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Tercer capítulo de las actividades teóricas. Vamos a ver el funcionamiento de la inmunidad adaptativa.
En la primera parte, vamos a evaluar aspectos generales de cómo funciona el sistema, principalmente prestando atención a cómo funcionan sus receptores. Uno de los puntos cruciales en el desarrollo de la inmunidad adaptativa es la presentación de los antígenos a los linfocitos. Este fenómeno se lleva a cabo a través de diversos tipos de células, las cuales podemos mencionar: las células dendríticas, los linfocitos B y los macrófagos.
Una vez que estas células han procesado los antígenos a péptidos, deben presentar estos péptidos a los linfocitos. Y es ahí donde aparece el segundo concepto importante: ¿cuál es el teatro de operaciones de esta respuesta? La respuesta ocurre en los órganos linfoides secundarios, es decir, en los ganglios y en el bazo. Por tanto, las células de la inmunidad innata, como células dendríticas o macrófagos, y los linfocitos B deben ponerse en contacto con los linfocitos T en estos lugares. Esto implica que esté presente un antígeno.
La inmunidad adaptativa se activa cuando los linfocitos, eventualmente, y en qué consiste esta activación. Básicamente, vamos a tener una primera fase donde hay un reconocimiento del antígeno presentado. Luego, hay una amplificación clonal del linfocito que reconoció este antígeno y, finalmente, un proceso de diferenciación.
Fíjense que en cada una de estas etapas ocurren una serie de eventos a nivel molecular muy importantes. En una primera fase de reconocimiento, se va a formar lo que se denomina una sinapsis inmunológica. Luego, cuando el linfocito ha reconocido y se ha activado, debe empezar a dividirse, por lo cual empieza la activación de las vías del ciclo celular necesarias para esta amplificación. Finalmente, ocurrirá la diferenciación de linfocitos, para lo cual es necesaria la presencia de determinados factores de transcripción.
Intentar resumir la distinta fase de la respuesta inmune anterior. En una primera parte existe el reconocimiento antigénico, el cual se hace a partir de las presentadoras de antígenos de la inmunidad innata, como macrófagos o células dendríticas o linfocitos B. Eventualmente, los linfocitos T sufren una expansión clonal, la cual genera miles de copias a partir de una única célula original.
Las células también pueden sufrir este tipo de expansión clonal. Eventualmente, las células T diferencian finalmente a las células que van a generar los mecanismos efectores. Por un lado, las células van a producir anticuerpos y las células T van a producir una serie de citoquinas. Existen diversas sustancias y linfocitos, cada una caracterizada por la producción de diferentes tipos de citoquinas.
Actualmente, los mecanismos efectores van a producir la eliminación del antígeno, ya que el antígeno es el principal estímulo para la supervivencia de los linfocitos. Eventualmente, la respuesta inmune comienza a contraerse. Las células empiezan a morir por apoptosis y, eventualmente, algunos de los linfocitos que también se diferencian son las células reguladoras que favorecen este proceso. Así como se generaron células efectoras y células reguladoras, también en este proceso se generan células de memoria, las cuales permanecen en circulación o en los tejidos durante mucho tiempo.
Aparecen los fenómenos que vamos a evaluar en los próximos vídeos. Por un lado, la presentación antigénica, todo lo referente a la captación de antígenos y su procesamiento por parte de las células presentadoras. Luego, el mecanismo de presentación antigénica, es decir, que se lleva a cabo a través de la formación de una sinapsis inmunológica entre la célula que presenta y el linfocito T.
Una vez que esa sinapsis inmunológica es estable, genera una serie de señales desde el complejo del BCR, es decir, del receptor del linfocito T, hacia el interior de la célula. El efecto final de esta señalización es la producción de IL-2, lo cual lleva a la proliferación del linfocito. Eventualmente, las células T pueden diferenciarse a diversas subclases de linfocitos, como habíamos mencionado: operadores, memoria o reguladores.
