A SCUOLA DI IMMUNOLOGIA
Paolo Laveder, settembre 2020
PL - 09/2020
Disclaimer
Questi appunti sono rivolti a docenti e studenti delle scuole secondarie superiori.
Non sono consentiti usi diversi da questo scopo divulgativo.
Paolo Laveder
Dipartimento di Biologia, Università degli studi di Padova Referente UniPD per il PNLS «Biologia e Biotecnologie»
Mentore EUSOit per la biologia
I. Concetti essenziali
Il sistema immunitario innato comprende cellule e molecole solubili che difendono l'ospite da
un'infezione: è la prima linea di difesa contro agenti fisici, chimici o
biologici in grado di causare una malattia. È presente in tutti gli organismi pluricellulari: animali,
piante e funghi.
La risposta innata si scatena in poche ore dall'infezione, se il microbo supera le barriere fisiche
rappresentate dagli epiteli.
Intervengono cellule natural killer (NK) e i fagociti, mentre altre cellule specializzate rilasciano segnali che favoriscono la risposta
umorale, se presente.
Solo negli animali vertebrati compare un
sistema immunitario adattativo (immunità acquisita), che è più
efficace e specifico della risposta innata.
Tuttavia, la risposta di questo secondo sistema può richiedere
giorni o addirittura settimane per agire.
Abbas AK et al.
Immunità acquisita
In questo tipo di immunità intervengono i linfociti, cellule in grado di attivare una
risposta specifica leggermente diversa per ogni agente patogeno.
Possiamo distinguere un’immunità umorale, mediata da anticorpi prodotti dai linfociti B, dall’immunità cellulare in cui i linfociti T
cooperano con altri tipi cellulari per eliminare i microbi intracellulari.
Abbas AK et al.
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ANTICORPI
Gli anticorpi prodotti dai linfociti B sono proteine che proteggono dai microbi invasori gli spazi extracellulari, il sangue
ed alcune superfici.
Chiamati anche immunoglobuline (Ig), rappresentano nell’uomo circa il 20% delle
proteine totali presenti nel plasma.
La struttura è simmetrica a forma di Y, con due catene leggere e due catene pesanti
tenute insieme da ponti disolfuro.
Alberts B et al.
REGIONI VARIABILI DEGLI ANTICORPI
Le regioni variabili di una catena pesante e di una leggera formano il
sito di legame per l'antigene.
Come indica il nome stesso, le regioni variabili possiedono sequenze di amminoacidi diverse in
ciascun anticorpo.
Funzione recettrice: ogni anticorpo possiede una specificità unica verso
un particolare antigene estraneo.
Alberts B et al.
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CATENE PESANTI
Cinque tipi di catene pesanti (α, δ, ε, γ, %) definiscono altrettanti classi diverse di immunoglobuline, chiamate con la corrispondente lettera dell'alfabeto latino: IgA, IgD, IgE, IgG e IgM.
La regione costante della coda non partecipa al riconoscimento dell'antigene ma interviene nelle funzioni effettrici, che stimolano l’intervento di altre cellule del sistema immunitario (diapo 36).
Alberts B et al.
LINFOCITI
I linfociti si formano da cellule immature negli organi linfatici primari:
timo e midollo osseo.
La maturazione delle cellule B avviene nel midollo osseo (Bone marrow in inglese): da qui i linfociti B immaturi viaggiano attraverso gli organi
linfoidi secondari, milza e linfonodi, alla ricerca degli agenti patogeni.
Nel midollo osseo si formano anche le cellule T, che però passano presto al timo dove si sviluppano ulteriormente per diventare linfociti maturi.
Alberts B et al.
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Maturazione dei linfociti
Come già visto [diapo n.4], i linfociti B intervengono nella risposta umorale (gli anticorpi neutralizzano l’infezione);
le cellule T invece sono responsabili dei processi mediati da cellule (fagocitosi e uccisione dei microbi).
Questi due tipi cellulari cooperano tra loro, per fornire all’organismo risposte sempre più efficienti.
midollo osseo
Alberts B et al.SVILUPPO DEI LINFOCITI B
I linfociti B naïve immaturi (cioè devono ancora incontrare l’antigene) si sviluppano nel midollo osseo e producono sulla superficie cellulare anticorpi di tipo IgM o IgD, che formano il Recettore delle Cellule B (BCR).
