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O Sistema Imune Adaptativo 25Neste capítuloLINFÓCITOS E AS 1540BASES CELULARES DA IMUNIDADE ADAPTATIVA

CÉLULAS B E 1551ANTICORPOS

A GERAÇÃO DA 1562DIVERSIDADE DOS ANTICORPOS

CÉLULAS T E 1569PROTEÍNAS DO MHC

CÉLULAS T AUXILIARES 1589E ATIVAÇÃO DE LINFÓCITOS

O sistema imune adaptativo protege-nos contra a morte causada por infecções. Um re-cém-nascido com um sistema imune adaptativo com defeito severo morrerá em seguida, a não ser que sejam tomadas medidas drásticas para isolá-lo e evitar o contato com agentes infecciosos, como bactérias, vírus, fungos e parasitas. Todos os organismos multicelulares precisam se defender contra infecções por esses invasores potencialmente perigosos, coleti-vamente denominados patógenos. Os invertebrados utilizam estratégias de defesa relativa-mente simples, que consistem principalmente em barreiras de proteção, moléculas tóxicas e células fagocíticas que ingerem e destroem desde micro-organismos invasores (micróbios) a grandes parasitas (como os vermes). Os vertebrados também dependem da resposta imune inata como sua primeira linha de defesa (discutida no Capítulo 24), mas, além disso, podem montar defesas muito mais sofisticadas, denominadas respostas imunes adaptativas. Nos vertebrados, a resposta inata recruta a resposta adaptativa, e ambas atuam em conjunto para eliminar os patógenos (Figura 25-1).

Ao contrário das respostas imunes inatas, que são reações de defesa gerais, as respos-tas adaptativas são altamente específicas a um determinado patógeno particular que as induziu, gerando proteção por longos períodos. Uma pessoa que se recupera do sarampo, por exemplo, fica protegida por toda a vida contra o sarampo por meio do sistema imune adaptativo; contudo, não fica protegida contra outras viroses comuns, como a caxumba e a catapora. Neste capítulo, vamos nos concentrar nas respostas imunes adaptativas e, a não ser que esteja indicado, o termo “respostas imunes” refere-se às respostas adapta-tivas.

A resposta imune adaptativa elimina ou destrói os patógenos invasores e quaisquer moléculas tóxicas que eles produzem. Considerando que essas respostas são destrutivas, é importante que sejam direcionadas somente contra moléculas estranhas ao hospedeiro e não atuem contra as moléculas do próprio organismo. O sistema imune usa múltiplos me-canismos para evitar o dano contra as próprias moléculas. Entretanto, ocasionalmente este mecanismo falha e o sistema se volta contra o hospedeiro, causando as doenças autoimunes, as quais podem ser fatais.

Muitas moléculas estranhas que entram no organismo são inofensivas, e não faria sentido montar-se uma resposta imune adaptativa contra elas. As doenças alérgicas, como a febre do feno e a asma alérgica, são exemplos de resposta imune adaptativa deletéria contra moléculas estranhas aparentemente inofensivas. Um indivíduo normalmente evita essas respostas imunes inadequadas porque o sistema imune inato ativa as respostas imu-nes adaptativas somente quando reconhece padrões conservados de moléculas especifi-camente expressas por patógenos invasores. O sistema imune inato pode distinguir entre diferentes classes de patógenos e recrutar a forma mais eficaz de resposta imune adapta-tiva para eliminá-los.

Qualquer substância capaz de estimular a resposta imune adaptativa é denominada an-tígeno (gerador de anticorpo). A maior parte do que sabemos sobre essa resposta é prove-niente de estudos em que um pesquisador desafia o sistema imune adaptativo de um animal de laboratório (geralmente um camundongo) a responder contra uma molécula estranha inofensiva, como uma proteína estranha. Isso é feito injetando-se a molécula inofensiva jun-to com um imunoestimulador (geralmente de origem microbiana), denominado adjuvante, que ativa o sistema imune inato. Este processo é denominado imunização. Se administrada desta maneira, praticamente qualquer macromolécula, desde que seja estranha ao receptor, pode induzir uma resposta imune adaptativa que é específica à macromolécula adminis-trada. Notavelmente, o sistema imune adaptativo pode distinguir entre antígenos que são muito semelhantes – como entre duas proteínas que diferem em um único aminoácido ou

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entre dois isômeros ópticos da mesma molécula. O sistema imune adaptativo reconhece fi-nos detalhes moleculares das macromoléculas.

As respostas imunes adaptativas são realizadas por leucócitos denominados linfócitos. Existem duas grandes classes dessas respostas – respostas mediadas por anticorpos e respos-tas imunes mediadas por células T, que são mediadas por diferentes classes de linfócitos, denominados de células B e células T, respectivamente. Nas respostas mediadas por an-ticorpos, as células B são estimuladas a secretar anticorpos, que são proteínas denomina-das imunoglobulinas. Os anticorpos circulam na corrente sanguínea e permeiam os outros fluidos corporais, onde se ligam especificamente ao antígeno estranho que estimulou sua produção (Figura 25-2). A ligação do anticorpo inativa vírus e toxinas microbianas (como as toxinas tetânica ou diftérica) bloqueando sua capacidade de se ligar a receptores nas células do hospedeiro. A ligação do anticorpo também marca os patógenos invasores para serem destruídos, principalmente facilitando o processo de fagocitose pelas células do sistema imune inato que irão digeri-los.

A resposta imune mediada por células T, a segunda classe das respostas imunes adap-tativas, ativa células T a reagirem diretamente contra antígenos estranhos que são apresen-tados a elas na superfície de uma célula hospedeira, a qual é referida como célula apresenta-dora de antígeno. A célula T, por exemplo, pode matar uma célula hospedeira infectada por vírus que apresente antígenos virais em sua superfície, eliminando a célula infectada antes que o vírus tenha a chance de se replicar (ver Figura 25-2). Em outros casos, a célula T pro-duz moléculas sinalizadoras que tanto ativam macrófagos a destruir os micróbios invasores que fagocitaram quanto auxiliam na ativação das células B para produzirem anticorpos con-tra os micróbios.

Iniciaremos este capítulo com a discussão das propriedades gerais dos linfócitos. Consi-deraremos as características funcionais e estruturais que permitem aos anticorpos reconhe-cer e neutralizar os micróbios extracelulares e as toxinas por eles produzidas. A seguir, discu-tiremos como as células B podem produzir um número praticamente ilimitado de moléculas de anticorpos diferentes. Finalmente, abordaremos as características especiais das células T e as respostas imunes por elas mediadas.

LINFÓCITOS E AS BASES CELULARES DA IMUNIDADE ADAPTATIVAOs linfócitos são responsáveis pela extraordinária especificidade das respostas imunes adap-tativas. Eles estão presentes em grande número na corrente sanguínea e na linfa (o fluido incolor presente nos vasos linfáticos que conectam os linfonodos do organismo uns com os outros e com a corrente sanguínea). Eles também estão concentrados nos órgãos linfoi-des, como o timo, os linfonodos (também conhecidos como glândulas linfoides), o baço e o apêndice (Figura 25-3). Nesta seção, discutiremos as propriedades gerais dos linfócitos, que podem ser aplicadas tanto às células B, quanto às T.

Os linfócitos são necessários à imunidade adaptativaExistem cerca de 2 � 1012 linfócitos no corpo humano, o que torna sua massa celular com-parável à do fígado ou à do cérebro. Apesar de sua abundância, sua principal função na imu-nidade adaptativa não havia sido demonstrada até o final da década de 1950. Experimentos cruciais foram realizados em camundongos e em ratos que foram submetidos a altas doses de radiação para matar a maioria de seus leucócitos, incluindo os linfócitos. Este tratamento incapacita os animais de promover respostas imunes adaptativas. Assim, pela transferência de vários tipos de células para os animais, foi possível definir quais células tinham a capaci-

Figura 25-1 Respostas imunes inatas e adaptativas. As respostas imunes inatas são ativadas diretamente pelos patógenos e defendem todos os or-ganismos multicelulares contra as infecções. Nos vertebrados, os patógenos, junto com as respostas imunes inatas que eles ativam, estimulam as respos-tas imunes adaptativas, as quais atuam juntamente com as respostas imunes inatas, auxiliando na defesa contra infecções.

RESPOSTASIMUNESINATAS

PATÓGENOS

RESPOSTAS IMUNES ADAPTATIVAS

Respostas imunesinatas

Resposta doanticorpo

Vírus

Célula hospedeirainfectada com vírus

Célula morta infectadapor vírus

Resposta mediadapor célula T

Célula B

Anticorpo

Célula T

+ Vírus

Figura 25-2 Os dois principais tipos de respostas imunes adaptativas. Os linfócitos participam dos dois tipos de resposta. Aqui, eles encontram-se respondendo a uma infecção viral. Em um dos tipos de resposta adaptativa, as células B secretam anticorpos que neutralizam os vírus. No outro tipo, uma resposta mediada por células T, as cé-lulas T matam as células infectadas por vírus. Nos dois casos, a resposta imune inata auxilia na ativação das respostas imunes adaptativas por vias aqui não apresentadas.


Biologia Molecular da Célula 1541

dade de reverter aquela deficiência. Somente os linfócitos restauraram as respostas imunes adaptativas nos animais irradiados, indicando que são necessários para essas respostas (Fi-gura 25-4).

Os sistemas imunes inato e adaptativo atuam conjuntamenteConforme mencionado anteriormente, os linfócitos respondem a antígenos estranhos so-mente quando o sistema imune inato é ativado anteriormente. Conforme discutido no Ca-pítulo 24, a rapidez das respostas imunes inatas a uma infecção depende dos receptores de reconhecimento de padrões feitos pelas células do sistema imune inato. Estes recepto-

Figura 25-3 Órgãos linfoides huma-nos. Os linfócitos se desenvolvem no timo e na medula óssea (amarelo) e por isso são chamados de órgãos linfoides centrais (ou primários). Os linfócitos recém-formados migram dos órgãos lin-foides primários para os órgãos linfoides periféricos (ou secundários), onde po-dem reagir com os antígenos estranhos. Somente alguns dos órgãos linfoides periféricos (azul) e vasos linfáticos (ver-de) estão representados; vários linfóci-tos, por exemplo, são encontrados na pele e no trato respiratório. Conforme será discutido posteriormente, os vasos linfáticos desembocam na corrente san-guínea (não-representado).

Adenoides

Timo

Tonsilas palatinas

Placas de Peyer nointestino delgado

Vasos linfáticos

Linfonodos

Baço

Apêndice

Medula óssea

Animalnormal

Antígeno

Animalirradiado

RESPOSTAS IMUNESADAPTATIVASNORMAIS

AUSÊNCIA DE RESPOSTAIMUNE ADAPTATIVA

CONTROLE EXPERIMENTO

Antígeno

Antígeno

RESPOSTASIMUNESADAPTATIVASRESTAURADAS

AUSÊNCIA DE RESPOSTAS ADAPTATIVAS IMUNES

Animal irradiadotransferência de linfócitos de umanimal normal

Animal irradiadotransferência deoutras células deum animal normal

IrradiaçãoAntígeno

Figura 24-4 Um experimento clássico demonstrou que os linfócitos são necessários para as respostas imunes adaptativas con-tra antígenos estranhos. Um requisito fundamental para todos os experimentos de transferência de células é que elas sejam trans-feridas entre animais de uma mesma linhagem homozigota. Os membros de uma mesma linhagem homozigota são geneticamente idênticos. Se os linfócitos são transferidos para animais geneticamente diferentes que tenham sido irradiados, estes reagem contra os antígenos “estranhos” do hospedeiro e podem matar o animal. No experimento demonstrado, a injeção de linfócitos restaura tanto as respostas imunes adaptativas mediadas por anticorpos quanto as mediadas por células T, indicando que os linfócitos são necessários para ambos os tipos de respostas.



res reconhecem moléculas associadas a micróbios que não estão presentes no organismo hospedeiro, denominadas imunoestimuladores associados aos patógenos. Devido ao fato de ocorrerem em padrões repetidos, são também conhecidas como padrões moleculares asso-ciados aos patógenos (PAMPs, pathogen-associated molecular patterns). Os PAMPs incluem padrões repetidos de estruturas moleculares dos ácidos nucleicos, dos lipídeos, dos polissa-carídeos e das proteínas microbianas.

Alguns dos receptores de reconhecimento de padrões estão presentes na superfície das células fagocíticas profissionais (fagócitos), como os macrófagos e os neutrófilos, onde me-deiam a captura dos patógenos, que são então levados aos lisossomos para serem destruídos. Outros são secretados e ligam-se à superfície dos patógenos, marcando-os para a destruição mediada por fagócitos ou um sistema de proteínas sanguíneas coletivamente denominadas sistema do complemento (discutido no Capítulo 24). Outros, ainda, incluindo os receptores semelhantes a Toll (TLRs, Toll-like receptors), discutido no Capítulo 24, ativam as vias de si-nalização intracelular que levam à secreção de moléculas sinalizadoras extracelulares que promovem a inflamação e auxiliam na ativação das respostas imunes adaptativas.

Algumas células do sistema imune inato que respondem aos PAMPs e ativam a respos-ta imune adaptativa mais eficientemente são as células dendríticas. Presentes na maioria dos tecidos, as células dendríticas expressam altos níveis de TLRs e outros receptores de re-conhecimento de padrões e atuam apresentando antígenos microbianos às células T nos órgãos linfoides periféricos. Na maioria dos casos, elas reconhecem e fagocitam micro-orga-nismos invasores ou seus produtos ou fragmentos de células infectadas no local de infecção e migram com sua presa para o órgão linfoide periférico mais próximo. Em outros casos, elas capturam diretamente os micróbios ou seus produtos nos órgãos linfoides periféricos como o baço. Nas duas situações, os PAMPs microbianos ativam as células dendríticas que, por sua vez, podem ativar diretamente as células T dos órgãos linfoides periféricos a responder contra os antígenos microbianos apresentados na superfície das células dendríticas. Uma vez ativadas, algumas células T migram para o local de infecção, onde irão auxiliar as células fagocíticas a destruir os micro-organismos (Figura 25-5). Outras células T ativadas perma-necem no órgão linfoide, onde auxiliam a manter as células dendríticas ativas, auxiliam na ativação de outras células T e na ativação de células B para a produção de anticorpos contra os antígenos microbianos.

Assim, as respostas imunes inatas são ativadas principalmente nos locais de infecção, enquanto as respostas imunes adaptativas são ativadas, principalmente, nos órgãos linfoi-des periféricos como os linfonodos e o baço. Os dois tipos de resposta atuam conjuntamente para eliminar patógenos invasores e macromoléculas estranhas.

Figura 25-5 Uma maneira pela qual o sistema imune inato auxilia a ativa-ção do sistema imune adaptativo. As células dendríticas internalizam micro-organismos invasores ou seus produtos no local de infecção. Os PAMPs micro-bianos ativam as células a expressar proteínas coestimuladoras em sua superfície e migrar para os linfonodos vizinhos através dos vasos linfáticos. Nos linfonodos, as células dendríticas ativadas ativam uma pequena fração de células T que expressam o receptor para o antígeno microbiano apresentado na superfície da célula dendrítica. Essas células T proliferam e algumas migram para o sítio de infecção, onde auxiliam a eliminar os micróbios, seja pela ativação de macrófagos ou matando as células infectadas (não-apresentado).

AS CÉLULAS T ATIVADAS MIGRAM PARA O LOCAL DE INFECÇÃO PARA AUXILIAR NA ELIMINAÇÃO DOS MICRÓBIOS RESIDUAIS

Pele

Micróbios

Célula dendrítica Antígenomicrobiano

Proteínacoestimuladora

Linfonodo

OS MICRÓBIOS PENETRAM ATRAVÉS DA PELE LESIONADA E SÃO FAGOCITADOS POR CÉLULAS DENDRÍTICAS

A CÉLULA DENTRÍTICA ATIVADA TRANSPORTA OS ANTÍGENOSMICROBIANOS PARA UMLINFONODO LOCAL

CÉLULAS DENDRÍTICAS ATIVADASATIVAM CÉLULAS T PARA RESPONDERAOS ANTÍGENOS MICROBIANOS NASUPERFÍCIE DA CÉLULA DENDRÍTICA

Célula T ativadaCélula dentríticaativada

Remanescentes dos micróbios no fagolisossomo

RESPOSTA IMUNE INATA RESPOSTA IMUNE ADAPTATIVA



Os linfócitos B desenvolvem-se na medula óssea; os linfócitos T desenvolvem-se no timoOs nomes das células T e das células B derivam dos órgãos nos quais se desenvolvem. As células T desenvolvem-se no timo, e as células B, nos mamíferos, desenvolvem-se na medula óssea (bone marrow), nos adultos, ou no fígado, nos estágios fetais.

Acredita-se que tanto as células T quanto as células B desenvolvam-se de uma mesma célula progenitora linfoide comum. A própria célula progenitora linfoide comum deriva de células-tronco hemopoiéticas multipotentes, que dão origem a todas as células sanguíneas, incluindo eritrócitos, leucócitos e plaquetas. Essas células-tronco (discutidas no Capítulo 23) estão localizadas inicialmente nos tecidos hemopoiéticos – principalmente no fígado fe-tal e na medula óssea, nos adultos.

As células T desenvolvem-se no timo, a partir de células progenitoras linfoides comuns, que migram para o timo a partir dos tecidos hemopoiéticos através da corrente sanguínea. Na maioria dos mamíferos, incluindo humanos e camundongos, as células B desenvol-vem-se de células progenitoras linfoides nos próprios tecidos hemopoiéticos (Figura 25-6). Considerando que essas são áreas onde os linfócitos se desenvolvem a partir de células pre-cursoras, o timo e os tecidos hemopoiéticos são denominados órgãos linfoides centrais (primários) (ver Figura 25-3).

Conforme discutiremos mais adiante, em sua maioria os linfócitos morrem nos órgãos linfoides centrais logo após o seu desenvolvimento, sem nunca terem atuado. Outros, no entanto, maturam e migram através do sangue para os órgãos linfoides periféricos (secun-dários), principalmente para os linfonodos, o baço e o tecido linfoide associado ao epitélio do trato gastrintestinal, trato respiratório e pele (ver Figura 25-3). É nos órgãos linfoides peri-féricos que os antígenos estranhos ativam as células T e B (ver Figura 25-6).

As células B e T podem ser distinguidas morfologicamente uma da outra somente após terem sido ativadas pelo antígeno. As células T e B não-ativadas são muito similares, mesmo quando analisadas por microscopia eletrônica. Ambas são pequenas, um pouco maiores do que os eritrócitos, e contêm pouco citoplasma (Figura 25-7A). Após ativação pelo antígeno, proliferam e maturam em células efetoras. As células B efetoras secretam anticorpos. Na sua forma mais diferenciada, quando são denominadas células plasmáticas, ou plasmócitos, elas são preenchidas com um extenso retículo endoplasmático que está ativamente produzindo anticorpos (Figura 25-7B). Contrariamente, as células T efetoras (Figura 25-7C) contêm um retículo endoplasmático pouco desenvolvido e não secretam anticorpos; ao invés disso, elas secretam uma variedade de proteínas sinalizadoras denominadas citocinas, as quais atuam como mediadoras.

Existem três classes principais de células T – as células T citotóxicas, as células T au-xiliares e as células T reguladoras (supressoras). As células T citotóxicas matam as células infectadas. As células T auxiliares ativam os macrófagos, as células dendríticas, as células B e as células T citotóxicas através da secreção de uma variedade de citocinas e por meio da

Figura 25-6 O desenvolvimento e a ativação de células T e B. Os órgãos linfoides centrais, onde os linfócitos desenvolvem-se a partir das células pro-genitoras linfoides, estão destacados em amarelo. As células progenitoras linfoides comuns se desenvolvem a partir das células-tronco hemopoié-ticas multipotentes na medula óssea. Algumas células progenitoras linfoides comuns desenvolvem-se localmente na medula óssea em células B imaturas, enquanto outras migram, através da circulação sanguínea, para o timo, onde se desenvolvem em timócitos (células T em desenvolvimento). As células T e B são ativadas por antígenos estranhos principalmente nos órgãos linfoides pe-riféricos, como os linfonodos e o baço.

Antígeno

Tecidohematopoiético

Timo Órgãos linfoidesperiféricos

Célula T

Timócitos

Célula B

Célula B emdesenvol-vimento

Células-troncohemopoiéticas

RESPOSTAIMUNEMEDIADAPOR CÉLULA T

RESPOSTA DEANTICORPOS

Célulalinfoideprogenitoracomum

Célulalinfoideprogenitoracomum



apresentação de uma variedade de proteínas coestimuladoras em sua superfície. Acredita-se que as células T reguladoras usem estratégias similares para inibir a função das células T auxiliares, das células T citotóxicas e das células dendríticas. Assim, enquanto as células B podem atuar a distância por meio da secreção de anticorpos que são amplamente distribu-ídos pela corrente sanguínea, as células T podem migrar para sítios distantes, mas, quando ali chegam, podem agir apenas localmente sobre as células vizinhas.

O sistema imune adaptativo atua por meio da seleção clonalA característica mais marcante do sistema imune adaptativo é a capacidade de responder a milhões de antígenos estranhos diferentes de uma maneira altamente específica. As células B humanas, por exemplo, podem produzir mais de 1012 anticorpos diferentes que reagem especificamente com o antígeno que induziu a sua produção. Como as células B produzem tal diversidade de anticorpos específicos? A resposta para essa questão começou a surgir na década de 1950, com a formulação da teoria da seleção clonal. De acordo com essa teo-ria, inicialmente um animal gera, de forma aleatória, uma vasta diversidade de linfócitos e seleciona para ativação somente aqueles que podem reagir contra os antígenos estranhos encontrados pelo animal. Como cada linfócito desenvolve-se em um órgão linfoide central, este se torna comprometido a reagir com um determinado antígeno antes mesmo de ser ex-posto a ele. A expressão desse comprometimento ocorre na forma de proteínas receptoras de superfície celular que se ligam especificamente ao antígeno. Quando um linfócito encontra seu antígeno específico em um órgão linfoide periférico, a ligação do antígeno ao receptor ativa o linfócito, induzindo-o a proliferar, produzindo mais células com o mesmo receptor, processo denominado expansão clonal (as células derivadas de um ancestral comum são denominadas clone). O encontro com o antígeno também faz com que as células se diferen-ciem em células efetoras. Portanto, um antígeno estimula seletivamente aquelas células que expressam receptores complementares específicos para o antígeno e que estão previamente comprometidas a responder a ele (Figura 25-8). Essa combinação é que torna as respostas imunes adaptativas específicas ao antígeno.

Fortes evidências sustentam a principal teoria da seleção clonal. Contudo, como o sistema imune adaptativo produz linfócitos que coletivamente apresentam tamanha diversidade de re-ceptores, incluindo aqueles que reconhecem moléculas sintéticas que nunca haviam sido en-contradas na natureza? Veremos mais adiante que, no homem, os receptores antígeno-específi-cos tanto das células B quanto das células T são codificados por genes que são reunidos a partir de uma série de segmentos gênicos por uma forma especial de recombinação genética que ocorre inicialmente no desenvolvimento dos linfócitos, antes que tenham tido contato com o antígeno. Este processo de rearranjo gera uma enorme diversidade de receptores e de linfócitos, possibilitando que o sistema imune responda a praticamente uma infinidade de antígenos.

Figura 25-7 Micrografia eletrônica de linfócitos efetores e em repouso. (A) Um linfócito em repouso, que pode ser tanto uma célula T como uma célula B, uma vez que a distinção morfoló-gica dessas células é muito difícil de ser realizada até que sejam ativadas e tornem-se células efetoras. (B) Uma célula B efetora (um plasmócito). Esta célula apresenta extenso retículo endo-plasmático (RE) rugoso, que se encontra preenchido por moléculas de anticorpo. (C) Uma célula T efetora, que possui relativamente pouco RE rugoso, mas apresenta vários ribossomos livres. Re-pare que as três células são mostradas com o mesmo aumento. (A, cortesia de Dorothy Zucker-Franklin; B, cortesia de Carlo Grossi; A e B, de D. Zucker-Franklin et al., Atlas of Blood Cells: Function and Pathology, 2nd ed. Milan, Italy: Ed. Ermes, 1988; C, cortesia de Stefanello de Petris.)

(A) Célula T ou B em repouso1 �m

1 �m

1 �m

(B) Célula B efetora (plasmócito)

(C) Célula T efetora



A maioria dos antígenos ativa vários clones de linfócitos diferentesA maioria das moléculas grandes, incluindo praticamente todas as proteínas e muitos po-lissacarídeos, podem atuar como antígenos. As regiões do antígeno que se ligam com o sítio de ligação do antígeno em uma molécula de anticorpo ou em um receptor de linfócito são denominadas determinantes antigênicos (ou epítopos). A maioria dos antígenos tem uma grande variedade de determinantes antigênicos que podem estimular a produção de an-ticorpos, de respostas T específicas, ou de ambos. Alguns determinantes de um antígeno produzem respostas mais intensas que outros, assim a reação contra eles pode ser predomi-nante quando analisamos a resposta como um todo. Estes determinantes são ditos imuno-dominantes.

Qualquer determinante antigênico é passível de ativar muitos clones de linfócitos, cada um dos quais produz uma molécula com um sítio de ligação ao antígeno com características próprias de afinidade para o determinante. Até mesmo uma estrutura relativamente sim-ples, como o grupo de dinitrofenil (DNP) na Figura 25-9, pode ser “vista” de várias manei-ras. Quando está acoplado a uma proteína, conforme representado na figura, ele geralmente estimula a produção de centenas de espécies de anticorpos anti-DNP, cada um produzido por um clone de célula B diferente. Este tipo de resposta é dita policlonal. Quando somente alguns clones são ativados, a resposta é dita oligoclonal, e quando a resposta envolve so-mente um único clone de células B ou T, é dita monoclonal. Os anticorpos monoclonais são amplamente utilizados como ferramentas em biologia e em medicina, mas precisam ser produzidos de uma maneira especial (ver Figura 8-8), uma vez que as respostas à maioria dos antígenos é do tipo policlonal.

A memória imunológica é decorrente tanto da expansão clonal quanto da diferenciação de linfócitosO sistema imune adaptativo, assim como o sistema nervoso, pode lembrar-se de experiên-cias anteriores. Este é o motivo pelo qual desenvolvemos imunidade por toda a vida contra várias doenças infecciosas comuns após o nosso primeiro contato com o patógeno e é a ra-zão da eficiência dos programas de vacinação. O mesmo fenômeno pode ser demonstrado

Diferentes células B não-ativadas

Anticorpos secretados

B� B� B�

B�

B�B�B�B�

PROLIFERAÇÃO E DIVERSIFICAÇÃONA MEDULA ÓSSEA

LIGAÇÃO DO ANTÍGENO A UMA CÉLULA B ESPECÍFICA (B�) NO ÓRGÃO LINFOIDE PERIFÉRICO

PROLIFERAÇÃO (EXPANSÃO CLONAL) EDIFERENCIAÇÃO DAS CÉLULAS B�

Célula precursora

Células B� efetorassecretoras deanticorpos

Antígeno

C CH2 CH2 CH2 CH2 NHH

NO2

NO2

N H

COAminoácido

lisina

Esqueletopolipeptídico de

uma proteína

Grupodinitrofenol

(DNP)

Figura 25-8 A teoria da seleção clonal. Um antígeno ativa somente aqueles linfócitos que já se encontram comprometidos a responder a eles. Uma célula comprometida a responder a um determinado antígeno apresenta receptores de superfície celular que reconhecem especificamente o antí-geno. Acredita-se que o sistema imune humano tenha milhões de clones de lin-fócitos diferentes, com as células de um mesmo clone expressando o mesmo receptor. Antes de encontrar-se com um antígeno pela primeira vez, um clone contém, normalmente, somente um ou um pequeno número de células. Um mesmo antígeno em particular pode ativar centenas de clones diferentes. Embora somente as células B estejam representadas aqui, as células T atuam de forma similar. Note que os receptores nas células B são moléculas de anticor-pos, e aqueles representados por “B�" neste diagrama se ligam ao mesmo antígeno que os anticorpos secretados pelas células efetoras "B�".

Figura 25-9 O grupo dinitrofenil (DNP). Apesar de este grupo ser extrema-mente pequeno para poder induzir uma resposta imune por si só, quando se encontra acoplado covalentemente a uma cadeia lateral de lisina em uma proteína, conforme ilustrado, o DNP estimula a produção de centenas de di-ferentes tipos de anticorpos, que se ligam especificamente a ele.



em animais experimentais. Se um animal for imunizado uma única vez com um antígeno A, após alguns dias pode-se detectar uma resposta imune (mediada por anticorpos, mediada por células T, ou ambas); ela aumenta rápida e exponencialmente e, após, decresce gradu-almente. Este é o perfil característico da resposta imune primária, que ocorre caracteris-ticamente em um animal que tenha tido o primeiro contato com o antígeno. Se, algumas semanas ou meses após este evento, ou mesmo com um intervalo de anos, o mesmo animal for reinjetado com o antígeno A, ele geralmente produzirá uma resposta imune secundá-ria, que difere da resposta imune primária, onde o intervalo é menor, e a resposta é mais intensa e eficiente. Essas diferenças indicam que o animal “lembra-se” do primeiro contato com o antígeno A. Se um animal entra em contato com outro antígeno (p. ex., um antígeno B), mesmo depois da segunda injeção do antígeno A, o perfil da resposta imune decorrente é tipicamente de resposta primária e não secundária. A resposta secundária deve, portanto, refletir a memória imunológica antígeno-específica para o antígeno A (Figura 25-10).

A teoria da seleção clonal estabelece um conceito de interação em rede que auxilia no entendimento das bases celulares da memória imunológica. Em um animal adulto, os ór-gãos linfoides periféricos contém uma mistura de linfócitos que se encontram em pelo me-nos três estágios de maturação: células virgens, células efetoras e células de memória. Quando as células virgens encontram o antígeno pela primeira vez, algumas delas são estimuladas a proliferar e diferenciar-se em células efetoras, que são então as células que produzem uma resposta imune (as células B efetoras secretam anticorpos, enquanto as células T efetoras matam as células infectadas ou influenciam a resposta de outras células). Algumas células virgens estimuladas pelo antígeno proliferam e se diferenciam em células de memória, as quais não estão envolvidas diretamente com a resposta imune, mas que são mais fácil e rapi-damente induzidas a se tornarem células efetoras pelo contato posterior com o mesmo an-tígeno. Quando elas encontram o antígeno, as células de memória (como as células virgens) podem originar tanto células efetoras como outras células de memória (Figura 25-11).

Assim, a resposta imune primária gera memória imunológica devido à expansão clonal, onde a proliferação das células virgens estimuladas pelos antígenos gera várias células de memória, em parte porque as células de memória são capazes de responder de forma mais sensível ao mesmo antígeno do que as células virgens. Além disso, ao contrário da maio-ria das células efetoras, que morrem dentro de dias ou de semanas, as células de memória podem viver por toda a vida do animal, mesmo na ausência de seus antígenos específicos, fornecendo uma memória imunológica para toda a vida.

Como discutiremos mais adiante, as células B de memória produzem anticorpos de di-ferentes classes e de maior afinidade para o antígeno do que aquelas produzidas pelas célu-

Figura 25-10 Respostas primária e secundária de anticorpos. A resposta secundária, induzida pelo segundo con-tato com o antígeno A, é mais rápida e mais intensa do que a resposta primá-ria, sendo específica para o antígeno A, o que indica que o sistema imune adaptativo tem uma memória especial desencadeada pelo contato anterior com o antígeno A. O mesmo tipo de memória imune pode ser observada nas respostas mediadas por células T. Como discutiremos mais tarde, os tipos de anticorpos produzidos na resposta secundária são diferentes daqueles pro-duzidos na resposta primária, e esses anticorpos se ligam ao antígeno mais fortemente.

0 10 20 30 40 50 60Tempo (dias)

1

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100

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rítim

ica)

Primeira injeçãodo antígeno A

Segunda injeção do antígeno Aprimeira injeção do antígeno B

Resposta primáriapara o antígeno A

Respostasecundária para

o antígeno A Resposta primáriapara o antígeno B

Primeira exposição ao antígeno

Células efetoras

Segunda exposiçãoao antígeno

Células de memória

Célula virgem

Células de memória

células efetoras

Figura 25-11 Um modelo para as bases celulares da memória imunológi-ca. Quando os linfócitos virgens são estimulados pelos seus antígenos específicos, eles proliferam e diferenciam-se. A maioria transforma-se em células efetoras, que atuam e morrem, enquanto outros se tornam células de memória. Durante as exposições subsequentes ao mesmo antígeno, as células de memória respondem mais pronta e rapidamente do que as células virgens: elas proliferam e geram célu-las efetoras e mais células de memória. No caso das células T, as células de memória também podem desenvolver-se a partir de células efetoras (não-apresentado).



las B virgens. Esta é a principal razão pela qual as respostas secundárias de anticorpos são mais eficazes na eliminação dos patógenos do que as respostas primárias.

Embora a maioria das células T e B efetoras morra após o final da resposta imune, algu-mas células efetoras sobrevivem e auxiliam na proteção duradoura contra o patógeno. Uma pequena proporção de células plasmáticas produzidas na resposta de células B primária, por exemplo, pode sobreviver por muitos meses na medula óssea, onde continuam a secretar anticorpos específicos para a corrente sanguínea.

