Mecanismo de presentación antigénica

10.1. CÉLULAS PRESENTADORAS DE ANTÍGENO (CÉLULAS ACCESORIAS).

10.2. PROCESAMIENTO DEL ANTÍGENO: Ag extracelulares e intracelulares.

10.2.1. BIOSÍNTESIS DE LAS MOLÉCULAS DEL MHC.

10.2.1.1. MOLÉCULAS DE CLASE I:

10.2.1.2. MOLÉCULAS DE CLASE II

10.2.2. VÍAS DE PROCESAMIENTO-PRESENTACIÓN DE ANTÍGENOS.

10.2.2.1. LA VÍA ENDÓGENA: PRESENTACIÓN POR MHC-I.

10.2.2.2. LA VÍA EXÓGENA: PRESENTACIÓN POR MHC-II.

10.2.2.3. SEPARACIÓN DE LA VÍA EXOGENA.

10.2.3. CARACTERÍSTICAS DE LOS PÉPTIDOS ASOCIADOS A MOLÉCULAS DE MHC.

10.3. CÉLULAS IMPLICADAS EN EL PROCESO DE PRESENTACIÓN DEL ANTÍGENO EN LOS ORGANOS LINFOIDES.

Para que un linfocito T reconozca un antígeno a través de su TCR hace falta

Procesamiento del antígeno: es la degradación del antígeno proteico hasta péptidos.

Presentación del antígeno procesado: es la asociación de algunos de esos péptidos con moléculas codificadas por genes del complejo principal de histocompatibilidad (MHC).

La respuesta se inicia con la activación de los LT CD4+ que reconocen Ag presentados por las CPA, que expresan MHC-II. Estos LT CD4+ serán, mediante citocinas específicas y la expresión de nuevos Rc, los responsables de continuar y mantener la respuesta de los LB, de los LT CD4+, de los LT CD8+ y la activación de los macrófagos.

La presencia de Ag extraños en el interior de la célula la detectan los LT, por medio del TcR que reconoce péptidos antigénicos unidos al MHC (presentación del Ag) en la superficie de la célula:

El MHC-I presenta Ag virales sobre cualquier célula nucleada infectada. Los Ag son reconocidos por los LT CD8+.

El MHC-II sobre CPA está especializado en la presentación de Ag exógenos captados del medio extracelular por endocitosis o fagocitosis, y que son sometidos a procesamiento endocítico. Los Ag son reconocidos por los LT CD4+.

El reconocimiento del Ag sobre el MHC, por el TcR, es específico de péptido y alelo de MHC (restricción). Para la completa activación celular son necesarios segundas señales esenciales entre LT y CPA.

10.1. CÉLULAS PRESENTADORAS DE ANTÍGENO (CÉLULAS ACCESORIAS).

Las CPA pueden ser tanto células nucleadas enfermas que presenten péptidos de parásitos intracelulares (o de proteínas tumorales) a linfocitos Tc via MHC-I como las células “profesionales” presentadoras de antígenos exógenos a los linfocitos TH vía MHC-II. Sin embargo, a efectos de nomenclatura, a las primeras se les suele designar como células diana, para no confundirlas con las células presentadoras “profesionales” (CPA en sentido estricto):

Grupo Fagocitosis Tipo de célula Localización MHC-II
FAGOCITO (monocito /macrófago) +

+

+

+

+

Monocitos

Macrófagos

Macrófagos zona marginal

Células de Kupffer

Microglia

Sangre

Tejidos

Bazo y ganglios linfáticos

Hígado

Cerebro

Inducible

(+ a +++)

CPA constitutiva no fagocítica

Células de Langerhans

Célula dendrítica interdigitada

Células dendríticas foliculares

Piel

Tejido linfoide

Tejido linfoide

(++)

(++)

(-)

LINFOCITOS LB y LT (activado) Tejido linfoide Inducible

(- a ++)

CPA facultativas +

Astrocitos

Células foliculares

Células endoteliales Fibroblastos

Cerebro

Tiroides

Tejido vascular y linfoide Tejido conjuntivo

(- a ++)

Inducible

(- a ++)

Las CPA o células accesorias participan activamente en la iniciación de la respuesta inmunitaria. Su función es presentar antígenos a los LTCD4+. Las CPA tienen las siguientes características:

a) Capacidad de captar y procesar proteínas del medio extracelular.

b) Expresión de MHC-II, al que se asocia el péptido antigénico, para que sea reconocido por el TcR.

c) Expresión de moléculas de adhesión para aumentar el contacto celular y la baja afinidad de la unión TcR-MHC/péptido.

