Desarrollo de los linfocito

Inmunofisiología
Tema 8: Proceso de desarrollo y diferenciación
de los linfocitos – Generación de linfocitos
inmunocompetentes
• Fases del desarrollo de los linfocitos B y T en la médula ósea y el timo.
• Reordenamiento de genes y expresión del BcR y TcR
• Moléculas de superficie expresadas durante el desarrollo.
• Generación del repertorio de linfocitos inmunoreactivo y autotolerante
(selección positiva y negativa).
• Regulación del desarrollo de linfocitos B y T.
• Anergia.
• Sobrevida y maduración de los linfocitos en los órganos linfoides periféricos.
Heterogeneidad de los linfocitos B y T (B1, B2, BMZ, Tαβ Tγδ)
Diferentes tipos de linfocitos se diferencian a partir
de un progenitor común
Célula NK
Linfocitos T
Timo
Médula
ósea
Progenitor
linfoide
Células NKT
Linfocitos T
γσ
Linfocitos T
αβ
Linfocitos B
bazo
Hígado
fetal
Linfocitos B1
Linfocitos B
(foliculares o B2)
Linfocitos B
ZM
Linfocitos B de la inmunidad innata y adaptativa
• Linfocitos B1
– Se desarrollan en hígado fetal peritoneo cavidad pleural (autorenovación)
– Activación independiente de T
– Secretan anticuerpos naturales IgM con poca diversidad
• Estimulados por polisacáridos repetitivos
– No se diferencian en células memoria
• Linfocitos BZ de la zona marginal del bazo
– Se desarrollan a partir de 1-2 años de edad en la médula ósea
– Activación independiente de T
– Secretan anticuerpos naturales IgM con poca diversidad
• Estimulados por polisacáridos de cápsula bacteriana
• Linfocito B2 o convencionales, foliculares
– Se desarrollan durante toda la vida en el higado fetal - la médula ósea
– Activación dependiente de T
– Secretan Ac muy diversos de todos los isotipos
– Se diferencian en células memoria
Linfocitos de la inmunidad innata
Célula Natural Killer - Linfocito NK
Célula citotóxica que no requiere de una exposición previa o sensibilización al patógeno
– Protección temprana contra bacterias, parásitos intracelulares, control de
infecciones virales y células tumorales
Se originan de HSC en médula ósea circulación de la sangre tejidos
Carece de receptores TcR o BcR / Expresa FcγRIII y receptores de activación e
inhibición
La actividad citotóxica está determinada por:
– La suma de señales de inhibición y activación producidas por receptores
especializados que reaccionan tanto con el MHC-I clásico (HLAA, HLAB; HLAC) como
con MHC-I no clásico (MICA; MICB; HLAE; HLAG) que se expresan bajo estrés
– Células infectadas recubiertas por anticuerpos son reconocidas por FcγRIII y
destruidas por mecanismos efectores ADCC
Dos mecanismos efectores:
– Destruye células infectadas o tumorales mediante: 1) actividad citotóxica natural
exocitosis del contenido de sus gránulos (Granzimas y Perforinas) o por activación de
receptores de muerte 2) ADCC inducido a través de la molécula FcγRIII expresada
por la célula NK
– Produce citocinas y quimiocinas: IFNγγ
Linfocitos T de la inmunidad innata
Célula NKT (TcR αβ):
αβ células reguladoras
•
Las células NKT poseen receptores característicos de las células NK
y expresan también TcR αβ en forma clonal
• El TcR se genera por recombinación somática; poco variable
– Humano: Va24Ja18 / Vb8 o Vb7 o Vb8
– Ratón: Va14Ja18 / Vb11
• Las células NKT son restringidas por moléculas CD1: La restricción
de su TcR no es con MHC de clase I o clase II sino con moléculas
denominadas CD1. Las moléculas CD1 presentan lípidos
• Las células NKT se activan cuando su receptor TcR reconoce lípidos propios o
de origen bacteriano ( Mycobacterias)
• La activación conduce a la inmediata secreción de IFNγ, IL4, IL5, IL10,
IL13, GM-CSF y TNFα
Los distintos tipos de linfocitos actúan en distintos momentos
en el curso de la respuesta inmune
Célula NK
Linfocitos T
Timo
Médula
ósea
Células NKT
Progenitor
linfoide
Linfocitos T γσ
Linfocitos T αβ
Linfocitos B
bazo
Hígado
fetal
Linfocitos B1
Linfocitos B
ZM
Linfocitos B
(foliculares o B2)
Inmunidad adaptativa
células B (foliculares) y T αβ
Linfocitos especializados
NK, NKT, T γδ, B1 y BZ
