Introdução a Imunologia Ricardo da Silva de Souza Laboratório de Pesquisa em HIV/AIDS

Agenda Conceitos Básicos em Imunologia Imunopatologia do HIV/AIDS Definições Histórico Funções do Sistema Imunológico Células do Sistema Imunológico Tecidos do Sistema Imunológico Imunopatologia do HIV/AIDS Interação célula-vírus (animação)

Agenda II Atualização em HIV/AIDS Avaliação final Biologia do HIV Epidemiologia Subtipos virais Tratamento ARV e monitoramento com CD4 Exposição ocupacional Perguntas...... Avaliação final

Conceitos Básicos em Imunologia Ricardo da Silva de Souza Laboratório de Pesquisa em HIV/AIDS

Imunologia Estuda os mecanismos pelos quais o organismo responde a antígeno(s), reconhece a si e o que é estranho a si (Dic Aurélio). Distinguir o próprio (“self”) do alheio (“non- self”)

Perspectiva Histórica Enquadramento Indíviduos que sobrevivem algumas doenças infecciosas ficam protegidos contra essas doenças IMUNIDADE <> immunis = isento 430 AC – Thucydides (peloponeso): os que recuperavam das doenças serviam de enfermeiros 1760 – Jenner – “Variolação-Vacinação”. Inoculação de crostas fornecia proteção a infecção 1800- Koch – Doenças causadas por microorganismos 1850 – Pasteur – Atenuação de agentes por passagens em outros hospedeiros (galinhas e ovelhas) 1885 – Pasteur – Imunização no homem (raiva) -> IMUNOLOGIA

Prêmios Nobel Data Laureado Tema Data Laureado Tema 1901 Emil von Behring Antitoxinas no soro 1905 Robert Koch Imunidade celular para a tuberculose 1908 Elie Metchnikoff Paul Ehrlinch Fagocitose Antitoxinas na imunidade 1913 Charles Richet Anafilaxia 1919 Jules Bordet Bacteriose pelo complemento 1930 Karl Landsteiner Grupos sanguíneos humanos 1951 Max Theiler Vacina da febre amarela 1957 Daniel Bovet Anti histaminas 1960 F. Macfarlane Burnet Peter Medawar Aquisição da tolerância imunológica 1972 Rodney R. porter, Gerald M. Edelman Estrutura química dos anticorpos Data Laureado Tema 1977 Rosalyn R. Yalow Radio imuno ensaio 1980 George Snell Jean Dausset Baruj Benacerraf Antígenos major de histocompatibilidade 1984 Cesar Milstein Georges F. Kohler Anticorpos monoclonais Niels K. Jerne Teorias da regulação imunitária 1987 Susumu Tonegawa Rearranjos genéticos 1991 E. Donnall Thomas, Joseph Murray Imunologia da transplantação 1996 Peter C. Doherty, Rolf M. Zinkernagel A especificidade da resposta imune celular 1997 S. B. Prusiner Prions 1999 G. Blobel Transdução de sinal

Sistema Imunológico Surgiu para nos proteger dos patógenos: Vírus Bactérias Fungos e Parasitas Composto por células e tecidos Falhas do seu funcionamento pode levar a: Imunodeficiências – Aquiridas ou Primárias Perda das defesas contra agentes infecciosos ou tumores Desregulação pode resultar em doenças autoimunes e alergias.

Proteção-Imunidade Consequências desejáveis da Imunidade: Resistência natural a infecção Resistencia adquirida a infecção Cosequências indesejáveis da Imunidade: Autoimunidade (lupus) Hipersensibilidade (reações alérgicas) Rejeição (transplantes)

Imunidade em Organismos Multicelulares

Resposta Imune Inata: Adaptativa: Conjunto de sistemas bioquímicos celulares e humorais disponíveis contra infecções Não requer contato prévio com agente infeccioso Não gera memória imonológica Adaptativa: Obtida durante a vida Altamente específica e requer contato prévio com um agente infeccioso para iniciar Confere memória protetora contra o mesmo agente

Resposta Imune Inata e Adaptativa Imunidade Inata Lisozima Complemento Imunidade Adaptativa Elementos solúveis Lisozima Complemento Interferons Quimiocinas Anticorpos Perforinas Citocinas Elementos celulares Células NK Macrófagos Linfocitos T Linfocitos B COMENTARIOS: Podemos considerar la respuesta inmune dividida en dos grandes sistemas: inmunidad innata e inmunidad adaptativa. Bajo el epígrafe de inmunidad innata se incluye una serie de sistemas bioquímicos celulares y humorales que tienen las siguientes características: tener un amplio rango de dianas, no requerir de una sensibilización previa al germen infeccioso y no generar ningún tipo de memoria inmune. La inmunidad adaptativa se caracteriza por ser una respuesta altamente específica, que requiere de contacto previo con el germen para iniciarse y que genera memoria inmune. Se consideran dos grandes ramas dentro de este sistema: inmunidad humoral que incluye los linfocitos B y la síntesis de inmunoglobulinas, y la inmunidad celular representada por los linfocitos T.