Antes de continuar con el análisis de la respuesta inmune adaptativa, vamos a recordar algunos conceptos básicos que son necesarios. Por un lado, la pregunta de qué es un antígeno. Un antígeno es cualquier molécula reconocida por un receptor de la respuesta inmune adaptativa, es decir, son moléculas que son reconocidas por un anticuerpo o por el TCR.
Por lo tanto, en general, este tipo de moléculas podemos decir que van a ser proteínas. En el caso de aquellas que son reconocidas por los SDR, en particular, sin embargo, sabemos que los anticuerpos tienen una gran capacidad de reconocer diversos tipos de antígenos diferentes a proteínas. Eventualmente, también se pueden reconocer pequeñas moléculas que estén asociadas a proteínas.
Esto se debe a que los anticuerpos reconocen un "epítopo", es decir, un fragmento o un segmento específico del antígeno. Este podría estar conformado por una proteína o por cualquier otra sustancia que puede estar asociada a ella. En esencia, la gran diferencia que vamos a ver entre un tipo de receptor y el otro es que los receptores de los linfocitos T reconocen antígenos en una conformación lineal, mientras que los anticuerpos reconocen antígenos en estructuras tridimensionales.
¿Cuáles son las fuentes de estos distintos antígenos? Bueno, obviamente, patógenos. El sistema inmune se encuentra particularmente diseñado para lidiar con este tipo de antígenos. Pero también podrían originarse antígenos a partir de fuentes propias, como pueden ser de otros microorganismos que forman parte de la microbiota o de autoantígenos. De hecho, la mayoría de las células presentan autoantígenos en contextos de MHC de clase I.
Eventualmente, uno puede recibir otro tipo de antígenos a través de vacunas o pueden generarse antígenos nuevos a partir de la transformación neoplásica de las células propias, lo que da lugar a los denominados antígenos tumorales. Otro tipo de antígenos que se encuentran en la naturaleza, que en general suelen ser inofensivos, pueden ser fuente de respuestas inmunes anormales, como son los alérgenos.
Existen una clase de conceptos importantes a tener en cuenta en relación a los antígenos. El primero es el inmunógeno. Mientras que los antígenos son aquellas moléculas que tienen la capacidad de ser reconocidas por los receptores de la inmunidad innata, los inmunógenos serán aquellos antígenos que son capaces de iniciar una respuesta inmune.
Por otro lado, los haptenos son pequeñas moléculas que se asocian a una molécula portadora y pueden iniciar una respuesta inmune. Este fenómeno es importante para evaluar algunos tipos de respuestas inmunes anormales o las respuestas que se den frente a determinados tipos de vacunas.
Vamos a definir determinante antigénico. Estos serían sinónimos de aquella parte del antígeno que es reconocida, principalmente, por un anticuerpo. La multivalencia hace referencia a la presencia de distintos tipos de antígenos en los cuales podemos observar más de un epítopo al cual puede unirse un anticuerpo. La multivalencia es un fenómeno que, por lo general, vamos a ver asociado a patógenos, debido a que muchas veces en su superficie producen proteínas o polímeros que se encuentran en repetición.
Finalmente, el concepto de antígeno en este contexto muchas veces puede asociarse a respuestas inmunes frente a antígenos propios que han sido modificados o en respuestas inmunes frente a antígenos nuevos que aparecen durante la transformación neoplásica. Estos neoantígenos pueden ser de distinto origen, pueden aparecer a partir de mutaciones o pueden ser antígenos crípticos que se encontraban fuera del alcance de los receptores del sistema inmune.
Habíamos mencionado que los antígenos pueden ser reconocidos por los receptores tanto el TCR como el BCR. El TCR, que se encuentra en los linfocitos T, en general, reconoce proteínas derivadas de estas proteínas y, eventualmente, han sido mencionados el reconocimiento de algunos péptidos en el contexto de MHC. En general, todos estos péptidos forman parte de lo que se conocen como los antígenos dependientes, ya que cuando se genera una respuesta frente a estos antígenos, es necesaria la cooperación de los linfocitos T para generar algún tipo de respuesta, sobre todo los linfocitos B.
