La respuesta de los linfocitos T
Maduración de las células T en el timo
Las células T progenitoras comienzan a emigrar de la médula hacia el timo en la semana 9 de la gestación. La maduración de las células T implica, en primer lugar, el reagrupamiento de los genes del TCR de la línea germinal y posteriormente la expresión de varios marcadores de membrana.
Los precursores de los linfocitos venidos de la médula en forma de protimocitos, cuando llegan al timo, maduran y se desarrollan hasta timocitos. En el timo los linfocitos sufren dos procesos de selección:
La denominada selección positiva, por la cual solamente se permite la supervivencia de los linfocitos T que sean capaces de reconocer las moléculas HLA propias. Este proceso crea un repertorio de células T restringidas por el HLA.
Una selección negativa, que elimina a los linfocitos T que reaccionan contra los antígenos HLA propios y contra los péptidos propios asociados a los antígenos HLA.
Este doble proceso crea una población de células T autotolerantes.
Maduración de las células T en el timo
Las células T progenitoras comienzan a emigrar de la médula hacia el timo en la semana 9 de la gestación. La maduración de las células T implica, en primer lugar, el reagrupamiento de los genes del TCR de la línea germinal y posteriormente la expresión de varios marcadores de membrana.
Los precursores de los linfocitos venidos de la médula en forma de protimocitos, cuando llegan al timo, maduran y se desarrollan hasta timocitos. En el timo los linfocitos sufren dos procesos de selección:
La denominada selección positiva, por la cual solamente se permite la supervivencia de los linfocitos T que sean capaces de reconocer las moléculas HLA propias. Este proceso crea un repertorio de células T restringidas por el HLA.
Una selección negativa, que elimina a los linfocitos T que reaccionan contra los antígenos HLA propios y contra los péptidos propios asociados a los antígenos HLA.
Este doble proceso crea una población de células T autotolerantes.
Etapas del desarrollo de las células T en el timo
1.- Organización de los genes del TCR.
2.- Activación de los genes RAG-1 y RAG-2, implicados en el reagrupamiento de los genes del TCR
3.- Exposición de antígenos de superficie específicos de la diferenciación de las células T. Este proceso se puede dividir en una fase precoz en la que las células no expresan TCR o no expresan las moléculas de superficie características de estas células CD4 o CD8 y una segunda etapa tardía en la que la maduración posterior depende de la expresión del receptor de las células T (TCR).
Selección positiva
Una vez constituido el TCR, después del reagrupamiento de las cadenas se expresan las moléculas CD4 y CD8, con lo que el linfocito está en un estado de doble positivo. Estos linfocitos están programados para morir por apoptosis.
Los linfocitos entran en el córtex tímico en contacto con las células epiteliales. Estas células expresan HLA-I y HLA –II. Estas moléculas son los ligandos potenciales para el TCR de los linfocitos. Esta interacción, HLA /TCR genera modificaciones en el TCR del linfocito que hace que el 90% de los linfocito sean incapaces de reconocer las moléculas HLA propias y en consecuencia las células mueren por ausencia de señal, muerte por no reconocimiento. Por el contrario los linfocitos que reconocen con su TCR las moléculas HLA propias con una afinidad suficiente reciben una señal que evita la apoptosis. Este fenómeno se denomina selección positiva. Estos linfocitos quedan restringidos por moléculas HLA en un fenómeno que se denomina restricción alogénica.
Selección negativa
Los linfocitos se ponen también en contacto con las células dendríticas del timo que expresan moléculas HLA clase I y moléculas HLA clase II que están cargadas de péptidos propios. Cuando el TCR del linfocito entra en contacto con las moléculas HLA de estas células pueden ocurrir dos cosas:
1.- El TCR reconoce el complejo HLA/péptido con una fuerte afinidad lo que genera una señal de apoptosis y la muerte del linfocito (no es posible seleccionar linfocitos que reconozcan lo propio, lo destruyan y que circulen por sangre periférica))
2.- El TCR reconoce el complejo HLA/péptido con una afinidad débil, lo que evita la señal de apoptosis y la muerte del linfocito. Este proceso asegura la selección negativa. Los linfocitos que reconocen lo propio con una fuete afinidad son eliminados y los que reconocen con afinidad débil sobreviven constituyendo el repertorio de los linfocitos periféricos.
Complejo TCR/CD3
El complejo TCR/CD3 consta de dos partes bien diferenciadas, tanto estructural como funcional mente:
a) TCR. Es un heterodímero, cuyas dos subunidades proteicas, denominadas y , están unidas covalentemente por puentes disulfuro. Es la porción especifica del receptor, por tanto, polimórfica, y en ella se da la variación clonotípica que va a permitir el reconocimiento de los diferentes antígenos. Existe una variante del TCR que se encuentra en unas pocas células T, formado por cadenas y , con una localización intestinal.
b) CD3. Es la porción invariante del complejo y está formado por al menos 4 monómeros unidos no covalentemente, denominados , , y . El complejo CD3 es el encargado de transmitir la señal del reconocimiento antigénico al interior del citoplasma celular.
Todos los componentes del receptor de la célula T son proteínas de membrana y están formadas por una secuencia: dominio N-terminal extracelular, dominio transmembrana y dominio citoplásmico C-terminal.
Estructura del receptor TCR
Cadena -T
Es una cadena glicosilada, que tiene la siguiente estructura:
a) Un péptido líder de 20 aminoácidos
b) Un dominio extracelular, constituido a su vez por una serie de regiones:
Una región variable de 93 aminoácidos parecida a la de las inmunoglobulinas y con 2 cisteinas implicadas en los puentes disulfuro. Una región de unión constituida por 16 aminoácidos.