Molécula del CPA Molécula del Linfocito T
ICAM-1 LFA-1
MHC-II TcR y CD4
LFA-3 CD2 (LFA-2)

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d) Expresión de moléculas co-estimuladoras en la superficie celular (B7.1 y B7.2) o secretadas (IL1), que proporcionan segundas señales.

Citokinas secretadas

Por las CPA

Citokinas secretadas

Por los LT

IL-1

IL-6

TNF-alfa

IL-10

IL-12

IFN-gamma

GM-CSF

IL-4

TNF-beta

Las células mejor conocidas son los macrófagos y las células dendríticas. Los LB pueden presentar Ag y son importantes en las respuestas secundarias. Las CPA facultativas suelen intervenir en estados patológicos como las células foliculares tiroideas en la tiroiditis autoinmunes.

Célula Origen MHC-II Present. de Ag a LT Lugar de presentación
Macrófago Médula ósea Variable CD4+ In situ
Célula dendrítica Médula ósea Alta CD4+

CD8+ (?)

Ganglios linfáticos, bazo, mucosas
Linfocitos B Médula ósea Constitutiva, IL-4 CD4+ Th2 Ganglios linfáticos
Célula Captación de Ag Capacidad de procesamiento Moléculas coestimulatorias Molécula de adhesión Modulación capacidad presentadora
Macrófago Fagocitosis, internalización vía Rc Muy alta Sí. aumenta tras activación IFN-gamma,

IL-10,

TGF-beta,

Célula dendrítica Fagocitosis (?) Captación de péptidos por MHC-II y MHC-I (?) Desconocida: muy eficiente como presentadora Sí. Aumentan tras activación IFN-gamma,

otras citocinas

Linfocitos B Vía Ig de superficie + internalización (100 a 10000 veces más eficaz) Muy alta sí específicas de Ag. Después del procesamiento Sí. Aumenta tras activación IL-4,

IL-13,

IL-10

10.2. PROCESAMIENTO DEL ANTÍGENO: Ag extracelulares e intracelulares.

Sólo el 1% del Ag interviene en la respuesta inmunitaria, y el resto se degrada y se excreta. Es el paso limitador del ritmo de las reacciones inmunitarias.

10.2.1. BIOSÍNTESIS DE LAS MOLÉCULAS DEL MHC.

Las moléculas del MHC son glicoproteínas de membrana que se sintetizan y transportan hasta la membrana siguiendo las rutas establecidas.

10.2.1.1. MOLÉCULAS DE CLASE I:

Son heterodímeros constituidos por una cadena pesada alfa y otra ligera de beta-2 microglobulina que se sintetizan en el RER, donde se unen, formando un heterodímero físicamente inestable en condiciones fisiológicas. Dentro del RE, la cadena alfa se une a la CALNEXINA, que estabiliza el dímero alfa-beta2 microglobulina e impide el transporte fuera del RE de los dímeros que no han unido el péptido antigénico (la calnexina sólo es desplazada por el péptido antigénico). Cuando se une el péptido, se forma un trímero estable que viaja hasta la membrana citoplasmática.

10.2.1.2. MOLÉCULAS DE CLASE II

Constan de dos cadenas (alfa y beta) que forman un heterodímero. Las cadenas se sintetizan en el RER, donde se asocian a una tercera cadena invariante (Ii), formando un trímero. La cadena invariante:

Estabiliza la molécula de MHC-II,

Bloquea la cavidad de unión al péptido dentro del RE y evita que los péptidos derivados de procesamiento citosólico puedan unirse al MHC-II.

Contiene una secuencia señal que dirige al trímero hacia los endosomas, vía aparato de Golgi. La molécula MHC-II pueda viajar desde el REr a un compartimento endosómico de pH bajo donde se encontrará con péptidos derivados de endocitosis/fagocitosis.

