Timo (T) Linfócitos da Medula Óssea Humana - Explicado (com Figuras)

Os linfócitos T se desenvolvem a partir das células-tronco hematopoiéticas na medula óssea. As células T progenitoras liberadas da medula óssea para a circulação sanguínea são células T imaturas.

As células progenitoras entram então em um órgão chamado timo. A maturação adicional das células T ocorre no timo.

Subpopulações de células T (células T auxiliares e células T citotóxicas):

Entre as células T, existem duas sub-populações funcionalmente diferentes e cada população tem seus próprios marcadores de superfície. Essas subpopulações de células T também são chamadas de subconjuntos de células T.

1. As células T que expressam moléculas de proteína chamadas CD4 em suas membranas celulares são chamadas células T auxiliares (células T _H / células T CD4 ⁺ ; células CD2 ⁺ CD3 ⁺ CD4 ⁺ CD8). As células T _H promovem as funções imunológicas de outros tipos de células, como células B, células Tc e macrófagos.

2. As células T que expressam moléculas de proteína CD8 em suas membranas celulares são chamadas de linfócitos T citotóxicos ou linfócitos T citolíticos (células Tc ou CTLs; células CD2 ⁺ CD3 ⁺ CD8 ⁺ CD4 ^- ). As células Tc desempenham um papel importante na morte de células infectadas por vírus, células cancerígenas e células de órgãos transplantados.

Fig 12.1:

Os linfócitos T são produzidos por células-tronco hematopoiéticas na medula óssea. Os linfócitos T liberados da medula óssea para a circulação não são linfócitos T maduros e são chamados de linfócitos T progenitores. Os linfócitos progenitores T entram no timo, onde o desenvolvimento de linfócitos T é concluído. A célula progenitora T que entra no timo não expressa moléculas CD4 e CDS em sua superfície celular (e, portanto, chamadas células duplamente negativas; CD4 ^- CD8 ^- ).

À medida que a célula se desenvolve, ambas as moléculas CD4 e CDS aparecem em sua superfície (e, portanto, a célula é chamada de célula duplamente positiva; CD4 ⁺ CD8 ⁺ ). À medida que a célula se desenvolve mais, a célula desliga a expressão da molécula CD4 ou CDS e expressa qualquer uma das moléculas na superfície celular (e, portanto, chamada célula positiva única; CD4 ⁺ CD8 ^- ou CD4 ^- CD8 ⁺ ). Células T maduras, isoladas, são liberadas do timo para a circulação sanguínea

Cerca de 70 por cento das células T humanas são células T auxiliares (também denominadas C04 ⁺ T) e 25 por cento são células T citotóxicas (também designadas por células CD8 ⁺ T). Cerca de 4% das células T não expressam moléculas de CD4 e CDS em suas membranas celulares. Estas células T CD4 ⁺ CD8 ^- são chamadas como linfócitos T duplos negativos. Eles expressam uma forma diferente de receptor de célula T composto de polipéptidos y e 5. Restantes 1% das células T expressam moléculas CD4 e CDS e são chamadas de células T duplamente positivas (CD4 ⁺ CD8 ⁺ ). As funções de células T duplamente positivas e células T negativas duplas não são conhecidas.

Receptores de Células T (TCRs):

O sucesso das respostas imunes depende da capacidade notável dos linfócitos de reconhecer os antígenos que entraram no hospedeiro. As maneiras pelas quais as células T e as células B reconhecem os antígenos são diferentes. Os linfócitos T não reconhecem os antígenos diretamente por si mesmos. A célula T precisa da ajuda de outra célula (chamada célula apresentadora de antígeno-APC) para apresentar o antígeno de forma adequada à célula T.

(Por outro lado, as células B não requerem que as células apresentadoras de antígenos apresentem o antígeno a elas. As células B se ligam diretamente aos antígenos através de seus receptores de imunoglobulina de superfície. Incidentalmente, a própria célula B atua como uma APC na célula T auxiliar).

O receptor da célula T (TCR) na membrana citoplasmática da célula T é um complexo de pelo menos oito cadeias polipeptídicas (Fig. 12.2). As cadeias polipepticas? E? De TCR ligam-se ao ptido antigico apresentado por APC. As outras seis cadeias polipeptídicas de TCR são chamadas de complexo CD3. O complexo CD3 está envolvido na transdução de sinal da combinação antigénio-TCR na célula T. Os sinais intracelulares levam à ativação da célula T.

As cadeias α e β do TCR são cadeias polipeptídicas trans-membranares ancoradas à membrana das células T. Cada cadeia possui três regiões denominadas região extracelular, região trans-membrana e região intracelular (ou cauda citoplasmática). A porção extracelular de cada cadeia é dobrada em dois domínios (semelhantes aos domínios de imunoglobulina), denominados domínio variável e domínio constante. O domínio variável em uma cadeia é chamado de domínio Vα e o domínio variável na cadeia P é chamado de domínio Vβ.

O domínio da região constante da cadeia α é chamado Ca e o domínio constante da cadeia P é chamado Cp. Semelhante à região variável da molécula de imunoglobulina, a região variável do TCR tem três regiões hiper variáveis (equivalentes às CDRs no anticorpo). As cadeias α e β estão ligadas a cada uma por ligações dissulfureto entre as suas sequências de região constante.

Fig. 12.2:

Receptor de células T. O receptor de células T na célula T é um complexo de oito cadeias polipeptídicas. As porções extracelulares das cadeias α e β são dobradas em domínios conhecidos como domínios variáveis (Vα e Vβ) e domínios constantes (Cα e Cβ).