Una región constante de 51 aminoácidos que también contiene 2 cisteinas implicadas en puentes disulfuro intracatenarios. Esta región es más pequeña y tiene menos homología con la correspondiente de las inmunoglobulinas (10-15 por 100).
c) Un dominio transmembrana, donde es particularmente significativa la presencia de dos cargas de aminoácidos básicos implicados, probablemente, en el puente de unión de tipo salino con las cadenas del complejo CD3
d) Un dominio intracelular de 5 aminoácidos
Cadena -T
Es una cadena glicosilada básica con 3 sitios de glicosilación. La estructura de la cadena consta de un péptido líder y tres dominios diferenciados:
1.- Dominio extracelular, con una región variable, una de unión y otra que posee 4 cisteínas
2. Dominio transmembrana, región hidrofóbica con un residuo básico para crear un puente salino con las unidades de CD3.
3. Dominio intracelular, formada por 5 aminoácidos.
El complejo CD3
Cadena CD3
CD3 es una glicoproteína, con una porción polipeptídica. Está constituida por tres dominios bien diferenciados :
a) Dominio extracelular, lleva dos oligosacáridos unidos.
b) Dominio transmembrana.
c) Dominio intracitoplasmático, constituido por varios residuos aminoácido
Cadena CD3
Es una proteína no glicosilada. Está constituida por tres dominios: extracelular, transmembrana, de marcado carácter hidrofóbico e intracelular, constituido por dos porciones claramente diferenciadas.
Cadena CD3
Es una glicoproteína. Su estructura es similar a las anteriores y su función se cree que es fundamentalmente estructural y de interacción con otros correceptores (CD2, CD4, CD8).
Cadena CD3 (Zeta)
Tiene una estructura distinta de los otros péptidos del complejo C03, ya que su dominio extracelular consta únicamente de 9 aminoácidos, mientras que el dominio intracelular contiene 112 aminoácidos.
Dentro del dominio citoplasmático de todas las cadenas que forman el CD3 existen unas regiones denominadas ITAM (Immunoreceptor Tyrosine-based Activating Motif) que son ricas en tirosinas y susceptibles de ser fosforadas en el proceso de transducción de señales de activación hacia el interior celular.
Moléculas asociadas al reconocimiento
Las moléculas CD4 y CD8 se expresan de manera excluyente en los linfocitos T maduros que expresan CD4 (linfocitos T cooperadores o CD8 (linfocitos T citotóxicos). Estas moléculas tiene una función estabilizadora uniéndose a las moléculas HLA clase I (linfocitos CD8) o a las moléculas HLA clase II (linfocitos CD4). Estas moléculas se unen físicamente al complejo TCR/CD3, además regulan el proceso de activación al asociarse a una tirosin-cinasa perteneciente a la familia de los protooncogenes que se denominada p56lck a través de la cual transducen la señal al citoplasma de la célula.
La coestimulación
Junto a la señal producida por el TCR, (denominada señal 1) los linfocitos requieren que una señal adicional para activarse completamente: la señal de coestimulación (denominada señal 2). Solamente las células presentadoras de antígeno profesionales son capaces de generar esta segunda señal a los linfocitos. Esta señal es proveída al linfocito por un grupo de moléculas expresadas en su superficie, las moléculas de coestimulación, cuando entran en contacto con ligandos situados en la membrana de las células presentadoras de antígeno. La primera molécula descrita en los linfocitos T es CD28 que se une a CD80 y CD86 situadas en la membrana de las células presentadoras de antígeno.
Además, durante la cooperación celular, el linfocito T CD4 expresa el ligando de CD40 (CD40L) que activa CD40 en la superficie de la célula presentadora de antígeno. Esta interacción da como resultado la sobre expresión de los ligandos de las moléculas de coestimulación en la superficie de la célula presentadora de antígeno como CD80 y CD86.
Las señales de coestimulación promueven, por parte del linfocito, la producción masiva de IL-2, la prevención de la anergia y garantizan la supervivencia del linfocito. Algunas moléculas cumplen con estos criterios pero en el momento presente únicamente CD28 cumple con todas las características como para ser considerada una molécula de coestimulación constitutiva de los linfocitos T.
Sinapsis inmunológica
Cuando una célula presentadora de antígeno penetra en el área de los linfocitos T de los órganos linfoides secundarios, contacta con muchos linfocitos T que pueden reconocer los péptidos que presenta sobre sus moléculas HLA. Se produce en ese momento la formación de conjugados que duran unos minutos, tiempo en el que el TCR del linfocito T entiende la molécula de HLA+péptido que la célula presentadora de antígeno, tiene en su membrana.
Si el TCR es capaz de unirse con una buena afinidad, el contacto continúa. Si no es así el linfocito T CD4 se separa de la célula presentadora de antígeno.
Una vez establecido el contacto, la zona de la interacción entre las dos células va evolucionando generando señales necesarias para la activación de los linfocitos T. En los últimos años las técnicas de microscopia confocal han permitido ver el movimiento y los reagrupamientos de estas moléculas en la sinapsis. La interacción molecular de la sinapsis inmunológica recuerdan las sinapsis de las neuronas. El término de sinapsis inmunológica se ha utilizado para definir esta interacción linfocito T célula presentadora de antígeno. En sentido estricto, la sinapsis inmunológica consiste en poner un complejo de activación supramolecular entre la superficie del linfocito y la célula presentadora de antígeno que contiene numerosas moléculas implicadas en la activación de los linfocitos T.
