Desarrollo de los linfocitos

TEMA 7 – DESARROLLO DE LOS LINFOCITOS • Los linfocitos T y B nacen en la médula ósea a partir de una célula madre hematopoyética pluripotencial que da origen a mucho tipos celulares. Algunas de estas células se diferencian a precursores linfoides que dan origen a linfocitos B, linfocitos T, células NK y algunos tipos de células dendríticas. • El precursor linfoide común se diferencia a precursores de linfocitos B y precursores de linfocitos T, los cuales todavía no expresan sus receptores de antígeno porque sus genes no están listos. Estos precursores deben pasar por un proceso de maduración en el que su ADN se recombina para formar los genes de los receptores de antígeno. Esta maduración se lleva a cabo en la médula ósea para los linfocitos B y en el timo para los linfocitos T. • La médula ósea y el timo son los órganos linfoides centrales, primarios o generadores porque son los sitios donde nacen y maduran los linfocitos. Genes de los receptores de antígeno • El sistema inmune adaptativo está conformado por billones de clonas de linfocitos, cada una con un receptor de antígenos diferente en el sitio de unión al antígeno de su región variable. El conjunto de billones de receptores de antígeno distintos capaces de reconocer billones de antígenos se llama repertorio. • Este repertorio se genera sin que el organismo haya encontrado nunca a ninguno de los billones de antígenos que luego será capaz de reconocer. Esto es posible porque los genes de los receptores de antígeno en los precursores de linfocitos están dispuestos como muchos segmentos genéticos distintos que se recombinan, produciendo un gen distinto en cada clona de linfocitos. Genes de los receptores de antígeno en la línea germinal • Los precursores de los linfocitos no tienen los genes de los receptores de antígeno listos, sino que los tienen en su configuración de línea germinal, es decir la disposición en la que vienen desde el cigoto y se encuentra en todas las células del cuerpo. -1- • En la configuración de línea germinal, los precursores de linfocitos no tienen la secuencia de ADN que codifica la región variable de los receptores de antígeno lista, sino que tienen muchos segmentos genéticos que tienen el potencial de crear un gen. Estos segmentos no son un gen porque sus secuencias están muy separadas de la secuencia que codifica la región constante y por lo tanto no se transcriben y no se expresa ninguna proteína. • Los segmentos genéticos están dispuestos en grupos que se denominan V, D y J. Cada grupo tiene muchos segmentos cuya secuencia de ADN es distinta. Para que se forme un gen de receptor de antígenos se necesita que se junten varios segmentos, pero solamente uno de cada tipo. • Cada receptor de antígenos requiere un gen para cada tipo de cadena, por lo que existen dos genes para el BCR (cadenas pesada y ligera) y dos genes para el TCR (cadenas  y ). Las regiones V de la cadena pesada del BCR y  del TCR cuentan con segmentos V, D y J, mientras que la cadena ligera del BCR y  del TCR cuentan con segmentos V y J únicamente. • Cada uno de estos genes cuenta con varios segmentos en la configuración de línea germinal: Receptor Tipo de segmento Número de segmentos distintos V 38-46 D 23 J 6 V 34-38 J 5 Cadena  V 70 J 61 Cadena  V 52 D 2 J 13 Gen Cadena pesada BCR Cadena ligera TCR -2- • Para cada uno de estos genes, los segmentos genéticos se disponen uno después de otro en los grupos V, D y J antes de la porción del gen que codifica la región constante. Por ejemplo, el siguiente esquema ilustra la disposición de los segmentos genéticos de la cadena pesada (H) del BCR con grupos VH, DH y JH antes de la región constante (C): Modificado de Murphy, K. (2012) Janeway’s Immunobiology (p. 161). New York, NY: Garland Science. Recombinación somática de los segmentos genéticos • Durante el desarrollo de los linfocitos se activan recombinasas llamadas RAG-1 y RAG-2, que son enzimas capaces de cortar el ADN en los sitios precisos para que se junte un segmento genético de cada tipo y se forme un gen de receptor de antígenos capaz de transcribirse para que se exprese la proteína en la membrana. Este proceso se llama recombinación somática de segmentos genéticos. • Las recombinasas reconocen secuencias específicas en el ADN para siempre hacer los cortes adecuados y que siempre se junten solamente un segmento de cada tipo. Una vez hechos los cortes, enzimas de reparación del ADN juntan los segmentos para que el gen quede listo. En el siguiente esquema se ilustra la recombinación del gen de la cadena pesada del BCR. En primer lugar se recombinan los segmentos D y J y luego el segmento V (se muestra un solo segmento por grupo, pero en realidad se escoge uno de todos los que están disponibles): Configuración de línea germinal Recombinación DJ Recombinación VDJ (gen listo) Modificado de Murphy, K. (2012) Janeway’s Immunobiology (p. 