PAMPs, Toll-like receptors e DAMPs: immunità innata e citochine

PAMPs, Toll-like receptors e DAMPs

La professoressa fa una breve introduzione sugli argomenti che verranno trattati oggi. Gli argomenti di oggi ci aiuteranno a comprendere il cross talk tra immunità innata e cellulo-mediata.

Cosa sono i PAMPs?

Sono i "Pathogen Associated Molecular Patterns", strutture importanti per il patogeno e comuni tra diversi patogeni, che servono al nostro sistema immunitario per riconoscere i patogeni grazie a recettori in grado di legarsi a questi PAMPs. Sono prodotti solo da patogeni e non dalle cellule ospiti, quindici permettono di distinguerli dal self.

PAMPS

I PAMPS (Pathogen associated molecular patterns) sono strutture molto comuni tra i patogeni e condivise anche da virus e batteri tra loro diversi. I PAMP sono comunque prodotti solo dai patogeni e non dalle cellule ospiti (distinzione tra "self" e "non-self"). Sono molecole essenziali per la sopravvivenza del microbo, una mutazione può essere letale (alta conservazione). Sono molecole invariate tra i microorganismi di una data classe (bastano pochi recettori conservati nel genoma per rilevare la presenza di infezioni microbiche). I recettori per i PAMP sono detti Pattern recognition receptors (PRR) e possono svolgere la funzione di opsonizzazione del patogeno oppure quella di attivare le cellule della risposta immunitaria sia innata che specifica. Un esempio di PAMP è l'LPS prodotto dai Gram -, il quale è importante per la loro parete ed è un lipide che noi non esprimiamo, quindi il recettore che riconosce l'LPS ci permette di capire se è in corso un'infezione da Gram -. Ci sono tanti PAMPs e recettori diversi che hanno funzioni differenti tra loro. I PAMP sono molecole conservate nel patogeno e che possono essere riconosciute dai recettori. A seconda del PAMP e del recettore che lo riconosce mediano funzioni differenti. I PAMPs sono molecole importanti, invariate tra i microrganismi di una data classe e questo comporta che bastano pochi recettori conservati per rilevare la presenza di questi microbi. Quindi riconoscono tutti cose simili (PAMPs) ma fanno cose molto diverse (opsonina/fagocitosi ... ) .

Fagocitosi e PAMPS

I recettori per i PAMPs sono detti PRR"Pattern Recognition Receptors"e appartengono a diverse categorie (quindi non tutti i recettori dei PAMPs sono Toll Like Receptors "TLR" e non tutti fanno la stessa cosa). Un esempio di PAMP è lo zucchero mannosio che è presente sulla superficie di molti batteri e anche di alcuni virus. Il mannosio è riconosciuto da un PRR, che è la lectina legante il mannosio (MBL, mannose binding lectin). Questa proteina fa parte della famiglia delle collectine Le collectine vengono prodotte dal fegato durante la fase acuta dell'infiammazione, opsonizzano i batteri legandosi ai PAMPS e vengono poi riconosciute da specifici recettori dei fagociti facilitando la fagocitosi del microorganismo legato. 1Questi recettori fanno cose diverse: L'Opsonina, ad esempio, non è effettuata dai TLR, mentre invece sono in grado di rilasciare citochine e molecole infiammatorie. Attivano le vie di segnale dell'immunità innata e adattativa, ad esempio fanno partire la risposta cellulo- mediata facendo da ponte.

Le collectine

Un esempio di PAMP è lo zucchero mannosio che è presente sulla superficie di alcuni batteri e virus (in particolare non è il mannosio ma la sua conformazione). Il mannosio viene riconosciuto dalla "Lectina legante il mannosio" (MBL)che fa parte della famiglia delle "Collectine", ovvero proteine che svolgono la funzione di opsonine. Si legano al mannosio sul patogeno e vengono riconosciute da un recettore specifico sulle cellule immunitarie oppure riescono ad attivare il sistema del complemento e il sistema immunitario. Le Collectine sono proteine della fase acuta, prodotte dal fegato e alcune sono usate per fare una diagnosi di infiammazione; il miglior marcatore di infiammazione ad oggi è la Proteina C reattiva che è una collectina. Se voglio sapere se c'è un'infiammazione generica in corso posso richiedere la valutazione della Proteina C reattiva.

Fagocitosi ed opsonizzazione

Altri recettori per i PAMPS sono i macrophage scavanger receptors o recettori spazzini. Riconoscono diversi polimeri anionici presenti sia sui patogeni che sugli eritrociti invecchiati. Dopo il riconoscimento il parassita viene ingerito per emissione di estroflessioni di membrana , che dopo averlo avvolto si richiudono a formare il fagosoma. Successivamente il fagosoma si fonde con i lisosomi cellulari a formare il fagolisosoma. Altri recettori per i PAMPs sono i "Macrophage Scavenger Receptors" o recettori spazzini in grado di riconoscere polimeri anionici presenti sia sulla superficie dei patogeni che sulle cellule invecchiate come gli eritrociti. Dopo aver riconosciuto il parassita o l'eritrocita invecchiato, facilitano la fagocitosi di queste strutture. Successivamente il fagosoma si fonde coi lisosomi formando il fagolisosoma. La fagocitosi è una delle attività centrali che si attivano nell'immunità innata, soprattutto l'attivazione di macrofagi e neutrofili per fagocitare ed eliminare i batteri extracellulari che sono più piccoli dei fagociti. 2Per i virus invece funzionano meglio linfociti T citotossici e linfociti NK perché i virus sopravvivono dentro le nostre cellule e quindi saranno queste cellule che riescono a distruggere la cellula infettata.

