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La respuesta inmunitaria adaptativa puede ser mediada por anticuerpos (tipo humoral), por células (tipo celular) o por ambos tipos. A diferencia de la inmunidad innata, la adaptativa es altamente específica, posee memoria inmunológica y reacciona de manera rápida y potente a la segunda exposición de un antígeno. En párrafos siguientes haremos una revisión de los componentes de la respuesta inmunitaria adaptativa y en este capítulo señalaremos algunos detalles.
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Bases celulares de la respuesta inmunitaria adaptativa
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Durante el desarrollo embrionario, aparecen en el hígado y otros tejidos del feto los precursores de células hemáticas (células madre hematopoyéticas); en la vida posnatal dichas células madre residen en la médula ósea. Las células madre se diferencian en varias formas, p. ej., en células de la serie mieloide o en otras de la serie linfoide. Las células progenitoras linfoides evolucionan hasta generar dos poblaciones principales de linfocitos que son las células de tipo B y de tipo T.
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Los linfocitos B son células que se desarrollan en la médula ósea de mamíferos. En las aves se desarrollan en la bolsa (bursa) de Fabricio, que es un apéndice intestinal. Ellos rearreglan sus genes de inmunoglobulina y expresan un único receptor para el antígeno en su superficie celular. En ese punto migran a un segundo órgano linfoide (como el bazo) y pueden ser activados en un segundo encuentro con el antígeno y transformarse en célula plasmática productora de anticuerpos.
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Los linfocitos T son células producidas en la médula ósea, pero que viajan al timo en donde maduran. En este órgano experimentan diversas recombinaciones de segmentos (VDJ, variable diverse joining) de su DNA de TCR cadena beta y DNA TCR cadena alfa. Una vez realizada la redisposición de TCR y terminada la selección positiva y negativa, forman subclases de linfocitos T que poseen funciones específicas (células T CD4, o T CD8). Son el punto de partida de la inmunidad de tipo celular, descrita más adelante.
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La figura 8-1 incluye una revisión general de linfocitos inmunológicamente activos y sus interacciones. Los dos componentes de la respuesta inmunitaria que incluye la mediada por células y la mediada por anticuerpos se desarrollan conjuntamente.
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En el componente mediado por anticuerpos, los linfocitos T cooperadores (CD4) reconocen los antígenos del patógeno que están unidos en complejos con moléculas de MHC de clase II en la superficie de un APC (p. ej., un macrófago o un linfocito B) y generan citocinas que activan los linfocitos B que expresan anticuerpos que se dirigen y ensamblan específicamente a ese antígeno. Las células B experimentan proliferación clonal y se diferencian en células plasmáticas que se encargarán de producir inmunoglobulinas específicas (anticuerpos). Las principales funciones de defensa propias de anticuerpos en el hospedador incluyen la neutralización de toxinas y virus, ADCC y opsonización del patógeno, fenómenos que facilitan la eliminación de los microorganismos infectantes. La defensa mediada por anticuerpos es importante contra patógenos que generan toxinas (p. ej., Clostridium tetani) o poseen cápsulas de polisacáridos que interfieren en la fagocitosis (p. ej., los neumococos). Por todo lo expresado, este componente de la respuesta inmunitaria es excelente para combatir los patógenos extracelulares y sus toxinas.
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En el componente mediado por células, el complejo de antígeno-MHC clase II es reconocido por los linfocitos T cooperadores (CD4), en tanto que el complejo de antígeno-MHC clase I lo es por los linfocitos T citotóxicos (CD8). Cada clase de los células T genera citocinas, se activan y se expanden por proliferación clonal.
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Las células T se diferencian en células efectoras. Las células T cooperadoras (CD4) activadas estimulan a las células B para generar anticuerpos, inducen el desarrollo de hipersensibilidad tardía y también actúan en defensa contra bacterias intracelulares (p. ej. micobacterias), hongos, protozoos y virus. La actividad de las células T citotóxicas (CD8) se orienta más bien a la destrucción de células en injertos tisulares, células neoplásicas u otras infectadas por virus. El resultado neto de la inmunidad efectiva (mediadas por mecanismos humorales y celulares) es la resistencia que opone el hospedador a los microbios y otros patógenos, y células identificadas como extrañas (xenógenas).
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Un antígeno es una sustancia que desencadena la producción de un anticuerpo. Son muchas las características que determinan en gran medida la inmunogenicidad; incluyen las siguientes:
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Carácter de extraño (xenógeno): en términos generales, las moléculas reconocidas como “propias del organismo” no son inmunógenas; para que adquieran tal característica las moléculas deben ser reconocidas como “no propias”.
Tamaño: los inmunógenos más potentes por lo común son proteínas grandes. En muchos casos, moléculas con peso menor de 10 000 son débilmente inmunógenas, y las muy pequeñas (p. ej., aminoácidos) no lo son. Algunas moléculas (como los haptenos) se transforman en inmunógenas solamente cuando se unen a una proteína transportadora.
Complejidad química y estructural: se necesita algún grado de complejidad química. Por ejemplo, los homopolímeros aminoácidos son menos inmunógenos que los heteropolímeros que contienen dos o tres aminoácidos diferentes.
Constitución genética del hospedador: dos cepas de la misma especie de animales pueden reaccionar de manera diferente al mismo antígeno por poseer una composición diferente de genes que intervienen en la respuesta inmunitaria (p. ej., diferentes alelos de MHC).
Dosis, vía y momento de la administración de antígeno: el grado de la respuesta inmunitaria depende de la cantidad de antígeno a la que está expuesto el hospedador; por ello, la respuesta inmunitaria puede ser “optimizada” al definir con cuidado la dosis (que incluye el número de dosis), la vía y el momento de administración (que incluye intervalos entre una y otra dosis).