Características da Resposta Imune Inata: Abrangente ( fagócitos) Não requer contato prévio com agente infeccioso Não gera memória imonológica Adaptativa: Obtida durante a vida Altamente específica e requer contato prévio com um agente infeccioso para iniciar Confere memória protetora contra o mesmo agente Dois grandes ramos: Imunidade Humoral e Imunidade celular

Resposta Imune Inata e Adaptativa COMENTARIOS: Una vez que se produce la entrada del germen en el organismo podemos distinguir tres tipos de respuesta: una respuesta rápida que se produce en horas y que está representada por los mecanismos de inmunidad innata. Una respuesta temprana representada por células efectoras previamente sensibilizadas al germen y factores solubles sintetizados por las mismas. Una respuesta adaptativa tardía que es la que genera el sistema inmune adaptativo tras su primer contacto con un germen determinado. En este caso se tienen que desencadenar en primer lugar una serie de mecanismos de procesamiento y reconocimiento del microorganismo del germen, y posteriormente la puesta en marcha de distintos mecanismos efectores cuya misión es erradicar o controlar completamente el microorganismo infeccioso.

Imunidade Adaptativa COMENTARIOS: Para desencadenar la inmunidad adaptativa es necesario un "umbral" antigénico por debajo del cual no se induce este tipo de respuesta. Como se ha mencionado este proceso requiere semanas y genera una respuesta humoral y celular adaptativa que persiste hasta que la infección es erradicada o controlada.

Resposta Imune Adaptativa Primária e Secundária COMENTARIOS: Una vez sensibilizado frente a una primera infección con un germen determinado, un segundo contacto con el mismo germen origina una intensa respuesta humoral y celular específica. Esta respuesta se produce en horas o pocos días y se genera a partir del compartimento de células memoria que se había establecido tras la primera infección.

Resumo Respota Inata Resposta Adaptativa = imunidade humoral e celular COMENTARIOS: (No)

Órgãos e Células do Sistema Imunológico (SI) COMENTARIOS: (No)

Generalidades do Sistema Imune COMENTARIOS: A diferencia de otros sistemas, el inmunológico no se encuentra localizado anatómicamente en un órgano determinado. Representa una red difusa que llega prácticamente a todos los compartimentos del organismo. Existe una especial concentración de elementos del sistema inmune en la médula ósea, submucosa digestiva y respiratoria, bazo y ganglios.

Tecidos do Sistema Imunológico Órgãos linfóides centrais ou primários: Medula Óssea (geração e maturação de linfócitos) Timo Órgãos linfóides periféricos ou secundários: Onde iniciam as respostas adaptativas Especializados na captura do antígeno Linfonodos, baço, amigdalas, instestinos, ceco

Orgãos Primários e Secundários COMENTARIOS: A diferencia de otros sistemas, el inmunológico no se encuentra localizado anatómicamente en un órgano determinado. Representa una red difusa que llega prácticamente a todos los compartimentos del organismo. Existe una especial concentración de elementos del sistema inmune en la médula ósea, submucosa digestiva y respiratoria, bazo y ganglios.

Estrutura de um Gânglio Linfático COMENTARIOS: Los ganglios linfáticos representan uno de los elementos centrales en la generación de la respuesta inmune. Tienen una organización anatómico-funcional muy precisa. A bajo aumento se observa una serie de nódulos denominados centros germinales que se encuentran distribuidos en la periferia del ganglio y que están constituidos mayoritariamente por linfocitos B. Representan el compartimento donde se genera la respuesta inmune humoral. Entre estos folículos existe una zona rica en linfocitos de tipo T, y en la misma se generan las respuestas celulares de la inmunidad adaptativa.

Estrutura do Sistema Linfóide Associado ao Tubo Digestivo (GALT) COMENTARIOS: Existe un compartimento del sistema inmune asociado a mucosas que representa cuantitativamente una parte muy importante del mismo. Esto es debido a que dichas barreras presentan una alta permeabilidad y se encuentran en contacto continuo con todo tipo de microorganismos. Al igual que en los ganglios linfáticos existen células presentadoras de antígeno en dichas microestructuras linfoides junto con linfocitos B y linfocitos T.