Inmunidad Innata
Péptidos antimicrobianos
complemento, fagocitosis, etc
segundos
minutos
horas
días
semanas
Los distintos tipos de linfocitos actúan en distintos momentos
en el curso de la respuesta inmune
Célula NK
Linfocitos T
Timo
Médula
ósea
Progenitor
linfoide
Linfocitos T γσ
Linfocitos T αβ
Los linfocitos Tγδ son
solo el 1-5-% de las
células T en circulación
Células NKT
pero son más del 50% de
las mismas en los
epitelios
TcR de diversidad
limitada
Linfocitos B
bazo
Hígado
fetal
Linfocitos B1
Linfocitos B
ZM
Linfocitos B
(foliculares o B2)
Inmunidad adaptativa
células B (foliculares) y T αβ
Linfocitos especializados
NK, NKT, T γδ, B1 y BZ
Inmunidad Innata
Péptidos antimicrobianos
complemento, fagocitosis, etc
segundos
minutos
horas
días
semanas
Los linfocitos T y B generan su diversidad en forma aleatoria y deben
someterse a controles para evitar que reaccionen con lo propio
Célula NK
Linfocitos T
Timo
Médula
ósea
Progenitor
linfoide
Células NKT
Linfocitos T
γσ
Linfocitos T
αβ
Reordenamiento y expresión TcR / Selección
Tolerancia Central
Linfocitos B
bazo
Hígado
fetal
Reordenamiento y
expresión BcR / Selección
Tolerancia Central
Linfocitos B1
Linfocitos B
(foliculares o B2)
Linfocitos B
ZM
Diferenciación de células B
Etapa dependiente e independiente del antígeno
Ag independiente
Médula ósea (adulto): Generación
de linfocitos B inmunocompetentes
(BCR) y autotolerantes
Ag dependiente
Migración de los linfocitos B
maduros de la MO a los órganos
linfoides secundarios
Diferenciación de células B en la médula ósea
antígeno - independiente
Maduración de B en
dirección radial, las mas
maduras ubicadas hacia
el centro del hueso
HSC CLP
Pro B
Pre B
B inmadura
Sinusoides
Endostio del hueso
(superficie interna) con
una capa de
osteoblastos
Hueso
B
Seno venoso
central
inmadura
HSC
Célula
linfoide Pro B
Pre B
Progenitores
Macrófago fagocitando
células B seleccionadas
negativamente
Células B inmaduras
viajan hacia el bazo vía
la circulación
Diferenciación de células B
antígeno - independiente
Las fases iniciales dependen de la interacción entre la célula
linfoide temprana y las células del estroma de la médula ósea
La célula estromal proporciona citocinas (IL-7, SCF, SDF) y contacto directo los
cuales inducen la maduración, proliferación y sobrevida de la célula B precursora.
IL-7
ratón
IL-7R Promueve sobrevida y proliferación de célula B precursora.
SCF: stem cell
factor
SDF: stromal
derived factor
La diferenciación de las células B está determinada por la
expresión de marcadores de superficie y de genes críticos
ProB grande
ProB-DJ
Igα Igβ
HSC
CLP
C-kit
CD43
CD24(HSA)
IL7R
B220 (CD45R)
CD19
Igα/β
SLC (λ5/VpreB)
CD25
RAG-1,2
TdT
IgH (µ)
IgL (κ)
Marcadores de células B
PreB pequeña PreB grande B Inmadura
preBcR
B Madura
sIgM+
sIgM+
sIgD+
Etapas del desarrollo de células B en MO
MÉDULA ÓSEA
HSC
PLC
Pro B
PERIFERIA
Pre B
pre-BCR
Igα Igβ
µ−λ5VpreB
Igα
α
Igβ
β
B Inmaduro
B Maduro
IgM
Igα
Igβ
IgM
IgD
Igα
Igβ
BCR
BCR
µ
c-kithi
Sca1hi
FLT3+
CC9R+
1.Expresión Igα Igβ
2.Expresión de RAG1 RAG2
y TdT
Reordenamiento genes µ
Potencial de desarrollo:
B
T
NK
DC
Monocito
Mastocito
B
1.Expresión preBcR
µ-λ
λ5VpreB/Igα
α Igβ
β
1.Expresión BcR
µ-λ/κ
λ/κ/Igα
α Igβ
β
λ/κ
2.Proliferación
2.Inducción de la
Tolerancia Central:
Selección Negativa
3.Expresión de RAG1 RAG2 y TdT
Reordenamiento genes κ /λ
B
HSC: Célula madre pluripotente hematopoyética
PLC: progenitor linfoide común
B
B
1.Expresión IgD
B
Cadena H: µ, γ, δ, α ,ε
Cadena L: κ, λ
Estadío Pro B
antígeno - independiente
Reordenamiento del gen que codifica la cadena pesada H
1. Expresión Igα- Igβ (trasduce señal del receptor)
Médula ósea
2. Expresión de recombinasas RAG1 /2
3. Expresión TdT (deoxinucleotil transferasa terminal)
•
Reordenamiento del segmento D con el J →(D-J)
•
Reordenamiento del segmento V con DJ→(V-DJ)
4. Exclusión alélica: se expresa la cadena H de un solo alelo
Progenitor
comprometido
Pro-B
al linaje B
IL-7Ra+
IL-7Rα+
Igα
α/Igβ
β+
V
D
J
C
Configuración germinal
(Célula Pro-B)
Unión de D-J en ambos alelos