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Por último, hay que destacar que es posible intensificar la inmunogenicidad de una sustancia al combinarla con otra potenciadora; estas sustancias son aquellas que estimulan la respuesta inmunitaria al facilitar su entrada al interior de las APC.
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Moléculas de reconocimiento del antígeno
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Para que el sistema inmunitario reaccione a elementos no propios, (p. ej., antígenos extraños o xenoantígenos), es necesario un sistema de reconocimiento capaz de diferenciar con toda precisión lo propio de lo no propio. Esta sección del capítulo describirá las moléculas utilizadas para reconocer xenoantígenos. En primer lugar, se revisarán las moléculas del MHC y la presentación de antígeno, seguida de una revisión general de la estructura y la función de los anticuerpos. Después, el capítulo se orientará a los receptores de membrana para antígeno (p. ej., el receptor para antígenos presente en linfocito B [célula B] y el que está presente en linfocito T o célula T).
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Complejo mayor de histocompatibilidad
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El complejo de mayor histocompatibilidad (MHC) fue detectado originalmente como el locus génico que codificaba las moléculas de glucoproteína (antígenos de trasplante) encargadas del rechazo rápido de tejidos trasplantados entre personas genéticamente diferentes. Se sabe que las moléculas de MHC unen antígenos péptidos y los presentan a las células T. Así, estos antígenos trasplantados son los encargados del reconocimiento de antígenos por parte del receptor de linfocitos T. Al respecto, el receptor de células T es diferente del anticuerpo. Las moléculas de anticuerpo interactúan directamente con el antígeno, mientras que el receptor propio de células T solamente reconoce los antígenos peptídicos presentados por moléculas de MHC sobre las APC. El receptor de linfocitos T muestra especificidad para el antígeno, pero este último debe ser presentado en una molécula propia de MHC. El receptor de linfocitos T también es específico respecto a la molécula de MHC. Si el antígeno es presentado por otra forma alélica de la molécula de MHC in vitro (normalmente en una situación experimental) el receptor del linfocito T no la reconoce, fenómeno conocido como restricción de MHC.
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En los humanos, el complejo MHC incluye un conjunto de genes estudiados extensamente situados en el cromosoma 6. Entre los genes importantes del MHC humano, conocido también como HLA, están los que codifican las proteínas del MHC de clases I, II, y III. Como se señala en el cuadro 8-2, las proteínas de clase I de MHC son codificadas por los genes de HLA-A, -B y -C. Las proteínas en cuestión están compuestas de dos cadenas: 1) una glucoproteína transmembrana de peso molecular de 45 000, vinculada en forma no covalente; 2) un polipéptido no codificado por MHC con 12 000 de peso molecular conocido también como β2-microglobulina. Las moléculas de clase I aparecen prácticamente en todas las células nucleadas del cuerpo; excepciones clave son las células de la retina y del cerebro.
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Las proteínas de clase II son codificadas por la región de HLA-D. Como se muestra en el cuadro 8-2, se han identificado tres familias principales: las moléculas codificadas por DP-, DQ- y DR; dicho locus conserva el control de la reactividad inmunitaria y las formas alélicas diferentes de estos genes confieren diferencias extraordinarias en la capacidad de desencadenar una respuesta inmunitaria contra un antígeno particular.
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Las proteínas codificadas por el locus de HLA-D están compuestas de dos glucoproteínas transmembrana enlazadas en forma no covalente, que tienen, en promedio, un peso molecular de 33 000 y 29 000. A diferencia de las proteínas de clase I, su distribución tisular es restringida y se las detecta más bien en macrófagos, células dendríticas, linfocitos B y otras APC. Sin embargo, el interferón-γ induce su expresión en otras células (p. ej., las endoteliales o las epiteliales).
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El locus de MHC de clase I incluye también genes que codifican proteínas que intervienen en el procesamiento del antígeno (p. ej., los transportadores asociados al procesamiento de antígenos [TAP, transporters associated with antigen processing]) (fig. 8-2). El locus de MHC de clase III codifica proteínas de complemento y algunas citocinas.
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Los genes del MHC presentan variabilidad genética extraordinaria. El MHC es poligénico, porque se distinguen varios genes para cada clase de moléculas. El MHC también es polimórfico. De este modo, en la población correspondiente a cada uno de los genes hay un gran número de alelos. Cada persona hereda un grupo restringido de alelos de su progenitor masculino o femenino. Los grupos de genes de MHC tienden a heredarse en forma de bloque o haplotipo. En dicho locus pocas veces hay fenómenos de entrecruzamiento.
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Se han acumulado bastantes conocimientos de la organización estructural y la secuencia de genes y proteínas del MHC. Sin embargo, posiblemente la información más importante se ha obtenido del análisis cristalográfico de rayos X de proteínas del MHC. Estos estudios permitieron explicar con claridad la función de las proteínas MHC. El análisis cristalográfico de rayos X (fig. 8-3) señala que los dominios de la molécula de MHC de clase I están lejos de la membrana y compuestos de dos hélices α en paralelo por arriba de una plataforma creada por una hoja con plegamiento β. Indudablemente la estructura en su totalidad tiene el aspecto de hendidura cuyos lados están formados por las hélices α y cuyo suelo sigue la forma que tienen las hojas β. El análisis cristalográfico también indicó que la hendidura estaba ocupada por un péptido. En esencia, el receptor de células T reconoce del antígeno peptídico unido en una hendidura generada por la proteína MHC. En la figura 8-4A se incluye un esquema sencillo de tal interacción.
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Las proteínas de la clase de histocompatibilidad mayor muestran amplia especificidad por antígenos peptídicos y es posible que cualquier alelo particular de MHC presente péptidos distintos (un péptido es unido cada vez). Las hélices α que forman la hendidura del sitio de unión de los residuos amino son polimórficos en las proteínas del MHC (es decir, variación entre alelos); ello significa que alelos diferentes pueden unir y presentar diferentes antígenos peptídicos. Por las razones anteriores, el polimorfismo de MHC tiene un efecto importante en el reconocimiento antigénico.