A tolerância imunológica garante que os antígenos próprios não sejam atacadosConforme discutido no Capítulo 24, as células do sistema imune inato usam os receptores de reconhecimento de padrões para distinguir os patógenos das moléculas normais do hospe-deiro. O sistema imune adaptativo requer um sistema de reconhecimento muito mais sofis-ticado: ele precisa ser capaz de responder de forma específica a praticamente um número ili-mitado de macromoléculas estranhas, e evitar a resposta a um grande número de moléculas produzidas pelo próprio organismo. Como isto é possível? Pode-se dizer que as moléculas próprias não induzem as reações imunes inatas necessárias para ativar as respostas imunes adaptativas. No entanto, mesmo quando uma infecção ou um dano ao tecido estimula uma reação inata, um grande número de moléculas próprias presentes normalmente não indu-zem uma resposta imune adaptativa. Por que não?

Uma resposta a esta questão é que o sistema imune adaptativo “aprende” a não reagir contra os antígenos próprios. Experimentos com transplantes proporcionaram inúmeras evidências para este processo de aprendizagem. Quando os tecidos são transplantados de um indivíduo para outro (e estes indivíduos não são gêmeos idênticos), o sistema imune do receptor geralmente reconhece as células do doador como estranhas e as destrói. (Por moti-vos que serão discutidos posteriormente, os antígenos estranhos das células do doador são tão poderosos que podem estimular uma resposta imune adaptativa extremamente intensa mesmo na ausência de agente infeccioso, dano ou adjuvante.) Se, no entanto, as células de uma linhagem de camundongos são introduzidas em um camundongo neonato de outra linhagem, algumas delas sobreviverão por toda a vida do animal receptor, e este animal re-ceptor agora irá aceitar um enxerto do doador original, mesmo que rejeite um enxerto de um terceiro doador. Aparentemente, os antígenos não-próprios podem, em algumas circunstân-cias, fazer com que o sistema imune torne-se especificamente não-responsivo a eles. Esta não-responsividade específica para alguns antígenos estranhos é conhecida como tolerân-cia imunológica adquirida (Figura 25-12).

A não-responsividade do sistema imune adaptativo de um animal a suas próprias ma-cromoléculas (tolerância imunológica natural, ou autotolerância) é adquirida da mesma forma. Um camundongo normal, por exemplo, não produz resposta imune contra um de seus próprios componentes proteicos do sistema do complemento denominado C5 (discu-tido no Capítulo 24). No entanto, um camundongo mutante que perdeu a sequência gêni-ca que codifica para o C5 (mas que ainda assim é geneticamente idêntico ao camundongo normal) pode produzir uma forte resposta imune a esta proteína sérica, quando imunizado com ela. Igualmente, seres humanos que não possuem o gene normal que codifica para uma Figura 25-12 Tolerância imunológica

adquirida. O enxerto de pele aqui apresentado foi transplantado de um camundongo adulto marrom para um camundongo adulto branco. Este en-xerto sobreviveu por várias semanas so-mente porque o camundongo branco, no período de seu nascimento, recebeu uma injeção de células da medula óssea do camundongo marrom, e assim tor-nou-se imunologicamente tolerante. Al-gumas das células da medula óssea do camundongo marrom (e de sua progê-nie) persistiram no camundongo adulto branco e continuaram a induzir tolerân-cia nos linfócitos recém-formados que, de outro modo, reagiriam contra a pele marrom. (Cortesia de Leslie Brent, de I. Roitt, Essential Immunology, 6th ed. Oxford, UK: Blackwell Scientific, 1988.)



proteína de coagulação, Fator VIII (e que, portanto, sangram excessivamente) produzem an-ticorpos contra a proteína quando administrada para o controle do sangramento.

A tolerância imunológica natural para uma determinada molécula própria mantém-se apenas enquanto a molécula continuar presente no corpo. Se uma proteína própria, como o C5, é removida experimentalmente de um animal adulto, o camundongo adquire a capa-cidade de responder a ela depois de algumas semanas ou meses. Assim, o sistema imune é geneticamente capaz de responder a moléculas próprias, mas aprende a não fazê-lo.

A autotolerância depende de vários mecanismos distintos:

1. No editoramento do receptor, os linfócitos em desenvolvimento que reconhecem as moléculas próprias (linfócitos autorreativos) mudam seus receptores de antígeno de modo que não reconheçam mais os autoantígenos.

2. Na deleção clonal, os linfócitos autorreativos morrem por apoptose quando se ligam aos autoantígenos.

3. Na inativação clonal (também denominada anergia clonal), os linfócitos autorreati-vos tornam-se funcionalmente inativados quando encontram os autoantígenos.

4. Na supressão clonal, as células T reguladoras eliminam a atividade dos linfócitos autorreativos.

Alguns desses mecanismos, especialmente os dois primeiros, editoramento do receptor e deleção clonal, atuam nos órgãos linfoides centrais quando os linfócitos autorreativos recém--formados encontram pela primeira vez seus autoantígenos, sendo responsáveis pelo proces-so de tolerância central. A inativação clonal e a supressão clonal, ao contrário, atuam princi-palmente quando os linfócitos encontram seus autoantígenos nos órgãos linfoides periféricos, sendo, então, responsáveis pelo processo de tolerância periférica. A deleção clonal e a inativa-ção clonal, entretanto, atuam tanto na periferia quanto nos órgãos centrais (Figura 25-13).

Por que a ligação a um antígeno próprio leva à tolerância em vez de ativação? A respos-ta ainda não é completamente conhecida. Conforme será discutido posteriormente, para um linfócito ser ativado nos órgãos linfoides periféricos, ele precisa não só ligar-se ao seu antígeno, mas também receber sinais coestimuladores ligados à membrana e secretados (os sinais secretados são várias citocinas). Estes dois sinais são produzidos pelas células T auxiliares, no caso de um linfócito B, e por uma célula dendrítica ativada, no caso de um linfócito T. Como a produção desses sinais depende da exposição a um patógeno, um linfó-cito autorreativo normalmente encontra seu antígeno na ausência de tais sinais. Sob essas condições, uma célula B interagindo com o seu antígeno ou uma célula T interagindo com seu antígeno na superfície de uma célula dendrítica não-ativada não falhará na sua ativação e, frequentemente, irá tornar-se tolerante, sendo morta, inativada ou ativamente suprimida por uma célula T reguladora (ver Figura 25-13). Como discutiremos posteriormente, nos ór-

Figura 25-13 Mecanismo de indução de tolerância imunológica aos antí-genos próprios. Quando linfócitos imaturos autorreativos ligam-se a seus próprios antígenos nos órgãos linfoides centrais, onde a célula é produzida, isso pode induzir uma alteração no seu receptor de antígeno de modo que ele não seja mais autorreativo (célula 1). Esse processo é denominado editoração do receptor e parece ocorrer princi-palmente nas células B em desenvolvi-mento. Alternativamente, a célula pode morrer por apoptose, processo este denominado deleção clonal (célula 2). Como essas duas formas de tolerância (apresentadas à esquerda) ocorrem nos órgãos linfoides centrais, são denomi-nadas tolerância central. Quando um linfócito virgem autorreativo escapa da indução de tolerância nos órgãos linfói-des centrais e liga-se aos seus antígenos próprios nos órgãos linfoides periféricos (célula 4), ele normalmente não será ati-vado, porque a sinalização geralmente ocorre sem o sinal coestimulador ade-quado, e a célula morre por apoptose (frequentemente após um período de proliferação), ou será inativada, ou sub-sequentemente suprimida por células T reguladoras (se o linfócito autorreativo for uma célula T efetora). Estas formas de tolerância, apresentadas à direita, são denominadas tolerância periférica.

DELEÇÃOCLONAL

EDITORAÇÃODE RECEPTORES

DELEÇÃOCLONAL

INATIVAÇÃOCLONAL

SUPRESSÃOCLONAL

Antígenos próprios

Linfócitomorto

Linfócitomorto

Linfócitos comespecificidade alterada

Órgãos linfoides centrais

Linfócitosimaturos

Órgãos linfoides periféricos

Linfócitosvirgens

maduros

Antígenopróprio

Antígenoestranho

Antígenoestranho

Sinal coestimulatório

Linfócitos efetoresou de memória

Célula Treguladora

Linfócitos efetoresou de memória

Linfócitoinativado

Linfócitosuprimido

4

3

2

1 1

3 3

3

1 1

1

4

4

5



gãos linfoides periféricos, a ativação ou a tolerância de uma célula T ocorre, normalmente, na superfície de uma célula dendrítica.

Algumas vezes os mecanismos de tolerância falham, fazendo com que as células T ou B (ou ambas) reajam contra os antígenos tissulares do próprio organismo. A miastenia grave é um exemplo de tal doença autoimune. Os indivíduos afetados produzem anticorpos contra os receptores de acetilcolina de suas células musculoesqueléticas. Esses anticorpos inter-ferem com o funcionamento normal desses receptores e, assim, o paciente torna-se fraco e pode morrer por não poder respirar. Igualmente, no diabete juvenil (tipo I), reações auto-imunes contra as células secretoras de insulina do pâncreas matam essas células, levando a uma deficiência severa de insulina.

Os mecanismos responsáveis pela quebra de tolerância aos antígenos próprios nas doenças autoimunes são desconhecidos. Existem evidências, no entanto, de que a ativação do sistema imune inato por infecções ou danos ao tecido pode auxiliar na estimulação de determinadas respostas contra o próprio em indivíduos com defeitos em seus mecanismos de autotolerância, levando à autoimunidade.

Os linfócitos circulam continuamente através dos órgãos linfoides periféricosOs patógenos geralmente entram no organismo através das superfícies epiteliais, na maioria das vezes através da pele, do intestino ou do trato respiratório. Para induzir uma resposta imu-ne adaptativa, os antígenos microbianos devem migrar dessas regiões até os órgãos linfoides periféricos como os linfonodos ou o baço, onde os linfócitos são ativados (ver Figura 25-5). A via a ser percorrida e o destino dependem do local onde ocorreu a entrada do patógeno. Os va-sos linfáticos (ver Figura 25-3) levam os antígenos que entram através da pele ou do trato respi-ratório para os linfonodos locais. Os antígenos que entram através do intestino são destinados aos órgãos linfoides periféricos associados aos intestinos, como as placas de Peyer, e aqueles que penetram a corrente sanguínea são filtrados pelo baço. Como discutido anteriormente, na maioria dos casos, as células dendríticas transportam os antígenos do sítio de infecção para os órgãos linfoides periféricos, onde atuam na ativação das células T (ver Figura 25-5).

Somente uma pequena parcela da população total de linfócitos pode reconhecer um determinado antígeno microbiano no órgão linfoide periférico (estimado entre 1/10.000 e 1/100.000 de cada classe de linfócitos). Como essas células raras encontram a célula apre-sentadora de antígeno portando o seu antígeno complementar? A resposta é que os linfóci-tos circulam constantemente, alguns entre os órgãos linfoides periféricos e outros através da linfa e do sangue. No linfonodo, por exemplo, eles deixam continuamente a corrente sanguí-nea, passando entre as células endoteliais especializadas que revestem as pequenas veias denominadas vênulas pós-capilares. Após permearem pelo linfonodo, acumulam-se em pe-quenos vasos linfáticos que deixam o linfonodo e conectam-se com outros vasos linfáticos, que passam através de outros linfonodos posteriores (ver Figura 25-3). Passando por vasos cada vez maiores, os linfócitos eventualmente penetram o vaso linfático principal (o ducto torácico), que os transporta de volta ao sangue (Figura 25-14).

Esse fluxo contínuo entre o sangue e a linfa termina somente se um linfócito for ativa-do por seu antígeno específico em um órgão linfoide periférico. A partir desse momento, o linfócito fica retido no órgão linfoide periférico, onde prolifera e diferencia-se em células efetoras ou células de memória. Algumas dessas células T efetoras deixam o órgão linfoide e migram através da linfa até a corrente sanguínea, pela qual serão levadas até o local de infecção (ver Figura 25-5) por dias até morrerem; outras migram para a medula óssea, onde

Figura 25-14 A via de circulação dos linfócitos entre a linfa e o sangue. A circulação através de um linfonodo (amarelo) é demonstrada aqui. Os an-tígenos microbianos são transportados para dentro do linfonodo por uma célula dendrítica (não-apresentado), que entra nos linfonodos via vasos linfáticos aferentes, drenando um tecido infectado (verde). As células T e B, ao contrário, entram no linfonodo através de uma artéria e migram para fora da corrente sanguínea através das vênulas pós-capilares. A não ser que encon-trem seus antígenos, as células T e B deixam o linfonodo através dos vasos linfáticos eferentes, que, eventualmente, conectam-se com o ducto torácico. O ducto torácico se liga a uma veia de grande calibre, que transporta sangue para o coração, completando ao processo de circulação das células T e B. Um ciclo de circulação típico ocorre em cerca de 12 a 24 horas.

Vênula pós--capilar

Vaso linfático aferente

Vaso linfático eferente

Linfonodo Ducto torácico

Veia Artéria

Tecido infectado

Coração



secretam anticorpos para a corrente sanguínea por meses ou até anos. As células T e B de memória juntam-se aos linfócitos recirculantes.

A recirculação dos linfócitos depende de interações específicas entre a superfície celular do linfócito e a superfície das células endoteliais que revestem os vasos sanguíneos dos ór-gãos linfoides periféricos. Vários tipos celulares encontrados no sangue entram em contato com essas células endoteliais especializadas que revestem as vênulas pós-capilares dos lin-fonodos, mas somente os linfócitos aderem-se a elas e migram para fora da corrente sanguí-nea para os nodos. Os linfócitos, inicialmente, aderem-se às células do endotélio via recep-tores de alojamento (homing) que se ligam a ligantes específicos (geralmente denominados contrarreceptores) da superfície das células endoteliais. A migração dos linfócitos para os linfonodos, por exemplo, depende da expressão de um receptor de alojamento denominado L-selectina, um membro da família das selectinas, uma das lecitinas de superfície celular. Essa proteína liga-se a grupos de açúcares específicos em um contrarreceptor que é expresso exclusivamente na superfície de células endoteliais especializadas que revestem as vênulas pós-capilares dos linfonodos, fazendo com que os linfócitos fiquem fracamente aderidos às células endoteliais, rolando lentamente na sua superfície. Este rolamento continua até que ocorra outro tipo de adesão mais forte mediada por proteínas quimiotáxicas (denominadas quimiocinas; ver a seguir) secretadas pelas células endoteliais. Essa forte adesão é mediada por membros da família das integrinas das moléculas de adesão celular, as quais se tornam ativadas na superfície dos linfócitos. Neste momento, os linfócitos cessam o rolamento e atravessam os vasos sanguíneos para o interior do linfonodo (Figura 25-15). Tanto as selec-tinas quanto as integrinas foram discutidas no Capítulo 19.

As quimiocinas são um tipo de citocinas. Elas são proteínas pequenas, secretadas, car-regadas positivamente e que têm papel fundamental no direcionamento da migração de vá-rios tipos de células, incluindo os leucócitos. Elas são estruturalmente semelhantes entre si e ligam-se à superfície das células endoteliais, bem como aos proteoglicanos carregados negati-vamente presentes na matriz extracelular dos órgãos. Por meio da ligação aos receptores asso-ciados à proteína G (discutido no Capítulo 15) na superfície de células sanguíneas específicas, as quimiocinas atraem as células da corrente sanguínea para um órgão, guiando-as para um local específico dentro do órgão e auxiliando-as a cessar o processo de migração. (Infelizmen-te, o vírus da AIDS, o HIV, também se liga a determinados receptores de quimiocinas, bem como ao correceptor CD4 discutido mais adiante, permitindo que o vírus infecte o leucócito.) As células T e B inicialmente entram na mesma região de um linfonodo, mas a seguir diferen-tes quimiocinas as guiam para regiões distintas do linfonodo – as células T dirigem-se para a região paracortical, e as células B, para os folículos linfoides (Figura 25-16).

Se as células T ou B não encontrarem seus antígenos, deixarão o linfonodo através dos vasos linfáticos eferentes. Porém, se as células encontrarem seu antígeno, serão estimuladas a apresentarem seus receptores de adesão que aprisionam as células nos linfonodos. As cé-lulas acumulam-se nas junções entre as áreas de células B e células T, onde as poucas células T e B podem interagir para proliferar e diferenciar-se em células efetoras e em células de me-mória. Muitas células efetoras deixam o linfonodo, expressando diferentes receptores para quimiocinas que irão auxiliar no direcionamento para os seus novos destinos – as células T para o local de infecção, e as células B para a medula óssea.

Figura 25-15 A migração dos linfóci-tos da corrente sanguínea para o lin-fonodo. Um linfócito circulante adere fracamente à superfície de uma célula endotelial especializada que reveste a vênula pós-capilar em um linfono-do. Esta adesão inicial é mediada por selectina-L na superfície do linfócito. A adesão é suficientemente fraca para permitir que os linfócitos rolem sobre a superfície das células endoteliais, em-purrados pelo fluxo sanguíneo. Estimu-lados por citocinas que são secretadas pelas células endoteliais (seta curva em vermelho), os linfócitos rapidamente ativam um forte sistema de adesão me-diado por integrinas. Esta adesão forte possibilita que a célula pare de rolar. Os linfócitos então usam uma proteína de adesão (CD31) para se ligar às junções entre as células endoteliais adjacentes e migrar para fora da vênula. A CD31 está localizada na superfície do linfócito e nas junções entre as células endoteliais. A migração subsequente dos linfócitos para dentro dos linfonodos dependente das quimiocinas produzidas dentro do linfonodo (setas retas em vermelho). A migração de outras células brancas do sangue da corrente sanguínea para os locais de infecção ocorre de maneira similar.

Lâminabasal

ADESÃO FRACA E ROLAMENTO

(selectina-dependente)

ADESÃO FORTE(dependente de integrina)

E EMIGRAÇÃO (dependente de CD31) Vênula

pós-capilar

Linfócito

Célula endotelial especializada da vênula pós-capilar

Quimiocina

Quimiocina



ResumoAs respostas imunes inatas são ativadas no local de infecção por padrões moleculares associados aos patógenos (PAMPs), os quais são reconhecidos por meio dos receptores de reconhecimento de padrões produzidos pelas células do sistema imune inato. Além de combaterem diretamente a in-fecção, essas respostas imunes inatas auxiliam na ativação das respostas imunes adaptativas nos órgãos linfoides periféricos. Diferentemente das respostas imunes inatas, as respostas adaptativas apresentam memória imunológica e, portanto, proporcionam uma proteção duradoura contra os patógenos que as induziram.

O sistema imune adaptativo é composto por milhões de clones de linfócitos, sendo que as célu-las de cada clone compartilham um receptor de superfície celular exclusivo que permite que elas se associem a um antígeno em particular. A ligação de um antígeno a estes receptores, no entanto, nor-malmente não é suficiente para estimular a proliferação e a diferenciação dos linfócitos em células efetoras com a capacidade de eliminar o patógeno. Sinais coestimuladores ligados à membrana e uma variedade de sinais secretados (citocinas) por outras células especializadas dos órgãos linfoi-des também são necessários. As células T auxiliares fornecem tais sinais para as células B, enquanto as células dendríticas emitem tais sinais para as células T. As células B efetoras secretam anticorpos que podem atuar em locais distantes para auxiliar na eliminação de patógenos extracelulares e suas toxinas. As células T efetoras, ao contrário, agem localmente no sítio da infecção, matando as células hospedeiras infectadas ou auxiliando outras células a eliminar os patógenos. Como parte da resposta imune adaptativa, alguns linfócitos proliferam e diferenciam-se em células de memória, as quais são capazes de responder de forma mais rápida e eficiente no contato subsequente com o mesmo patógeno invasor. Tanto as células T quanto as células B circulam continuamente entre os órgãos linfoides periféricos e entre o sangue e os linfonodos. Somente quando encontram o antígeno estranho específico no órgão linfoide periférico é que irão parar de migrar, proliferarão e se dife-renciarão em células efetoras ou células de memória. Os linfócitos que reagem contra as moléculas próprias podem ser tanto induzidos a alterar seus receptores quanto ser eliminados, inativados ou suprimidos por células T reguladoras, de modo que o sistema imune adaptativo normalmente evita o ataque contra as moléculas e células do próprio hospedeiro.

CÉLULAS B E ANTICORPOSOs vertebrados, inevitavelmente, morrem de infecção se não forem capazes de produzir anticorpos. Os anticorpos defendem-nos contra infecções ligando-se aos vírus e às toxinas microbianas, inativando-os (ver Figura 25-2). Quando os anticorpos se ligam aos patógenos invasores, eles também recrutam alguns componentes do sistema imune inato, incluindo vários tipos de leucócitos, e componentes do sistema do complemento (discutido no Capí-tulo 24). Os leucócitos e os componentes do complemento ativados agem em conjunto para atacar os invasores.

Sintetizados exclusivamente pelas células B, os anticorpos são produzidos em bilhões de formas, cada uma com uma sequência de aminoácidos diferente. Coletivamente denomi-

Figura 25-16 Um esquema simplifica-do do linfonodo humano. As células B são inicialmente agrupadas em estruturas denominadas folículos lin-foides, enquanto que as células T ficam concentradas principalmente no para-córtex. Ambos os tipos de linfócitos são atraídos por quimiocinas a entrar no lin-fonodo, deixando o sangue via vênulas pós-capilares (ver Figura 25-15). As célu-las T e B então migram para suas respec-tivas áreas, atraídas por diferentes qui-miocinas. Se elas não encontrarem seus antígenos específicos, tanto as células T como as células B entram no sinusoide medular e deixam o linfonodo via vaso linfático eferente. Este vaso desemboca na corrente sanguínea, possibilitando que os linfócitos iniciem outro ciclo de circulação através dos órgãos linfoides periféricos (ver Figura 25-14). Se elas encontram seus antígenos específicos, as células B e T são retidas no linfonodo e são ativadas a tornarem-se células efetoras ou de memória. As células T e B que responderem ao mesmo patógeno poderão interagir dentro e próximo dos folículos linfoides.

Vasos linfáticos aferentes

Sinus medular

Veia

Artéria

Vaso linfáticoeferente

3 mm

Medula

Folículo linfóide(células B)

Paracórtex (principalmente células T)

Sinus marginal

Vênula pós-capilar



nadas imunoglobulinas (cuja forma abreviada é Ig), estão entre os componentes proteicos mais abundantes no sangue, constituindo em torno de 20% do peso total das proteínas pre-sentes no plasma. Os mamíferos produzem cinco classes de anticorpos; cada uma medeia uma resposta biológica característica após a ligação com o antígeno. Nesta seção, iremos tratar da estrutura e da função dos anticorpos e de como eles interagem com os antígenos.

As células B produzem anticorpos que atuam tanto como receptores de superfície celular quanto como proteínas secretadasTodas as moléculas de anticorpos produzidas por uma mesma célula B possuem o mesmo sítio de ligação para o antígeno. Os primeiros anticorpos produzidos por um linfócito B re-cém-formado não são secretados, mas são inseridos na membrana plasmática, onde atuam como receptores de antígenos. Cada célula B tem aproximadamente 105 desses receptores na membrana plasmática. Conforme será discutido posteriormente, cada um desses recep-tores está associado de forma estável a um complexo de proteínas transmembrana que ati-vam as vias de sinalização intracelular quando um antígeno do lado de fora da célula se liga ao receptor.

Cada clone de célula B produz um único tipo de anticorpo, cada um com um único sítio de ligação ao antígeno. Quando um antígeno (com o auxílio de uma célula T) ativa uma célula B virgem ou de memória, esta célula B prolifera e se diferencia em uma célula efetora secretora de anticorpos. Estas células efetoras produzem e secretam grandes quantidades de anticorpos solúveis (em vez dos associados à membrana), os quais possuem os mesmos sítios de ligação do antígeno que o anticorpo de superfície celular que serviu anteriormente como receptor de antígeno (Figura 25-17). As células B efetoras podem começar a secretar anticorpos enquanto ainda são pequenos linfócitos, mas, no estágio final de sua maturação, tornam-se grande células plasmáticas (ver Figura 25-7B), que secretam anticorpos conti-nuamente em um nível surpreendente, em torno de 5 mil moléculas por segundo. Apesar de muitas delas morrerem após alguns dias, algumas sobrevivem na medula óssea por meses ou anos e continuam a secretar anticorpos na corrente sanguínea, proporcionando proteção duradoura contra o patógeno que estimulou sua produção.

Um anticorpo típico possui dois sítios idênticos de ligação a antígenosA forma simplificada de uma molécula de anticorpo é um Y com dois sítios idênticos de liga-ção a antígenos, um em cada extremidade dos braços do Y (Figura 25-18). Por causa de seus dois sítios de ligação ao antígeno, eles são descritos como bivalentes. Considerando que um antígeno tem três ou mais determinantes antigênicos, as moléculas de anticorpos bivalentes podem se intercruzar, formando uma grande rede (Figura 25-19) que os macrófagos podem fagocitar e degradar facilmente. A eficiência da ligação com o antígeno e da ligação cruzada pode ser incrementada pela flexibilidade da região da dobradiça na maioria dos anticorpos, a qual permite que a distância entre os dois sítios de ligação do antígeno varie (Figura 25-20).

O efeito protetor dos anticorpos não é simplesmente determinado pela sua habilidade de se ligar ao antígeno e fazer intercruzamento. A cauda da molécula em forma de Y medeia outras atividades dos anticorpos. Conforme discutiremos a seguir, os anticorpos com seus dois sítios idênticos de ligação ao antígeno podem possuir qualquer uma das várias regiões caudais distintas. Cada tipo de região caudal confere ao anticorpo propriedades funcionais diferentes, como a habilidade de ativar o sistema do complemento, promover a ligação com células fagocíticas ou atravessar a placenta da mãe para o feto.

Uma molécula de anticorpo é composta por cadeias pesadas e cadeias levesA unidade estrutural básica de uma molécula de anticorpo consiste em quatro cadeias po-lipeptídicas, sendo duas cadeias leves (L) idênticas entre si (cada uma contendo em torno de 220 aminoácidos) e duas cadeias pesadas (H) também idênticas entre si (cada uma con-tendo em torno de 440 aminoácidos). As quatro cadeias são mantidas unidas por meio da combinação de ligações não-covalentes e covalentes (dissulfeto). A molécula é composta por duas metades idênticas, cada uma com o mesmo sítio de ligação ao antígeno. Em geral,

B B B B

PROLIFERAÇÃOE

DIFERENCIAÇÃO

B

Antígeno

Receptor deantígeno

Célula Bem repouso

Anticorpos secretados

Células B efetoras

Figura 25-17 Anticorpos de membra-na e anticorpos secretados produzidos por um clone de células B. Quando as células B virgens ou de memória são ativadas pelo antígeno (e por células T auxiliares, não-representadas), elas proliferam e se diferenciam em células efetoras. As células efetoras produzem e secretam anticorpos com um mesmo tipo de sítio de ligação ao antígeno, que é o mesmo que originalmente interagiu com os anticorpos associados à mem-brana que serviram como receptores de antígenos.

5 nm

Região caudal

Sítios de ligaçãopara o antígeno

Figura 25-18 Representação simples de uma molécula de anticorpo. Note que existem dois sítios idênticos de liga-ção ao antígeno.



tanto as cadeias leves como as pesadas colaboram para compor a superfície do sítio de liga-ção ao antígeno (Figura 25-21).

Existem cinco classes de cadeias pesadas de anticorpos, cada uma com atividades biológicas diferentesNos mamíferos, existem cinco classes de anticorpos, IgA, IgD, IgE, IgG e IgM, cada uma com sua própria classe de cadeia pesada – �, �, �, � e μ, respectivamente. As moléculas de IgA possuem cadeias �, as moléculas de IgG possuem cadeias �, e assim por diante. Além disso, existem algumas subclasses de moléculas de imunoglobulinas IgG e IgA; por exemplo, exis-tem, nos humanos, quatro subclasses de IgG (IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4), com suas respectivas cadeias �1, �2, �3 e �4. As várias cadeias pesadas têm uma conformação característica desde a região da dobradiça até a cauda dos anticorpos, e é por isso que cada classe (e subclasse) tem características próprias.

A IgM possui uma cadeia pesada μ e é sempre a primeira classe de anticorpo produzi-da pelas células B em desenvolvimento, embora muitas células B eventualmente mudem a classe de anticorpos produzida conforme o antígeno que as estimulou. As primeiras cé-lulas da linhagem de células B que produzem Ig são as células pró-B, as quais produzem somente cadeias μ. Elas dão origem às células pré-B, nas quais as cadeias μ se associam às cadeias leves substitutas (que serão substituídas pelas autênticas cadeias leves) que são inseridas na membrana plasmática. A sinalização deste receptor de células pré-B é ne-cessária para que a célula progrida para o próximo estágio de desenvolvimento, quando então produzirá a verdadeira cadeia leve. As cadeias leves combinam-se com as cadeias μ, tomando o lugar das cadeias leves substitutas, para formar as quatro moléculas de IgM (cada uma com duas cadeias M e das cadeias leves). Essas moléculas então se inserem na membrana plasmática, onde atuam como receptores de antígenos. Nesta fase, a célula é denominada célula B virgem imatura. Após deixar a medula óssea, a célula começa a produzir também moléculas de IgD de superfície celular, com o mesmo sítio de ligação ao antígeno presente nas moléculas de IgM. A partir dessa etapa, a célula é denominada célu-la B virgem madura. Esta é a célula que pode responder a antígenos estranhos nos órgãos linfoides periféricos (Figura 25-22).

A IgM não é só a primeira classe de anticorpos a aparecer na superfície da célula B em desenvolvimento. Ela é também a principal classe secretada na corrente sanguínea nos es-tágios iniciais da resposta primária de anticorpos, na primeira exposição a um antígeno. (Ao contrário das moléculas de IgM, as moléculas de IgD são secretadas somente em pequenas quantidades e parecem atuar principalmente como receptores de superfície celular para an-

Figura 25-19 Interações antígeno-anticorpo. Uma vez que os anticorpos possuem dois sítios de ligação aos antígenos, eles podem interligar antígenos. Os tipos formados de complexos antíge-no-anticorpo dependem do número de determinantes antigênicos existentes no antígeno. (A-C) Uma única espécie de anticorpo (um anticorpo monoclonal) é capaz de associar-se a antígenos contendo uma, duas ou três cópias de um mesmo tipo de determinante antigênico. Antígenos com dois determinantes antigênicos podem formar pequenos complexos cíclicos ou cadeias lineares com anticorpos, enquanto antígenos com três ou mais determinantes antigênicos podem formar grandes redes, que prontamente precipitam. (D) A maioria dos antígenos possui vários de-terminantes antigênicos diferentes (ver Figura 25-29A), e diferentes anticorpos que reconhecem diferentes determinantes antigênicos podem cooperar para interligar os antígenos em grandes redes tridimensionais.

Um determinante antigênico

Dois determinantes antigênicos

Três ou mais determinatesantigênicos

Três ou mais determinantes antigênicos diferentes

(A) (C) (D)

(B)

Determinanteantigênico

Antígeno

Região de dobradiça damolécula de anticorpo

Figura 25-20 A região de dobradiça de uma molécula de anticorpo. Con-siderando a sua flexibilidade, a região de dobradiça confere maior eficiência na ligação ao antígeno e em sua inter-ligação.



tígenos.) Na sua forma secretada, a IgM é um pentâmero composto por cinco unidades de quatro cadeias, formando assim um total de 10 sítios de ligação ao antígeno. Cada pentâme-ro contém uma cópia de outra cadeia polipeptídica, denominada cadeia J (junção). A cadeia J é produzida pelas células secretoras de IgM e é covalentemente inserida entre duas regiões terminais adjacentes (Figura 25-23).

Quando um antígeno com múltiplos determinantes antigênicos idênticos (ver Figura 25-19) se liga a uma única molécula pentamérica de IgM secretada, ela altera a estrutura do pentâmero, permitindo a ativação do sistema do complemento. Conforme discutido no Capítulo 24, quando o antígeno está na superfície de um patógeno invasor, a ativação do complemento pode tanto marcar o patógeno para fagocitose quanto destruí-lo diretamente. Como discutiremos mais adiante, a ativação do complemento também pode intensificar a resposta imune contra um antígeno: a ligação de um componente ativado do complemento ao complexo antígeno-anticorpo, por exemplo, pode aumentar a capacidade do antígeno de estimular uma resposta de célula B em mais de mil vezes (ver Figura 25-71A).

A principal classe de imunoglobulinas presentes no sangue é a IgG, a qual é um monô-mero com quatro cadeias (ver Figura 25-21) produzido em grandes quantidades durante a resposta imune secundária. Além de ativar o complemento, a porção terminal de uma mo-lécula de IgG liga-se a receptores específicos em macrófagos e em neutrófilos. É principal-mente por meio destes receptores Fc (assim chamados porque as porções terminais dos

S SS SS

S SS

COOHHOOC

HOOC COOH

H2N

H2N NH2

NH2

Sítio de ligaçãopara o antígeno

Sítio de ligação para o antígeno

Região dedobradiça

Cadeia leve

Cadeia pesada

Cadeia leve

Cadeia pesada

Figura 25-21 Desenho esquemático de uma molécula de anticorpo bi-valente. Ela é composta por quatro cadeias polipeptídicas – duas cadeias pesadas idênticas e duas cadeias leves idênticas. Os dois sítios de ligação ao antígeno são idênticos, cada um forma-do por regiões N-terminais das cadeias leves e por regiões N-terminais das ca-deias pesadas. As duas cadeias pesadas formam a região da cauda e a região da dobradiça da molécula de anticorpo.

