Sistem imunitar înnăscut

Tipuri de celule implicate în imunitatea înnăscută la vertebrate .

Sistemul imunitar înnăscut (cunoscut și sub numele de sistemul imunitar nespecific ) este un subsistem al sistemului imunitar . Include celule și molecule solubile care împreună apără gazda (numită sinele) de infecție și colonizare de către alte organisme (numite non-sine).

A fost primul subsistem imunitar dezvoltat și, prin urmare, este prezent în toate organismele multicelulare . Este sistemul dominant în plante multicelulare, ciuperci, insecte și organisme primitive. ^[1] Numai la vertebrate va apărea sistemul imunitar adaptiv , porțiunea complementară a sistemului imunitar înnăscut. În ciuda vechimii sale, la vertebrate și mai ales la om, sistemul imunitar înnăscut este primul care intervine în caz de infecție de către agenți patogeni .

De fapt, răspunsul înnăscut este declanșat în câteva ore de la infecție, spre deosebire de răspunsul adaptativ, care poate dura zile sau chiar săptămâni. Imunitatea înnăscută nu este disociată de imunitatea adaptativă; se influențează reciproc prin producția de mediatori și prin utilizarea „comună” a celulelor imune (un prim exemplu sunt celulele care prezintă antigen; ele „conectează” material sistemul imunitar înnăscut de cel adaptativ).

Caracteristici

Principalele funcții ale acestui subsistem la vertebrate includ:

• Recrutarea celulelor imune la locurile de infecție prin producerea de factori chimici (inclusiv mediatori chimici specializați, numiți citokine);
• Activarea cascadei complementului pentru a identifica bacteriile, celulele activate sau pentru a promova îndepărtarea complexelor antigen-anticorp sau a celulelor moarte;
• Identificarea și îndepărtarea substanțelor străine prezente în organe, țesuturi (inclusiv sânge și limfă) prin intermediul leucocitelor (globule albe din sânge);
• Activarea sistemului imunitar adaptiv printr-un proces cunoscut sub denumirea de „prezentare a antigenului”;
• Stabilirea unei bariere fizice și / sau chimice care acționează împotriva agenților infecțioși.

Are o specificitate limitată la posibilitatea de a recunoaște molecule sau părți ale moleculelor exprimate de o clasă de agenți infecțioși, dar adesea nu reușește să discrimineze un singur agent patogen, spre deosebire de marea specificitate a imunității adaptive. Trebuie specificat faptul că imunitatea înnăscută nu recunoaște exclusiv agenții infecțioși, ci acționează și asupra celulelor proprii care, datorită infecției sau stresului, exprimă molecule care nu sunt în mod normal exprimate de celule sănătoase (cum ar fi proteinele din familia Hsp , proteinele șocului termic ) și din acest motiv sunt recunoscuți ca non-sine.

Nu are niciun mecanism de memorie celulară capabil să ofere un răspuns mai eficient și mai rapid în urma infecției cu același agent infecțios, dar posedă metode de discriminare a sinelui față de non-sine, care, în multe feluri, îl fac un răspuns mai puțin imun. imunitate adaptivă, deoarece există un risc practic zero de erori care să conducă la dezvoltarea bolilor autoimune.

Structural, imunitatea înnăscută este alcătuită din diferite componente care nu includ exclusiv celule, ci țesuturi întregi care acționează ca o barieră în calea pătrunderii microbilor atât pentru conformarea lor, cât și pentru unele substanțe bactericide pe care le secretă. În plus față de barierele anatomice ale corpului, proteinele complementului și ale sistemului de flogoză , sistemul celular fagocitar și celulele NK (natural killer) și citokinele participă, de asemenea, la imunitatea înnăscută.

Bariere anatomice

Barierele anatomice pot fi de natură fizică, chimică și biologică.

Un rol consistent îl joacă epiteliile (atât de derivare ectodermică, cât și de derivare endodermică), prima barieră fizică reală pe care un microb trebuie să o pătrundă pentru a contamina un sistem biologic.