(DJ-Célula Pro-B)
λ5/VpreB+
RAG-1/2+
TdT+
TdT+
Unión V-DJ, exclusión alélica
(Célula pre-B grande)
Estadío Pre B
antígeno - independiente
Evento clave: expresión del receptor Pre-BcR
1. Expresión del pre-BCR:
µ junto a la cadena L
sustituta (λ5/VpreB)
2. proliferación
3. reordenamiento cadena
liviana de Ig (L)
El rearreglo productivo de la cadena pesada permite
la expresión del receptor pre-B y la continuación de
su programa de desarrollo
Vp
re
Médula ósea
B
PreBcR: µ~(λ5/VpreB) y de µ
l5
Pre B
pre BcR
Iga Igb
µ
Progenitor
comprometido
Pre-B Proliferación
Pro-B
grande
al linaje B
IL-7Ra+
IL-7Rα+
IL-7Rα+
µ+
TdT+
Igα
α/Igβ
β+
Igα
α/Igβ
β+
λ5/VpreB+
λ5/VpreB+
RAG-1/2+
RAG-1/2+
TdT+
Cadena liviana
sustituta
Pre-B
pequeña
Y XXL/IX…X (6-9 aminoácidos) YXXL/I
secuencia ITAM
VpreB
V-λ5
El ensamblado de la cadena H con una
cadena L sustituta: V- λ5 y VpreB
Estadío Pre B
antígeno - independiente
La unión del receptor pre-B con un ligando extracelular induce entrada
al ciclo celular = proliferación
Pre BcR
Pre-B
Proliferación
Pre-B
Pre-B
Pre-B
Pre-B
Pre-B
Pre-B
Pre-B
Pre-B
pre-B
Large
pequeña
pre-B
Se detiene la
proliferación
(Pre-receptor
de B no es
expresado)
Muchas células Pre B
grandes con idéntico
receptor de Ag
B
Immadura
Y
pre-B
grande
Pre-B
IgM
Cadena VDJCH intracelular
Reordenamiento VL-JL
Cadena ligera expresada
IgM expresado en superficie
Estadío B inmadura
antígeno - independiente
Evento clave: expresión del receptor BcR
La célula B tiene varias oportunidades
de reordenar los genes de las Ig exitosamente
Pro B Temprana
DH-JH
Primer
cromosoma
NO
DH-JH
Segundo
cromosoma
Pro B Tardía
SI
SI
VH-DJH
Primer
cromosoma
NO
VH-DJH
Segundo
cromosoma
Pre B
SI
κ Primer
cromosoma
NO
SI
κ Segundo
cromosoma
B
S
SI
NO
λ Primer
cromosoma
NO
NO
NO
B Immadura
λ Segundo
cromosoma
NO
SI
SI
IgMκ
Y
B
IgMλ
Y
B
Estadío B inmadura
antígeno - independiente
Expresión del BcR: IgM
Médula ósea
pre BcR
BcR
Proliferación
Progenitor
comprometido
grande
al linaje B
IL-7Rα+
IL-7Rα+
Igα/Igβ+
Pre-B
Pre-B
Pro-B
mµ
pequeña
Ag
propios
B
inmadura
IL-7Rα+
IL7Rα+
µ+
µ+
µ+
Igα/Igβ+
Igα/Igβ+
Igα/Igβ+
κ + o λ+
TdT+
λ5/VpreB+
λ5/VpreB+
λ5/VpreB+
RAG-1/2+
RAG-1/2+
RAG-1/2+
TdT+
TdT+ o -
RAG-1/2+
SELECCIÓN
NEGATIVA
ESTABLECIMIENTO
DE LA TOLERANCIA
CENTRAL
Selección Negativa: Eliminación
de los linfocitos B autoreactivos
Sale de la médula ósea el
repertorio de células B
autotolerantes
Mecanismos de inducción de la tolerancia
central de las células B
La adquisición de la especificidad antigénica crea una necesidad de chequar el
reconocimiento de antígenos propios
B
Célula B Inmadura
Y
Y
Y
Y
1. Eliminación física del repertorio
2. Parálisis de la función
3. Alteración de la especificidad
Expresa Ig de superficie celular
Capaz de detectar antígenos
No puede ser chequeada su
auto-reactividad
DELECIÓN
ANERGIA
EDICIÓN DEL RECEPTOR
Autotolerancia de células B: deleción clonal
pre-B
pequeña
B
B
B
Immadura
B
YY
célula pre-B Pequeña
Ensambla Ig
Célula B Inmadura
reconoce Ags
propios
MULTIVALENTES
Deleción clonal
De célula B
por apoptosis
Tolerancia a lo propio por la célula B: anergia
IgD normal IgM bajo
Y
IgD
B
Immadura
B
Migra a la
periferia
B
Y
B
YY
Y
pre-B
pequeña
YIgM
IgD
B
Célula pre-B pequeña
ensambla Ig
Célula B Inmadura reconoce
Ags solubles propios en
médula ósea
No ocurre
Entre-cruzamiento
Célula B
Anérgica
IgD
Re-edición del receptor
Un gen de un receptor específico reordenado puede ser sustituido por otro
V
V
V
DJ
C
!!Receptor
reconoce
Antígeno propio!!
Y
B
V
Detención del desarrollo
y reactivación de
RAG-1 y RAG-2
V
B
V
V
Y
B
DJ
Apoptosis
o anergia
C
El receptor re-editado
ahora reconoce un antígeno
diferente y puede ser re-valorada
su especificidad
Durante su desarrollo y circulación, la autoreactividad de la células B es
controlada mediante mecanismos de tolerancia central y periférica
TOLERANCIA CENTRAL
MÉDULA ÓSEA
¿BCR reacciona
con componentes
propios ?
Linfocito B
Inmaduro
Reedición del
receptor
(cadena liviana)
SI
NO
BCR reacciona
NO con componentes
propios ?