Dopo aver lasciato il midollo osseo, i linfociti B naïve maturi migrano negli organi linfoidi secondari: se lì incontrano un agente patogeno in grado di interagire con il loro BCR si innesca la risposta umorale.
Alberts B et al.
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Recettore delle cellule B
Il BCR è formato da IgM o IgD, che sono espresse sulla superficie cellulare dei linfociti B. Quando i
linfociti B maturi incontrano l’agente invasore, risponderanno solo le cellule il cui BCR è stimolato da
quel particolare antigene, ricordando che il sito di legame per l'antigene è diverso in ciascun anticorpo.
Le IgM sono associate alle molecole non polimorfe Igα e Igβ, che contengono nelle loro code citoplasmatiche sequenze in grado di trasdurre segnali (domìni ITAM):
l’interazione antigene-BCR svolge un ruolo cruciale per attivare le cellule B (diapo 30).
Abbas AK et al.
FORMAZIONE DELLE CELLULE EFFETTRICI
Infatti, quando un linfocita B naïve maturo incontra il suo specifico antigene si differenzia in plasmacellula (cellula B effettrice), specializzata nella produzione in larga scala di anticorpi solubili (prima IgM, poi IgG). Le IgG prodotte hanno la medesima specificità delle IgM di membrana, che hanno riconosciuto l’antigene all’inizio della risposta umorale.
Anche le cellule T subiscono un processo di maturazione, ma in questo
caso i cambiamenti morfologici nelle cellule effettrici sono meno pronunciati.
Alberts B et al.
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Selezione clonale dei linfociti B
PRESUPPOSTI
v Ogni linfocita B porta un solo tipo di recettore con una specificità unica v Per attivare la cellula, il recettore deve
essere occupato
v Le cellule derivate da un linfocita B attivato avranno recettori dello stesso tipo della cellula originale
v I linfociti che riconoscono i self vengono eliminati già all'inizio dello sviluppo
L’interazione antigene-BCR innesca l’espansione clonale della cellula stimolata:
gli anticorpi secreti sono molto specifici per quel particolare agente patogeno.
Alberts B et al.
FASI DELLA RISPOSTA ADATTATIVA
1) Riconoscimento: l’antigene (es. proteine virali) stimola quei linfociti in grado di legare l’agente estraneo.
2) Attivazione: i linfociti stimolati si dividono (espansione clonale),
trasformandosi in plasmacellule; queste producono grandi quantità di anticorpi, che sono poi rilasciati nel sangue.
3) Eliminazione dell’antigene: anticorpi specifici e cellule T effettrici innescano meccanismi efficaci per rimuovere il virus (es. fagocitosi)
4) Declino: le cellule effettrici B e T vanno incontro ad apoptosi (suicidio cellulare); si formano le cellule della memoria.
Abbas AK et al.
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RISPOSTA PRIMARIA E SECONDARIA
Risposta primaria: i linfociti B naïve entrano in contatto con l’antigene-X e si trasformano in plasmacellule. Un
processo di “amplificazione clonale”
seleziona le cellule più efficaci per neutralizzare ed eliminare l’antigene . Eliminato l’antigene-X, i linfociti B della memoria sopravvivono a lungo.
La risposta secondaria è molto efficiente, grazie alla memoria immunologica: se l’organismo entra nuovamente in contatto con l’antigene-X si formano subito tante plasmacellule e, di conseguenza, aumenta di molto il titolo di anticorpi nel siero.
Abbas AK et al.
Bibliografia essenziale
§ Abbas AK, Lichtman AH, Pillai S. — Immunologia cellulare e molecolare, 9° ed. Edra 2018
§ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Morgan D, Raff M, Roberts K, Walter P. — Biologia molecolare della cellula, 6° ed. Zanichelli 2016.
Capitolo 24: Il sistema immunitario innato e adattativo.
II. Approfondimenti
La maturazione dei linfociti B è un processo complesso in più tappe, in cui si riconoscono alcuni eventi particolarmente importanti:
ì Assortimento dei geni per le immunoglobuline nei linfociti immaturi ( Ricombinazione V-[D]-J; diapo 18 – 24 )
ì Attivazione dei linfociti B maturi nei linfonodi e nella milza ( Interazione con l’antigene, selezione clonale; diapo 25 – 30)
ì
Diversificazione del repertorio anticorpale nei linfociti maturi e nelle plasmacellule
( Maturazione dell’affinità, scambio isotipico; diapo 31 – 36)
GENI PER LE IMMUNOGLOBULINE
• Nell’uomo i geni per le regioni variabili delle catene pesanti si trovano sul cromosoma 14 e sono costituiti da molti piccoli segmenti chiamati V (variable), D (diversity) e J (joining).