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El análisis de la función de las células T respecto a su interacción con las moléculas de MHC indica que los antígenos peptídicos asociados con las moléculas MHC de clase I son reconocidos por linfocitos T citotóxicos CD8+, en tanto que los antígenos peptídicos asociados con moléculas MHC clase II son identificados por linfocitos T cooperadores CD4+. Si se desean más detalles de este tema consúltese el trabajo de Murphy et al. (2011).
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Procesamiento y presentación de antígeno
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El procesamiento y la presentación del antígeno constituyen los mecanismos por los cuales los antígenos se asocian o unen a moléculas de MHC propias para ser presentados ante células T que poseen receptores apropiados. Las proteínas de antígenos exógenos, como las bacterianas, son interiorizadas vía endocítica en vesículas dentro de las APC, como se observa en los diversos tipos de células dendríticas y macrófagos. Después, como se ilustra en la figura 8-2, son expuestos a las proteasas celulares en las vesículas intracelulares. En el interior de las vesículas endosómicas se generan péptidos 10 a 30 residuos aminoácidos de longitud. Las vesículas mencionadas se fusionarán con las vesículas exocíticas que contienen las moléculas de MHC de clase II.
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Las moléculas de MHC de clase II son sintetizadas, al igual que otras glucoproteínas de membrana, en el retículo endoplásmico rugoso, para después seguir su trayectoria a través del aparato de Golgi. Un tercer polipéptido, la llamada cadena invariante (Ii, invariant chain) protege el sitio de unión del dímero αβ de clase II hasta que el pH del compartimiento creado después de la fusión con una vesícula endosómica disminuye (acidifica) e induce la disociación de la cadena Ii. El complejo de molécula de clase II MHC/antígeno peptídico es transportado a la superficie de la célula para su exhibición y reconocimiento por parte de un receptor de células T CD4. En esta fase, las células T CD4 cooperan con otras células T y células B.
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En la figura 8-2 se incluye la interacción de los antígenos endógenos de células infectadas por virus, con moléculas MHC de clase I. En resumen, las proteínas citosólicas son desdobladas por un complejo proteolítico conocido como proteosoma. Los péptidos citosólicos tienen acceso a las moléculas recién formadas del MHC de clase I en el retículo endoplásmico rugoso, a través de transportadores asociados al procesamiento de antígenos (TAP). Los genes TAP también son codificados en MHC. En el interior del retículo endoplásmico, los antígenos peptídicos de 8 a 10 residuos de longitud forman complejos con las proteínas MHC clase I recién formadas y colaboran con la β2 microglobulina para generar un complejo de antígeno peptídico/clase I de MHC totalmente plegado y estable que será transportado hasta la superficie celular para su exhibición y reconocimiento por parte de linfocitos T citotóxicos CD8. El surco de unión de la molécula de clase I es más limitado que el de la molécula de clase II, y por esa razón aparecen péptidos más cortos en las moléculas de MHC de clase I que en las de clase II. Una vez que las células T citotóxicas reconocen al antígeno péptido en la molécula MHC clase I, pueden destruir a la célula infectada por el virus.
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Algunos virus intentan anular la respuesta inmunitaria al interferir en las vías de procesamiento de antígeno. Por ejemplo, una proteína Tat de VIH puede inhibir la expresión de moléculas de MHC de clase I. Una proteína del virus herpético se une a TAP e impide el transporte de los péptidos virales al interior del retículo endoplásmico, sitio en que se sintetizan las moléculas de clase I. Una consecuencia de los mecanismos inhibidores mencionados es que las células infectadas no son reconocidas por linfocitos citotóxicos.
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Algunos superantígenos pueden unirse a moléculas de MHC fuera de la hendidura de unión del péptido. Una consecuencia es que, en tanto que un péptido individual forma complejos con una molécula de MHC, normalmente estimulará sólo a un peque- ño porcentaje de células T, y los superantígenos originarán que incluso 10% de tales células sean activadas de manera inespecífica. Ejemplos de superantígeno son los de algunas toxinas bacterianas que incluyen las enterotoxinas estafilocócicas, la toxina del síndrome de choque tóxico y el grupo de exotoxina A pirógena de estreptococos A. Los antígenos mencionados se unen a la “zona externa” de la proteína de MHC y al receptor de célula T (figura 8-4B). Muestran actividad en concentraciones pequeñísimas (10–9 mol/L) y hacen que sean estimuladas las células T que expresan secuencias Vβ particulares y liberan grandes cantidades de citocinas, incluidas IL-1 y TNF. Esta liberación de grandes cantidades de citocina (tormenta de citocina) por los linfocitos T activados es el hecho que explica en parte la patogenia de enfermedades causadas por microorganismos que expresan superantígenos.
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El conocimiento de los detalles del procesamiento de antígeno ha permitido esclarecer algunas ideas respecto a la función de células T. Una explicación del por qué las células T no reaccionan a antígenos de tipo carbohidrato pudiera depender de su incapacidad de adaptarse con precisión al surco mencionado. Además, la explicación de que las células T reconozcan sólo determinantes antigénicos lineales pudiera provenir del hecho de que tales células responden sólo al antígeno procesado proteolíticamente. Por tal razón, el hecho de que un antígeno esté destinado a la presentación de clase I o II depende de los compartimientos intracelulares que atraviesa.
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Células B y anticuerpos
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La inmunidad de tipo humoral es mediada por anticuerpos, producidos por la célula B componente de la respuesta inmunitaria. Cada persona tiene un conjunto grande de linfocitos B diferentes (en promedio 1011), que viven días o semanas, y se localizan en la médula ósea, en ganglios linfáticos, en tejidos linfoides y en intestino (como amígdalas, placas de Peyer, o apéndice vermiforme).