El linfocito B inmaduro
recién formado sale a
periferia
PERIFERIA
SI
BCR con nueva
cadena liviana
Eliminación o
anergia clonal
Auto tolerancia de la célula B:
Exportación de la célula B autotolerante
B
YY
Immature
B
IgD
Migra a la
periferia
IgM
YY
B
YY
B
YY
YY
Small
pre-B
IgD and IgM normal
IgD
IgM
IgM
IgD
IgM
IgD
Célula B
Pequeña
Ensambla Ig
Célula B Inmadura
no reconoce
antígenos propios
Célula B Madura
Exportada hacia
la periferia
Las células B inmaduras deben recibir señales adicionales en la
periferia para madurar y constituir el repertorio de células B
vígenes
BAZO
B cell-activating
factor
IgM
BAFF
IgD
Linfocito B maduro virgen que
recircula. Vida media 2-3
semanas
Baja expresión de IgM y alta IgD
IgM
Estas células compiten por el
acceso a los folículos de los
órganos linfoides secundarios
Las células B inmaduras
que dejan la médula ósea.
Vida media 3 días
Las células B inmaduras que no
acceden a los folículos mueren
B
Y
YY
B
YY
YY
YY
Célula B Madura
en la periferia
Célula B reconoce
antígenos no propios
en la periferia
B
Y
Y
Y
YY
YY
YY
YY
Y
YY
Diferenciación de linfocitos B en la periferia
antígeno independiente
Plasmocito secretor
de Ig
Durante su desarrollo y circulación, la autoreactividad de la células B es
controlada mediante mecanismos de tolerancia central y periférica
TOLERANCIA PERIFÉRICA
M
ÉD
LA
U
Ó
A
SE
Eliminación o
anergia clonal
IgM
Linfocito B inmaduro.
No expresa IgD
PERIFERIA
IgM
IgD
IgD
IgM
Linfocito
B maduro
La falta de
colaboración T
induce anergia clonal
BAFF
Alta
expresión de
IgD
Maduración en órganos
linfoides secundarios
Plasmacito
Hipermutación Cambio de
Ig de
MHC II de Secreción de
Somática
isotipo
superficie superficie anticuepos Crecimiento
B
Alto
Si
No
Si
Si
Si
Bajo
No
Si
No
No
No
Célula B
Madura
B
Plasmocito
Desarrollo de B
antígeno - independiente
Médula ósea
BcR
pre BcR
Sangre y
órganos
linfoides
B1
B2
Proliferación
Progenitor
comprometido
grande
al linaje B
IL-7Rα+
IL-7Rα+
Igα/Igβ+
TdT+
Pre-B
Pre-B
Pro-B
mµ
pequeña
BZ
B
inmadura
B
inmadura
IL-7Rα+
IL7Rα+
µ+
µ+
µ+
µ+
Igα/Igβ+
Igα/Igβ+
Igα/Igβ+
Igα/Igβ+
κ + o λ+
κ + o λ+
λ5/VpreB+
λ5/VpreB+
λ5/VpreB+
RAG-1/2+
RAG-1/2+
RAG-1/2+
TdT+
BAZO
TdT+ o -
RAG-1/2+
B maduras
Configuración de los genes que codifican el
receptor de antígeno a lo largo del desarrollo de la
célula B
Médula ósea
pre BcR
BcR
Sangre y
órganos
linfoides
B1
B2
Proliferación
Progenitor
comprometido
Pro-B
al linaje B
Genes H Germinal
D-J
V-DJ
Genes L Germinal
Germinal
Ac super. Ausente
Ausente
Pre-B
grande
mµ
Pre-B
pequeña
BZ
B
B
inmadura
inmadura
B maduras
VDJ
VDJ
VDJ
VDJ
VDJ
Germinal
V-J
VJ
VJ
VJ
IgM
IgM
IgM IgD
Pre BCR intacel.
µ intracel.
Desarrollo de células T
• El desarrollo de las células T y B tienen semejanzas y diferencias
• Semejanzas
– Deriva de una célula hematopoyética de la médula ósea
– Ocurre en etapas sucesivas reguladas
– El receptor de antígeno es producido por recombinación
somática (reordenamiento de genes; RAG1/RAG2, TdT)
– Ambos experimentan procesos de selección en el OLP donde se
establece la Tolerancia Central
• Diferencias
– El proceso de desarrollo de B ocurre en médula ósea mientras
que el de T en el timo
– El TcR tienen restricción por el MHC
– Linfocitos B se producen durante toda la vida /linfocitos T se
Médula ósea
HSC
1
Desarrollo de células T
ELP
Hígado fetal
ELP: Precursor temprano de linfocito
Timo
maduración de células T
Órganos linfoides secundarios
ocurre respuesta inmune
T maduro
2
3
activa mata
Reordenamiento
de genes
Célula T progenitora se
desarrolla en la médula
ósea y migra al timo
Expresión del TcR
Selección positiva y
negativa en el timo
Autotolerancia
Célula T madura migra
a los tejidos linfoides
periféricos
Célula T activada migra
a los sitios de infección
Los linfocitos T se desarrollan en el timo donde generan su TCR y reciben
señales de supervivencia o muerte según como reaccionan con componentes
propios
Linfocitos T
Timo
Médula
ósea
Progenitor
linfoide
Linfocitos T
γσ
Linfocito T
citotóxico
(CD8+)
Péptidos
citosol
Linfocitos T
colaboradores
(CD4+)
TCR
(αβ)
αβ)
CD8
MHC
clase I
Linfocitos T
αβ
MHC
clase II
CD4
Péptidos
extracelulares
o vesiculares
Células
NKT
Durante su desarrollo, los
linfocitos Tαβ son
seleccionados “instruidos”
para reaccionar con
complejos de péptidos
extraños y el MHC propio.