• A valle della regione JH si trovano i 9 esoni per le regioni costanti delle catene pesanti (Cµ - Cd - Cg3 etc);
ogni classe di Ig esprime uno solo di questi geni (es. IgM → Cµ, etc).
• I geni per la regione variabile delle catene leggere si trovano sul
cromosoma 2 (tipo k) o 22 (tipo l) e contengono solo segmenti V e J.
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Abbas AK et al.
CONFIGURAZIONE GERMINATIVA
Geni “rimescolati” nei linfociti
• In quasi tutte le cellule dell’organismo i geni per le Ig rimangono nella configurazione germinativa; nei linfociti B naïve, invece, i segmenti V(D)J sono uniti in modo casuale [processo di ricombinazione V(D)J] creando milioni di combinazioni diverse sia nei geni per la catena pesante, sia nei geni per la catena leggera.
• Di conseguenza, le Ig prodotte da ogni linfocita B naïve saranno leggermente diverse La ricombinazione V(D)J, infatti, segue percorsi indipendenti in ciascuna cellula linfoide.
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Regioni variabili degli anticorpi
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• Le regioni variabili di una catena pesante e di una leggera formano il sito di legame per l'antigene [diapo n.6].
• I segmenti V-D-J nella catena pesante V-J e nella catena leggera codificano proprio gli aminoacidi che andranno a formare la regione variabile degli anticorpi.
• Grazie all’eterogeneità di sequenze create dal rimescolamento dei geni Ig nei linfociti, ogni anticorpo possiede una specificità unica verso un particolare antigene.
Esempio
• Lo stesso DNA della linea germinativa (figura in alto) può generare molte combinazioni diverse di geni, e quindi mRNA, che differiscono nelle sequenze delle giunzioni V-D-J.
• La figura in basso mostra tre esempi, scelti tra le milioni di possibili combinazioni; durante la ricombinazione del DNA vengono aggiunti nucleotidi casuali alle giunzioni, creando ulteriore variabilità di sequenze.
Abbas AK et al.
Tabella
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• Si calcola che il sistema immunitario sia in grado di discriminare tra 107 e 109 determinanti antigenici diversi.
• Questo perché la maturazione dei linfociti B crea moltissimi cloni cellulari (potenzialmente 1011), ognuno dei quali è dotato di un recettore che possiede una ben definita specificità per un antigene.
• I linfociti T subiscono un processo simile di maturazione, che crea un repertorio di diversità ancora maggiore;
linfociti B e linfociti T cooperano per dare una risposta adattativa il più efficiente possibile.
Abbas AK et al.
Stadi di maturazione dei linfociti B
Ogni stadio di maturazione dei linfociti B, dalla cellula staminale del midollo osseo al linfocita B maturo, è caratterizzato dall’espressione di specifici geni e marcatori di superficie utili per l’analisi molecolare.
Abbas AK et al.
Selezione clonale
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ORGANI LINFATICI PRIMARI
TESSUTI LINFOIDI PERIFERICI
Il repertorio primario delle Ig di superficie si crea in assenza dell’antigene
(Ricombinazione V-[D]-J).
L’interazione con l’antigene-X attiva i cloni di linfociti immaturi più «adatti»
(Selezione clonale);
Le plasmacellule non esprimono gli anticorpi in membrana, bensì producono anticorpi secreti che nel tempo diventano
sempre più efficaci (Maturazione dell’affinità,
scambio isotipico)
Localizzazione
LINFOCITI B MATURI
• I linfociti B naïve immaturi lasciano il midollo osseo e migrano negli organi linfoidi secondari [ diapo n. 9 – 10 ].
• Nella milza e nei linfonodi avvengono i fenomeni piuttosto complessi della risposta immunologica umorale, riassunti nella diapositiva seguente, che creano prima i linfociti B maturi e poi altri tipi cellulari.
Abbas AK et al.
PL - 09/2020 26 Abbas AK et al.