Constitución de las sinapsis
La unión del TCR con el complejo HLA+péptido es fundamental para la activación del linfocito de T. Sin embargo, este receptor tiene una afinidad débil por una parte, para el complejo HLA+péptido, y por otro lado el TCR y las moléculas HLA son moléculas pequeñas escondidas por moléculas grandes (como la mucina CD43) que forman el glicocálix en la superficie del linfocito y la célula presentadora de antígeno. El glicocálix repele las células a una distancia de 50-100 nm la una de la otra. Para que el TCR y el complejo HLA+péptido contacten, por el problema de su tamaño (son moléculas pequeñas) tienen que estar a una distancia de 15 nm.
Por lo tanto antes de establecerse el contacto entre el TCR y el complejo HLA+péptido se establece una unión membrana a membrana entre las dos células para que el TCR y el complejo HLA+péptido interactúen. Esta interacción se ve favorecida por la entrada en escena de numerosas moléculas de adhesión como LFA-1/ICAM-1, y numerosas lectinas.
El linfocito de T se adhiere a la célula presentadora de antígeno a nivel de las dendritas. Esto le permite comprobar si su TCR puede reconocer el complejo HLA+péptido. Este período dura aproximadamente diez minutos.
- Si el TCR no reconoce el péptido presentado, el linfocito se separan por sí mismo de la célula presentadora de antígeno y busca otro complejo HLA+péptido.
- Si el TCR es específico del complejo HLA+ péptido, una señal inicial es transmitida vía TCR que implica una reorganización total de la arquitectura del linfocito de T que conduce, finalmente, a la maduración de la sinapsis.
Un movimiento extraordinario de moléculas y de orgánulos se produce por efecto del movimiento del citoesqueleto, lo que contribuye a la maduración de la sinapsis inmunológica.
Papel de la sinapsis inmunológica
El papel de la sinapsis inmunológica está siendo exhaustivamente estudiada por su importancia en la respuesta celular. Parece demostrado que constituye un elemento importantísimo en la cooperación ente los linfocitos T y las células presentadoras de antígeno. Secundariamente a la señalización iniciada por el TCR, la sinapsis, mantiene durante un largo periodo de tiempo la transducción de la señal y aporta una modulación por la puesta en juego de numerosas moléculas de señalización, principalmente de coestimulación. La sinapsis inmunológica aumenta, pues las posibilidades de señalización de los linfocitos T mas allá de lo que aporta la señal del TCR.
Activación de los linfocitos T
Afinidad y avidez funcional
Cada linfocito expresa alrededor de10.000 moléculas de TCR, las células presentadoras de antígeno expresan 2000 complejos HLA+péptido diferentes. La afinidad el TCR por el complejo HLA+péptido es débil porque la velocidad de asociación del complejo es lenta comparada con la interacciones recetor/ligando. Por el contrario los linfocitos T son muy sensibles a un número muy pequeño de complejos HLA+péptido, aproximadamente unos cien son suficientes para activar un linfocito TCD4+.
Después del reconocimiento del complejo HLA+péptido por el TCR del linfocito T, una gran cantidad de moléculas y de acontecimientos bioquímicos de señalización intervienen y condicionan la activación del linfocito T.
Desde un punto de vista practico varias moléculas TCR reaccionan con varios complejos HLA+péptido.
La capacidad del TCR para reconocer el complejo HLA+péptido es debido a la afinidad de esta molécula. Pero esta capacidad no es suficiente para configura la sinapsis entre las dos células(linfocito T/ célula presentadora de antígeno). Lo que ocurre es que cientos de moléculas TCR interaccionan con el complejo HLA+péptido. Este capacidad es difícil de evaluar y mide la avidez funcional del TCR (capacidad de reconocimiento). La avidez seria la sensibilidad de la respuesta de los linfocitos hacia el complejo HLA+péptido. Esta respuesta depende finalmente del TCR y de otras muchas señales de otro origen distinto a las que se generan vía TCR.
La activación de los linfocitos T es el resultado de cambios que inducen modificaciones en la actividad de la célula (el metabolismo, celular, modificaciones del citoesqueleto, la inducción de la expresión de genes).
La activación de los linfocitos TCD4 es un proceso particularmente controlado en el momento en el que se inicia la respuesta inmunitaria. La activación condiciona, ciertamente, la naturaleza y la intensidad de la respuesta inmunitaria. Además, este proceso es potencialmente peligroso si la respuesta es inadecuada, demasiado intensa o dirigida contra lo propio.
Una vez que el linfocito T CD4 contacta con el antígeno en la superficie de la célula presentadora de antígeno, se generan varias señales por la célula presentadora de antígeno para inducir la activación del linfocito T y comenzar una respuesta celular adaptativa. Esta cooperación celular permite el intercambio de información que pone en marcha una serie de acontecimientos:
- Interacciones entre las moléculas de membrana presentes en la superficie de las dos células.
- Mediadores solubles reconocidos por los receptores de superficie.
Tres tipos de señales de una gran importancia se generan para conseguir la activación del linfocito de T :
- Una señal 1, específica producida por el TCR cunado reconoce el antígeno
- Una señal 2, de coestimulación
- Un señal 3, de inmunomodulación que proviene de los receptores de las citocinas.
El encuentro entre la célula dendrítica y el linfocito T se hace por quimiotactismo. El contacto se establece entre los dos células por las moléculas de adhesión. Dos parejas de moléculas son conocidas por su papel muy importante en la adhesión: CD2 /LFA y LFA-1/ICAM-1.
Segundos mensajeros
La activación de los linfocitos promueva el disparo de toda una serie de pequeñas moléculas en el citoplasma celular, como las proteína cinasas (PKCs). La misión de estos segundos mensajeros es activar el núcleo celular para producir muevas moléculas como la IL-2, el receptor de la IL-2 y otras muchas.