Por otro lado, los linfocitos T tienen una inmunoglobulina en superficie como su receptor. Las inmunoglobulinas poseen una gran capacidad de reconocimiento de diversos tipos de sustancias, entre las cuales podemos mencionar metabolitos intermedios, glicanos, lípidos, fosfolípidos, ácidos nucleicos y, obviamente, proteínas. Eventualmente, el reconocimiento de proteínas puede ser a partir de péptidos lineales, aunque en general estos receptores de los linfocitos B reconocen conformaciones en la superficie de las proteínas.
Fíjense que de esta manera, entonces, vamos a tener dos tipos de antígenos que son reconocidos por los linfocitos B: aquellos de los cuales se logra la cooperación de los linfocitos T porque son de origen proteico, los T dependientes, y el resto de los antígenos, de los cuales no pueden ser presentados a los linfocitos B y, por lo tanto, dependen de otro tipo de señales para que los linfocitos B generen una respuesta. Estos van a ser los antígenos T independientes.
En la superficie de las células de la inmunidad adaptativa no solo vamos a encontrar los receptores TCR y BCR. Existen un montón de otras clases de receptores que se encuentran en la superficie de las células. La mayoría de los receptores de antígeno no tienen la actividad de tirosina quinasa intrínseca, es decir, que tanto el TCR como el BCR no tienen la capacidad por sí solos de transmitir una señal hacia el interior, sino que lo hacen a través de una serie de moléculas adaptadoras.
En conjunto, estas moléculas van a definir un complejo receptor. Por lo tanto, vamos a tener un complejo receptor para el TCR y un complejo receptor para el linfocito B. Las células de la inmunidad adaptativa tienen proteínas con actividad tirosina quinasa. Son muchos los factores de crecimiento que inducen la replicación de las células que pertenecen a esta familia, como es el caso del séquito, que se encuentra sobre todo en las etapas de maduración inicial de los linfocitos.
Además, poseen una serie de receptores nucleares y, en general, tienen una influencia general sobre las células del sistema inmune en el sentido de que modulan en forma positiva o negativa, en general, las respuestas inmunitarias. Dentro de ellos, tenemos que mencionar la vitamina D, receptores de hormonas tiroideas, receptores de hormonas o corticoides. Por lo tanto, existe una integración tanto fina entre el sistema inmune y el sistema endocrino.
Finalmente, también pueden presentar receptores unidos a proteínas G. Muchos de estos receptores unidos a proteínas G tienen que ver con fenómenos de migración celular o de activación de vías de la inflamación, por ejemplo, receptores de quimiocinas en las distintas zonas filiales o proteínas derivadas del complemento pertenecen a este tipo de receptores.
Los receptores TCR y BCR pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas, es decir, tienen dominios de inmunoglobulinas que conforman su estructura tridimensional. La mayoría se encuentran asociados a nivel plasmático a proteínas de tipo SH2, las cuales tienen la capacidad de transmitir las señales que se generan a partir de estos receptores. Esto se debe a la presencia de una serie de secuencias específicas que son reconocidas y que se encuentran relacionadas con los fenómenos de fosforilación.
Estas secuencias, cuando están activas, se denominan ITAM y también existen secuencias inhibidoras que se denominan ITIM. Los fenómenos que favorecen la activación de los linfocitos y la señalización, obviamente, son la activación por agrupamiento. Bueno, la mayoría de estos receptores, nosotros observaremos agrupados en una zona determinada de la membrana plasmática de la célula.
Más efectiva va a ser la activación del fosfato y, obviamente, de la señal. La formación de una sinapsis inmunológica tiene sentido cuando uno analiza este concepto. Cuando uno genera una sinapsis inmunológica, agrupa los receptores de manera que sea más eficiente la señalización. En general, hay una relación entre la afinidad que tenga este receptor, el TCR, por los epítopos y las inmunoglobulinas por sus epítopos.