Linfocitos T que reaccionan con pétido-MHC
Las dos clases de MHC tienen estructura 3D similar, pero interactúan con distintos coreceptores y cargan péptidos de distinto origen
MHC Clase I
MHC-I α β
α β
CD8
Dominio β2:
sitio de unión
a CD8
TcR
Péptidos citosólicos
CD3
Linfocito T CD8+
MHC Clase II
α
MHC-II α β2m
CD4
TcR
Péptidos endocíticos
CD3
Linfocito T CD4+
Dominio α3:
sitio de unión
a CD4
Un subgrupo de linfocitos T (T y NKT) reacciona con
moléculas CD1 que presentan lípidos de patógenos o propios
CD1D
CD1A B
C
Respuesta
adaptativa
contra lípidos
E
Linfocitos T
TCR αβ
convencionales
CD1 a, b, c
Lípidos de
patógenos
INF-γγ
e IL4
patógeno
TLR
CD1d
Lípidos
endógenos
IL-12
Célula dendrítica
Células NKT
TCR αβ
invariante
Respuesta
innata contra
lípidos
Desarrollo de células T
• Las células T se originan de una célula hematopoyética (HSC) de la
médula ósea, la cual se diferencia en un progenitor linfoide temprano
que migra al timo donde madura
Hormonas del
Médula ósea
timo
quemoquinas
Timo
Desarrollo de células T en el timo
• Timo
– Órgano linfoide primario encapsulado, ubicado debajo del esternón
– Completamente desarrollado antes del nacimiento
– Aumenta de tamaño hasta la pubertad luego involuciona
– La involución del timo no pareciera tener un impacto sobre la
inmunidad dependiente de T
Síndrome de DiGeorge: carencia congénita de timo
Red de células epiteliales rodeadas
de timocitos en desarrollo
•
Órgano constituido por dos lóbulos
Timo
simétricos recubiertos de una cápsula y
trabéculas de tejido conectivo que dividen
Estructura de un
lóbulo del timo
el órgano en lobulillos
cápsula
El tejido estromal está constituido de
células epiteliales y tejido conectivo
•
Estroma proporciona el microambiente para
Corteza
•
la diferenciación de los linfocitos T
Lobulillo constituido por
trabécula
Endotelio
subcapsular
Unión Cortico medular
– Corteza
• Timocitos inmaduros, células epiteliales
corticales, macrófagos
– Médula interna
• Timocitos Maduros, células epiteliales
medulares, células
dendríticas,macrófagos
Médula
•
Célula
epitelial timocito
cortical
Corpúsculo
de Hassal
macrófago
Célula
Célula
epitelial dendrític
medular
a
El desarrollo de los linfocitos T comienza en la médula ósea, pero los
eventos más importantes ocurren en el timo
Estructura de un
lóbulo del timo
Célula
epitelial timocito
cortical
Corteza
cápsula
trabécula
Endotelio
subcapsular
Médula
Unión Cortico medular
Corpúsculo
de Hassal
macrófago
Célula
Célula
epitelial dendrític
medular
a
Células del estroma tímico
Subcapsula Corteza
Macrófagos
Células Nodrizas
Células
epiteliales
Células
Dendríticas
-/+
++
+
++
++
++
Médula
+
++
+
Durante el desarrollo los linfocitos adquieren los receptores y coreceptores característicos y se diferencian en distintos tipos de células
T CD4+ y T CD8+
Estructura de un
lóbulo del timo
En el caso de los linfocitos T αβ
...
CD4
TCR complex
α
CD8
β
TCR
CD3
γ ε
ζ
Linfocitos
citotóxicos
ζ
α β
Linfocitos
colaboradores
ε δ
CD3
Th
Tc
Las células T maduran en el timo pero
la mayoría de mueren allí
Timo de
ratón
Células
constantes
1-2 x 108
5 x 107 por día
2 x 106 por día
98% de las células mueren en el timo sin inducir inflamación o cualquier
cambio en el tamaño del timo
Los macrófagos tímicos fagocitan los timocitos apoptóticos
T Cell Development, Repertoire Selection and Immune Self Tolerance ©Dr. Colin R.A. Hewitt
El desarrollo de células T se caracteriza cambios
en la expresión de moléculas de superficie
A medida que la célula T madura en el timo cambia la expresión de moléculas
asociadas al TcR y de los co-receptores
Estos cambios pueden ser utilizados como marcadores de su estado de
maduración
Doble
negativa
Doble
positiva
Grande
Doble
Positiva
pequeña
Positiva
simple
CD3/TcRCD4-, 8-
CD3+
TcRβ-chain +
pre-TcRα+ (pTα)
CD4+, 8+
CD3+
TcRαβ +
CD4+
CD8+
CD3+
TcRαβ +
CD4+
γδ
γδTcR+
CD3+
CD4-, 8-
98%
Positiva
simple
CD3+
TcRαβ +
CD8+
T Cell Development, Repertoire Selection and Immune Self Tolerance ©Dr. Colin R.A. Hewitt
El desarrollo de los linfocitos T está signado por cambios de
las moléculas de superficie
Célula progenitora linfoide entra al timo
CD3- CD4- CD8-
CORTEZA
Timocito doble negativo (DN)
DN