BB

Célula pré-BCélula pró-B Célula B virgemimatura

Célula progenitoralinfoide comum

IgMIgM

IgD

Cadeia �

Cadeia �Cadeia �Cadeia �intracelular Cadeia L

Cadeia Lsubstituta

Desenvolvimento na medula ósseaCircula nos órgãos

linfoides periféricos

Célula Bvirgem madura

Figura 25-22 Os principais estágios do desenvolvimento da célula B. Todos os estágios representados ocorrem independente-mente do antígeno. As células pró-B produzem cadeias μ, mas elas permanecem no retículo endoplasmático até que a cadeia leve substituta seja produzida. Embora não esteja representado na figura, todas as moléculas de Ig de superfície celular estão associadas a proteínas transmembrana que auxiliam na transmissão de sinais para o interior da célula (ver Figura 25-70). Quando são ativadas pelo antígeno estranho específico e pelas células T auxiliares nos órgãos linfoides periféricos, as células B virgens maduras proliferam e diferenciam-se em células secretoras de anticorpos e células de memória (não-representado).



anticorpos são denominadas regiões Fc) que estas células fagocíticas ligam-se, ingerem e destroem micro-organismos infecciosos que estão recobertos por anticorpos IgG produzi-dos em resposta à infecção (Figura 25-24).

Algumas subclasses de IgG são os únicos anticorpos que podem passar da mãe para o feto através da placenta. As células da placenta que estão em contato com o sangue materno possuem receptores Fc que se ligam às moléculas de IgG recém-chegadas e transportam-nas para o sangue fetal. As moléculas de anticorpos ligadas aos receptores são levadas inicial-mente para dentro das células placentárias por endocitose mediada por receptores. Elas são então transportadas em vesículas, atravessando as células e sendo liberadas, por exocito-se, no sangue fetal (processo denominado transcitose, ver Figura 25-26). Pelo fato de outras classes de imunoglobulinas não se ligarem a este receptor Fc específico, elas não podem

Figura 25-23 Uma molécula de IgM pentamérica. As cinco subunidades de quatro cadeias são mantidas unidas por ligações dissulfeto (vermelho). Uma úni-ca cadeia J, com uma estrutura similar a um único domínio de Ig (será discutido adiante), encontra-se covalentemente ligada a duas caudas μ de cadeias pesa-das por ligações dissulfeto. A cadeia J é necessária à formação do pentâmero. A adição sucessiva de cada subunidade de IgM composta por quatro cadeias requer uma cadeia J, que é posterior-mente descartada, com exceção da última, que é mantida. Repare que as moléculas de IgM não possuem regiões de dobradiça.

Cadeia pesada �

Cadeialeve

Cadeia J

= Ligação de dissulfeto

Sítios de ligaçãopara o antígeno

Bactéria

Pseudópodo

Receptor Fc

FAGOCITOSE

(A) (B)Bactéria coberta poranticorpos IgG

Região Fc de umanticorpo IgG

Macrófago ouneutrófilo

Leucócitofagocítico 1 �m

Membranaplasmática

Figura 25-24 Fagocitose ativada por anticorpo. (A) Uma bactéria recoberta por anticorpos IgG é eficientemente fagocitada por um macrófago ou um neutrófilo que possui receptores de super-fície celular que se ligam à região caudal (Fc) das moléculas de Ig. A ligação da bactéria recoberta por anticorpo aos receptores de Fc ativa o processo de fagocitose. A região caudal de uma molécula de anticorpo é denominada região Fc, porque, quando os anticorpos são clivados pela enzima proteolítica papaína, os fragmentos que con-têm as regiões caudais cristalizam facilmente. (B) Micrografia eletrô-nica de um neutrófilo fagocitando uma bactéria recoberta por IgG, que se encontra no processo de divisão. O processo no qual o anti-corpo (ou o complemento) recobre o patógeno e aumenta a eficiência na qual é fagocitado é denomina-do opsonização. (B, cortesia de Do-rothy F. Bainton, de R. C. Williams, Jr. e H. H. Fudenberg, Phagocytic Mechanisms in Health and Disease. New York: Intercontinental Book Corporation, 1971.)



atravessar a placenta. Mais tarde, a IgG é secretada para o leite materno e é absorvida pelo intestino do neonato para sua corrente sanguínea por transcitose, fornecendo proteção para o bebê contra infecções.

A IgA é a principal classe de anticorpos nas secreções, incluindo a saliva, as lágrimas, o leite e as secreções respiratórias e intestinais. Apesar de a IgA ser um monômero com quatro cadeias quando encontrada no sangue, nas secreções a IgA é um dímero com oito cadeias (Figura 25-25). Ela é transportada através de células epiteliais secretoras do fluido extracelu-lar para o fluido secretado por outro tipo de receptor Fc, que é exclusivo do epitélio secretor (Figura 25-26). Esse receptor Fc pode, também, transportar IgM para as secreções (mas com menor eficiência), e este pode ser o motivo pelo qual os indivíduos com uma deficiência seletiva de IgA, a forma mais comum de deficiência de anticorpos, são apenas parcialmente afetados pela deficiência.

A região caudal das moléculas de IgE, que é um monômero com quatro cadeias, liga-se com uma afinidade altíssima (Ka ~ 1010 litros/mol), pouco comum, a uma outra classe de re-ceptores Fc. Esses receptores estão localizados na superfície de mastócitos nos tecidos e em basófilos no sangue. As moléculas de IgE ligadas a eles funcionam como receptores naturais para antígenos. A ligação com o antígeno leva os mastócitos ou os basófilos a secretarem uma série de citocinas e de aminas biologicamente ativas, principalmente a histamina (Fi-gura 25-27). A histamina causa a dilatação dos vasos, tornando-os permeáveis, o que auxilia os leucócitos, os anticorpos e os componentes do complemento a migrarem para o local onde os mastócitos foram ativados. A liberação de aminas pelos mastócitos e basófilos causa os sintomas das reações alérgicas, como febre do feno, asma e urticária. Além disso, os mas-tócitos secretam fatores que atraem e ativam leucócitos denominados eosinófilos. Os eosinó-filos possuem receptores Fc que se ligam a moléculas de IgE e podem matar vários tipos de parasitas extracelulares, especialmente se estiverem recobertos por anticorpos IgE.

Além das cinco classes de cadeias pesadas encontradas nas moléculas de anticorpos, os vertebrados superiores apresentam dois tipos de cadeias leves, e , que parecem ser fun-cionalmente indistinguíveis. Ambos os tipos de cadeia leve podem ser associados a qualquer uma das cadeias pesadas. Uma molécula individual de anticorpo, no entanto, sempre con-tém cadeias leves idênticas e cadeias pesadas idênticas: uma molécula de IgG, por exemplo, pode possuir cadeias leves ou , mas não uma de cada. Como resultado, os sítios de ligação a antígeno de um anticorpo são sempre idênticos. Esta simetria é crucial para a função de ligação cruzada dos anticorpos secretados (ver Figura 25-19).

Componentesecretor

Cadeia J

Cadeiaspesadas �

Sítios de ligação para o antígeno

Cadeialeve

Ligaçãodissulfeto

FLUIDOEXTRACELULAR

Dímero de IgA

Receptor Fc associadoà membrana

CÉLULA EPITELIAL

TRANSCITOSE

LÚMEN

Componentesecretor

Vesícula detransporte

Figura 25-25 Um diagrama altamente esquematizado de uma molécula de IgA dimérica encontrada nas secreções. Além dos dois monômeros de IgA, existe uma única cadeia J e uma cadeia polipeptídica adicional deno-minada componente secretor, derivado do receptor Fc (ver Figura 25-26) e que parece proteger as moléculas de IgA contra a digestão proteolítica das enzimas das secreções.

Figura 25-26 O mecanismo de trans-porte da molécula de IgA dimérica através de uma célula epitelial. A mo-lécula de IgA, na forma de um dímero que contém a cadeia J, liga-se a uma proteína receptora transmembrana na superfície da célula epitelial na face oposta ao lúmen do vaso. (A cadeia J não está representada nesta figura por questões de clareza.) Os complexos receptor-IgA são internalizados pelo processo de endocitose mediada pelo receptor; o complexo é transferido, atra-vessando o citoplasma da célula epite-lial dentro de vesículas, e é secretado no lado oposto da célula, no lúmen, por exocitose. Quando exposta ao lúmen, uma parte da proteína receptora Fc, que está associada ao dímero de IgA (o com-ponente secretor), é clivada da sua cauda transmembrana, liberando o anticorpo na forma apresentada na Figura 25-25.



Todas as classes de anticorpos podem ser expressas na membrana ou na forma solú-vel secretada. As duas formas diferem somente na porção C-terminal de sua cadeia pesada. As cadeias pesadas das moléculas de anticorpos ligados à membrana possuem uma região transmembrana C-terminal hidrofóbica, que ancora a cadeia pesada na bicamada lipídica da membrana plasmática das células B. Por outro lado, as cadeias pesadas das moléculas de anti-corpos secretados possuem uma porção C-terminal hidrofílica, que permite que elas saiam de dentro da célula. Esta mudança no caráter da molécula de anticorpo ocorre porque a ativação da célula B pelo antígeno (e pelas células T auxiliares) induz uma mudança no modo pelo qual os transcritos de RNA de cadeia H são produzidos e processados no núcleo (ver Figura 7-99).

As propriedades das várias classes dos anticorpos em humanos estão resumidas na Ta-bela 25-1.

A intensidade de interação antígeno-anticorpo depende do número e da afinidade dos sítios de ligação ao antígenoA ligação de um antígeno a um anticorpo, como a ligação de um substrato a uma enzima, é reversível. Ela é mediada pela soma de várias forças não-covalentes relativamente fracas, incluindo ligações de hidrogênio, forças hidrofóbicas de van der Waals e interações iôni-cas. Essas forças fracas são efetivas somente quando a molécula de antígeno está próxima o suficiente para permitir que seus átomos encaixem-se em bolsas complementares na su-perfície do anticorpo. As regiões complementares de uma unidade de anticorpo de quatro cadeias são seus dois sítios de ligação ao antígeno idênticos; a região correspondente a esta no antígeno é denominada determinante antigênico (Figura 25-28). Em sua maioria, as ma-

Mastócito

Receptor Fc específico para IgE

Vesículas secretoras contendo histaminas

IgEAntígeno

RECEPTORES Fc LIGADOS À IgE

ANTÍGENO MULTIVALENTE INTERLIGANDO MOLÉCULAS ADJACENTES DE IgE

HISTAMINALIBERADA POREXOCITOSE

Figura 25-27 O papel da IgE na secreção de histamina pelos mastócitos. Um mastócito (ou basófilo) liga-se a moléculas de IgE após elas terem sido secretadas por células B efetoras. Os anticorpos IgE na forma solúvel ligam-se à proteína receptora Fc, na super-fície do mastócito, que reconhece especificamente a região Fc destes anticorpos. As moléculas de IgE ligadas servem como recepto-res de superfície celular para antígenos. Assim, diferentemente dos linfócitos B, cada mastócito (e basófilo) possui um conjunto de anticorpos de superfície celular com uma alta variedade de sítios de ligação ao antígeno. Quando uma molécula de antígeno se liga a estes anticorpos IgE associados à membrana, promovendo a interligação entre os receptores vizinhos, ocorre uma emissão de sinal para o mastócito liberar histamina e outros mediadores locais por exocitose.

Tabela 25-1 Propriedades das principais classes de anticorpos humanos

PROPRIEDADES CLASSE DO ANTICORPO

IgM IgD IgG IgA IgE

Cadeias pesadas μ � � � �

Cadeias leves ou ou ou ou ou Número de unidades com quatro

cadeias5 1 1 1 ou 2 1

Porcentagem total de Ig no sangue 10 < 1 75 15 < 1Capacidade de ativar o complemento ++++ — ++ — —Capacidade de atravessar a placenta — — + — —Capacidade de ligar-se a macrófagos e

neutrófilos— — + — —

Capacidade de ligar-se a mastócitos e basófilos

— — — — +



cromoléculas antigênicas possuem vários determinantes antigênicos diferentes, e são ditas multivalentes; se duas ou mais delas são idênticas (como em um polímero com estruturas repetitivas), o antígeno é definido como polivalente (Figura 25-29).

A reação de ligação reversível entre um antígeno com um único determinante antigêni-co (referido como Ag) e um único sítio de ligação para o antígeno (definido como Ab) pode ser expressa como:

Ag + Ab ↔ AgAb

O ponto de equilíbrio depende tanto da concentração de Ab como da concentração de Ag e do grau de interação entre eles. Em suma, as concentrações superiores de Ab vão estar associadas a mais Ag à medida que a concentração de Ag aumenta. O grau de interação ge-ralmente é expresso com constante de afinidade (Ka) (ver Figura 3-43), onde

Ka = [Ag Ab]/[Ag] [Ab]

(os colchetes indicam a concentração de cada componente no ponto de equilíbrio).A constante de afinidade, algumas vezes denominada constante de associação, pode ser

determinada pela quantificação da concentração de Ag livre necessária para ocupar metade dos sítios de ligação de antígeno em um anticorpo. Quando metade dos sítios está ocupa-da, [AgAb] = [Ab] e Ka = 1/[Ag]. Assim, a recíproca da concentração do antígeno que produz metade da ligação máxima é igual à constante de afinidade do anticorpo pelo antígeno. Os valores frequentemente variam entre 5 x 104 e 1011 litros/mol.

A afinidade de um anticorpo por um determinante antigênico descreve o grau de li-gação de uma única cópia de um determinante antigênico com um único sítio de ligação para o antígeno, e isto é independente do número de sítios de ligação do antígeno. Quando, no entanto, um antígeno polivalente, que possui várias cópias do mesmo determinante an-tigênico, combina-se a um anticorpo IgM polivalente (ver Figura 25-23), a intensidade de ligação é fortemente aumentada porque todas as ligações antígeno-anticorpo precisam ser quebradas simultaneamente antes que o antígeno possa ser dissociado do anticorpo. Mes-mo uma molécula de IgG bivalente pode ligar-se pelo menos cem vezes mais fortemente a um antígeno polivalente, se ambos os sítios de ligação do antígeno estiverem participando da ligação, em vez de somente um desses sítios. A intensidade total de ligação de um anticor-po polivalente com um antígeno polivalente é referida como avidez de interação.

Se a afinidade dos sítios de ligação para o antígeno em uma molécula de IgG ou de IgM é a mesma para um antígeno multivalente, a molécula de IgM (com 10 sítios de ligação) terá uma avidez muito maior do que a molécula de IgG (que possui dois sítios de ligação). Esta diferença em avidez, geralmente 104 vezes superior ou mais, é importante, porque os anticorpos que são produzidos no início da resposta imune geralmente possuem afinida-de muito inferior do que aqueles que são produzidos posteriormente. Por conta desta alta avidez, a IgM – a principal classe de Ig produzida nas respostas imunes iniciais – pode agir efetivamente, mesmo quando cada sítio de ligação tem uma baixa afinidade.

Até agora consideramos a estrutura geral e a função dos anticorpos. A seguir, analisare-mos em detalhe suas estruturas, definidas por estudos de suas sequências de aminoácidos e de sua estrutura tridimensional.

As cadeias leves e pesadas dos anticorpos são compostas por regiões constantes e variáveisA comparação das sequências de aminoácidos de diferentes moléculas de anticorpos reve-lou características interessantes, com importantes implicações genéticas. Tanto as cadeias leves como as pesadas apresentam uma sequência variável na região N-terminal, mas uma

Figura 25-28 Antígeno ligando-se a um anticorpo. Neste diagrama altamente esquemático, encontra-se representada a interação de um de-terminante antigênico de uma macromolécula com dois sítios de ligação a antígenos de moléculas de anticorpos diferentes, uma de alta afinidade e outra de baixa afinidade. O determinante antigênico é mantido associado ao sítio de ligação por várias forças não-covalentes fracas; o sítio que apresentar maior complementaridade ao antígeno será o de maior afinidade. Note que as cadeias leves e pesadas da molécula de anticorpo em geral contribuem para formar o sítio de ligação ao antígeno.


Sítio de ligaçãopara antígeno damolécula deanticorpo

ANTÍGENO

Cadeialeve

Cadeiapesada

LIGAÇÃO DE ALTAAFINIDADE

ANTÍGENO

LIGAÇÃO DEBAIXA AFINIDADE

Múltiplos determinates antigênicos diferentes

(A)

Múltiplos determinates antigêncios semelhantes

(B)

ANTÍGENO MULTIVALENTE

ANTÍGENO POLIVALENTE

Figura 25-29 Moléculas com múlti-plos determinantes antigênicos. (A) Uma proteína globular é representada com vários determinantes antigênicos diferentes. Distintas regiões da cadeia polipeptídica em geral associam-se na estrutura dobrada de cada determinan-te antigênico na superfície da proteína, como representado para três dos qua-tro determinantes. (B) Uma estrutura polimérica é representada com vários determinantes antigênicos idênticos.



sequência constante na região C-terminal. Consequentemente, quando as sequências de aminoácidos de diferentes cadeias são comparadas, as porções C-terminais são idênticas, ou apresentam pequenas diferenças, enquanto as porções N-terminais são todas diferentes. As cadeias leves apresentam regiões constantes compostas por aproximadamente 110 ami-noácidos e regiões variáveis do mesmo tamanho. A região variável das cadeias pesadas (na porção N-terminal) também é composta por cerca de 110 aminoácidos, mas as regiões cons-tantes das cadeias pesadas são três ou quatro vezes mais longas (330 ou 440 aminoácidos), dependendo da classe da imunoglobulina (Figura 25-30).

As regiões N-terminais das cadeias leves e pesadas se encontram para formar o sítio de ligação ao antígeno, e a variabilidade de suas sequências de aminoácidos confere a base es-trutural da diversidade dos sítios de ligação ao antígeno. A maior parte da diversidade ocorre em três pequenas regiões denominadas regiões hipervariáveis, localizadas nas regiões va-riáveis tanto da cadeia leve quanto da cadeia pesada. As partes restantes das regiões variá-veis, conhecidas como regiões estruturais, são relativamente constantes.

Somente de 5 a 10 aminoácidos de cada região hipervariável formam o sítio de ligação ao antígeno (Figura 25-31). Como resultado, em geral o tamanho do determinante antigê-nico que um anticorpo reconhece é comparativamente pequeno. Pode ser composto por até menos de 10 aminoácidos na superfície de uma proteína globular, por exemplo.

As cadeias leves e pesadas são compostas por domínios de Ig repetitivosTanto as cadeias leves como as pesadas são compostas por segmentos repetitivos – sendo cada um composto por 110 aminoácidos e com uma ligação dissulfeto intracadeia. Esses seg-mentos repetitivos dobram-se independentemente para formar unidades funcionais com-pactas denominadas domínios de imunoglobulinas (Igs). Conforme ilustrado na Figura 25-32, a cadeia leve possui um domínio variável (VL) e um domínio constante (CL) (equiva-lentes às regiões variáveis e constantes mostradas na metade superior da Figura 25-30). O do-mínio VL pareia com o domínio variável da cadeia pesada (VH) para formar a região de ligação ao antígeno. O domínio CL pareia com o primeiro domínio constante da cadeia pesada (CH1), e o restante dos domínios constantes das cadeias pesadas formam a região Fc, que determina as outras propriedades biológicas do anticorpo. A maior parte das cadeias pesadas possui três domínios constantes (CH1, CH2 e CH3), mas os anticorpos IgM e IgE possuem quatro.

A similaridade entre seus domínios sugere que as cadeias de anticorpos foram forma-das, durante a evolução, por uma série de duplicações gênicas; inicialmente, eram genes

COOH

COOHH2N

H2N

CADEIA LEVE

CADEIA PESADA

Regiãovariável

Região constante(tipo ou tipo )

Região variável Região constante(tipo �, �, �, �, ou �)

S SS S

SS S

S

Região variável da cadeia pesada

Regiões hipervariáveis

Região variável da cadeia leve

Regiões hipervariáveisda cadeia pesada

Sítio de ligaçãopara o antígeno

Regiõeshipervariáveisda cadeia leve

Figura 25-30 Regiões constantes e variáveis das cadeias de imunoglobu-linas. As regiões variáveis das cadeias leve e pesada formam o sítio de ligação ao antígeno, enquanto que a região constante das cadeias pesada determi-nam as outras propriedades biológicas dos anticorpos.

Figura 25-31 Regiões hipervariáveis dos anticorpos. Um desenho altamen-te esquematizado representando como três regiões hipervariáveis em cada cadeia leve e pesada juntas formam o sítio de ligação ao antígeno em uma molécula de anticorpo.



primordiais que codificavam para um único domínio com 110 aminoácidos, com função desconhecida. Esta hipótese é corroborada pela constatação de que cada domínio da re-gião constante de uma cadeia pesada é codificado por uma sequência codificante separada (éxon) (Figura 25-33).

Um sítio de ligação a antígenos é construído por alças hipervariáveisUma série de fragmentos de anticorpos, assim como moléculas intactas de anticorpos, foi es-tuda por cristalografia por raios X. A partir desses resultados, podemos entender como bilhões de diferentes sítios de ligação ao antígeno são construídos com uma base estrutural comum.

Conforme ilustrado na Figura 25-34, cada domínio de Ig tem uma estrutura tridimen-sional extremamente similar, com base no que foi denominado estrutura de imunoglobu-lina, que é composta por um “sanduíche” de duas cadeias de folhas � unidas por ligações dissulfeto. Conforme veremos adiante, várias outras proteínas de superfície de linfócitos e de outras células, muitas das quais atuam como moléculas de adesão célula-célula (discutido no Capítulo 19), contêm domínios similares e, por isso, são membros da numerosa família de proteínas denominada superfamília de imunoglobulinas (Igs).

Os domínios variáveis das moléculas de anticorpos são únicos, uma vez que cada um possui seu grupo particular de três regiões hipervariáveis, que são organizadas em três al-ças hipervariáveis (ver Figura 25-34). As alças hipervariáveis, tanto dos domínios variáveis das cadeias leves como das cadeias pesadas, agrupam-se para formar o sítio de ligação ao antígeno. Devido ao fato de a região variável de uma molécula de anticorpo ser constituída

Figura 25-32 Domínios de imunoglo-bulinas. As cadeias leves e pesadas em uma molécula de anticorpo são, cada uma, dobradas em domínios repeti-tivos similares. Os domínios variáveis (marcados em azul) das cadeias leves e pesadas (VL e VH) formam os sítios de ligação ao antígeno, enquanto os domínios constantes da cadeia pesada (principalmente CH2 e CH3) determi-nam a outra propriedade biológica da molécula. As cadeias pesadas dos anti-corpos IgM e IgE não possuem região de dobradiça, mas têm um domínio constante extra (CH4). As interações hi-drofóbicas existentes entre os domínios de cadeias adjacentes desempenham o papel fundamental de manter as ca-deias unidas na molécula de anticorpo: VL liga-se com VH, CL liga-se com CH1, e assim por diante (ver Figura 25-34). To-dos os anticorpos são glicosilados nos seus domínios CH2 (não-apresentado); a cadeia de oligossacarídeo ligada varia de anticorpo para anticorpo e influencia a propriedade biológica do anticorpo.

SS

SS

SS

SS

SS

SS

SS

SS

SS

SS S

S

SS

SS

SS

SSSS

VL

CL

VL

CL

VH VH

CH1 CH1

CH2

CH3

CH2

CH3

Figura 25-33 A organização da se-quência de DNA que codifica a região constante da cadeia pesada de um anticorpo. As sequências codificantes (éxons) para cada domínio e para a região de dobradiça são separadas por sequências não-codificadoras (íntrons). As sequências intrônicas são remo-vidas durante o splicing do transcrito primário de RNA, originando o mRNA. Acredita-se que a presença dos íntrons no DNA tenha facilitado as duplicações acidentais dos segmentos de DNA que originaram os genes dos anticorpos, du-rante a evolução (discutido no Capítulo 4). As sequências de DNA e de RNA que codificam as regiões variáveis da cadeia pesada não estão apresentadas.

Sequências codificantes

CH1 Dobradiça CH2 CH3 DNA

Íntron Íntron Íntron

TRANSCRIÇÃO

RNA

SPLICING DO RNA

mRNACH1 Dobradiça CH2 CH3

CH1 Dobradiça CH2 CH3

TRADUÇÃO

H2NRegião constante da cadeia pesada

COOH

5� 3�



por uma estrutura rígida altamente conservada, com as alças hipervariáveis ligadas a uma das extremidades, alterações na extensão e na sequência de aminoácidos podem gerar uma grande diversidade de sítios de ligação ao antígeno. A estrutura tridimensional geral, neces-sária para o anticorpo agir, permanece constante.

As análises de raios X dos cristais dos fragmentos de anticorpos ligados a um determi-nante antigênico revelaram exatamente como as alças hipervariáveis dos domínios variáveis das cadeias leves e pesadas cooperam para formar a superfície do sítio de ligação do antíge-no em casos particulares. O tamanho e a forma de cada porção dos diferentes sítios variam dependendo da conformação da cadeia polipeptídica das alças hipervariáveis, que, por sua vez, são determinadas pela sequência de aminoácidos das cadeias laterais de cada alça. A forma dos sítios de ligação varia bastante – bolsas, fendas, superfícies onduladas mais planas e até protrusões – dependendo do anticorpo (Figura 25-35). Os ligantes menores tendem a ligar-se a bolsas profundas, enquanto os ligantes maiores tendem a ligar-se a superfícies mais planas. Além disso, o sítio de ligação pode alterar sua forma após a ligação do ligante para melhor acomodá-lo.

Após termos discutido a estrutura e a função dos anticorpos, estamos prontos para con-siderar questões cruciais que intrigaram os imunologistas durante vários anos – quais são os mecanismos genéticos que possibilitam que cada um de nós possa produzir vários bilhões de moléculas de anticorpos?

ResumoOs anticorpos defendem os vertebrados contra infecções por meio da inativação de vírus e de toxinas microbianas, pelo recrutamento do sistema do complemento e de vários tipos de leucócitos capazes de eliminar os patógenos invasores. Uma molécula típica de anticorpo tem a forma da letra “Y,” com dois sítios idênticos de ligação ao antígeno nas extremidades do “Y”, e sítios de ligação a compo-nentes do sistema do complemento e/ou vários receptores de superfície celular na cauda do “Y”.

Cada clone de célula B produz moléculas de anticorpos com um único tipo de sítio de ligação ao antígeno. Inicialmente, durante o desenvolvimento da célula B na medula óssea, as moléculas de anticorpo são inseridas na membrana plasmática, onde atuam como receptores de antígeno. Nos órgãos linfoides periféricos, os antígenos se ligam a esses receptores e, junto com os sinais co-estimuladores fornecidos por células T auxiliares, ativam as células B a proliferar e diferenciar-se em células de memória ou em células efetoras secretoras de anticorpos. As células efetoras secretam grandes quantidades de anticorpos com o mesmo tipo de sítio de ligação ao antígeno dos anticorpos ligados à membrana.

Uma molécula de anticorpo típica é composta por quatro cadeias polipeptídicas, duas cadeias pesadas idênticas e duas cadeias leves idênticas. Normalmente, porções das cadeias leves e das ca-deias pesadas combinam-se para formar os sítios de ligação ao antígeno. Existem cinco classes de anticorpos (IgA, IgD, IgE, IgG e IgM), cada uma com cadeias pesadas distintas (�, �, �, �� e �, res-pectivamente). As cadeias pesadas também formam a cauda (região Fc) do anticorpo, a qual deter-mina quais proteínas irão se ligar ao anticorpo e, portanto, definir as propriedades biológicas que esta classe de anticorpo possui. Da mesma forma, as cadeias leves ( ou ) podem ser associadas a cadeias pesadas de qualquer classe, mas o tipo de cadeia parece não influenciar nas propriedades do anticorpo, exceto pela própria especificidade ao antígeno.

Figura 25-34 O arranjo estrutural de uma molécula de anticorpo IgG defi-nido por estudos de cristalografia por raios X. A estrutura da proteína inteira está representada no centro, enquanto a estrutura do domínio constante está representada no lado esquerdo, e a do domínio variável, no lado direito da figura. Os dois domínios consistem em duas folhas � que são unidas por ligações dissulfeto (não-representadas). Repare que todas as regiões hipervariá-veis (vermelho) formam alças nas por-ções mais distais do domínio variável, onde se associam para formar o sítio de ligação ao antígeno (ver também Figura 3-41).

VH

VHVL

VL

CL

CLCH1

CH1

CH2

CH3

Alçahipervariável

Bolsa Fenda Superfície

VHVH VH VLVLVL

Figura 25-35 Diferentes superfícies de ligação a antígenos nos anticorpos. As alças hipervariáveis de diferentes do-mínios VL e VH podem combinar-se para formar uma grande variedade de su-perfícies de ligação. Os determinantes antigênicos e os sítios de ligação do an-tígeno em um anticorpo encontram-se representados em vermelho. Somente um sítio de ligação do antígeno está representado em cada anticorpo.



Cada cadeia leve e pesada é composta por uma série de domínios de Ig – estruturas � pre-gueadas contendo em torno de 110 aminoácidos. A cadeia leve possui um domínio variável (VL) e um constante (CL), enquanto a cadeia pesada possui um domínio variável (VH) e três ou quatro domínios constantes (CH). A variação da sequência de aminoácidos no domínio variável, tanto da cadeia leve como da cadeia pesada, é restrita principalmente a algumas pequenas regiões hiper-variáveis, que se projetam como alças em uma extremidade dos domínios, para formar o sítio de ligação ao antígeno.

A GERAÇÃO DA DIVERSIDADE DOS ANTICORPOSMesmo na ausência da estimulação antigênica, é provável que o homem possa, produzir mais do que 1012 moléculas diferentes de anticorpos – o seu repertório de anticorpo pri-mário. O repertório primário consiste em anticorpos IgM e IgD e é aparentemente grande o suficiente para garantir que existirá um sítio de ligação ao antígeno capaz de combinar-se com praticamente todos os possíveis determinantes antigênicos existentes, mesmo que com baixa afinidade. (Os sítios de ligação ao antígeno de muitos anticorpos podem reagir de for-ma cruzada com vários determinantes antigênicos distintos, mas relacionados, tornando esta defesa de anticorpos primários ainda mais formidável.)

Após a estimulação pelo antígeno (e as células T auxiliares), as células B podem mudar a produção de anticorpos IgM ou IgD para a produção de outras classes de anticorpos, um pro-cesso denominado troca de classe. Além disso, a afinidade desses anticorpos pelo seu antígeno aumenta progressivamente com o tempo, um processo denominado maturação da afinidade. Assim, a estimulação como antígeno produz um repertório de anticorpo secundário de diver-sidade ainda mais aumentada tanto da classe de Ig quanto dos sítios de ligação ao antígeno.

Os anticorpos são proteínas, e as proteínas são codificadas por genes. Portanto, a di-versidade de anticorpos é decorrente de um mecanismo genético especial: como pode um animal produzir um número superior de anticorpos em comparação ao número de genes disponíveis no genoma? (O genoma humano, por exemplo, contém cerca de 25.000 genes.) Esta questão não chega a ser tão formidável quanto parece. Lembre que tanto as regiões variáveis das cadeias leves quanto as das cadeias pesadas dos anticorpos, normalmente, for-mam o sítio de ligação ao antígeno. Assim, um animal com mil genes codificando cadeias leves e mil genes codificando cadeias pesadas pode, em princípio, combinar seus produtos de 1.000 x 1.000 maneiras diferentes e produzir 106 sítios diferentes de ligação ao antígeno (na realidade, porém, nem todas as cadeias leves podem combinar-se às cadeias pesadas para gerar um sítio de ligação ao antígeno). No entanto, mecanismos genéticos específicos evoluíram, permitindo que o sistema imune adaptativo produza um número praticamente ilimitado de diferentes cadeias leves e pesadas de forma extremamente econômica.

Nem todos os vertebrados usam o mesmo mecanismo genético de diversidade de anti-corpos, e há diferenças substanciais nos mecanismos de diferentes mamíferos. Discutiremos os mecanismos usados pelo homem e por camundongos, nos quais a diversidade de anticor-pos é produzida em duas etapas. Primeiro, antes do estímulo pelo antígeno, as células B em desenvolvimento unem segmentos gênicos que estão separados no DNA para formar genes que codificam o repertório primário de anticorpos IgM e IgD de baixa afinidade. Segundo, após o estímulo antigênico, a reunião dos genes que codificam os anticorpos pode sofrer duas mudanças posteriores: mutações que podem aumentar a afinidade do sítio de ligação ao an-tígeno e rearranjos no DNA que trocam a classe de anticorpo produzida. Juntamente, essas mudanças produzem o repertório secundário de anticorpos IgG, IgA e IgE de alta afinidade.

Iniciaremos esta seção com a discussão dos mecanismos utilizados pelas células B para produzir o repertório primário de anticorpos, e então discutiremos os mecanismos usados para produzir o repertório secundário de anticorpos.

Os genes que codificam os anticorpos são combinados a partir de segmentos de genes separados durante o desenvolvimento da célula BCamundongos e seres humanos produzem seu repertório primário de anticorpos reunindo segmentos gênicos separados durante o desenvolvimento das células B. Cada tipo de cadeia de anticorpo cadeias leves – e e cadeias pesadas – é codificado em lócus gênico separado em cromossomos distintos. Cada lócus contém um grande número de segmentos gênicos



que codificam a região V de uma cadeia de anticorpo e um ou mais segmentos gênicos que codificam a região C. Durante o desenvolvimento de uma célula B na medula óssea (ou fígado fetal), uma sequência codificadora completa para cada uma das duas cadeias de anticorpo que serão sintetizadas é reunida por recombinação gênica sítio-específica (discutido no Ca-pítulo 5). Além disso, para reunir os segmentos gênicos separados dos genes de anticorpos, esses rearranjos também ativam a transcrição de promotores gênicos por meio de mudanças nas posições relativas dos intensificadores e silenciadores que atuam em cada gene. Assim, uma cadeia de anticorpo completa pode ser sintetizada somente após o rearranjo do DNA.

