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SEMINARIO INMUNOLOGÍA LOZANO GARCÍA, F CA Mª LIDÓN MOYA, Mª CARMEN Correcciones en ROJO: SEMINARIO 17. ¿QUÉ RECONOCEN LOS LINFOCITOS T? 1. INTRODUCCIÓN Los componentes fundamentalmente: del sistema inmume inespecífico son - linfocitos B (producen anticuerpos) - linfocitos T (producen citocinas) Entre los linfocitos T destacan dos tipos, dependiendo del tipo de receptor que posean en su superficie (TCR): - linfocitos T (poseen receptores TCR) linfocitos T (sus receptores son TCR) 2. RECEPTOR ANTIGÉNICO DE LOS LINFOCITOS T (TCR) 2.1 ESTRUCTURA DEL TCR Los TCR son heterodímeros transmembrana formados por dos cadenas peptídicas asociadas por enlaces disulfuro al complejo CD3 y a un dímero de cadenas . Las cadenas peptídicas del receptor se encuentran divididas en: Regiones variables extracelulares 1-1; 1-1), que interaccionan con el péptido antigénico. Es la parte equivalente al dominio variable de Ig y cada cadena tiene 3 dominios CR (CR1,CR2 y CR3) que interaccionan con el Ag. Regiones constantes extracelulares 2-2), que interaccionan con CD3 y el dímero para transducir la señal de interacción. Regiones transmembranales hidrofóbicas: contienen residuos con cargas positivas (arginina, lisina) que interaccionan con los residuos de cargas negativas (ácido aspártico) transmembrana de las proteínas CD3. Pequeñas colas citoplasmáticas. El Complejo macromolecular CD3 se asocia a las cadenas peptídicas del receptor y está formado por distintas subunidades transmembranales: - Subunidad asociada a la subunidad Subunidad asociada a la subunidad . SEMINARIO INMUNOLOGÍA LOZANO GARCÍA, F CA Mª LIDÓN MOYA, Mª CARMEN Asociado al complejo CD3/TCR se observa un dímero de 2 cadenas denominadas . Las subunidades transmembranales del CD3 y tienen en su región citoplasmática dominios ITAM, que son zonas ricas en Tyr, las cuales se pueden fosforilar e interaccionar con otras proteínas y permiten la transducción de señales de interacción. Los dominios ITAM tienen la siguiente secuencia consenso: Y-X-X-L-(6-8 aas)-Y-X-X-L 2.2 TIPOS Podemos distinguir dos tipos de receptor, según el tipo de cadenas peptídicas que tengan: - TCR - TCR CARACTERÍSTICAS DEL TCR : - Lo poseen el 95% de los linfocitos T del organismo. - Se encuentran en sangre y tejido linfoide (bazo y ganglios linfáticos). - Se asocian a CD4 en linfocitos TH o a CD8 en linfocitos Tc. - Reconocen péptidos del Complejo Mayor de Histocompatibilidad (MHC). - Función: Los linfocitos TH (CD4+) son colaboradores y activan a otras células de la respuesta inmune y los linfocitos Tc (CD8+) lisan células. CARACTERÍSTICAS DEL TCR : - - Lo poseen el 5% de los linfocitos T del organismo. Se encuentran fundamentalmente en el MALT (tejido linfoide asociado a mucosas). La mayoría no se asocian a CD4 o CD8, es decir son CD4- CD8- . Reconocen cosas distintas a los péptidos del MHC, aunque no se conoce muy bien lo que reconoce. Está claro que no pueden interaccionar con moléculas del MHC de clase I o de clase II, puesto que se encuentran en linfocitos T que no tienen CD4 ni CD8 (ver más adelante). Función: muchos de ellos son citolíticos y lisan células tumorales, células infectadas con micobacterias,... La hipótesis más aceptada es que constituirían una primera barrera de protección en el MALT. Ej.: En la mucosa del tubo digestivo se encuentran células que están constantemente renovándose, por lo tanto hay una alta probabilidad de SEMINARIO INMUNOLOGÍA LOZANO GARCÍA, F CA Mª LIDÓN MOYA, Mª CARMEN producirse células tumorales, también es un lugar de entrada de agentes infecciosos y es aquí donde se concentra una gran cantidad de linfocitos T , que podrán lisar a las células tumorales o cualquier célula infectada con un patógeno externo. 