• CD3+ CD4- CD8• Decision de diferenciación en
Tαβ o Tγδ
Reordenamiento de genes cadena β
DP
pTα:β
α:β
CD3+
pTα:β
α:β CD3+
CD4+ CD8+
Expresión del preTcR
DP
Timocito doble positivo (DP) expresa pre TcR
MEDULA
• pTα:β CD3+ CD4+ CD8+ (95% de ellos mueren)
Reordenamiento de genes cadena α
α:β CD3+
CD4+ CD8+
Expresión TcR
Selección Positiva Selección negativa
Timocito positivo simple (SP)
• TcR αβ CD3+ CD4+
• TcR αβ CD3+ CD8-
SP
α:β CD3+
CD4+
SP
α:β CD3+
CD8+
Exportación
periferia
Diferentes etapas de desarrollo de los timocitos están
presentes en diferentes partes del timo
Corteza
DN
DN
DN
CD25CD44+
CD25+
CD44+
CD25+, CD44low
DP
DP
DN
CD3+ pTα:β
CD3+ TcRαβ+ CD3+ pTα:β CD25-, CD44-
SP
CD3+ TcRαβ+
CD4+
SP
CD3+ TcRαβ+
CD8+
Timocitos
Doble
Negativos
y Positivos
Inmaduros
Medulla
Timocito
Maduros
Positivos
Simples
T Cell Development, Repertoire Selection and Immune Self Tolerance ©Dr. Colin R.A. Hewitt
Existen cuatro loci que codifican las cadenas α, β, γ y
δ de los TcR
Loci γ y δ
Loci α y β
Locus Cadena α
Locus Cadena δ
δ
Cromosoma humano 14
γ
Cromosoma humano 14
α
Cromosoma humano 14
β
Cromosoma humano 7
Cromosoma humano 7
Reordenamiento de los genes del TcRβ
CD25CD44+
DN
V
CD25+
CD44+
CD25+,
CD44low
DN
D
J
C
Configuración en Línea Germinal
V
DJ
C
V DJ
C
DN
fusion D-J
fusión V-DJ
Región C se empalma a la fusión VDJ y se produce, en el citoplasma, la
cadena-β
No se expresa el TcR en la superficie
T Cell Development, Repertoire Selection and Immune Self Tolerance ©Dr. Colin R.A. Hewitt
Estadíos de desarrollo de células T en el Timo
CD44+ Molécula de asentamiento de precursores T
CD25+ parte del receptor de IL-2
– DN transita por cuatro etapas (DN1-DN4) caracterizadas por la
ausencia o presencia de los marcadores CD44 y CD25
– A medida que madura la DN reordena los genes del TcR y lo expresan en
la superficie de la célula DN4
– Las células DP que expresan ambos marcadores CD4 y CD8 junto con el
TcR son sometidas a procesos de Selección positiva y Selección negativa
para dar origen a linfocitos T simple positivos (SP) maduros
Distintas quimiocinas secretadas por TEC guían la migración de
timocitos dentro del timo a medida que avanza su maduración
HSC
Médula ósea
Subcapsular zone
DN3
CCR9
CLP
CXCR4
CCR7
DN2
cortex
DN1
DN4
DP
Timo
CCR9
EPL
CCR7
DN2
CD4-CD8-
Cortico-medullary
junction
SP
medulla
DN3
Quimiocina
DN4
DP
SP
CD4+CD8+
CD4+
salida
or
Receptor
CXCL12
CD8+
Células
Estromale
s
Timicas
(TEC)
CCL19, 21
CCL25
Señal de salida
CXCR4
CCR7
células T
CCR9
del timo S1P
Linajes del receptor de célula T
• Linajes del receptor de célula T
– Alfa:beta
– Gamma:delta
• “Timocitos comienzan a reorganizar los loci β, γ, δ ”
– Reordenamiento productivo de los genes gamma y
delta
• Receptor gamma:delta
– Reordenamiento productivo del gen beta
• La cadena beta se ensambla junto con una cadena
alfa postiza (pT-alpha) para formar el “receptor
pre T”
• Receptor alpha:beta
Comisionamiento T: La primer decisión que deben tomar los
timocitos en desarrollo es entre su diferenciación hacia
Timocitos CD4- CD8- TCRlinfocitos T αβ o γδ
El rearreglo de los loci γ δ y β
comienza simultáneamente
TCR αβ ο TCR γδ ?
Notch
Notch
Notch
Notch
Reordenamiento y expresión de los genes del TcR
1.Expresión del TcRγδ o del pre-TcR
(β:pTα)
• El 80% de las células DN tienen
reordenamiento productivo del locus
β y expresan la cadena β junto con la
cadena sustituta de α (preTcR=
β:pTα)=Pre TcR
• El 10% de la población DN reordena
los loci γ y δ
2. Las células DN que expresan preTcRβ:pTα detienen la expresión de
los genes rag1 y rag 2 y comienza a
proliferar intensamente
3. Reordenamiento de genes de la
cadena α. Expreción TcR αβ
El comisionamiento hacia la célula Tα:β o célula Tγ:δ es una consecuencia del orden
exitoso del reordenamiento de genes
Von Boehmer Nat Rev Immunol 2005; 5:571
El PreTcR (β:pTα/CD3)
Las señales originadas por el preT
producen los efectos siguientes:
1. Inducen la sobrevida y/o proliferación
de la célula preT
2. Inhiben el reordenamiento del locus β
homólogo en cualquiera de los dos
cromosoma (exclusión alélica)
Exclusion Alélica
TCRβ
paterno
TCRα
materno
paterno
Un alelo se reordena primero.
materno
Ambos alelos se reordenan.
