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IMUNOLOGIA – CAPÍTULO ONZE  

RESPOSTA AO ANTÍGENO: PROCESSAMENTO E APRESENTAÇÃO   

RESTRIÇÃO AO MHC E PAPEL DO TIMO 

Dr Gene Mayer

Tradução: PhD. Myres Hopkins

 

EM INGLÊS
 
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DR MYRES HOPKINS
ESCOLA DE MEDICINA DA UNIVERSIDADE DA CAROLINA DO SUL
  

LEITURA

(EM INGLÊS)
Male et al. Immunology
7th edição  capítulos 7 e pág 40-48

OBJETIVOS
Comparar e diferenciar antígenos reconhecidos pelo TCR e BCR.
Descrever as vias envolvidas no processamento de antígenos endógenos e exógenos
Discutir restrição do MHC ao próprio na apresentação de antígenos às células T
Descrever as principais células apresentadoras de antígenos.
Comparar e diferenciar a apresentação de antígenos convencionais e superantígenos.
Discutir o papel da seleção positiva e negativa no timo na geração de células T com restrição do MHC ao próprio.

PALAVRAS-CHAVE 

Antígeno endógeno
Via do processamento de antígeno de classe I
Proteossomo
Transportador
Antígeno exógeno
 Via do processamento de antígeno de classe II
Cadeia invariante
Restrição do MHC ao próprio
Seleção positiva
Seleção negativa

Figura 1
Via da apresentação de um antígeno sintetizado endogenamente com restrição ao MHC classe I. Um exemplo de tal antígeno seria uma proteína viral produzida na célula como resultado de uma infecção

I. ComparAÇÃO ENTRE BCR E TCR 

Células B e células T reconhecem diferentes substâncias como antígenos e reconhecem de uma forma diferente. A célula B usa a imunoglobulina ligada à superfície da célula como um receptor e a especificidade deste receptor é a mesma da imunoglobulina que ela é capaz de secretar após a ativação. Células B reconhecem os seguintes antígenos na forma solúvel: 1) proteínas (ambos determinantes conformacionais e determinantes expostos pela denaturação ou proteólise); 2) ácidos nuclêicos; 3) polissacarídeos; 4) alguns lipídios; 5) pequenos agentes químicos (haptenos). 

Contrariamente, a esmagadora maioria dos antígenos de células T são proteínas, e estas precisam ser fragmentadas e reconhecidas em associação com produtos do MHC expressos na superfície de células nucleadas, não em forma solúvel. Células T estão agrupadas funcionalmente de acôrdo com a classe de moléculas de MHC que se associa com os fragmentos peptídicos da proteína: células T auxiliares reconhecem apenas aqueles peptídios associados com moléculas de MHC classe II, e células T citotóxicas reconhecem apenas aqueles peptídios associados com moléculas de MHC classe I.


II. PROCESSAMENTO E APRESENTAÇÃO DO ANTÍGENO

Processamento e apresentação do antígeno são processos que ocorrem no interior da célula e que resultam na fragmentação de proteínas (proteólise), associação dos fragmentos com moléculas do MHC, e expressão das moléculas “peptidio-MHC” na superfície onde elas poderão ser reconhecidas pelo receptor de célula T na célula T. Entretanto, a etapa que leva à associação de fragmentos de proteína com moléculas de MHC diferem no MHC classe I e classe II. Moléculas de MHC classe I apresentam produtos de degradação derivados de proteínas intracelulares (endógenas) no citosol. Moléculas de MHC classe II apresentam fragmentos derivados de proteínas extracelulares (exógenas) que estão localizadas em um compartimento intracelular.

1. Processamento e apresentação do antígeno em células expressando MHC classe I.

Todas as células nucleadas expressam MHC classe I. Como mostrado na Figura 1, proteínas são fragmentadas no citosol por proteossomos (um complexo de proteínas com atividade proteolítica) ou por outras proteases. Os fragmentos são então transportados através da membrana do retículo endoplasmático por proteínas de transporte. (As proteínas de transporte e alguns componentes do proteossomo tem seus genes no complexo MHC). A síntese e organização das cadeias pesada e beta2 microglobulina ocorre no retículo endoplasmático. No interior do retículo endoplasmático, a cadeia pesada do MHC classe I, a beta2microglobulina e o peptídio formam um complexo estável que é transportado à superfície da célula.