Es una relación entre esta afinidad y la fosforilación que nosotros podemos observar a nivel plasmático de los dominios ITAM. Por lo tanto, cuanto más afín sea el reconocimiento, cuando este reconocimiento sea más efectivo, más dominios ITAM vamos a ver fosforilados. Además, este primer fenómeno que podemos mencionar como la primera señal o señal 1 es la del reconocimiento a partir del TCR.
Desde ese TCR existe otra segunda señal que favorece la activación, lo denominamos señal 2. Esta señal refuerza a través de mecanismos de co-estimulación, favoreciendo, por ejemplo, la fosforilación. Una de las moléculas más importantes que tienen los linfocitos T en superficie para la estimulación es CD28.
La CD28 es provista por la célula presentadora de antígeno al momento de la presentación. CD28 se une a las proteínas B7-1 y B7-2 que presentan las células presentadoras. Así como hay moléculas que favorecen la activación, hay moléculas que inhiben la activación y estas lo pueden realizar a través de, por un lado, la actividad de fosfatasas, atacando los fosfatos que habían unido a las secuencias, y, por otro lado, a través de receptores inhibidores que, a través de otros mecanismos, logran inhibir la señalización.
El cuadro nos permite comparar cómo son los componentes, la conformación y la actividad de los templos tipos de receptores que nosotros mencionamos. Por un lado, el TCR y, por otro lado, el BCR. El TCR posee dos cadenas que vamos a denominar cadenas alfa y beta, o eventualmente puede tener otro tipo de cadenas denominadas gamma o delta.
El BCR, por otra parte, posee dos cadenas pesadas y dos cadenas livianas. El número de dominios que vamos a observar de inmunoglobulinas en el TCR y en el BCR también es variable. Vamos a tener un dominio variable en el TCR y un dominio constante para cada una de las cadenas, ya sea alfa o beta.
En cambio, en el BCR, las cadenas pesadas tienen un dominio variable y cuatro dominios constantes, mientras que las cadenas livianas tienen un dominio variable y uno constante. El número de sitios de unión o de contacto al epítopo, es decir, el número de sitios de reconocimiento que podemos observar en el par de epítopos, es igual tanto en el TCR como en el BCR.
A partir de cada una de las cadenas alfa y beta o de los dominios variables de cadena pesada y cadena liviana, nosotros vamos a ver que existen tres sitios específicos que conforman el par de epítopos. Tres y tres son seis, por lo tanto, vamos a ver seis sitios específicos de reconocimiento en el TCR y seis sitios específicos en el BCR.
Las moléculas que se encuentran asociadas formando parte del complejo de reconocimiento en el linfocito T son el CD3 y la cadena zeta. CD3, de hecho, es una molécula que nos permite reconocer tanto linfocitos CD4 como CD8 positivos. Todos estos linfocitos tienen la misma molécula para traducir las señales desde el exterior al interior.
En cambio, el BCR tiene otro tipo de moléculas que se denominan Ig alfa y beta. La afinidad que tienen tanto el TCR como el BCR por su ligando es variable. Sin embargo, en general, las inmunoglobulinas pueden alcanzar constantes de afinidad muchísimo más altas que el TCR.
Una gran diferencia que existe entre el TCR y el BCR es que los linfocitos T no vamos a ver cambios en su receptor luego de la activación. Todos los linfocitos que se generen en la amplificación final van a ser exactamente iguales a la célula que les dio origen. En cambio, en los linfocitos B, vamos a ver que sí hay un cambio en este receptor y este cambio se encuentra relacionado con el siguiente fenómeno: los linfocitos B necesitan eventualmente secretar las inmunoglobulinas para que cumplan su función efectora.