+
productivo
+
El otro alelo TCRβ
es excluido
+
+
No-productivo
El otro alelo se reordena
+
+
+
productivo
Reordenamiento TCRα
No-productivo
Apoptosis
Reordenamiento sucesivo de loci
TCRα durante 3 días
(Edición del receptor)
Comisionamiento DN3 hacia los linajes T γδ y Tαβ
Factores involucrados en la decisión de linaje Linfocito T:
1. El enlace de las citocinas a su receptor induce señales que promueven
la sobrevida de los linfocitos T durante su diferenciación
• IL-7 ~IL7R y c-kit~SCF son indispensable para mantener las DN
• IL-7 necesaria para desarrollo de células B y T, pero no para NK
2. Señalización a través de NOTCH está involucrado en la trascripción
de la cadena pTα del preTcR
Timo del
ratón
5 x 107 por día
2 x 106 por día
¿Cómo el timo selecciona las células
útiles, peligosas o inútiles?
Escoger los útiles de los dañinos e inútiles
Selección Positiva
Retención de los timocitos que expresan TcR
que son RESTRIGIDOS en el reconocimiento
del antígeno por las moléculas MHC propias
Selección de los ÚTILES
Selección Negativa
Eliminación de los linfocitos que expresan TcR
que reconoce antígenos propios presentados por
MHC propio o que no tiene afinidad por las
moléculas MHC propias
Selección de los PELIGROSOS y los INÚTILES
T Cell Development, Repertoire Selection and Immune Self Tolerance ©Dr. Colin R.A. Hewitt
Selección positiva de las células Tαβ
Selección Positiva: Selecciona los timocitos capaces de reconocer
péptidos en el contexto del MHC, se establece la restricción del MHC
1.
Las células DP migran de la subcápsula hacia las células epiteliales de
la corteza (cTEC), las cuales expresan en su membrana moléculas
MHCI y MHCII unidas a péptidos.
2.
Los timocitos DP que interaccionan con un complejo péptido-MHC con
alta o baja avidez, recibe señales de sobrevida y continua su
desarrollo, mientras que los timocitos que no interaccionan con los
complejos MHC- péptidos, no continúan su desarrollo y mueren por
apoptosis.
3.
El proceso de selección positiva asegura que continúen madurando los
timocitos capaces de interactuar de forma apropiada con las
moléculas MHC
SELECCIÓN POSITIVA: En el estadío DP, la cadena α del TCR del timocito
experimenta sucesivos rearreglos hasta ser selecionada positivamente para
interactuar con el MHC-péptido propio o morir
Timocitos CD4- CD8- TCR-
Estructura de un
lóbulo del timo
pre-TCR
TCR γδ
TCR αβ CD4+ CD8+
Periferia
T CD4 CD8
Reactividad hacia
Peptidos propios
MHC I MHC II
ninguna
lípidos
CD1d
ninguna ninguna
intermedio
Continua reordenamiento de α
Muerte por apoptosis
Célula T CD8
intermedio
intermedio
fuerte
Destino del timocito
fuerte
Célula T CD4
Célula NKT
Selección negativa
Muerte por apoptosis
Selección Positiva de célula T con TCR capaz de enlazar
moléculas MHC propias
La interacción del TcR/CD4 o CD8
con la molécula MHC proporciona
una señal de sobrevida para la
célula T
Interacción de TCR/CD8 con MHC-I
CD8 T
DP
CD4
CD8
DP
MHC-I
Célula epitelial cortical (cTEC)
MHC-II
No interacción
Con MHC
CD4
CD8
DP
DP
apoptosis
Interacción de
TCR/CD4 con MHC-II
CD4 T
La Selección positiva apaga la expresión de los genes Rag para
prevenir reordenamiento sucesivo del locus TCRα
α
La selección positiva establecida con un co-receptor particular
apaga la expresión del otro co-receptor.
Selección Negativa
Eliminación de timocitos que expresan TcR que reconoce
antígenos propios presentados por moléculas MHC
propias o que no tienen afinidad por el MHC propio
Selección de PELIGROSO y lo INÚTIL
T Cell Development, Repertoire Selection and Immune Self Tolerance ©Dr. Colin R.A. Hewitt
Selección negativa de las células Tαβ
Selección Negativa: Previene que emigren del timo células que reconozcan
con alta afinidad las moléculas propias. Se establece la autotolerancia
1. Células SP migran hacia la región córtico-medular y médular del
timo, contactan las células dendríticas, macrófagos y TECm que le
presentan péptidos en el contexto de moléculas MHC.