Cada região V de cadeia leve é codificada por uma sequência de DNA que é reunida a partir de dois segmentos gênicos – um segmento gênico V longo e um pequeno segmen-to de ligação, ou segmento gênico J (não confunda com a cadeia J de proteína [ver Figu-ra 25-23], a qual é codificada em uma outra região do genoma). A Figura 25-36 ilustra a sequência de eventos envolvidos na produção do polipeptídeo de cadeia leve humano a partir de seus segmentos gênicos separados. Cada região V de cadeia pesada é construída de maneira similar por meio da combinação de segmentos gênicos, mas há um segmento de diversidade adicional, ou segmento gênico D, que também é necessário (Figura 25-37).

O grande número de segmentos gênicos V, J e D herdados disponíveis para codificar as cadeias de anticorpos contribui substancialmente para a diversidade de anticorpos, e a liga-ção combinatória desses genes (denominada diversidade combinatória) aumenta bastante esta contribuição. Qualquer um dos 40 segmentos gênicos V do lócus de cadeia leve hu-mano, por exemplo, pode ser unido a qualquer um dos 5 segmentos J (ver Figura 25-36), de modo que este lócus pode codificar pelo menos 200 (40 � 5) diferentes regiões V de cadeia . Igualmente, qualquer um dos 40 segmentos gênicos V do lócus de cadeia pesada pode se unir a qualquer um dos 25 segmentos gênicos D e a qualquer um dos 6 segmentos gênicos J para codificar pelo menos 6.000 (40 � 25 � 6) regiões V de cadeia pesada.

Figura 25-36 Os processos de associa-ção entre V-J envolvidos na construção da cadeia leve humana �. No DNA ger-minativo (no qual os genes dos anticor-pos não foram rearranjados e, portanto, não são expressos), o agrupamento dos cinco segmentos gênicos J encontram-se separados das sequências codifi-cadoras da região C por um pequeno íntron, e dos 40 segmentos gênicos V por milhares de pares de nucleotídeos. Durante o desenvolvimento de uma célula B, um segmento gênico V alea-toriamente escolhido (V3, neste caso) é posicionado precisamente próximo a um dos segmentos gênicos J (J3, neste caso). Os segmentos J “restantes” (J4 e J5) e a sequência do íntron são transcri-tos (junto com os segmentos gênicos V3 e J3 associados e a sequência que codifica a região C) e removidos durante o splicing do RNA, dando origem à mo-lécula de mRNA, na qual as sequências V3, J3 e C encontram-se contíguas. Estes mRNAs são traduzidos em cadeias leves κ. Um segmento gênico J codifica 15 ou mais aminoácidos da porção C-terminal da região V, e uma pequena sequência contendo o segmento de junção V-J codifica a terceira região hipervariável da cadeia leve, que é a porção mais va-riável de uma região V.

Cadeia leveV3 J3 C

NH2 COOH

TRADUÇÃO

V3 J3 CmRNA

5� 3�

SPLICINGDE RNA

Transcrito de RNA5� 3�

V3J3 J4

C

TRANSCRIÇÃO

V3J3 J4

CV2V1DNA da célula B

5� 3�

J5

J5

J3 J4 J5J1 J2

C

3�

V40V3V2V1

5�DNA germinativo

Regiões de DNA a serem associadas

DNA REARRANJADO DURANTE O DESENVOLVIMENTO DA CÉLULA B

3�5�

V1 V2 V40 D1 D2 D25 J1 J6 C� C� C� C� C�

DNA germinativo

Figura 25-37 O lócus da cadeia pe-sada humana. Existem 40 segmentos V, 25 segmentos D, seis segmentos J e um agrupamento ordenado de sequências que codificam a região C, onde cada agrupamento codifica uma classe diferente de cadeia pesada. Os segmentos D (e parte do segmento J) codificam os aminoácidos da terceira região hipervariável, que é a porção mais variável da região V de cadeia pesada. Os mecanismos genéticos envolvidos na produção de uma cadeia pesada são os mesmos mostrados na Figura 25-36 para as cadeias leves, com exceção das duas etapas de rearranjo do DNA. Inicialmente, um segmento D associa-se a um segmento J, e então um segmento V associa-se ao segmento DJ rearranjado. A figura não está represen-tada em escala e omite alguns detalhes como, por exemplo, o tamanho total do lócus de cadeia pesada é maior que dois megabases.



A diversidade combinatória resultante da reunião de diferentes combinações de seg-mentos gênicos V, J e D é um importante mecanismo para a diversidade dos sítios de ligação ao antígeno dos anticorpos. Somente por esse mecanismo, denominado recombinação V(D)J, o homem pode produzir 320 diferentes regiões VL (200 e 120 ) e 6.000 diferentes regiões VH. Em princípio, estas podem então ser combinadas para produzir cerca de 1,9 x 106 (320 x 6.000) sítios de ligação ao antígeno diferentes. Além disso, como veremos a seguir, o meca-nismo de ligação aumenta bastante o número de possibilidades (provavelmente mais de 108 vezes), tornando o repertório primário de anticorpos muito maior do que o número total de células B (cerca de 1012) no homem.

As junções imprecisas dos segmentos gênicos aumentam a diversidade das regiões VNo processo de recombinação V(D)J, a recombinação sítio-específica une segmentos gênicos que se encontram separados para formar sequências codificantes funcionais para as regiões VL ou VH. As sequências-sinal de recombinação conservadas flanqueiam cada segmento gênico e servem como sítios de reconhecimento para o processo de junção, garantindo que somente os segmentos gênicos apropriados se recombinem. Assim, por exemplo, um segmento V de cadeia leve irá sempre associar-se a um segmento J, mas não a outro segmento V. As junções são mediadas por um complexo enzimático denominado recombinase V(D)J. Este complexo contém duas proteínas que são específicas dos linfócitos em desenvolvimento, assim como enzimas que auxiliam no reparo de danos ao DNA, presentes em todas as nossas células.

Dois genes associados denominados Rag1 e Rag2 (genes de ativação da recombinação, de recombination activating genes) codificam proteínas específicas de linfócitos da recom-binase V(D)J, RAG1 e RAG2. Para mediar a união V(D)J, as duas proteínas associam-se para formar um complexo (denominado RAG), que atua como uma endonuclease, introduzindo quebras na fita dupla de DNA precisamente entre os segmentos gênicos a serem unidos e suas sequências-sinal de recombinação. A RAG então inicia o processo de reunião recrutan-do as enzimas envolvidas no reparo da fita dupla de DNA em todas as células (Figura 25-38). Camundongos ou humanos deficientes em um dos dois genes Rag ou na união de extremi-dades não-homólogas são altamente suscetíveis a infecções porque são incapazes de realizar a recombinação V(D)J e, consequentemente, não possuem células B e células T funcionais,

7 23 9

Sequênciade sinal V1

9 12 7

Sequência de sinal J1

V1 J1

V1V1 J1

J1

LIGAÇÃO DE PROTEÍNAS RAG

Enzimas de ligação de extremidades não-homólogas

+

Círculo descortadode DNA contendosequências sinal

Proteína RAG

V1 J1

PAREAMENTO DE PROTEÍNAS RAG

CORTEDO DNA

LIGAÇÃO DE ENZIMAS RE-PARADORAS

V1 J1

JUNÇÃO V-J

Figura 25-38 O papel das sequên-cias-sinal de recombinação na ligação dos segmentos gênicos mediada por RAG. No caso apresentado, V1 é ligado a J1 em um lócus de cadeia leve. Dois tipos de sequência-sinal de DNA es-tão envolvidos na recombinação V(D)J, a qual ocorre somente entre tipos diferentes: ambos possuem a mesma sequência de 7 pares de bases (pb) em uma extremidade e a mesma sequên-cia de 9 pb na outra extremidade. No entanto, em um tipo, as extremidades estão separadas por um espaçador de 12 pb e, em outro, por um espaçador de 23 pb, e as duas proteínas RAG se ligam a cada um deles, fazendo a justa-posição entre as duas sequências-sinal diferentes. Então, o complexo RAG corta as duas sequências-sinal nos seus últimos 7 pb, e a enzima de reparo do DNA liga os segmentos V1 e J1. As sequências-sinal são então unidas e descartadas como um pequeno círculo de DNA que contém todo o DNA ori-ginalmente localizado entre V1 e J1. O mesmo processo de sequência-sinal é usado para unir os segmentos gênicos V, D e J do lócus de cadeia pesada. O arranjo das sequências-sinal e a “regra 12/23” descrita assegura que somente os segmentos gênicos adequados se recombinem.



uma condição denominada imunodeficiência combinada severa (SCID, severe combined im-munodeficiency). (Como discutiremos mais adiante, as células T usam a mesma recombinase V(D)J para unir os segmentos gênicos que codificam seus receptores antígeno-específicos.)

Durante a junção dos segmentos gênicos dos anticorpos (e dos receptores de células T), assim como na união das extremidades não-homólogas (ver Figura 5-51A), um número variável de nucleotídeos frequentemente é perdido das extremidades dos segmentos gêni-cos de recombinação, e um ou mais nucleotídeos escolhidos aleatoriamente também po-dem ser inseridos. Esta perda e aquisição aleatória de nucleotídeos nas regiões de união é denominada diversidade juncional, e aumenta bastante a diversidade das sequências co-dificantes para as regiões V criadas por meio da recombinação V(D)J, especificamente na terceira região hipervariável. No entanto, esse aumento de diversidade tem seu preço. Em muitos casos, isso resultará em um deslocamento do quadro de leitura, o que gerará um gene não-funcional. Dessa maneira, cerca de dois em cada três rearranjos são “improdu-tivos”, e vários linfócitos B em desenvolvimento nunca produzem moléculas de anticorpos funcionais e, portanto, morrem na medula óssea.

As células B que produzem moléculas de anticorpos funcionais e que interagem forte-mente com os antígenos próprios na medula óssea podem ser perigosas. Tais células B man-têm a expressão das proteínas RAG e podem realizar uma segunda etapa de recombinação V(D)J no lócus de cadeia leve (normalmente o lócus ), alterando a especificidade de seu anticorpo de superfície celular – um processo referido como editoração do receptor. Como um meio adicional de proteção, a deleção clonal elimina as células B autorreativas que fa-lham na alteração de sua especificidade (ver Figura 25-13).

O controle da recombinação V(D)J assegura que as células B sejam monoespecíficasAs células B são monoespecíficas. Ou seja, todos os anticorpos produzidos por uma célu-la B apresentam sítios de ligação a antígenos idênticos. Esta característica permite que os anticorpos interliguem os antígenos, formando grandes agregados e promovendo, assim, a eliminação dos antígenos (ver Figura 25-19). Isso também significa que uma célula B ativada secreta anticorpos com a mesma especificidade de seu receptor de anticorpo ligado à mem-brana, garantindo a especificidade da resposta de anticorpos (ver Figura 25-17).

Para atingir a monoespecificidade, cada célula B deve produzir somente um tipo de re-gião VL e um tipo de região VH. As células B, assim como a maioria das outras células somáti-cas, são diploides, cada célula apresentando seis loci que codificam as cadeias de anticorpos: dois loci de cadeia pesada (um de cada um dos pais) e quatro loci de cadeia leve (um do tipo e outro do tipo de cada um dos pais). Se os rearranjos de DNA ocorrerem independente-mente em cada lócus de cadeia pesada e em cada lócus de cadeia leve, uma única célula pode produzir até oito anticorpos diferentes, cada um com diferentes sítios de ligação a antígenos.

No entanto, cada célula B utiliza somente dois dos seis loci de anticorpos: um dos dois loci de cadeia pesada e um dos quatro loci de cadeia leve. Assim, cada célula B precisa es-colher não somente entre os seus loci de cadeia leve ou , mas também entre os loci de cadeias leves e pesadas maternos e paternos. Esta segunda escolha é denominada exclusão alélica. Esse processo também ocorre na expressão de alguns genes que codificam os recep-tores de células T e genes que codificam os receptores olfatórios nasais (discutido no Capítu-lo 15). Entretanto, em sua maioria as proteínas codificadas por genes autossômicos, tanto os genes maternos como os paternos, são igualmente expressas em uma célula.

A exclusão alélica e a escolha entre as cadeias leves ou durante o desenvolvimento de uma célula B dependem da regulação de retroalimentação negativa do processo de re-combinação V(D)J. Um rearranjo funcional em um lócus de anticorpo suprime rearranjos em todos os outros loci remanescentes que codificam para o mesmo tipo de cadeia de anti-corpo (Figura 25-39). Nos clones de células B isolados de um camundongo transgênico que expressa um gene de cadeia μ rearranjado, por exemplo, o rearranjo de todos os genes das cadeias pesadas endógenos geralmente é suprimido. Resultados comparáveis foram obtidos para as cadeias leves. A supressão não ocorre se o produto do gene rearranjado não gerar um receptor que se insira na membrana plasmática. Dessa forma, tem sido proposto que tanto o processo de reunião do receptor por si só como os sinais extracelulares que atuam nos re-ceptores estão envolvidos na continuidade da supressão dos rearranjos gênicos.

Apesar de não haver diferenças biológicas detectáveis entre as regiões constantes das cadeias leves ou , há uma vantagem na existência dos dois loci de segmentos gênicos se-parados codificando para as regiões variáveis das cadeias leves. A presença de dois loci sepa-



rados aumenta a chance de que a célula pré-B faça o rearranjo das sequências codificantes das regiões VH com sucesso, e que venha também a ter sucesso no rearranjo das sequências codificantes das regiões VL, tornando-se, assim, uma célula B. Esta chance é posteriormente aumentada, porque antes que uma célula pré-B produza cadeias leves padrão, ela produz cadeias leves substitutas (ver Figura 25-22), que se combinam com cadeias pesadas do tipo μ. Os receptores resultantes são expressos na superfície celular e possibilitam que a célula prolifere, produzindo grande número de células-filhas, sendo provável que algumas delas possuam competência para produzir as legítimas cadeias leves.

A produção de uma célula B funcional é um processo altamente complexo e seletivo. No final, todas as células B que falham na produção de moléculas de anticorpos intactas morrem por apoptose.

Passaremos agora, após discutir os mecanismos responsáveis pela produção do reper-tório primário de anticorpos antes da estimulação antigênica, para aqueles mecanismos res-ponsáveis pelo repertório secundário de anticorpos após o estímulo antigênico. Iniciaremos pelo notável mecanismo darwiniano responsável pelo aumento da afinidade dos sítios de ligação ao antígeno dos anticorpos por seus antígenos específicos.

As hipermutações somáticas dirigidas por antígenos determinam respostas precisas de anticorposConforme mencionado anteriormente, com o passar do tempo após uma imunização, de modo geral, ocorre um aumento progressivo da afinidade dos anticorpos produzidos contra o antígeno utilizado na imunização. Este fenômeno, conhecido como maturação da afini-dade, é devido ao acúmulo de mutações pontuais específicas nas sequências que codificam as regiões V tanto das cadeias pesadas como das cadeias leves. As mutações ocorrem muito depois de as regiões codificantes terem sido reunidas. Após o estímulo das células B pelo antígeno e pelas células T auxiliares nos órgãos linfoides periféricos, algumas células B pro-liferam rapidamente nos folículos linfoides (ver Figura 25-16), formando estruturas deno-minadas centros germinativos. Ali as células B mutam a uma taxa de cerca de uma mutação por sequência codificadora de região V por geração de células. Devido ao fato de essa taxa ser cerca de um milhão de vezes mais elevada do que a de mutações espontâneas em outros genes e ocorrer em células somáticas e não em células germinativas (discutido no Capítulo 21), o processo é denominado hipermutação somática.

Poucos anticorpos alterados produzidos por hipermutação terão um aumento da afi-nidade pelo antígeno. Os receptores de antígeno da superfície das células B são produzidos pelos mesmos genes de anticorpos e, portanto, o antígeno irá estimular preferencialmente aquelas células B que produzem tais anticorpos com afinidade aumentada pelo antígeno. Clones dessas células B alteradas irão sobreviver e proliferar, especialmente quando a quan-

Figura 25-39 Seleção dos loci de anticorpo durante o desenvolvimento das células B. Para produzir anticorpos com um único tipo de sítio de ligação ao antígeno, uma célula B em desenvolvimento deve utilizar somente um único lócus de cadeia L e um único lócus de cadeia H. Apesar de, aparentemente, a escolha entre o conjunto materno ou paterno ser randômica, a reunião das sequências que codificam a região V em uma célula B em desenvolvimento ocorre em uma sequência ordenada, um segmento de cada vez, em geral iniciando com o lócus da cadeia H. Neste lócus, os segmentos D primeiramente associam-se a um segmento JH em ambos os cromossomos paternos. A seguir, ocorre a associação do VH ao DJH em um destes cromossomos (não-representado). Se este rearranjo produzir um gene funcional, a produção resultante de cadeias μ completas (sempre a primeira cadeia H a ser produzida) leva a sua ex-pressão na superfície celular em associação às cadeias leves substitutas (ver Figura 25-22). A célula, nesta etapa, suspende todo o processo de rearranjo de todos os outros segmentos que codificam para a região VH e inicia o rearranjo de VL. O rearranjo de VL em geral ocorre primeiro no lócus e, somente se este pro-cessamento falhar, ocorrerá o processamento em outro lócus ou no lócus . Se, em qualquer momento, a junção em fase de VL com JL levar à produção de cadeias leves, estas se combinam com as cadeias μ pré-formadas e dão origem às moléculas de anticorpos IgM, que serão inseridas na membrana plasmática. Acredita-se que o receptor de superfície celular do tipo IgM possa habilitar as células B recém-formadas a receber sinais extracelulares que irão suspender todas as recombinações V(D)J subsequentes, suspenden-do a expressão dos genes Rag1 e Rag2.

Se uma célula B em desenvolvimento produzir um receptor de alta afinidade para um antígeno pró-prio, a expressão do gene Rag é mantida e a célula sofre nova recombinação V(D)J no lócus de cadeia L (processo denominado editoração do receptor; ver Figura 25-13), dessa forma, promovendo a troca da especificidade de seu receptor (não-representado). Se uma célula não produzir um rearranjo funcional de uma região codificadora para a região VH e a região VL, ela é incapaz de produzir moléculas de anticorpo e morre por apoptose (não-representado).

Materna Paterna

H

H

Materna Paterna

H

H

Materna Paterna

H

H

CÉLULA LINFOIDE COMUM PROGENITORA

CÉLULA PRÉ-B

Conjunto de segmentos gênicos de cadeia pesada escolhido

CÉLULA B

Conjunto de segmentos gênicos de cadeia leve escolhido

Cadeia levereserva

Cadeia � materna

Cadeia leve paterna dotipo

Mol

écul

a de

IgM

Os genes rag são desativados



tidade de antígeno decrescer a níveis baixíssimos durante a resposta. A maioria das células B dos centros germinativos morrerá por apoptose. Assim, depois de repetidos ciclos de hi-permutação somática e após a proliferação ativada pelo antígeno de clones selecionados de células B efetoras e de memória, anticorpos de altíssima afinidade tornam-se abundantes durante a resposta imune, melhorando progressivamente a proteção contra o patógeno. (Em alguns mamíferos, incluindo ovinos e gado, ocorre um processo semelhante de hipermuta-ção somática que desempenha um papel fundamental na diversificação do repertório pri-mário de anticorpos antes que a célula B encontre o seu antígeno.)

A principal vitória para a compreensão do mecanismo molecular de hipermutação so-mática ocorreu quando uma enzima que é necessária para esse processo foi identificada. Ela é denominada desaminase induzida pela ativação (AID, activation-induced deaminase), sendo expressa especialmente em células B ativadas, e desamina a citosina (c) para uracila (U) no DNA que codifica a região V transcrita. A desaminação produz um erro de parea-mento U:G na fita dupla de DNA, e o reparo desse erro produz vários tipos de mutações, dependendo do mecanismo de reparo utilizado (Figura 25-40). A hipermutação somática afeta somente as sequências codificadoras da região V ativamente transcrita, provavelmen-te porque a enzima AID é carregada especificamente em transcritos de RNA (discutido no Capítulo 7). A AID também é necessária quando as células B ativadas trocam a produção de IgM pela produção de outras classes de anticorpos, como veremos a seguir.

As células B podem trocar a classe dos anticorpos que produzemComo discutido anteriormente, todas as células B iniciam a síntese de anticorpos produzin-do moléculas de IgM e inserindo-as em suas membranas plasmáticas, onde atuarão como receptores para antígenos. Depois que as células B deixam a medula óssea, mas antes que interajam com o antígeno, elas começam a produzir moléculas de IgM e de IgD como re-ceptores de antígenos associados à membrana, ambos com o mesmo sítio de ligação ao an-tígeno (ver Figura 25-22). A estimulação pelo antígeno e pela célula T auxiliar ativa muitas dessas células a tornarem-se células efetoras secretoras de anticorpos IgM, que predomi-nam na resposta primária de anticorpos. Mais tarde, na resposta imune, quando a célula B ativada sofre hipermutação somática, a combinação do antígeno com citocinas secretadas pelas células T auxiliares induz várias células B a trocarem a produção de IgM e IgD de liga-ção à membrana pela produção de anticorpos IgG, IgA ou IgE, processo denominado troca de classe. Algumas destas células tornam-se células de memória, que expressam a classe correspondente de moléculas de anticorpo em sua superfície, enquanto outras se tornam células efetoras secretoras de anticorpos. As moléculas de IgG, IgA e IgE são coletivamente denominadas classes secundárias de anticorpos, porque são produzidas somente após a esti-mulação antigênica e porque são as moléculas predominantes em uma resposta secundária de anticorpos. Conforme visto anteriormente, cada classe de anticorpos é especializada em atacar patógenos de diferentes formas e em diferentes locais.

A região constante da cadeia pesada de um anticorpo determina a classe do anticor-po. Assim, a habilidade das células B em trocar a classe dos anticorpos que produzem, sem trocar o sítio de ligação ao antígeno, implica que a mesma sequência codificante da região

Figura 25-40 Algumas das maneiras nas quais a AID pode causar mutações durante a hipermutação somática. A AID desamina algumas citosinas em uracila no DNA que codifica a região V transcrita, causando o pareamento incorreto U:G, o qual leva a mutações de várias formas. Algumas mutações ocorrem quando o DNA contendo o pa-reamento incorreto U:G não-processado é replicado (ver Figura 5-49A). Outras ocorrem quando a uracila é removida pela DNA-uracila glicosilase antes da replicação do DNA, gerando aposição em uma fita do DNA com ausência de uma base para a cópia pela DNA-polimerase. Ainda outras (não apresen-tadas), ocorrem quando a área ao redor do pareamento incorreto U:G é excisada pelo sistema de reparo de pareamento incorreto (discutido no Capítulo 5), produzindo um espaço que pode ser reparado por DNA-polimerases sujeitas a erro, gerando mutações nos pares A:T e C:G.

G

C

C

G

G

G

U

A

T

A

T

C

G

A

T

C

G

+

ou

+

REPLICAÇÃODO DNA

REPLICAÇÃO DO DNA

DNA-URACILAGLICOSILASE

DESAMINAÇÃO DE C PELA AID

DNA da região V

ou



VH rearranjada (que especifica a porção da cadeia pesada que se liga ao antígeno) possa, a seguir, associar-se a diferentes sequências codificantes de regiões CH. Este fato apresenta implicações funcionais importantes. Isso significa que, em um dado animal, um determi-nado sítio de ligação ao antígeno que foi selecionado pelos antígenos do ambiente pode ser expresso sob a forma de distintas classes de anticorpos, adquirindo, assim, diferentes pro-priedades biológicas, típicas de cada classe.

Quando uma célula B realiza a troca de classe e deixa de produzir IgM e IgD e passa a produzir uma das classes secundárias de anticorpos, ocorre uma alteração irreversível ao nível de DNA – um processo denominado recombinação para troca de classe. Este pro-cesso leva à deleção do DNA que contém todas as sequências codificantes de CH existentes entre a sequência codificante de VDJ rearranjada e uma determinada sequência codificante de CH que a célula está destinada a expressar. A recombinação para troca de classe difere da recombinação V(D)J de várias maneiras. (1) Ocorre após o estímulo antigênico, princi-palmente nos centros germinativos e depende de células T auxiliares. (2) Utiliza diferentes sequências-sinal de recombinação, denominadas sequências de troca, as quais são compos-tas de pequenos motivos repetidos em sequência por várias quilobases. (3) Envolve o corte e a ligação de sequências de troca, as quais são sequências não-codificadoras, de modo que a sequência codificadora não seja afetada (Figura 25-41). (4) E, mais importante, o mecanis-mo molecular é diferente. Ele depende da AID, a qual também está envolvida na hipermuta-ção somática, ao invés da RAG, a qual é responsável pela recombinação V(D)J.

As citocinas que ativam a troca de classe induzem a produção de fatores de transcrição que ativam a transcrição das sequências de troca relevantes, permitindo que a AID se ligue a essas sequências. Uma vez ligada, a AID inicia a troca por recombinação pela desamina-ção de algumas citosinas para uracila nas vizinhanças da sequência de troca. Acredita-se que a excisão dessas uracilas pela DNA-uracila glicosilase (ver Figura 25-40) leve, de alguma forma, a quebras na fita dupla nas regiões de troca, as quais são então unidas para formar extremidades de ligação não-homólogas (discutido no Capítulo 5).

Assim, enquanto o repertório primário de anticorpos no homem e em camundongos é produzido pela ligação V(D)J mediada pela RAG, o repertório secundário de anticorpos é produzido por hipermutação somática e recombinação para troca de classe, ambas me-diadas pela enzima AID. A Figura 25-42 resume os principais mecanismos envolvidos na diversificação dos anticorpos discutidos neste capítulo.

ResumoOs anticorpos são produzidos por três loci gênicos em cromossomos separados, cada um produ-zindo uma cadeia polipeptídica diferente. Um codifica as cadeias leves do tipo �, outro codifica as cadeias leves do tipo � e um outro codifica as cadeias pesadas. Cada lócus de anticorpos contém segmentos gênicos separados que codificam para diferentes porções das regiões variáveis de uma

Figura 25-41 Exemplo de um rearran-jo de DNA que ocorre na recombina-ção de troca de classe. Uma célula B produzindo um anticorpo IgM a partir de uma sequência de DNA VDJ rearran-jada é estimulada a trocar a classe e pro-duzir um anticorpo IgA. Neste processo, ela deleta o DNA existente entre a sequência VDJ e a sequência codificante C�. As sequências específicas de DNA (sequências de troca) localizadas após cada sequência codificante CH recombi-nam-se uma com a outra com a deleção da sequência de DNA interveniente. O processo de recombinação para a troca de classes, como discutido no texto, depende da AID e da DNA-uracila glicosilase (UDG), as mesmas enzimas envolvidas na hipermutação somática (ver Figura 25-40). C� C�

C�

C�

C�VDJ

C�VDJ

DNA

DNA

C�C�

C�

C�

5� 3�

5� 3�

C� C� C� C� C�VDJ

DNA

5� 3�

DELEÇÃO DE DNA POR CORTE E JUNÇÃO DO DNANAS SEQUÊNCIAS DE TROCA

C�VDJ

IgM

IgA

C�VDJ

TRANSCRIÇÃO,SPLICING DE

RNA E TRADUÇÃO

Sequência switch

AID + UDG

Associaçãocombinatória de

segmentos gênicos

Diversificação juncionaldurante a associação

de segmentos gênicos

Junçãocombinatória

das cadeias L e H

HIPERMUTAÇÃO SOMÁTICA + RECOMBINAÇÃO DE

TROCA DE CLASSE

Figura 25-42 Os principais mecanis-mos envolvidos na diversidade de anticorpos no homem e em camun-dongos. Aqueles marcados em verde ocorrem durante o desenvolvimento das células B na medula óssea (ou no fígado fetal), enquanto que os mecanis-mos marcados em vermelho ocorrem quando a célula B é estimulada por um antígeno estranho e pelas células T au-xiliares, localizadas nos órgãos linfoides periféricos, tanto no final da resposta primária quanto na resposta secundária.



determinada cadeia de anticorpo. Cada lócus de cadeia leve contém uma ou mais sequências que codificam a região constante (C) e uma série de segmentos gênicos variáveis (V) e de junção (J). O lócus de cadeia pesada contém sequências que codificam a região C e vários segmentos gênicos V, de diversidade (D) e J.

Durante o desenvolvimento das células B na medula óssea (ou no fígado fetal), antes da esti-mulação pelo antígeno, segmentos gênicos separados são unidos por uma recombinação sítio-es-pecífica que depende do complexo RAG. Um segmento gênico VL recombina-se com um segmento gênico JL, para produzir uma sequência de DNA codificante para a região V de uma cadeia leve, e um segmento gênico VH recombina-se com um segmento gênico D e um segmento gênico JH para produzir uma sequência de DNA codificante para a região V de uma cadeia pesada. Cada sequên-cia codificante de região V rearranjada é então transcrita simultaneamente com a sequência da região C apropriada para produzir uma molécula de RNA que codificará a cadeia polipeptídica completa. As células que produzem cadeias pesadas e leves funcionais que formam o sítio de ligação ao antígeno encerram o processo de associação V(D)J a fim de garantir que cada célula B produza somente um tipo de sítio de ligação ao antígeno.

Os humanos podem produzir centenas de cadeias leves diferentes e milhares de cadeias pesa-das diferentes por meio da combinação randômica de segmentos gênicos herdados, que codificam para as regiões VL e VH durante o desenvolvimento da célula B. Uma vez que o sítio de ligação ao antígeno é resultante da associação das alças hipervariáveis de VL e VH na forma estrutural final do anticorpo, as cadeias pesadas e leves podem parear e gerar anticorpos com milhões de sítios diferentes de ligação ao antígeno. Este número é bastante aumentado pela perda e aquisição de nucleotídeos na região de junção de segmentos gênicos. Esses anticorpos produzidos pela recombi-nação V(D)J dependente de RAG antes do estímulo pelo antígeno são anticorpos do tipo IgM e IgD de baixa afinidade, e constituem o repertório primário de anticorpos.

Posteriormente, os anticorpos são diversificados após o estímulo antigênico nos órgãos linfoi-des periféricos por um processo de hipermutação somática dependente de células T e AID e pela recombinação para troca de classe, que produz anticorpos IgG, IgA e IgE de alta afinidade que cons-tituem o repertório secundário de anticorpos. A troca de classe permite que o mesmo sítio de ligação do antígeno seja incorporado em anticorpos com diferentes propriedades biológicas.

CÉLULAS T E PROTEÍNAS DO MHCAssim como as respostas de anticorpo, as respostas imunes mediadas pelas células T são ex-cepcionalmente antígeno-específicas e são tão importantes quanto os anticorpos na defesa dos vertebrados contra as infecções. De fato, a maioria das respostas imunes adaptativas, in-cluindo as respostas mediadas por anticorpos, necessita das células T auxiliares para sua ati-vação. Podemos destacar que, ao contrário das células B, as células T podem eliminar pató-genos que, por se encontrarem dentro de células do hospedeiro, estariam invisíveis. A maior parte do restante deste capítulo trata sobre como as células T desempenham esta façanha.

As respostas mediadas pelas células T diferem das respostas mediadas pelas células B em pelo menos duas maneiras essenciais. Primeiro, as células T são ativadas por antíge-nos estranhos a proliferarem e diferenciarem-se em células efetoras somente quando os antígenos encontram-se na superfície de células apresentadoras de antígeno, normalmen-te células dendríticas, nos órgãos linfoides periféricos. As células T necessitam das células apresentadoras de antígeno para ativação porque a forma do antígeno que elas reconhecem é diferente daquela reconhecida pelas células B. Enquanto as células B reconhecem antíge-nos intactos, as células T reconhecem fragmentos de antígenos proteicos que tenham sido parcialmente degradados dentro de uma célula apresentadora de antígeno. Os fragmentos do peptídeo são então transportados para a superfície da célula apresentadora de antígeno associados a moléculas especiais denominadas proteínas do MHC (discutido no Capítulo 24), que apresentam os fragmentos para as células T.

A segunda diferença é que, quando ativada, a célula T efetora atua apenas localmente, tanto dentro dos órgãos linfoides secundários, quanto após terem migrado para o local de infecção. As células B, ao contrário, secretam anticorpos que podem agir em regiões dis-tantes. As células T efetoras interagem diretamente com outras células do hospedeiro, as quais serão mortas (no caso de células infectadas) ou marcadas de alguma maneira (no caso de uma célula B ou um macrófago). Iremos nos referir a tais células hospedeiras como células-alvo. Entretanto, pelo fato de estas células apresentarem o antígeno ligado a uma proteína do MHC em sua superfície para uma célula T que a reconheça, elas também são células apresentadoras de antígeno.



Existem três principais populações de células T – as células T citotóxicas, as células T auxiliares e as células T reguladoras (supressoras). As células T citotóxicas efetoras matam diretamente as células que estão infectadas por vírus ou por algum outro patógeno intrace-lular. As células T auxiliares efetoras estimulam a resposta de outras células, principalmente macrófagos, células dendríticas, células B e células T citotóxicas. As células T reguladoras impedem a atividade de outras células, principalmente de células T efetoras autorreativas.