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A. Receptor de linfocito B para antígeno
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Los linfocitos B presentan un solo tipo de molécula de inmunoglobulina clonal homogénea (en promedio, 105 copias/célula) en su superficie; dichas inmunoglobulinas actúan como receptores (receptores de antígeno de células B [BCR, B-cell receptors]) porque corresponden a un antígeno específico, de modo que cada célula B reacciona sólo a un antígeno o a un grupo muy similar de ellos. Todas las células B inmaduras transportan inmunoglobulinas M (IgM) en su superficie y muchas también portan IgD. Las células B también poseen receptores de superficie para el segmento Fc de las inmunoglobulinas y para varios componentes del complemento.
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Un antígeno interactúa con el linfocito B que presenta el mejor “acoplamiento” de su receptor superficial inmunoglobulínico. El antígeno se une a este BCR y la célula B es estimulada para dividirse y formar una clona (selección clonal). Las células B seleccionadas se diferencian hasta transformarse en células plasmáticas y secretar anticuerpos. Cada persona puede elaborar en promedio 1011 moléculas de anticuerpos diferentes, razón por la cual hay un sitio de unión antigénico en una célula B que corresponde prácticamente a cualquier determinante antigénico.
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El primer paso en la formación de anticuerpos comienza con la unión del antígeno a la inmunoglobulina superficial por medio de BCR. El paso siguiente es: 1) BCR con su antígeno unido son interiorizadas por la célula B, y el antígeno es degradado para generar péptidos que después son retornados a la superficie celular unidos a las moléculas MHC clase II. 2) El complejo de péptido/moléculas MHC clase II sobre las células B es reconocido por células T cooperadoras (CD4) específicas de antígeno. Las células T mencionadas ya habían interactuado con células dendríticas presentadoras de antígeno y se habían diferenciado en respuesta al mismo patógeno. Dicha interacción puede surgir porque células B y células T se pusieron en contacto con el antígeno, migraron hacia los límites entre las áreas de los dos tipos de células en el tejido linfoide secundario. 3) La quimiocinas como CXCL13 y su receptor, CXCR5, intervienen importantemente en este proceso migratorio. 4) El ligando CD40 sobre las células T se une a CD40 de las células B, y la célula T produce citocinas como IL-4, IL-5 e IL-6 que inducen la proliferación de células B. 5) Por último, las células B activadas migran al interior de los folículos y proliferan para formar centros germinativos, aquí ocurren hipermutación somática y cambio de clase. Las células B de centros germinativos que sobreviven dicho proceso se diferencian en células plasmáticas productoras de anticuerpos, o células B de memoria. Si se desean más detalles de este tema consúltese el trabajo de Murphy et. al. (2011).
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Es importante destacar que algunos antígenos bacterianos estimulan directamente la producción de anticuerpos mencionada y no necesitan la ayuda de las células T para activar a las células B. Los antígenos en cuestión por lo común son polisacáridos y lipopolisacáridos bacterianos. Dichos antígenos independientes del timo inducen respuestas de células B con cambio limitado de clase y no inducen la aparición de células B de memoria.
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B. Estructura y función de anticuerpos
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Los anticuerpos son inmunoglobulinas que reaccionan de manera específica con el antígeno que estimuló su producción. Componen en promedio el 20% de las proteínas plasmáticas. Los anticuerpos producidos por un animal en respuesta a un antígeno complejo son heterogéneos, porque son formados por clonas de células diferentes y cada una expresa un anticuerpo capaz de reaccionar con un determinante antigénico diferente del antígeno complejo. Se ha calificado a tales anticuerpos como policlonales. Se conocen como anticuerpos monoclonales a las inmunoglobulinas producidas por una sola clona de células, por ejemplo, en un tumor de células plasmáticas (mieloma) las inmunoglobulinas son homogéneas. Los anticuerpos monoclonales pueden ser producidos por la fusión de una célula de mieloma con un linfocito productor de anticuerpos. Estos hibridomas producen cantidades ilimitadas de anticuerpos monoclonales in vitro. El estudio de las inmunoglobulinas monoclonales ha generado información importante sobre la estructura y la función de los anticuerpos.
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Las moléculas de inmunoglobulina (Ig) comparten características estructurales comunes; por ejemplo, todas las inmunoglobulinas están compuestas de cadenas de polipéptidos ligeras y pesadas, referente a su peso molecular. Las cadenas ligeras tienen un peso molecular de 25 000, en promedio, en tanto que el de las pesadas es de 50 000, aproximadamente. Cada molécula de inmunoglobulina consiste en dos cadenas ligeras idénticas (L) y dos cadenas pesadas (H) idénticas unidas por enlaces de disulfuro. Las cadenas L pueden ser κ (kappa) o λ (lambda) y su clasificación se basa en diferencias de aminoácidos en sus regiones constantes (figura 8-5). Todas las clases de inmunoglobulina (IgG, IgM, IgA, IgD e IgE) poseen ambos tipos de cadenas L (κ o λ), pero una molécula de inmunoglobulina en particular contiene un solo tipo de cadena L. El segmento amino terminal de cada cadena L contiene parte del sitio de unión con el antígeno. Las cadenas pesadas (H) son distintas en cada una de las cinco clases de inmunoglobulinas y han sido calificadas con las letras γ (gamma), μ (mu), α (alfa), δ (delta) y ε (épsilon) (cuadro 8-3). La porción amino terminal de cada cadena H participa en el sitio de unión con el antígeno; las otras formas terminales (carboxilo) forman el fragmento Fc (fig. 8-5) que desempeña varias actividades biológicas (p. ej., activación del complemento y unión a los receptores superficiales de células o microorganismos).