2. Los timocitos SP con TcR αβ que interaccionan con alta avidez con
el péptido-MHC, mueren por apoptosis, mientras que sobreviven
aquellos que lo reconocen con baja avidez
3. En el proceso de selección negativa se eliminan las células autoreactivas del repertorio de linfocitos del individuo, haciéndolo
tolerante a los antígenos del cuerpo (Tolerancia Central)
SELECCIÓN NEGATIVA: Los timocitos que reaccionan con alta afinidad con
complejos MHC-péptido propios mueren rápidamente
Timocitos CD4- CD8- TCR-
Estructura de un
lóbulo del timo
pre-TCR
TCR γδ
TCR αβ CD4+ CD8+
Periferia
Periferia
NKT
TCR αβ invariante
TCR αβ CD8+
TCR αβ CD4+
Los linfocitos Tαβ
αβ que fueron seleccionados
positivamente pasan a una estapa de selección
negativa para evitar que reaccionen con lo propio
La médula del tímo es un sitio especializado para la
selección negativa, las células presentadores
principales son:
Células epiteliales de la médula tímica
Macrófagos y células dendríticas
Expresión de proteínas tejido-específico en el timo => gen AIRE:
Deficiencia: Síndrome autoinmune poliglandular de tipo I
Expresión de genes extratímicos en las
células epiteliales de la médula tímica
gen aire
El timo acepta células T que se encuentran en una
estrecha ventana de afinidad para las moléculas MHC
Inútil
Ignorada
Útil
Peligrosa
Seleccionadas
Positivamente
Seleccionadas
negativamente
Número
De células
Baja
Alta
Interacciones de afinidad del TcR/MHC
T Cell Development, Repertoire Selection and Immune Self Tolerance ©Dr. Colin R.A. Hewitt
La selección positiva y negativa ocurren en distintos
microambientes tímicos
Proliferación
CD3-
Selección Positiva
CD3+ TcRαβ+
Selección Negativa
CD3+ TcRαβ+
SP
CD3+ TcRαβ+
CD8+ o CD4+
Corteza
DN
DP
Célula
Epitelial
Cortical
Doble
Negativas
Inmaduras
y
timocitos
Doble positivos
Médula
DP
Célula Dendrítica
medular
Células epiteliales
Macrófagos
Timocitos
Maduros
Positivos
Simples
T Cell Development, Repertoire Selection and Immune Self Tolerance ©Dr. Colin R.A. Hewitt
Aire es requerido para la expresión de un conjunto de
genes tejidos específicos expresados en mTEC para la
selección negativa
mTEC transcriben
genes que se expresan
en tejidos de la
periferia.
AIRE es un regulador
de la trascripción de
genes tejido
específicos
Autotolerancia
Expresión de proteínas tejido-específico en el timo => gen AIRE:
Deficiencia: Síndrome autoinmune poliglandular de tipo I
Desarrollo de linfocitos T
• Un pequeño porcentaje de células T αβ sobrevive a la
selección positiva y negativa
• Linfocito T maduro recircula entre la sangre y los
tejidos linfoides secundarios
• Linfocitos T maduros tienen vida mas larga que los
linfocitos B
La exigente selección que ocurre en el timo durante el desarrollo de los
linfocitos T determina que solo un pequeño porcentaje termine siendo
exportado a la periferia
100 %
Timocitos CD4- CD8- TCR-
TCR αβ CD4+ CD8+
Selección positiva
Selección negativa
•
Un pequeño porcentaje de células T αβ
sobrevive a la selección positiva y negativa
•
2-3 %
•
TCR αβ CD8+
TCR αβ CD4+
Linfocito T maduro recircula entre la sangre y
los tejidos linfoides secundarios
Linfocitos T maduros tienen vida mas larga que
los linfocitos B
TOLERANCIA PERIFÉRICA: Los linfocitos T vírgenes que abandonan el timo se
vuelven anérgicos si reaccionan con alta afinidad con péptidos-MHC propios
Tejido
Migración basal al ganglio
desde tejidos sanos
Migración al ganglio en
condiciones de inflamación
Órgano linfoide
secundario
Órgano linfoide
secundario
Ausencia
de B7
Anergia
Las células en estado de anergia no responden ante un nuevo encuentro
con el antígeno aun en condiciones en las que normalmente se activaría
Activación
Las células T reguladoras (TREG) son un mecanismo adicional de control
de la tolerancia a lo propio
Las TREG inhiben la respuesta de las células T CD4 o CD8 a través de la secreción
de IL-10, TGF-b y contactos célulares de forma antígeno específica
La IL6 producida por la respuesta innata contrarresta su
efecto impidiendo que inhiban la respuesta en la infección
Las células TREG se generan en timo y alternativamente en la periferia
IL-10, TGF-β
β
iTREG
TGF-β, IL-4
IL-10
TGF-β
β
IL-10
TH3/TR1
Célula Dendrítica con
fenotipo regulador
PERIFERIA
La mayoría de la Treg se generan en el timo a partir de
timocitos CD4+ autoreactivos, como un destino
alternativo a su muerte durante la selección negativa, y
llegan a ser 10-15% de los T CD4 en circulación
TIMO
Etapas de desarrollo de células T
Médula
ósea
PLC
Timo
Sangre
PLT
PLT
DN1
DN3
DN2
Pre TcR
T γδ
DN4
Pre TcR
DP
SP T αβ
TcR CD4+ CD8+
T CD8
T CD4
c-kithi
Sca1hi
FLT3+
CC9R+
Proliferación
Reordenamiento
Reordenam
genes β
iento
Expresión preTcR
genes α
Proliferación
Inducción de la
Tolerancia
Central:Selección
positiva y negativa
T reg
NKT
Potencial de desarrollo:
T
NK
DC
Monocito
Mastocito
T
T
NK
NK
DC
Monocito
Mastocito
Parámetros de
citometría de flujo
PLC: Progenitor linfoide común
PLT: Progenitor linfoide temprano
T
DN: CD4-CD8-
T
Punto
chequeo
T
DP:
CD4+CD8+
T
SP: CD4+
o
CD8+