RECURSOS DA WEB
Animação mostrando degradação e transporte de antígenos que ligam moléculas do complexo principal de histocompatibilidade (MHC) classe I
Requer Flash
 

2. Processamento e apresentação do antígeno em células expressando MHC classe II.

Enquanto todas as células nucleadas expressam MHC classe I, apenas um limitado grupo de células expressam MHC classe II, que inclui as células apresentadoras de antígenos (APC). As principais APCs são macrófagos, células dendríticas (células de Langerhans), e células B, e a expressão de moléculas de MHC classe II é tanto constitutiva como induzível, especialmente pelo interferon-gama no caso dos macrófagos.

Como mostrado na Figura 2, proteínas exógenas incorporadas por endocitose são fragmentadas por proteases em um endossomo. As cadeias alfa e beta do MHC classe II, junto com uma cadeia invariante, são sintetizadas, montadas no retículo endoplasmático e transportadas através do aparelho de Golgi e trans-Golgi para chegar no endossomo, onde a cadeia invariante é digerida, e os fragmentos de peptídios da proteína exógena são capazes de se associar com moléculas de MHC classe II, que finalmente são transportadas para a superfície da célula.
Figura 2
Via de apresentação de um antígeno exógeno com restrição ao MHC classe II

RECURSOS DA WEB
Animação da degradação e transporte de antígenos que se ligam a moléculas do complexo principal de histocompatibilidade (MHC) classe II
Requer Flash

3. Outras informações sobre o processamento e apresentação de antígenos

a. Uma maneira de entender o desenvolvimento de duas vias diferentes é que cada uma delas finalmente estimula a população de células T que é mais eficiente na eliminação do antígeno.

Virus se replicam no interior de células nucleadas no citosol e produzem antígenos endógenos que podem se associar com MHC classe I. Ao matar essas células infectadas, células T citolíticas ajudam a controlar a propagação do virus.

Bacteria reside e se replica principalmente no ambiente extracelular. Ao ser incorporada e fragmentada no interior de células como antígenos exógenos que podem se associar com moléculas de MHC classe II, células auxiliares Th2 podem ser ativadas para ajudar células B a fazerem anticorpos contra bactéria, o que limita o crescimento desses organismos.

Algumas bactérias crescem intracelularmente no interior de vesículas de células como macrófagos. Células T Th1 inflamatórias ajudam a ativar macrófagos para matar a bactéria intracelular.

b. Fragmentos de proteínas próprias, assim como de não-próprias se associam com moléculas de ambas as classes de MHC e são expressas na superfície da célula.

c. Quais fragmentos se ligam é uma função da natureza química da fenda para aquela molécula de MHC específica.
Figura 3
Interações de Restrição do MHC ao próprio de Th/APC.
Figura 4
CTLs virus-específicas de camundongo de uma linhagem A ou linhagem B lisam apenas células alvo singeneicas infectadas com um virus específico. As CTLs não lisam células-alvo não infectadas e não são aloreativas. Análises posteriores mostraram que as CTLs e células alvo devem ser provenientes de animais que compartilhavam alelos de MHC classe I para que o alvo apresentasse antígenos virais às CTLs.
III. RESTRIÇÃO DO MHC AO PRÓPRIO

Para que a célula T reconheça e responda a uma proteína antigênica estranha, ela deve reconhecer o MHC na célula apresentadora como sendo MHC próprio. Isso é chamado restrição do MHC ao próprio. Células T auxiliares reconhecem antígeno no contexto de MHC classe II próprio. Células T citolíticas reconhecem antígeno no contexto de MHC classe I próprio. O processo pelo qual células T se tornam restritas ao reconhecimento de moléculas de MHC próprias ocorre no timo.

Os sistemas experimentais que demonstram a restrição do MHC ao próprio para interações entre célula APC-T auxiliar e para interações MHC classe I-célula T citotóxica são mostrados nas Figuras 3 e 4, respectivamente.
 

Figura 5
Diferenças entre antígeno e superantígeno. Peptídios antigênicos são processados no interior da célula e apresentados na superfície da célula em associação com moléculas do MHC classe II. Eles então estimulam o receptor de célula T em um linfócito. Superantígenos não são processados mas eles se ligam à proteína de MHC classe II e à cadeia beta V do receptor de célula T. Um dado superantígeno ativa uma classe distinta de células T que expressam uma certa cadeia beta V.

Obs.: No caso da interação MHC II-TCR com um peptídio normalmente processado, o reconhecimento do peptídio na molécula de MHC requer os segmentos do TCR V alfa, J alfa, V beta, D beta e J beta. Tal interação ocorre em baixa frequência. No caso da interação MHC II-TCR com um superantígeno não processado, apenas uma dada região V beta é reconhecida. Isso de fato ocorre com uma frequência muito maior. 