Consecuencias inmunológicas de la activación de los linfocitos Th
Etapas de la respuesta de los linfocitos Th
1-. Selección clonal y activación. Las células presentadoras de antígeno reclutan a los linfocitos T CD4+ ingenuos capaces de reconocer el complejo HLA+péptido en su superficie. Una cooperación celular se establece para formar finalmente una sinapsis inmunológica necesaria para la activación de los linfocitos T ingenuos. Esta etapa dura unas veinte horas.
2.- Amplificación clonal. Los linfocitos T CD4+ activados se multiplican hasta que forman un clon compuesto por millones de células. La multiplicación comienza 48 después de haber entrado en contacto con el antígeno. El proceso dura 5-8 días. La activación del linfocito conlleva la expresión en su membrana de receptores para IL-2 y la propia síntesis de esta citocina. Esta multiplicación se mantiene por la actividad de CD40L y de CD28.
3.-Diferenciación a linfocitos Th efectores. Bajo la acción de señales de diferenciación los linfocitos se transforman en células efectoras. Después de la transducción de la señal se activan numerosos genes y los linfocitos T expresan nuevas proteínas que les confieren nuevas funciones, como la expresión de receptores de membrana (CD40L), que les permite interaccionar con otras células. Así como la síntesis de numerosa citocinas. Esta diferenciación se debe fundamentalmente a la señal de tipo 3 de inmunomodulación aportada por las citocinas producidas por las células dendríticas. En esta etapa se generan linfocitos Th1, Th2 y T reguladores.
4.-Diferenciación a linfocitos Th memoria centrales. Algunas células adquieren en el transcurso de la respuesta un fenotipo particular. Estas células no participan en la respuesta pero son mantenidas en reserva por el Sistema Inmunitario, sobre todo cuando el antígeno ha sido eliminado. Se piensa que estas células diferencian a partir de células efectoras a medida que el antígeno va desapareciendo. Son células de larga vida que se activaran rápidamente en el momento de un segundo contacto con el antígeno generando una respuesta protectora denominada respuesta secundaria. Estas células se denominan linfocitos Th memoria centrales. Esos linfocitos recirculan permanentemente en los órganos linfoides secundarios. Expresan el receptor CCR7 para chemoquinas como CCL19, CCL21. Estas células son dependientes de IL-7 y de IL-15 para transformarse en células efectoras.
5.- Cooperación de los linfocitos Th efectores con otras células. Los linfocitos Th efectores activan a otras células como los linfocitos B, los linfocitos T citotóxicos y los macrófagos.
6.-Diferenciación a linfocitos Th memoria efectores. Cuando el estímulo antigénico es potente y persistente las células Th efectoras de vida larga se diferencian. Estas células son linfocitos Th memoria efectores. Estas células están en un estado activo y efector. No tienen el receptor CCR7, circulan por los tejidos donde realizan su actividad inmunitaria. Proporcionan una respuesta inmediata contra microorganismos patógenos. Estas células derivan de las células T memoria centrales.
7.- Muerte celular por apoptosis. Los linfocitos Th efectores finalmente mueren por apoptosis. En tanto en cuanto los linfocitos son estimulados por el antígeno, la muerte celular programada esta bloqueada. Cuando el antígeno desaparece los linfocitos T entran en apoptosis. En definitiva se trata de un mecanismo de control de la respuesta que se dispara en el momento de la desaparición del antígeno.
Cuando la presencia del antígeno se prolonga los linfocitos Th efectores expresan FAS-L (CD95-L) que es ligando de FAS (CD95). Los linfocitos Th expresan FAS. La interacción entre FAS y FAS-L desencadena la apoptosis fratricida y los linfocitos Th efectores son eliminados evitándose de esta manera una amplificación células por estimulo antigénico repetido.
8.-Diferenciación de los linfocitos TCD4+
Cuando un linfocito TCD4+ se activa por el contacto de una célula presentadora de antígeno, recibe numerosas señales de inmunomodulación por parte de las citocinas. La acción de las citocinas condiciona la génesis de dos tipos de células T:
Linfocitos Th1. Propician una respuesta de tipo celular. Estos linfocitos se generan como respuesta a los microorganismos intracelulares. Se denominan, también, linfocitos T inflamatorios.
Linfocitos Th2. Estos linfocitos generan una respuesta de tipo humoral como respuesta a gérmenes extracelulares.
Según las señales que reciben los linfocitos en el transcurso de su activación los linfocitos pueden presenta un estadio intermedio diferente a Th1 o Th2, son los linfocitos Th0. Las propiedades de los linfocitos Th0 son intermedias entre los Th1 y Th2. En determinadas condiciones de respuesta aparecen poblaciones celulares reguladoras Tr1 o Th3.
Consecuencias funcionales de la activación
La diferenciación de un linfocito ingenuo en linfocito efector sea de tipo Th1 o de tipo Th2, se acompaña de cambios fenotípicos. Adquieren nuevas propiedades que les permiten recircular para dirigirse a los tejidos. Expresan receptores par quimiocinas inflamatorias y moléculas de adhesión del tipo VLA-4. A su vez secretan citocinas y expresan moléculas de membrana como CD40-L (receptor para CD40) que les permiten comunicarse con otras células del Sistema Inmunitario. Los linfocitos T de memoria central tiene un fenotipo próximo al de las células ingenuas; circulan en el seno de los órganos linfoides secundarios gracias a CD62L y CCR7.
Funciones de los linfocitos T efectores
La función de los linfocitos Th efectores activa y controla la proliferación de las células del Sistema Inmunitario. Esta regulación se debe a la acción de las citocinas que secretan estas células y por la interacción directa con otras células vía CD40L.