3. LINFOCITOS T 3.1 GENERALIDADES. Los linfocitos T son aquellos que expresan los TCRy por lo tanto no poseen TCR La Cadena tiene un peso molecular entre 40-60kD y está codificada en el cromosoma 14. La secuencia de aas de la cadena se parece a la cadena del TCR. La Cadena tiene un peso molecular entre 36-55kD y se localiza en el cromosoma 7. La secuencia de aas de la cadena se parece a la cadena del TCR. Las células T constituyen una porción minoritaria del total de células T (globalmente menos del 5%), aunque los porcentajes varían según el tejido y la especie. En los humanos, las células T sólo son aproximadamente entre un 0.5-15% de las células T de sangre periférica, pero muestran una gran dominancia en el epitelio intestinal (10% de las células T intestinales) y piel. En rumiantes, las células T son entre un 30%-80% de las células T de la sangre. En el ratón, los linfocitos intraepiteliales son predominantemente células Tel 50%). Hay personas que tienen invertido el % de cada tipo de linfocito T y esto puede causarles enfermedades: - 5% de linfocitos T . 95% de linfocitos T . Hay distintos subgrupos de células T que pueden distinguirse según: - cuándo aparecen en la ontogenia. qué genes codifican sus regiones V. dónde se desarrollan. en qué tejidos se encuentran. SEMINARIO INMUNOLOGÍA LOZANO GARCÍA, F CA Mª LIDÓN MOYA, Mª CARMEN 3.2 ORGANIZACIÓN DE LOS GENES DE LAS CADENAS Y DEL RECEPTOR T EN SERES HUMANOS. Los genes y presentan segmentos génicos discretos y están organizados de manera similar a cómo lo están los genes y , pero con algunas diferencias importantes. El locus que codifica la cadena está situado enteramente dentro del locus de la cadena , entre los segmentos génicos V y J. Esto hace que cualquier reordenamiento de los genes de la cadena inactive los genes que codifican las cadenas . Los 3 segmentos génicos D, los 3 J y el único gen de región constante se hallan entre el grupo de segmentos génicos V y el grupo J, mientras que los segmentos génicos V están entremezclados entre los segmentos génicos V. La diversidad en estos receptores depende de varios factores, como por ejemplo la existencia de múltiples segmentos génicos VDJ que se asocian a C. Son destacables las diferencias en el número de segmentos variables (V) : V: aprox. 50 V: aprox. 75 V: 8 V: 4 Esto hace que la diversidad potencial sea mucho menor. Podría deducirse que deben reconocer estructuras más conservadas en microorganismos o en células diana. Y también deducirse que deben ser evolutivamente más primitivos. Tabla de diversidad. 3.3 ONTOGENIA Ambos tipos de células T, tanto las como las , derivan últimamente de células stem hematopoieticas y son producidas en el timo además de en unos pocos sitios extratímicos. SEMINARIO INMUNOLOGÍA LOZANO GARCÍA, F CA Mª LIDÓN MOYA, Mª CARMEN ¿Cuándo y cómo decide una célula-T progenitora madura convertirse en una o en otra?. En etapas tempranas en la ontogenia. Se han propuesto tres modelos básicos para explicar la división (Fig10): - Modelo independiente: propone que los dos tipos de células T derivan de progenitores independientes. Ciertamente, ambos son ultimamente derivados de células stem hematopoyéticas, pero o hay heterogeneidad de la célula stem o la división de las dos lineas es muy temprana, quizás incluso antes de entrar en el timo. - Modelo secuencial: propone que los dos tipos de células tienen un precusor común. Los timocitos maduros primero intentan ser células , pero si no tienen éxito en la producción de reordenamientos funcionales en los loci y del TCR, entonces intentan ser una célula . Este orden, más que el inverso es sugerido por el hecho de que las células maduras, emergen antes que las células durante la ontogenia. - Modelo competitivo. Es la hipótesis aceptada actualmente. También postula un precusor común: durante un cierto momento de la diferenciación del timocito, ambos tipos de células pueden ser generados, y esto está determinado por factores desconocidos, aunque podría depender de los reordenamientos producidos. Así, los genes , y se reordenan casi simultáneamente en el desarrollo y parece que un reordenamiento