Os domios varieis nas cadeias? E? Ligam-se ao complexo peptico do antigio MHC de classe II na cula apresentadora de antigio. Os restantes 3 conjuntos de polipéptidos constituem em conjunto o complexo CD3. Existem dois homodï¿½eros de cadeia de? Zξ (zeta), dois heterodï¿½eros de cadeia? (Gama e epsilon) e dois heterodï¿½eros de cadeia e5 (epsilon e delta).

Os domios citoplasmicos das cadeias CDS cont um ou mais motivos de activao baseados na tirosina do receptor imunitio (ITAMs). O complexo CDS converte o reconhecimento de antígeno pelas cadeias a e p em sinais transmembrana

O terminal amino (isto é, o domínio variável) das cadeias α e β do TCR, que se liga ao antígeno, é polimórfico. Portanto, há um grande número de diferentes formas de cadeias α e β. Novamente diferentes combinações de cadeias α e β levam à formação de diferentes TCRs. Cada TCR pode ligar-se apenas a um antígeno específico. Como existem numerosas formas de TCRs, o sistema imunológico possui TCRs para vários antígenos diferentes.

O complexo CDS consiste em 3 pares de cadeias polipeptídicas [homodímeros da cadeia ξξ (zeta), heterodimas da cadeia γɛ (gama e epsilon) e heterodímeros da cadeia e6 (epsilon e delta)]. As longas caudas citoplasmáticas das cadeias CDS contêm uma sequência comum, o motivo de ativação baseado em tirosina imunorreceptor (ITAM). O local do IT AM interage com resíduos de tirosina e desempenha um papel importante na transdução de sinal.

Ativação de células T e funções de células T:

Praticamente qualquer célula do corpo pode atuar como célula apresentadora de antígeno (APC) à célula T. No entanto, certos tipos de células (macrófagos, células dendríticas, células de Langerhan e células B) são especialmente adotados para este fim e são referidos como APCs profissionais.

O fragmento de peptídeo antigênico de bactérias ou vírus é complexado a uma molécula de proteína na APC chamada molécula do complexo principal de histocompatibilidade (MHC). O complexo do péptido antigénio-molécula do MHC é transportado para a membrana celular e expresso na membrana celular da APC. O TCR (na célula T) liga-se ao complexo peptídeo-antígeno do MHC (na superfície da APC) e esta ligação ativa a célula T.

Eu. As células T auxiliares são ativadas após a ligação ao complexo de antígeno de classe II do MHC apresentado por APCs profissionais (como macrófagos, células dendríticas e células B).

ii. As culas T citoticas s activadas ap ligao ao complexo do antigio MHC classe I apresentado por culas infectadas por vus ou culas cancerenas.

Ativação Helper T _H Cell:

A ativação da célula T auxiliar requer pelo menos dois sinais (Fig. 12.3):

uma. A ligação do receptor de células T (TCR) de células T _H com o complexo de antígeno de classe I do MHC (presente em APC) fornece o primeiro sinal:

Eu. As cadeias α e β do TCR (da célula T _H ) ligam-se ao antigénio no complexo do antigénio do MHC de classe 11 e

ii. A molï¿½ula CD4 da cï¿½ula T _H liga-se ao domï¿½io ₂ da molï¿½ula da classe II do MHC.

b. Acredita-se que o segundo sinal (chamado sinal co-estimulador) seja fornecido pela ligação de uma molécula de proteína separada na célula _TH com uma molécula de proteína na APC. CD28 é uma molécula de proteína de superfície em células T _H. B7 é uma molécula de proteína de superfície em APC. A ligação entre o CD28 nas células T _H e o B7 no APC fornece o segundo sinal para as células T _H. Outras proteï¿½as de superfï¿½ie em cï¿½ulas T _H e APC tambï¿½ podem mediar a co-estimulaï¿½o de cï¿½ulas T _H.

Após a ativação pelos dois sinais, a célula T _H começa a secretar uma citocina chamada interleucina-2 (IL-2) e também expressa os receptores IL-2 (1L-2R) em sua superfície. Os receptores IL-2 e IL-2 são essenciais para a proliferação e diferenciação de células T ativadas. A IL-2 segregada pela célula T _H liga-se ao receptor da IL-2 da mesma célula TH, que a secretou (um fenômeno conhecido como efeito autócrino). A célula T ativada se divide de 2 a 3 vezes ao dia por cerca de 4 a 5 dias, resultando na geração de um grande número de células; algumas das células filhas se diferenciam em células T _H efetoras e outras se diferenciam em células T _{H de} memória.

As células Effector T _H têm uma vida útil curta (alguns dias a algumas semanas). As células T efectoras _H também exibem várias outras moléculas de superfície nas suas superfícies (tais como moléculas de CD25, CD28, CD29, CD40L, classe II do MHC e receptores de transferritina). Acredita-se que as células de memória T _H vivem por mais tempo.

Figs. 12.3A e B: Ativação dos linfócitos Helper T.

(A) Ligação entre moléculas de superfície em células T _H e APC durante a ativação de células T _H. As regis varieis nos domios V? E V? Das cadeias? E? De TCR ligam-se ao complexo peptico do antigio do MHC de classe II apresentado pelo APC. As cadeias polipeptídicas do complexo CD3 convertem o reconhecimento de antígeno pelas cadeias α e β em sinais trans-membrana. A cadeia CD4 da célula T _H liga-se ao domínio p2 da molécula de MHC de classe II. O sinal de co-estimulação para a activação de células T é proporcionado pela ligação da molécula CD28 em células TH com a molécula B7 em APC.

Para além destas ligações, outras moléculas de superfície em células T _H e APC também podem participar na activação de células TH. (B) ativação de células T e interleucina-1. As ligações entre células T _H e APC levam à secreção de IL-1 pela APC. A IL-1 actua na APC secretor de IL-1 (conhecida como efeito autócrino) e na célula TH próxima (conhecida como efeito parácrino).