159). New York, NY: Garland Science. -3- • El proceso de recombinación somática es similar en los linfocitos T y B, por lo cual al final se genera un repertorio de linfocitos B compuesto por billones de clonas, cada una con un BCR diferente y un repertorio de linfocitos T compuesto por billones de clonas, cada una con un TCR diferente. La generación de billones de receptores distintos es posible porque la recombinación es distinta en cada precursor de linfocito: • Como los segmentos se escogen al azar, es muy probable que la combinación de segmentos que se usan en un determinado linfocito será distinta a la combinación que se usa en otro linfocito. Por ejemplo, en un linfocito B que usa en la cadena pesada los segmentos V1, D1 y J1 y en la ligera los segmentos V1 y J1, el BCR será distinto a uno en el que se usen los segmentos V1, D1 y J2 en la cadena pesada aunque se una a la cadena ligera conformada por V1 y J1. Se ha calculado de acuerdo al número de segmentos que debido a estas combinaciones se pueden formar unos dos millones de receptores de antígenos distintos. • La unión de los segmentos es bastante inexacta ya que existen enzimas capaces de quitar o añadir nucleótidos a los extremos de ADN que se van a unir. Estas enzimas no siguen ningún patrón, sino que pueden generar secuencias completamente nuevas. Por ello, incluso si se usan los mismos segmentos, dos linfocitos pueden terminar con secuencias distintas en el gen de receptor de antígenos. De esta manera se puede llegar a tener el repertorio compuesto por billones de clonas con receptores de antígeno distintos. • Debido a que en este proceso de recombinación las secuencias de los genes se generan al azar, en muchas ocasiones se producen genes defectuosos que no pueden transcribirse y no se expresa el receptor de antígenos. En ese caso el linfocito muere porque un linfocito sin receptor de antígenos no puede cumplir ninguna función. • Además, como las secuencias se generan sin la influencia de ningún antígeno, el repertorio que resulta de este proceso incluye receptores de antígeno que pueden reconocer cualquier tipo de antígenos: extraños, propios, peligrosos y no peligrosos. Por lo tanto, se necesitan mecanismos de tolerancia que eviten activación de linfocitos que reconozcan antígenos propios y extraños no peligrosos que pueden causar enfermedades autoinmunes y alergias. -4- Selección negativa de los linfocitos • Para cumplir su función en la inmunidad, los linfocitos deben salir de los órganos linfoides centrales como linfocitos maduros que expresan un receptor de antígenos. Después de la recombinación somática de segmentos genéticos, los linfocitos ya expresan el receptor de antígenos y serán capaces de reconocer antígenos en el resto del organismo. Sin embargo, debido a que el repertorio que se generó por este proceso incluye linfocitos que tienen receptores que reconocen antígenos propios, existe un proceso adicional llamado selección negativa que se produce antes de que los linfocitos salgan de los órganos linfoides centrales. • Los linfocitos que han iniciado la expresión del receptor de antígenos pueden reconocer moléculas propias que están presentes en los órganos linfoides centrales donde se desarrollan (la médula ósea para los linfocitos B y el timo para los linfocitos T). Si esto sucede, se genera una señal que desencadena la apoptosis del linfocito. Solamente los linfocitos que no reconozcan moléculas propias en estos sitios completarán su maduración y saldrán de los órganos linfoides centrales. Este proceso se llama selección negativa porque selecciona las clonas que reconocen antígenos propios para que mueran. Debido a que mantiene la tolerancia a las moléculas propias (evitando las reacciones autoinmunes) y se produce en los órganos linfoides centrales, la selección negativa es un mecanismo de tolerancia central. Linfocitos inmaduros en órgano linfoide central Clona que reconoce antígeno propio Clona que no reconoce antígeno propio Apoptosis (muerte) Vive y sale del órgano linfoide central -5- • En la selección negativa de los linfocitos T en el timo los antígenos son péptidos de proteínas propias presentados en complejo con moléculas de MHC por células epiteliales del timo, macrófagos y células dendríticas. • En la médula ósea y el timo no se expresan todas las moléculas propias del organismo, por lo que la selección negativa no es capaz de eliminar todas las clonas que reconocen antígenos propios. Por lo tanto, en todas las personas existen linfocitos que reconocen antígenos propios que salen de los órganos linfoides centrales. Para que estos linfocitos no causen respuestas autoinmunes existen mecanismos de tolerancia periférica. Bibliografía Murphy, K. (2012) Janeway’s Immunobiology. New York, NY: Garland Science. Abbas, A., Lichtman, A., Pillai S. (2011) Cellular and Molecular Immunology. Philadelphia, PA: Saunders Elsevier. -6-