productivo de los genes y conduce a la expresión de un receptor T que señaliza a la célula para que se diferencie en el linaje . Sin embargo, en la mayoría de los precusores, se aprecia un reordenamiento productivo de la cadena , produciendo una proteína funcional, que puede emparejarse con una cadena suplantadora, pT, para crear un receptor pre-T que señaliza para que el timocito prolifere hacia el linaje Es importante considerar que los linfocitos T maduran en el timo, pero se seleccionan en la periferia. Las células T son las primeras que aparecen durante el desarrollo embrionario en el timo fetal de ratón 2 días antes que las células T, pero en semanas posteriores las células T rápidamente predominan. En cada epitelio, la población de células T posee un repertorio muy limitado de reordenaciones de segmentos variables, ya que proceden de oleadas distintas surgidas durante la vida fetal: SEMINARIO INMUNOLOGÍA LOZANO GARCÍA, F CA Mª LIDÓN MOYA, Mª CARMEN Las dos primeras oleadas son discretas y son: - La primera oleada puebla la epidermis, donde se denominan células T dendríticas epidérmicas y el locus C1 se expresa con el gen V más cercano: V5. - La segunda oleada se encuentra en las capas epiteliales del tracto reproductor, tracto respiratorio y digestivo y expresan el siguiente gen más proximal, V6. Todas estas células T tempranas tienen la misma especificidad, es decir, los receptores son esencialmente homogéneos ,ya que todas las células expresan las mismas secuencias reordenadas V y V y las mismas regiones J. Además no aparecen nucleótidos N que contribuyan a la diversidad adicional en las uniones entre segmentos génicos V, D y J, pues la TdT (deoxinucleotidil transferasa terminal) está ausente en estas células fetales. Después tiene lugar una gran oleada contínua, en la que ha se usan más tipos de segmentos V y ya existe adición de N nucleótidos. Estos linfocitos T se localizan en tejidos periféricos o como linfocitos intraepiteliales del intestino. Después del nacimiento, las células T predominan y aunque las células T siguen produciéndose en órganos linfoides y epitelio intestinal, las son más heterogéneas y tienen mayor diversidad de unión. 3.4 IDENTIFICACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE LAS CÉLULAS T 3.4.1 IDENTIFICACIÓN Las células T no fueron identificadas a través de ninguna ruta celular o por análisis serológico, sino que se descubrieron clonando el gen del TCR . - En primer lugar se clonó y caracterizó el gen de la cadena como un gen similar al de las Ig que se reordena y expresa sólo en las células T, pero que no tiene secuencias glicosilables como las cadenas y del TCR. - Posteriormente se clonó el gen de la cadena similar al de las Ig , y se produjo la identificación heterodimérica asociada al CD3 sobre células que no expresan cadenas o . 3.4.2 DISTRIBUCIÓN. En adulto humano y ratón, las células T sólo representan una pequeña fracción de linfocitos en todos los órganos linfoides secundarios, en la piel y además en el MALT, que es el tejido linfoide asociado a mucosas del tubo digestivo, tracto respiratorio, tracto reproductor,... Así, estos tejidos están protegidos inmunológicamente . SEMINARIO INMUNOLOGÍA LOZANO GARCÍA, F CA Mª LIDÓN MOYA, Mª CARMEN En tejidos linfoides periféricos, sólo un porcentaje muy pequeño (15%) de las células T expresan receptores . Sin embargo, en tejidos epiteliales, especialmente en la epidermis e intestino delgado, la mayoría de las células T expresan receptores epiteliales. Una población de linfocitos muy estudiada es la de linfocitos T CD4CD8-, que tienen una morfología dendrítica y están en la epidermis de la piel. Estas células han sido llamadas "Células Epidérmicas Dendríticas" o "DECs". Ciertos experimentos han demostrado que dichas células pueden responder a los queratinocitos de ratón o a un extracto de éstos. Los receptores de estas células T epiteliales exhiben una variabilidad extremadamente restringida. Otra población de células T que ha sido estudiada muy extensamente está en el epitelio del intestino delgado, llamadas IELs (linfocitos intraepiteliales). Los TCRs de estas células IELs utilizan diferentes V y V, y las regiones CR3 de ambas cadenas y muestran mucha diversidad respecto a longitud y secuencia, sugiriendo que pueden reconocer gran variedad de ligandos. 