O efeito autócrino da IL-1 leva ao aumento da expressão superficial de moléculas de MHC e moléculas de adesão na APC. O efeito parácrino da IL-1 nas células T _H leva ao aumento da expressão do receptor de IL-2 nas células T _H e ao aumento da secreção de IL-2 pelas células T _H

Ativação de Interleucina-I e T _{H em} Células:

O contato célula a célula entre células T _H e APC leva à ativação de células T _H. Ao mesmo tempo, o contato célula a célula também leva à secreção de uma citocina chamada interleucina-1 (IL-1) pela APC. A IL-1 parece ter efeitos autócrinos (na APL secretor de IL-1) e parácrinos (nas células TH próximas).

A ação autócrina da IL-1 aumenta a expressão da superfície das moléculas do MHC e de várias moléculas de adesão na APC, o que ajuda em um contato célula-célula mais forte entre a APC e a célula T _H. Assim, a IL-1 auxilia na melhor apresentação de antígeno às células T _H. A IL-1 também actua na célula T _H próxima e promove a secreção de IL-2 e a expressão do receptor de IL-2 pelas células _TH . Assim, a IL-1 também ajuda na proliferação de células T _H ativadas (Fig. 12.3).

Duas outras citocinas, fator de necrose tumoral (TNF) e interleucina-6 (IL-6) secretadas por APC também sinergizam com IL-1 e ajudam na proliferação de células T _H. [Assim, o contato célula-célula entre células T _H e APC tem efeitos bidirecionais (isto é, células T _H são ativadas por APC; ao mesmo tempo, APC é induzida por células T _H para secretar citocinas como IL-1)].

Funções das células T _H ativadas:

As células efetoras T _H secretam muitas citocinas e as citocinas atuam sobre muitos tipos de células.

As citocinas das células T _H efetoras desempenham as seguintes funções principais:

1. Ativação e proliferação de células T _C.

2. Ajudar na ativação de células B para produzir células plasmáticas, que secretam anticorpos.

3. Regular as atividades dos monócitos-macrófagos e outras células do sistema imunológico.

Os linfócitos virgens _H estão em um estado de repouso e sua capacidade de secretar citocinas é muito limitada. A ligação de células T _{H em} repouso ao complexo de antígeno de classe I do MHC na APC inicia a ativação de células T _H. A célula T _H ativada divide-se muitas vezes para produzir células T _H efetoras e células T _{H de} memória. As células T efetoras podem cair em qualquer um dos dois subconjuntos chamados subconjunto T _H l ou T _H 2. As citocinas produzidas pelos subconjuntos TH1 e TH2 são diferentes e, conseqüentemente, suas funções imunológicas também são diferentes.

Células T _H 1:

Células T _H 1 produzem IL-2, interferon-gama (IFNγ) e fator de necrose tumoral P (TNPP) (Tabela 12.1).

Eu. Essas linfocinas ativam macrófagos e outros fagócitos, levando à fagocitose aumentada e à morte intracelular de micróbios englobados.

ii. O IFNy induz a mudança de classe de imunoglobulina das células B para produzir subclasse de anticorpos IgG1. A IgGl pode ligar-se fortemente a receptores Fc (de IgG) em macrófagos, de modo que a opsonização e a subsequente morte intracelular de micróbios por macrófagos são aumentadas.

iii. A IL-2 segregada pelas células T _H ajuda na ativação de células T citotóxicas.

iv. Além da IL-2, a célula TH também secreta muitas outras citocinas, que atuam sobre células B, macrófagos e outros tipos de células.

T _H 2 Células:

As células TH2 produzem citocinas que geralmente estão envolvidas em ações contra grandes parasitas multicelulares, como os helmintos, que são grandes demais para serem englobados pelos macrófagos. Células T _H l secretam interleucina-4 (IL-4), interleucina-5 (IL-5), interleucina-6 (IL-6), interleucina-10 (IL-10) e inteleuquinina-13 (IL-13) (Tabela 12.1).

Eu. As citocinas derivadas de células T _H 2 quimio atraem células B, mastócitos, basófilos e eosinófilos e também promovem o crescimento e diferenciação destas células no local onde o parasita está presente.

ii. A IL-4 também promove a mudança da classe de células B para IgE. A IgE combina-se com os receptores Fc (de IgE) nos mastócitos e eosinófilos e induz estas células a libertarem o seu conteúdo celular. Os conteúdos celulares liberados de mastócitos e eosinófilos atuam contra os parasitas.

Ativação Celular Citotóxica:

As células T citotóxicas ( _Tc ) ou os linfócitos T citolíticos (CTLs) são células T CD8 ⁺ e desempenham um papel importante na defesa contra infecções virais. Células virais infectadas apresentam os antígenos virais em associação com moléculas de MHC de classe I na superfície da célula infectada. A ligao de culas T _C ao complexo antigio viral de MHC de classe I na membrana celular da AFC inicia a activao de TH. A ativação da célula T _C requer dois sinais importantes (Fig. 12.4).

A ligação do TCR da célula T _C com o complexo do antígeno viral da classe I do MHC na superfície da célula infectada pelo vírus fornece o primeiro sinal.

Eu. As regiões variáveis das cadeias α e β (Vα e Vβ) do TCR da célula Tc se ligam ao antígeno viral no complexo de antígeno viral da classe 1 do MHC, e

ii. A molécula CD8 na célula T _C liga-se ao domínio α 3 da molécula da classe 1 do MHC.

O primeiro sinal induz a expressão de receptores de IL-2 na superfície da célula TC.

O segundo sinal é fornecido pela citocina IL-2 segregada pela célula T _C ativada por perto. (As células T _C geralmente não produzem IL-2 suficiente para estimular sua própria proliferação). A IL-2 produzida por células T _C ativadas se liga aos receptores de IL-2 nas células T _C e auxilia na ativação e proliferação das células T _C.