Nesta seção, iremos descrever essas três populações de células T e suas respectivas fun-ções. Discutiremos como elas reconhecem os antígenos estranhos na superfície das células apresentadoras de antígeno e nas células-alvo, considerando o papel crucial desempenhado pelas proteínas do MHC no processo de reconhecimento. Finalmente, descreveremos como as células T são selecionadas durante o seu desenvolvimento no timo a fim de garantir que somente células com receptores potencialmente funcionais sobrevivam e maturem. Inicia-remos considerando a natureza dos receptores de superfície das células T utilizados para reconhecer o antígeno.

Os receptores de células T são heterodímeros semelhantes a anticorposUma vez que as respostas das células T dependem do contato direto com a célula apresen-tadora de antígeno ou com a célula-alvo, os receptores de células T (TCRs, T cell receptors), ao contrário dos anticorpos produzidos pelas células B, existem somente na forma associada à membrana e não são secretados. Por essa razão, os TCRs são difíceis de ser isolados, e isso só foi realizado na década de 1980, quando os pesquisadores identificaram sua estrutura molecular. Os TCRs assemelham-se a anticorpos. São compostos por duas cadeias polipeptí-dicas ligadas por ligações dissulfeto, e cada uma possui dois domínios semelhantes a Igs, um variável e um constante (Figura 25-43A). Além disso, a estrutura tridimensional da porção extracelular do TCR foi determinada por difração de raios X e assemelha-se muito a um bra-ço da forma de “Y” da molécula de anticorpo (Figura 25-43B).

Na maioria das células T, os TCRs possuem uma cadeia � e uma cadeia �. Os loci gênicos que codificam as cadeias � e � encontram-se localizados em cromossomos diferentes. Assim como o lócus das cadeias pesadas de anticorpos, o lócus do TCR contém segmentos gênicos V, D e J separados (ou apenas os segmentos gênicos V e J, no caso do lócus da cadeia �) que são unidos por recombinações sítio-específicas durante o desenvolvimento da célula T no timo. Com uma exceção, as células T usam os mesmos mecanismos para gerar a diversidade dos TCRs que as células B usam para gerar a diversidade de anticorpos. De fato, as mesmas recombinases para a associação V(D)J são utilizadas, inclusive as proteínas RAG discutidas anteriormente. O mecanismo que não está envolvido com a geração da diversidade das cé-

Figura 25-43 Um receptor de célula T (TCR) heterodímero. (A) Desenho esquemático demonstrando que o receptor é composto por cadeias po-lipeptídicas � e �. Cada cadeia tem aproximadamente 280 aminoácidos de comprimento e apresenta uma grande porção extracelular com dobras seme-lhantes a dois domínios típicos das Igs – um variável (V) e outro constante (C). O sítio de ligação ao antígeno é forma-do por domínios V� e V� (marcados em azul). Ao contrário dos anticorpos, que possuem dois sítios de ligação a antíge-nos, os TCRs possuem somente um. O heterodímero �� é associado não-co-valentemente a um grande número de proteínas invariantes associadas à membrana (não-representadas), que auxiliam na ativação da célula T, quando os TCRs se ligam aos antígenos. Uma célula T típica possui em torno de 30 mil destes complexos em sua superfície. (B) Estrutura tridimensional da porção ex-tracelular do TCR. O sítio de ligação ao antígeno é formado por alças hipervari-áveis tanto nos domínios V� como nos domínios V� (vermelho), e sua dimensão e geometria, de modo geral, são simila-res às do sítio de ligação de uma molé-cula de anticorpo. (B, com base em K. C. Garcia et al., Science 274:209-219, 1996. Com permissão de AAAS.) (B)

S

S

S S

S

SS

S

C�

C�

V� V�

S

S

S

S

S

S

S

S

SS

Cadeia � Cadeia �H2N NH2

V� V�

C� C�

MEIOEXTRACELULAR

Membranaplasmática

CITOSOL COOHCOOH

Sítio de ligação

(A)



lulas T é a hipermutação somática dependente do antígeno. Portanto, a afinidade dos re-ceptores mantém-se baixa (Ka ~105–107 litros/mols), embora células T com afinidades mais altas sejam preferencialmente selecionadas pelo antígeno para persistirem como células de memória. As células T podem compensar parcialmente esta baixa afinidade aumentando a avidez, que ocorre quando múltiplos TCRs se ligam simultaneamente a múltiplos ligantes ligados à membrana (o complexo peptídeo:MHC descrito mais adiante). Além disso, vários correceptores e proteínas de adesão célula-célula aumentam fortemente a ligação da célula T à célula apresentadora de antígeno ou à célula-alvo.

Um pequeno número de células T, em vez de produzir cadeias � e �, produz um recep-tor heterodímero diferente, porém semelhante, composto por cadeias � e �. Embora estas células correspondam de 5 a 10% das células T sanguíneas, são encontradas principalmente no epitélio (na pele e no intestino, p. ex.). Suas funções não são bem-conhecidas, e não ire-mos nos ater a elas.

Assim como os receptores de antígenos das células B, os TCRs estão firmemente asso-ciados à membrana plasmática, com várias proteínas invariáveis ligadas à membrana que estão envolvidas com a transmissão de sinais do receptor ativado pelo antígeno para o in-terior da célula (ver Figura 25-66). Trataremos dessas proteínas de forma mais detalhada a seguir. Primeiramente, no entanto, precisamos considerar a forma especial como as células T reconhecem antígenos estranhos na superfície das células apresentadoras de antígeno.

A apresentação de antígenos pelas células dendríticas pode ativar ou tornar as células T tolerantesAs células T auxiliares ou citotóxicas devem ser ativadas para proliferarem e diferenciarem-se em células efetoras antes que possam matar as células-alvo. Esta ativação ocorre nos ór-gãos linfoides periféricos na superfície das células dendríticas (Figura 25-44) que apresen-tam o antígeno estranho complexado com proteínas do MHC na sua superfície, juntamente com proteínas coestimuladoras. Por outro lado, as células T de memória podem ser ativadas por outros tipos de células apresentadoras de antígeno, incluindo os macrófagos e as células B, bem como as células dendríticas.

Vários tipos de células dendríticas interagem com as células T, mas todos possuem um única função conhecida, que é a apresentação de antígenos que ativam ou inibem as células T. As células dendríticas estão localizadas nos tecidos de todo o organismo, incluindo os órgãos linfoides centrais e periféricos. Se elas encontram um micro-organismo invasor, elas endocitam o patógeno ou seus produtos. Se o encontro ocorre fora dos órgãos linfoides, as células dendríticas levam o antígeno estranho pela linfa para os linfonodos locais ou para os órgãos linfoides associados ao intestino. O encontro com o patógeno ativa os recepto-res de reconhecimento de padrões das células dendríticas e faz com que a célula dendrítica torne-se madura, deixando de ser uma célula com capacidade de capturar antígenos e pas-sando a ser uma célula apresentadora de antígeno com capacidade de ativar células T (ver Figura 25-5). As células dendríticas devem ser ativadas para ativarem as células T virgens, podendo também ser ativadas por um dano ao tecido ou por células T auxiliares efetoras. Acredita-se que o dano aos tecidos ative as células dendríticas pela liberação de proteínas de choque térmico e de cristais de ácido úrico quando as células morrem por necrose ao invés de apoptose (discutido no Capítulo 18).

As células dendríticas ativadas apresentam três tipos de moléculas proteicas em suas superfícies que têm um papel na ativação das células T, para tornarem-se células efetoras ou células de memória (Figura 25-45): (1) as proteínas do MHC, que apresentam antígenos estranhos ao TCR, (2) as proteínas coestimuladoras, que se ligam a receptores complemen-tares na superfície da célula T, e (3) as moléculas de adesão célula-célula, que possibilitam à célula T ligar-se à célula apresentadora de antígeno pelo tempo suficiente para ser ativada, o que normalmente leva horas. Além disso, as células dendríticas secretam várias citocinas que podem influenciar o tipo de células T auxiliares efetoras a ser desenvolvido (discutido mais adiante), bem como para onde elas irão migrar após serem estimuladas. As células T ativadas pelas células dendríticas isoladas das placas de Peyer associadas ao intestino (ver Figura 25-3), por exemplo, mas não por aquelas isoladas dos órgãos linfoides, migram para o intestino delgado, onde seus antígenos provavelmente estarão localizados.

As células dendríticas não-ativadas também têm papel importante. Elas auxiliam a indu-ção de células T autorreativas para tornarem-se tolerantes, tanto no timo quanto nos outros órgãos. Tais células dendríticas apresentam autoantígenos na ausência de moléculas coesti-muladoras necessárias para a ativação das células T virgens. Elas induzem tolerância de duas

5 �m

Figura 25-44 Micrografia de imuno-fluorescência de uma célula dendrítica em cultura. Esta célula apresentadora de antígeno deriva seu nome de seus longos apêndices, ou “dendritos”. Esta célula foi marcada com um anticorpo monoclonal que reconhece antígenos de superfície nessas células. (Cortesia de David Katz.)



maneiras: elas podem estimular respostas abortivas nas células T que levam à inativação ou à apoptose, e podem ativar células T reguladoras a suprimir a atividade de outras células T.

As células T citotóxicas efetoras induzem a morte das células-alvoAs células T citotóxicas protegem os vertebrados contra patógenos intracelulares como os vírus, algumas bactérias e parasitas que se multiplicam no citoplasma da célula hospedeira, onde se encontram protegidos dos ataques dos anticorpos. As células T citotóxicas conferem essa proteção induzindo a morte da célula infectada antes que os micróbios possam proli-ferar, escapar e infectar células vizinhas. Como discutiremos posteriormente, os micróbios intracelulares podem ser reconhecidos pelas células T porque as células dos vertebrados possuem mecanismos para a apresentação de fragmentos de suas proteínas intracelulares na superfície celular, onde estão ligadas às proteínas do MHC.

Uma vez ativada por uma célula apresentadora de antígeno infectada, uma célula T ci-totóxica torna-se uma célula efetora, que pode matar qualquer célula-alvo infectada com o mesmo patógeno. Usando seu TCR, a célula T citotóxica efetora reconhece o antígeno mi-crobiano ligado a uma proteína do MHC na superfície da célula-alvo infectada. Isso faz com que a célula T reorganize seu citoesqueleto e focalize seu aparelho secretor de morte dire-tamente no alvo (Figura 25-46). O alvo é atingido quando os TCRs agregam-se ativamente

Célula T Célula dentríticaativada

Receptor para a proteína coestimulatória

Proteína coestimulatória

Proteínas de adesão célula-célula

Peptídeo estranho (antígeno)

Receptor decélula T

Proteína do MHC

(A) (B) (C)5 �m5 �m 10 �m

Centrossomo

Figura 25-45 Três tipos de proteínas encontradas na superfície de uma célula dendrítica ativada envolvida na ativação de uma célula T. A cadeia po-lipeptídica invariável que sempre está estavelmente associada ao receptor de célula T (TCR) não está representada.

Figura 25-46 Células T citotóxicas efetoras matando uma célula-alvo em cultura. (A) Micrografia eletrônica mos-trando uma célula T citotóxica efetora ligada à célula-alvo. As células T citotó-xicas foram obtidas de camundongos imunizados com células-alvo, que são células de um tumor estranho. (B) Ele-tromicrografia eletrônica mostrando uma célula T citotóxica e uma célula tumoral, que foi morta pela célula T. Em um animal, diferentemente do que ocorre em cultura, a célula-alvo morta pode ser fagocitada por células vizinhas mesmo após ter se desintegrado, como na forma vista aqui. (C) Micrografia de imunofluorescência de uma célula T e de uma célula tumoral após a mar-cação com anticorpos antitubulina. Repare que os centrossomos da célula T encontram-se orientados em direção ao ponto de contato célula-célula com a célula-alvo, uma sinapse imunológica. Os grânulos secretores (não-visíveis) das células T são inicialmente trans-portados junto aos microtúbulos para o centrossomo, o qual então move-se para a sinapse imunológica, levando os grânulos onde eles podem liberar seu conteúdo. Ver também Figura 16-103. (A e B, de D. Zagury et al., Eur. J. Immunol. 5:818-822, 1975. Com permissão de John Wiley & Sons, Inc. C, reproduzida de B. Geiger, D. Rosen e G. Berke, J. Cell Biol. 95:137-143, 1982. Com permissão de The Rockefeller University Press.)



com vários correceptores, moléculas de adesão e proteínas sinalizadoras na interface entre a célula T e a célula-alvo, formando a sinapse imunológica. Uma sinapse similar é formada quando uma célula T auxiliar efetora interage com sua célula-alvo. Desse modo, as células T efetoras evitam a emissão de sinais às células vizinhas.

Uma vez ligada à sua célula-alvo, a célula T citotóxica efetora pode empregar, pelo me-nos, duas estratégias para matar a célula-alvo; em ambos os casos, a célula T age induzindo a célula-alvo a morrer por apoptose (discutido no Capítulo 18). Ao matar uma célula-alvo in-fectada, a célula T citotóxica em geral libera uma proteína formadora de poros denominada perforina, que é homóloga ao componente C9 do complemento (ver Figura 24-49). A per-forina é armazenada nas vesículas secretoras das células T citotóxicas e é liberada por exo-citose local no ponto de contato com a célula-alvo. A perforina polimeriza-se na membrana plasmática da célula-alvo para formar canais transmembrana. As vesículas secretoras tam-bém contêm serina-proteases que, aparentemente, penetram o citosol da célula-alvo através dos canais de perforina. Uma das proteases, denominada granzima B, ativa uma proteína Bcl2 pró-apoptótica denominada Bid, produzindo uma forma truncada da proteína deno-minada tBid. A tBid então libera o citocromo c da mitocôndria, ativando a cascata proteolí-tica de caspases que mata a célula por apoptose (discutido no Capítulo 18) (Figura 25-47A). Os camundongos com o gene da perforina inativado não podem gerar células T citotóxicas específicas para patógenos e apresentam um aumento na suscetibilidade a certas infecções causadas por vírus e por bactérias intracelulares.

Na segunda estratégia de morte, a célula T citotóxica também ativa a cascata de caspases indutora de morte na célula-alvo, mas não tão diretamente. Uma proteína homotrimérica presente na superfície da célula T citotóxica denominada ligante de Fas liga-se a proteínas receptoras transmembrana na célula-alvo denominadas Fas. A ligação provoca uma altera-ção nas proteínas Fas, e a agregação de suas caudas citosólicas recruta procaspase-8 para o complexo por meio de uma proteína adaptadora. As moléculas de procaspase-8 recrutadas tornam-se ativadas e iniciam a cascata de caspases que leva à apoptose (Figura 25-47B).

As células T auxiliares efetoras ajudam na ativação de outras células dos sistemas imunes inato e adaptativoAo contrário das células T citotóxicas, as células T auxiliares são fundamentais para a de-fesa contra patógenos, tanto extracelulares como intracelulares. Elas ajudam a estimular as células B a produzirem anticorpos que auxiliam a inativação ou a eliminação de patógenos

Célula-alvo

TC TCTC

TC

TC

Bid tBid

Cascata de caspases

Granzima B

Moléculas deperforina

Serinas--protease

Célula T citotóxica efetora

Estabele-cimento do

canal deperforina

A Morte mediada por perforina

B Morte mediada por Fas

Célula T citotóxica efetora

TC TC TC

Cascata de caspases

Ligante de Fas (trímero)

Fas

Proteínaadaptadora

Célula-alvo

Procaspase--8 inativa

Caspase-8ativada

Célula-alvoapoptótica

Célula-alvoapoptótica

Figura 25-47 Duas estratégias pelas quais as células T citotóxicas efetoras matam suas células-alvo. Nos dois casos, a célula T deve fazer contato com a célula-alvo para matá-la, e uma única célula T citotóxica pode matar várias células-alvo em sequência. (A) A célula T citotóxica (Tc) libera perforina e enzimas proteolíticas na superfície da célula-alvo infectada por exocitose localizada. As altas concentrações de Ca2+ nos fluidos extracelulares facilita a localização da perforina em canais transmembrana na membrana plasmática da célula-alvo. Os canais permitem que as enzimas proteolíticas entrem para o citosol da célula-alvo. Uma destas enzimas, a granzima B, cliva a proteína Bid para produzir a forma truncada tBid, a qual libera o citocromo c da mitocôndria, iniciando a cascata de caspases e le-vando à apoptose. (B) O ligante de Fas homotrimérico na superfície da célula T citotóxica liga-se e ativa a proteína Fas na superfície da célula-alvo. A cauda citosólica de Fas contém um domínio de morte que, quando ativado, liga-se a uma proteína adaptadora que, por sua vez, recruta uma pró-caspase especí-fica (a pró-caspase-8). As moléculas de pró-caspase-8 agrupadas tornam-se ativadas e iniciam a cascata proteolítica das caspases, levando à apoptose (ver Figura 18-6).



extracelulares e seus produtos tóxicos. As células T auxiliares também ativam os macrófagos para destruir qualquer patógeno intracelular que esteja se multiplicando no interior de seus fagossomos, e auxiliam a ativar as células T citotóxicas para matar as células-alvo infectadas. Elas também podem estimular as células dendríticas a manter um estado ativado.

Quando uma célula T auxiliar é ativada por uma célula apresentadora de antígeno, tor-na-se uma célula efetora e pode, então, auxiliar a ativar outras células. Essa função é realizada tanto pela secreção de várias citocinas como pela expressão de proteínas coestimuladoras em sua superfície. Quando ativada por sua ligação a um antígeno em uma célula dendrítica, uma célula T auxiliar virgem pode diferenciar-se em um de dois tipos distintos de células au-xiliares efetoras, denominadas TH1 e TH2. As células TH1 estão, principalmente, envolvidas na imunidade contra patógenos intracelulares e auxiliam na ativação de macrófagos, células T citotóxicas e células B. As células TH2 estão envolvidas, principalmente, na imunidade contra patógenos extracelulares, como parasitas multicelulares, e auxiliam as células B na produção de anticorpos contra o patógeno (Figura 25-48). Conforme discutido anteriormente, a natu-reza do patógeno invasor e os tipos de respostas imunes inatas envolvidos interferem no tipo de resposta que as células T auxiliares irão desenvolver. Estas, por sua vez, determinam a na-tureza das respostas imunes adaptativas que serão mobilizadas para combater os invasores.

Em alguns casos, as células T auxiliares virgens que encontram seu antígeno nos órgãos linfoides periféricos se desenvolvem em células efetoras que suprimem ao invés de auxiliar na resposta imune. Tais células T reguladoras, entretanto, desenvolvem-se, em sua maioria, no timo, como uma classe distinta de célula T, discutido a seguir.

As células T reguladoras suprimem a atividade de outras células TAs células T reguladoras são difíceis de estudar e caracterizar, principalmente porque, até recentemente, não existiam bons marcadores para identificá-las. Na verdade, por muitos anos os imunologistas questionaram se tais células realmente existiam. Elas foram original-mente identificadas por sua capacidade de inibir a atividade de outros linfócitos, sendo, por-tanto, denominadas células T supressoras. Quando os marcadores tornaram-se disponíveis, elas passaram a ser denominadas células T reguladoras e mostraram-se capazes de inibir a atividade de células T citotóxicas e auxiliares efetoras, assim como de células dendríticas. Embora sejam menos de 10% das células T da circulação sanguínea e dos órgãos linfoides periféricos, as células T reguladoras desempenham um papel fundamental na autotolerân-cia imune inibindo a atividade das células T citotóxicas e auxiliares efetoras autorreativas. Elas também auxiliam na prevenção da resposta excessiva das células T aos antígenos mi-crobianos nas infecções crônicas. Nos dois casos, elas auxiliam na prevenção do dano aos tecidos pela resposta imune adaptativa.

Uma importante descoberta para o entendimento das células T reguladoras foi que so-mente elas expressam o fator de transcrição Foxp3, o qual atua como um marcador único dessas células e é o controlador-chefe de seu desenvolvimento. Por exemplo, quando o gene que codifica esta proteína está inativado, em camundongos e no homem, os indivíduos não produzem unicamente as células T reguladoras e desenvolvem uma doença autoimune pre-

THTH

TH1

Antígenomicrobiano 2

Antígenomicrobiano 1

TH2Células Tauxiliaresefetoras

Macrófagos ativados,células T citotóxicas

e células B

Ativacélulas B

Célulasdentríticas

ativadas

Células Tauxiliares

virgens

Figura 25-48 Diferenciação de células T auxiliares virgens em células auxi-liares efetoras TH1 ou TH2 nos órgãos linfoides periféricos. A natureza da célula dendrítica e as características do patógeno que a ativou são os principais fatores que determinam que tipo de cé-lula T auxiliar efetora irá se desenvolver.



coce e fatal, envolvendo múltiplos órgãos. Ainda não se sabe ao certo como as células T re-guladoras impedem a ação das células T efetoras ou das células dendríticas, mas acredita-se que uma das vias envolva a secreção de citocinas inibidoras TGF� e interleucina 10 (IL10).

As células T reconhecem peptídeos estranhos ligados às proteínas do MHCConforme discutido anteriormente, tanto as células T citotóxicas como as células T auxiliares são inicialmente ativadas nos órgãos linfoides periféricos pelo reconhecimento de antíge-nos estranhos na superfície de uma célula apresentadora de antígeno, geralmente uma célula dendrítica, no caso de uma célula T virgem. Os antígenos encontram-se na forma de fragmen-tos peptídicos gerados pela degradação de antígenos proteicos estranhos que se encontram no interior da célula apresentadora de antígeno. O processo de reconhecimento depende da presença de proteínas do MHC na célula apresentadora de antígeno. Estes fragmentos são ligados, transportados para a superfície celular e apresentados no meio extracelular, junta-mente com sinais coestimuladores, para as células T. Uma vez ativada, a célula T efetora reco-nhece o mesmo complexo peptídeo:MHC na superfície da célula-alvo que a ativou. No caso de uma célula T auxiliar, pode ser uma célula B, uma célula T citotóxica, ou um macrófago infectado. No caso de uma célula T citotóxica pode ser qualquer célula hospedeira infectada por vírus e, no caso de uma célula T auxiliar, pode ser também a própria célula dendrítica.

As proteínas do MHC são codificadas por um extenso complexo de genes denominado complexo de histocompatibilidade principal (MHC, major histocompatibility complex). Existem duas classes principais de proteínas do MHC com estrutura e função distintas: as proteínas do MHC de classe I, que apresentam peptídeos estranhos para as células T citotóxi-cas, e as proteínas do MHC de classe II, que apresentam peptídeos estranhos para as células T auxiliares e reguladoras (Figura 25-49).

Antes de analisarmos os diferentes mecanismos pelos quais os antígenos proteicos são pro-cessados para serem apresentados às células T, precisamos analisar de forma mais detalhada as próprias proteínas do MHC, que desempenham um papel fundamental na função da célula T.

As proteínas do MHC foram descritas nas reações a transplantes antes que suas funções fossem conhecidasAs proteínas do MHC foram inicialmente identificadas como os principais antígenos reco-nhecidos nas reações a transplantes. Quando são transplantados órgãos entre indivíduos adultos, de uma mesma espécie (alotransplante) ou entre espécies diferentes (xenotrans-plante), eles em geral são rejeitados. Em torno de 1950, experimentos com enxertos de pele entre linhagens diferentes de camundongos demonstraram que a rejeição aos enxertos é um mecanismo de resposta imune adaptativa contra os antígenos estranhos presentes na su-perfície das células transplantadas. A rejeição é mediada principalmente por células T, que reagem contra versões de proteínas de superfície celular geneticamente estranhas denomi-nadas moléculas de histocompatibilidade (do grego, histos = tecido). As proteínas do MHC codificadas por genes agrupados no complexo de histocompatibilidade principal (MHC) provavelmente sejam as mais importantes dentre elas. As proteínas do MHC são expressas nas células de todos os vertebrados superiores. Elas foram inicialmente descritas em camun-dongos, onde foram chamadas de antígenos H-2 (antígenos de histocompatibilidade-2). No

TH

CÉLULAS T REGULADORA OU AUXILIAR

Proteína do MHCde classe II

TCR

Fragmento da proteínaestranha

CÉLULAS T CITOTÓXICA

Proteína doMHC declasse I

TC

Fragmento da proteínaestranha

Célula dendríticaou células-alvo

TCR

Figura 25-49 O reconhecimento de peptídeos estranhos associados às proteínas do MHC pelas células T. As células T citotóxicas reconhecem os peptídeos estranhos em associação com proteínas do MHC de classe I, enquanto que as células T auxiliares e as células T reguladoras reconhecem os peptídeos estranhos em associação com proteínas do MHC de classe II. Em ambos os casos, as células T reconhe-cem os complexos peptídeo-MHC na superfície de uma célula dendrítica ou em uma célula-alvo.



homem, são denominadas antígenos HLA (de human-leucocyte-associated antigens) antíge-nos associados a leucócitos humanos porque foram inicialmente identificadas nos leucóci-tos (células brancas do sangue).

Três características marcantes das proteínas do MHC intrigaram os imunologistas por muitos anos. Primeiro, essas proteínas do MHC sobressaem-se como os antígenos preferencial-mente reconhecidos nas reações de rejeição de transplantes mediadas por células T. Segundo, uma grande fração de células T é capaz de reconhecer proteínas do MHC estranhas, enquanto menos de 0,001% das células T virgens de um indivíduo responde a um antígeno viral típico e até 10% delas respondem a proteínas do MHC estranhas de outro indivíduo. Em terceiro lugar, alguns dos genes que codificam para as proteínas do MHC são os mais polimórficos já identifi-cados em vertebrados superiores. Isto é, em uma mesma espécie, existe um número extraordi-nariamente grande de alelos (formas alternativas do mesmo gene) presentes (em alguns casos, mais de 400), sem que haja predominância de qualquer um deles. Como cada indivíduo possui, pelo menos, 12 genes que codificam para as proteínas do MHC (descrito a seguir), é muito raro que dois indivíduos não-relacionados apresentem um conjunto idêntico de proteínas do MHC. Essa grande diferença torna muito difícil a compatibilidade entre um doador e um receptor para transplante de órgão, a não ser que ambos tenham um parentesco bastante próximo.

É claro que um vertebrado não precisa proteger-se contra células invasoras estranhas de vertebrados. Assim, a aparente obsessão das células T contra proteínas estranhas do MHC e o alto polimorfismo destas moléculas constituiam-se em um grande enigma. O enigma foi parcialmente desvendado somente quando pesquisadores descobriram que (1) as proteínas do MHC ligam-se a fragmentos de proteínas estranhas e os apresentam nas superfícies das células hospedeiras para serem reconhecidos pelas células T e (2) as células T respondem a proteínas do MHC estranhas da mesma maneira que respondem às suas próprias proteínas do MHC que apresentem antígenos estranhos associados a elas.

As proteínas do MHC de classe I e de classe II são heterodímeros estruturalmente similaresAs proteínas do MHC de classe I e de classe II apresentam uma estrutura geral muito seme-lhante. Ambas são heterodímeros transmembrana com domínios N-terminais extracelulares que se ligam aos antígenos para apresentá-los às células T.

As proteínas do MHC de classe I são constituídas por uma cadeia � transmembrana, que é codificada por genes do MHC de classe I, e uma pequena proteína extracelular deno-minada �2-microglobulina (Figura 25-50A). A �2-microglobulina não atravessa a membrana

S

S

S

S

MEIOEXTRACELULAR

COOHCOOH

S S

NH2

�1�1

H2N

�2 �2S

S

COOH

S S

NH2

�2- S

S

�3

NH2

HOOC

-microglobulina

�2�1

Membranaplasmática

CITOSOL

Cadeia � Cadeia �

(A) Proteína do MHC de classe I (B) Proteína do MHC de classe II

Sítio de ligação para o peptídeo Sítio de ligação para o peptídeo

Domínio semelhante à Ig

Figura 25-50 Proteínas do MHC de classe I e classe II. (A) As cadeias � de uma molécula de classe I possuem três domínios extracelulares, �1, �2 e �3, que são codificados por éxons separados. Estes encontram-se associados, de forma não-covalente, a uma pequena cadeia polipeptídica, a �2-microglo-bulina, que não é codificada dentro da mesma região do MHC. O domínio �3 e a �2-microglobulina são semelhantes às Igs. Enquanto a �2-microglobulina é in-variante, a cadeia � é extremamente po-limórfica, principalmente os domínios �1 e �2. (B) Nas proteínas do MHC de classe II, ambas as cadeias são polimór-ficas, principalmente os domínios �1 e �1. Os domínios �2 e �2 são semelhantes às Igs. Assim, existem surpreendentes similaridades entre as proteínas do MHC de classe I e as de classe II. Em ambos os casos, os domínios externos (marcados em azul) são polimórficos e interagem para formar a fenda de ligação dos fragmentos peptídicos das proteínas estranhas, apresentando-as, assim, para as células T.



e é codificada por um gene que não se localiza junto ao agrupamento dos genes do MHC. A cadeia � encontra-se dobrada em três domínios globulares extracelulares (�1, �2 e �3), e o domínio �3 e a proteína �2-microglobulina encontram-se próximos à membrana, gerando uma estrutura similar a um domínio de Ig. Os dois domínios N-terminais da cadeia � que se encontram mais afastados da membrana contêm os aminoácidos polimórficos (variáveis) que são reconhecidos pelas células T nas reações aos transplantes. Esses domínios ligam-se a peptídeos e os apresentam às células T citotóxicas.

Assim como as proteínas do MHC de classe I, as proteínas do MHC de classe II são heterodímeros com dois domínios semelhantes a Igs conservados, próximos à membrana, e dois domínios N-terminais polimórficos (variáveis) mais distantes da membrana. Nestas proteínas, no entanto, ambas as cadeias (� e �) são codificadas por genes do MHC e ambas inserem-se na membrana (Figura 25-50B). Os dois domínios polimórficos ligam peptídeos e os apresentam para as células T auxiliares ou reguladoras.

A presença de domínios semelhantes a Igs nas proteínas de classe I e de classe II sugere que as proteínas do MHC e os anticorpos apresentam uma origem evolutiva comum. A locali-zação dos genes que codificam para as proteínas do MHC de classe I e de classe II em humanos encontra-se indicada na Figura 25-51, onde ilustramos como um indivíduo pode produzir seis tipos de proteínas do MHC de classe I e mais de seis tipos de proteínas do MHC de classe II.

Além da proteína do MHC de classe I clássica, existem várias proteínas não-clássicas do MHC de classe I que formam dímeros com a �2-microglobulina. Estas proteínas são co-dificadas por genes fora do MHC e são menos polimórficas do que as proteínas do MHC, mas algumas apresentam antígenos microbianos específicos, incluindo alguns lipídeos e glicolipídeos, para as células T. Embora a função da maioria delas ainda seja desconhecida, algumas têm papel fundamental no desenvolvimento cerebral.

Uma proteína do MHC liga-se a um peptídeo e interage com o receptor de célula TUm indivíduo pode produzir somente pequenas quantidades de proteínas do MHC diferen-tes que, em conjunto, precisam ser capazes de apresentar fragmentos peptídicos de pratica-mente todas as proteínas estranhas para as células T. Assim, diferentemente das moléculas de anticorpos, cada proteína do MHC precisa ser capaz de ligar-se a um número muito gran-de de peptídeos diferentes. As bases estruturais dessa versatilidade surgiram com as análises de difração de raios X das proteínas do MHC.

Conforme ilustrado na Figura 25-52A, uma proteína do MHC de classe I possui um úni-co sítio de ligação ao peptídeo localizado em uma extremidade da molécula, voltada para o lado oposto da membrana plasmática. Este sítio consiste em uma fenda profunda entre duas hélices � longas. Uma fenda estreita-se em ambas as extremidades e tem, assim, um tama-nho apenas suficiente para acomodar um peptídeo linear com 8 a 10 aminoácidos. De fato, quando uma proteína do MHC de classe I foi analisada pela primeira vez, por cristalografia por raios X, esta fenda continha peptídeos associados que foram cristalizados junto com a proteína do MHC (Figura 25-52B), sugerindo que, quando um peptídeo associa-se a esta fenda, ele normalmente não se dissocia.

Um peptídeo típico liga-se à fenda da proteína do MHC de classe I na sua conformação linear, com seu grupo aminoterminal ligado a aminoácidos invariáveis da proteína do MCH em uma das extremidades da fenda, e o seu grupo carboxiterminal ligado a aminoácidos in-variáveis na outra extremidade da fenda (Figura 25-53). Algumas cadeias laterais de aminoá-cidos dos peptídeos se ligam a aminoácidos variáveis (polimórficos) da proteína do MHC ao longo da fenda, enquanto outras cadeias laterais apontam para o exterior, de forma que pos-sam ser reconhecidas pelos TCRs das células T citotóxicas. Como os aminoácidos invariáveis da proteína do MHC das extremidades da fenda reconhecem as características da estrutura do peptídeo que são comuns a todos os peptídeos, cada forma alélica de uma proteína do

Figura 25-51 Os genes do MHC hu-mano. Este desenho esquemático sim-plificado representa a localização dos genes que codificam as subunidades transmembrana das proteínas do MHC de classe I (verde-claro) e de classe II (verde-escuro). Os genes mostrados co-dificam três tipos de proteínas de classe I (HLA-A, HLA-B e HLA-C) e três tipos de proteínas do MHC de classe II (HLA-DP, HLA-DQ e HLA-DR). Cada indivíduo pode produzir seis tipos de proteínas do MHC de classe I (três codificadas pelos genes maternos e três codificadas pelos genes paternos) e mais de seis tipos de proteínas do MHC de classe II pois existem dois genes DR� e as cadeias polipeptídicas codificadas pelos genes materno ou paterno podem, às vezes, parear.

