el procesamiento y la presentación de antígenos, los productos de los genes del sistema HLA de clase III participan en aspectos de la respuesta inmunitaria no relacionados con la presentación de antígenos (que no se desarrollan en este curso). Las moléculas del HLA de clase I se encuentran presentes en casi todas las células con núcleo. Las moléculas de clase II se expresan en células del sistema inmune que cumplen la función especializada de presentar antígenos a los linfocitos T, razón por la cual se las llama “células presentadoras de antígenos”. Ellas son los linfocitos B, los macrófagos y las células dendríticas. Figura 8. Esquema general de la respuesta inmunitaria adaptativa. Fuente: Adaptación de CAMPBELL Neil; REECE Jane. 2007. Activan Activan Activan Defienden contra las células infectadas, células cancerosas y tejidos transplantados Secretan anticuerpos contra patógenos y toxinas presentes en el líquido extracelular Células T citotóxicas activas Células T citotóxicas y de memoria Células T helper activas y de memoria Células B de memoria Células plasmáticas Da lugar a Da lugar a Da lugar a Célula T citotóxica Célula T helper Célula B Antígenos intactos Primera exposición al antígeno Respuesta inmunitaria mediada por células Respuesta inmunitaria humoral Actúa en la activación de Actúa en la activación de Antígenos englobados y exhibidos por las células presentadoras de antígenos Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 13 El ciclo de vida de los linfocitos T Los linfocitos T se originan a partir de células hematopoyéticas pluripotenciales presentes en la médula ósea. Pero en la octava semana de vida del feto humano, las células precursoras de linfocitos T comienzan a dirigirse hacia el timo donde completan su maduración. Una vez expresado el receptor para antígenos TCR en la membrana del linfocito T, se pone en marcha un mecanismo de control que analiza célula por célula la especificidad de estos receptores. El primer control que sufre el TCR se denomina selección positiva y se relaciona con su capacidad para interactuar con las moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad (CMH) propias del individuo (que se expresan en la superficie de las células con núcleo). La falta de interacción con moléculas de CMH propias induce su eliminación, ya que estas no serían útiles para reconocer, en un futuro, péptidos derivados de los patógenos en combinación con esas moléculas del CMH propias. Un segundo proceso, la selección negativa, elimina a aquellos linfocitos T que expresen un TCR con afinidad muy alta por moléculas del CMH propias, dado que éstos serían linfocitos potencialmente autorreactivos. Los linfocitos T que no fueron eliminados luego de las dos etapas de selección se vierten al torrente sanguíneo; y desde allí continuamente pasan a los órganos linfáticos y de vuelta a la sangre. En su recorrido pueden encontrar una célula presentadora de antígenos que alguno de los linfocitos T reconoce específicamente. La activación de los linfocitos T (LT) El proceso que se desencadena luego del reconocimiento antigénico es similar al que ocurre en los linfocitos B: activación y diferenciación celular que conduce a la producción de clones de células efectoras y células de memoria. El primer encuentro de un linfocito virgen con el antígeno resulta en una respuesta primaria y genera células de memoria, que proveen protección en posteriores invasiones del mismo patógeno. La activación de un linfocito T virgen (sea citotóxico o colaborador) ocurre en los tejidos y órganos linfáticos, y requiere de dos señales (figura 9): a) dada por el TCR que reconoce el péptido sobre la molécula de HLA presente en una célula presentadora de antígenos (APC en la figura 8). b) dada por la presencia de moléculas coestimulatorias sobre la célula presentadora de antígenos, que interactúan con otra molécula sobre la superficie del linfocito T, denominada co-receptora. Esto significa que, si no hay coestimulación, no hay activación. La activación del linfocito T lleva a la producción de IL-2 y a la síntesis del receptor para IL-2 sobre el mismo LT, por lo tanto, comienza su proliferación. Figura 9. Señales requeridas para la activación de un linfocito T. Fuente: Adaptación de Jeneway, Ch. 2003. Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 14 Las células presentadoras de antígenos más importantes son las células dendríticas, que ingieren antígenos en los tejidos, en los sitios de infeccióny se activan como parte de la respuesta inmunitaria innata. Migran a los tejidos linfoides locales, y tras su maduración, se convierten en células muy eficaces en la presentación de antígenos a las células T circulantes. A continuación, se detalla la activación específica de los linfocitos T citotóxicos y de los linfocitos T colaboradores: • Los linfocitos T citotóxicos pueden activarse de dos maneras: ❖ Una es sólo por la interacción de sus TCR con complejos antígeno-HLA de clase I en células dendríticas (que presentan moléculas coestimulatorias) (figura 10). Figura 10. Activación de un linfocito T citotóxico sin interacción con el linfocito colaborador. Fuente: Fuente: Adaptación de Jeneway, Ch. 2003. ❖ Otra es por la interacción con células dendríticas (que presentan moléculas coestimulatorias) y con linfocitos T colaboradores: en este caso, se requiere que tanto el linfocito T citotóxico como el T colaborador reconozcan antígenos en la superficie de la misma célula presentadora de antígeno. El receptor del linfocito T colaborador debe unirse con complejos antígeno-HLA de clase II de la célula presentadora de antígenos (figura 11). Figura 11. Activación de un linfocito T citotóxico con interacción del linfocito colaborador. Fuente: Adaptación de Jeneway, Ch. 2003. Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 15 El linfocito T citotóxico activado interactúa con complejos antígeno-HLA de clase I presentes en células infectadas, anormales y cancerosas (en las células infectadas, los antígenos provienen de patógenos que se están multiplicando en esa célula). Como consecuencia de esta interacción, el linfocito T citotóxico libera moléculas perforinas, que forman poros en las membranas de las células diana y enzimas proteolíticas (granzimas), que entran a esa célula por endocitosis y provocan la muerte celular. El linfocito liberado, luego puede atacar a otras células diana (figura 12). Figura 12. Acción del linfocito T citotóxico activado. Fuente: Adaptación de Jeneway, Ch. 2003. • Los linfocitos T colaboradores o helper (que presentan glucoproteínas de superficie CD4) se activan cuando el receptor TCR interactúa con células presentadoras de antígenos; específicamente, con moléculas HLA de clase II que presentan péptidos extraños a esas células. Una vez activados, estos linfocitos pueden diferenciarse en dos subtipos de células T helper. Las T helper 1 (TH1), median la muerte de células infectadas (por actuar en la activación de los linfocitos T citotóxicos), activan las propiedades microbicidas de los macrófagos e inducen a los linfocitos B a producir IgG, que son muy efectivas opsonizando patógenos extracelulares para ser capturados por células fagocíticas. Las células T helper 2 (TH2), provocan la activación de los linfocitos B para producir anticuerpos y, de esta forma, iniciar la respuesta inmune humoral (figura 13). Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 16 Figura 13. Acción de los linfocitos TH1 y TH2. Fuente: Adaptación de Jeneway, Ch. 2003. Activación de macrófagos por TH1: En muchos casos, los macrófagos son capaces de destruir agentes patógenos que han fagocitado, sin necesidad de ser activados por células T; sin embargo, en varias infecciones clínicamente importantes, se necesitan células TH1 para proporcionar señales de activación, entre las que se destaca la liberación de IFN-γ. Cuando el macrófago se activa se producen cambios en su comportamiento, principalmente aumento de su actividad fagocítica y citotóxica. Activación de linfocitos B por Linfocitos TH2: Como vimos (cuando se desarrolló la activación de los linfocitos B), los linfocitos B pueden activarse independientemente del linfocito T, o con la ayuda de un linfocito T, específicamente de un TH2. Para ello, el linfocito B y el TH2 deben reconocer epitopos (determinantes antigénicos) del mismo complejo molecular para que puedan interaccionar, y esto requiere que las células TH2 deben haber sido activadas por la interacción con células dendríticas presentadoras de antígeno que hayan fagocitado al mismo agente patógeno. Ésto se denomina reconocimiento ligado. Las moléculas coestimuladoras conducen la secreción de citocinas estimulatorias que dirigen la proliferación y diferenciación del linfocito B en célula plasmática, productora de anticuerpos. En la figura 14 se presenta la activación de linfocitos B por linfocitos TH2 en una infección vírica y en una infección bacteriana. Ingreso a Medicina BIOLOGIA GENERALY HUMANA INGRESO 2021 Pág. 17 Figura 14. Activación del linfocito B por célula TH2 en una infección vírica y en una infección bacteriana. Fuente: Adaptación de Jeneway, Ch. 2003. Una vez que se ha eliminado una infección, es fundamental regular la respuesta. En este proceso es muy importante la acción de interleucinas y la actividad de linfocitos T reguladores capaces de suprimir la respuesta inmunitaria. Fuente Bibliográfica de Sistema inmune: CAMPBELL Neil; REECE Jane. Biología. 7a. ed. Madrid: Médica Panamericana, 2007. CURTIS Helena [et al.], Biología, 7a. ed. en español. Buenos Aires: Médica Panamericana, 2008. GANONG William. Fisiología Médica, 17a edición. México: El manual moderno. 2000. JANEWAY Charles A. [et al.], Inmunobiología. El sistema inmunitario en condiciones de salud y enfermedad, 2a. ed. 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