Um terceiro sinal para activao de culas T pode ser proporcionado pela interaco de CD28 (em culas T _C ) com a molula B7 (numa cula infectada por vus).

Funções das células T citotóxicas:

1. Destruição de células infectadas por vírus, levando à eliminação do vírus do hospedeiro.

Figs. 12.4A e B: Ativação de células T citotóxicas.

(A) Ligação entre TCR e complexo peptídeo de antígeno viral de classe MHC em APC.

As regis varieis nas cadeias V? E V? De TCR ligam-se ao complexo peptico do antigio l-viral da classe MHO na cula alvo (que actua como o APC). Após esta ligação, o complexo CD3 envia sinal transmembranar para a célula Tc levando à ativação da célula Tc. O poliptido CDS em _Tc liga-se ao domio .3 da molula de MHC de classe I e (B) a IL-2 segregada por culas T _H ajuda a activao de culas _TH . Células T _C activadas secretam IL-2. A IL-2 liga-se aos receptores da IL-2 na célula T e ajuda na ativação da célula Tc. A célula T _C ativada lyses a célula-alvo, que apresentou o antígeno para a célula T _c

2. Destruição de células cancerosas, que podem expressar antígenos tumor-específicos em sua superfície celular.

3. Destruição de células do órgão transplantado de doadores não relacionados com HLA.

Como as células T (CTLs) destroem células-alvo?

A sequência de eventos que se segue resulta na destruição de células alvo (tais como células infectadas com vírus, células cancerígenas e células de órgãos transplantadas) por CTLs.

A ligao de TCR (de culas CTL) com o complexo peptico do antigio MHC de classe I (na cula alvo) proporciona o sinal necessio para o inio da aco de CTL contra a cula alvo.

↓

A molécula receptora de integrina LFA-1 (na célula CTL) liga-se à molécula de adesão celular intercelular (ICAM) na célula alvo; e forma um conjugado de células alvo CTL.

↓

O CTL libera seus grânulos sobre a célula de destino. Os grânulos contêm enzimas perforin e granzimas.

1. A perforina é uma proteína de 534 aminoácidos. A perforina mostra uma homologia de sequência limitada com as proteínas do complemento de formação de poros C6, C7, C8 e C9. As moléculas de perforina se inserem e polimerizam na membrana da célula-alvo por um mecanismo semelhante ao de C9. Aproximadamente, 20 moléculas de perforina polimerizam para formar um orifício tubular (cerca de 16 nm de largura) na membrana da célula alvo. Através dos poros, proteínas intracelulares e íons de células-alvo vazam. Em última análise, o alvo lyses por efeitos osmóticos.

2. Os grulos dos CTLs tamb cont uma famia de proteases de serina conhecidas como granzimas. Como explicado acima, as perfurações perfuram a membrana da célula-alvo. Subsequentemente, a granzima B entra na célula alvo através dos poros da perforina. Dentro da célula-alvo, a granzima B ativa as caspases na célula-alvo. As caspases, por sua vez, causam danos nucleares e levam à morte apoptótica da célula (Fig. 12.5).

3. Para além da destruição mediada por perforina e granzima da célula alvo, o CTL também mata a célula alvo por outro mecanismo. A ativação de CTL leva à expressão de moléculas de proteína chamadas ligantes Fas (FasL) na superfície dos CTL. A proteína Fas é uma proteína transmembrana na membrana celular da célula alvo.

A ligação de FasL (em CTL) com Fas (na célula alvo) fornece um sinal de morte para a célula alvo; e desencadeia a apoptose da célula-alvo, resultando na morte da célula-alvo (Fig. 12.5). Tanto a granzima como a via FAS iniciam uma cascata de caspases de morte apoptótica da célula alvo.

Além do DNA da célula-alvo, o DNA viral dentro da célula-alvo também é fragmentado durante a morte apoptica das células-alvo, resultando na eliminação viral. Depois de entregar um golpe letal, o CTL se afasta da célula alvo atacada e procura outra célula alvo.

Moléculas Acessórias que Fortalecem o Contato de Célula a Célula entre a célula T e a APC:

A interação do TCR nas células T com o peptídeo antígeno do MHC na APC é geralmente fraca. Portanto, o contato célula a célula entre as células T e a APC precisa ser fortalecido. Moléculas de adesão celular tanto na célula T como na APC fortalecem o contato célula-célula entre a célula T e a APC (Fig. 12.6).

Fig. 12.5: Diferentes mecanismos pelos quais a célula citotóxica ataca a célula-alvo.

A ligação do complexo do péptido antigénico de MHC de classe I na célula alvo com o TCR da célula Tc activa a célula T _C. A célula Tc ativada segrega as enzimas perforina e granzima. Mecanismo 1. O Perforin insere-se na membrana da célula alvo. A polimerização de muitas moléculas de perforina na membrana da célula-alvo leva à formação de pequenos poros na membrana da célula-alvo. O conteúdo da célula-alvo vaza pelos poros e, conseqüentemente, a célula-alvo morre. Mecanismo 2.

As moléculas de granzima entram na célula-alvo através dos poros criados pelas perforinas e ativam as caspases na célula-alvo. As caspases ativadas, por sua vez, levam à morte apoptótica da célula-alvo. Mecanismo 3. O teto ativado expressa o FasL (ligante Fas) em sua membrana celular. Se a membrana da célula-alvo expressa moléculas de Fas, o FasL na célula Tc se liga ao Fas na célula alvo e essa ligação leva à morte apoptica da célula alvo

As células T expressam várias moléculas de adesão, como o antígeno funcional 1 de leucócitos (LFA-1; também chamado CD11a / CD18) e CD2. Estas moléculas de adesão em células T ligam-se a moléculas na APC e promovem o contato célula a célula. A ligação de moléculas de adesão provavelmente inicia a interação entre células T e APC. Subsequentemente, o TCR liga-se ao complexo de MHC-antígeno na APC levando a transdução de sinal na célula T. Consequentemente, a célula T é ativada.