10.2.2. VÍAS DE PROCESAMIENTO-PRESENTACIÓN DE ANTÍGENOS.

Hay dos vías principales de procesamiento y presentación antigénica, dando lugar a una especialización de las moléculas de MHC:

– MHC-I: presenta antígenos endógenos.

– MHC-II: presenta antígenos exógenos.

10.2.2.1. LA VÍA ENDÓGENA: PRESENTACIÓN POR MHC-I.

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Los estadios del procesamiento de Ag intracelular son los siguientes:

a) Síntesis del Ag tras la infección. El Ag tiene que estar localizado en el citosol y debe ser sintetizado de novo.

b) Proteolisis de proteínas en el citosol para producir los péptidos antigénicos. Las proteasas que degradan los Ag situados en el citoplasma, están codificados en el MHC-II (LMP) y se encuentran en un orgánulos llamado PROTEOSOMA. Los proteosomas están formados por subunidades polipeptídicas unidas no covalentemente, de proteinasas (endopeptidasas) multicatalíticos que se expresan ubicuamente y se hallan en todo el reino animal. Este complejo es ATP-dependiente y no lisosómico.

c) Transporte de los péptidos al lumen del RE mediado por las proteínas TAP, que están ancladas en la membrana del RE y Golgi. Es un transporte activo dependiente de ATP, selectivo de tamaño (10 aminoácidos del péptido) y secuencia (selección). Las TAP están codificadas dentro de la región MHC-II. El transportador selecciona para su paso al lumen del RER a aquellos péptidos de tamaño y características apropiadas para que luego sean anclados al surco del MHC-I.

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d) Unión de péptidos a moléculas de nueva síntesis de MHC-I para formar complejos MHC-péptido. La unión es específica según alelo. Los péptidos antigénicos de 8 o 9 aminoácidos son los que logran mejor este efecto.

e) Transporte del complejo a la superficie. Las moléculas de MHC-I que no unen péptidos no se transportan a la superficie.

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10.2.2.2. LA VÍA EXÓGENA: PRESENTACIÓN POR MHC-II.

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Los estadios del procesamiento de Ag extracelular son los siguientes:

a) Captación de Ag por las CPA sigue un mecanismo de endocitosis mediada por Rc (Rc de Fc, C3b, de lectinas o Ig de superficie).

b) Internalización del Ag en vesículas intracelulares de bajo pH. El tratamiento de las CPA con agentes lisosomotrópicos (cloroquina o cloruro amónico), alcaliniza las vesículas endocíticas y bloquea la presentación.

c) Procesamiento del Ag, que incluye desnaturalización de la proteína y proteolisis parcial que genera péptidos inmunogénicos. Los péptidos generados se unen a las moléculas de MHC-II en vesículas de bajo pH (endosomas).

d) Por otro lado, los complejos Ii:MHC-II viajan por vesículas hasta un tipo de compartimento ácido, donde permanecen unas 2-4 horas. Durante este tiempo la cadena Ii es rota ordenadamente por proteasas (como la catepsina L) en varios sitios, de modo que la MHC-II queda unida a un fragmento (llamado CLIP) que sigue cubriendo su surco. En algún momento de este proceso la vesícula “ascendente” que contiene CLIP:MHC-II se fusiona con una vesícula “descendente” que contiene péptidos procedentes de endocitosis/fagocitosis de antígenos exógenos.

e) Posteriormente ocurre el desplazamiento de CLIP, debido a que ahora MHC-II se asocia con la molécula HLA-DM (se trata de una forma especial de MHC-II dedicada a esta tarea, y sin capacidad de unir péptidos). Esta misma HLA-DM cataliza ahora la entrada de péptidos al surco de la MHC-II, con lo que éste queda estabilizado. La Unión de los péptidos a moléculas de MHC-II para formar el complejo MHC-II/péptido específico de alelo. La unión es independiente de las proteínas TAP.

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f) Transporte del complejo a la superficie celular. Finalmente el MHC-II unido al péptido termina de hacer su viaje “ascendente”: la vesícula membranosa se fusiona con la membrana celular, quedando expuesto al exterior el complejo MHC-II unido fuertemente al péptido (el pH neutro del exterior estabiliza aún más la unión).