Complessità della risposta umorale
• L’attivazione dei linfociti B è innescata dal riconoscimento specifico dell’antigene da parte delle immunoglobuline (Ig) di membrana espresse sulla superficie dei linfociti B.
• L’antigene e i linfociti T helper stimolano la proliferazione e la differenziazione del clone di linfociti B specifico per l’antigene.
La progenie del clone stimolato può differenziarsi in plasmacellule che producono IgM o IgG, completare il processo di maturazione
dell’affinità o creare i linfociti B della memoria.
I LINFONODI
Il sistema linfatico è ricco di linfonodi, la cui struttura anatomica
favorisce l’interazione tra linfociti B, linfociti T e altre cellule del sistema immunitario. I processi secondari di maturazione prendono avvio
quando un linfocita B riconosce l’antigene tramite il proprio BCR.
I linfociti B attivati proliferano rapidamente nei follicoli linfoidi e la maturazione di affinità avviene nel cosiddetto centro germinativo.
Nei linfonodi si genera anche la memoria immunologica.
STRUTTURA DI UN
LINFONODO
Alberts B et al.
Abbas AK et al.
Sistema linfatico. Gli antigeni sono catturati nel sito di infezione e trasportati al linfonodo drenante, dove ha inizio la risposta immunitaria.
Attivazione dei linfociti B
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ì Risposta anticorpale T-dipendente - antigene di natura proteica
- intervento di linfociti T helper - localizzata nei follicoli linfoidi
- produce principalmente IgG (anche IgA, IgE)
ì Risposta anticorpale T-indipendente - antigeni multivalenti (es. polisaccaridi)
- intervento di altri stimoli (es. complemento) - localizzata nella zona marginale della milza - produce principalmente IgM a bassa affinità
E’ la parte più complessa dell’intera risposta umorale: distinte popolazioni di linfociti B rispondono a diversi tipi di antigene, per cui si distinguono due percorsi [nel primo caso intervengono anche i linfociti T, nel secondo no].
Abbas AK et al.
Si forma il BCR
• Il recettore per l’antigene dei linfociti B naïve maturi (BCR: B Cell antigen Receptor) è
composto da anticorpi localizzati in membrana, che possiedono catene pesanti di tipo µ (IgM) e/o di tipo d (IgD).
• La presenza di IgM e IgD in membrana è considerata un requisito indispensabile per
l’acquisizione della competenza funzionale, cioè la capacità di rispondere agli antigeni.
• Questi due tipi di Ig si formano dallo stesso gene, per “splicing” alternativo dell’RNA (figura).
Abbas AK et al.
Lo stesso gene può generare Ig con catene pesanti diverse mediante “splicing” alternativo dell’RNA:
negli RNA messaggeri per le IgM, la regione variabile è unita alla catena pesante di tipo μ (esoni Cμ), mentre per formare IgD si crea un mRNA δ che incorpora gli esoni Cδ.
Le linee tratteggiate e le frecce indicano i segmenti di DNA codificanti per la regione variabile (L-V-D-J) e diversi tipi di catena pesante che sono uniti dallo splicing dell’RNA.
Interazione antigene - BCR
Il recettore per l’antigene svolge due ruoli cruciali nell’attivazione dei linfociti B:
1) La sua aggregazione, provocata dal legame con l’antigene, genera una cascata di segnali intracellulari (figura) che inducono vistosi cambiamenti
morfologici, formando le cellule B effettrici [diapo 12].
2) Se l’antigene legato al BCR viene inglobato e digerito, si creano corti peptidi che verranno presentati sulla superficie dei linfociti B per il riconoscimento da parte dei linfociti T
(risposta T-dipendente).
L’attivazione completa richiede comunque altri stimoli, provenienti da recettori di membrana, proteine del complemento, linfociti T helper.
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Abbas AK et al.
PRODUZIONE DEGLI ANTICORPI
L’anticorpo originale espresso in membrana è solo il prototipo per una serie di processi volti a fornire risposte umorali sempre più efficaci.
• Maturazione dell’affinità: mutazioni nella regione variabile (indicate dai punti gialli) affinano la specificità del sito di legame per l’antigene, senza modificare le funzioni effettrici che dipendono dalla regione costante.