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Por lo tanto, una molécula individual de anticuerpo siempre contiene cadenas H idénticas y L idénticas. La molécula de anticuerpo más sencilla tiene forma de Y (figura 8-5) y consta de cuatro cadenas polipeptídicas: dos cadenas H y dos L. Las cuatro cadenas están unidas en forma covalente por enlaces de disulfuro.
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Si una molécula de anticuerpo como la mencionada es tratada con una enzima proteolítica (p. ej., la papaína) se rompen los enlaces peptídicos en la región de la bisagra y con ello se generan dos fragmentos Fab idénticos, que poseen sitios de unión al antígeno, y un fragmento Fc que participa en la transferencia placentaria, la fijación de complemento, la unión a diversas células y otras actividades biológicas.
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Las cadenas L y H se subdividen en regiones variables y regiones constantes. Las regiones están compuestas de segmentos repetitivos de plegamiento tridimensional llamadas dominios. Mediante el uso de la cristalografía de rayos X se ha conocido la estructura de los dominios. Una cadena L consta de un dominio variable (VL) y otro dominio constante (CL). Muchas de las cadenas H constan de un dominio variable (VH) y tres o más dominios constantes (CH). Cada dominio tiene una longitud aproximada de 110 aminoácidos. Las regiones variables se encargan de la unión con el antígeno, mientras que las constantes desempeñan funciones biológicas que describiremos adelante.
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Dentro de las regiones variables de las cadenas L y H están subregiones que consisten en secuencias de aminoácidos extraordinariamente variables (hipervariables) que colaboran espacialmente para formar un sitio de unión con antígeno. Las regiones hipervariables forman el área de la molécula de anticuerpos cuya estructura es complementaria a la del determinante antigénico o epitopo, razón por la cual se les ha denominado regiones determinantes de la complementaridad (CDR, complementarity-determining regions). Solamente 5 a 10 aminoácidos en cada región hipervariable constituyen el sitio de unión con el antígeno. El enlace antigénico no es covalente; en él intervienen las fuerzas de van der Waals, electrostáticas y otras fuerzas débiles.
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Clases de inmunoglobulinas
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Cada molécula de IgG está compuesta de dos cadenas L y dos cadenas H (fórmula molecular H2L2). Por tener dos sitios idénticos de unión con antígeno, es divalente. Los anticuerpos de tipo IgG están divididos en cuatro subclases (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4); la diferenciación por subclases se basa en diferencias en la secuencia de aminoácidos en la región constante de la cadena H y en el número y sitio de los enlaces disulfuro. IgG1 comprende 65% del IgG total. IgG2 se dirige contra antígenos polisacáridos y puede ser una defensa importante del hospedador contra bacterias encapsuladas. IgG3 es un activador eficaz del complemento, y ello se debe a su región de la bisagra rígida, en tanto que IgG4 no activa el complemento debido a su estructura compacta.
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IgG es el anticuerpo predominante en las respuestas inmunitarias secundarias y constituye un elemento de defensa importante contra bacterias y virus. Cruza fácilmente la placenta y por ello es la inmunoglobulina que más abunda en los neonatos. También media la opsonización del antígeno al unirse los complejos antígeno-anticuerpo a receptores Fc sobre macrófagos y otras células.
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IgM es la principal inmunoglobulina producida en fase temprana de la respuesta inmunitaria primaria. Aparece en la superficie de casi todos los linfocitos B no comprometidos. La integran cinco unidades H2L2 (cada una es similar a una unidad IgG) y una molécula de cadena J (unión) (figura 8-6). El pentámero (peso molecular de 900 000) tiene un total de 10 sitios idénticos de unión con antígeno y su valencia es de 10. Es la inmunoglobulina más eficiente en la aglutinación, en la fijación de complemento y en otras reacciones de antígeno-anticuerpo, y también es decisiva en la defensa contra bacterias y virus. Su interacción con el antígeno abarca 10 sitios de unión y por ello posee la máxima capacidad de unión y enlaces cruzados en todas las inmunoglobulinas. Valorar su presencia en el suero puede ser útil en el diagnóstico de algunas enfermedades infecciosas. Por ejemplo, IgM no cruza la placenta y la presencia de dicho anticuerpo en el feto o el neonato es una prueba de infección intrauterina.
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IgA es la principal inmunoglobulina de la que depende la inmunidad de las mucosas y aparece en secreciones como leche, saliva y lágrimas, y otras más en los aparatos respiratorio, genital y el tubo digestivo. Protege a las membranas mucosas del ataque de bacterias y virus.
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Cada molécula de IgA secretora consiste en dos unidades H2L2 y una molécula de la cadena J y del componente secretor; este último es una proteína obtenida por separación del receptor poli-Ig, que se une al dímero IgA y facilita su transporte por las células del epitelio de la mucosa. IgA aparece en el suero en la forma de H2L2 monómero y también polímeros de mayor tamaño en poca concentración. Se conocen como mínimo dos subclases que son IgA1 IgA2. Algunas bacterias (p. ej., en Neisseria spp.) destruyen IgA1 al producir una proteasa y con ello evaden la resistencia mediada por anticuerpos en las superficies mucosas.
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La región Fc de IgE se une por medio de su receptor de gran afinidad en la superficie de mastocitos, basófilos y eosinófilos. Esta IgE unida actúa como receptor del antígeno que estimula su producción, y el complejo antígeno-anticuerpo resultante induce reacciones alérgicas de tipo inmediato (anafilácticas), por medio de la liberación de mediadores.
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IgD actúa como receptor de antígeno al aparecer en la superficie de algunos linfocitos B. En el suero aparece sólo en cantidades ínfimas. En la actualidad no se ha dilucidado la función de IgD.
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Genes de inmunoglobulinas y generación de diversidad
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Algunos mecanismos genéticos especiales han evolucionado al grado de producir un número extraordinariamente grande de moléculas de inmunoglobulinas (en promedio 1011), que aparecen en el hospedador en respuesta a la estimulación antigénica, sin necesitar un número excesivo de genes. Es así que los genes de inmunoglobulina (como se revisará más adelante en el apartado de genes del receptor de células T) experimentan recombinación somática para producir la enorme diversidad de especificidades de anticuerpos.
