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Quindi abbiamo visto quelle che sono le finalità del processo infiammatorio. Abbiamo detto che il processo infiammatorio ha lo scopo di eliminare, di arginare l'agente lesivo e di creare i presupposti perché ci sia la riparazione tessutale, perché le condizioni alterate vengano ripristinate.
Abbiamo detto che sulla base di questo, l'infiammazione e l'immunità innata di fatto risultano essere dei sinonimi, sono completamente sovrapponibili. Perché abbiamo visto che le prime cellule che sono in grado di percepire la presenza di un agente lesivo o comunque un danno a carico dei tessuti sono appunto le cellule dell'immunità innata. L'immunità innata è presente anche negli organismi meno sviluppati, come la stella marina. I primi studi sui fagociti sono stati condotti per l'appunto sulla stella marina. L'immunità innata è una prima forma di difesa molto efficace, e che negli organismi superiori si è andata ad integrare con forme di difesa più complesse, come quelle dell'immunità adattativa.
Negli organismi superiori, gli organismi più evoluti, come anche l'uomo, abbiamo l'integrazione tra immunità innata e immunità adattativa. E l'immunità innata ha la funzione di mettere in atto le prime risposte nei confronti degli agenti lesivi e poi sostanzialmente di in qualche modo indirizzare quella che è la risposta messa in campo dall'immunità adattativa.
Adesso vedremo un breve confronto tra quello che è il sistema recettoriale dell'immunità innata e quello che è il sistema recettoriale dell'immunità adattativa, giusto per iniziare a capire quali sono le differenze rilevanti. Questo è utile per comprendere come le cellule dell'immunità innata possano percepire i diversi stimoli lesivi e quali siano poi i meccanismi che vengono attivati. Come fa una cellula del sistema immunitario dell'immunità innata a percepire il danno? Quali sono i recettori? Quali sono i segnali che vengono riconosciuti? E che cosa accade una volta che il recettore espresso sulle cellule dell'immunità innata riconosce un determinato stimolo lesivo? Quali sono i meccanismi molecolari che poi determinano l'innesco del processo infiammatorio?
Prima di addentrarci in quelli che sono i meccanismi molecolari responsabili dell'innesco dei processi infiammatori, dobbiamo concentrarci un attimo su quelle che sono le caratteristiche dei recettori dell'immunità innata e dell'immunità adattativa. Questo è essenziale per poi comprendere quali sono i meccanismi alla base dell'esecuzione del processo infiammatorio. Abbiamo già detto che l'immunità innata rappresenta la prima forma di difesa e che determina poi l'avvio della complessa macchina della risposta adattativa e in qualche modo ne orienta anche l'azione.
Iniziamo col dire quali sono le cellule dell'immunità innata e quali sono le cellule dell'immunità adattativa. Le cellule dell'immunità innata sono i polimorfonucleati, sono conosciuti macrofagi, cellule NK e introduciamo anche un'altra sottopopolazione di fagociti che sono le cellule dendritiche, che hanno un ruolo di primaria importanza nel mediare poi l'attivazione delle risposte immunitarie di tipo adattativo. Per quanto riguarda invece le cellule dell'immunità adattativa, ricordiamo i linfociti. Abbiamo detto e letto che ci sono i linfociti T e i linfociti B.
Per quanto riguarda le tempistiche di attivazione delle risposte innate e delle risposte adattative, la risposta immunitaria innata è estremamente rapida e subito disponibile. L'attivazione delle cellule dell'immunità innata avviene in pochi minuti o ore, mentre l'immunità adattativa richiede giorni e settimane.
Per quanto riguarda invece il concetto della memoria immunologica, che cosa si intende per memoria immunologica? Per memoria immunologica si intende la capacità da parte del sistema immunitario di riconoscere stimoli lesivi, agenti di danno, nei confronti dei quali si è già stati esposti. Sostanzialmente la capacità di riconoscere stimoli lesivi ai quali si è già stati esposti. Per esempio, immaginiamo un'infezione batterica piuttosto che virale. La memoria immunologica è fondamentalmente quella che è alla base del principio dei vaccini. E qual è la finalità della memoria immunologica? Se io sono già stato in contatto con un agente lesivo, quando questo si dovesse ripresentare, sono in grado di mettere in atto la risposta immunitaria molto più rapida e molto più efficace. Questo è il significato della memoria immunologica, ed è tipica dell'immunità adattativa.
Una volta si riteneva che l'immunità innata non avesse memoria immunologica. Oggi si sa che i fagociti possono subire delle modificazioni epigenetiche, per tale ragione vengono definiti "trained", come se il fatto di essere stati attivati avesse lasciato un segno, e questo viene considerata una qualche forma di memoria immunologica.