Durante a ativação de células T há um aumento transitório na expressão de moléculas acessórias. A expressão transitória de moléculas acessórias auxilia na interação entre as células. Como as moléculas de CD4 ou CDS, algumas das moléculas acessórias também podem funcionar como transdutores de sinal para a ativação de células T.

As moléculas acessórias não interagem com o complexo do antígeno MHC. A ligação de moléculas acessórias entre células T e APC é independente da ligação entre TCR e complexo de antígeno MHC.

Células da Memória T:

Uma característica notável do sistema imune adquirido é a memória de antígenos que entraram anteriormente no corpo. As respostas imunes induzidas durante a primeira entrada de antígeno no hospedeiro são chamadas de respostas imunes primárias. Durante a resposta imune primária, as células T e B são ativadas contra o antígeno particular. A ativação das células T e B e o desenvolvimento de respostas imunes eficazes contra o antígeno levam 5 a 7 dias durante a primeira entrada do antígeno.

Fig. 12.6: Diagrama esquemático de ligações entre várias moléculas de superfície de células T _H e APC e entre células T _c e células alvo.

As ligações entre as moléculas de superfície fortalecem a interação entre as células e levam à sinalização de transdução e ativação de células T _H ou células T _C

Mas durante a segunda e subsequente entrada de antígeno similar, o sistema imune identifica imediatamente o antígeno e monta respostas imunes precoces e efetivas (referidas como respostas imunes secundárias). Quando comparadas com as respostas durante a primeira exposição, as respostas durante as exposições subsequentes são precoces e vigorosas. O sistema imunológico lembra cada antígeno que entrou no corpo (como um policial lembrando de um ladrão que ele capturou uma vez).

As células T virgens liberadas do timo estão em um estado de repouso e não se dividem. Se os antígenos não ativarem as células T virgens, as células T virgens morrem logo após sua liberação do timo. Pelo contrário, se a célula T virgem é ativada pelo seu contato com o antígeno, a célula T continua a viver e a se dividir muitas vezes. Algumas células-filhas se tornam células T efetoras enquanto outras células-filhas se transformam em células T de memória. As funções das células T efetoras são necessárias para a ação imediata contra o antígeno, que já está presente no hospedeiro. Considerando que as funções da célula T de memória são reservadas para encontros futuros com o antígeno similar, se o antígeno entrar no hospedeiro novamente.

Quando o estímulo ativador (antígeno) é removido, as atividades das células T efetoras diminuem ao longo de um período de vários dias.

As células T de memória têm vida longa ou são capazes de se auto-renovar e persistem por anos. CTLs de memória específica de antígeno foram detectados em humanos após 30 anos de vacinação.

As células T virgens expressam isómeros de 205 a 220 kD denominados CD45RA na sua superfície. Considerando que as células T de memória expressam uma isoforma 180kD chamada CD45RO em sua superfície. As células T de memória também expressam altos níveis de moléculas de adesão.

Diferenciação das Células Auxiliares T em Células T _H 1 e T _H 2:

Na década de 1980, foi observado em camundongos que havia dois tipos de células T auxiliares secretando dois conjuntos diferentes de citocinas. Uma classe referida como TH produziu citocinas que estimularam forte imunidade celular, mas fraca resposta de anticorpos. A outra classe referida como produziu o efeito oposto; as citoquinas segregadas pelas células T _H 2 provocam forte resposta de anticorpos, mas resposta celular relativamente fraca.

Parece que as células THl e TH2 são derivadas de células TH comuns. Tal diferenciação provavelmente envolve um estágio intermediário chamado célula T _H 0, que pode secretar IFNγ e IL-4. Crê-se que a subsequente diferenciação de células TH0 em TH1 ou _TH2 depende dos efeitos de outras citocinas (tais como IL-4 ou IL-12) no ambiente nas células TH0.

As citocinas secretadas pelas células TH parecem desempenhar papéis importantes nas respostas do CMI, enquanto as citocinas produzidas pelas células Tpj2 parecem desempenhar papel importante nas respostas imunes humorais.

Eu. A IL-2 e o IFNγ produzidos pelas células T _H 1 aumentam o poder de destruição microbiana dos macrófagos. Os macrófagos, por sua vez, matam as bactérias intracelulares.

ii. Por outro lado, a IL-4, a IL-5 e a IL-10 produzidas pelas células TH2 atuam principalmente nas células B e induzem a produção de anticorpos e a troca de classe de anticorpos. Assim, as citocinas T _H 2 agem principalmente contra micróbios extracelulares através de anticorpos.

Como a célula T _H 0 diferencia-se em ou células T _H 2?

Os eventos moleculares responsáveis pela diferenciação de células T _H 0 em células T _H 1 ou T _H 2 não são conhecidos. No entanto, acredita-se que as citocinas no microambiente de células T _H 0 são os principais fatores, que determinam a diferenciação de células T _H 0 em T _H 1 ou fenótipos (Fig. 12.7).

Eu. Estudos in vitro e in vivo demonstraram que a IL-4 induz as células TH0 a diferenciarem-se em células TH2. Mas a fonte de IL-4 para a diferenciação não é conhecida. Os mastócitos podem ser a fonte de IL-4 para diferenciação de células T _H 0.

ii. A diferenciação de células T _H 0 em células T _H 1 necessita de IFNγ. Os seguintes eventos são sugeridos para a fonte do IFNγ:

Bactérias intracelulares (como Leishmania major, Mycobacterium leprae) estimulam os macrófagos e os macrófagos estimulados secretam IL-12.