3.5 ¿QUÉ RECONOCEN LOS LINFOCITOS T? EL ANÁLISIS DE LA DISTRIBUCIÓN DE LA LONGITUD DE CR3 MUESTRA QUE LOS TCRs SON MÁS PARECIDOS A LAS INMUNOGLOBULINAS. Se caracterizó la distribución de la longitud de las regiones CR3 en tres tipos de cadenas del receptor inmune: Ig, TCR, y TCR. Se encontró que las longitudes de CR3 de ambos polipéptidos TCR y son casi idénticos y tienen distribuciones muy restringidas. En contraste, las longitudes de CR3 de las cadenas pesadas de Ig son largas y variables, mientras que la de las cadenas ligeras son mucho más cortas y más restringidas. Curiosamente, las longitudes de CR3 de las cadenas son largas y variables, pero las cadenas de TCR son mucho más cortas y restringidas. La longitud de CR3 de los TCR es, por tanto, similar a la de las Ig y distinta de la de los TCR. Así, los TCRs se parecen más a las Ig en sus propiedades de reconocimiento de antígeno que a los TCR, pero esto no excluye la posibilidad de que algunas células T puedan reconocer similares o idénticos ligandos que las células T. Se calculó que el nº de posibles secuencias CR3 es mayor para los TCR, mínimo para las Ig (sin importar las mutaciones somáticas) e intermedio para TCR. Esto sugiere que las células T tienen el potencial de reconocer una amplia variedad de antígenos diferentes. SEMINARIO INMUNOLOGÍA LOZANO GARCÍA, F CA Mª LIDÓN MOYA, Mª CARMEN LA MULTIVALENCIA DE LOS LIGANDOS ES REQUERIDA PARA LA ACTIVACIÓN Las moléculas de la superficie celular pueden ser reconocidas como tales, pero los antígenos solubles deben ser polivalentes para inducir el agregamiento de los receptores. Este requerimiento de antígenos multivalentes sugeriría entonces que los antígenos solubles (tales como componentes que contienen fosfato, ver más adelante) deben estar asociados con ciertas moléculas de la superficie celular para su reconocimiento. Es decir, en este sentido se comportan igual que los T y que los linfocitos B. La cuestión de la especificidad de la célula T es también importante en el entendimiento del desarrollo de estas células. Mientras que algunos experimentos con ratones transgénicos con TCR sugieren que son tanto positiva como negativamente selccionados del mismo modo que las células T otros muestran un modelo totalmente diferente de selección. - EL RECONOCIMIENTO ANTIGÉNICO POR CÉLULAS T NO REQUIERE PRESENTACIÓN NI PROCESAMIENTO. Diferentes estudios han demostrado que las células T reconocen diferentes tipos de Ag que no han sido procesados ni presentados por otras moléculas, a diferencia de las células T que reconocen Ag proteicos procesados dentro de la célula y presentados por moléculas MHC clásicas. Los requerimientos de reconocimiento para células T han sido evaluados en 3 sistemas modelo que permiten una práctica interpretación de los resultados: 1) Reconocimiento de moléculas de MHC de clase II de ratón: IEk, por el clon LBK5 de células T. 2) Reconocimiento de células de MHC no clásico de clase I: T10 y T22, por el clon G8 de células T. 3) Reconocimiento de la glicoproteína gI por el clon TgI4´4 de células T. Las 3 proteínas pueden ser degradadas en péptidos y presentadas para el reconocimiento de células T, pero ningún péptido derivado de ellas es reconocido por las células T. Así, se demuestra que no se requiere ni presentación ni procesamiento para el reconocimiento antigénico. TABLA 5: efecto de mutantes compartimentales endocíticos sensibles a la Tª en el reconocimiento de células T de antígeno frente el reconocimiento de IEk por LBK5. Los mutantes endosomales disrumpen SEMINARIO INMUNOLOGÍA