Ma venendo ai recettori dell'immunità innata e dell'immunità adattativa, questi sono molto diversi tra di loro e hanno caratteristiche peculiari. Iniziamo col dire che l'espressione dei recettori dell'immunità adattativa è un'espressione clonale. Vuol dire che ogni singola cellula esprime un recettore con una determinata specificità, e tutte le cellule figlie, quindi tutti i cloni che derivano da queste cellule, esprimeranno lo stesso recettore. Mentre per quanto riguarda le cellule dell'immunità innata, ogni cellula esprime più recettori, ed il numero di recettori, il repertorio recettoriale dell'immunità innata è abbastanza limitato. Mentre il repertorio dei recettori dell'immunità adattativa è enorme. Non si conosce il numero con precisione, ma si pensa che sia anche superiore a 10 alla decima, quindi per cloni con una specificità estremamente diversa, e quindi un numero di recettori e un repertorio recettoriale veramente enorme.
L'altra grande caratteristica dei recettori dell'immunità innata è che i loro geni sono espressi in forma germinativa, nel senso che non subiscono riarrangiamenti. I recettori dell'immunità innata sono presenti in forma germinativa, mentre quelli dell'immunità adattativa subiscono dei riarrangiamenti. Vale a dire che prima di essere espressi come proteine, i geni che codificano subiscono dei riarrangiamenti, quindi non sono presenti in forma germinativa. Subiscono dei riarrangiamenti, e il fatto che subiscano questi riarrangiamenti consente anche di aumentare enormemente quella che è la specificità di riconoscimento. Il fatto che abbiano un repertorio di antigeni così elevato è anche frutto dei riarrangiamenti igienici che questi subiscono.
Inoltre, dobbiamo dire che l'affinità di legame dei recettori dell'immunità innata è tendenzialmente bassa, mentre quella dell'immunità adattativa è estremamente elevata. È anche la specificità dei recettori dell'immunità innata è bassa, mentre quella dell'immunità adattativa è elevatissima.
Un'altra grande differenza che contraddistingue il sistema recettoriale dell'immunità adattativa da quello dell'immunità innata è che nel caso dell'immunità adattativa, il recettore riconosce epitopi casuali. Riconoscono delle porzioni di una proteina, ad esempio, riconoscono strutture dell'antigene del tutto casuali. Nel senso, possono riconoscere, prendiamo come antigene una proteina, possono riconoscere un epitopo, quindi la porzione della proteina a livello dei terminali N o C, non importa, è del tutto casuale dove avvenga il riconoscimento. Mentre per quanto riguarda le cellule dell'immunità innata, queste sono in grado di riconoscere delle strutture molecolari che sono essenziali per la vita dei patogeni, non sono ridondanti. Quindi le cellule dell'immunità innata e i recettori dell'immunità innata riconoscono delle strutture che sono, in un certo qual modo, essenziali e vitali per i patogeni, mentre il riconoscimento degli epitopi per l'immunità adattativa è del tutto casuale.
Quindi aggiungiamo un altro aspetto: sia per l'immunità innata che per l'immunità adattativa esistono sia recettori di membrana che recettori solubili presenti nel sangue e negli altri liquidi biologici. E l'altra cosa che volevo dire è che recettori diversi possono essere presenti sostanzialmente anche su cellule diverse. Cellule diverse esprimono recettori diversi, che significa sostanzialmente che tra i fagociti, quindi cellule dendritiche, macrofagi, per esempio, possono esprimere magari lo stesso recettore. Quindi cellule diverse possono esprimere lo stesso recettore.
E le altre cose che dobbiamo dire è che i recettori dell'immunità innata, e forse questo l'abbiamo già detto, nel loro complesso prendono il nome di Pattern Recognition Receptors (PRR) e sono in grado sostanzialmente di riconoscere, per l'appunto, agenti patogeni e tessuti danneggiati, e sono quelli sostanzialmente che attivano i primi meccanismi di difesa e poi, qualora sia necessario, mettono in moto l'articolata macchina dell'immunità specifica.
Quindi li vediamo un attimo il meccanismo di attivazione della risposta infiammatoria in maniera schematica. Abbiamo sostanzialmente segnali che derivano da agenti infettivi, abbiamo segnali che derivano dal danno cellulare. Abbiamo imparato a conoscerli con le PAMPs e DAMPs. Questi PAMPs e DAMPs possono essere riconosciuti attraverso i recettori dell'immunità innata e, nel loro complesso, abbiamo imparato a conoscerli come Pattern Recognition Receptors. Possono essere riconosciuti, appunto, dei pattern da parte delle cellule dell'immunità innata, che si attivano e iniziano a produrre e secernere dei mediatori della risposta infiammatoria, che andranno sostanzialmente a innescare quello che è il processo infiammatorio. Processo infiammatorio che andrà ad arginare l'agente lesivo, ad eliminarlo e a creare i presupposti per la riparazione tissutale.