DP DQ DR

Genes do MHC de classe II Genes do MHC de classe I

B C A

� � � � � � �

Complexo HLA

Cromossomo 6humano



MHC de classe I pode ligar uma grande variedade de peptídeos com diversas sequências. Ao mesmo tempo, os aminoácidos polimórficos do MHC ao longo da fenda, que se ligam às cadeias laterais específicas do peptídeo, garantem que cada forma alélica se ligue e apresen-te um grupo de peptídeos com características distintas. Assim, os seis tipos de proteínas do MHC de classe I em um indivíduo podem apresentar vários tipos de peptídeos estranhos para as células T citotóxicas, mas em cada indivíduo eles o fazem de forma ligeiramente diferente.

As proteínas do MHC de classe II possuem uma estrutura tridimensional muito similar à estrutura das proteínas do MHC de classe I, mas suas fendas de ligação ao antígeno não se estreitam nas extremidades e, assim, elas podem acomodar peptídeos lineares maiores, que geralmente possuem de 12 a 20 aminoácidos. Além disso, o peptídeo não se encontra ligado às extremidades da fenda, mas são mantidos por interações com os aminoácidos invariáveis da proteína do MHC dispostos ao longo de toda a fenda (Figura 25-54). Como no caso das proteínas do MHC de classe I, as cadeias laterais dos outros aminoácidos do peptídeo se ligam aos aminoácidos polimórficos da proteína do MHC ao longo da fenda, ou apontam para o exterior para serem reconhecidas pelos TCRs das células T auxiliares ou reguladoras. As fendas de ligação das moléculas do MHC de classe II podem interagir com um grupo de peptídeos mais heterogêneo do que as fendas das moléculas do MHC de classe I. Assim, apesar de um indivíduo produzir somente um pequeno número de tipos diferentes de pro-teínas de classe II, cada tipo com sua respectiva fenda de ligação ao peptídeo, juntas essas

Fenda de ligação para o peptídeo

Ponte S-S

NH2

NH2

Clivagempela papaína

COOH

�2-microglobulina

MEIOEXTRACELULAR

Membranaplasmática

CITOSOL

HOOC

VISTA LATERAL(A)

�3

�2�1

NH2

VISTA SUPERIOR(B)

COOH

Peptídeos nafenda de ligaçãopara o peptídeo

Figura 25-52 A estrutura tridimensional de uma proteína do MHC de classe I definida por análise de cristais por difração de raios X. A por-ção extracelular de uma proteína foi clivada do segmento transmembra-na pela enzima proteolítica papaína antes da cristalização. (A) Cada um dos domínios próximos à membrana plasmática (�3 e �2-microglobulina) apresenta um arranjo típico das Igs (ver Figura 25-34), enquanto os dois domínios mais distantes da membrana (�1 e �2) são muito similares entre si e, juntos, formam a fenda de ligação ao peptídeo no topo da molécula. (B) A fenda de ligação ao peptídeo vista de cima. Os pequenos peptídeos que foram copurificados junto com a proteína do MHC são represen-tados esquematicamente. (Com base em P. J. Bjorkman et al., Nature 329:506-512, 1987. Com permissão de Macmillan Publishers Ltd.)



proteínas podem ligar-se e apresentar uma grande variedade de peptídeos estranhos para as células T auxiliares, que desempenham um papel fundamental em praticamente todos os mecanismos de resposta imune adaptativa.

A maneira pela qual os TCRs reconhecem o fragmento peptídico associado a uma pro-teína do MHC foi revelada por análises de cristalografia por raios X do complexo formado entre um receptor solúvel e uma proteína do MHC solúvel associada a um peptídeo em sua fenda de ligação. As proteínas solúveis para estes experimentos foram produzidas por meio da tecnologia de DNA recombinante. Em cada caso estudado, o TCR acomoda-se em diago-nal sobre a fenda de ligação do peptídeo e se liga às alças hipervariáveis V� e V�, com ambas as paredes internas da fenda e com o peptídeo (Figura 25-55). Os complexos solúveis pep-tídeo-MHC são agora amplamente utilizados para detectar células T com uma determinada especificidade. Eles geralmente são ligados de forma cruzada a tetrâmeros, de modo que possam se ligar a quatro TCRs na superfície da célula T com forte avidez.

As proteínas do MHC auxiliam a direcionar as células T a seus alvos apropriadosAs proteínas do MHC de classe I são expressas em praticamente todas as células nucleadas de vertebrados. Isto provavelmente deve-se ao fato de que as células T citotóxicas efetoras precisam ser capazes de localizar e matar qualquer célula do corpo que se torne infectada por um micróbio intracelular, como um vírus. As proteínas de classe II, ao contrário, encon-tram-se expressas em um grupo restrito de células que possuem a capacidade de internalizar antígenos estranhos do meio extracelular e que podem interagir com as células T auxiliares. Essas células também expressam proteínas do MHC de classe I, incluindo as células dendrí-ticas, que inicialmente ativam células T auxiliares virgens, e os alvos das células T auxiliares efetoras, como os macrófagos e as células B.

É fundamental que as células T citotóxicas efetoras direcionem seus ataques para células que produzem antígenos estranhos (como as proteínas virais), enquanto que as células T auxi-liares devem direcionar suas ações principalmente para as células que tenham a capacidade de

Hélice �

Folha �

Sulco de ligação ao peptídeo

�1

�2

�1

�1

Sulco de ligaçãoao peptídeo

Figura 25-53 Um peptídeo ligado à fenda da proteína do MHC de classe I. Representação esquemática da vista superior da fenda. O diagrama de fitas da fenda do MHC é apresentado em cinza. Ele é formado pelos domínios �1 e �2 da proteína (ver Figuras 25-50A e 25-52A). O corpo do peptídeo é mostrado em amarelo, com os átomos de carbono em preto, os átomos de oxigênio em vermelho e os átomos de nitrogênio em azul. A porção aminoterminal do peptídeo está à esquerda. Observe que os grupos amino e carboxiterminais do corpo do peptídeo ligam-se por ligações de hidrogênio e iônicas (apre-sentadas como linhas pontilhadas azuis) às cadeias laterais de aminoácidos invariáveis do MHC de proteínas MHC em direção das extremidades da fenda. Embora não mostrado no desenho, as cadeias laterais de alguns aminoácidos do peptídeo ligado a aminoácidos variá-veis (polimórficos) da fenda, enquanto outros dirigem-se para fora e podem ser reconhecidos pelos TCRs das células T citotóxicas. (Cortesia de Paul Travers.)

Figura 25-54 Um peptídeo ligado à fenda da proteína do MHC de classe II. Um desenho esquemático similar àquele apresentado na Figura 25-53. O sulco é formado pelos aminoácidos dos domínios terminais das cadeias α e � (α1 e �1, ver Figura 25-50B). Observe que o peptídeo se estende além do final do sulco e que sua estrutura se liga por ligações de hidrogênio distribuídas ao longo do peptídeo às cadeias laterais dos aminoácidos invariáveis do sulco. (Cortesia de Paul Travers.)



internalizar antígenos estranhos do meio extracelular. Uma vez que as primeiras células-alvo mencionadas são uma ameaça potencial constante, enquanto as últimas são essenciais para as defesas imunes adaptativas do organismo, é de vital importância que as células T nunca con-fundam os dois tipos de células-alvo para que não direcionem de forma inadequada as funções citotóxicas e auxiliares. Por isso, além do receptor de antígenos, que reconhece o complexo pep-tídeo-MHC, cada uma das três principais classes de células T também expressa um correceptor, que reconhece uma região determinada e invariável da classe apropriada da proteína do MHC. Estes dois correceptores, denominados CD4 e CD8, auxiliam as células T auxiliares (e regula-doras) e citotóxicas a direcionar, respectivamente, suas funções para seus alvos apropriados. As propriedades das proteínas do MHC de classe I e de classe II estão comparadas na Tabela 25-2.

Os correceptores CD4 e CD8 ligam-se a porções invariáveis das proteínas do MHCEm geral, a afinidade dos TCRs com os complexos peptídeo-MHC, em uma célula apresen-tadora de antígeno, ou em uma célula-alvo, não é suficiente para intermediar uma interação funcional entre as duas células. As células T normalmente necessitam do auxílio dos recep-tores acessórios, que estabilizam a interação, aumentando a força de adesão célula-célula. Diferentemente dos TCRs ou das proteínas do MHC, os receptores acessórios não se ligam a antígenos estranhos e são invariáveis.

Quando os receptores acessórios desempenham um papel direto na ativação das célu-las T, por meio da geração de sinais intracelulares para a própria célula, eles são denomina-dos co-receptores. Os mais importantes e mais conhecidos correceptores das células T são as proteínas CD4 e CD8, ambas proteínas transmembrana de passagem única com domínios extracelulares semelhantes a Igs. Como os TCRs, esses correceptores reconhecem proteínas do MHC, mas, ao contrário dos TCRs, eles ligam-se a porções invariáveis da proteína, distan-tes da fenda de ligação ao peptídeo. O CD4 é expresso nas células T auxiliares e reguladoras e liga-se às proteínas do MHC de classe II, enquanto que o CD8 é expresso nas células T citotóxicas e se liga às proteínas do MHC de classe I (Figura 25-56). Assim, o CD4 e o CD8 contribuem para o reconhecimento feito pela célula T por meio do direcionamento específi-co da interação com uma determinada proteína do MHC, direcionando também a interação

Proteína declasse I do

MHC +peptídeo

Receptor de célula T

V�

C�

V�

C�

�2-microglobulina�

Cadeia � da proteínade classe I do MHC

Peptídeo

1

3

2

3

1

2

Alçashipervariáveis

Peptídeo

V�

(A) (B)

V�

2 1 3 3 21

Figura 25-55 A interação entre o receptor de célula T e um peptídeo viral ligado à proteína do MHC de classe I. (A) Vista esquemática das alças hipervariáveis dos domínios V� e V� do receptor de célula T interagindo com o peptídeo e as paredes da fenda de liga-ção ao antígeno da proteína do MHC. Observe que a terceira alça hipervari-ável, a qual é a mais variável, interage primeiramente com as paredes do sulco de ligação ao peptídeo. (B) Desenho de uma imagem de “vista superior” dos domínios V (azul) e das alças hipervari-áveis (azul-escuro) do receptor sobre a fenda de ligação ao peptídeo, conforme determinado por difração de raios X. O domínio V� cobre a porção aminotermi-nal do peptídeo, enquanto que o domí-nio V� cobre a porção carboxiterminal. Repare que o receptor encontra-se orientado diagonalmente sobre a fenda de ligação ao peptídeo. (B, adaptada de D. N. Garboczi et al., Nature 384:134-141, 1996. Com permissão de Macmillan Publishers Ltd.)

Tabela 25-2 Propriedades das proteínas do MHC de classe I e de classe II humanas

CLASSE I CLASSE II

Loci genético HLA-A, HLA-B, HLA-C DP, DQ, DREstrutura de cadeias Cadeia � + �2-microglobulina Cadeia � + cadeia �Distribuição celular A maioria das células nucleadas Células dendríticas, células B, macrófagos, células

epiteliais tímicas e algumas outrasEnvolvidas em apresentar antígenos a Células T citotóxicas Células T auxiliares, células T reguladorasTipo de fragmento peptídeo Proteínas produzidas no citoplasma Proteínas endocitadas através da membrana

plasmática e das proteínas extracelularesDomínios polimórficos �1 + �2 �1 + �1

Reconhecidas pelos correceptores CD8 CD4



entre determinados tipos de células-alvo: o reconhecimento das proteínas do MHC de classe I permite que as células T citotóxicas focalizem qualquer célula hospedeira, enquanto o re-conhecimento de uma molécula do MHC de classe II permite que células T auxiliares focali-zem uma pequena subpopulação celular, como células dendríticas, macrófagos ou células B. A cauda citoplasmática das proteínas CD4 e CD8 encontra-se associada a um membro da fa-mília de proteínas citoplasmáticas Src, a proteína tirosina-cinase denominada Lck, que fos-forila várias proteínas citoplasmáticas nas tirosinas e, assim, participa da ativação da célula T (discutido no Capítulo 15). Os anticorpos contra CD4 e CD8 foram amplamente utilizados como ferramentas para se fazer a distinção entre as principais classes de células T tanto no homem como em animais experimentais. Somente as células T citotóxicas expressam CD8, enquanto as células T reguladoras e auxiliares expressam CD4.

Ironicamente, o vírus da AIDS (HIV) utiliza as moléculas de CD4 (assim como os recep-tores de quimiocinas) para penetrar as células T auxiliares. É esta eventual depleção de célu-las T auxiliares que torna os pacientes com AIDS suscetíveis a infecções causadas por micró-bios que normalmente não são perigosos. Consequentemente, a maioria dos pacientes com AIDS morre por infecções que surgem após vários anos do estabelecimento dos sintomas da doença, a não ser que sejam tratados com uma potente combinação de fármacos anti-HIV. O HIV igualmente utiliza o CD4 e os receptores de quimiocinas para penetrar os macrófagos, que também apresentam esses receptores em suas superfícies.

Antes que uma célula T possa reconhecer uma proteína estranha, ela precisa ser proces-sada dentro de uma célula apresentadora de antígeno ou em uma célula-alvo e, então, deve ser apresentada como um complexo peptídeo-MHC na superfície da célula. Inicialmente conside-raremos como uma célula apresentadora de antígeno infectada por vírus ou uma célula-alvo processa as proteínas virais para apresentá-las à célula T citotóxica. Após, discutiremos como uma proteína estranha internalizada é processada para a apresentação às células T auxiliares.

As células T citotóxicas respondem a fragmentos de proteínas citosólicas estranhas associadas às proteínas do MHC de classe IUm experimento realizado em 1970 forneceu uma das primeiras e mais dramáticas de-monstrações de que as proteínas do MHC de classe I estão envolvidas no reconhecimento de antígenos virais pelas células T citotóxicas. Os pesquisadores observaram que as células T citotóxicas efetoras de um camundongo infectado por um vírus poderiam matar células cultivadas, infectadas com o mesmo vírus, somente se estas células-alvo expressassem as mesmas proteínas do MHC de classe I encontradas nas células infectadas do camundongo. Esse experimento demonstrou que as células T citotóxicas de qualquer indivíduo podem re-conhecer um antígeno estranho específico em uma célula-alvo somente quando a célula-al-vo expressa pelo menos algumas formas alélicas das proteínas do MHC de classe I expressas por esse indivíduo, um fenômeno conhecido como restrição ao MHC (Figura 25-57).

proteína CD8

Proteína CD4

Proteína de classe II do MHC

Porçãovariável

Porçãoinvariável

TCRCélula

dendrítica oucélula-alvo

Céluladendrítica ou

célula-alvo

Proteína declasse I do MHC

TC

TH

Vírus A

Camundongo da linhagem X

Células Tcitotóxicas

adicionadas a

Fibroblastos docamundongo dalinhagem Xinfectado como vírus B

Fibroblastos docamundongo dalinhagem Xinfectado como vírus A

Fibroblastos docamundongo dalinhagem Yinfectado como vírus A

Células Tmatam

células-alvo

NÃO

SIM

NÃO

Figura 25-56 Os correceptores CD4 e CD8 na superfície das células T. As células T citotóxicas (TC) expressam CD8, que reconhece proteínas do MHC de classe I, enquanto as células T auxiliares (TH) e as células T reguladoras (não-apresentadas) expressam CD4, que reconhece proteínas do MHC de classe II. Repare que os correceptores ligam-se à mesma proteína do MHC à qual o TCR se ligou, de forma que eles se associam com os TCRs durante o processo de reconhecimento do antígeno. O TCR se liga às porções variáveis (polimórficas) da proteína do MHC que forma a fenda de ligação ao antígeno, e o correceptor liga-se à porção invariável, em uma região distante da fenda.

Figura 25-57 Experimento clássico demonstrando que as células T cito-tóxicas reconhecem alguns aspectos da superfície da célula-alvo, além do antígeno viral. Os camundongos da linhagem X foram infectados com o vírus A. Sete dias após, o baço destes camundongos continha células T citotó-xicas efetoras capazes de matar células infectadas pelo vírus, fibroblastos da linhagem X em cultura de células. Con-forme o esperado, elas matam somente os fibroblastos infectados com o vírus A e não aqueles infectados com o vírus B. Assim, as células T citotóxicas são vírus-específicas. As mesmas células T, no entanto, também não são capazes de matar fibroblastos da linhagem de camundongo Y infectada com o mes-mo vírus A, indicando que as células T citotóxicas reconhecem diferenças ge-néticas entre dois tipos de fibroblastos e não somente o vírus. Para identificar as diferenças, foi necessário utilizar duas linhagens especiais de camundongos (conhecidas como linhagens congênitas) que são geneticamente idênticas, exce-to para os alelos dos loci das moléculas do MHC de classe I, ou são genetica-mente diferentes, exceto para estes alelos. Desta maneira, foi demonstrado que a morte das células-alvo infectadas requer que elas expressem pelo menos um dos mesmos alelos do MHC de clas-se I que é expresso pelo camundongo que foi originalmente infectado. Isso su-gere que as proteínas do MHC de classe I devem ser necessariamente apresenta-das junto com os antígenos virais na su-perfície celular para a célula T citotóxica efetora e que elas realizam esta função de maneira altamente específica.



Evidências subsequentes indicaram que, durante a morte das células infectadas por vírus, uma célula T citotóxica reconhece fragmentos degradados de proteínas internas dos vírus que estão ligadas às proteínas do MHC de classe I na superfície da célula infectada. A célula T pode reconhecer quantidades mínimas de antígeno (1 a 10 complexos peptídeo-MHC por célula T com receptores de alta afinidade são o suficiente). Assim, basta que apenas uma fração dos fragmentos gerados pelas proteínas virais ligue-se às proteínas do MHC de classe I e chegue à superfície celular para que os fragmentos sejam atacados pelas células T citotóxicas.

As proteínas virais internas são sintetizadas no citosol da célula infectada. Conforme discutido no Capítulo 3, a degradação proteolítica que ocorre no citoplasma é mediada principalmente por mecanismos dependentes de ATP e de ubiquitina, que atuam através de grandes complexos de enzimas proteolíticas denominados proteossomos, compostos por diferentes subunidades proteicas. No entanto, é provável que todos os proteossomos sejam capazes de gerar fragmentos peptídicos de tamanho adequado para encaixar no sulco das proteínas do MHC de classe I. Mesmo os proteossomos das bactérias clivam as proteínas em peptídeos com o comprimento complementar ao tamanho da fenda da proteína do MHC de classe I, sugerindo que a fenda do MHC evoluiu para se adequar a peptídeos deste tamanho. Entretanto, alguns proteossomos são aparentemente especializados para produzir peptíde-os para as proteínas do MHC de classe I, pois contêm duas subunidades que são codificadas por genes localizados na região cromossomal do MHC.

Como os peptídeos gerados no citosol entram em contato com a fenda de ligação aos peptídeos das proteínas do MHC de classe I no lúmen do retículo endoplasmático (RE) (Fi-gura 25-58)? A resposta para esta questão foi descoberta a partir da observação de células mutantes, nas quais as proteínas do MHC de classe I não são expressas na superfície celular, mas são degradadas no interior da célula. Os genes mutantes destas células provaram codifi-car subunidades de uma proteína pertencente à família dos transportadores ABC, discutidos no Capítulo 11. Esses transportadores proteicos encontram-se localizados na membrana do RE e utilizam a energia da hidrólise do ATP para bombear peptídeos do citosol para den-tro do lúmen do RE. Os genes que codificam estas duas subunidades estão localizados na região cromossomal do MHC e, se um dos genes é inativado por mutação, as células ficam impossibilitadas de fornecer os peptídeos para as proteínas do MHC de classe I. As proteí-nas do MHC de classe I, nessas células mutantes, são degradadas no interior da célula, mas não atingem a superfície, porque a ligação com o peptídeo normalmente é necessária para que ocorra o dobramento adequado dessas proteínas. Até que se associe a um peptídeo, a proteína do MHC de classe I fica no RE, conectada a um transportador ABC por uma chape-ronina. Sem a ligação do peptídeo, as proteínas do MHC aprisionadas nas células mutantes eventualmente sofrem proteólise (Figura 25-59).

Em todas as células, os fragmentos peptídicos vêm do próprio citosol da célula e das proteínas nucleares que são geradas no processo normal de degradação das proteínas, no processo de síntese de novo de proteínas e nos mecanismos de controle de qualidade. (Sur-preendentemente, mais de 30% das proteínas produzidas pelas células de mamíferos apa-rentemente são defeituosas, sendo degradadas por proteossomos logo após sua síntese.) Estes peptídeos são bombeados constantemente para o interior do RE e transportados para a superfície celular pelas proteínas do MHC de classe I. Os peptídeos não são antigênicos, porque as células T citotóxicas, que poderiam reconhecê-los, foram eliminadas, inativadas ou suprimidas por células T reguladoras no processo de autotolerância (ver Figura 25-13).

Quando as células T citotóxicas e algumas células T auxiliares TH1 são ativadas pelo an-tígeno para tornarem-se células efetoras, as células efetoras secretam a citocina interferon-� (IFN�), que aumenta bastante as respostas antivirais. O IFN� atua nas células hospedeiras infectadas por vírus de duas maneiras. Ele bloqueia a replicação viral e aumenta a expressão de vários genes localizados na região cromossomal do MHC. Estes genes incluem aqueles que codificam as proteínas do MHC de classe I, as duas subunidades especializadas do pro-teossomo e as duas subunidades do peptídeo transportador localizado no RE (Figura 25-60). Assim, toda a maquinaria da célula hospedeira necessária à apresentação dos antígenos virais para as células T citotóxicas é coordenada pela ação do IFN�, criando um mecanismo de estimulação positivo que amplifica a resposta imune e culmina com a morte da célula infectada.

Figura 25-58 A questão do transporte peptídico. Como os fragmentos peptídicos saem do citosol, onde são produzidos, e entram no lúmen do RE, onde a fenda de ligação ao peptídeo das proteínas do MHC de classe I está localizada? Um processo de transporte especial faz-se necessário.

Proteína de classe I do MHC

Fragmento peptídicoRetículoendoplasmático



As células T auxiliares reconhecem fragmentos de uma proteína estranha endocitada em associação com as proteínas do MHC de classe IIDiferentemente das células T citotóxicas, as células T auxiliares não atuam diretamente ma-tando a célula infectada para eliminar os micróbios. Em vez disso, elas estimulam os macró-fagos a tornarem-se mais eficientes para destruir micro-organismos intracelulares e auxiliam as células B e as células T citotóxicas a responder aos antígenos microbianos.

Assim como as proteínas virais apresentadas para as células T citotóxicas, as proteínas apresentadas para as células T auxiliares (pela célula dendrítica ou pela célula-alvo) são fragmentos degradados de proteínas estranhas. A associação dos fragmentos às proteínas do MHC de classe II ocorre de forma muito semelhante à associação dos peptídeos derivados de vírus às proteínas do MHC de classe I. Contudo, tanto o tipo de fragmento peptídico a ser apresentado como a via de associação às proteínas do MHC são diferentes.

Em vez de serem derivados da síntese proteica ocorrida no citosol da célula, os peptíde-os estranhos apresentados para as células T auxiliares são derivados de endossomos. Alguns são provenientes de micróbios, ou de seus produtos, que a célula apresentadora de antígeno tenha endocitado e degradado no ambiente ácido dos endossomos. Outros são provenientes de micróbios que estão crescendo dentro do compartimento endocítico da célula apresen-tadora de antígeno. Estes peptídeos não precisam ser bombeados através da membrana por-que são produzidos em um compartimento que é topologicamente equivalente ao espaço extracelular. Ao invés de entrarem no lúmen do RE, onde as proteínas do MHC de classe II são sintetizadas e reunidas, eles se ligam a heterodímeros de classe II pré-organizados em um compartimento endossomal especializado. Quando o peptídeo se liga, a proteína

RECONHECIMENTO PELA CÉLULA T CITOTÓXICAVírus RNAEnvelope viral

Proteína internado vírus

ENDOCITOSE E TRANSPORTEDO ENDOSSOMO

Endossomo

FUSÃO DO VÍRUS COM A MEMBRANADO ENDOSSOMO E ESCAPE DO RNAVIRAL PARA O CITOSOL

REPLICAÇÃO E TRADUÇÃODO RNA VIRAL

RNA Proteínas internas do vírus

PROTEÓLISE DE ALGUMAS MOLÉCULASDAS PROTEÍNAS VIRAISPOR PROTEOSSOMOS Proteossomo Peptídeos

Transportador ABC

TRANSPORTE DE PEPTÍDEOSPARA DENTRO DO LÚMEN DO RE

ER

Cadeia � da classe I do MHC

�2-microglobulina

LIGAÇÃO DO PEPTÍDEO À CADEIA � ESTABILIZA O ARRANJO DA CADEIA � COM A �2-MICROGLOBULINA; O COMPLEXO É TRANSPORTADO PARA O APARELHO DE GOLGI

Proteína de classe I do MHC arranjada com o peptídeoligado a ela

Aparelho de Golgi

TRANSPORTE DA PROTEÍNA DE CLASSE I DO MHC COM O PEPTÍDEO LIGADO DO GOLGI PARA A SUPERFÍCIE CELULAR

Célula T citotóxica

Céluladendrítica ou

célula-alvo

Endossomo

Proteína chaperona

Membranaplasmática

INFECÇÃO VIRAL

Interferon-�

T

Proteínas do MHC

Subunidades do proteossomo

Transportadores peptídicos

Receptor deinterferon-�

Replicação viralbloqueada

Ativação gênica

Aumento dasuscetibilidade

para a morterealizada

pela célula T

Célula T citotóxicaou auxiliar

Célula infectadapor vírus

Figura 25-59 Processamento da proteína viral na apresentação para as células T citotóxicas. Uma célula T citotóxica efetora mata uma célula infectada por vírus quando reconhece fragmentos das proteínas internas virais associados às proteínas do MHC de classe I na superfície da célula infectada. Nem todos os vírus entram nas células como este vírus de RNA envelopado, mas os fragmentos das proteínas in-ternas do vírus sempre seguem a via representada. Somente uma pequena porção das proteínas virais sintetizadas no citosol é degradada e transportada para a superfície celular, mas isso é sufi-ciente para atrair uma célula T citotóxica e ser atacada por ela. Várias proteínas chaperonas (somente uma delas está representada) do lúmen do RE auxiliam no dobramento e na reunião das proteí-nas do MHC de classe I. As chaperonas ligam-se à cadeia � do MHC de classe I e atuam sequencialmente. A última liga a proteína do MHC ao transportador ABC, conforme representado. A união da pro-teína do MHC de classe I e o seu trans-porte para a superfície celular requerem a ligação do peptídeo.

Figura 25-60 Alguns efeitos do interferon-� (IFN�) sobre as células infectadas por vírus. Os receptores do IFN� ativados sinalizam para o núcleo, alterando a transcrição gênica, o que leva aos efeitos indicados. Os efeitos marcados em amarelo tendem a tornar a célula infectada um alvo mais vulnerá-vel para o processo de morte realizado pelas células T citotóxicas efetoras.



do MHC de classe II altera sua conformação, aprisionando o peptídeo em sua fenda para apresentá-lo na superfície celular a uma célula T auxiliar.

Uma proteína do MHC de classe II recém-sintetizada precisa evitar que sua fenda de ligação se torne obstruída prematuramente, ainda dentro do lúmen do RE, por peptídeos bombeados do citosol. Um polipeptídeo especial, denominado cadeia invariante, garante a futura disponibilidade da fenda por meio da associação a heterodímeros do MHC de classe II quando esta se encontra em fase inicial de síntese no RE. Parte desta cadeia polipeptídica interage com a fenda de ligação ao antígeno da proteína do MHC, impedindo que a fenda interaja com outros peptídeos no lúmen do RE. A cadeia invariante também direciona as proteínas do MHC de classe II da rede trans de Golgi para compartimentos endossômicos mais maduros. Nestes compartimentos, a cadeia invariante é clivada por proteases, restando somente um pequeno fragmento ligado à fenda de ligação ao peptídeo da proteína do MHC. Esses fragmentos são então liberados, liberando também a proteína do MHC para que ela possa ligar peptídeos derivados das proteínas endocitadas (Figura 25-61). Dessa forma, as diferenças funcionais entre as proteínas do MHC de classe I e de classe II encontram-se asse-guradas – as primeiras apresentam as moléculas que são produzidas no citosol, e as últimas apresentam as moléculas provenientes dos compartimentos endocíticos.

Entretanto, esta distinção entre a apresentação de antígeno para as células T citotóxicas e para as células T auxiliares não é absoluta. As células dendríticas, por exemplo, precisam ser capazes de ativar as células T citotóxicas para matar as células infectadas por vírus, mes-mo que o vírus não infecte as próprias células dendríticas. Para isso, as células dendríticas usam um processo denominado apresentação cruzada, o qual inicia quando elas fagocitam fragmentos de células infectadas por vírus. Elas então transportam ativamente as proteínas virais dos fagossomos para o citosol, onde são degradadas nos proteossomos. Os fragmen-tos resultantes das proteínas virais são então transportados para o lúmen do RE, onde são carregados para as proteínas do MHC de classe I que estão sendo montadas. A apresenta-ção cruzada nas células dendríticas também atua para ativar as células T citotóxicas contra antígenos tumorais de células cancerosas e contra proteínas do MHC de enxertos de órgãos estranhos.

A maioria das proteínas do MHC de classe I e de classe II presentes na superfície das cé-lulas-alvo possui peptídeos derivados de proteínas próprias na suas fendas de ligação. Para as proteínas do MHC de classe I, os fragmentos são principalmente derivados da degradação citosólica e de proteínas nucleares. Para as proteínas do MHC de classe II, são principalmen-te derivados de proteínas degradadas originadas na membrana plasmática ou nos fluidos ex-

Figura 25-61 O processamento de um antígeno proteico extracelular por uma célula dendríti-ca para apresentação a uma célula T auxiliar. O desenho mostra uma visão simplificada de como o complexo peptídeo-MHC de classe II é formado no endossomo e levado até a superfície celular. Note que a liberação do fragmento da cadeia invariável da fenda de ligação da proteína do MHC de classe II no endossomo é catalisada pela proteína semelhante ao MHC de classe II denominada HLA-DM. As glicoproteínas virais também podem ser processadas por essa via para apresentação para as células T auxiliares. Estas proteínas do envelope viral são produzidas no RE e então inseri-das na membrana plasmática. Embora a maioria dessas glicoproteínas virais seja incorporada no envelope das partículas virais em brotamento, algumas podem entrar no endossomo após a endo-citose e entrar na via do MHC de classe II.

RECONHECIMENTO FEITOPELA CÉLULA T AUXILIAR

TRANSPORTE DO COMPLEXOPEPTÍDEO-CLASSE II DO MHCPARA A MEMBRANA PLASMÁTICA,QUE PODE SER RECONHECIDOPELA CÉLULA T AUXILIAR

Aparelhode Golgi

Rede trans do GolgiCadeia invariante

Proteínade classeII do MHC

Endossomotardio

Endossomoinicial

Concavidade com antígeno proteicoMembranaplasmática

Célula T auxiliar

Céluladendrítica

PROTEÓLISE PARCIAL DO ANTÍGENO PROTEICO E DA CADEIA INVARIANTE, DEIXANDOUM SEGMENTO DA CADEIA INVARIANTE LIGADO À FENDADA PROTEÍNA DO MHC

A PROTEÍNA HLA-DMCATALISA A LIBERAÇÃODE UM FRAGMENTO DACADEIA INVARIANTE QUE SE LIGA AO PEPTÍDEO DERIVADO DO ANTÍGENO

A CADEIA INVARIANTEDIRECIONA A PROTEÍNA DECLASSE II DO MHC PARA OENDOSSOMO TARDIO

ENDOCITOSE E ENDEREÇAMENTOPARA O ENDOSSOMO

HLA-DM

Fragmento de cadeia invariante



tracelulares e que são endocitadas. Somente uma pequena fração de cerca de 105 proteínas do MHC de classe II da superfície de uma célula apresentadora de antígeno terá peptídeos estranhos ligados a ela. Entretanto, mesmo uma única cópia do complexo peptídeo-MHC em uma célula dendrítica é suficiente para ativar uma célula T auxiliar que possui um TCR que liga esse complexo com alta afinidade.

As células T potencialmente eficientes são selecionadas positivamente no timoConforme visto anteriormente, as células T reconhecem os antígenos associados às proteí-nas do próprio MHC, mas não com proteínas estranhas do MHC (ver Figura 25-57): isso sig-nifica que as células T possuem restrição ao MHC. Esta restrição resulta de um processo de seleção positiva durante o desenvolvimento da célula T no timo. Neste processo, as células T imaturas (timócitos) que poderão ser capazes de reconhecer peptídeos estranhos apresen-tados pelas proteínas do próprio MHC são selecionadas para sobreviver e maturar, ao passo que as restantes, as quais não teriam utilidade, são encaminhadas para apoptose. Assim, a restrição ao MHC é uma propriedade adquirida do sistema imune que surge durante o de-senvolvimento das células T no timo.

