Células Apresentadoras de Antigénios Processamento Antigénico

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1 Faculdade de Medicina da Universidade do Porto Aula (pseudo)desgravada de Imunologia nº 13 3 de Novembro de 2006 Células Apresentadoras de Antigénios Processamento Antigénico Esquema 1 Imagem 1 Esta experiência, realizada por A. Rosenthal e E. Shevach, mostrou que a proliferação de linfócitos Th ocorria apenas em resposta a antigénios apresentados por macrófagos do mesmo haplotipo que as células T. Na experiência, os macrófagos das cobaias da família 2 foram inicialmente incubados com um antigénio, que foi processado pelos macrófagos e apresentado à sua superfície. Estes macrófagos APC s e Processamento Antigénico. 1

2 foram misturados com células T de cobaias da mesma família (família 2), de uma família diferente (família 13), ou de animais F1 resultantes do cruzamento das 2 (2 x 13), e foi medida a magnitude de proliferação das células T em resposta aos macrófagos activados por antigénios. Os resultados obtidos mostram que os macrófagos activados da família 2 activaram células T da família 2 e F1, mas não os da família 13. Paralelamente, os macrófagos da família 13 activaram linfócitos T da família 13 e F1, mas não os da família 2. Estas experiências confirmaram que linfócitos CD4+ Th são activados e proliferam apenas na presença de macrófagos activados que partilhem os mesmos alelos de MHC classe II. Por isso mesmo as células CD4+ Th são restritas ao MHC de classe II. As células T CD4 + e CD8 + podem reconhecer antigénios apenas quando está presente uma molécula de self-mhc Células Th (CD4 + ) são restritas ao MHC de classe II Células Tc (CD8 + ) são restritas ao MHC de classe I APC s Células Apresentadoras de Antigénios Em 1959 os imunologistas têm dados que sugerem que as células T e B reconhecem antigénios por mecanismos diferentes. Até aos anos 80 pensava-se que as células do sistema imune reconheciam as proteínas antigénicas como um todo, na sua conformação original. No entanto, P. G. H. Gell e B. Benacerraf demonstraram que, enquanto que uma resposta antigénica primária e uma resposta imune celular eram induzidas por uma proteína na sua conformação original, uma resposta antigénica secundária (mediada por células B) apenas podia ser induzida pelo antigénio APC s e Processamento Antigénico. 2

3 original, e uma resposta celular secundária podia ser induzida pelo antigénio quer na forma original, quer na desnaturada. Células que apresentam peptídeos associados a moléculas de MHC de classe I a células CD8+ Tc são denominadas células alvo (target cells). Células que apresentam peptídeos associados a moléculas de MHC de classe II a células CD4+ Th são denominadas células apresentadoras de antigénios (APC s). As células dendríticas são as células apresentadoras de antigénios mais eficazes. Uma vez que estas células expressam constitutivamente um nível elevado de moléculas MHC de classe II e devido à sua actividade co-estimulatória, elas podem activar células TH naive. Os macrófagos precisam de ser activados pela fagocitose de partículas antigénicas antes de poderem expressar moléculas de MHC classe II ou a molécula membranar B7 co-estimulatória. Os linfócitos B expressam constitutivamente moléculas MHC classe II, mas precisam de ser activadas antes de expressar a molécula B7 co-estimulatória. Outras células, classificadas como APC s não profissionais, podem ser induzidas para expressar MHC classe II ou um sinal co-estimulatório. Muitas destas células funcionam como APC s apenas por curtos períodos de tempo, durante uma resposta inflamatória prolongada. APC s e Processamento Antigénico. 3