LOZANO GARCÍA, F CA Mª LIDÓN MOYA, Mª CARMEN el procesamiento del citocromo c pero no tiene ningún efecto en el reconocimiento de células T. FIG 9: Los epitopos fabricados por moléculas IE mutantes muestran que los residuos de aminoácidos en las hélices de cadenas IE y IE que afectan a datos de reconocimiento de células T no afecta a estimulación LBK5. -LAS CÉLULAS T PUEDEN ANTÍGENOS NO PEPTÍDICOS. SER ESTIMULADAS POR Se han encontrado células T en sangre periférica sana y de pacientes con lepra o artritis reumatoide respondiendo a micobacterias matadas por calor. La mayoría de componentes estimuladores de células T son moléculas micobacteriales no peptídicas que contienen fosfato. TABLA 6: IMPORTANTE: En micobacterias se pueden aislar compuestos fosfatados, con diferente estructura, capaces de activar a células T: - Carbohidrato inusual con fosforilación terminal. Timidina 5´trifosforilada. Uridina 5´trifosforilada. Isopentenil pirofosfato y relacionados. Derivados -monoetil nucleósido o deoxinucleósidos trifosfatados. Múltiples componentes conteniendo fosfato son capaces de estimular con diferente eficacia, diferentes clones de linfocitos TTodos estos componentes pueden ser encontrados tanto en células de mamífero como microbianas. Timidina 5´trifosforilada (TTP-X) y Uridina 5´trifosforilada (UTP-X) de mamíferos pueden estar involucradas en la "ruta de salvamento" de síntesis de DNA y RNA, y así en la proliferación celular. La colección común de intermediarios prenil pirofosfato, isopentenil y derivados prenil pirofosfato relacionados son un eslabón en el reconocimiento de patógenos microbiales y células tumorales hematopoyéticas por las células T. Estas células T se acumulan en lesiones causadas por infecciones micobacterianas en humanos y son capaces de responder a células infectadas por virus o bacterias, y esto sugiere que estas células responden a una clase de Ags formados por un número de patógenos y células estresadas, dañadas y transformadas. SEMINARIO INMUNOLOGÍA LOZANO GARCÍA, F CA Mª LIDÓN MOYA, Mª CARMEN OTRAS ESPECIFICIDADES DE LAS CÉLULAS T- Las clásicas moléculas MHC no son los principales ligandos para estas células, pero se ha encontrado que pueden reconocer tanto las clásicas MHC como moléculas relacionadas tales como TL, Qad o CD1, que se conocen como moléculas MHC no clásicas (por su similitud estructural pero función diferente). En muchos casos, estas células T también muestran una amplia reactividad cruzada, no siendo así en las células T También hay dos informes en los que las células T reconocen un antígeno complejo en la superficie celular: - Un hibridoma de célula T respondió a un polímero sintético Glu-Tyr (GT) en la presencia de células estimuladoras expresando la molécula Qa-1b (pero no el Qa-1a). - Un clon de célula T humana procedente del fluido sinovial de un paciente con artritis reumatoide temprana respondió al fragmento C de la toxina tetánica (TT). Esta respuesta TT requiere la presencia de células que expresen una molécula MHC de clase II, DRw53, y puede ser inhibido por un anticuerpo anti-DRw53. En estos dos casos, no está claro si el polímero GT y la TT son procesados y si es así qué clase de antígeno es requerido para el procesamiento. También hay células T que son sensibles a la “heat shock protein” de 60 kda micobacteriana y el péptido derivado de ella, a la enteroxina de estafilococo A (SEA), y a un péptido derivado de cadena ligera de Ig. Además también reconocen: - Moléculas similares al MHC no polimórficas, quizás asociadas a ligandos de bajo peso molecular (el ligando no es polimórfico y esto es sugerido porque existe una limitada diversidad de los TCR en los diferentes tejidos). - Productos microbianos llamados superantígenos que se unen a múltiples TCR diferentes. - Reconocen antígenos que se encuentran con frecuencia en los límites epiteliales entre el huésped y el ambiente externo. En estos lugares pueden iniciar respuestas