Ma vediamo adesso quali sono le molecole che derivano dai microrganismi che possono essere riconosciute dalle cellule del sistema immunitario dell'immunità innata attraverso i Pattern Recognition Receptors. Sono fondamentalmente lipoproteine, lipoproteine, lipopolisaccaridi, acido lipoteicoico, la flagellina, DNA, RNA a doppia elica, singolo filamento, dei glicani, lipopeptidi formilati, CD contenenti mannosio, lipidi ossidati. Tutte queste molecole possono essere riconosciute dalle cellule dell'immunità innata e possono innescare quello che è il processo infiammatorio. Nel loro complesso, queste molecole prendono il nome di PAMPs.
Abbiamo visto quali sono i PAMPs. Adesso focalizziamo la nostra attenzione sui Pattern Recognition Receptors. I Pattern Recognition Receptors hanno una diversa distribuzione, nel senso che troviamo recettori solubili, recettori di membrana e recettori citoplasmatici. Ma adesso focalizziamo la nostra attenzione sui recettori solubili. Tra i recettori solubili dell'immunità innata troviamo fattori del complemento (e vedremo cosa si intende per complemento), la lectina legante il mannosio, le proteine ad alta affinità, le pentraxine come la proteina C-reattiva e la proteina sierica A. E queste molecole, per il loro meccanismo di funzionamento, ricordano degli anticorpi primitivi. Infatti, le ritroviamo nel sangue, nei fluidi biologici, e per questa ragione, poiché sono molto simili nel funzionamento ad anticorpi più primitivi, vengono anche chiamati "anti-antibodies".
Dicevamo che queste proteine, o alcune di queste, le troviamo nei fluidi biologici. È il caso della proteina A e delle pentraxine. Le troviamo nei liquidi che rivestono gli alveoli polmonari in condizioni fisiologiche, ma quando viene innescato un processo infiammatorio, queste proteine tendono, la loro espressione tende ad aumentare in maniera drammatica, essendo delle proteine di fase acuta. Vedremo che cosa si intende per proteine di fase acuta. In parte, forse, l'avevamo già accennato. Per quanto riguarda alcune di queste molecole, come la lectina legante il mannosio e la proteina C-reattiva, sono prodotte a livello epatico e anche la loro produzione aumenta in maniera elevata durante il processo infiammatorio. Altre invece di queste proteine sono prodotte nei tessuti periferici e, in particolare, da cellule dell'immunità innata quali i macrofagi e cellule simili.
Questi recettori circolanti sono in grado di riconoscere delle strutture sulla membrana degli agenti infettivi. E, ad esempio, la proteina C-reattiva, un'altra proteina di fase acuta, è in grado sostanzialmente di riconoscere il polisaccaride C dello pneumococco, ed è per questo che viene chiamata proteina C-reattiva. Tutte queste proteine che abbiamo descritto sono generalmente di natura polimerica, perché ogni singolo monomero riconosce un dominio di natura glicidica o lipidica. E in questo modo, sostanzialmente, più monomeri della stessa proteina sono in grado di riconoscere la parete batterica. E quindi, anche se sono caratterizzati da un'affinità di legame non molto alta e scarsamente specifica, tuttavia, essendo polimerica e quindi ogni singolo monomero lega una struttura lipidica o glicidica, questo legame della proteina polimerica con la parete batterica, ad esempio, diventa molto, molto, molto avido. L'avidità di legame aumenta.
Dicevamo che queste proteine sono recettori dell'immunità innata e che sono in grado di riconoscere strutture batteriche, conduzione di patogeni, ma in realtà sono anche in grado di riconoscere delle strutture, diciamo così, "self" o alterate, presenti nel nostro organismo. Tuttavia, per esempio, sono alterate. È il caso delle pentraxine lunghe e corte, che sono in grado di riconoscere cellule apoptotiche e materiale nucleare derivante da cellule morte. E qual è la finalità del riconoscimento di queste strutture da parte delle pentraxine lunghe e corte? La finalità è quella che sostanzialmente ne facilitano la rimozione e probabilmente hanno un ruolo importante anche nel prevenire l'innesco di processi autoimmuni nei confronti di queste strutture.
Va da sé che difetti congeniti a carico di questi recettori solubili dell'immunità innata si associano inevitabilmente con un'alterata capacità di rispondere, ad esempio, a determinati microrganismi. Per esempio, sono noti dei difetti congeniti a carico della lectina legante il mannosio, e questi difetti congeniti sono associati ad una aumentata suscettibilità nei confronti dei batteri piogeni Gram-positivi. Sono stati anche descritti difetti a carico di fattori del complemento, e anche in questo caso abbiamo una aumentata suscettibilità alle infezioni e anche alle patologie autoimmuni.