Funciones de los linfocitos Th1
Estas células se generan en el transcurso de una respuesta adaptativa contra patógenos intracelulares principalmente. El modelo mejor estudiado es el de la infección por Mycobacterium tuberculosis agente causal de la tuberculosis, Listeria monocytogenes, agente causal de la listeriosis y por Leishmania major microorganismo que produce la leishmaniasis. Estos mecanismo provocan una respuesta inflamatoria aguda, proceso que se puede cronificar e incluso estos microorganismos pueden multiplicarse dentro de los macrófagos con lo que resulta imposible su eliminación.
Los linfocitos Th1 emigran hacia el foco inflamatorio atraídos por las quimiocinas, CCL5, CXCL10 o CCL3.
Esta activación propiciada por el linfocitos Th facilita la actividad de los macrófagos para eliminar a los gérmenes patógenos.
Funciones de los linfocitos Th2
Los linfocitos Th2 generan una respuesta adaptativa de tipo humoral en cooperación con los linfocitos B. Cuando se produce una infección, los linfocitos Th2 interviene directamente, cooperando con los linfocitos B o indirectamente produciendo citocinas, o, interaccionando con los mastocitos, eosinófilos y basófilos.
1.- Organización de los genes del TCR.
2.- Activación de los genes RAG-1 y RAG-2, implicados en el reagrupamiento de los genes del TCR
3.- Exposición de antígenos de superficie específicos de la diferenciación de las células T. Este proceso se puede dividir en una fase precoz en la que las células no expresan TCR o no expresan las moléculas de superficie características de estas células CD4 o CD8 y una segunda etapa tardía en la que la maduración posterior depende de la expresión del receptor de las células T (TCR).
Selección positiva
Una vez constituido el TCR, después del reagrupamiento de las cadenas se expresan las moléculas CD4 y CD8, con lo que el linfocito está en un estado de doble positivo. Estos linfocitos están programados para morir por apoptosis.
Los linfocitos entran en el córtex tímico en contacto con las células epiteliales. Estas células expresan HLA-I y HLA –II. Estas moléculas son los ligandos potenciales para el TCR de los linfocitos. Esta interacción, HLA /TCR genera modificaciones en el TCR del linfocito que hace que el 90% de los linfocito sean incapaces de reconocer las moléculas HLA propias y en consecuencia las células mueren por ausencia de señal, muerte por no reconocimiento. Por el contrario los linfocitos que reconocen con su TCR las moléculas HLA propias con una afinidad suficiente reciben una señal que evita la apoptosis. Este fenómeno se denomina selección positiva. Estos linfocitos quedan restringidos por moléculas HLA en un fenómeno que se denomina restricción alogénica.
Selección negativa
Los linfocitos se ponen también en contacto con las células dendríticas del timo que expresan moléculas HLA clase I y moléculas HLA clase II que están cargadas de péptidos propios. Cuando el TCR del linfocito entra en contacto con las moléculas HLA de estas células pueden ocurrir dos cosas:
1.- El TCR reconoce el complejo HLA/péptido con una fuerte afinidad lo que genera una señal de apoptosis y la muerte del linfocito (no es posible seleccionar linfocitos que reconozcan lo propio, lo destruyan y que circulen por sangre periférica))
2.- El TCR reconoce el complejo HLA/péptido con una afinidad débil, lo que evita la señal de apoptosis y la muerte del linfocito. Este proceso asegura la selección negativa. Los linfocitos que reconocen lo propio con una fuete afinidad son eliminados y los que reconocen con afinidad débil sobreviven constituyendo el repertorio de los linfocitos periféricos.
Complejo TCR/CD3
El complejo TCR/CD3 consta de dos partes bien diferenciadas, tanto estructural como funcional mente:
a) TCR. Es un heterodímero, cuyas dos subunidades proteicas, denominadas y , están unidas covalentemente por puentes disulfuro. Es la porción especifica del receptor, por tanto, polimórfica, y en ella se da la variación clonotípica que va a permitir el reconocimiento de los diferentes antígenos. Existe una variante del TCR que se encuentra en unas pocas células T, formado por cadenas y , con una localización intestinal.
b) CD3. Es la porción invariante del complejo y está formado por al menos 4 monómeros unidos no covalentemente, denominados , , y . El complejo CD3 es el encargado de transmitir la señal del reconocimiento antigénico al interior del citoplasma celular.
Todos los componentes del receptor de la célula T son proteínas de membrana y están formadas por una secuencia: dominio N-terminal extracelular, dominio transmembrana y dominio citoplásmico C-terminal.
Estructura del receptor TCR
Cadena -T
Es una cadena glicosilada, que tiene la siguiente estructura:
a) Un péptido líder de 20 aminoácidos
b) Un dominio extracelular, constituido a su vez por una serie de regiones:
Una región variable de 93 aminoácidos parecida a la de las inmunoglobulinas y con 2 cisteinas implicadas en los puentes disulfuro. Una región de unión constituida por 16 aminoácidos.
Una región constante de 51 aminoácidos que también contiene 2 cisteinas implicadas en puentes disulfuro intracatenarios. Esta región es más pequeña y tiene menos homología con la correspondiente de las inmunoglobulinas (10-15 por 100).
c) Un dominio transmembrana, donde es particularmente significativa la presencia de dos cargas de aminoácidos básicos implicados, probablemente, en el puente de unión de tipo salino con las cadenas del complejo CD3
d) Un dominio intracelular de 5 aminoácidos
Cadena -T
Es una cadena glicosilada básica con 3 sitios de glicosilación. La estructura de la cadena consta de un péptido líder y tres dominios diferenciados:
1.- Dominio extracelular, con una región variable, una de unión y otra que posee 4 cisteínas
2. Dominio transmembrana, región hidrofóbica con un residuo básico para crear un puente salino con las unidades de CD3.
3. Dominio intracelular, formada por 5 aminoácidos.
El complejo CD3
Cadena CD3
CD3 es una glicoproteína, con una porción polipeptídica. Está constituida por tres dominios bien diferenciados :
a) Dominio extracelular, lleva dos oligosacáridos unidos.
b) Dominio transmembrana.
c) Dominio intracitoplasmático, constituido por varios residuos aminoácido
Cadena CD3
Es una proteína no glicosilada. Está constituida por tres dominios: extracelular, transmembrana, de marcado carácter hidrofóbico e intracelular, constituido por dos porciones claramente diferenciadas.