inmunitarias frente a un pequeño número de microorganismos comunes, antes de la actuación de las células T más específicas. SEMINARIO INMUNOLOGÍA LOZANO GARCÍA, F CA Mª LIDÓN MOYA, Mª CARMEN 3.6 FUNCIONES EFECTORAS DE LAS CÉLULAS T La función de las células T todavía no se conoce todavía, pero se sabe que contribuyen a la defensa inmune del huésped. Las funciones efectoras de las células son probablemente bastante diferentes entre las poblaciones de los distintos tejidos. Se encontró que las funciones independientes del tipo de infección. de las células T son Funciones de las células T: 1) Puede que estos linfocitos sean parte de una "primera línea de defensa" inespecífica por su preferente localización en el epitelio. Se ha sugerido que pueden representar el nivel más temprano y primitivo en la evolución de la inmunidad “específica” mediada por células. Estas células T se habrían especializado en reconocer y combatir patógenos que entran por piel o por intestino. - Esta hipótesis está sostenida por el incremento de linfocitos T en infecciones tempranas por algunas bacterias y algún tipo de virus (después se observan las respuestas de células T). - DECs parecen ser selectivamente activados por un producto de los queratinocitos estresados, actuando como una línea frontal de defensa contra patógenos en la piel. Comienzan una respuesta inflamatoria por la secreción de citocinas como Th1, y reclutan linfocitos convencionales por la secreción de linfotactina, una chemoquina producida por células T que es un potente atrayente de linfocitos. 2) También parece que los linfocitos intrapiteliales tienen una actividad citolítica constitutiva frente a células dañadas y/o estresadas por la infección. Además, se conoce que algunas células T pueden matar células infectadas por virus in vitro. - Las células T se acumulan dentro de las lesiones inflamatorias tardías de la infección aunque el virus causante haya sido eliminado. Esto sugiere que tienen la capacidad de iniciar respuesta inmune por el reconocimiento de otras células linfoides o células dañadas y/o tejidos directamente. Además, se conoce que algunas células T pueden matar células infectadas por virus in vitro pero el reconocimiento no es específico del virus. 3) Puesto que estos linfocitos expresan en cada epitelio un sólo tipo de receptor y puesto que no recirculan, se ha propuesto que están especializados en reconocer alteraciones de las superficies de las SEMINARIO INMUNOLOGÍA LOZANO GARCÍA, F CA Mª LIDÓN MOYA, Mª CARMEN células epiteliales cuando son infetadas por ciertos patógenos; es decir, más que reconocer a cada patógeno concreto, lo que harían sería detectar rasgos en las células que indicarían la presencia de infección. Se cree que estos patógenos inducen proteínas anti-estrés (por ejemplo, proteínas Hsp frente al choque por calor) y de alguna manera este tipo de cambio es lo que reconocerían los linfocitos . 4) También se ha sugerido que las células intraepiteliales apoyan el crecimiento de tejidos epiteliales secretando factores de crecimiento epiteliales, particularmente durante la regeneración después de la herida. Ademáss pueden influenciar la respuesta de células T mediante la secreción de linfoquinas. Esto confirma el hecho de que puedan regular células inmunes y no inmunes para mantener la integridad del tejido del huésped. Las diversas células de los órganos linfoides e intestinales, tienen más actividades efectoras, comparadas con aquellas de las células : ayudan a las células B a través de IL-4 y CD40-L, y activan macrófagos a través de IFN-. BIBLIOGRAFÍA - - Lippincott Williams and Wilkins. - Janeway CA, Travers P, Walpor M, JD Capra. Inmunobiología. 4ª ed (2000) Masson. - Abul K. Abbas. Inmunología celular y molecular. Ed. Mc Graw-Hill - Roitt I, Brostoff J, Male D. Esential Immunology. 8th ed. Mosby. - Curso de inmunología general por Enrique Iañez Pareja. Departamento de Microbiología Universidad de Granada.