Rolul pielii și al pielii

Epiderma oferă o barieră valabilă la trecerea microbilor, deoarece:

1. Cele mai superficiale straturi ale epidermei constituie o adevărată barieră fizică deoarece sunt alcătuite din keratinocite moarte care au pierdut nucleul și sunt în fapt depozite de keratină și alte proteine ​​filamentoase;
2. Este rezistent la apă (de fapt există o barieră aer-piele începând de la stratul granular);
3. Descuamarea stratului cornos contribuie la îndepărtarea oricărui microb depus pe suprafața acestuia;
4. Ca toate epiteliile, îi lipsesc vasele de sânge;
5. Este incapabil să rețină umezeala.

În epidermă, de asemenea, se deschid:

1. Conductele glandelor sudoripare a căror secreție, transpirația, conține imunoglobuline IgA, uree și unele tipuri de acizi grași care lubrifiază pielea și inhibă creșterea bacteriană;
2. Conductele glandelor sebacee care, prin secreția lor, contribuie la crearea unor condiții mai puțin ideale pentru creșterea și contaminarea agenților patogeni.

Rolul căilor respiratorii superioare și inferioare

Nasul , pe lângă captarea particulelor mai grosiere prin mustăți, produce un mucus care conține, pe lângă apă, ioni și mucine , și 0,1-0,5% proteine ​​antimicrobiene precum lizozima , lactoferina , β-defensina, IgA , IgG .

Căile respiratorii conțin:

• scara rulantă mucociliară în grosimea propriului epiteliu: un set de cili care mișcă mucusul în direcția orală și filtrează conținutul acestuia;
• surfactant și mucus la nivelul arborelui bronșic, capabil să prindă agenți patogeni din aerul inhalat;
• celule secretoare de defensină.

Rolul sistemului gastrointestinal

Tractul gastrointestinal este un mediu nefavorabil pentru mulți microbi dat:

• pH scăzut al stomacului;
• prezența bilei ;
• prezența sucului pancreatic , bogat în enzime hidrolitice;
• rolul jucat de peristaltism în perioadele prandiale și interprandiale;
• prezența florei intestinale, care poate secreta substanțe toxice sau poate concura cu agentul patogen; în acest fel se evită că este capabil să colonizeze și să infecteze gazda.

Rolul sângelui

Sângele conține numeroase proteine ​​antimicrobiene, cum ar fi transferina , lactoferina , lizozima , interferonul , fibronectina , TNF-α și proteinele complementului.

Alte

Lacrimile , secretate de glandele lacrimale, sunt un lichid care conține numeroase proteine ​​antimicrobiene, inclusiv lizozimă , lactoferină , lipocaină și IgA .

Saliva, alături de lacrimi, curăță și clătește și suprafețele pe care le uda.

Contribuția agenților patogeni: rolul PAMP

Imunitatea înnăscută recunoaște agenții patogeni, deoarece receptorii celulelor sale se leagă de molecule sau porțiuni de molecule caracteristice care nu sunt exprimate de celulele organismului în care este implementată, sunt, prin urmare, identificați ca ne-auto. Gama de molecule a recunoscut imunitatea înnăscută, cunoscută sub denumirea de tipare moleculare asociate cu agenții patogeni ( PAMP , Patterns Associated Molecular Patterns) este, totuși, limitată, redusă la aproximativ o mie de structuri diferite, deoarece receptorii pentru recunoașterea profilurilor (Receptorii de recunoaștere a modelelor , PRR) au o variabilitate mult mai mică decât cele ale imunității adaptive, care pot recunoaște câteva milioane de molecule diferite.

Unele dintre cele mai frecvente PAMP sunt:

• lipopolizaharida (LPS) exprimată de multe bacterii;
• ARN viral dublu catenar;
• peptide care conțin N-formilmetionină exclusiv bacteriilor (și proteinelor mitocondriale);
• secvențele CpG nemetilate;
• unele oligozaharide bogate în manoză și fucoză ale membranelor bacteriene sau acid teic.

