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Tema 13. Maduración de Linfocitos
Tema 13: Maduración de los linfocitos B y T: papel de la médula ósea y el
timo. Tolerancia Inmunológica.
-Maduración de los Linfocitos B
-Maduración de los linfocitos T
-Tolerancia inmunológica
Tolerancia en los Linfocitos T
Tolerancia en los linfocitos B
El proceso de desarrollo y formación de linfocitos efectores capaces de dar
una respuesta adecuada al antígeno pasa por tres fases fundamentales:
1.- Producción de los linfocitos hasta alcanzar el estado maduro
2.- Activación por el antígeno especifico, que llevara a la proliferación y
expansión clonal.
3.- Diferenciación en células efectoras. Son los estados funcionales de los
linfocitos y los que ejercen la verdadera lucha contra los patógenos.
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maadduurraacciióónn ddee llooss lliinnffoocciittooss B
B
A expensas de las Células Madre hematopoyeticas pluripotenciales
CMPH se diferencian los distintos Progenitores, entre los que está el
progenitor linfoide común (PLC), a partir del que se generan los linfocitos B
y T. Parece que la señal generada a través de un receptor de membrana
(llamado Notch 1) induce la diferenciación hacia la línea T, mientras que la
falta de esta señal lleva, por defecto, a los linfocitos B.
A lo largo de su vida, cada linfocito B pasa por una serie de estados de
maduración y diferenciación. El repertorio primario de receptores tipo B esta
constituido por un número de clones de células B que existen antes de la
inmunización, es decir los linfocitos que son específicos para diferentes
antígenos, se desarrollan antes de su exposición a esos antígenos.
Como ya se ha mencionado, todos los linfocitos B surgen de la médula
ósea a partir de una célula madre.
A partir de esta surgen los denominados las células Pro-B, que son
células progenitoras con capacidad limitada de auto-renovación y que
derivan directamente de las células pluripotenciales. Se caracterizan por la
unión D-J (Pro-B tempranas) y V-DJ (Pro-B tardías). Esta unión se intenta
primero con un cromosoma. Si no tiene éxito se utiliza el otro cromosoma,
en un proceso conocido como exclusión alélica, que garantiza que solo se
exprese la cadena H de uno de los dos alelos del cromosoma. A partir de
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estas se forman las células pre-B grandes, existentes tan sólo en los tejidos
hematopoyéticos, y que ya expresan a nivel citoplasmático cadenas pesadas
μ constituidas por una región variable productiva y una constante. Hay que
resaltar que estos pre-B grandes no expresan IgM de membrana y por tanto
son incapaces de reaccionar con al antígeno. Estas cadenas se asocian a unas
proteínas homologas a las cadenas ligeras pero que carecen de la región
variable y que son idénticas en todas las células pre-B. Los complejos
formados por esas cadenas pesadas y las proteínas homologas, denominadas
cadenas ligeras sustitutivas, (λ5) se pueden expresar en pequeñas
cantidades en la superficie celular formando el Receptor pre-B.
Este complejo receptor Pre-B se expresa solo transitoriamente,
posiblemente porque la producción de λ5 cesa inmediatamente después de
su formación. Este complejo es un punto de chequeo importante en el
desarrollo de las células B; si no se forma se bloquea el desarrollo tras el
reordenamiento de los genes de la cadena pesada., es decir, proporciona las
señales necesarias para la maduración de los linfocitos B, aunque no se
conoce, aún, el modo como dicha acción se efectúa.
Esto permite a la célula dividirse para dar lugar a las células Pre-B
pequeñas, en las que comienza el reordenamiento de las cadenas Ligeras. En
este aspecto la cadena λ, solo se produce cuando falla la cadena k. Una vez
terminado el proceso, la molécula de IgM resultante se expresa en la
superficie celular junto a las cadenas Igα e Igβ. En general el 65% de los
linfocitos B expresa la kappa y el 35 restante la lambda
Estas células B con el receptor de membrana ya formado serán los
linfocitos B inmaduros. Estos, salen de la médula ósea dirigiendose al bazo
donde completan su maduración. Durante el trayecto y antes de convertirse
definitivamente en linfocitos B maduros estos linfocitos reciben el nombre
de Linfocitos transicionales (BTr), con dos subpoblaciones (BTr1 y BTr2).
