Tema 13: Maduración de los linfocitos b y T: papel de la médula ósea y el timo. Tolerancia Inmunológica
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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. Produccion y maduración de los linfocitos 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 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:
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 Poblaciones de Linfocitos 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 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. 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 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 Maduración de los Linfocitos T en el Timo 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 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+). SELECCION TÍMICA 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: 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. ToleranciaCentral 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. 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 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. |