Receptorii PRR sunt codificați în linia germinală și pe celulele aceleiași linii toți receptorii sunt identici. Eficacitatea acestui tip de răspuns imunitar constă în faptul că afectează aproape întotdeauna structurile esențiale pentru supraviețuirea agentului patogen, de exemplu lipopolizaharidul peretelui celular bacterian, pentru care non-sinele este greu de recunoscut.

Chiar și unele molecule eliberate de celulele deteriorate numite „profiluri moleculare asociate cu deteriorarea” (Modele moleculare asociate cu deteriorarea , DAMP) sunt recunoscute imunitate înnăscută, care este apoi stimulată pentru a elimina aceste celule.

Contribuția celulelor santinelă: receptorii patogeni

Receptorii imunității înnăscute sunt proteine ​​care pot fi găsite atât pe membrana plasmatică a unor celule imune, cât și în citoplasma lor sau pe membrana endozomilor, dar pot fi și proteine ​​dizolvate în sânge sau în fluide extracelulare. Acestea sunt exprimate prin:

• limfocite ;
• macrofage ;
• granulocite neutrofile ;
• celule dendritice ;
• celule epiteliale ;
• celulele endoteliale .

Sarcina lor este de a se lega de structuri moleculare specifice prezente pe un microb și ulterior de a activa o transducție a semnalului intracelular care declanșează un răspuns efector care poate proveni din celula însăși sau din alte celule (fagocite și limfocite NK) recrutate de mediatori chimici. citokine. Clasele majore de PRR asociate celulelor identificate sunt receptori de tip Toll (TLR), lectine de tip C, receptori peptidici formilați Met-Leu-Phe, receptori scavenger, NLR și proteine ​​din familia CARD.