↓

A IL-12 actua nas células NK e as células NK, por sua vez, segregam IFNγ.

↓

Acredita-se que IFNγ secretado por células NK e IL-12 atue sobre células T _H 0 e conduza à diferenciação de células T _H 0 em células T _H 1.

Além disso, quando as células T _H 0 se diferenciam em células T _H 1, existe uma inibição associada da secreção de citocinas TH 2. Similarmente, quando as células T _H 0 estão se diferenciando em células T _H 2, há uma inibição associada da secreção de citocinas T _H 1.

Fig. 12.7: Diferenciao da cula T _H em culas T _H 1 ou T _H 2.

Acredita-se que o microambiente da célula T _H 0 seja responsável pela diferenciação da célula T _H 0 em células T _H 1 ou T _H 2. As bactérias intracelulares no interior do macrófago estimulam os macrófagos a secretarem IL-12. A IL-12 actua na célula NK e a célula NK por sua vez secreta IFNγ. O IFNy no microambiente é responsável pela diferenciação da célula T _H 0 em células T _H 1. Por outro lado, a presença de IL-4 no microambiente leva à diferenciação de células T _H 0 em células T _H 2

Eu. Assim, o IFNy não apenas promove a diferenciação celular, mas também previne o desenvolvimento de células TH (inibindo a secreção de IL-4).

ii. A IL-4 não promove apenas a diferenciação de células Th2, mas também previne o desenvolvimento de células T _H 1 (inibindo a produção de IL-2 e IFNγ).

Este tipo de polarização de respostas imunes para T _H 1 ou T _H 2 ocorre especialmente em infecções parasíticas crônicas.

Exemplo 1:

A resposta imune dominada por T _H 1 é observada em uma linhagem de camundongos infectados com Leishmania major. L. major é um parasita intracelular. L.major reside dentro dos macrófagos e induz os macrófagos a secretar IL-12. A IL-12 promove uma resposta T _H 1 contra L. major. As linfocinas secretadas pelas células T _H 1, por sua vez, ativam os macrófagos para matar o parasita intracelular. Em contraste, existem poucas linhagens de camundongos, que não podem matar L. major.

Nestas estirpes de ratinho, a infecção por L. major conduz a uma resposta imunitária do tipo TH2. A resposta de TH 2 conduz principalmente à produção de anticorpos; mas os anticorpos são ineficazes contra organismos intracelulares. Como essas linhagens de camundongos não desenvolvem uma resposta T _H 1, os macrófagos não são ativados (devido à ausência de citocinas T _H 1). Consequentemente, a L. major multiplica e mata os ratos.

Portanto, o desenvolvimento da resposta T _H 1 é essencial para a proteção contra a infecção por L. major.

Exemplo 2:

Existem duas formas principais de lepra (causada pela bactéria Mycobacterium leprae) denominada lepra tuberculóide (forma menos agressiva, em que a infecção é controlada por macrófagos) e lepra lepromatosa (forma mais grave de lepra, em que a infecção é descontrolada). Sugere-se que a promoção de células T em T _H 1 ou seja responsável pelo desenvolvimento dessas duas formas extremas de hanseníase. O desenvolvimento da resposta T _H 1 contém a infecção e a pessoa desenvolve a forma tuberculóide da hanseníase. Considerando que o desenvolvimento da resposta leva a uma incapacidade por parte dos macrófagos para matar as bactérias; e isso resulta na disseminação de bactérias para muitas partes do corpo e no desenvolvimento da lepra lepromatosa.

Além de infecções crônicas, as respostas mediadas por TH 1 são encontradas em doenças autoimunes experimentais. As respostas de T _H 1 são provavelmente responsáveis por danos nos tecidos em doenças autoimunes experimentais.

Eu. As respostas de T _H 1 estão implicadas na estirpe consanguínea de murganhos NOD que desenvolvem diabetes. Existem evidências para sugerir que a indução de respostas de _TH 2 nestes ratos pode protegê-los da diabetes. A injeção de IL-4 em camundongos NOD previne ou atrasa o início do diabetes. As respostas de TH2 são consideradas dominantes em doenças alérgicas.

Em comparao com clones de culas T produtoras de IFN ?, foi isolada uma maior proporo de clones de culas T produtoras de IL-4 a partir do sangue perifico de pacientes com doens aticas de pele e pulm. Acredita-se que as citocinas IL-4 e IL-5 sejam responsáveis pela fisiopatologia dessas condições, pois a IL-4 e a IL-5 produzem aumento da síntese de IgE e aumento da produção de eosinófilos, respectivamente.

Regulação da resposta imune das células T:

Uma vez que o antígeno é eliminado, a função continuada das células T efetoras não é mais benéfica para o hospedeiro.

O mecanismo de terminação da função das células T não é totalmente conhecido. CTLA-4 é uma molécula de superfície de células T. Acredita-se que o CTLA-4 atue como um importante regulador negativo da função das células T.

Foi anteriormente explicado que a molécula B7 na APC se liga à molécula CD28 nas células T _H e esta ligação actua como um importante sinal co-estimulador para a activação de TH. No entanto, a molécula B7 na APC também pode se ligar a outra molécula T _H chamada CTLA-4. Mas, a ligao de B7 com CTLA-4 em culas T _H provoca regulao _negativa da activao de culas TH.

O CD28 é expresso por repouso de células TH, enquanto que o CTLA-4 está ausente em células T de repouso. CTLA-4 é expresso em uma célula T ativada. Durante uma resposta imune contra o antígeno, inicialmente, a célula TH é ativada pela ligação de CD28 (na célula T) com B7 (na APC). A ligação de CD28 com B7 actua como um sinal co-estimulador importante para a activação de células _TH .