4 Uma vez que praticamente todas as células nucleadas podem expressar MHC classe I, virtualmente qualquer uma delas pode funcionar como uma célula alvo apresentadora de antigénios a células Tc. Mais frequentemente, células alvo são células que foram infectadas por um vírus ou outro microrganismo intracelular. No entanto, tanto células do próprio alteradas como células cancerígenas, células envelhecidas, ou células alogénicas (diferentes geneticamente) de um transplante podem servir como alvos. Vias de Processamento Antigénico O sistema imune usa duas vias diferentes para eliminar antigénios intracelulares e extracelulares. Os antigénios endógenos (aqueles criados no interior da célula) são processados na via citoplasmática e apresentados na membrana associados a moléculas de MHC classe I; os antigénios exógenos (aqueles captados por endocitose) são processados pela via endocítica e apresentados na membrana com moléculas MHC classe II. Via Citoplasmática Degradação de antigénios endógenos Apresentação dos peptídeos resultantes a moléculas de MHC classe I APC s e Processamento Antigénico. 4

5 Antigénios endógenos Via citoplasmática Para que o antigénio seja degradado é necessário que a este se ligue uma pequena proteína Ubiquitina. Imagem 2 Imagem 2 O conjunto Ubiquitina proteína formado vai ser degradado por um complexo multifuncional proteolítico Proteossoma. Cada proteossoma é uma partícula grande (26S), cilíndrica, consiste em 4 anéis de subunidades proteicas com um canal central de diâmetro Angstrom. O proteossoma pode clivar ligações peptídicas entre 2 ou 3 tipos diferentes de combinações de aminoácidos, através de um processo dependente do ATP. A degradação do complexo ubiquitina-proteína pensa-se que ocorre na parte central do proteossoma. Imagem 3 Imagem 3 APC s e Processamento Antigénico. 5

6 Os peptídeos formados ligam-se preferencialmente a moléculas MHC classe I. Os proteossomas envolvidos no processamento antigénico apresentam 3 subunidades: LMP2, LMP7 e LMP10 (as duas primeiras são codificadas no gene MHC). Estas vão ser induzidas pelo aumento dos níveis da citoquina da célula T IFN-γ. Imagem 4 Imagem 4 Transporte dos peptídeos do citoplasma para o RER A TAP é um heterodímero constituído por duas proteínas: TAP1 e TAP2. Tem múltiplos segmentos transmembranares. Cada TAP1 e TAP2 têm um domínio que projecta para o lúmen do RER e um domínio ATPbinding que projecta para o citosol. Quer a TAP1 como a TAP2 pertencem à família das proteínas ATP-binding cassette que estão presentes nas membranas de muitas células, incluindo as bactérias. Essas proteínas medeiam o transporte dependente de ATP de aminoácidos, açúcares, iões e peptídeos. APC s e Processamento Antigénico. 6

7 A TAP vai mediar assim o transporte dos peptídeos, tendo uma maior afinidade para aqueles que apresentam 8 10aminoácidos, que é a óptima classe peptídica para a ligação com as moléculas MHC classe I. A TAP é óptima para o transporte de peptídeos que se vão ancorar a moléculas de MHC classe I. Transporte dos peptídeos do RER para o Golgi As cadeias α e β 2 -microglobulina da molécula MHC classe I são sintetizadas nos polissomas ao longo do RER. A formação de uma molécula de MHC classe I estável requer a presença de um peptídeo antigénico na fenda de ligação da molécula de classe I. Este processo envolve inúmeros passos e a participação de chaperonas. APC s e Processamento Antigénico. 7