(Los BTr1 se encuentran alrededor de la arteriola central y los BTr2 en los
folículos esplénicos). Durante su etapa de maduración, los linfocitos B sufren
dos procesos de selección negativa, por el que son eliminados aquellos
linfocitos que reaccionan o reconocen moléculas propias. El primero de esos
procesos tiene lugar en la médula y el segundo en el bazo en el paso de BTr1
a BTr2
Este proceso de maduración, esta regulado entre otros por factores
solubles entre los que habría que destacar:
 SCF (Stem Cell Factor): Está presente en la membrana de las células
estromales, mientras que los precursores B expresan su ligando (c-kit),
que es un receptor con actividad tirosin-kinasa.
 IL-7: Indispensable para el desarrollo B y T
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 SDF (Factor derivado del Estroma): Quimiocina que se expresa de
modo constitutivo por las células estromales y actúa como factor de
crecimiento B.
La IL-7, esta producida por las células del estroma y es un factor de
crecimiento para las células pre-B. El factor derivado del estroma,
(PBSF/SDF-1) que se produce constitutivamente por las células estromales,
tiene un papel importante en las primeras fases del desarrollo (los ratones
que carecen del gen para esta quimioquina no consiguen que se desarrolle la
línea B).
Una vez completada su maduración los linfocitos B se convierten en
Linfocitos B maduros virgenes. Las células B pasan a los órganos linfoides
secundarios (a través de las vénulas endoteliales altas), para comenzar su
recirculación entre los órganos linfoides y la sangre. En esta fase los
linfocitos coexpresan en su membrana los receptores IgM e IgD, estando,
ahora si preparados para interaccionar con el antígeno. De hecho la mayoría
de los linfocitos B circulantes son IgM e IgD positivos. Si estos linfocitos no
encuentran un antígeno entran en apoptosis en pocas semanas.
Además de la selección negativa en la médula ósea las células B sufren un
proceso de selección positiva en los órganos linfoides secundarios, como
consecuencia de la interacción con el antígeno. Cuando las células B vírgenes
se encuentran con el antígeno y reciben las señales coestimuladoras
apropiadas, se activan y pasan a formar parte de los centros germinales. Allí
proliferan y experimentan mutaciones puntuales. Al azar, en los genes de las
regiones variables. El destino de estas células va ligado a la afinidad
resultante de las mutaciones: las células con gran afinidad por el antígeno
sobrevivirán y se expandirán, mientras que las de baja afinidad sufrirán la
apoptosis
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B
Dentro de la población de linfocitos se pueden distinguir diferentes
subpoblaciones que difieren tanto fenotípicamente, (por las moléculas que
expresan en su membrana), como por su función. Dentro de ellas podemos
distinguir:
Población B2:
Es la población clásica, siendo la mas abundante en la circulación y en
los tejidos linfoides secundarios. Es una población que solo se divide tras su
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interaccion con el antígeno y para la que es necesaria la cooperacion con los
linfocitos Th
Población B1
Su desarrollo es anterior al de las células B2. Surgen de una célula
troncal muy activa en el periodo prenatal. Los minigenes V utilizados son
muy escasos (solo los más cercanos a los D). Esto unido a no tener en el
proceso de unión nucleótidos N, al carecer esa célula en el periodo prenatal
de TdT, hace que su diversidad sea menor. Por ello los anticuerpos
secretados sean de baja afinidad, presentando además una propiedad que es
la poliespecificidad. Después del nacimiento se siguen produciendo células
B1 en la médula, usando ya una repertorio más amplio de segmentos V y
presentando nucleótidos N. Con el tiempo la médula deja de producir
células B1, manteniéndose la población, en los adultos, de la división de la
población B1 existente. Esta división o proliferación la efectúan en ausencia
de antígeno, diferenciándose en esto de la población B2, que solo se divide
tras su interacción con el antígeno
Son escasos en bazo y ganglios linfáticos pero son la población B predominante en la cavidad peritoneal y pleural. Constituyen aproximadamente de un 5 a un 10% de la población B . Se caracteriza por presentar el marcador CD5. El hecho de que la población sea autorrenovable explicaría las
causa de que casí todas las leucemias linfocíticas crónicas derivan de esta
población CD5+.
Secretan frecuentemente de forma espontánea IgM y reaccionan
frecuentemente con antígenos propios. Estos anticuerpos se denominan
anticuerpos naturales. Asimismo también secretan IgA secretora, siendo los
responsables de gran parte de la presencia de este tipo de anticuerpo en las
mucosas. La fuente de estimulación antigénica, se atribuye a la flora
microbiana del tubo digestivo.