IV. CÉLULAS APRESENTADORAS DE ANTÍGENOS

Os três tipos principais de células apresentadoras de antígenos são células dendríticas, macrófagos e células B, embora outras células, que expressem moléculas de MHC classe II, (e.g., células epiteliais do timo) possam agir como células apresentadoras de antígenos em alguns casos. Células dendríticas, que são encontradas na pele e outros tecidos, ingerem antígenos por pinocitose e transportam antígenos para os linfonodos e baço. Nos linfonodos e baço elas são encontrados predominantementemente nas áreas de células T. Células dendríticas são as células apresentadoras de antígenos mais eficientes e podem apresentar antígenos a células não iniciadas (virgens). Além disso, elas podem apresentar antígenos internalizados em associação com moléculas de MHC classe I ou classe II (apresentação cruzada), embora a via predominante para antígenos internalizados é a via de classe II. O segundo tipo de célula apresentadora de antígeno é o macrófago. Essas células ingerem antígenos por fagocitose ou pinocitose. Macrófagos não são tão eficientes na apresentação de antígenos a células T não iniciadas mas eles são muito bons na ativação de células T de memória. O terceito tipo de célula apresentadora de antígeno é a célula B. Essas células se ligam ao antígeno via sua Ig de superfície e ingere antígenos por pinocitose. Assim como macrófagos essas célula não são tão eficientes como as células dendríticas na apresentação de antígeno a células T não iniciadas. Células B são muito eficientes na apresentação de antígeno a células T de memória, especialmente quando a concentração de antígeno é baixa devido às Ig de superfície nas células B se ligarem a antígenos com alta afinidade.

V.  APRESENTAÇÃO DE SUPERANTÍGENOS

Superantígenos são antígenos que ativam células T policlonalmente (ver aula sobre antígenos) para produzir grandes quantidades de citocinas que podem ter efeitos patológicos. Esses antígenos devem ser apresentados às células T em associação com moléculas de MHC classe II mas o antígeno não precisa ser processado. A figura 5 compara como antígenos convencionais e superantígenos são apresentados a células T. No caso de um superantígeno a proteína intata se liga a moléculas do MHC classe II e a uma ou mais regiões Vβ do TCR. O antígeno não é ligado à fenda de ligação ao peptídio da molécula de MHC ou à região de ligação ao antígeno do TCR. Assim, qualquer célula T que usa uma Vβ  particular no seu TCR será ativada por um superantígeno, resultando na ativação de um grande número de células T. Cada superantígeno se ligará a um conjunto diferentes de regiões Vβ.

 

 Figura 6
Células pretímicas entram no timo rudimentar e proliferam como grandes linfoblastos na sua região subcapsular. Os linfoblastos replicam resultando em um pool de células que se diferenciam. Nesse estágio as células se tornam CD8 e CD4 positivas mas a expressão é baixa. Genes do TCR são também rearranjados nessas células e os produtos são também expressos na superfície da célula em baixos níveis. À medida que as células maturam, elas movem para o cortex onde aderem a células epiteliais corticais que são longas e ramificadas, fornecendo uma ampla superfície para interação com outras células. TCRs nas superfícies dos timócitos interagem com as moléculas de MHC nas células epiteliais conduzindo à seleção positiva. As células que não são selecionadas são sujeitas a apoptose e são fagocitadas pelos macrófagos. À medida que os timócitos migram avancando em direção ao cortex do timo, a expressão de CD3, CD4, CD8 e TCR aumenta. TCRs com reatividade ao próprio são deletados devido ao contato com autoantígenos apresentados pelas células dendríticas e macrófagos. Isso conduz à seleção negativa. Células que expressam CD4 ou CD8 aparecem e migram para a periferia através de vasos especializados na região cortico-medular.
IV. PAPEL DO TIMO

Tanto células Th como Tc tem restrição do MHC ao próprio. Além disso, células T normalmente não reconhecem antígenos próprios. Como são geradas células T com restrição do MHC ao próprio e por que não são produzidas células T autorreativas? Rearranjos aleatórios VDJ nas células T poderiam gerar algumas células T que poderiam reconhecer antígenos próprios. É papel do timo se certificar de que somente células T que chegam à periferia tenham restrição do MHC ao próprio e que sejam incapazes de reagir com antígeno próprio. Células T funcionais na periferia têm que reconhecer antígenos estranhos associados com MHC próprio, porque células APC ou células alvo apresentam antígenos estranhos associados com MHC próprio. Entretanto, um indivíduo não precisa de células T funcionais na periferia que reconheçam antígenos (próprios ou estranhos) associados com MHC não-próprio. Um indivíduo especialmente não deseja células T funcionais na periferia que possam reconhecer antígenos próprios associados com MHC próprio porque eles poderiam levar a danos em tecidos sadios, normais.