• Receptorii asemănători taxelor (TLR) sunt o familie de PRR care își datorează numele receptorului Toll, identificat pentru prima dată în Drosophila și reprezintă principala clasă de receptori imunitari înnăscuti. La om, există unsprezece receptori de tip Toll, numerotați de la TLR1 la TLR11, caracterizați prin motive repetate de leucină și secvențe bogate în cisteină pe porțiunea extracelulară și printr-un domeniu Toll \ IL-1R conservat (domeniul conservat omolog cu Toll) în porțiune intracelulară, care joacă un rol principal în transducția semnalului. Unele TLR (TLR 1, 2, 4, 5, 6) sunt receptori transmembranari localizați în membrana plasmatică, alții (TLR 3, 7, 8, 9, 10, 11) se găsesc în membrana endozomilor, reticulului endoplasmatic dur sau altfel pe membrana organelor intracelulare. TLR-urile recunosc molecule exprimate în mod obișnuit de bacterii sau viruși precum lipopolizaharida, acidul teic, lipoarabinomanan, flagelină, CpG nemetilat, ARN monocatenar și dublu catenar (acestea din urmă sunt recunoscute în special de TLR-uri intracelulare). După legarea la molecula respectivă a microbului, aceștia declanșează transducția semnalului care, printr-o cascadă de proteine, activează în cele din urmă factori de transcripție precum NF-κB sau IRF, care transcriu gene implicate în imunitate înnăscută, precum cele care codifică pentru citokine inflamatorii, unele chemokine, molecule de adeziune la endoteliu. TLR-urile sunt exprimate de macrofage, granulocite neutrofile, celule dendritice, celule epiteliale ale mucoasei și celule endoteliale.
• Lectinele de tip C sunt proteine ​​transmembranare dependente de calciu care leagă anumite polizaharide bacteriene, cum ar fi glucanii legați în poziții neobișnuite pentru mamifere, dar foarte frecvente la agenții patogeni (cum ar fi β-1,3 sau β-1,6) exprimate în principal de macrofage și celule dendritice . Una dintre cele mai comune și exprimate lectine de tip C este receptorul de manoză, din care pereții celulari bacterieni sunt bogați. Căile de transducție declanșate de lectinele de tip C converg adesea cu cele activate de receptorii altor TLR-uri.
• Receptorii peptidei Met-Leu-Phe formilate recunosc peptidele bacteriene care conțin N-formilmetionină, un aminoacid neutilizat de celulele de mamifere, cu excepția contextului mitocondrial, dar prezent ca aminoacid inițial în toate proteinele bacteriene. Sunt proteine ​​transmembranare cu șapte etape asociate cu proteinele G (GPCR, receptori cuplați cu proteine ​​G ), pentru care în stare inactivă sunt legate de proteinele G heterotrimerice la a căror subunitate α este legată PIB, în timp ce în stare activă, când ligandul se leagă de domeniul ligandului receptor, PIB-ul este schimbat cu GTP. Transducția semnalului acestui tip de receptor tinde să determine ca răspuns o creștere a Ca ²⁺ în citoplasmă, cu o creștere a motilității citoscheletului (esențială pentru celulele fagocitare) și activarea protein kinazei C ( PKC). Doi dintre cei mai cunoscuți receptori din această categorie sunt FPR, exprimat în granulocite neutrofile și FPRL1, exprimat în macrofage.
• Receptorii scavenger sunt o clasă de PRR exprimate de fagocite. Sunt eterogene din punct de vedere structural, dar toate permit intrarea lipoproteinelor oxidate sau acetilate cu densitate mică (LDL) în celulele imune. Unii dintre cei mai cunoscuți receptori din această familie sunt CD36 (SCARB3), CD68, SRB1, LOX1, clasa A (SCARA1, 2, 3, 4, 5) sau receptorii scavenger de clasa B (SCARB1, 2).
• NLR-urile sunt proteine ​​citoplasmatice care sunt capabile să recunoască molecule bacteriene specifice atunci când acestea se găsesc în interiorul unei celule. Ca răspuns la recunoașterea unei molecule bacteriene cum ar fi peptidoglicanul, acestea declanșează transducția semnalului care activează NF-κB care transcrie genele implicate în răspunsurile inflamatorii. Cei mai cunoscuți membri ai acestei categorii sunt receptorii NOD (domeniul oligomerizării care leagă nucleotidele), cum ar fi receptorii Nod1, Nod2, Nod3 și NALP ( NACHT-LRR și domeniu pirină care conține proteine ), precum NALP1, NALP2, NALP3.
• Activarea și recrutarea caspazelor Proteinele care conțin domeniu ( CARD ) sunt receptori citoplasmatici care conțin domeniul CARD care recunosc ARN-ul viral. Acestea activează căile de semnalizare care duc la activarea IRF sau NF-κB și astfel la producerea de interferoni. Cele mai cunoscute sunt RIG-I și MDA5.

PRR solubile se găsesc în plasmă și alveole pulmonare. Printre cele mai cunoscute se numără familia pentraxinelor care recunosc fosforilcolina și fosfatidiletanolamina, micile dealuri care recunosc reziduurile de manoză și fucoză și ficolinele care recunosc N-acetilglucozamina și acidul lipotechoic, prezente pe pereta celulară a bacteriilor gram-pozitive.

Transducția semnalului

Când un receptor TLR se leagă de structura pe care o recunoaște prin domeniul său de legare, acesta se dimerizează cu un alt TLR care poate fi identic (homodimerizare) sau diferit (heterodimerizare). TLR-urile cu membrană plasmatică tind să se dimerizeze reciproc și la fel și cele prezente pe membrana endozomilor. Dimerizarea pare să urmeze modele specifice pentru fiecare PAMP, de exemplu în cazul peptidoglicanului TLR2 se dimerizează cu TLR6 formând un heterodimer. În unele cazuri procesul este mai complex și implică proteine ​​și receptori accesori. În cazul lipopolizaharidei (LPS) se leagă mai întâi de LPB ( proteina de legare a LPS ), o proteină solubilă prezentă în plasmă, apoi acest complex se leagă de receptorul CD14, o proteină extrinsecă legată de membrana plasmatică de glicofosfatidilinozitol. În acest moment LPB se detașează și intervine proteina MD2 care mediază atașarea CD14-LPB-LPS cu receptorul TLR4 de tip Toll. Nu s-a definit încă dacă există sau nu contact direct între lipopolizaharidă și TLR4.