Las B1 contribuyen poco a la respuesta adaptativa frente a los
antígenos proteicos pero mucho frente a al respuesta frente a antígenos
timoindependientes de tipo 2, es decir frente a los antígenos hidrocarbonados repetitivos y lipopolisacaridos. Su función inmunitaria parece estar
relacionada con su unión a polisacaridos bacterianos comunes, es decir
parecen haber evolucionado para el reconocimiento de antígenos
bacterianos comunes, permitiéndoles así contribuir a la fase inicial de la
respuesta inmune.
Una de sus características es que para su activación no requieren la
colaboración con los linfocitos T. Aunque esta activacion no es suficiente
para que se diferencien a células productoras de anticuerpos.
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En este aspecto existen semejanzas notables entre el desarrollo de las
células B1 y el de la segunda línea de células T, las Tγδ. Estas también
presentan un repertorio limitado de receptores, no hay adición de
nucleótidos y son las primeras en producirse durante la ontogenia.
De esta forma, los linfocitos gamma-delta, el complejo no clásico CD1
y esta población linfocitaria, constituye un sistema paralelo, mucho mas
ancestral, evolutivamente hablando, y que reacciona frente a antígenos muy
comunes de los organismos patogenos.
Población de la zona marginal del Bazo (BZM)
Esta tercera población está especialmente adaptada para producir
grandes cantidades de IgM, en los tres o cuatro días posteriores a la estimulación antigénica. Esto es debido a que por su ubicación esta población es la
primera en entrar en contacto con los antígenos que circulan por la sangre.
Al igual que los B1, tampoco necesitan las señales coestimuladoras proporcionadas por las linfocitos T y responden preferentemente a antígenos
polisacaridos. Uno de los factores que intervienen en la activación de esta
población es el complemento. El CD21 es una molécula de superficie propia
de los linfocitos B también denominado receptor-2 del complemento (CR2) y
que junto con el CD19 y CD81 forman el "complejo correceptor". Al unirse el
CD21 con un fragmento del complemento (C3bi), ocasiona la activación de
los linfocitos B, proporcionando la segunda señal coestimuladora. La
transducción de la señal se realiza a través de las moléculas CD19 y CD81,,
mientras que la unión a la ligando es realizado por CD21. Por eso, el CD21
es considerado un "correceptor". Es una molécula que caracteriza a los
linfocitos B maduros y en recién nacidos y lactantes su expresión está
disminuida.
El bazo, al ser un órgano donde conviven las células BZM y las células
B2, ha proporcionado un lugar idóneo para comparar el comportamiento de
ambas ante la estimulación antígenica. En estos estudios se ha visto que la
población de células BZM, es especialmente útil en las etapas tempranas de
la infección. En estos casos, las células BZM responden mejor y más
rápidamente a la estimulación antigénica, diferenciándose mas rápidamente
a células plasmáticas. Esto hace que esta población, con una extensa
expresión de CD24 sea mayoritariamente responsable de la secreción
temprana de IgM en los estadios tempranos de la infección frente a
patógenos sanguíneos. Por el contrario la población B” se hace mayoritaria
pasadas las 48 horas de la infección
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En definitiva estas dos poblaciones B1 y BZM, por su localización
anatómica, son ideales como primera línea de defensa para antígenos que
entran por vía aérea o digestiva y por vía hemática respectivamente.
Recientemente se está considerando a estas dos últimas poblaciones como
células B del sistema Innato, representando un puente entre la defensa
innata y la adaptativa
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Como en el caso de los linfocitos B, las células T derivan de la célula
madre pluripotencial en la médula ósea. En este lugar se originan los
precursores de las células T, que aún no expresan el receptor TCR, pero que
ya están comprometidas hacia la línea de linfocitos T. Estos precursores
abandonan la médula ósea y penetran en la corteza tímica.
En el proceso de maduración de los linfocitos T, tiene lugar la
recombinación somática, la expresión de los genes seleccionados para
formar el receptor TCR, la proliferación celular, la selección inducida por los
antígenos para adquirir finalmente la competencia funcional.
En este conjunto de acontecimientos es fundamental el paso de los
linfocitos inmaduros por el Timo, como demuestra el hecho de que ratones
recién nacidos timoctizados no consiguen desarrollar linfocitos maduros.