Cadena CD3
Es una glicoproteína. Su estructura es similar a las anteriores y su función se cree que es fundamentalmente estructural y de interacción con otros correceptores (CD2, CD4, CD8).
Cadena CD3 (Zeta)
Tiene una estructura distinta de los otros péptidos del complejo C03, ya que su dominio extracelular consta únicamente de 9 aminoácidos, mientras que el dominio intracelular contiene 112 aminoácidos.
Dentro del dominio citoplasmático de todas las cadenas que forman el CD3 existen unas regiones denominadas ITAM (Immunoreceptor Tyrosine-based Activating Motif) que son ricas en tirosinas y susceptibles de ser fosforadas en el proceso de transducción de señales de activación hacia el interior celular.
Moléculas asociadas al reconocimiento
Las moléculas CD4 y CD8 se expresan de manera excluyente en los linfocitos T maduros que expresan CD4 (linfocitos T cooperadores o CD8 (linfocitos T citotóxicos). Estas moléculas tiene una función estabilizadora uniéndose a las moléculas HLA clase I (linfocitos CD8) o a las moléculas HLA clase II (linfocitos CD4). Estas moléculas se unen físicamente al complejo TCR/CD3, además regulan el proceso de activación al asociarse a una tirosin-cinasa perteneciente a la familia de los protooncogenes que se denominada p56lck a través de la cual transducen la señal al citoplasma de la célula.
La coestimulación
Junto a la señal producida por el TCR, (denominada señal 1) los linfocitos requieren que una señal adicional para activarse completamente: la señal de coestimulación (denominada señal 2). Solamente las células presentadoras de antígeno profesionales son capaces de generar esta segunda señal a los linfocitos. Esta señal es proveída al linfocito por un grupo de moléculas expresadas en su superficie, las moléculas de coestimulación, cuando entran en contacto con ligandos situados en la membrana de las células presentadoras de antígeno. La primera molécula descrita en los linfocitos T es CD28 que se une a CD80 y CD86 situadas en la membrana de las células presentadoras de antígeno.
Además, durante la cooperación celular, el linfocito T CD4 expresa el ligando de CD40 (CD40L) que activa CD40 en la superficie de la célula presentadora de antígeno. Esta interacción da como resultado la sobre expresión de los ligandos de las moléculas de coestimulación en la superficie de la célula presentadora de antígeno como CD80 y CD86.
Las señales de coestimulación promueven, por parte del linfocito, la producción masiva de IL-2, la prevención de la anergia y garantizan la supervivencia del linfocito. Algunas moléculas cumplen con estos criterios pero en el momento presente únicamente CD28 cumple con todas las características como para ser considerada una molécula de coestimulación constitutiva de los linfocitos T.
Sinapsis inmunológica
Cuando una célula presentadora de antígeno penetra en el área de los linfocitos T de los órganos linfoides secundarios, contacta con muchos linfocitos T que pueden reconocer los péptidos que presenta sobre sus moléculas HLA. Se produce en ese momento la formación de conjugados que duran unos minutos, tiempo en el que el TCR del linfocito T entiende la molécula de HLA+péptido que la célula presentadora de antígeno, tiene en su membrana.
Si el TCR es capaz de unirse con una buena afinidad, el contacto continúa. Si no es así el linfocito T CD4 se separa de la célula presentadora de antígeno.
Una vez establecido el contacto, la zona de la interacción entre las dos células va evolucionando generando señales necesarias para la activación de los linfocitos T. En los últimos años las técnicas de microscopia confocal han permitido ver el movimiento y los reagrupamientos de estas moléculas en la sinapsis. La interacción molecular de la sinapsis inmunológica recuerdan las sinapsis de las neuronas. El término de sinapsis inmunológica se ha utilizado para definir esta interacción linfocito T célula presentadora de antígeno. En sentido estricto, la sinapsis inmunológica consiste en poner un complejo de activación supramolecular entre la superficie del linfocito y la célula presentadora de antígeno que contiene numerosas moléculas implicadas en la activación de los linfocitos T.
Constitución de las sinapsis
La unión del TCR con el complejo HLA+péptido es fundamental para la activación del linfocito de T. Sin embargo, este receptor tiene una afinidad débil por una parte, para el complejo HLA+péptido, y por otro lado el TCR y las moléculas HLA son moléculas pequeñas escondidas por moléculas grandes (como la mucina CD43) que forman el glicocálix en la superficie del linfocito y la célula presentadora de antígeno. El glicocálix repele las células a una distancia de 50-100 nm la una de la otra. Para que el TCR y el complejo HLA+péptido contacten, por el problema de su tamaño (son moléculas pequeñas) tienen que estar a una distancia de 15 nm.
Por lo tanto antes de establecerse el contacto entre el TCR y el complejo HLA+péptido se establece una unión membrana a membrana entre las dos células para que el TCR y el complejo HLA+péptido interactúen. Esta interacción se ve favorecida por la entrada en escena de numerosas moléculas de adhesión como LFA-1/ICAM-1, y numerosas lectinas.
El linfocito de T se adhiere a la célula presentadora de antígeno a nivel de las dendritas. Esto le permite comprobar si su TCR puede reconocer el complejo HLA+péptido. Este período dura aproximadamente diez minutos.