Questa diapositiva ci consente di apprezzare, di sottolineare come i recettori dell'immunità innata, o dell'infiammazione se preferite, siano in grado di riconoscere la presenza di patogeni e di tessuti danneggiati in diversi compartimenti. Abbiamo recettori che sono espressi a livello del circolo ematico, a livello dei liquidi biologici, abbiamo recettori che sono a livello della membrana plasmatica, e recettori che si trovano a livello del citoplasma. Questo consente sostanzialmente al sistema immunitario dell'immunità innata di perlustrare sia l'ambiente extracellulare che intracellulare.
In questa immagine riporto quelli che sono le principali tipologie, le principali famiglie di recettori dell'immunità innata, i Pattern Recognition Receptors, che andremo ad analizzare.
In questa diapositiva vi riporto in maniera schematica quella che è la struttura della lectina legante il mannosio. Abbiamo già detto che è un Pattern Recognition Receptor solubile, è in grado di riconoscere dei residui di mannosio, e avendo una struttura polimerica, non è solo in grado di riconoscere i residui di mannosio, ma anche la loro distribuzione sulla superficie della parete microbica. Come potete vedere nell'immagine, la lectina legante il mannosio è caratterizzata dalla presenza di un dominio di tipo collagene. Questa caratteristica la condivide anche con le pentraxine. Ed è per questo che nel loro complesso vengono definite lectine.
Oltre ai recettori solubili dell'immunità innata, abbiamo anche i recettori di membrana. I recettori di membrana dell'immunità innata sono, dal punto di vista strutturale, estremamente eterogenei e appartengono a famiglie molecolari diverse. Abbiamo recettori per i lipopeptidi formilati, recettori lectinici come il recettore del mannosio, recettori della famiglia TLR e recettori scavenger.
Spendiamo due parole sul recettore del mannosio. Oltre al mannosio, è in grado di riconoscere strutture ricche in mannosio presenti sulla parete dei microrganismi, ma è anche in grado di riconoscere enzimi lisosomiali mannosilati. Altro esempio che potremmo ricordare è il recettore scavenger. Il recettore scavenger, oltre a riconoscere i componenti microbici, è anche in grado di riconoscere le lipoproteine alterate, e ha un ruolo fondamentale nel metabolismo delle proteine e anche nella patogenesi dell'aterosclerosi, un processo degenerativo in cui l'infiammazione ha un ruolo centrale. Quindi, così come per i recettori solubili, anche in questo caso abbiamo recettori di membrana dell'immunità innata che sono in grado di riconoscere sia strutture microbiche che strutture "self" alterate, come il caso degli enzimi lisosomiali mannosilati o le lipoproteine alterate ad opera del recettore scavenger.
Tra i recettori dell'immunità innata di membrana, dobbiamo ricordare i recettori per i lipopeptidi formilati. I recettori per i lipopeptidi formilati sono dei recettori a 7 domini transmembrana che traducono il segnale utilizzando proteine G e eterotrimetri. Perché sono importanti i recettori per i lipopeptidi formilati? Perché tutte le proteine batteriche iniziano con una metionina formilata, e questo contraddistingue le proteine batteriche da quelle delle cellule eucariotiche, dove questo fenomeno non si manifesta, eccezion fatta per le proteine mitocondriali che iniziano anche se con una metionina formilata, questo per la probabile origine simbiotica da batteri simbionti dei mitocondri. Quindi, riconoscere peptidi formilati costituisce una strategia abbastanza semplice per riconoscere la presenza di batteri o proteine rilasciate dai mitocondri, quindi derivanti sostanzialmente da cellule danneggiate.
Esistono due tipologie di recettori per i peptidi formilati: un recettore ad alta affinità che riconosce i peptidi formilati, e in particolar modo peptidi che iniziano con formil-metionina-leucina-fenilalanina. Esiste poi un recettore per i lipopeptidi a bassa affinità che riconosce anche altre tipologie di strutture, oltre ai peptidi formilati in generale. È in grado anche di riconoscere la beta-amiloide, la proteina sierica amiloide A, e anche un mediatore lipidico che prende il nome di lipossina A4. Quindi, ancora una volta, i recettori dell'immunità innata sono in grado di riconoscere sia strutture correlabili alla presenza di un'infezione da parte di microrganismi, sia le strutture "self" che sono indice di un danno a carico delle cellule.
Tra i recettori dell'immunità innata di membrana, dobbiamo assolutamente ricordare i recettori della famiglia Toll-Like Receptor (TLR). I Toll-Like Receptors sono probabilmente i recettori più importanti dell'immunità innata. I recettori Toll sono stati scoperti in Drosophila melanogaster, e esperimenti condotti in Drosophila melanogaster hanno consentito anche di definirne la funzione. I recettori Toll-Like Receptor sono caratterizzati dall'avere nella porzione intracitoplasmatica un dominio TIR. Questo dominio è estremamente conservato nell'evoluzione, lo troviamo nelle piante fino agli organismi superiori, e questo dominio ha mantenuto sempre la stessa funzione, che è quella di attivare meccanismi di resistenza innata.