Un aspecto interesante es que el timo involuciona con la edad, siendo
prácticamente indetectable después de la pubertad. Seguramente los restos
tímicos son suficientes para permitir una cierta maduración de los linfocitos
T. En cualquier caso la necesidad de generar linfocitos T es menor en el
adulto, toda vez que los linfocitos T de memoria duran mas de 20 años y se
acumulan con la edad. Por otro lado la timectomia en el adulto no se
acompaña de una perdida apreciable de la funcion T
Los linfocitos T en desarrollo localizados en el timo se conocen como
timocitos. Los mas inmaduros no expresan ni el receptor TCR ni el complejo
receptor acompañante ni las moléculas CD4 ni CD8. Al principio, los
timocitos, migran por la corteza del Timo y comienzan expresando la
molécula CD44. En el siguiente paso se comienza a expresar la cadena α del
receptor IL-2, conocida como CD25, comenzando a disminuir la expresión
de la molécula CD44. Durante esta etapa tampoco expresan los marcadores
de población CD4 ni CD8, razón por lo cual estas células reciben el nombre
de Dobles negativos. En esta fase la estructura de los genes del receptor es
todavía la propia de la línea germinal. Todavía en la zona cortical del Timo,
los timocitos comienzan el reordenamiento de los genes que darán lugar a
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la expresión de los receptores. Parece que el reordenamiento γδ y αβ
comienza prácticamente al mismo tiempo, dependiendo de que se forme
uno u otro receptor de cuál de ellos se reodene con éxito antes. Si el
reordenamiento γδ tiene éxito se paraliza la cadena beta, continuándose con
la expresión del receptor γδ. Sin embargo, el primer reordenamiento con
éxito suele ser el de la cadena beta, razón por la cual la mayoría de los
timocitos son desviados hacia la población αβ, silenciándose la transcripción
del γδ.
Al igual que ocurre con los linfocitos B, con las cadenas λ5, en los
linfocitos T ocurre un fenómeno similar. La cadena β se asocia con una
cadena pre-T, siendo el conjunto expresado en la superficie. Esta unión
tiene dos funciones primordiales, por un lado favorecer la expresión de las
moléculas CD4 y CD8, y por otro estimular la proliferación de esas células.
De este modo en las células hijas se reordenan los genes de la cadena α y se
expresan las moléculas CD4 y CD8, en el timocito, que se convierte así en
una célula Doble positiva. Finalmente y después de la expresión de estas
dos moléculas tiene lugar, durante la fase de migración de la zona cortical a
al medular, la expresión del receptor αβ definitivo. De este modo, las células
dobles positivas representan el 80% de los timocitos del Timo. De esta
población la mayoría va a morir por apoptosis durante el proceso de
selección que se produce en el timo. Finalmente los timocitos se decantan
por una de los poblaciones CD4+ o CD8+, fundamentalmente debido a la
especificidad que presente el receptor del timocito hacia las moléculas de
clase I del CMH (CD8+) o hacia las de clase II (CD4+).
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Los únicos linfocitos validos, serian aquellos que reconozcan péptidos
extraños unidos a las moléculas del CMH. Como en el proceso de
maduración se produce la recombinacion al azar de los genes, es seguro que
durante el mismo se generan TCR que no sean capaces de reconocer el
complejo CMH-péptido y que por lo tanto resultarían inútiles para el
sistema. También se formaran receptores que reconozcan CMH-péptido
propio con mucha avidez, que se traduciría en enfermedades autoinmunes.
Por ello, el sistema inmunitario efectúa una doble selección durante el
proceso de maduración para eliminar estas poblaciones, que resultan, bien
inutiles o bien perjudiciales
1.- Selección positiva:
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Es el proceso que hace posible la supervivencia de aquellos timocitos
cuyo TCR es capaz de unirse a los Complejos del CMH-peptido propio
(potencialmente dañinas) y CMH-peptido extraño, mientras que entran en
apoptosis aquellos que no son capaces de efectuar dicho reconocimiento. Es
decir en este paso se eliminan todas aquellas células T que serian incapaces
de reconocer al antígeno en la periferia. Este reconocimiento se debe,
probablemente, a un reconocimiento debil de los complejos CMH-peptido
propio, presentados por las células epiteliales del timo. En este caso son,
principalmente las células epiteliales del timo las que actúan como células
presentadoras (CPAs)
2.- Selección Negativa:
En este proceso, se elimina aquella población cuyos TCR se unen con
alta afinidad al Complejo CMH-peptidos propios. Asimismo y de forma
causal también serán eliminados las células T que se unan con demasiada
afinidad al CMH-peptido extraño. De esta forma se asegura que el
repertorio de las células T, esta restringido por el CMH, y es tolerante con
los antígenos propios presentes en el timo. En este caso la selección se debe a
un reconocimiento de alta avidez de los complejos CMH-peptido. En este
caso, la interacción con macrófagos y células dendríticas lleva a la
eliminación de clones de linfocitos T que reconocen, principalmente
autoantígenos.
En los sujetos jóvenes el timo contiene numerosos precursores T
(timocitos) embebidos en un entramado de células epiteliales (estroma
tímico), así como células dendríticas intratímicas y macrófagos que
proporcionan el microambiente para el desarrollo de las células T.