- Si el TCR no reconoce el péptido presentado, el linfocito se separan por sí mismo de la célula presentadora de antígeno y busca otro complejo HLA+péptido.
- Si el TCR es específico del complejo HLA+ péptido, una señal inicial es transmitida vía TCR que implica una reorganización total de la arquitectura del linfocito de T que conduce, finalmente, a la maduración de la sinapsis.
Un movimiento extraordinario de moléculas y de orgánulos se produce por efecto del movimiento del citoesqueleto, lo que contribuye a la maduración de la sinapsis inmunológica.
Papel de la sinapsis inmunológica
El papel de la sinapsis inmunológica está siendo exhaustivamente estudiada por su importancia en la respuesta celular. Parece demostrado que constituye un elemento importantísimo en la cooperación ente los linfocitos T y las células presentadoras de antígeno. Secundariamente a la señalización iniciada por el TCR, la sinapsis, mantiene durante un largo periodo de tiempo la transducción de la señal y aporta una modulación por la puesta en juego de numerosas moléculas de señalización, principalmente de coestimulación. La sinapsis inmunológica aumenta, pues las posibilidades de señalización de los linfocitos T mas allá de lo que aporta la señal del TCR.
Activación de los linfocitos T
Afinidad y avidez funcional
Cada linfocito expresa alrededor de10.000 moléculas de TCR, las células presentadoras de antígeno expresan 2000 complejos HLA+péptido diferentes. La afinidad el TCR por el complejo HLA+péptido es débil porque la velocidad de asociación del complejo es lenta comparada con la interacciones recetor/ligando. Por el contrario los linfocitos T son muy sensibles a un número muy pequeño de complejos HLA+péptido, aproximadamente unos cien son suficientes para activar un linfocito TCD4+.
Después del reconocimiento del complejo HLA+péptido por el TCR del linfocito T, una gran cantidad de moléculas y de acontecimientos bioquímicos de señalización intervienen y condicionan la activación del linfocito T.
Desde un punto de vista practico varias moléculas TCR reaccionan con varios complejos HLA+péptido.
La capacidad del TCR para reconocer el complejo HLA+péptido es debido a la afinidad de esta molécula. Pero esta capacidad no es suficiente para configura la sinapsis entre las dos células(linfocito T/ célula presentadora de antígeno). Lo que ocurre es que cientos de moléculas TCR interaccionan con el complejo HLA+péptido. Este capacidad es difícil de evaluar y mide la avidez funcional del TCR (capacidad de reconocimiento). La avidez seria la sensibilidad de la respuesta de los linfocitos hacia el complejo HLA+péptido. Esta respuesta depende finalmente del TCR y de otras muchas señales de otro origen distinto a las que se generan vía TCR.
La activación de los linfocitos T es el resultado de cambios que inducen modificaciones en la actividad de la célula (el metabolismo, celular, modificaciones del citoesqueleto, la inducción de la expresión de genes).
La activación de los linfocitos TCD4 es un proceso particularmente controlado en el momento en el que se inicia la respuesta inmunitaria. La activación condiciona, ciertamente, la naturaleza y la intensidad de la respuesta inmunitaria. Además, este proceso es potencialmente peligroso si la respuesta es inadecuada, demasiado intensa o dirigida contra lo propio.
Una vez que el linfocito T CD4 contacta con el antígeno en la superficie de la célula presentadora de antígeno, se generan varias señales por la célula presentadora de antígeno para inducir la activación del linfocito T y comenzar una respuesta celular adaptativa. Esta cooperación celular permite el intercambio de información que pone en marcha una serie de acontecimientos:
- Interacciones entre las moléculas de membrana presentes en la superficie de las dos células.
- Mediadores solubles reconocidos por los receptores de superficie.
Tres tipos de señales de una gran importancia se generan para conseguir la activación del linfocito de T :
- Una señal 1, específica producida por el TCR cunado reconoce el antígeno
- Una señal 2, de coestimulación
- Un señal 3, de inmunomodulación que proviene de los receptores de las citocinas.
El encuentro entre la célula dendrítica y el linfocito T se hace por quimiotactismo. El contacto se establece entre los dos células por las moléculas de adhesión. Dos parejas de moléculas son conocidas por su papel muy importante en la adhesión: CD2 /LFA y LFA-1/ICAM-1.
Segundos mensajeros
La activación de los linfocitos promueva el disparo de toda una serie de pequeñas moléculas en el citoplasma celular, como las proteína cinasas (PKCs). La misión de estos segundos mensajeros es activar el núcleo celular para producir muevas moléculas como la IL-2, el receptor de la IL-2 y otras muchas.
Consecuencias inmunológicas de la activación de los linfocitos Th
Etapas de la respuesta de los linfocitos Th
1-. Selección clonal y activación. Las células presentadoras de antígeno reclutan a los linfocitos T CD4+ ingenuos capaces de reconocer el complejo HLA+péptido en su superficie. Una cooperación celular se establece para formar finalmente una sinapsis inmunológica necesaria para la activación de los linfocitos T ingenuos. Esta etapa dura unas veinte horas.
2.- Amplificación clonal. Los linfocitos T CD4+ activados se multiplican hasta que forman un clon compuesto por millones de células. La multiplicación comienza 48 después de haber entrado en contacto con el antígeno. El proceso dura 5-8 días. La activación del linfocito conlleva la expresión en su membrana de receptores para IL-2 y la propia síntesis de esta citocina. Esta multiplicación se mantiene por la actividad de CD40L y de CD28.