Células do SI Origem na medula óssea Células-tronco hematopoiéticas pluripotenciais - podem dar origem a qualquer tipo de cél ( todas cél sanguineas) Interesse nas cél que derivam dos progenitores linfóides = Linfócito T Linfócito B

Origem das Células do SI Medula Óssea Célula-tronco hematopoética pluripotente Medula Óssea Progenitor linfóide comum Progenitor mielóide Sangue Neutrófilo Eosófilo Basófilo Mastócito Macrófago Monócito U U Y Y U Y Célula B CélulaT Células Efetoras Y Plasmócito CélulaT Ativada U

Linfócitos T e B Se diferenciam na medula e timo Grande maioria “virgens ou em repouso” até não se encontrarem com antígeno Circulam entre o sangue e órgãos lifóides periféricos – reconhecem antigenos nos lifonodos- ativação celular

Linfócitos T e B Possuem diferentes tipos de receptores em sua superfície que permitem reconhecer antigenos: Linfócito B = BCR ( tipo de anticorpo) Linfócito T = TCR Circulam entre o sangue e órgãos lifóides periféricos – reconhecem antigenos nos lifonodos

Subpopulações e Funções dos Linfócitos Progenitor Linfóide origina Helper ou Auxiliador Citotóxico Supressor Killer Linfócitos T Linfócitos B Anticorpos Helper ou Auxiliador: CD4 – responsável pela mediação da resposta adaptativa Citotóxico: CD8: lisam células infectadas por microorganismos intracelulares Supressor: inibem a resposta imunológica Killer: Grandes linfócitos capazes de lisar várias células tumorais e infectadas

COMENTARIOS: En el caso de una infección viral, el sistema inmunológico debe ser capaz de reconocer el patógeno extraño y generar una respuesta que bloquee su replicación y propagación. Para eso sintetiza anticuerpos específicos capaces de neutralizar el virus en el compartimento extracelular, y por otra parte debe destruir las células que ya se encuentran infectadas con el fin de impedir la generación de nuevos viriones. La única posibilidad de erradicación de una infección viral reside en esta capacidad del sistema inmune para reconocer tanto al germen a nivel extracelular y bloquearlo, como destruyendo en una especie de "suicidio controlado" aquellas células que se encuentran produciendo virus.

Diversidade e Especificidade O grande desafio do SI Diversidade e Especificidade COMENTARIOS: (No)

Formação da Diversidade Teoria da Seleção Clonal COMENTARIOS: (No)

Geração da Diversidade COMENTARIOS: Se designa como clon a todos los linfocitos capaces de reconocer el mismo determinante antigénico. Es decir, que una misma célula no puede reconocer ni reaccionar frente a distintos antígenos. Existe, por lo tanto, una enorme diversidad cualitativa a nivel linfocitario, ya que el sistema debe ser potencialmente capaz de reaccionar contra numerosos antígenos de todo tipo de gérmenes. En teoría existen en el universo biológico del orden de 1015 especificidades antigénicas diferentes y, por lo tanto, en principio un número similar de clones T. Cuando un clon específico de un antígeno determinado entra en contacto con el mismo se produce la proliferación y diferenciación de dicho clon a partir del cual se producirá un elevado número de linfocitos activados capaces de reconocer y destruir las células infectadas por el germen portador del antígeno reconocido. Clones: linfócitos que reconhecem o mesmo antigéno

Estrutura do Receptor da Célula T TCR COMENTARIOS: Lo que hace diferente un clon linfocitario de otro es una estructura denominada el receptor clonotípico o receptor de la célula T (TcR). Por definición todos los linfocitos del mismo clon expresan el mismo TcR en su superficie y, por lo tanto, dos linfocitos que expresen distintos TcRs representan clones diferentes y reaccionan frente a antígenos diferentes. El TcR está compuesto por dos cadenas alfa y beta unidad por puentes disulfuro.

Linfócitos de mesmo clone = mesmo TCR Linfócitos com TCR distintos = clones diferentes que reagem a antigenos diferentes COMENTARIOS: (No)

Estrutura Genética do Receptor da Célula T COMENTARIOS: Dado que nuestro organismo contiene del orden de treinta mil genes, es radicalmente imposible que cada especificidad antigénica representada por un TcR sea sintetizada por un gen, ya que requeriría que existieran mil billones de genes. En realidad el sistema inmune utiliza únicamente dos genes (cadena alfa y cadena beta) para generar este grado de diversidad. Para conseguir este objetivo, el gen de cada cadena codifica por 1 ó 2 cadenas constantes, del orden de 130 dominios variables y alrededor de 70 regiones de unión (J) que también generan diversidad.