Como resultado de eventos de recombinação aleatória VDJ que ocorrem em células T imaturas no interior do timo, TCRs de todas as especificidades são produzidos. Processos no timo determinam quais as especificidades de TCR que serão mantidas. Há duas etapas sequenciais mostradas na Figura 6. Primeira, células T com a habilidade de se ligar a moléculas de MHC próprias expressadas pelas células epitelias corticais do timo são mantidas. Isso é conhecido como seleção positiva. Aqueles que não se ligam, entram em apoptose. Assim, células T com a habilidade de se ligar a moléculas de MHC próprias associadas com moléculas próprias expressadas  pelas células epiteliais do timo, células dendríticas e macrófagos são mortas. Isso é conhecido como seleção negativa. Aqueles que não se ligam são mantidos. Como resultado dessas duas etapas, células T tendo um TCR que reconhece MHC próprio e antígeno estranho sobrevivem. Cada célua T que sobrevive a seleção positiva e negativa no timo e é liberada na periferia mantém seu receptor de célula T (TCR) específico.

Enquanto a seleção positiva e negativa está ocorrendo no timo as células T imaturas estão também expressando antígenos CD4 ou CD8 nas suas superfícies. Inicialmente a célula pré-T que entra no timo é CD4-CD8-. No timo ela se torna CD4+CD8+ e à medida que a seleção positiva e negativa se processa a célula se torna ou uma célula CD4+ ou CD8+. O compromisso de se tornar células CD4+ ou CD8+ depende de qual seja a classe de molécula de MHC que a célula encontra. Se uma célula CD4+CD8+ é apresentada com uma molécula de classe I ela irá regular negativamente CD4 e se tornará uma célula CD8+. Se a célula é apresentada com uma molécula de MHC de classe II ela irá regular negativamente CD8 e se tornará uma célula CD4+ (Figura 7).
 

VII. SELEÇÃO NEGATIVA NA PERIFERIA

A seleção positiva e negativa no timo não é um processo 100% eficiente. Além disso, nem todos os antígenos próprios são expressados no timo. Assim, algumas células T autorreativas podem chegar à periferia. Assim, existem mecanismos adicionais elaborados para eliminar células T autorreativas na periferia. Esses serão discutidos na aula de tolerância.

Uma vez que células B não têm restrição ao MHC não há necessidade de seleção positiva de células B. Entretanto, seleção negativa (i.e., eliminação de clones autorreativos) de células B é necessária. Isso ocorre durante o desenvolvimento de célula B na medula óssea. Entretanto, seleção negativa de células B não é crítica como no caso das células T uma vez que, na maioria das vezes, células B requerem a ajuda de célula T para se tornarem ativadas. Assim, se uma célula B autorreativa chega à periferia ela não será ativada devido à falta da ajuda da célula T.


 

  devel.jpg (73590 bytes) Figura 7
Timócitos precursores CD4- CD8- se tornam células duplo positivas, expressando baixos níveis de cadeias alfa e beta do receptor de célula T (TCR). Seleção positiva para a interação com moléculas de MHC-I ou MHC-II próprias ocorre no epitélio cortical. A maioria das células não são selecionadas e entram em apoptose. As células que permanecem inteagem com MHC-I e perdem seus antígenos CD4 ou interagem com MHC-II e perdem seus antígenos CD8. Células autorreativas são então removidas como resultado de suas interações com peptídios antigênicos próprios que são apresentados por células na junção corticomedular com a medula do timo.
 


 

 

CHIME
 
Clique na imagem acima para ver uma estrutura rotatória interativa da estrutura cristalina de um superantígeno ligado à região de alta afinidade e dependente de zinco na molécula de MHC classe II
(requer Netscape e um plugin do Chime. Baixe o Chime aqui)

CHIME
 
Clique na imagem acima para ver uma estrutura rotatória interativa da cadeia beta do receptor de célula T complexado com superantígeno
(requer Netscape e um plugin do Chime. Baixe o Chime aqui)

  

 

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