8 - Calnexina proteína membranar do retículo endoplasmático. A calnexina promove a associação da cadeia α da molécula de MHC classe I com a própria calnexina. - Quando a β 2 -microglobulina se liga à cadeia α, há uma libertação de calnexina e a associação do heterodímero cadeia α β 2 -microglobulina às chaperonas calreticulina e tapasina (proteína associada à TAP). - A tapasina vai aproximar o transportador TAP para a proximidade da molécula MHC I e permite que esta adquira um peptídeo antigénico. - Quando o heterodímero cadeia α β 2 -microglobulina se associa à proteína TAP, promove a captura de peptídeos pela molécula de MHC classe I antes que estes fiquem expostos ao ambiente do lúmen do RER. - Os peptídeos que não se ligam à molécula MHC I são rapidamente degradados. - Como consequência da ligação dos peptídeos, a molécula MHC I vai diminuindo a sua estabilidade e vai dissociar-se da calreticulina e da tapasina, saindo do RER, e continuar para o complexo de Golgi. - Existe ainda uma outra chaperona ERp57 que se observou em associação com a calnexina e calreticulina. Contudo, o seu papel ainda não está bem definido, não aparecendo por isso representada neste esquema. Via Endocítica Degradação de antigénios exógenos Apresentação dos peptídeos resultantes a moléculas de MHC classe II Via Citoplasmática vs Via Endocítica O modo como os peptídeos antigénicos se associam à classe I ou classe II das moléculas de MHC é ditado pelo modo de entrada dos mesmos na célula (endógenos ou exógenos) e pelo local de ligação. As APC s podem captar os antigénios por fagocitose, endocitose ou ambas. Os macrófagos utilizam ambos os processos enquanto que as restantes APC s pouco ou nada fagocitam sendo que o processo de captura dos antigénios é feito apenas por endocitose (quer por endocitose mediada por receptores ou por pinocitose). Por APC s e Processamento Antigénico. 8

9 exemplo, os linfócitos B captam os antigénios muito eficazmente usando como receptores anticorpos membranares específicos de antigénios. 1. As cadeias α e β da molécula MHC classe II ligam-se a uma cadeia invariável, bloqueando a ligação de antigénios endógenos 2. O complexo MHC é encaminhado através do Golgi para os compartimentos da via endocítica 3. A cadeia invariável é clivada, deixando o fragmento CLIP 4. Os antigénios exógenos são absorvidos, degradados e encaminhados para os compartimentos da via endocítica 5. HLA-DM medeia troca do CLIP pelo peptídeo antigénico 6. O complexo peptídeo-mhc II é transportado para a membrana plasmática Peptídeos gerados em vesículas endocíticas Após a captura do antigénio, este vai ser degradado em peptídeos dentro dos compartimentos da via endocítica. Na via endocítica parece estarem envolvidos três compartimentos com acidez crescente: APC s e Processamento Antigénico. 9

10 - Endossomas primordiais (ph ) - Endossomas tardios ou Endolisossomas (ph ) - Lisossomas (ph ) Os antigénios capturados vão mover-se dos endossomas primordiais para os endossomas tardios e, por fim, para os lisossomas onde encontram enzimas hidrolíticas e um ph cada vez mais baixo em cada compartimento. Por exemplo, os lisossomas contêm uma colecção única de mais de 40 hidrolases dependentes do ácido, incluindo proteases, nucleases, glicosidases, lipases, fosfolipases e fosfatases. Dentro destes compartimentos, os antigénios são degradados em oligopeptídeos de resíduos, que se vão ligar à molécula de MHC classe II. Uma vez que as enzimas hidrolíticas têm uma actividade óptima em condições ácidas (baixo ph), o processamento antigénico pode ser inibido por agentes químicos que aumentem os níveis de ph desses compartimentos (ex.: cloroquina) ou por inibidores das proteases (ex.: leupeptina). Imagem 5 APC s e Processamento Antigénico. 10

11 Imagem 5 Os antigénios extracelulares (como as bactérias ou antigénios bacterianos) foram captados pelas APC s (como os macrófagos ou células dendríticas imaturas). O ph dos endossomas vai diminuindo progressivamente, o que activa as proteases que residem dentro das vesículas, degradando o material endocitado. A certa altura, o MHC II recém sintetizado passa através destas vesículas e liga-se aos fragmentos peptídeos do antigénio, transportando-os para a superfície celular. Cadeia invariável Uma vez que as APC s expressam ambas as classes de MHC s (I e II), tem de haver um mecanismo para prevenir que as moléculas de MHC II se liguem ao mesmo tipo de antigénios que as moléculas de MHC I. Quando as moléculas de MHC II são sintetizadas no RER, três pares das cadeias alfa beta da classe II associam-se a uma proteína trimérica denominada cadeia invariável. Esta proteína interage com a fenda de ligação peptídica das moléculas da classe II, prevenindo que os peptídeos endógenos se liguem a esta fenda enquanto a molécula MHC II está dentro do RER. A cadeia invariável apresenta sinais no citoplasma da sua cauda que direccionam o transporte dos complexos MHC II do aparelho de Golgi para os compartimentos endocíticos. A cadeia invariável também parece estar envolvida no folding das cadeias alfa e beta da classe II, na sua saída do RER e no consequente encaminhamento das moléculas da classe II a partir do aparelho de Golgi. APC s e Processamento Antigénico. 11