Y, por lo general, no solo secretan IgM, sino que secretan otro tipo de inmunoglobulinas también, según sea la necesidad y el tipo de patógeno con el cual se enfrentan. Por lo tanto, existe un fenómeno que se llama cambio de clase, además de otros cambios que vamos a ver más adelante.
Estaría positiva el resumen en forma esquemática de cómo es el receptor de linfocitos T. En la parte central, en azul, podemos observar las cadenas alfa y beta, o puede ser gamma o delta en otro tipo de linfocitos. Las cadenas del TCR, aunque pueden ver, tienen en cada una un dominio de inmunoglobulina en la región variable, que es la zona que une al epítopo.
Recuerden que hay tres regiones hipervariables en cada una de las cadenas que son las que interactúan con el epítopo. A su vez, este complejo de dos proteínas se mantiene unido a través de puentes y una cola citoplasmática que es muy pequeña. Por lo tanto, las señales hacia el interior no pueden ser reducidas por esta cola, sino que lo hace por la asociación que tiene con otro tipo de moléculas, entre ellas, CD3 y la cadena zeta.
Como pueden ver, CD3 está conformado a su vez por diversos tipos de moléculas, en general formando pares de moléculas CD3 y un par de moléculas zeta. Todas estas moléculas poseen diversos dominios de activación denominados ITAM, lo cual, a medida que se vayan forjando, van a favorecer la serie de señales intracelulares que van a determinar eventualmente si el linfocito puede activarse o no.
En esta diapositiva, lo que vemos es un esquema que intenta resumir el resto de la cascada de señalización que ocurre debajo del complejo TCR. Aquí a la izquierda tenemos el complejo TCR, el cual está formado por el TCR, las distintas cadenas que conforman la molécula, CD3 y la cadena zeta. A su vez, esta gráfica también muestra la presencia de eventualmente otras moléculas que intervienen en el reconocimiento, como pueden ser CD4, CD8, eventualmente moléculas de tipo ZAP y otro tipo de moléculas que intervienen en la fosforilación de los distintos dominios.
Aunque tiene el complejo TCR, eventualmente eso lleva a la actividad de otro tipo de mediadores. Finalmente, existe la activación de dos vías principales. Por un lado, la proteína GTP, GTPase, induce la activación de la vía de las MAPK y la vía de fosfolipasa gamma. Uno lleva también a la activación de otras vías intracelulares.
Lo que sucede, básicamente, es que la vía de la fosfolipasa lleva a la activación de NFAT. Las MAPK determinan eventualmente la activación de AP-1 y otras vías de señalización pueden activar otros factores de transcripción, como NF-κB. La suma de estos factores de transcripción interviene en, finalmente, el inicio de transcripción del gen de la interleuquina 2.
Este es un fenómeno importantísimo en la activación del linfocito T, dado que es uno de los fenómenos que marcan, finalmente, su activación. La señalización por TCR lleva a la producción de IL-2, lo cual favorece la división celular, pero no es el único fenómeno que se encuentra relacionado con la señalización por TCR.
Las MAPK y otras vías se aseguran la supervivencia del linfocito al evitar que mueran por apoptosis. De hecho, podemos decir que la mayoría de los linfocitos que se vuelven adictos a la presencia del antígeno, en la medida que reciban señales a través del TCR, van a poder evadir la muerte por apoptosis.
El otro fenómeno importante que vemos relacionado con la activación de los linfocitos es un cambio en el metabolismo. Este cambio en el metabolismo nos lleva a realizar glicólisis anaeróbica en presencia de concentraciones elevadas de oxígeno. Por lo tanto, van a quemar azúcar, así que sus productos de degradación ingresen en el ciclo de Krebs.
¿Para qué se genera este efecto, denominado efecto Warburg? Para lograr los ladrillos necesarios para la biosíntesis de membranas, proteínas y otros componentes celulares necesarios, obviamente, para la división celular. Es interesante que muchos otros fenómenos son los mismos que se describen y ocurren en las células neoplásicas cuando empiezan a dividirse sin control.