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Depois que a célula T _H é ativada, as moléculas de CTLA-4 aparecem na célula T _H ativada.

↓

Se as moléculas de CTLA-4 em células T _H ativadas se ligam a moléculas B7 (em APC), sinais negativos são enviados para a célula T _H, levando à regulação negativa da ativação de células T _H. Portanto, sugere-se que CTLA-4 atue como uma molécula reguladora de células T _H ativadas (Fig. 12.8).

Células T com cadeias γ / δ de ICR:

A maioria das células T na circulação expressa as cadeias α e β nos seus TCRs. Mas um pequeno subconjunto (menos de 5%) de células T maduras não expressa cadeias α / β no seu TCR. Em vez disso, eles têm diferentes cadeias de aminoácidos designadas γ e δ. Os papéis fisiológicos das células γ / δ são incertos. Certas células T γ / δ reconhecem antígenos não peptídicos derivados de micobactérias in vitro, e um aumento substancial no número dessas células foi observado em pacientes com tuberculose e outras infecções por micobactérias.

A populao de culas T e? parece ser uma populao importante na pele, epitio intestinal e epitio do tracto respiratio. A localização seletiva de células T γ / δ nesses locais pode estar relacionada ao seu papel na proteção contra micróbios que entram nesses locais.

Anergia:

Moléculas B7 são constitutivamente expressas em células dendríticas. Mas macrófagos e células B expressam moléculas B7 após sua ativação. O sinal co-estimulador (entre CD28 e B7) é essencial para a ativação e consequente proliferação e diferenciação em células T efetoras e células T de memória.

Na ausência de sinal co-estimulador (CD28 e B7), as células T não proliferam apesar da ligação do complexo TCR e do antígeno MHC. Tal estado não responsivo de célula T é referido como anergia. A IL-2 é essencial para a proliferação de células T. A falta de sinal co-estimulador resulta em produção de IL-2 muito baixa e, consequentemente, a proliferação de células T não ocorre.

Figuras 12.8A e B: Regulação para baixo da célula T _H ativada.

(A) Resting T _H cell expresses CD28 molecules on its surface. Binding of CD28 (on resting T _H cell) with B7 (on APC) acts as an important co stimulatory signal for the activation of T _H cell, and (B) The activated T _H cell expresses molecules called CTLA- 4 on its surface. Binding between CTLA-4 (on activated T _H cell) with B7 molecule (on APC) is believed to send negative signal into the T _H cell, leading to the down regulation of T _H cell activation

Suppressor T Lymphocytes:

Apart from helper and cytotoxic subpopulations of T cells, it is proposed that another subpopulation of T cells called suppressor T cell population also exists. Suppressor T cells are suggested to suppress the humoral and CMI responses. However, it is uncertain whether suppressor T cells really contribute a separate functional subpopulation of T cells.

T Lymphocyte Development in Thymus:

The term T cell maturation is used to denote the events within the thymus that lead to the co-ordinated expression of ICRs, co-receptors, growth factor receptors, and adhesion molecules on T cells. These events occur through interactions of T cells with thymic cells. Cytokines, especially IL-7 and thymic hormones are implicated in T cell maturation. The entire mechanisms behind the T cell maturation guided by thymic cells are not known.

Bone marrow releases progenitor T cells into the circulation. The progenitor T cells released from the bone marrow are not mature T cells. Further maturation of T cells occurs in an organ called thymus, situated in the superior mediastinum. The progenitor T cells released form bone marrow into the circulation migrates to the thymus. T cells in the thymus are also referred to as thymocytes.

Thymus is covered by a fibrous capsule from which fibrous bands (trabeculae) penetrate and divide the parenchyma of the thymus into a number of lobules. Histologically each lobule has two distinct regions, the cortex or peripheral region and medulla or central region. The cortex is further divided into an outermost (or subcapsular) cortex and inner (or deeper) cortex (Figure 5.2). The anatomic divisions mentioned above correspond to functionally distinct microenvironments, which support specific phases of thymocyte maturation.

The thymic epithelial cells in the cortex of the thymus have long (about 25 µm) cytoplasmic processes and hence they are known as dendritic epithelial cells. The dendritic epithelial cells interact with the thymocytes and guide the thymocyte differentiation into mature T cells. The thymocyte-dendritic epithelial cell interaction results in the formation of cell complexes called lymphoepithelial complexes. The lymphoepithelial complexes are also called as nurse cells. The thymic nurse cells are composed of a dendritic epithelial cell that has internalized 20 to 40 thymocytes by emperipolesis.

During its stay in the thymus, T cell receptor (TCR) gene rearrangement occurs in the thymocyte.

There are two main purposes behind the TCR-gene rearrangement:

1. TCR (transcribed by rearranged TCR gene) of a T cell should bind to self-MHC molecules [because the TCR recognizes antigen presented in association with self- MHC molecule only]. Differentiating thymocytes capable of binding to self-MHC molecules are allowed to live by a process known as positive selection of thymocytes.

2. The TCRs shouldn't bind to self-peptides of the host. If the TCR binds to a self-peptide, the host tissue itself will be destroyed [a condition known as autoimmunity]. Differentiating thymocyte whose TCR has a high-affinity for self-MHC molecule is eliminated through a process known as negative selection of thymocytes.

Thymus is divided into three anatomical regions, the subcapsular region, the cortical region, and the medullary region. The progenitor T cells from bone marrow enter the thymus and migrate to the subcapsular region. The T cell development starts in the subcapsular region. As the thymocytes differentiate, they move from subcapsular region to cortex region, and then to medullary region.

The progenitor T cells released from the bone marrow are immature T cells. The progenitor T cells do not express CD4, CD8, or TCR molecules on their surface. During their stay in thymus, the thymocytes progress through a series of differentiation stages.