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Cada cadena de inmunoglobulina consiste en una región variable (V) y otra constante (C). Para cada tipos de cadena inmunoglobulínica (p. ej., la cadena ligera kappa (κ) y la ligera lambda (λ), y las cinco cadenas pesadas (γH, µH, αH, δH, εH) hay un conjunto separado de segmentos génicos situados en cromosomas diferentes. En los humanos, la familia multigénica se identifica en los cromosomas siguientes: λ, en el cromosoma 22; κ, en el cromosoma 2 y la familia de cadenas pesadas, en el cromosoma 14. Cada uno de los tres loci génicos comprende un conjunto de segmentos génicos V diferentes separados de los segmentos génicos C. Durante la diferenciación de linfocitos B surge redisposición del DNA para llevar los segmentos escogidos del gen cerca el uno del otro en el genoma. Una familia de enzimas conocidas como las recombinasas V(D)J es la encargada de esta redisposición génica.
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La región variable de cada cadena L es codificada por dos segmentos génicos: V y J. La región variable de cada cadena H es codificada por tres segmentos génicos: V, D y J. Los segmentos están unidos en un gen variable V funcional, por redisposición del DNA. Cada gen variable V ensamblado después es transcrito con el gen constante C para producir un RNA mensajero (mRNA) que codifica la cadena polipeptídica completa. Las cadenas L y H son sintetizadas separadamente en los polisomas y al final ensambladas en el citoplasma, para formar unidades H2L2 por medio de enlaces de disulfuro. La fracción de carbohidratos se agrega después durante el paso a través de los componentes de la membrana de la célula (como el aparato de Golgi) y la molécula de inmunoglobulina es liberada.
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El mecanismo de redisposición génica mencionado permite el ensamblado de una variedad extraordinaria de moléculas de inmunoglobulina. La diversidad de anticuerpos depende de: 1) segmentos génicos múltiples V, D y J; 2) asociación combinatoria, es decir, la asociación de cualquier segmento del gen V con cualquier segmento D o J; 3) la combinación aleatoria de diferentes cadenas L y H; 4) la hipermutación somática, y 5) la diversidad de uniones generada por el enlace impreciso durante la redisposición con la adición de nucleótidos por la desoxinucleotidil transferasa, enzima terminal.
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Cambio de clase de inmunoglobulina
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Al inicio, todas las células B portan IgM específico para un antígeno y producen IgM en respuesta a la exposición al mismo antígeno. Más adelante, la redisposición génica permite la elaboración de anticuerpos con la misma especificidad antigénica, pero de diferentes clases de inmunoglobulinas. En el cambio de clase, el mismo gen VH ensamblado de manera seriada se asocia con genes CH diferentes, así, la inmunoglobulina producida después (IgG, IgA o IgE) posee la misma especificidad que IgM original, pero diferentes características biológicas. El cambio de clase depende de las citocinas liberadas de células T y también aparece después de la estimulación antigénica.
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Cuando una persona entra en contacto con un antígeno por primera vez, se detecta en el suero el anticuerpo contra tal antígeno en término de días o semanas, según la naturaleza y la dosis del antígeno y la vía de administración (p. ej., oral, parenteral). La concentración del anticuerpo en el suero sigue aumentando durante varias semanas para disminuir luego; puede llegar a niveles pequeñísimos (figura 8-7). Los primeros anticuerpos formados son de tipo IgM, seguidos por IgG, IgA, o ambos. Los niveles de IgM tienden a disminuir antes que los de IgG.
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En un segundo encuentro con el mismo antígeno (o un antígeno muy similar con “reacción cruzada”) meses o años después de la respuesta primaria, la respuesta de anticuerpos es más rápida y llega a niveles más altos que los observados durante la respuesta primaria. Dicho cambio se atribuye a la persistencia de “células de memoria” sensibles al antígeno de la primera respuesta inmunitaria. En la respuesta secundaria la cantidad de IgM producida es cualitativamente similar a la generada después del primer contacto con el antígeno; sin embargo, la producción de IgG es mucho mayor y el nivel de dicha inmunoglobulina tiende a persistir más tiempo que cuando se produjo la respuesta primaria. Aún más, el anticuerpo en cuestión tiende a unirse con mayor firmeza con el antígeno (p. ej., su afinidad es mayor) y de este modo, no se disocia con tanta facilidad.
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Funciones protectoras de los anticuerpos
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Ante la complementaridad estructural estrecha entre los anticuerpos y el antígeno que provocó su aparición, los dos tienden a unirse siempre que estén en contacto in vitro o in vivo. Tal unión no es covalente y en ella participan fuerzas electrostáticas como de van der Walls, y otras fuerzas débiles. Los anticuerpos generan resistencia a la infección por medio de cinco mecanismos principales.
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1. Aumento de la fagocitosis Los anticuerpos generan resistencia al opsonizar (recubrir) a los microorganismos para que puedan ser ingeridos más fácilmente por los fagocitos. Además, la inmunidad mediada por anticuerpos contra bacterias es más eficaz cuando se dirigen contra infecciones de microbios, cuya virulencia depende de las cápsulas de polisacárido (p. ej., neumococos, Haemophilus spp. o bien Neisseria spp.). En tales infecciones, los anticuerpos forman complejos con los antígenos capsulares y tornan a los microorganismos susceptibles para ser ingeridos por células fagocíticas y destruidos en su interior.
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2. Neutralización del virus Los anticuerpos que son dirigidos contra proteínas virales específicas pueden unirse al virus y bloquear la capacidad de la partícula viral de unirse a su receptor celular. El virus no invade las células y por ello no muestra réplica.