• Anticorpi secreti: gli anticorpi espressi sulla superficie cellulare
possiedono un dominio transmembrana che li àncora nel doppio strato lipidico. Da questi, si passa alla produzione di anticorpi in forma secreta, che tuttavia hanno lo stesso sito di legame per l’antigene. Gli anticorpi secreti possono o non possono mostrare mutazioni nella regione variabile (cioè la secrezione degli anticorpi può avvenire sia prima che dopo la maturazione dell’affinità).
• Scambio isotipico: questo processo modifica la regione costante (come indicato dal cambiamento del colore al verde al giallo o al rosa) senza cambiare l’affinità di legame per l’antigene. Lo scambio isotipico si osserva sia negli anticorpi di membrana sia in quelli secreti.
Maturazione dell’affinità
• La capacità degli anticorpi di neutralizzare le tossine e i microrganismi patogeni dipende dalla potenza di
legame dell’anticorpo. Le risposte umorali ad antigeni proteici T-dipendenti, generano anticorpi a elevata affinità mediante un meccanismo che si basa su piccole modificazioni nella struttura delle regioni variabili (V).
• Le modifiche avvengono nel DNA dei linfociti B stimolati dall’antigene mediante un processo di mutazione somatica che produce nuove sequenze, alcune delle quali capaci di legare l’antigene con maggiore affinità rispetto ai domini V originari.
• I linfociti B che producono anticorpi a affinità più elevata hanno un vantaggio selettivo e diventano la popolazione dominante nelle successive risposte allo stesso antigene.
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Abbas AK et al.
Anticorpi secreti
• Le Ig di membrana sono caratteristiche dei linfociti B;
gli anticorpi secreti invece sono prodotti in abbondanza dalle plasmacellule, le cellule effettrici così chiamate per il loro citoplasma molto sviluppato [diapo 12].
Le plasmacellule, infatti, hanno un reticolo endoplasmatico molto pronunciato per favorire la secrezione di proteine.
• Il passaggio da una forma all’altra di anticorpi è regolato dai processi di splicing dell’RNA. Per esempio, nelle catene ! di membrana il dominio C!4 è seguito da una breve sequenza di 26 aminoacidi idrofobici che facilitano l’ancoraggio alla membrana stessa (TM - CY). Al contrario, nelle IgM secrete, il dominio Cµ4 è seguito da un segmento di coda formato da aminoacidi polari (TP).
Abbas AK et al.
Gli eventi appena descritti avvengono nel centro germinativo di un linfonodo
(diapo 27)
• I linfociti B attivati migrano nel centro germinativo dove, proliferando attivamente, formeranno la zona scura.
Questi linfociti B vanno incontro a mutazioni puntiformi nel DNA che codifica le regioni variabili.
• In seguito, i linfociti B migrano nella zona chiara, dove incontrano le cellule dendritiche follicolari che presentano l’antigene e i linfociti TFH. I linfociti B dotati di recettori Ig con maggiore affinità sopravvivono selettivamente e si differenziano in linfociti B secernenti anticorpi
(plasmacellule) o in linfociti B della memoria.
• Le plasmacellule si localizzano nel midollo osseo le cellule della memoria invece circolano nel sistema linfatico. Questi due tipi cellulari sopravvivono a lungo.
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Abbas AK et al.
Scambio di classe
• Nelle fasi iniziali della risposta umorale i linfociti B producono principalmente IgM.
• Dopo la stimolazione dell’antigene, prevalgono invece le molecole IgG, IgE e IgA che sono collettivamente dette classi secondarie di Ig.
• Le Ig secondarie mantengono il loro sito di legame per l’antigene originario, ma la loro catena pesante può stimolare l’immunità cellulare in modo diverso (funzioni effettrici, diapositive 4, 7 e 36).
• Per esempio, il sito di legame per il recettore Fc
tipico delle IgG favorisce l’interazione con altre cellule del sistema immunitario (fagociti, macrofagi, cellule NK) che possiedono appunto un recettore in grado di legare le catene pesanti di questa classe Ig.
• Le IgM sono prive del sito di legame per Fc e quindi hanno funzioni effettrici molto ridotte.
Abbas AK et al.
Funzioni effettrici degli anticorpi
Le risposte cellulari mediate dagli anticorpi (funzioni effettrici) entrano in gioco solo dopo il legame con l'antigene e, per quanto
appena detto, sono diverse a secondo del tipo di catena pesante.