A maneira mais direta de estudar o processo de seleção é acompanhar o destino de um grupo de células T em desenvolvimento com especificidade conhecida. Isso pode ser fei-to com a utilização de camundongos transgênicos que expressam um determinado par de genes TCR � e � derivados de um clone de células T com especificidade antigênica e de MHC conhecida. Tais experimentos demonstram que as células T transgênicas maturam no timo e povoam os órgãos linfoides periféricos somente se o camundongo transgênico tam-bém expressar a mesma forma alélica da proteína do MHC que é reconhecida pelos TCRs transgênicos. Se o camundongo não expressar a proteína do MHC adequada, as células T transgênicas morrem no interior do timo. Assim, a sobrevivência e a maturação das células T em desenvolvimento dependem de uma combinação entre seu TCR e as proteínas do MHC expressas no timo (as quais têm peptídeos próprios derivados das próprias proteínas ligadas a eles). Experimentos similares utilizando camundongos transgênicos, com expressão do MHC restrita a um tipo celular específico no timo, indicaram que existem proteínas do MHC expressas nas células epiteliais no córtex do timo que são responsáveis por esse processo de seleção positiva (Figura 25-62).

Depois da seleção positiva, as células T deixam o timo, e a manutenção de suas vidas depende da estimulação contínua realizada pelos complexos peptídeo-MHC próprios (e a citocina IL7). Esta estimulação é suficiente para promover a sobrevivência celular, mas não é suficiente para ativar as células T a proliferar e tornarem-se células efetoras ou de memória.

Célulaepitelial cortical

Timócito(célula T imatura)

Célula epitelialmedular

Célula dendrítica

Macrófago

Cápsula

Cápsula

CÓRTEX

MEDULA

(A) (B)

20 �m

Maturaçãocrescente das

células T

Figura 25-62 A organização celular do timo humano. (A) Micrografia de uma secção de um lóbulo tímico corada, mostrando o córtex (exterior) e a medu-la (interior). (B) Diagrama esquemático de um lóbulo mostrando a composição celular. O córtex contém timócitos imaturos e a medula contém timócitos maduros. Os timócitos, os macrófagos e as células dendríticas se desenvolvem de células que migraram da medula óssea. As funções dessas diferentes re-giões e tipos celulares serão discutidas mais adiante, quando veremos como os timócitos em desenvolvimento são sele-cionados para sobreviver. Devido a esse processo de seleção, mais de 95% dos timócitos produzidos no timo morrem por apoptose. As células mortas são ra-pidamente fagocitadas e digeridas pelos macrófagos. (Adaptada de K. Murphy Et al., Janeway’s Immunobiology, 7th ed. New York: Garland Science, 2008.)



Como parte do processo de seleção positiva no timo, as células T em desenvolvimento que expressam TCRs que reconhecem as proteínas do MHC de classe I são selecionadas para tornarem-se células T citotóxicas, enquanto que células T que expressam os TCRs que reco-nhecem proteínas do MHC de classe II são selecionadas para tornarem-se células T auxiliares ou células T reguladoras. Assim, os camundongos que foram geneticamente modificados e que não possuem as proteínas do MHC de classe I em sua superfície perdem, especificamen-te, as células T citotóxicas, enquanto que os camundongos que não possuem as proteínas do MHC de classe II em sua superfície perdem, especificamente, as células T auxiliares e as células T reguladoras. O desenvolvimento das células T reguladoras depende de um grupo especial de células epiteliais da medula tímica denominadas corpúsculos de Hassall.

As células que estão sendo selecionadas de forma positiva, inicialmente expressam os correceptores CD4 e CD8, os quais são necessários ao processo de seleção. Na ausência de CD4, não ocorre o desenvolvimento de células T auxiliares e células T reguladoras, e sem o CD8, as células T citotóxicas não se desenvolvem. Uma vez desenvolvidas, as células T cito-tóxicas perdem o CD4 e as células T auxiliares ou reguladoras perdem o CD8.

Ainda resta um sério problema que não foi resolvido pela seleção positiva. Se as células T auxiliares e citotóxicas em desenvolvimento, com receptores que reconhecem peptídeos próprios em associação a proteínas do próprio MHC, maturam no timo e migram para os órgãos linfoides periféricos, elas poderão causar uma trágica destruição. Um segundo pro-cesso, o de seleção negativa no timo, é necessário para evitar esse desastre em potencial.

Várias células T auxiliares e citotóxicas em desenvolvimento que podem ser ativadas por complexos peptídeo-MHC próprios são eliminadas no timoConforme discutido anteriormente, uma característica fundamental do sistema imune adaptativo é que ele pode distinguir entre o que lhe é próprio e o que não é, e normalmen-te não reage contra suas próprias moléculas. Um mecanismo importante para a obtenção desse estado de autotolerância imunológica é a deleção, no timo, das células T auxiliares e citotóxicas autorreativas em desenvolvimento – isto é, as células T cujos TCRs se ligam com força suficiente ao complexo de peptídeos próprios e às proteínas do próprio MHC para tornarem-se ativados. Conforme será discutido adiante, uma vez que a maioria das células B necessita da ajuda das células T auxiliares para responder ao antígeno, a eliminação das células T auxiliares autorreativas também serve para garantir que as células B autorreativas que escapam dos mecanismos responsáveis pela indução de tolerância das células B sejam inofensivas (ver Figura 25-13).

Antes de discutirmos o processo de seleção negativa, que remove as células T autor-reativas do timo, será interessante observar a lógica por trás do sistema de duas etapas que culmina na seleção de uma pequena fração de células T em desenvolvimento que expressam um TCR que se liga fracamente, e não com alta afinidade, à proteína do próprio MHC que porta um peptídeo próprio. Como ilustrado na Figura 25-63, acredita-se que a produção de um grande repertório de tais células T garanta que pelo menos algumas células T sejam capazes de se ligar fortemente a um complexo contendo um peptídeo estranho com a mes-ma proteína do MHC, ativando a resposta imune adaptativa. Entretanto, é lógico que não é suficiente o timo selecionar somente as células T que reconhecem as próprias proteínas do

Figura 25-63 Diagrama esquemático mostrando como um TCR é seleciona-do no timo devido a sua fraca ligação com uma proteína do MHC própria complexada com um peptídeo próprio que se liga fortemente à mesma pro-teína do MHC ligada a um peptídeo estranho. Devido à fraca ligação do peptídeo próprio ao complexo e à au-sência do peptídeo estranho no timo, uma célula T expressando este TCR no timo será positivamente selecionada e evitará a seleção negativa.

TCR

Peptídeopróprio

Peptídeoestranho

Proteína do próprio MHC

FRACA LIGAÇÃONO TIMO

FORTE LIGAÇÃO NOSÓRGÃOS LINFOIDES

PERIFÉRICOS



MHC; ele tem que selecionar negativamente as células T citotóxicas e auxiliares que poder tornar-se ativadas pelas próprias proteínas do MHC associadas a peptídeos próprios nos ór-gãos linfoides periféricos. Assim, a meta desejada é alcançada (1) assegurando-se a morte das células T auxiliares e citotóxicas que se ligam fortemente ao complexo peptídeo-MHC próprio no timo, enquanto (2) promove-se a sobrevivência das células com ligações fracas e (3) permite-se a morte daquelas que absolutamente não fazem ligações. O processo 2 consti-tui a principal parte da seleção positiva recém-discutida. O processo 1 é chamado de seleção negativa, ou deleção clonal no timo (ver Figura 25-13). Nos processos 1 e 3, as células mor-rem por apoptose (Figura 25-64).

A evidência mais convincente da seleção negativa no timo é proveniente, uma vez mais, de experimentos realizados com camundongos transgênicos. O estabelecimento de trans-gênicos para o TCR que reconhecem antígenos peptídicos específicos de machos, por exem-plo, resulta em um grande número de células T maduras expressando o receptor transgênico no timo e nos órgãos linfoides de uma fêmea, a qual não expressa o peptídeo. No entanto, poucos foram encontrados no camundongo macho, no qual as células T morrem no timo antes de terem a chance de maturar. Assim como na seleção positiva, a seleção negativa re-quer a interação de TCRs e correceptores CD4 ou CD8 com a proteína adequada do MHC. Ao contrário da seleção positiva das células T auxiliares e citotóxicas em desenvolvimento, que ocorre principalmente na superfície das células epiteliais do córtex tímico, a seleção negativa destas células ocorre na medula tímica, principalmente na superfície das células dendríticas e dos macrófagos, que são descendentes de células que migraram da medula óssea para o timo.

Algumas proteínas órgão-específicas são expressas ectopicamente na medula tímicaApós a descoberta da seleção negativa das células T em desenvolvimento no timo, os imu-nologistas se perguntaram como as células T evitam as respostas contra as proteínas pró-prias que não estão presentes no timo. Uma explicação é que algumas células T autorreati-vas são deletadas ou funcionalmente inativadas após deixarem o timo. Isto ocorre quando as células reconhecem os próprios peptídeos ligados às proteínas do MHC na superfície das células dendríticas que não foram ativadas pelos patógenos e não fornecem os sinais ativadores adequados. Isso também pode ocorrer com as células T reguladoras na periferia que impedem a atividade de algumas células T efetoras autorreativas. Esses dois mecanis-

Figura 25-64 Resultado da seleção positiva e negativa no timo. As células com TCRs que podem ser capazes de responder a peptídeos estranhos em associação a proteínas próprias do MHC (ver Figura 25-63) são positivamente selecionadas: elas sobrevivem, amadu-recem e migram para os órgãos linfoi-des periféricos. Todas as outras células sofrem apoptose, por não expressarem o TCR que reconhece a proteína do pró-prio MHC ligada a um peptídeo próprio ou por reconhecerem tais complexos tão bem que sofrem seleção negativa.

Embora não apresentado, as células que sofrem seleção positiva inicialmen-te expressam tanto os correceptores CD4 como os CD8. Durante o processo de seleção positiva, as células T auxi-liares (TH), as células T citotóxicas (TC) e as células T reguladoras (Treg) divergem parcialmente por mecanismos que não são bem compreendidos. Neste pro-cesso, as células auxiliares e as células reguladoras desenvolvem-se e expres-sam CD4, mas não CD8, e reconhecem peptídeos estranhos em associação às proteínas do MHC de classe II, enquanto as células citotóxicas desenvolvem-se e expressam CD8, mas não CD4, e reco-nhecem peptídeos estranhos em asso-ciação às proteínas do MHC de classe I.

MORTE PORNEGLIGÊNCIA

TCRs que nãoreconhecem oMHC próprio +

peptídeo próprio

SELEÇÃO NEGATIVA(marcado para morrer)

TCRs com intensoreconhecimento

do MHC próprio +peptídeo próprio

DIVERSIFICAÇÃO DOS RECEPTORES DE CÉLULAS T (TCRs)

MORTE PORNEGLIGÊNCIA

Ausência deexpressão

de TCRs

Célula apoptótica

Célula precursora

TH

SELEÇÃO POSITIVA(marcado para sobreviver)

TCRs com fracoreconhecimento do

MHC próprio +peptídeo próprio

SOBREVIVÊNCIAe

MATURAÇÃO

Para os órgãos linfoides periféricos

TH TC TC Treg Treg



mos são exemplos de tolerância periférica, porque, diferentemente da deleção das células T no timo (tolerância central), eles ocorrem após as células T deixarem o timo (ver Figura 25-13).

Recentemente, uma terceira explicação foi descoberta. Uma classe especial de células epiteliais da medula tímica expressa ectopicamente proteínas que se acreditava previamen-te serem expressas somente fora do timo, em órgãos específicos: a insulina, por exemplo, a qual é produzida por células � do pâncreas, também é produzida por uma pequena sub-população de células epiteliais da medula tímica. A expressão ectópica de muitas dessas proteínas, incluindo a insulina, depende de uma proteína nuclear denominada regulado-ra autoimune (AIRE, autimmune regulater), a qual é especificamente expressa nas mesmas células epiteliais da medula tímica. A inativação do gene que codifica a AIRE em camun-dongos ou no homem resulta em uma doença auto-imune de multiplos órgãos, indicando a importância da tolerância central dependente da AIRE para, pelo menos, algumas proteínas próprias órgão-específicas. Ainda é um mistério a forma pela qual a AIRE promove esta ex-pressão ectópica de genes na medula tímica.

As funções das proteínas do MHC explicam seu polimorfismoO papel das proteínas do MHC na ligação com peptídeos estranhos e na apresentação des-tes às células T fornece uma explicação para o alto polimorfismo observado nestas proteí-nas. Na disputa evolutiva entre os patógenos e o sistema imune adaptativo, os patógenos tendem a mudar seus antígenos para evitar a associação com as proteínas do MHC. Quan-do um patógeno tem sucesso, pode se alastrar em uma população, causando uma epide-mia. Nesta circunstância, os poucos indivíduos que possuem uma nova proteína do MHC que pode se associar ao antígeno alterado de um patógeno têm uma grande vantagem se-letiva. Além disso, os indivíduos que possuem dois alelos quaisquer diferentes do lócus do MHC (heterozigoto) apresentam uma chance muito maior de serem resistentes a essa in-fecção do que aqueles que apresentam alelos idênticos do lócus, uma vez que os primeiros apresentam uma capacidade aumentada para apresentar peptídeos de uma ampla gama de patógenos. Assim, este tipo de seleção tende a promover e manter a alta diversidade das proteínas do MHC na população. Fortes evidências para a hipótese de que as doenças infecciosas ocasionam o alto polimorfismo do MHC vêm de estudos realizados no oeste da África. Nesta região, foi demonstrado que indivíduos com alelos do MHC específicos apre-sentavam suscetibilidade reduzida a uma forma grave de malária. O alelo é encontrado em 25% da população da África Ocidental, onde essa forma de malária é comum, embora seja raro nas outras regiões.

Se a alta diversidade do MHC significa alta resistência a infecções, por que possuímos tão poucos genes que codificam para estas moléculas? Por que não desenvolvemos estraté-gias para aumentar a diversidade das proteínas do MHC – por meio do splicing alternativo do RNA, por exemplo, ou por mecanismos de recombinação genética que são utilizados para diversificar os anticorpos e os TCRs? É provável que existam limites, pois a cada vez que uma nova proteína do MHC é adicionada ao repertório, é necessário eliminar as células T que re-conhecem os peptídeos a elas associados, para manter a tolerância. A eliminação dessas cé-lulas T retiraria a vantagem de introduzir-se uma nova proteína do MHC. Assim, acredita-se que o número de proteínas do MHC que expressamos pode representar um equilíbrio entre a vantagem de apresentar um amplo espectro de peptídeos estranhos para as células T e a desvantagem de restringir severamente o repertório de células T durante a seleção negativa no timo. Esta explicação tem como base estudos de modelagem molecular.

ResumoExistem três principais classes de células T funcionalmente distintas. As células T citotóxicas matam células infectadas diretamente induzindo-as a entrar em processo de apoptose. As células T auxilia-res auxiliam na ativação de células B para produzir respostas de anticorpos, de células T citotóxicas para matar suas células-alvo, de células dendríticas para estimular uma resposta de células T e de macrófagos mais potentes para destruir micro-organismos que os tenham invadido ou que tenham sido por eles internalizados. Finalmente, as células T reguladoras impedem a atividade das células T efetoras e das células dendríticas, sendo cruciais para a autotolerância.

Todos os tipos de células T expressam receptores semelhantes a anticorpos (TCRs) de superfície celular, os quais são codificados por genes que são rearranjados a partir de múltiplos segmentos gê-nicos durante o desenvolvimento da célula T no timo. Os TCRs reconhecem fragmentos de proteínas



estranhas que são apresentados na superfície da célula hospedeira em associação a proteínas do MHC. As células T são ativadas nos órgãos linfoides periféricos por células apresentadoras de antí-geno, as quais expressam complexos peptídeo-MHC, proteínas coestimuladoras e várias moléculas de adesão célula-célula em sua superfície. As mais potentes células apresentadoras de antígeno são as células dendríticas, as quais são especializadas na apresentação de antígenos estranhos e são necessárias à ativação das células T virgens.

As proteínas do MHC de classe I e de classe II desempenham um papel crucial na apresentação de antígenos proteicos estranhos para as células. As proteínas do MHC de classe I apresentam antí-genos estranhos para as células T citotóxicas, e as proteínas de classe II, para as células T auxiliares e reguladoras. Enquanto as proteínas de classe I são expressas por quase todas as células de verte-brados, as proteínas de classe II normalmente estão restritas aos tipos celulares que interagem com as células T auxiliares, como as células dendríticas, os macrófagos e os linfócitos B.

Ambas as classes de proteínas do MHC possuem uma única fenda de ligação ao peptídeo, à qual se ligam os pequenos fragmentos peptídicos derivados das proteínas. Cada proteína do MHC pode ligar-se a um grande grupo de peptídeos, os quais são constantemente produzidos intracelu-larmente por meio da degradação de proteínas. Entretanto, as proteínas do MHC de classe I geral-mente ligam fragmentos produzidos no citosol, enquanto as proteínas do MHC de classe II ligam os fragmentos produzidos nos compartimentos endocíticos. Após terem sido formados no interior da célula-alvo, os complexos peptídeo-MHC são transportados para a superfície celular. Os complexos que contiverem o peptídeo derivado de uma proteína estranha são reconhecidos pelos TCRs, que interagem tanto com o peptídeo como com as paredes da fenda de ligação ao peptídeo da molécula do MHC. As células T também expressam os correceptores CD4 e CD8, que reconhecem, simulta-neamente, regiões não-polimórficas das proteínas do MHC na célula apresentadora de antígeno ou na célula-alvo. As células T auxiliares e as células reguladoras expressam o CD4, que reconhece proteínas do MHC de classe II, enquanto as células T citotóxicas expressam o CD8, que reconhece proteínas do MHC de classe I.

A combinação dos processos de seleção positiva e negativa atua durante o desenvolvimento das células T no timo para moldar o repertório dos TCRs. Estes processos auxiliam a garantir que somente células T com receptores de superfície potencialmente úteis sobrevivam e maturem, enquanto todas as outras morrem por apoptose. Primeiro, as células T que podem responder aos peptídeos complexados com as proteínas do próprio MHC são positivamente selecionadas. Subsequentemente, as células T desse grupo que reagem fortemente com os peptídeos próprios complexados com proteínas do próprio MHC são eliminadas. As células T auxiliares e citotóxicas que deixam o timo com receptores que podem reagir com autoantígenos são eliminadas, funcio-nalmente inativadas ou suprimidas quando reconhecem autoantígenos em células dendríticas não-ativadas.

CÉLULAS T AUXILIARES E ATIVAÇÃO DE LINFÓCITOSAs células T auxiliares são indiscutivelmente as células mais importantes na imunidade adaptativa, uma vez que são necessárias à maioria das respostas imunes adaptativas. Elas não só auxiliam na ativação das células B para secretarem anticorpos, mas também auxi-liam os macrófagos a destruir os patógenos internalizados e auxiliam as células T citotóxicas ativadas a matar as células-alvo infectadas, estimulando as células dendríticas a ativarem células T citotóxicas virgens mais eficientemente. Conforme demonstrado de forma dramá-tica nos pacientes portadores de AIDS, sem células T auxiliares não podemos nos defender contra vários micróbios que normalmente são inofensivos.

As células T auxiliares, no entanto, podem atuar somente quando estimuladas a torna-rem-se células efetoras. As células auxiliares virgens são ativadas na superfície celular das células dendríticas, as quais são ativadas durante a resposta imune inata em decorrência de uma infecção. As respostas inatas, principalmente via células dendríticas ativadas, também determinam em que tipo de célula efetora a célula T vai se transformar, e, assim, determi-nam a natureza da resposta imune adaptativa decorrente.

Nesta seção final, discutiremos os múltiplos sinais que auxiliam na ativação de uma cé-lula T e como uma célula T auxiliar, uma vez ativada, torna-se uma célula efetora e auxilia a ativação de outras células. Também consideraremos como as respostas imunes inatas deter-minam a natureza das respostas adaptativas por meio da estimulação de células T auxiliares para diferenciarem-se em diferentes tipos de células efetoras. Finalmente, discutiremos a provável origem evolutiva da superfamília de proteínas Ig, as quais incluem proteínas do MHC, anticorpos e TCRs.



As células dendríticas ativadas usam múltiplos mecanismos para ativar as células TQuando uma célula dendrítica é ativada durante uma infecção, ela muda sua forma e seu comportamento migratório, aumenta as quantidades de proteínas do MHC apresentadas na sua superfície, ativa suas vias de processamento do antígeno e inicia a produção de proteí-nas de superfície celular coestimuladoras e citocinas secretadas (incluindo quimiocinas). As mudanças dramáticas também capacitam as células dendríticas a migrarem para os órgãos linfoides periféricos e ativarem as células T a tornarem-se células efetoras.

Inicialmente, as células dendríticas sinalizam para as células T através dos receptores de células T (TCRs), os quais ligam peptídeos estranhos complexados a proteínas do MHC de classe II na superfície da célula dendrítica oposta. Entretanto, o TCR não atua sozinho na transmissão do sinal para a célula T. Ele é auxiliado por um complexo de proteínas trans-membrana invariáveis denominadas CD3, às quais o TCR se associa (Figura 25-65). Além disso, o correceptor CD4 em uma célula T auxiliar ou reguladora e o correceptor CD8 em uma célula T citotóxica se ligam à mesma proteína do MHC, à qual o TCR se ligou, e também de-sempenham um papel crucial na transmissão do sinal, como ilustrado na Figura 25-66.

Além da sinalização através do TCR e suas proteínas associadas e correceptores, as pro-teínas coestimuladoras da superfície das células dendríticas ligam-se a outros receptores da superfície das células T. Entre as proteínas coestimuladoras das células dendríticas ativadas, estão as proteínas B7, as quais são reconhecidas pela proteína coreceptora CD28 da super-fície da célula T. Uma vez ativada, a própria célula T expressa uma proteína coestimuladora denominada ligante CD40, a qual atua no receptor CD40 da superfície da célula dendrítica

Figura 25-65 O TCR e seu complexo CD3 associado. Todas as cadeias polipeptídicas do CD3 (represen-tadas em verde), exceto pelas cadeias (zeta), possuem um domínio extracelular semelhante a Igs, sendo, assim, membros da superfamília das Igs. Todos os quatro tipos de cadeias polipeptídicas CD3 formam he-terodímeros ou homodímeros (como representado) e são rapidamente fosforilados nas tirosinas de seus domínios intracelulares após a ativação do TCR (não-apresentado). Algumas dessas tirosinas fosforiladas atuam como sítios de ancoramento para as proteínas de sinalização intracelular, como apresentado na Figura 25-66.

Receptor de célula T (TCR)

CITOSOL

� � � �

� �

� ��

� �

CD3

CD3

CD3

ZAP70

Lckativado

Célula T

Ativação da célula T

Célula dentrítica

MHCCD4 ou CD8

Peptídeoestranho

� ��

� �

ZAP70

� ��

� �

ZAP70 ativado

Ligação de um TRC e um correceptor CD4 ou CD8 a um

complexo peptídeo –MHC ativa Lck

Lck ativado fosforila tirosinasem todas as cadeias

polipetídicas CD3

ZAP70 liga-se a tirosinasfosforiladas na cadeia � e é

fosforilado e ativado pelo Lck

Membrana plasmática Citosol

P P PPP P P P

P P PP

P P

TCR

Figura 25-66 Os eventos de sinalização iniciados pela ligação dos complexos peptídeo-MHC aos TCRs. Quando os TCRs (e o CD3) são agregados pela ligação com os complexos peptídeo-MHC em uma célula dendrítica, as moléculas CD4 das células T auxiliares ou as moléculas CD8 das células T citotóxicas também são agregadas a eles, ligando-se a porções invariáveis da mesma molécula do MHC de classe II ou de classe I, respectivamente, na célula dendrítica. Isto faz com que a tirosina-cinase Lck citoplasmática, semelhante à Src, aproxime-se e ative o complexo. A ativação da Lck também depende de uma proteína tirosina fosfatase transmembrana da superfície das células T denominada CD45, a qual remove as fosfatases inibidoras da Lck (não-apresentada). Uma vez ativada, a Lck inicia a cascata de fosforilação das tirosinas, fosforilando as tirosinas de toda a cadeia do complexo CD3. As fosfotirosinas da cadeia do complexo CD3 agora atuam como sítios de ancoramento para outras tirosina-cinases citoplasmáticas denominadas

ZAP70. A Lck fosforila e então ativa a ZAP70. Apesar de não estar representada, a ZAP-70 fosforila tirosinas na cauda de outras proteínas transmembrana (denomi-nadas LAT), que irão funcionar como sítios de ancoramento para uma série de proteí-nas adaptadoras e enzimas. Estas proteínas auxiliam na transmissão de sinais para o núcleo e para outras partes da célula pela ativação do fosfolipídio inositol e da via de sinalização das MAP-cinases (discutido no Capítulo 15), assim como as GTPases da fa-mília Rho, que regulam o citoesqueleto de actina (discutido no Capítulo 16).



para aumentar e manter a ativação da célula dendrítica, criando uma associação positiva que amplifica a resposta da célula T.

Uma vez ligada à superfície da célula dendrítica, uma célula T aumenta a força de liga-ção pela ativação da proteína de adesão integrina, a qual tende a ligar-se mais fortemente ao seu ligante semelhante a Igs da superfície da célula dendrítica. Esse aumento da adesão permite que a célula T permaneça ligada à célula apresentadora de antígeno por tempo su-ficiente para tornar-se ativada.

Esta sinalização inicial através de TCR e proteínas associadas ativa a reunião de uma si-napse imunológica na interface entre a célula T e a célula dendrítica. Nessas estruturas-al-vo, os TCRs e suas subunidades do CD3 associadas, correceptores e proteína de sinalização intracelular estão agrupadas no centro, com as proteínas de adesão célula-célula formando um anel periférico. Estruturas similares se formam quando uma célula T efetora ou citotóxi-ca interage com a célula-alvo. Nem todos os TCRs das sinapses se ligam aos peptídeos estra-nhos complexados com a proteína do MHC; alguns se ligam aos peptídeos próprios ligados à proteína do MHC, e esses TCRs também contribuem para a ativação da célula T (lembre que todas as células T são inicialmente selecionadas de forma positiva no timo por seu fraco reconhecimento de tais complexos peptídeo MHC -próprio.

A ação combinada dos vários sinais discutidos estimula a célula T a proliferar e a come-çar a diferenciar-se em célula efetora por meio de um mecanismo indireto curioso. Os sinais estimulam a autoproliferação e a diferenciação das células T, que são induzidas a secretar uma citocina denominada interleucina-2 (IL2) e, simultaneamente, a sintetizar receptores de superfície celular de alta afinidade, com os quais se ligam. A ligação da IL2 aos receptores de IL2 ativa a via de sinalização intracelular, que ativa os genes que auxiliam as células T a proliferarem e a diferenciarem-se em células T efetoras (Figura 25-67). Embora algumas células T não produzam IL2, enquanto elas estiverem ativadas pelo antígeno e, portanto, expressarem o receptor IL2, elas podem auxiliar a proliferação e a diferenciação por IL2 pro-duzida por células T ativadas vizinhas. A IL2 também desempenha um papel importante no desenvolvimento das células T reguladoras no timo, porque sem ela essas células não se desenvolvem.

As células dendríticas não são apenas importantes para a ativação das células T, elas também são importantes para a inativação ou a eliminação de células T autorreativas. Quan-do as células T reconhecem complexos peptídeo MHC-próprios na superfície das células dendríticas que não foram ativadas por um patógeno, elas são inativadas, de modo que não respondem mais ao complexo peptídeo-MHC, mesmo em células dendríticas ativadas, ou proliferam rapidamente e então morrem por apoptose. Esses dois mecanismos de deleção clonal ou inativação clonal contribuem para a autotolerância periférica. As células dendríti-cas também contribuem para a autotolerância periférica ativando células T reguladoras, as quais então suprimem a atividade de células T efetoras autorreativas, embora os detalhes de como as células dendríticas ativam seletivamente as células T reguladoras ainda sejam pouco entendidos (ver Figura 25-13).

A ativação das células T é controlada por retroalimentação negativaDurante os múltiplos passos da ativação da célula T, a célula passa a expressar uma proteína de superfície denominada CTLA4, que atua inibindo a sinalização intracelular. Esta proteína assemelha-se ao CD28, e, como o CD28, liga-se a proteínas B7 da superfície das células den-dríticas ativadoras (ver Figura 25-67). O CTLA4 se liga a B7 com afinidade muito superior do

Céluladendríticaativada

Peptídeoestranho

ATIVAÇÃOPROLIFERAÇÃO

E DIFERENCIAÇÃO

IL2

Receptor de IL-2

Célula Tativada

Células Tefetoras

Célula Tem repouso

T

T

T

T

Proteínado MHC

TCR

B7 CD28

Figura 25-67 O estímulo das células T pela IL-2. Este modelo pode ser aplicado para as células T auxiliares ou citotóxicas, pelo menos em cultura. A combinação dos complexos peptí-deo-MHC e a molécula coestimuladora B7 (seja B7-1 ou B7-2, também denomi-nadas CD80 e CD86, respectivamente) na superfície de uma célula dendrítica ativa auxilia na estimulação da célula T em repouso para produzir receptores de alta afinidade para a IL-2 e secretar IL-2. A ligação da IL-2 com seus receptores auxilia na estimulação da célula T, que irá proliferar e diferenciar-se em células efetoras. As várias proteínas associadas aos TCRs (ver Figura 25-65) não estão representadas.



que ao CD28 e, quando esta interação ocorre, a atividade de ativação do CD28 é bloqueada, fornecendo uma retroalimentação negativa que interrompe o processo de ativação, colo-cado-o em xeque. Assim, camundongos com o gene Ctla4 rompido morrem com acúmulo maciço de células T ativadas.

A Tabela 25-3 resume alguns dos correceptores e proteínas acessórias encontradas na superfície das células T discutidas neste capítulo.

A maioria das células T (e B) efetoras produzidas durante uma resposta imune preci-sa ser eliminada após ter cumprido seu trabalho. Embora a maioria das células morra por apoptose, os mecanismos extracelulares responsáveis por sua eliminação ainda não são bem compreendidos. Uma possibilidade é que, à medida que os níveis de antígenos e a resposta diminuem, as células T efetoras deixam de ser estimuladas pelos antígenos e pelas citocinas que elas necessitam para sobreviver, de modo que somente as células de memória e algu-mas células efetoras de vida longa sobrevivem. A morte das células T efetoras, entretanto, não ocorre somente pela falta de sinais de sobrevivência. No caso das células T citotóxicas efetoras, por exemplo, a citocina interferon-� (IFN�) desempenha um importante papel na indução da morte celular. Como as células T citotóxicas efetoras produzem IFN� (ver Figura 25-60), esta é outra fonte de retroalimentação negativa.

Antes de considerar como das células T auxiliares efetoras potencializam a ativação dos macrófagos e das células B, precisamos discutir as duas subclasses funcionalmente diferen-tes de células T auxiliares efetoras, as células TH1 e TH2, e como elas são geradas.

A subclasse de célula T auxiliar efetora determina a natureza da resposta imune adaptativaQuando uma célula dendrítica ativada ativa uma célula T auxiliar virgem nos órgãos linfoides periféricos, a célula T pode diferenciar-se em célula T auxiliar efetora TH1 ou TH2. O resultado depende da afinidade do TCR da célula dendrítica pelo complexo peptídeo-MHC, da densi-dade do complexo na superfície da célula dendrítica e da natureza da célula dendrítica.

As duas principais subclasses de células T auxiliares efetoras podem ser distinguidas por meio das citocinas que secretam. As células TH1 secretam IFN� e o fator de necrose tu-moral-� (TNF-�, tumor necrosis factor-�), que ativarão os macrófagos para matarem micró-bios localizados dentro dos fagossomos dos macrófagos. Elas irão também ativar as células T citotóxicas para matar em células infectadas. Desse modo, as células TH1 irão defender um organismo, principalmente, contra patógenos intracelulares. Entretanto, elas também estimulam as células B a secretar subclasses específicas de anticorpos do tipo IgG, os quais podem revestir os micróbios extracelulares e ativar o complemento, auxiliando na elimina-ção de micróbios extracelulares.

Tabela 25-3 Algumas proteínas acessórias na superfície das células T

PROTEÍNA* SUPERFAMÍLIA EXPRESSA EM LIGANTE SOBRE A CÉLULA-ALVO FUNÇÕES

Complexo CD3 Ig (exceto para ) Todas as células T _ Auxilia na transdução de sinais, quando os complexos antígeno-MHC ligam-se aos TCRs; auxilia no transporte dos TCRs para a superfície celular

CD4 Ig Células T auxiliares e células T reguladoras

MHC de classe II Promove a adesão entre as células dendríticas e as células-alvo

CD8 Ig Células T citotóxicas MHC de classe I Promove a adesão entre as células dendríticas e as células-alvo infectadas; sinalização das células T

CD28 Ig A maioria das células T Proteínas B7 (CD80 e CD86) Auxilia na ativação das células TCTLA4 Ig Células T ativadas Proteínas B7 (CD80 e CD86) Inibe a ativação das células TLigante CD40 família do ligante

FasCélulas T auxiliares

efetorasCD40 Proteína coestimuladora que auxilia

na ativação de macrófagos, células B e células dendríticas

*CD significa grupo de diferenciação, de cluster of differentiation, uma vez que cada proteína CD foi originalmente definida como “antígeno de diferenciação” reconhecido por múltiplos anticorpos monoclonais. Sua identificação resultou de estudos em grande escala realizados em colaboração nos quais centenas desses anticorpos, gerados em vários laboratórios, foram comparados e determinados em poucos grupos (clusters), cada um reconhecendo uma única proteína de superfície celular. Desde os estudos iniciais, mais de 240 proteínas CD já foram identificadas.