Nell'uomo sono stati identificati 10 tipologie di recettori Toll, che formano o possono formare omodimeri o eterodimeri. E questi omodimeri e eterodimeri sono capaci di riconoscere i diversi componenti microbici, ma anche componenti dell'organismo danneggiato. Dobbiamo ricordare, ad esempio, il Toll-Like Receptor 4, un recettore omodimerico che, cooperando con la proteina CD14 e con la proteina accessoria MD2, è in grado di riconoscere il lipopolisaccaride, anche noto come endotossina. L'endotossina è il componente principale della membrana esterna dei Gram-negativi. Ma il Toll-Like Receptor 4 è anche in grado di riconoscere l'acido lipoteicoico, che è un componente della parete dei Gram-positivi, ed è in grado di riconoscere anche componenti "self", quali le Heat Shock Protein 60.
Abbiamo poi eterodimeri costituiti dal Toll-Like Receptor 1 e 2, o Toll-Like Receptor 2 e 6, che sono in grado di riconoscere i prodotti della parete di Gram-positivi, ma hanno anche la capacità di riconoscere costituenti di funghi, micoplasmi, micobatteri e parassiti in generale. Un'altra componente batterica che costituisce i flagelli è, appunto, la flagellina, e viene riconosciuta dal Toll-Like Receptor 5. Il Toll-Like Receptor 3, invece, è in grado di riconoscere RNA a doppia elica, che è caratteristico delle infezioni virali. Poi dobbiamo ricordare i Toll-Like Receptor 7 e 8, che riconoscono RNA microbico, mentre il Toll-Like Receptor 9 è in grado di riconoscere la presenza di DNA batterico, e riconosce questo DNA batterico riconoscendo delle sequenze motivo di DNA caratterizzate dalla presenza di citosina e guanina ipometilate, che vengono definite CpG.
Come potete vedere nell'immagine che vi riporto, nel loro complesso, i recettori della famiglia Toll sono in grado di riconoscere componenti batteriche, virali, parassiti, ma anche componenti "self". E la maggior parte del riconoscimento di queste strutture avviene a livello della membrana plasmatica. Quindi, la maggior parte dei Toll-Like Receptor sono espressi a livello della membrana plasmatica, ma non per tutti. Per alcuni, il riconoscimento avviene all'interno del fagosoma, ma all'interno del fagosoma. Ed è questo il caso tipico del Toll-Like Receptor 3, 7, 8 e 9, perché sostanzialmente all'interno del fagosoma i microbi vengono degradati e quindi viene esposto il loro DNA e il loro RNA. Quindi, sostanzialmente, per la maggior parte dei Toll-Like Receptor, il riconoscimento avviene a livello della membrana plasmatica. Ricordiamoci che i Toll-Like Receptor 3, 7, 8 e 9, che riconoscono acidi nucleici, il riconoscimento avviene a livello del fagosoma, dove sostanzialmente i microbi vengono degradati dopo la fagocitosi.
Quindi, i Toll-Like Receptor sono in grado sostanzialmente di monitorare, se vogliamo, il mondo esterno alla cellula, quindi un ambiente extracellulare con i recettori che sono espressi sulla membrana plasmatica, ma anche i prodotti di digestione post-fagocitosi.
Nell'ambito dei recettori della famiglia Toll, dobbiamo soffermare la nostra attenzione sul meccanismo di riconoscimento del lipopolisaccaride da parte del Toll-Like Receptor 4 e del CD14. Abbiamo già detto come il Toll-Like Receptor 4, sotto forma di omodimero, sia in grado di riconoscere il lipopolisaccaride, un componente della parete dei Gram-negativi, un acido lipoteicoico, un componente della parete dei Gram-positivi, e la Heat Shock Protein 60, che invece è una proteina "self".
Bene, adesso, usando come esempio paradigmatico l'LPS, vale a dire lipopolisaccaride, descriviamo come avviene questo riconoscimento e in che modo il CD14 coopera con il Toll-Like Receptor. Iniziamo col dire che il CD14, anch'esso un recettore dell'immunità innata, il CD14 si trova in forma solubile nei liquidi biologici, oppure si trova associato alla membrana tramite un ponte lipidico. Il CD14 non è una proteina transmembrana. Allora, il riconoscimento del lipopolisaccaride avviene in diverse fasi. Abbiamo in circolo una proteina che prende il nome di LBP, che è la LPS-Binding Protein. Questa proteina è in grado, per l'appunto, di captare l'LPS e di "passarlo" al CD14, che fa parte di un complesso recettoriale insieme al Toll-Like Receptor 4, che è invece il componente che è preposto alla trasduzione del segnale, essendo l'unico ad avere una porzione intracitoplasmatica e ad avere il dominio TIR.