Fagocitosi

La fagocitosi è in gran parte mediata da fagociti professionisti come i neutrofili circolanti , i macrofagi tissutali, la microglia e le cellule dendritiche . Dopo la fase infiammatoria iniziale possono essere richiamati al sito di infiammazione anche i monociti circolanti che si trasformano in macrofagi maturi. I fagociti hanno anche una funzione importante nell'attivazione della risposta immunitaria acquisita. I fagociti sono in grado di riconoscere i patogeni tramite recettori che si legano alle opsonine o a strutture specifiche dei patogeni che non si trovano nel nostro organismo e quindi possono essere riconosciute come estranee. Le opsonine comprendono diverse classi di molecole in grado di rivestire il patogeno legando strutture non self, Tra le opsonine sono inclusi alcuni PAMPs (es. mannosio) e gli anticorpi.

Chi sono i fagociti?

• I neutrofili circolanti, le cellule bianche più abbondanti nel sangue perché abbiamo bisogno che intervengano in maniera immediata in caso di infezione.
• I macrofagi tissutali (ce ne sono di diversi tipi residenti nei tessuti e soprattutto in tutti quei punti a contatto con l'esterno come le mucose) che, in caso di ferita o arrivo di un patogeno, si attivano prima dei neutrofili e rilasciano sostanze capaci di attirare i neutrofili (chemochine) e citochine che attivano la risposta sistemica e cellulo-mediata.

Le opsonine aiutano questa fagocitosi facilitando il riconoscimento di una cosa non self, e attivano anche vie di segnale come, ad esempio, la produzione di radicali liberi dell'ossigeno etc. Le varie opsonine sono diverse tra di loro, ci sono macrophage scavenger receptor o gli anticorpi prodotti dall'immunità umorale. Svolgono funzioni simili ma in maniera diversa essendo classi di molecole diverse nel funzionamento e nel tipo di molecole che riconoscono il patogeno.

Domanda tipica d'esame: I Toll Like Receptors sono opsonine?

NO, altri recettori per i PAMP hanno la funzione di opsonine, i TLR no La professoressa prosegue con un video su youtube: Immune CellsEatingBacteria https://www.youtube.com/watch?v=iZYLe IJwe4w Sono presenti dei batteri che vengono distrutti da dei neutrofili che li inseguono fisicamente. I neutrofili presentano estroflessioni per fagocitare il batterio che è più piccolo del fagocita. I macrofagi (e i fagociti) non riconoscono solo le opsonine A. Fagocitosi B. Macropinocitosi Microbi PRR PAMP Batteri Microbi 1. Il legame dei PAMP da parte dei PRR attiva il fagocita PAMP PRR Clatrina e invaginazioni rivestite di clatrina I microbi ingeriti sono degradati 00 Fagosoma Lisosoma Incremento della fagocitosi Chemochine Citochine 3. I fagociti attivati potenziano l'attività antimicrobica Fagolisosoma Ossido nitroso Enzimi demolitivi Molecole microbicide 3 2. Il fagocita ingerisce i microbi, aumenta di volume e incrementa l'attività metabolica Vescicola citoplasmatica Fagocitache le hanno ricoperte ma anche componenti batteriche (PAMPs) tramite recettori, che attivano flussi Ca che permettono il movimento dei macrofagi verso il batterio. Poi il fagosoma si lega con il lisosoma causando poi la lisi di quello che è stato fagocitato.

LIPOPOLISACCARIDE LPS

È un PAMP. È una delle principali cause di morte dei pazienti critici che vanno incontro a sepsi.

L'LPS pirogeno esogeno

Il lipopolisaccaride LPS · Pirogeno deriva dal greco e significa che fa venire la febbre · Esogeno perché viene dall'esterno, presente sulla superficie dei batteri E' un importante componete della parete dei batteri GRAM- E' anche noto come pirogeno esogeno perché in grado di determinare la produzione da parte delle cellule del sistema immunitario delle citochine responsabili dell'insorgenza della febbre: IL1ß e TNF anche note come pirogeni endogeni. Un aumento elevato in circolo di LPS può inoltre causare lo shock settico, a causa della produzione molto elevata di IL1ß e TNF. Di shock settico muoiono ancora il 40 % dei pazienti critici, tanto che la sepsi severa è ad oggi la tredicesima causa di morte negli Stati Uniti Non esiste una valida cura per lo shock settico I pirogeni endogeni sono IL1B e TNFalfa, citochine classiche dell'infiammazione acuta, le prime 2 ad essere prodotte. Un elevato livello di LPS può causare morte per shock settico nel 40% dei pazienti (USA), ad oggi non esiste una cura.

TLR - Toll Like Receptor

Chi riconosce l'LPS determinando la produzione dell'IL1B e del TNFalfa? I TLR, "Toll Like Receptors", chiamati così perché analoghi a quelli di Drosophila. Toll è una parola tedesca che significa: "Mannaggia" perché sono stati scoperti per caso. Una classe particolare di recettori per i PAMPS: Toll like receptors I Toll like receptors sono una classe di PRR Il legame tra TLRs e i PAMPS che riconoscono indica la presenza di un'infezione iniziando una cascata di segnali che porta alla rimozione del microorganismo I TLR sono una famiglia di proteine transmembrana scoperta nel 1997 Sono strutturalmente connessi al Toll di Drosophila ed al recettore dell'IL- 1 Nell'uomo sono stati identificati 11 diversi TLRS: TLR1-TLR 11 anche se il TLR11 non è funzionale Questo sistema è conservato dalla Drosophila all'uomo e quindi è molto importante nella difesa dai patogeni. 4 Esistono poi i pirogeni endogeni che sono le citochine la cui produzione può essere attivata dall'LPS o da altre vie.