Odată ce receptorul a fost activat de ligand, acesta recrutează mai multe proteine ​​adaptoare care interacționează cu domeniul său TIR, deoarece posedă și un domeniu TIR. Toți receptorii TLR, cu excepția TLR3, recrutează MyD88 și împreună cu acesta formează combinații de proteine ​​adaptoare, inclusiv MAL ( MyD88 Adapter Like ), TRIF ( domeniu TIR care conține adaptor Inducing Interferon β ) și TRAM ( Trif-Related Adapter Molecule ). MyD88 și MAL atrag proteine ​​IRAK ( IL-1 Receptor Associated Kinase ) precum IRAK1 și IRAK4, care la rândul lor interacționează cu TRAF6 ( TNF Receptor Associated Factor 6 ) care activează TAK1 ( TGF-β Activated Kinase ), care inițiază cascada MAP kinazele și activează kinazele IκB. Cascada kinazei MAP (IKK, NIK sau NLK) activează factorii de transcripție NF-κB, Fos și Jun, acești doi din urmă se asociază pentru a forma complexul de transcripție AP-1. Acești factori transcriu gene care codifică interleukine (IL-1, IL-6, IL-8, IL-12), factor de necroză tumorală (TNF), E-selectină, MCP-1. Dacă TRAM și TRIF sunt recrutați, acestea sunt asociate cu TRAF6, care activează TBK1, care la rândul său activează factorul de transcripție IRF3 ( Interferon Response Factor 3 ). IRF transcrie gene care codifică interferonii α și β. Receptorii TLR endosomali precum TLR3 și respectiv TLR9 recrutează TRIF și MyD88, primul activează TBK1 și ulterior IRF3, în timp ce acesta activează IRAK1 sau IRAK4 care activează TRAF6 și astfel cascada MAP kinază și NF-κB, în timp ce IRAK activează IRF7, care transcrie gene care codifică interferoni.

Contribuția proteinelor plasmatice: activarea complementului

Această secțiune despre biologie este încă goală . Ajută-ne să-l scriem!

În alte tărâmuri

Procariote

Bacteriile (și probabil și alte organisme procariote) folosesc un mecanism unic de apărare numit un sistem de modificare a restricțiilor care le protejează de atacul agenților patogeni, cum ar fi bacteriofagii.

În acest sistem, bacteriile produc enzime aparținând clasei de endonucleaze de restricție care atacă și distrug regiuni specifice ale ADN-ului bacteriofagului care le-a invadat. Acest lucru este posibil, deoarece bacteriile își etichetează ADN-ul ca fiind „auto” prin metilare: prin urmare, endonucleaze de restricție nu îl vor modifica.

Endonucleaze de restricție și sistemul de restricție-modificare există doar la procariote.

Nevertebrate

Invertebratele nu posedă limfocite sau un răspuns imun umoral (bazat pe anticorpi) și este foarte probabil ca vertebratele, în cursul filogenezei, să dezvolte mai întâi un sistem imunitar adaptiv și multicomponent. Cu toate acestea, nevertebratele posedă mecanisme care par a fi „precursori” ai sistemului imunitar al vertebratelor.

Receptorii de recunoaștere a modelelor sunt proteine ​​utilizate de aproape toate organismele pentru a identifica moleculele asociate cu microbii patogeni.

Notă

Elemente conexe

• Celula dentritica
• Granulocit
• Imunosenescență
• Limfocit
• Macrofag
• Sistem imunitar

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre sistemul imunitar înnăscut

Portalul de biologie

Portalul Medicinii