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3. Neutralización de toxinas Los anticuerpos neutralizan toxinas de microorganismos (como los de difteria, tétanos y botulismo), e inactivan sus efectos patógenos.
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4. Lisis mediada por complemento La adherencia de anticuerpos a proteínas virales de células infectadas por el virus o a un microorganismo celular activa el sistema de complemento, que culmina en lisis celular.
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5. Citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos (ADCC) La adherencia de anticuerpos a proteínas virales en la célula infectada por el virus puede originar interacción de las células recubiertas por el anticuerpo con una célula citolítica y culminar en lisis.
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Los anticuerpos tienen función protectora, razón por la cual se han creado estrategias para inducir su producción (inmunidad activa) o administrar al hospedador anticuerpos preformados (inmunidad pasiva).
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La inmunidad activa es inducida después del contacto con antígenos extraños (p. ej., algún microorganismo o sus productos); tal contacto puede consistir en la infección clínica o subclínica, vacunación con agentes infecciosos vivos o muertos o sus antígenos, exposición a productos microbianos (p. ej., toxinas o toxoides) o trasplante de células xenógenas. En todos estos casos el hospedador genera activamente anticuerpos. Sin embargo, la protección se retrasa hasta que la generación de anticuerpos alcanza un nivel de eficacia.
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La inmunidad pasiva es generada por administración de anticuerpos preformados. La ventaja primaria de la inmunidad pasiva con anticuerpos preformados es que con ella se dispone a muy corto plazo de grandes cantidades del anticuerpo; tal estrategia es útil contra algunos virus (p. ej., el de la hepatitis B) después que alguna persona que no había sido vacunada, se pica con una aguja.
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Además de los efectos protectores mediados por anticuerpos, pueden surgir efectos nocivos. En la inmunidad pasiva es posible desencadenar reacciones de hipersensibilidad si el anticuerpo proviene de otra especie. En la inmunidad activa la unión de anticuerpos con antígenos permite la formación de complejos inmunitarios circulantes. El depósito de tales complejos puede ser un signo importante del desarrollo de disfunción de órganos. Por ejemplo, se pueden depositar complejos inmunitarios en el riñón e inducir glomerulonefritis que puede surgir después de infecciones por estreptococos.
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A. Inmunidad mediada por células
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La inmunidad mediada por anticuerpos es importante en trastornos inducidos por alguna toxina, en infecciones microbianas en que las cápsulas de polisacáridos determinan la virulencia, y como parte de la respuesta defensiva del hospedador contra algunas infecciones por virus. Sin embargo, la inmunidad mediada por células es fundamental en la defensa del hospedador contra diversos patógenos. En la inmunidad mediada por células, subgrupos de células T y células presentadoras de antígeno (APC) reconocen y responden al patógeno. En esta sección se revisarán el desarrollo, la proliferación, la diferenciación y funciones efectoras de las células T.
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1. Desarrollo de los linfocitos T En el interior del timo, los progenitores celulares (blastos) T se diferencian. Aquí, bajo la influencia de hormonas tímicas, las células T se diferencian en células comprometidas que expresan un receptor específico de células T (TCR, T-cell receptor). Los TCR han experimentado recombinación de los segmentos génicos VDJ de la cadena beta del TCR, seguida de redisposición de la cadena alfa del TCR, y así se crea un complejo funcional de TCR alfa-beta. La mayoría de las células contiene TCR α, β y algunas células T expresaron TCR gamma-delta (células Tγ, δ). Dichas células TCR se vuelven positivas respecto a la expresión de CD4 y CD8, moléculas correceptoras. En este punto, las células T poseen una TCR funcional. Después, las células T experimentan procesos de selección positiva y negativa que culminan en la retención solamente de las células que tienen receptores antigénicos más útiles, es decir, las que muestran especificidad antigénica no propia (extraña). Los antígenos en cuestión son reconocidos solamente en el contexto del MHC propio (restringido a MHC propio). Las clonas que son autoantigénicas quedan eliminadas o inactivadas funcionalmente (se tornan anérgicas). Una consecuencia del proceso de selección es que, en promedio, 95% de las células T queda destruido en el timo. Conforme las células experimentan maduración final pierden su capacidad doblemente positiva de expresión de CD4 y CD8, y se tornan células T unipositivas aisladas que expresarán ahora complejos TCR/CD3 y CD4 o CD8. Sólo un pequeño número de células T en desarrollo expresará los receptores adecuados para ser retenida y salir a la periferia, donde maduran hasta llegar a ser células T efectoras.
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2. Receptor de linfocitos T de antígeno El receptor de células T es una proteína heterodimérica tansmembrana compuesta de dos cadenas unidas por enlaces disulfuro. Como mencionamos, se conocen dos clases distintas de receptores, que son α y β en una clase, y γ y δ en la otra. Las células T αβ comprenden el fenotipo predominante de tales células y se subdividen, con base en su expresión de otros marcadores superficiales, en CD4 y CD8. Las células T que expresan γδ son poco frecuentes en humanos y al parecer están predispuestas al reconocimiento de antígenos bacterianos de aparición frecuente, por ejemplo, algunas fracciones glucolípidas y de lípidos fosforilados. Las células T γδ más bien están situadas en las capas epiteliales de los aparatos reproductivo y gastrointestinal.
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Las proteínas TCR muestran regiones variables y constantes similares a las de los anticuerpos. Las regiones variables están en las terminaciones amino de la cadena polipeptídica lejos de la membrana celular. Las dos cadenas contribuyen al dominio variable que, según se ha demostrado, interactúan con el antígeno presentado por el complejo MHC propio.