Geração de Diversidade Linfocitária A diversidade se deve ao mecanismo molecular chamado reordenamento genético COMENTARIOS: La generación de tal grado de diversidad a partir de dos genes se consigue mediante un mecanismo molecular denominado reordenamiento génico. En el caso de la cadena alfa, su gen está constituido por un dominio que codifica la región constante (C), 80 regiones nucleotídicas que codifican por otros tantos dominios variables y 61 secuencias que codifican por las regiones de unión (J). Cada linfocito genera un TcR a partir de la combinación de los tres tipos de dominios. Tenemos así un enorme número de combinaciones. En el proceso de reordenamiento génico se van a generar linfocitos con distinta secuencia en los genes de su TcR, y que eliminan los fragmentos intermedios mediante excisión, constituyendo los denominados TRECS.

Formação da Especificidade Sistema HLA COMENTARIOS: (No)

Mecanismos principais: O antigeno é reconhecido no contexto HLA Dois sistemas HLA, clase I e clase II Reconhece o antígeno no receptor TCR mas depende da célula apresentadora (apc) Todas as células expressam HLA classe I HLA classe II é menos comum COMENTARIOS: Se resumen los principales mecanismos que van a condicionar la especificidad del sistema HLA.

Apresentação na Classe I e Classe II COMENTARIOS: Existen dos tipos principales de moléculas HLA, denominadas clase I y clase II. Cada una de ellas define un "surco" o "cañón" en el cual se situa el péptido que va a ser presentado o reconocido como extraño a los linfocitos. Célula Apresentadora

Restrição HLA COMENTARIOS: Para que un antígeno determinado sea reconocido como extraño es necesario que sea ""presentado"" en el propio sistema HLA. Un antígeno extraño presentado en un HLA extraño no genera una activación linfocitaria plena. Este mecanismo se denomina ""restricción HLA"", o ""reconocimiento del antígeno en el contexto HLA"". Esta propiedad obliga al sistema inmune a reconocer únicamente los antígenos extraños presentados por las células del mismo individuo.

Células Apresentadoras COMENTARIOS: Sólo las células que expresan HLA clase II en la membrana son capaces de presentar péptidos a los linfocitos CD4. Este proceso se denomina ""reconocimiento antigénico"" y constituye el paso inicial en la generación de una respuesta inmune específica. Las tres células presentadoras más importantes son los linfocitos B, los macrófagos tisulares y las células dendríticas interdigitadas de los ganglios linfáticos.

Distribuição de moléculas HLA em tecidos distintos COMENTARIOS: Todas las células del organismo, a excepción de los eritrocitos, expresan HLA clase I, pero únicamente los linfocitos T activados, linfocitos B o células de estirpe macrofágica expresan HLA clase II en la membrana. Las células epiteliales tímicas también expresan altos niveles de HLA clase II.

Estrutura HLA Classe I COMENTARIOS: La molécula HLA clase I está formada por una cadena que consta de un dominio transmembrana y una región extracelular formada por tres hélices alfa. En la parte más distal de la molécula se genera un surco en el cual se alojará el péptido que va a ser reconocido por los linfocitos CD8. Además, a esta cadena variable se asocia una molécula invariante, beta-2 microglobulina.

Estrutura HLA Classe II COMENTARIOS: La molécula HLA clase II está constituida por dos cadenas, alfa y beta, que configuran un surco similar al generado por su homólogo clase I.

Estrutura dos Complexos HLA I e II Unidos ao Peptídio COMENTARIOS: Como se ha mencionado, a pesar de que la molécula HLA clase I y HLA clase II, por dos cadenas ambas configuran una estructura de surco con un ""suero"" sobre el cual se va a alojar el péptido presentado. Las moléculas HLA clase I albergan péptidos de 9-12 aminoácidos, mientras que las moléculas de HLA clase II contienen péptidos de 12-13 aminoácidos.

Estrutura do CD4 e CD8 COMENTARIOS: La molécula de CD4 está formada por una única cadena que comprende un dominio transmembrana y cuatro dominios extracelulares. La molécula de CD8 está formada por dos cadenas, alfa y beta, unidas por puentes disulfuro.