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Abbas AK et al.
III. Riepilogo e cronologia
• Nella risposta primaria i linfociti B naïve si attivano e si differenziano in plasmacellule che producono anticorpi specifici per
l’antigene che ha innescato la reazione immunitaria umorale.
• Quando i linfociti B della memoria vengono nuovamente stimolati dallo stesso antigene si avvia la risposta immunitaria secondaria:
una rapida proliferazione e differenziazione dei linfociti B produce quantità maggiori di anticorpi specifici.
• Le principali caratteristiche delle due
risposte anticorpali sono riassunte in tabella.
Sistema immunitario adattativo
• E’ presente solo negli animali vertebrati
• Si distingue un’immunità umorale da quella cellulare: diversi tipi di linfociti sono coinvolti in queste risposte.
• Gli anticorpi secreti dalle plasmacellule (linfociti B attivati) svolgono importanti funzioni effettriciche neutralizzano i microbi invasori.
• I linfociti e altre cellule del sistema immunitario rilasciano citochine(es.
interleuchine e interferone) che richiamano in sede altre cellule e ne stimolano la risposta.
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Abbas AK et al.
Alberts B et al.
Maturazione dei linfociti
I linfociti B maturano nel midollo osseo in assenza dell’antigene: qui
avviene la ricombinazione somatica dei segmenti V(D)J.
Ogni linfocita B immaturo possiede una combinazione diversa di segmenti V(D)J nelle regioni variabili; inizialmente sono espresse le catene pesanti di tipo µ
(IgM) e di tipo d (IgD).
Si producono anticorpi di membrana, che formano il Recettore delle Cellule B (BCR).
I linfociti B maturi si attivano negli organi linfoidi secondari, dopo aver incontrato un antigene
che lega il loro recettore:
antigeni di natura proteica richiedono anche l’intervento dei
linfociti T helper nei linfonodi, nella milza avviene invece una risposta anticorpale indipendente
dai linfociti T, che produce IgM a bassa affinità.
Abbas AK et al.
La struttura dei linfonodifacilità l’interazione tra linfociti B e T.
Nella risposta anticorpale T-dipendente si osserva:
- proliferazione dei linfociti B attivati nei follicoli - maturazione di affinità nel centro germinativo - selezione dei cloni che producono gli anticorpi «migliori»
Nei linfonodi si genera anche la memoria immunologica e avviene il differenziamento in plasmacellule, con cambio di classe e produzione
degli anticorpi secreti (principalmente IgG). Plasmacellule e linfociti della memoria proliferano e ricircolano nell’intero sistema linfatico.
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SCOPERTE IMPORTANTI
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Anno Scoperta
1957 Teoria della selezione clonale
1958 Una singola plasmacellula produce un singolo anticorpo specifico
1965 Identificati i tessuti che generano le cellule B 1969 Struttura covalente degli anticorpi
1970 Basi genetiche del cambio di classe
1974 Generazione della diversità degli anticorpi 1975 Creazione di anticorpi monoclonali
1976 Riarrangiamento dei geni Ig nelle cellule somatiche 1977 Struttura tridimensionale degli anticorpi
La complessità della risposta umorale e la specificità dei linfociti hanno affascinato generazioni di scienziati. Verso la fine degli anni ‘50 Burnet espone la «teoria della selezione clonale», che ipotizza l’esistenza di due tipi cellulari: linfociti B attivi per combattere le infezioni e cellule memoria per prevenire eventuali infezioni successive alla prima.
Negli anni ‘60, G.M. Edelman e R.R. Porter chiariscono struttura e modalità d'azione di molte proteine prodotte dai linfociti, aprendo di fatto la strada agli studi genetici sulla diversità degli anticorpi.
Nella seconda metà degli anni ’70 si diffonde la
tecnologia del DNA ricombinante, che permette analisi dirette sulla struttura molecolare dei geni. Si
chiariscono così i meccanismi che rimescolano i segmenti di DNA nei linfociti (ricombinazione V-D-J) e consentono l’espressione di parti diverse dei geni (splicing dell’RNA).
Con il progetto «Genoma Umano» (1990 – 2003), si determina la sequenza nucleotidica precisa di tutti i geni nell’uomo e in molti organismi modello.
La visione che abbiamo ora dei processi molecolari è molto più chiara.