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10.2.2.3. SEPARACIÓN DE LA VÍA EXOGENA.

Como es lógico, las células presentadoras de antígeno (APC) expresan simultáneamente MHC-II (por ser APC profesionales) y MHC-I (por ser células nucleadas somáticas). ¿Cómo evitan estas células que las MHC-II se unan al mismo tipo de péptidos endógenos que deben unirse en el RER a las moléculas de MHC-I? La explicación reside precisamente en el hecho de que el complejo MHC-II es “cubierto” a nivel de su surco por la cadena invariante (Ii), lo que evita que péptidos endógenos procedentes de la ruta citosólica ocupen dicho surco.

Los péptidos se unen fuertemente a las moléculas de clase I. La hendidura de unión es muy pequeña y sólo acoge a péptidos cortos (8-10 aminoácidos) y les impide unirse a proteínas intactas. La hendidura de unión de las moléculas de clase II tiene una configuración abierta que permite la unión de proteínas intactas o péptidos largos. Esta permisividad da lugar a un espectro más amplio de péptidos capaces de unirse a clase II.

El lugar de unión de la molécula de clase II está, hasta llegar a los endosomas, ocupado por un segmento específico de la cadena invariante (Ii), la región CLIP, que impide su reconocimiento por parte de otras proteínas o péptidos residentes o transportados al RE. La disociación por proteolisis del complejo MHC-II/Ii libera el sitio de unión que se une principalmente a proteínas parcialmente degradadas. La unión del péptido induce un cambio conformacional en la estructura del MHC-II que también contribuye a su estabilidad global.

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10.2.3. CARACTERÍSTICAS DE LOS PÉPTIDOS ASOCIADOS A MOLÉCULAS DE MHC.

a) Los ligandos naturales de las moléculas de MHC-I tienen las características siguientes:

– Son secuencias lineales de 8-10 aminoácidos.

– Son específicos de alelos y los péptidos que se unen a cada alelo tienen características estructurales homólogas.

– Los motivos estructurales alelo-específicos se basan en la homogeneidad de los extremos N- y C-terminal.

b) Los ligandos naturales de las moléculas de MHC-II tienen las características siguientes:

– Son más largos que los asociados a MHC-I (10-25 aminoácidos).

No muestran una homogeneidad específica de alelo tan clara.

– Los motivos estructurales alelo-específicos de los péptidos se basan en la homogeneidad de la región central del péptido antigénico.

10.3. CÉLULAS IMPLICADAS EN EL PROCESO DE PRESENTACIÓN DEL ANTÍGENO EN LOS ORGANOS LINFOIDES.

Área CPA Ag Persistencia
Seno subcapsular Macrófagos de la zona marginal Polisacáridos, Ficoll, flagelina ++++
Corteza (folículos y áreas B) Células dendríticas foliculares Inmunocomplejos fijadores de complemento +++
Médula Macrófagos clásicos Mayoría de Ag +
Paracorteza (área T) Células dendríticas interdigitadas Ag sensibilizadores de la piel ++

Los Ag procedentes de la periferia se desplazan por los vasos linfáticos (libremente o sobre las CPA), hasta que llegan a los ganglios linfáticos, donde se mueven selectivamente hacia áreas específicas y estimulan a los linfocitos. Algunos Ags permanecen durante mucho tiempo en los ganglios linfáticos, proporcionando una fuente de estimulación antigénica constante, mientras que otros se degradan con rapidez o se pierden por los linfáticos eferentes.

Las células dendríticas interdigitadas (IDC) son:

– Las más efectivas en la activación de LT CD4+ quiescentes, aunque también pueden ser activadas por LB y macrófagos.

– Las IDC captan el Ag por pinocitosis o lo procesan en la superficie celular.

– Las IDC son más eficaces en promover la proliferación de LT CD4+. Las IDC son las principales CPA en la respuesta primaria.

– Los LB Tienen Ig de superficie que unen Ag, después es endocitado, y presentado asociado en HLA-II. Son las CPA más efectivas cuando la concentración de Ag es baja y en la respuesta secundaria.

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