Quindi, la LBP lega l'LPS, lo passa al CD14, che si presenta in un complesso recettoriale insieme al Toll-Like Receptor 4. E nel momento in cui lega l'LPS, il Toll-Like Receptor 4 media la trasduzione del segnale. Il CD14 espresso solo sui monociti, mentre il Toll-Like Receptor, ad esempio, è espresso anche sulla superficie delle cellule dell'endotelio. Bene, ma abbiamo detto che il CD14 è presente anche in forma solubile nei liquidi biologici. Questo consente alle cellule dell'endotelio di poter rispondere alla presenza di componenti microbiche, pur non esprimendo il CD14, perché nel caso delle cellule dell'endotelio vascolare, la LBP passa l'LPS al CD14 solubile, che andrà ad associarsi al Toll-Like Receptor 4 espresso dalle cellule dell'endotelio vascolare, e questo medierà la trasduzione del segnale.
Quindi, sostanzialmente, attraverso questo meccanismo e attraverso la presenza di una forma solubile del CD14, anche l'endotelio vascolare può rispondere alla presenza di componenti microbiche, e questo è estremamente importante per l'innesco dei processi di infiammazione locale, ma vedremo che ha un ruolo di primaria importanza anche nell'innesco dei processi di infiammazione sistemica. Quindi, questo è il meccanismo attraverso il quale il Toll-Like Receptor 4, cooperando con il CD14 in forma associata alla membrana o in forma solubile, media il riconoscimento del lipopolisaccaride.
Quindi, abbiamo visto come esistano recettori dell'immunità innata, sia espressi a livello della membrana plasmatica, recettori che sono in grado di percepire la presenza di patogeni o elementi di danno cellulare, a livello dei liquidi biologici, e recettori che sono in grado di perlustrare l'interno del fagosoma, quella struttura nella quale vengono inglobati i microrganismi e fagocitati, dove verranno poi di fatto degradati, esponendo componenti microbiche, quali DNA e RNA.
Ma oltre a questi, esistono dei sensori citoplasmatici, vale a dire recettori che sono in grado di percepire la presenza di componenti microbiche nel citoplasma. Nell'ambito di questa famiglia di recettori, i primi ad essere stati identificati sono dei recettori NOD. I recettori NOD sono caratterizzati dall'avere un dominio ricco in leucina, denominato LRR, accoppiato ad un dominio CARD. Dei NOD, dobbiamo ricordare il recettore NOD2, che è in grado di riconoscere il muramil-dipeptide. Il muramil-dipeptide deriva dalla degradazione enzimatica di proteoglicani della parete dei Gram-positivi. La degradazione che avviene ad opera di enzimi quali il lisozima, e appunto, a seguito della degradazione enzimatica, abbiamo una produzione di muramil-dipeptide, che viene riconosciuto da questo sensore citoplasmatico, il NOD2.
Il NOD2 è anche importante perché è stato descritto un polimorfismo a carico di questo gene che si associa alla comparsa del Morbo di Crohn. Il Morbo di Crohn è una malattia infiammatoria intestinale, probabilmente di origine autoimmune, che sembrerebbe, questo polimorfismo a carico del gene NOD2, determinare un'alterata risposta alla flora intestinale, e che questo possa contribuire allo sviluppo della patologia.
La scoperta dei geni della famiglia NOD e la scoperta dell'interleuchina 1, che vedremo, una citochina pro-infiammatoria primaria, ha portato all'identificazione di un complesso molecolare che è in grado di determinare l'induzione, l'innesco della risposta infiammatoria in presenza di stimoli molto diversi. Questo complesso molecolare prende il nome di inflammasoma. L'inflammasoma è costituito da tre componenti. Il primo elemento costitutivo dell'inflammasoma è rappresentato da un membro della famiglia delle proteine NACHT. A questa famiglia appartengono, oltre a NOD2, anche NALP3. L'inflammasoma che è stato comunque meglio caratterizzato è quello con la molecola ASC. Un altro costituente fondamentale del complesso molecolare è la proteina adattatrice ASC. E infine, vi è una molecola effetttrice, che è l'enzima proteolitico, che è in grado di attivare la Caspasi-1.
L'attivazione dell'inflammasoma avviene, ad esempio, nei monociti e macrofagi, in risposta a diversi stimoli, quali la presenza di batteri, come ad esempio Salmonella, Listeria, e in presenza di composti apparentemente inerti, come cristalli di silicio, fibre di asbesto, cristalli di acido urico. L'assemblaggio e l'attivazione dell'inflammasoma porta all'attivazione di un enzima noto come Caspasi-1, o ICE-enzima, che converte l'interleuchina 1.