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Los genes del TCR se semejan íntimamente a los genes de las inmunoglobulinas, y la generación de la diversidad en el TCR se logra en una forma muy análoga a la descrita antes para las inmunoglobulinas. Sobre tal base, se conocen múltiples segmentos de región variable que contribuyen a un repertorio de especificidades diferentes de antígenos; segmentos múltiples V, D y J se combinan en formas diferentes. Hay más segmentos J y D para los genes del TCR que para los genes de inmunoglobulina.
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En todas las células T con especificidad funcional de antígeno, las dos cadenas receptoras de células T están vinculadas de manera no covalente con otras seis cadenas polipeptídicas compuestas de cuatro proteínas diferentes que forman el complejo CD3. Las proteínas invariantes del complejo CD3 son las encargadas de la transducción de la señal recibida por el receptor TCR, al reconocer el antígeno hasta el interior de la célula. Cuatro proteínas diferentes del complejo CD3 están situadas a nivel transmembrana e interactúan con tirosina-cinasas citosólicas en el interior de la membrana. Es precisamente dicha interacción la que inicia los fenómenos bioquímicos de transducción de señales que culminan en la transcripción génica, la activación celular y el inicio de las actividades funcionales de las células T.
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Las moléculas CD4 y CD8 que diferencian a las dos grandes clases funcionales de células T actúan como moléculas correceptoras en la superficie de células T. Durante el reconocimiento del antígeno las dos moléculas mencionadas interactúan con el complejo del TCR y con moléculas de MHC en las APC. CD4 se une con moléculas de MHC de clase II, y CD8 lo hace con moléculas de MHC de clase I.
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3. Proliferación y diferenciación de linfocitos T La proliferación de las células T depende de una serie de eventos. En la presentación de MHC de clase II se necesitan dos señales para que se produzca la activación de células T CD4 sin contacto previo con antígeno (naive). La primera señal proviene de la interacción del TCR con un complejo péptido-MHC presentado por la APC. La glucoproteína CD4 de la célula T (naive) que no ha interactuado con el antígeno específico, actúa como correceptora que se une a moléculas de MHC de clase II. Tal fenómeno de unión asegura la estabilidad entre la célula T y la APC. La segunda señal (coestimulación) necesaria para la activación de células T proviene de la interacción de las moléculas coestimulantes de la familia B7 (B7-1/B7-2 identificadas también como CD80 y CD86) en la APC, con CD28 sobre células T. Constituyen las principales moléculas coestimuladoras. Una vez que se terminan estas dos fases de estimulación (p. ej., la unión del TCR al complejo peptídico-MHC clase II y la unión de CD28 con B7-1/B7-2) entran en acción diversas vías bioquímicas en las células que culminan en la síntesis de DNA, la mitosis y la proliferación. En tales fenómenos, la célula T secreta citocinas, particularmente IL-2 e IFN-γ, e incrementa la expresión de receptores IL-2. Estas células T entonces son capaces de proliferar y diferenciarse en células efectoras.
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La activación de células T CD8 aparece cuando el TCR interactúa con el complejo péptido-MHC de clase I de la APC. La glucoproteína CD8 en la célula T actúa como correceptora y se une a la molécula MHC clase I en la APC. Una vez más, tal interacción hace que las dos células estén unidas durante la activación con especificidad antigénica. La célula T citotóxica, una vez activada, produce IL-2 e IFN-γ, que son factores de crecimiento y diferenciación de células T. A diferencia de la activación de células CD4, la activación de las células T CD8 en muchos casos es independiente de la coestimulación, y la célula infectada por el virus es destruida por acción de gránulos citotóxicos liberados por la célula T CD8.
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B. Funciones efectoras del linfocito T
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1. Células efectoras CD4 Las células T CD4 en proliferación pueden transformarse y constituir las cuatro categorías principales de células T efectoras: células Th1, Th2, Th17 o células reguladoras T (Treg). En un entorno de INF-γ dominan las células Th1 y activan macrófagos o causan que las células B cambien para producir diferentes subclases de IgG. En uno y otro casos ello induce la eliminación bacteriana por destrucción directa por parte del macrófago activado por IFN-γ o por destrucción después de fagocitosis de partículas opsonizadas. Tales células Th1 también producen IL-2 e IFN-γ. En un entorno en que se produce IL-4 predominan las células Th2 y activan a los mastocitos y los eosinófilos, y hacen que los linfocitos B sinteticen IgE; ello es útil en la respuesta a la invasión por helmintos. Las células Th2 secretan IL-4, IL-5, IL-9 e IL-13. Cuando están presentes juntos TGF-β e IL-6, las células T CD4 se transforman en células Th17; dichas células producen IL-17 e IL-22. IL-17 es una citocina que induce a las células de estroma y epitelio a generar IL-8 y esta última interleucina es una quimiocina potente que se encarga de reclutar neutrófilos y macrófagos para los tejidos infectados. Las células T CD4 pueden transformarse en células Treg cuando quedan expuestas a TGF-β sola. Las células Treg actúan como supresoras de las respuestas de células T. Se les identifica por expresión de moléculas CD4 y CD25 en su superficie y por el factor de transcripción Foxp3. Las células Treg producen TGF-β e IL-10 que suprimen las respuestas inmunitarias.
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2. Células efectoras CD8 Las células CD8 se diferencian en células citotóxicas efectoras por la interacción de su TCR y el complejo péptido-MHC de clase I en la superficie de una célula infectada. Después del reconocimiento, la célula T CD8 destruye la célula infectada. El mecanismo primario de la destrucción utiliza gránulos citotóxicos que contienen perforina, la familia de la granzimas, y una tercera proteína recién identificada, la granulisina. La célula T CD8 libera perforina que coadyuva con la granzima y la granulisina, para entrar en la célula infectada. La granzima desencadena apoptosis (muerte celular programada) al activar las caspasas celulares. Hay que destacar que se produce un proceso similar en el caso del reconocimiento de células tumorales por parte de células T CD8. Si se desean más datos sobre el tema consúltese el trabajo de Murphy et al. (2011).