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Se entiende por tolerancia inmunológica un estado “adquirido” en el
cual el SI “aprende” a no responder frente a un antígeno concreto,
eliminando o anulando funcionalmente a las células específicas para ese
antígeno. El establecimiento de la tolerancia requiere el contacto previo con
el antígeno, que en este caso es denominado “tolerógeno”. Actualmente se
concibe que en la tolerancia de los linfocitos T y B intervienen dos mecanismos básicos: la eliminación (delección clonal) y la anergia clonal, denominados tolerancia Central y periférica, respectivamente, complementados por
otros mecanismos peor definidos.
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Una vez formados, son necesarios una serie de mecanismos de
control que aseguren que estos linfocitos no puedan reconocer moléculas
propias. El primero de estos procesos, que es la selección negativa, tiene
lugar en el ambiente de la médula ósea dando lugar a la Tolerancia central
B. Dado que no todos los antígenos están representados en la médula ósea,
se hace necesario un segundo proceso, también de selección negativa, para
evitar la salida al exterior de células autorreactivas, denominado como
inducción de la Tolerancia periférica y que tendrá lugar en el órgano de
maduración posterior (Bazo)
Tolerancia B
En la Tolerancia central caben tres posibilidades:
1.- Los linfocitos B que no interaccionan con ninguna molécula, es decir su
BCR no recibe ninguna señal, prosiguen su maduración. Las proteínas que
inducían los reordenamientos desaparecen.
2.- Los linfocitos que interaccionan levemente con ciertas moléculas, es decir
interaccionan con moléculas solubles, se inactivan, entrando en un estado de
no respuesta, denominado ANERGIA. Estos linfocitos autorreactivos si bien
salen de la médula ósea y migran hacia el Bazo, no son capaces de activarse
y mueren relativamente pronto.
3.- Los linfocitos B que reciben una señal intensa a través de su BCR, por
ejemplo por reconocimiento de moléculas multivalentes mueren por
apoptosis en la médula ósea.
Como vemos este mecanismo, se realiza para evitar que no madure
ningún linfocito que reaccione contra moléculas presentes en la médula ósea
,que son normalmente moléculas propias, y es una cualidad importantísima
para mantener la tolerancia frente a lo propio.
Los linfocitos que sobreviven a esta selección negativa, que representan solo
un pequeño porcentaje del total generado, sale de la médula ósea
dirigiéndose hacia el bazo, donde culminan su maduración. Los linfocitos en
circulación de la médula al bazo, se denominan Linfocitos B transicionales
(BTr). Dentro de esta población existen dos subpoblaciones, la BTr1 y la
BTr2. La primera se puede encontrar en la circulación y alrededor de la
arteriola central del bazo. Durante este estadio estos sufren otro proceso de
selección negativa si reciben señales de moléculas propias en un mecanismo
denominado inducción de tolerancia periférica y que asegura que aquellos
linfocitos que han sobrevivido a la tolerancia central no reaccionen frente a
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moléculas propias. Las que sobreviven dan lugar a la otra subpoblación
(BTr2)
Tolerancia T
Eliminación clonal de los linfocitos T.
Se produce, sobre todo, en los estados inmaduros durante su
desarrollo en el timo. Desde el momento en que poseen un TCR funcional,
los timocitos comienzan a interaccionar con las células del estroma tímico
(células epiteliales, células dendríticas y macrófagos), las cuales les
presentan los antígenos que tiene disponibles, unidos a sus moléculas CMH.
En líneas generales, se considera que los antígenos presentados en el timo
son exclusivamente auto-antígenos pues la barrera “hemato-encefálica”
impide la entrada de antígenos extraños en cantidades suficientes como para
que la presentación sea eficaz.
Como ya hemos mencionado, la selección negativa consiste en la eliminación
de los timocitos cuyo TCR sea capaz de reconocer al CMH junto con los
antígenos presentes en ese momento y en ese entorno. Este proceso, cuyo
objetivo es que los linfocitos T que salgan del timo no reaccionen frente a los
antígenos propios, es probablemente el mecanismo más eficaz de tolerancia
frente a los antígenos proteicos propios. Los péptidos presentes en el timo en
concentraciones elevadas deriva, con toda probabilidad de antígenos
proteicos expresados ampliamente en el cuerpo. Durante este proceso,
algunos linfocitos T pueden convertirse, tras su encuentro con el antígeno en
el Timo, en linfocitos reguladores, cuya función es inhibir la respuesta
inmunitaria.
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