Since the progenitor T cells entering the thymus lack CD4 and CD8 molecules they are called double-negative (CD4 ⁺ CD8 ^– ) thymocytes. The double-negative T cells differentiate and begin to express both CD4 and CD8 molecules on their surface. The thymocytes at this stage expressing both CD4 and CD8 molecules are called double-positive (CD4 ⁺ CD8 ⁺ ) thymocytes (Fig. 12.1). The double-positive thymocytes also express α and β chains of TCRs.

Positive Selection of Thymocytes:

The T cell can bind to antigen only when the antigen is presented by self-MHC molecule on APC (self-MHC restriction). During their stay in the thymus, TCR- gene rearrangement occurs in the thymocytes. If the TCR-gene rearrangement in a thymocyte results in the formation of TCR, which can bind to self-MHC molecule, such thymocyte is allowed to progress further.

Whereas, a thymocyte whose TCR is unable to bind to self-MHC molecule is eliminated (because such a thymocyte cannot bind to antigen presented by the APC, and hence is of no use to the host). The thymus allows the progression of thymocytes whose TCRs are capable of binding to self-MHC molecules by a process known as positive selection of thymocytes.

1. A double-positive thymocyte whose TCR binds to self- MHC class 1 molecule on the thymic epithelial cell receives a maturation signal and a survival signal; and the cell undergoes a positive selection. Consequently, the cell stops expressing CD4 molecules and express only CDS molecules. The cell becomes a single- positive (CD8 ⁺ ) thymocyte.

2. Another double-positive thymocyte whose TCR binds to self-MHC class II molecule on thymic epithelial cell receives a maturation signal and a survival signal; and the cell undergoes a positive selection. Consequently, the thymocyte stops expressing CDS molecules and express only CD4 molecules. The cell becomes a single-positive (CD4 ⁺ ) thymocyte.

3. Double-positive thymocytes that's TCRs are unable to bind to either self-MHC class I molecule or self- MHC class II molecule don't receive any surviving signals and they die by apoptosis.

Negative Selection of Thymocytes:

T cell differentiation should produce T cells, which should react with foreign antigens, but not self-antigens (If T cells capable of binding to self-antigens are released as mature T cells, they will react with self-antigens and destroy host cells). The purpose of deleting T cells capable of reacting with self-antigens is believed to be achieved through the negative selection of thymocytes.

The details of negative selection are not completely understood. In the medulla of thymus, the positively selected thymocytes interact with the self-MHC class I and class II molecules present on the surface of dendritic cells and macrophages. Some of the positively selected thymocytes have low-affinity TCRs for self-antigens presented by self-MHC molecules; while others have high-affinity TCRs for self-antigens presented by self- MHC molecules.

Thymocytes bearing high-affinity TCRs for self-antigens presented by self-MHC molecules die by apoptosis. Whereas, thymocytes that are capable of reacting with self-MHC molecule plus foreign antigen are allowed to differentiate further to attain maturity. Single-positive (CD4 ⁺ CD8 ^– or CD4 ^– CD8 ⁺ ) T cells are released into the circulation as mature T cells.

In spite of intense research, there are many questions yet to be answered with respect to the positive and negative selection of T lymphocytes in the thymus.

Superantigens and T cell Activation:

Activation of T _H cell occurs when the antigen is presented in association with MHC class II molecule by the APC to the T _H cell. Usually, antigens cannot activate T _H cells unless the antigen is presented by the APCs. However, there are some antigens (such as bacterial toxins and retroviral proteins) that can activate T _H lymphocytes without being processed and presented by APCs and such antigens are called superantigens.

The super antigen is not processed and presented by the APC to the T _H cell. From outside the cells, the superantigen binds the MHC class II molecule of the APC and the p chain of TCR; and the superantigen acts as a 'clamp' between these two cells (Fig. 12.9). This binding leads to the activation of T _H cell.

Upon exposure of the host to superantigens, enormous number T _H cells are activated as described above. Activation of enormous number of T _H cells results in sudden release of large amounts of cytokines from activated T _H cells. Sudden release of large amounts of cytokines is injurious to the host and causes many severe clinical symptoms (such as toxic shock syndrome or food poisoning by Staphylococcus aureus enterotoxin).

Toxic shock syndrome (TSS):

In 1980s, toxic shock syndrome (wherein, the patient develops sudden skin rash, fever, hypotension and even death) became epidemic among young, primarily white woman during menstruation. A strong correlation between TSS and recovery of Staphylococcus aureus from vaginal cultures of affected persons was found. Most of the isolated S. aureus produced a toxin called toxic shock syndrome toxin-1.

This toxin acts as a superantigen and activates massive number of T _H cells leading to sudden release of large amounts of cytokines. The sudden release of large amounts of cytokines is responsible for the symptoms. Epidemiologically, TSS was associated with the use of certain brands of hyperabsorbent tampons during menstruation. Public education and removal of such tampons from market has resulted in marked decrease in TSS incidence.

Fig. 12.9: T _H cell activation by super antigen.

The super antigen is not processed and presented by the APC to the T _H cell. The super antigen lies outside the T _H cell and APC and binds these two ceils. Like a clamp, super antigen binds to the β chain of TCR and the MHC class II molecule on APC. This binding leads to the activation of T _H cell resulting in the release of large quantities of cytokines. The sudden release of large quantities of cytokines by numerous T _H cells is responsible for the clinical condition

Superantigens do not bind to the anti-genbinding site of Vβ chain of TCR, which is specific for a particular antigen only. But super antigens bind to β chain outside the variable region. Since super antigens bind outside the TCR-antigen binding cleft, any T _H cell expressing a particular Vβ sequence will be activated by a super- antigen. Hence a super antigen can bind to a significant percentage (about 5%) of the total T _H population in a host. Consequently massive amounts of cytokines are released leading to systemic toxicity.