12 CLIP ( (class II associated invariant chain peptide) O CLIP ocupa a fenda de ligação peptídica das moléculas de MHC II, presumivelmente prevenindo uma prematura ligação dos peptídeos antigénicos. HLA DM Imagem 6 APC s e Processamento Antigénico. 12

13 Imagem 6 A cadeia invariável liga a moléculas de MHC classe II recém sintetizadas e bloqueia a ligação dos peptídeos e das unfolded proteínas do RER durante o transporte das MHC II para as vesículas endocíticas. Nessas vesículas as proteases degradam a cadeia invariável, deixando o CLIP ligado ao MHC II. Patogénios e as suas proteínas são degradadas em peptídeos dentro dos endossomas acidificados, mas estes peptídeos não podem ligar-se ao MHC porque este está ligado ao CLIP. A HLA-DM DM, uma classe de moléculas MHC II, liga-se ao complexo MHC II-CLIP, catalizando a o CLIP e fazendo a ligação aos peptídeos antigénicos. Links úteis para sistematizar a matéria: Bem E aqui está mais uma aulita desgravaa. Ups. Desta vez não. Esta não é uma aula desgravada. Isto porque as obras do Anfiteatro Nascente assim o determinaram tornando a audição desta aula simplesmente IMPOSSÍVEL! Esta aula foi baseada no seminário sobre este tema que eu apresentei. Agradeço ao cromo039, panike ou até Nuno (à escolha do freguês) pelo trabalho que tivemos a fazer estes seminário que quase ninguém viu! Cá está uma oportunidade de vir a ser útil. :) Peço desde já desculpas pela quantidade de imagens nesta aula. Não foi de propósito nem tão pouco tenho algo contra os vossos tinteiros mas devem compreender que passar de um ppt para o papel não é assim tão fácil e esta aula é um pouco difícil de compreender sem as imagens por isso aconselho que acompanhem a leitura com as mesmas. ;) A ter em atenção que esta aula NÃO É UMA DESGRAVADA, ou seja, não foi exactamente o que foi dado na aula teórica. Mas serve para termos alguns apontamentos sobre este tema que certamente deve sair na/o frequência/exame, já que esta matéria (bem ou mal) foi dada! E pronto. Quero agradecer a todos aqueles que ajudaram a fazer esta aula: os meus preciosos dedinhos, que mesmo pequenos batem leve, levemente, e por vezes impacientemente nas teclas do meu teclado, fazendo estas obras-primas. Não posso esquecer do PAINT e do ppt (velhos amigos estes)! :p Bem, para imuno ainda falta. Mas fármaco está á aí por isso é melhor ir estudar e deixar-me destas tretas (ou não). Espero que esta aula vos seja útil! Fiz o melhor que pude (num tempo record). Se encontrarem algum erro, não fui eu. Os meus dedos têm super poderes! Mas sempre podem contactar-me: patricia_fernandes99@hotmail.com ou m04028@med.up.pt, sendo que o primeiro é mais seguro! Já agora BOM NATAL e entrem com os dois pés em 2007 (isto de entrar só com o pé direito é discriminação e não gosto cá dessas coisas). Nada de bolos, chocolates e doces que fazem mal aos dentes e não se esqueçam que quando os patinhos vêm Está na hora de ir para a cama! Bom trabalho! Bons exames! Viva MEDICINA! :) Patrícia Fernandes Turma 16 APC s e Processamento Antigénico. 13