As células TH2, por outro lado, defendem o organismo, principalmente, contra patóge-nos extracelulares, incluindo micróbios e parasitas extracelulares. Elas secretam uma varie-dade de citocinas, incluindo as interleucinas 4 e 10 (IL4 e IL10) e irão estimular as células B a produzir a maioria das classes de anticorpos, incluindo IgM, IgA, IgE e algumas subclasses de IgG. Alguns desses anticorpos se ligam a mastócitos, a basófilos e a eosinófilos. Quando ativadas pela ligação do antígeno, estas células liberam localmente mediadores que causam espirros, tosse ou diarreia e auxiliam na expulsão de micróbios extracelulares e de parasitas maiores das superfícies epiteliais do corpo.

Assim, a decisão das células T auxiliares virgens de diferenciarem-se em células efe-toras TH1 ou TH2 influencia o tipo de resposta imune adaptativa que será montada con-tra o patógeno, se este será dominado pela ativação de macrófagos ou pela produção de anticorpos. As citocinas específicas presentes durante o processo de ativação das células T auxiliares influenciam no tipo de célula efetora que será produzida. Algumas bactérias intracelulares, por exemplo, estimulam as células dendríticas a produzir IL12, a qual induz o desenvolvimento das células TH1 e, portanto, a ativação de macrófagos. Conforme espe-rado, os camundongos deficientes em IL12 ou seu receptor são mais suscetíveis a infecções bacterianas do que os camundongos normais. Vários parasitas, protozoários e vermes, ao contrário, estimulam células dendríticas a expressar a proteína Jagged em sua superfície. A Jagged é um ligante ativador do receptor Notch (discutido no Capítulo 15) da superfície das células T, e a sinalização resultante de Notch auxilia na indução do desenvolvimento de células TH2 e na produção de IL4. As células TH2 e a IL4 estimulam a produção de anti-corpos e a ativação de eosinófilos, ocasionando a expulsão do parasita (Figura 25-68). IL4 também gera uma retroalimentação positiva como potente indutor do desenvolvimento das células TH2.

Uma vez formadas as células TH1 ou TH2 efetoras, ocorre a inibição da diferenciação do outro tipo de célula T auxiliar. O IFN� produzido pelas células TH1 inibe o desenvolvimento das células TH2, enquanto a IL4 e a IL10, produzidas pelas células TH2, inibem o desenvol-vimento das células TH1. Assim, no decorrer das respostas, ocorre um reforço da escolha inicial pelo seu próprio efeito na resposta de outras células T vizinhas.

Indivíduos infectados com o Mycobacterium leprae, a bactéria que causa a lepra, de-monstram a importância da decisão TH1/TH2. Esta bactéria replica, principalmente, dentro de macrófagos e causa duas formas de doença, dependendo principalmente do perfil gené-tico do indivíduo infectado. A forma tuberculoide da doença acomete alguns pacientes. As

TH1

B B

Parasito(patógeno B)

Expulsãodo parasito

Anticorposantiparasitos

Pele Intestino

Célula Befetora

Célula TH2 efetoraCélula TH1 efetora

ATIVAÇÃO DA CÉLULA TH1 ATIVAÇÃO DA CÉLULA TH2

IL12

IL-4Células T auxiliares virgens

Moléculas co-estimulatórias (B7)

Célulasdendríticas

ativadas

Micróbio morto

Célulasdendríticas imaturas

Patógeno A no fagossomo

Antígeno endocitado do patógeno BPeptídeo do

patógeno nafenda da

proteína declasse II do MHC

Micróbio(patógeno A)

ÓRGÃO LINFOIDE PERFIFÉRICO

LOCAL DEINFECÇÃO

Macrófago

TH1TH TH

TH2

Jagged

Notch

Célula B virgemou de memória

Figura 25-68 A ativação das células TH1 e TH2. A diferenciação das células T auxiliares virgens em células efetoras TH1 ou TH2 determina a natureza das respostas imunes adaptativas sub-sequentes. Para uma célula T auxiliar virgem tornar-se uma célula TH1 ou TH2, depende, principalmente, das proteínas sinalizadoras presentes no momento em que uma célula dendrítica ativada em um órgão linfoide periférico es-timula uma célula T auxiliar. Os tipos de proteínas sinalizadoras produzidas dependem do microambiente e da na-tureza do patógeno que ativou a célula dendrítica no local de infecção. A IL12 secretada pelas células dendríticas ati-vadas promove o desenvolvimento de células TH1. Os dois ligantes transmem-brana, Notch e Jagged, da superfície das células dendríticas ativadas e a IL4 produzida por basófilos, mastócitos e células TH2 promovem o desenvolvi-mento em células TH2. Nesta figura, a célula TH1 efetora, produzida nos órgãos linfoides periféricos, migra para o local de infecção e auxilia o macrófago a ma-tar os micróbios que foram fagocitados. A célula TH2 efetora permanece nos órgãos linfoides e auxilia na ativação de células B para produzirem anticorpos contra o parasita. Além da ligação dos anticorpos aos parasitas, os anticorpos ligam-se aos receptores Fc de mastóci-tos, basófilos e eosinófilos (ver Figura 25-27), os quais auxiliam na expulsão dos parasitas do intestino. Embora não esteja aqui representado, as células TH1 também auxiliam na ativação das célu-las B na produção de anticorpos.



células TH1 desenvolvem-se e estimulam os macrófagos infectados a matar as bactérias. Isto induz uma reação inflamatória local, que danifica a pele e os nervos, o que resulta em uma doença crônica que progride lentamente, mas que não mata o hospedeiro. Diferentemente, em outros pacientes, ocorre a forma lepromatosa da doença. As células TH2 desenvolvem-se e estimulam a produção de anticorpos. Como os anticorpos não podem atravessar a mem-brana plasmática para atacar a bactéria intracelular, a bactéria prolifera de forma descontro-lada e eventualmente pode matar o hospedeiro. Por razões desconhecidas, há também uma redução geral da imunidade mediada por células T contra a maioria dos antígenos na forma lepromatosa da doença.

Células T auxiliares também podem desenvolver-se em um terceiro tipo de célula efetora, recentemente descrito, denominado célula TH17, pois secreta a interleucina pró-inflamatória IL17. As células TH17 auxiliam na defesa contra patógenos extracelulares, mas também desempenham um papel importante em muitas doenças autoimunes. Elas se de-senvolvem quando algumas células T auxiliares são ativadas pelo antígeno na presença de TGF� e de IL6.

As células TH1 ativam macrófagos infectados e estimulam uma resposta inflamatóriaOs macrófagos e as células dendríticas ingerem os patógenos e seus produtos no local de infecção. As células dendríticas tornam-se ativadas e carregam antígenos microbianos para os órgãos linfoides periféricos, onde, preferencialmente, induzem o desenvolvimento de cé-lulas TH1. As células TH1 migram para os locais de infecção para auxiliar na ativação dos macrófagos infectados (ver Figura 25-68).

As células TH1 efetoras usam dois sinais para ativar macrófagos específicos que reco-nhecem. Elas secretam IFN�, que se liga aos receptores de IFN� na superfície dos macró-fagos, e apresentam a proteína coestimuladora, o ligante de CD40, que se liga ao CD40 no macrófago (Figura 25-69). (Veremos a seguir que o ligante de CD40 também é utilizado pelas células T auxiliares para ativar as células B.) Uma vez ativados, os macrófagos po-dem matar os micróbios em seus fagossomos: os lisossomos podem agora fusionar-se mais eficientemente com os fagossomos, desencadeando o ataque hidrolítico, e os ma-crófagos ativados produzem radicais de oxigênio e de óxido nítrico, ambos altamente tó-xicos para os micróbios (conforme discutido no Capítulo 24). Como as células dendríticas também expressam o CD40, as células TH1 nos locais de infecção também podem ativá-las, resultando em um aumento na produção de proteínas do MHC de classe II, nas pro-teínas coestimuladoras B7 e em várias outras citocinas, especialmente a IL12. Isto as torna mais efetivas na estimulação da diferenciação de células T auxiliares virgens em células TH1 efetoras nos órgãos linfoides periféricos, proporcionando um sinal de retroalimenta-ção positiva que aumenta a produção das células TH1 e, consequentemente, a ativação de macrófagos.

As células efetoras TH1 estimulam uma resposta inflamatória (discutido no Capítulo 24) por meio do recrutamento de mais células fagocíticas para o local de infecção. Elas o fazem de três maneiras:

1. Secretam citocinas que agem na medula óssea para aumentar a produção de monó-citos (precursores de macrófagos que circulam no sangue) e de neutrófilos.

2. Secretam outras citocinas que ativam as células endoteliais revestindo os vasos san-guíneos locais a expressarem moléculas de adesão celular, fazendo com que os mo-nócitos e os neutrófilos do sangue fiquem aderidos a elas.

3. Secretam quimiocinas que direcionam a migração de monócitos e de neutrófilos aderentes da corrente sanguínea para o local de infecção.

As células TH1 também podem auxiliar na ativação das células T citotóxicas nos órgãos linfoides periféricos, produzindo quimiocinas que atraem as células citotóxicas para o local de interação entre as células TH1 e as células dendríticas, enquanto, ao mesmo tempo, esti-mulam as células dendríticas a produzirem mais proteínas coestimuladoras. Além disso, as células TH1 também podem auxiliar as células T citotóxicas efetoras a matar células-alvo in-fectadas por vírus, por meio da secreção de IFN�, que aumenta a eficiência das células-alvo em processar os antígenos virais para apresentá-los às células T citotóxicas (ver Figura 25-60). Uma célula TH1 efetora também pode matar diretamente algumas células por si só, in-cluindo linfócitos efetores: pela expressão do ligante Fas em sua superfície, essa célula pode



induzir as células T ou B efetoras que expressam a proteína de superfície celular Fas a sofre-rem apoptose (ver Figura 25-47B).

Tanto as células TH1 como as células TH2 podem auxiliar na estimulação das células B para proliferarem e diferenciarem-se, trocando de classe de anticorpos, de IgM e IgD para uma das classes secundárias de anticorpos. Antes de analisarmos como as células T auxilia-res fazem isso, precisamos discutir o papel do receptor de antígenos das células B na ativa-ção das células B.

A ligação do antígeno aos receptores de células B é somente um dos passos da ativação das células BAssim como as células T, as células B necessitam de múltiplos sinais extracelulares para tor-narem-se ativadas. Um sinal é dado pela ligação do antígeno ao receptor de célula B (BCR, B cell receptor), o qual, como discutido anteriormente, é uma molécula de anticorpo ligada à membrana plasmática. Normalmente, uma célula T fornece o outro sinal necessário. Se a célula B recebe somente o primeiro sinal, ela pode ser eliminada ou funcionalmente inati-vada, o que é uma das maneiras pelas quais as células B podem tornar-se tolerantes a seus próprios antígenos.

A sinalização por meio do BCR ocorre praticamente da mesma maneira que aquela apresentada para o TCR (ver Figura 25-66). O receptor é associado a cadeias proteicas inva-riantes, Ig� e Ig�, que auxiliam a converter a ligação do antígeno com o BCR em sinais in-tracelulares. Quando os antígenos interligam os BCRs na superfície da célula B, isto faz com que eles se associem às proteínas de cadeias invariáveis para agruparem-se em pequenos agregados. Essa agregação promove a reunião de um complexo de sinalização intracelular e o início da cascata de fosforilação da tirosina (Figura 25-70).

Figura 25-69 A diferenciação das células TH1 e sua ação na ativação dos macrófagos. (A) Uma célula dendrítica ativada que tenha ingerido uma bactéria no local de infecção e migrado para os órgãos linfoides periféricos ativa células T auxiliares virgens a diferen-ciarem-se em células TH1 efetoras. As células dendríticas usam a proteína coestimuladora de superfície celular como a proteína B7 e a IL12 secretada para induzir a diferenciação da célula TH1. (B) Uma célula T efetora TH1 que tenha migrado dos órgãos linfoides perifé-ricos para o local de infecção, onde auxilia na ativação dos macrófagos para matarem as bactérias de seus fagossomos. Como indica-do, ela realiza esta função por meio da secreção de IFN� e do ligante CD40 ligado à membrana, que se liga ao CD40 do macrófago.

TH

TH1

TH1

Macrófago infectadoCélula T auxiliar virgem

NOS ÓRGÃOSLINFOIDES PERIFÉRICOS

NO LOCALDE INFECÇÃO

(A) (B)

CD40

Ligante deCD40

Célula TH1 efetora

Célula TH1 efetora

DIFERENCIAÇÃO

Interferon-�

Proteína declasse II do MHC

Receptor de célula T

Peptídeobacteriano

Bactéria nofagossomo

Célula dendrítica ativadacom bactérias internalizadas

A CÉLULA DENDRÍTICA ATIVADAESTIMULA AS CÉLULAS T AUXILIARES

VIRGENS A DIFERENCIAREM-SE EMCÉLULAS TH1 EFETORAS

AS CÉLULAS TH1 EFETORASATIVAM OS MACRÓFAGOSINFECTADOS A MATAR AS

BACTÉRIAS INTRACELULARES

Bactériamorta

IL12

Receptorde IL-12

MIGRAÇÃOB7

CD28

Receptor deinterferon-�



O complexo do correceptor que liga as proteínas do complemento aumenta bastante a eficiência da sinalização por BCR e suas cadeias invariáveis associadas. Se um micróbio ativa diretamente o sistema do complemento (discutido no Capítulo 24), as proteínas do complemento geralmente são depositadas na superfície do micróbio, aumentando imensa-mente a resposta da célula B aos micróbios. Quando um micróbio agrupa os BCRs da célula B, os complexos de correceptores de ligação do complemento se juntam a este agrupamento, aumentando a potência da sinalização pela ativação da cinase PI-3 (discutido no Capítulo 15) (Figura 25-71A). Conforme esperado, as respostas de anticorpo são muito reduzidas em camundongos que não possuem um dos componentes do complemento ou uma das subu-nidades do correceptor de ligação do complemento nas células B.

Mais tarde, na resposta imune, de forma contrária, quando os anticorpos IgG ligam-se à superfície dos micróbios, um correceptor diferente passa a atuar, desativando a resposta mediada pelas células B. Estes são os receptores Fc, que se ligam à cauda dos anticorpos IgG. Eles recrutam enzimas fosfatases e lipídeos para o complexo de sinalização, enfraquecendo a sinalização (Figura 25-71B). Desta maneira, os receptores Fc das células B agem como co-receptores inibidores, assim como as proteínas CTLA4 fazem com as células T. Assim, os correceptores nas células T ou nas células B permitem que as células recebam informações adicionais sobre o antígeno que se encontra ligado a seus receptores, tornando as células mais informadas para decidirem como responder.

Figura 25-70 Eventos de sinalização iniciais nas células B ativados pela ligação do antígeno ao BCR. O antígeno interliga BCRs adjacentes, que são moléculas de anticorpos transmembrana. A interligação desses receptores faz com que se agreguem às suas cadeias invariantes associadas (Ig� e Ig�). A tirosina-cinase citoplasmática semelhante a Src, que pode ser Fyn, Blk ou Lyn, associa-se à cauda citoplasmática da Ig�. Isso liga os grupos e fosforila as cadeias Ig� e Ig� (para simplificar, somente a fos-forização da Ig� está representada). No caso da ativação do TCR, a proteína tirosina fosfatase CD45 também é necessária para ativar as cinases Src (não-apresentado). As fosfotirosinas resultantes associadas às Ig� e Ig� atuam como sítios de ancoramento para outra tirosina-cinase semelhante a Src, denominada Syk, que é homologa a ZAP70 das células T (ver Figura 25-66). Assim como a ZAP70, a Syk torna-se fosforilada e ativada, disparando o sinal para as etapas seguintes.

BCR Antígeno estranho

Cadeias invariantes

Cinase Syk inativaCinase Syk ativa libera sinal

para a etapa seguinte

Cinase semelhante à Src ativa

CITOSOL

Membrana plasmática� ��

PP

PP

PP

PP

Cinase Sykativa

PI 3-cinaseativa

Resposta de sinalizaçãointracelular amplificada


Proteína ligada aocomplemento

Complexo de cor-receptores que se ligam ao complemento

Sinalização incrementada pelo corre-ceptor que se liga ao complemento

Reverte a ação dastirosina-cinases

Reverte a ação doPI 3-cinase

Inibição da sinalização por meio dos receptores de Fc

Receptor Fc (correceptor inibidor)

Anticorpo IgG

Fosfatasefosfolipídeoinositol ativa

Ativa a pro-teína tirosina fosfatase

Membrana plasmática

Citosol Citosol

(A) (B)

Micróbio

� � � �

P P P

PP

P

� � � �

Receptor de célula B

Figura 25-71 A influência dos corre-ceptores das células B na eficácia da sinalização pelo BCR. (A) A ligação dos complexos micróbio-complemento aos BCRs interliga os BCRs ao complemento ligado ao correceptor. A cauda citosó-lica de um componente do complexo do correceptor torna-se fosforilada nas tirosinas, que atuam como sítios de an-coramento para a PI 3-cinase. Conforme discutido no Capítulo 15, a PI 3-cinase é ativada e fosforila um fosfolipídeo inosi-tol específico da membrana plasmática, que atua como sítio de ancoramento para recrutar proteínas sinalizadoras intracelulares (não-representadas). Estas proteínas sinalizadoras agem con-juntamente com os sinais gerados pela cinase Sky, que amplifica a resposta. (B) Quando os anticorpos IgG ligam-se a antígenos estranhos, geralmente em uma resposta tardia, as regiões Fc dos anticorpos ligam-se aos receptores Fc, na superfície da célula B, e são recruta-das para o complexo de sinalização. Os receptores Fc tornam-se fosforilados nas tirosinas, que atuam como sitios de ancoramento para dois tipos de enzi-mas fosfatases: (1) a fosfatase fosfolipí-deo inositol, que desfosforila os sítios de ancoragem do fosfolipídeo inositol da membrana plasmática gerados pela PI 3-cinase, revertendo os efeitos de ativa-ção da PI 3-cinase; (2) as proteínas tirosi-nas fosfotases, que inibem a sinalização pela atividade de tirosina-cinases.



Células T auxiliares antígeno-específicas são essenciais para a ativação da maioria das células BEnquanto as células apresentadoras de antígeno como as células dendríticas e os macró-fagos são onívoras e ingerem e apresentam antígenos em suas proteínas do MHC de forma inespecífica, geralmente uma célula B apresenta somente peptídeos derivados de um an-tígeno que é especificamente reconhecido usando seus BCRs. Assim, os BCRs fazem mais do que apenas ligar antígenos para iniciar o processo de ativação da célula B; eles também desempenham um papel crucial no recrutamento de células T auxiliares. Eles apresentam seus antígenos proteicos ligados, após endocitose, a um compartimento endossômico, onde o antígeno é degradado em peptídeos. Muitos desses peptídeos são devolvidos para a super-fície das células B ligados às proteínas do MHC de classe II (ver Figura 25-61). Esses com-plexos peptídeo-MHC de classe II são reconhecidos por células T auxiliares específicas para o antígeno, as quais então emitem mais sinais para as células B que são necessários a sua proliferação e secreção de anticorpo (Figura 25-72).

Como se originam as células T antígeno-específicas necessárias à ativação das célu-las B? Como discutido previamente, durante a resposta primária de anticorpo, as células T auxiliares virgens são ativadas nos órgãos linfoides periféricos ligando-se a peptídeos estra-nhos ligados às proteínas do MHC de classe II na superfície de células dendríticas ativadas. As células T auxiliares efetoras resultantes dessa ativação podem então ativar as células B que apresentam o mesmo complexo de peptídeos estranhos e proteínas do MHC de classe II em sua superfície. Assim, as células T auxiliares ativam somente as células B com BCRs que reconhecem especificamente o antígeno que inicialmente ativou as células T, mesmo que os BCRs e os TCRs reconheçam diferentes determinantes antigênicos de um mesmo antígeno (ver Figura 25-72). Estas exigências de reconhecimento ligado do antígeno por uma célula T e uma célula B evitam respostas autoimunes pelas células B, as quais necessitariam da presença simultânea de células B e células T auxiliares que reconheçam o mesmo auto-antígeno.

Na resposta secundária de anticorpos, as próprias células B de memória podem atuar como células apresentadoras de antígeno e ativar as células T, bem como serem o alvo sub-sequente das células T auxiliares efetoras. As ações mutuamente reforçadas das células T au-xiliares e das células B levam a uma resposta de anticorpos intensa e altamente específica.

Uma vez que a célula T auxiliar tenha sido ativada para tornar-se uma célula efetora e contata uma célula B, o contato inicia um rearranjo interno no citoplasma das células auxi-liares. A célula T orienta seu centrossomo e aparelho de Golgi em direção à célula B, como descrito anteriormente, quando uma célula T citotóxica efetora entra em contato com seu alvo (ver Figura 25-46). Entretanto, nesse caso, acredita-se que a orientação permita que a célula T auxiliar efetora direcione tanto as citocinas ligadas à membrana como as secretadas para a superfície da célula B (ver Figura 25-72). Uma molécula sinalizadora crucial ligada à membrana é o ligante CD40, o qual apresentamos anteriormente. Ele é expresso na superfí-cie da célula T auxiliar efetora, mas não é expresso nas células T de memória ou em células T virgens não-ativadas, sendo reconhecido pela proteína CD40 presente na superfície das células B. Esta interação entre o CD40 e seu ligante CD40 é necessária para que as células T

B B B

B

TH

B

TH

Endossomo

BCR

Determinanteantigênicoda célula B

Determinante antigênicoda célula T

O receptor da célula B se liga ao antígeno proteico natural e o transfere para o endossomo após endocitose

O antígeno é degradado e o peptídeo é apresentado na superfície da célula B ligado a uma proteína do MHC de classe II

Reconhecimento do complexopeptídeo-MHC de classe II pela célula T auxiliar específica para o antígeno

A célula T efetora libera sinais para ativar a célula B

A célula B prolifera e se diferencia em uma célula efetora secretorade anticorpo

Sinapseimunológica

Citocinas

Proteínacoestimuladora

Antígeno proteico

Figura 25-72 A ativação de uma célula B por um antígeno proteico e por uma célula T auxiliar efetora. Observe que a célula B e a célula T reconhecem dife-rentes determinantes antigênicos e que a célula T efetora usa as duas moléculas coestimuladoras ligadas à membrana e secretadas para auxiliar na ativação da célula B.



auxiliares ativem as células B a proliferar e se diferenciar em células efetoras produtoras de anticorpos e células B de memória. Indivíduos que não possuem o ligante CD40 são imuno-deficientes. Eles são suscetíveis às mesmas infecções que ocorrem nos pacientes afetados pela AIDS cujas células T auxiliares foram destruídas.

As células T auxiliares também secretam citocinas para auxiliar a proliferação e a di-ferenciação das células B e, em alguns casos, a troca de classe de anticorpo que elas pro-duzem. As citocinas, incluindo a IL2 e a IL4, por exemplo, são produzidas por células TH2 e colaboram com o ligante CD40 estimulando a proliferação e a diferenciação das células B, e também promovem a troca de produção de anticorpo para IgE. Camundongos deficientes na produção de IL4 são severamente prejudicados na sua capacidade de produzir IgE.

A Figura 25-73 compara os sinais necessários à ativação das células T e B, e a Tabela 25-4 apresenta algumas das citocinas discutidas neste capítulo.

Uma classe especial de células B reconhece antígenos independentes de células TAlguns antígenos podem estimular a proliferação e a diferenciação de células B em células efetoras secretoras de anticorpos sem o auxílio das células T. Em sua maioria esses antígenos independentes de células T são polissacarídeos microbianos que não ativam as células T au-xiliares. Alguns ativam diretamente as células B fornecendo tanto o sinal antigênico quanto os sinais acessórios normalmente emitidos pelas células T auxiliares. Outros são grandes

B

TH

Citocinas

Determinante antigê-nico de célula B

Determinanteantigênicoda célula T

Determinanteantigênicoda célula T

Proteínaantigênicanativa

BCR

CD40

Ligante de CD40

Célula T auxiliar efetoraCélula dendrítica ativada

CÉLULAS T AUXILIARES CÉLULA B

B7

CD28 TCR

TH

Citocinas

Figura 25-73 Comparação entre os si-nais necessários para ativar uma célula T auxiliar ou uma célula B com o mes-mo antígeno proteico. Repare que, em ambos os casos, as moléculas que são secretadas ou associadas à mem-brana podem cooperar no processo de ativação. As setas vermelhas indicam a endocitose do antígeno proteico. Ape-sar de não representado, o ligante CD40 também é usado pela célula T auxiliar efetora para aumentar e manter a ati-vação das células dendríticas maduras, que expressam o CD40, criando uma retroalimentação positiva.

O determinante antigênico reconhe-cido pela célula T auxiliar é apresentado tanto na superfície de células dendrí-ticas como nas células B sob a forma de um fragmento peptídico ligado às proteínas do MHC de classe II. De forma contrária, as células B reconhecem um determinante antigênico diferente na superfície da estrutura proteica nativa.

Tabela 25-4 Propriedades de algumas citocinas

CITOCINA ALGUMAS FONTES ALGUNS EFEITOS

IL2 Todas as células T auxiliares, algumas células T citotóxicas

Estimula a proliferação e a diferenciação de células T ativadas; necessária ao desenvolvimento das células T reguladoras no timo

IL4 Células TH2, basófilos e mastócitos Estimula a proliferação, a diferenciação e a mudança de classe de IgG1 para IgE nas células B; promove TH2 e inibe o desenvolvimento das células TH1

IL7 Muitas células não-T Promove a sobrevivência das células T de memóriaIL10 Células TH2, macrófagos e células dendríticas Inibe macrófagos e o desenvolvimento das células TH1IL12 Células B, macrófagos, células dendríticas e

granulócitosInduz o desenvolvimento das células TH1 e inibe o desenvolvimento das

células TH2IL15 Muitas células não-T Promove a sobrevivência das células T de memóriaIL17 Algumas células T auxiliares efetoras Estimula a resposta inflamatóriaIFN� Células TH1 e células T citotóxicas Ativa macrófagos; aumenta a expressão do MHC em muitos tipos celularesTGF� Células T reguladoras Inibe a atividade de células T efetoras, células dendríticas e macrófagosTNF� Células TH1 e macrófagos Ativa células endoteliais e macrófagos



polímeros com determinantes antigênicos repetidos e idênticos (ver Figura 25-29B); seus múltiplos pontos de ligação aos BCRs podem produzir sinais fortes o suficiente para ativar diretamente as células B, sem sinais adicionais.

Como os antígenos independentes de células T não ativam as células T auxiliares, eles não induzem células B de memória, nem a maturação da afinidade ou a troca de classe, todos os processos que requerem o auxílio de células T. Portanto, eles estimulam, principal-mente, a produção de anticorpos IgM de baixa afinidade (mas de alta avidez). A maioria das células B que produzem anticorpos sem o auxílio das células T pertence a uma linhagem distinta de células B. Elas são denominadas células B1 para distinguir das células B2, as quais necessitam do auxílio das células T. As células B1 parecem ser especialmente importantes na defesa contra patógenos intestinais.

Moléculas de reconhecimento imune pertencem a uma antiga superfamília de imunoglobulinasA maioria das proteínas do sistema imune que estão envolvidas no reconhecimento célu-la-célula contém Igs ou domínios semelhantes a Igs, sugerindo que tiveram uma história evolutiva comum. Incluídos nesta superfamília de Igs encontram-se os anticorpos, os TCRs, as proteínas do MHC, o CD4, o CD8, os correceptores CD28, as proteínas coestimuladoras B7 e a maioria das cadeias polipeptídicas invariáveis associadas aos TCRs e BCRs, assim como os vários receptores Fc presentes nos linfócitos e em outros leucócitos. Todas essas proteínas contêm um ou mais Igs ou domínios semelhantes a Igs. De fato, cerca de 15% de 250 ou mais proteínas que foram caracterizadas na superfície de leucócitos pertencem a essa superfa-mília. Várias dessas moléculas são dímeros ou oligômeros, em que as Igs ou os domínios semelhantes a Igs de uma das cadeias interagem com os da outra (Figura 25-74).

Os aminoácidos, em cada domínio semelhante a Igs, geralmente são codificados por éxons que se encontram separados no DNA. Isto significa que é provável que toda a super-família gênica tenha evoluído de um gene que codifica para um único domínio semelhante a Igs – como o que codifica a �2-microglobulina (ver Figuras 25-50A e 25-52) ou a proteína Thy-1 (ver Figura 25-74) –, que pode mediar interações célula-célula. Existem evidências de

= Ligação dissulfeto

Thy1 Receptor Fc Proteína MHCclasse I

Proteína MHCclasse II

Receptor decélula T

IgM transmembrana

Gerado pelo rearranjo gene-segmento

Complexo CD3Ig� CD4 CD8 CD28 B7

�� Ig�

Figura 25-74 Algumas proteínas de superfície celular discutidas neste capítulo que pertencem à superfamília das Igs. As Igs e os domínios seme-lhantes a elas estão marcados em cinza, exceto os domínios de ligação aos antí-genos (nem todos são domínios de Ig), que se encontram marcados em azul. A função de Thy1 é desconhecida, mas é mantido na membrana plasmática por um ancoramento glicosilfosfatidilinosi-tol (GPI), sendo amplamente utilizado para identificar células T em camundon-gos. A superfamília das Igs também in-clui várias proteínas de superfície celu-lar envolvidas na interação célula-célula em funções fora do sistema imune, como a molécula de adesão celular de células nervosas (NCAM), discutida no Capítulo 19, e os receptores de vários fatores de crescimento proteicos discu-tidos no Capítulo 15 (não-apresentado). Existem mais de 750 membros da su-perfamília das Igs em humanos.



que esses genes primordiais são provenientes de ancestrais comuns, cerca de 400 milhões de anos atrás, antes de os vertebrados divergirem dos invertebrados. Os membros de famílias mais recentes presumivelmente surgiram da duplicação de genes e éxons.

Os múltiplos segmentos gênicos que codificam os anticorpos e os TCRs podem ter sur-gido quando um elemento transponível, ou um transposon (discutido no Capítulo 5), foi inserido em um éxon de um gene que codifica um membro da família das Igs em uma célula ancestral semelhante a um linfócito. O transposon pode ter contido os ancestrais dos genes Rag, que, conforme descrito anteriormente, codificam as proteínas que iniciam o processo de recombinação V(D)J; os achados de que as proteínas RAG podem atuar como transpo-sons em testes realizados em tubo de ensaio reforçam muito essa possibilidade. Uma vez que o transposon tenha sido inserido no éxon, o gene pode ser expresso somente se o trans-poson for cortado por proteínas RAG e se as duas extremidades do éxon forem reunidas, como ocorre quando os segmentos gênicos V e J, dos genes das cadeias leves das Igs, são rearranjados (ver Figura 25-38). Uma segunda inserção do mesmo transposon dentro do mesmo éxon pode ter dividido o gene em três segmentos, equivalentes aos atuais segmentos gênicos V, D e J. As duplicações subsequentes nos segmentos gênicos individualmente, ou a subdivisão do gene como um todo, podem ter gerado o arranjo de segmentos gênicos que caracteriza os sistemas imunes adaptativos presentes atualmente nos vertebrados.

ResumoA produção de uma célula T auxiliar efetora a partir de uma célula T auxiliar virgem requer múl-tiplos sinais de células dendríticas ativadas. Complexos peptídeo-MHC da superfície das células dendríticas fornecem um dos sinais, ao ligar os TCRs e o correceptor CD4 da célula T. Proteínas coestimuladoras na superfície das células dendríticas, incluindo o CD28 e as citocinas secretadas, são os outros sinais. Quando células T virgens são inicialmente ativadas por uma célula dendrítica, elas podem diferenciar-se em células efetoras TH1 ou TH2, dependendo das proteínas sinalizadoras presentes no seu ambiente. As células TH1 ativam os macrófagos, as células T citotóxicas e as células B; as células TH2 ativam principalmente as células B. Em ambos os casos, as células T auxiliares efe-toras reconhecem o mesmo complexo de peptídeo estranho e proteína do MHC de classe II na super-fície da célula-alvo inicialmente reconhecido como antígeno pela célula dendrítica que as ativou. Elas ativam suas células-alvo por meio de uma combinação de proteínas sinalizadoras associadas à membrana e coestimuladoras secretadas. Uma proteína sinalizadora associada à membrana usada pelas células TH1 e TH2 é o ligante de CD40.

Como as células T, as células B necessitam de múltiplos sinais para sua ativação. A ligação dos antígenos aos receptores de células B (BCRs) proporciona o primeiro sinal, enquanto as células T auxiliares efetoras antígeno-específicas fornecem o outro sinal. A necessidade de múltiplos sinais para ativar as células T ou B auxilia na prevenção da ativação inapropriada dos linfócitos, incluin-do os linfócitos autorreativos.

A maioria das proteínas do sistema imune envolvidas no reconhecimento célula-célula e no reconhecimento do antígeno, incluindo anticorpos TCRs e proteínas do MHC, bem como vários cor-receptores discutidos neste capítulo, pertence ao antigo grupo da superfamília das Igs. Acredita-se que esta superfamília tenha evoluído de um gene primordial que codifica um único domínio seme-lhante a Igs. Os mecanismos para a diversificação dos anticorpos e dos receptores de células T pela recombinação dos segmentos gênicos podem ter surgido quando um transposon se inseriu em um éxon de um gene que codificava um membro da família das Igs.

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