Riarrangiamenti del DNA
Alberts B et al.Ricombinazione V(D)J
Avviene nei linfociti B immaturi e crea regioni variabili diverse.
Le cellule linfoidi esprimono due geni «speciali» che sono necessari per questi processi: Recombination-Activating Gene 1 e 2 (RAG1 e RAG2).
Scambio di classe
Può avvenire nei linfociti B maturi e/o nelle plasmacellule e modifica il tipo di catena pesante, con ripercussioni sulle funzioni effettrici degli anticorpi. Per lo scambio di classe è richiesta l’attività
dell’enzima AID (Activation-Induced cytidine Deaminase), ma non quella delle ricombinasi RAG1 e RAG2.
PL - 09/2020 42 In inglese to splice significa unire mediante
giunzione due parti distanziate di un
oggetto, per esempio nel montaggio di una pellicola oppure facendo un nodo tra due capi di una corda.
Splicing dell’RNA
La maggior parte dei geni eucariotici sono costituiti da regioni codificanti (esoni) alternate a regioni non
codificanti (introni). Durante lo splicing, gli introni sono rimossi e gli esoni vengono uniti per formare un RNA messaggero maturo da cui sarà prodotta la proteina corrispondente.
Splicing alternativo
L’ordine con cui sono uniti gli esoni non è fisso, ma può variare nel corso dello sviluppo oppure da tessuto a tessuto. In questo modo, lo stesso gene può generare forme leggermente diverse della stessa proteina (es. proteine A, B, C in figura).
La ricombinazione del DNA nei geni delle immunoglobuline è un fenomeno unico, che a luogo solo nei linfociti (perché queste cellule esprimono geni «speciali»).
Viceversa, lo splicing alternativo dell’RNA è molto diffuso: si stima che ogni gene umano dia vita, in media, a 4 proteine diverse.
Mentre la ricombinazione del DNA è un fenomeno irreversibile, con lo splicing la cellula può variare il repertorio di anticorpi senza modificare i propri geni.
La regione variabile può essere unita alla catena pesante di tipo μ (esone Cμ), o di tipo δ (esone Cδ).
Vedi diapo 29.
IgM di membrana: mRNA ha un dominio transmembrana (TM) IgM secreta: mRNA possiede un corto segmento di coda
Vedi diapo 33.
Splicing alternativo nei linfociti B
Immunologi Premi Nobel
1901 Emil Adolf von Behring (1854-1917), "for his serum therapy to treat diphtheria" (First ever Nobel Prize in Physiology or Medicine) 1908 Eli Metchnikoff (1845-1916) and Paul Ehrlich (1854-1915), "for study of the immune system"
1919 Jules Bordet (1870-1961), "for discovery of the complement system in the immune system"
1930 Karl Landsteiner (1868-1943), "for discovery of human blood types"
1960 Peter B. Medawar (1915-1987) and Frank Macfarlane Burnet (1899-1985), "for the discovery that the immune system of the fetus learns how to distinguish between self and non-self"
1972 Gerald Maurice Edelman (1929-) and Rodney Robert Porter (1917-1985), "for discovering the chemical structure of antibodies"
1980 Baruj Benacerraf (1920-2011), Jean Dausset (1916-2009) and George Davis Snell (1903-1996), "for discovery of the Major histocompatibility complex genes which encode cell surface molecules important for the immune system's distinction between self and non-self"
1984 Niels Jerne (1911-1994), Georges J. F. Köhler (1946-1995) and César Milstein (1927-2002) "for work on the immune system and the production of monoclonal antibodies"
1987 Susumu Tonegawa (1939-), "for discovering how the large diversity of antibodies is produced genetically"
1989 J. Michael Bishop (1936-) and Harold E. Varmus (1939-), "for discovering the cellular origins of retroviral oncogenes"
1996 Peter C. Doherty (1940-) and Rolf M. Zinkernagel (1944-) "for describing how MHC molecules are used by white blood cells to detect and kill virus-infected cells."
2011 Bruce Beutler (1957-), Jules A. Hoffmann (1941-) "for their discoveries concerning the activation of innate immunity" and Ralph Marvin Steinman (1943-2011) "for his discovery of the dendritic cell and its role in adaptive immunity"
2018 James P. Allison (1948-) and Tasuku Honjo (1942-) "for their discovery of cancer therapy by inhibition of negative immune regulation."