Bene, quindi, dopo l'attivazione, l'assemblaggio di questo complesso molecolare, viene processata l'interleuchina 1, e da pro-interleuchina 1, abbiamo la produzione di interleuchina 1, che è la forma sostanzialmente che può mediare l'azione biologica. Alla famiglia dell'interleuchina 1 appartengono anche altre citochine, quali l'interleuchina 18 e l'interleuchina 32, e anche se vengono attivate in seguito all'assemblamento dell'inflammasoma. Quindi, in presenza di stimoli infiammatori, abbiamo da una parte, come vedremo, l'aumento dell'espressione del gene che codifica per l'interleuchina 1, che viene però sintetizzata sotto forma di pro-interleuchina 1, forma inattiva, che può essere poi processata dall'inflammasoma per ad opera dell'enzima catalitico, la Caspasi-1, nella forma attiva.
La scoperta dell'inflammasoma ha consentito anche di spiegare quello che è il meccanismo patogenetico delle patologie infiammatorie legate alla presenza di fibre o cristalli esogeni, quali la silicosi, l'asbestosi, ma anche cristalli di acido urico. Infine, le sue scoperte dell'inflammasoma hanno consentito anche di determinare e di comprendere quelle che erano le basi molecolari di una serie di patologie eterogenee che, nel loro complesso, vengono definite malattie autoinfiammatorie. Queste malattie sono patologie genetiche, caratterizzate da una variabile gravità, e si caratterizzano per la presenza di attacchi ricorrenti di manifestazioni cutanee e talvolta anche ritardo mentale. Le malattie autoinfiammatorie sono determinate da mutazioni a carico di geni che codificano per proteine che sono coinvolte nell'organizzazione e nella regolazione dell'inflammasoma. E queste mutazioni determinano un'attivazione inappropriata dell'inflammasoma stesso.
Tra queste malattie definite autoinfiammatorie, che sono patologie genetiche, come già detto, possiamo ricordare la Febbre Mediterranea Familiare, che è dovuta a mutazioni a carico della pirina, che è una molecola inibitrice dell'inflammasoma. E poi possiamo ricordare la sindrome di Muckle-Wells, che è dovuta a mutazioni a carico di NLRP3. Quindi, sostanzialmente, la scoperta dell'inflammasoma e la scoperta del fatto che l'inflammasoma, una volta attivato e assemblato, è in grado di determinare la conversione dell'interleuchina 1B alla sua forma attiva, ha consentito anche di trovare delle strategie terapeutiche per questa forma di patologie, usando di fatto un inibitore dell'interleuchina 1.
Abbiamo descritto i recettori della famiglia Toll, abbiamo visto dove sono localizzati, quali tipi di molecole sono in grado di riconoscere. Che cosa succede una volta che il riconoscimento è avvenuto? Usiamo come esempio paradigmatico il Toll-Like Receptor 4, ma la via di trasduzione che viene indotta da questo recettore è sovrapponibile a quella degli altri recettori della famiglia.
Quindi, che cosa capita una volta che il Toll-Like Receptor 4 ha riconosciuto l'LPS? Una volta che si è formato il complesso tra l'LPS e il Toll-Like Receptor 4, quest'ultimo è in grado di reclutare delle molecole adattatrici grazie al proprio dominio intracitoplasmatico, il dominio TIR. Quindi, il Toll-Like Receptor 4 recluta delle molecole adattatrici. Tra queste molecole adattatrici, sicuramente quella di maggior rilievo è la proteina denominata MyD88. MyD88 si associa al dominio di trasduzione del Toll-Like Receptor 4, perché MyD88 è costituita da due domini: un dominio TIR, che è quello che le consente di associarsi, e un secondo dominio, che è un dominio di morte (death domain). Grazie a questo secondo dominio di morte, è in grado di reclutare delle chinasi denominate IRAK. Queste chinasi sono in grado di associarsi con MyD88.
Una volta che le IRAK si sono associate, sono state reclutate da MyD88, sono in grado di far partire una seconda adattatrice che prende il nome di TRAF6. A questo punto, TRAF6 è in grado di reclutare varie chinasi che sono in grado di innescare e di attivare diverse vie. Una via che viene attivata è quella che passa attraverso TAK1 e porta alla chinasi IKK e porta all'attivazione di NF-kB. E l'altra è la via che passa attraverso JNK e porta all'attivazione delle chinasi dello stress, JNK e p38.
Da questa immagine emerge un dato estremamente importante: la via di trasduzione del segnale innescata dal Toll-Like Receptor 4 è esattamente sovrapponibile a quella innescata dal recettore dell'interleuchina 1. In effetti, si parla di famiglia dei recettori Toll-Like Receptor e Interleuchina 1 Receptor, perché sono in grado di mediare la stessa via di trasduzione del segnale. Non solo, aggiungiamo un altro elemento: tutti i recettori che hanno nella porzione intracitoplasmatica un dominio TIR sono in grado di innescare questa via di trasduzione del segnale. Esistono dei polimorfismi, sono stati descritti polimorfismi a carico di questa via di trasduzione del segnale. Per esempio, sono stati descritti polimorfismi a carico del Toll-Like Receptor 4 che sembrerebbero essere associati con una minore suscettibilità all'aterosclerosi. Sono state invece descritte dei difetti a carico di MyD88 e IRAK4, che invece sono associati ad un'aumentata suscettibilità alle infezioni da parte dei batteri piogeni Gram-positivi.