Ineração TcR-CD8 com HLA Classe I HLA CLASE I CD8 COMENTARIOS: Dependiendo de la expresión de CD4 o CD8 en la membrana del linfocito, el TcR reconoce al péptido en el contexto HLA clase I o clase II. Esto es debido a que cada clase de HLA interacciona con CD4 (clase II) o CD8 (clase I). Una vez producida esta interacción el TcR reconoce el péptido que existe en el surco de la molécula de HLA. Por este motivo la especificidad clase I o clase II depende de las moléculas de CD4 y CD8 y no del propio receptor T.

COMPARTIMENTOS CELULARES COMENTARIOS: Un concepto esencial para comprender la función de cada sistema HLA es que clase I y clase II se situan en compartimentos celulares diferentes. Las moléculas de HLA clase II interaccionan con los lisosomas que han endocitado y procesado la proteína exógena. Por el contrario, el HLA clase I sigue la vía de excreción del retículo endoplásmico y el Golgi donde interacciona con los péptidos derivados de proteínas endógenas. Se generan así dos sistemas de interacción péptido-HLA que siguen rutas diferentes.

APRESENTAÇÃO HLA CLASE II COMENTARIOS: Las células presentadoras de antígeno tienen la capacidad fagocítica. Los microorganismos o sus antígenos son endocitados y degradados en péptidos de distintos tamaños en los lisosomas primarios. Las vesículas lisosómicas se fusionan posteriormente con vesículas que contienen moléculas de HLA clase II durante su proceso de exportación a la membrana. En este microambiente los péptidos de tamaño adecuado y que presentan mayor afinidad por cada tipo específico de molécula de HLA clase II se unen al surco y son exportados a la membrana como complejos péptido-HLA clase II. De esta manera las células presentadoras internalizan. procesan y presentan el antígeno extraño.

APRESENTAÇÃO DE ANTÍGENOS VIRAIS POR HLA CLASSE I COMENTARIOS: A diferencia de las células presentadoras, las células que expresan HLA clase I no endocitan antígenos externos. Los péptidos son generados debido al procesamiento proteolítico en el retículo endoplásmico. En este compartimento se encuentran las moléculas de HLA clase I en su vía de exportación a la membrana que interacciona con los péptidos de tamaño y afinidad adecuados. De esta manera, en una células infectada por un virus, los péptidos derivados de proteínas virales que son sintetizadas endógenamente son presentadas en complejos péptido-HLA clase I.

RESPOSTA IMUNE FRENTE A VÍRUS FASE DE RECONHECIMENTO ATIVAÇÃO COMENTARIOS: En la generación de una respuesta inmune antiviral existen dos fases: el reconocimiento de un antígeno extraño y la generación de una respuesta efectora frente al mismo. FASE EFECTORA

Interação Vírus - Hospedeiro Microcosmos: Interação virus- uma célula CD4 COMENTARIOS: Para compreender a interação virus-hospedeiro é necessário situarmos dois contextos: a. O microcosmos de interacçao entre una partícula víral e uma célula. b. O macrocosmos que representa a interação entre populações virais de milhares de particulas virais que são produzidas e mortas diariamente, e o sistema, o sistema imunológico cuja missão é eliminar o parasita. Macrocosmos: Interação populações virais-sistema imunológico

ATIVAÇÃO DE LINFÓCITOS T COMENTARIOS: Los antígenos virales son endocitados, procesados y presentados en la molécula de HLA clase II por las células dendríticas especializadas de los ganglios linfáticos. Los linfocitos T CD4 que circulan continuamente a través del sistema linfático reconocen mediante interacciones TcR-HLA clase II los péptidos extraños en la superficie de las células presentadas.

Ativação do Linfócito pelo Antígeno COMENTARIOS: Aquellos linfocitos CD4 con un TcR específico para un péptido determinado, los reconocen en las moléculas de HLA clase II en la membrana de las células presentadoras de antígeno. Este reconocimiento conlleva una serie de señales de activación que inducen la expresión del receptor de interleucina-2 por el linfocito.

ACTIVAÇÃO de LINFÓCITOS T CD8 COMENTARIOS: Los clones de linfocitos CD8 activados por el antígeno sufren un proceso de proliferación y diferenciación que les transforma en células efectoras.

Recapitulando: ATIVAÇÃO CELULAR COMENTARIOS: Las células activadas sufren un proceso de diferenciación por el que desarrollan un aspecto blástico y se transforman en células efectoras maduras.

Fim Primeira Parte Perguntas COMENTARIOS: (No)