3.-Diferenciación a linfocitos Th efectores. Bajo la acción de señales de diferenciación los linfocitos se transforman en células efectoras. Después de la transducción de la señal se activan numerosos genes y los linfocitos T expresan nuevas proteínas que les confieren nuevas funciones, como la expresión de receptores de membrana (CD40L), que les permite interaccionar con otras células. Así como la síntesis de numerosa citocinas. Esta diferenciación se debe fundamentalmente a la señal de tipo 3 de inmunomodulación aportada por las citocinas producidas por las células dendríticas. En esta etapa se generan linfocitos Th1, Th2 y T reguladores.
4.-Diferenciación a linfocitos Th memoria centrales. Algunas células adquieren en el transcurso de la respuesta un fenotipo particular. Estas células no participan en la respuesta pero son mantenidas en reserva por el Sistema Inmunitario, sobre todo cuando el antígeno ha sido eliminado. Se piensa que estas células diferencian a partir de células efectoras a medida que el antígeno va desapareciendo. Son células de larga vida que se activaran rápidamente en el momento de un segundo contacto con el antígeno generando una respuesta protectora denominada respuesta secundaria. Estas células se denominan linfocitos Th memoria centrales. Esos linfocitos recirculan permanentemente en los órganos linfoides secundarios. Expresan el receptor CCR7 para chemoquinas como CCL19, CCL21. Estas células son dependientes de IL-7 y de IL-15 para transformarse en células efectoras.
5.- Cooperación de los linfocitos Th efectores con otras células. Los linfocitos Th efectores activan a otras células como los linfocitos B, los linfocitos T citotóxicos y los macrófagos.
6.-Diferenciación a linfocitos Th memoria efectores. Cuando el estímulo antigénico es potente y persistente las células Th efectoras de vida larga se diferencian. Estas células son linfocitos Th memoria efectores. Estas células están en un estado activo y efector. No tienen el receptor CCR7, circulan por los tejidos donde realizan su actividad inmunitaria. Proporcionan una respuesta inmediata contra microorganismos patógenos. Estas células derivan de las células T memoria centrales.
7.- Muerte celular por apoptosis. Los linfocitos Th efectores finalmente mueren por apoptosis. En tanto en cuanto los linfocitos son estimulados por el antígeno, la muerte celular programada esta bloqueada. Cuando el antígeno desaparece los linfocitos T entran en apoptosis. En definitiva se trata de un mecanismo de control de la respuesta que se dispara en el momento de la desaparición del antígeno.
Cuando la presencia del antígeno se prolonga los linfocitos Th efectores expresan FAS-L (CD95-L) que es ligando de FAS (CD95). Los linfocitos Th expresan FAS. La interacción entre FAS y FAS-L desencadena la apoptosis fratricida y los linfocitos Th efectores son eliminados evitándose de esta manera una amplificación células por estimulo antigénico repetido.
8.-Diferenciación de los linfocitos TCD4+
Cuando un linfocito TCD4+ se activa por el contacto de una célula presentadora de antígeno, recibe numerosas señales de inmunomodulación por parte de las citocinas. La acción de las citocinas condiciona la génesis de dos tipos de células T:
Linfocitos Th1. Propician una respuesta de tipo celular. Estos linfocitos se generan como respuesta a los microorganismos intracelulares. Se denominan, también, linfocitos T inflamatorios.
Linfocitos Th2. Estos linfocitos generan una respuesta de tipo humoral como respuesta a gérmenes extracelulares.
Según las señales que reciben los linfocitos en el transcurso de su activación los linfocitos pueden presenta un estadio intermedio diferente a Th1 o Th2, son los linfocitos Th0. Las propiedades de los linfocitos Th0 son intermedias entre los Th1 y Th2. En determinadas condiciones de respuesta aparecen poblaciones celulares reguladoras Tr1 o Th3.
Consecuencias funcionales de la activación
La diferenciación de un linfocito ingenuo en linfocito efector sea de tipo Th1 o de tipo Th2, se acompaña de cambios fenotípicos. Adquieren nuevas propiedades que les permiten recircular para dirigirse a los tejidos. Expresan receptores par quimiocinas inflamatorias y moléculas de adhesión del tipo VLA-4. A su vez secretan citocinas y expresan moléculas de membrana como CD40-L (receptor para CD40) que les permiten comunicarse con otras células del Sistema Inmunitario. Los linfocitos T de memoria central tiene un fenotipo próximo al de las células ingenuas; circulan en el seno de los órganos linfoides secundarios gracias a CD62L y CCR7.
Funciones de los linfocitos T efectores
La función de los linfocitos Th efectores activa y controla la proliferación de las células del Sistema Inmunitario. Esta regulación se debe a la acción de las citocinas que secretan estas células y por la interacción directa con otras células vía CD40L.
Funciones de los linfocitos Th1
Estas células se generan en el transcurso de una respuesta adaptativa contra patógenos intracelulares principalmente. El modelo mejor estudiado es el de la infección por Mycobacterium tuberculosis agente causal de la tuberculosis, Listeria monocytogenes, agente causal de la listeriosis y por Leishmania major microorganismo que produce la leishmaniasis. Estos mecanismo provocan una respuesta inflamatoria aguda, proceso que se puede cronificar e incluso estos microorganismos pueden multiplicarse dentro de los macrófagos con lo que resulta imposible su eliminación.
Los linfocitos Th1 emigran hacia el foco inflamatorio atraídos por las quimiocinas, CCL5, CXCL10 o CCL3.
Esta activación propiciada por el linfocitos Th facilita la actividad de los macrófagos para eliminar a los gérmenes patógenos.
Funciones de los linfocitos Th2
Los linfocitos Th2 generan una respuesta adaptativa de tipo humoral en cooperación con los linfocitos B. Cuando se produce una infección, los linfocitos Th2 interviene directamente, cooperando con los linfocitos B o indirectamente produciendo citocinas, o, interaccionando con los mastocitos, eosinófilos y basófilos.