Quindi, quello che succede sostanzialmente a seguito dell'attivazione del Toll-Like Receptor 4 e dell'Interleuchina 1 Receptor, la via di trasduzione è esattamente la stessa e conduce all'attivazione di diverse vie. E abbiamo imparato a comprendere come il riconoscimento di patogeni o di elementi di danno tissutale da parte delle cellule dell'immunità innata, attraverso i loro Pattern Recognition Receptors, determina l'attivazione di una via di trasduzione del segnale che porta all'attivazione di fattori trascrizionali. Tra questi fattori trascrizionali, sicuramente un ruolo di primaria importanza ce l'ha il fattore trascrizionale noto come NF-kB.
NF-kB è costituito da due proteine, p50 e p65. E NF-kB fisiologicamente si trova a livello del citoplasma complessato con una proteina inibitrice che prende il nome di IkB. Ma cosa succede a seguito del riconoscimento di prodotti microbici attraverso i Toll-Like Receptors, oppure a seguito del riconoscimento delle interleuchine pro-infiammatorie da parte dei loro recettori? Quello che succede, l'abbiamo già visto in precedenza, viene innescata una via di trasduzione del segnale che porta all'attivazione di una serie di chinasi. Tra queste chinasi, anche TAK1. Questa chinasi è in grado di fosforilare altre chinasi che si trovano a livello del citoplasma. Queste chinasi prendono il nome di IKKα e IKKβ. Fisiologicamente, IKKα e IKKβ si trovano nel citoplasma complessate con la proteina che prende il nome di NEMO. Ma quando la via di trasduzione del segnale mediata dai Toll-Like Receptors, o dai recettori delle citochine, viene attivata, abbiamo l'attivazione di TAK1, che fosforila IKKα e IKKβ, che vengono già non si liberano, si dissociano da NEMO, e vanno a fosforilare IkB. A questo punto, IkB, che viene fosforilato, si sgancia e viene degradato nel proteasoma. A questo punto, p50 e p65, che non sono più inibite da IkB, traslocano nel nucleo, si legano a sequenze consenso. Ricordiamo che NF-kB è un fattore di trascrizione, quindi trasloca nel nucleo, si lega a sequenze consenso, e determina l'innesco della trascrizione di una pletora di geni.
Tra i geni che vengono regolati da NF-kB troviamo citochine, chemochine, molecole di adesione, enzimi che sintetizzano molecole effettrici come l'ossido nitrico sintasi o la COX-2, che è la cicloossigenasi 2. Vengono anche indotta la trascrizione di molecole co-stimolatorie che attivano la risposta immunitaria, come CD80, e le molecole che avviano la cascata del complemento, come il fattore di suscettibilità. Quindi, sostanzialmente, NF-kB dà il via al processo infiammatorio, determinando la trascrizione di chemochine, di citochine, citochine che determineranno l'attivazione di una serie di sottopopolazioni cellulari, le chemochine che contribuiranno al reclutamento, le molecole adesive che verranno fatte esprimere a livello delle cellule endoteliali, e che consentiranno anche il reclutamento delle cellule dell'immunità innata. Quindi, sostanzialmente, con questo programma genico viene attivato il processo infiammatorio.
Quindi, l'infiammazione può essere vista, di fatto, come la manifestazione di un programma trascrizionale che viene attivato da segnali di pericolo: la presenza di patogeni o segnali di danno tissutale.
Questa diapositiva nella riporto giusto per completezza. Abbiamo fatto riferimento ai PAMPs, abbiamo detto quali sono le molecole che vengono considerate PAMPs, vale a dire Pattern Molecules Associated with Pathogens. Diamo uno sguardo a quelli che invece sono i DAMPs, che vengono considerati come Damage Associated Molecular Patterns. Tra le molecole che devono essere ricordate c'è sicuramente HMGB1, che sta per High Mobility Group Box 1, Heat Shock Proteins, i prodotti della degradazione della matrice extracellulare, fosfolipidi ossidati e proteine formilate e mitocondriali. Sono tutte molecole, insieme alle altre che non ho menzionato, che vengono considerate come segnali di danno cellulare, e che vengono riconosciuti attraverso i Pattern Recognition Receptors da parte delle cellule dell'immunità innata, e sono in grado di attivare le vie di trasduzione del segnale che abbiamo visto in precedenza, passando attraverso l'attivazione di NF-kB e dando il via a quello che è il processo infiammatorio mediante la trascrizione di citochine pro-infiammatorie, chemochine e molecole di adesione. Sostanzialmente, i meccanismi che abbiamo visto che abbiamo descritto per i PAMPs sono esattamente sovrapponibili a quelli indotti dai DAMPs, e quindi non necessitano di ulteriore approfondimento.