sistema imune adaptativo alberts_25

5/15/2018 Sistema Imune Adaptativo Alberts_25 - slidepdf.com

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O Sistema Imune Adaptativo

25Neste capítulo

LINFÓCITOS E AS 1540BASES CELULARESDA IMUNIDADEADAPTATIVA

CÉLULAS B E 1551ANTICORPOS

A GERAÇÃO DA 1562DIVERSIDADE DOSANTICORPOS

CÉLULAS T E 1569PROTEÍNAS DO MHC

CÉLULAS T AUXILIARES 1589E ATIVAÇÃO DELINFÓCITOS

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, anão ser que sejam tomadas medidas drásticas para isolá-lo e evitar o contato com agentesinfecciosos, como bactérias, vírus, fungos e parasitas. Todos os organismos multicelularesprecisam 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 ecélulas fagocíticas que ingerem e destroem desde micro-organismos invasores (micróbios) agrandes 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, podemmontar defesas muito mais sofisticadas, denominadas respostas imunes adaptativas. Nos

vertebrados, a resposta inata recruta a resposta adaptativa, e ambas atuam em conjunto paraeliminar 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 asinduziu, 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 imuneadaptativo; contudo, não fica protegida contra outras viroses comuns, como a caxumbae 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 quaisquermoléculas 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 estemecanismo 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 fariasentido montar-se uma resposta imune adaptativa contra elas. As doenças alérgicas, comoa febre do feno e a asma alérgica, são exemplos de resposta imune adaptativa deletériacontra moléculas estranhas aparentemente inofensivas. Um indivíduo normalmente evitaessas 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 entrediferentes 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 animalde laboratório (geralmente um camundongo) a responder contra uma molécula estranhainofensiva, 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 administradadesta 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 sãomuito semelhantes – como entre duas proteínas que diferem em um único aminoácido ou

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1540 Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts & Walter

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 outrosfluidos corporais, onde se ligam especificamente ao antígeno estranho que estimulou suaprodução (Figura 25-2). A ligação do anticorpo inativa vírus e toxinas microbianas (como astoxinas tetânica ou diftérica) bloqueando sua capacidade de se ligar a receptores nas célulasdo hospedeiro. A ligação do anticorpo também marca os patógenos invasores para seremdestruídos, 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 antesque 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 invasoresque 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 moléculasde anticorpos diferentes. Finalmente, abordaremos as características especiais das células Te as respostas imunes por elas mediadas.

LINFÓCITOS E AS BASES CELULARES DA IMUNIDADEADAPTATIVA

Os linfócitos são responsáveis pela extraordinária especificidade das respostas imunes adap-tativas. Eles estão presentes em grande número na corrente sanguínea e na linfa (o fluidoincolor presente nos vasos linfáticos que conectam os linfonodos do organismo uns comos 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 oapêndice (Figura 25-3). Nesta seção, discutiremos as propriedades gerais dos linfócitos, quepodem 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. Experimentoscruciais foram realizados em camundongos e em ratos que foram submetidos a altas dosesde radiação para matar a maioria de seus leucócitos, incluindo os linfócitos. Este tratamentoincapacita os animais de promover respostas imunes adaptativas. Assim, pela transferênciade 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 imunesinatas 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 imunesinatas, auxiliando na defesa contra infecções.

RESPOSTAS

IMUNES

INATAS

PATÓGENOS

RESPOSTAS IMUNES ADAPTATIVAS

Respostas imunesinatas

Resposta doanticorpo

Vírus

Célulahospedeirainfectadacom vírus

Célula morta infectadapor vírus

Resposta mediadapor célula T

Célula B

Anticorpo

Célula T

+ Vírus

Figura 25-2 Os dois principais tiposde respostas imunes adaptativas. Oslinfócitos participam dos dois tiposde resposta. Aqui, eles encontram-serespondendo a uma infecção viral. Emum dos tipos de resposta adaptativa,as células B secretam anticorpos queneutralizam os vírus. No outro tipo, umaresposta mediada por células T, as cé-lulas T matam as células infectadas porvírus. Nos dois casos, a resposta imuneinata auxilia na ativação das respostasimunes adaptativas por vias aqui nãoapresentadas.




Biologia Molecular da Célula 1541

dade de reverter aquela deficiência. Somente os linfócitos restauraram as respostas imunesadaptativas nos animais irradiados, indicando que são necessários para essas respostas (Fi-

gura 25-4).

Os sistemas imunes inato e adaptativo atuam conjuntamente

Conforme 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 notimo e na medula óssea (amarelo) e porisso são chamados de órgãos linfoides centrais (ou primários). Os linfócitosrecém-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 linfoidesperiféricos (azul ) e vasos linfáticos (ver-de) estão representados; vários linfóci-tos, por exemplo, são encontrados napele e no trato respiratório. Conformeserá discutido posteriormente, os vasoslinfáticos 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 DERESPOSTASADAPTATIVASIMUNES

Animal irradiadotransferênciade linfócitos de umanimal normal

Animal irradiadotransferência deoutras células de

um 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 geneticamenteidênticos. Se os l infócitos são transferidos para animais geneticamente diferentes que tenham sido irradiados, estes reagem contraos antígenos “estranhos” do hospedeiro e podem matar o animal. No experimento demonstrado, a injeção de linfócitos restauratanto as respostas imunes adaptativas mediadas por anticorpos quanto as mediadas por células T, indicando que os linfócitos sãonecessários para ambos os tipos de respostas.





res reconhecem moléculas associadas a micróbios que não estão presentes no organismohospedeiro, denominadas imunoestimuladores associados aos patógenos. Devido ao fato deocorrerem em padrões repetidos, são também conhecidas como padrões moleculares asso-ciados aos patógenos (PAMPs, pathogen-associated molecular patterns). Os PAMPs incluempadrões 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 dascélulas 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 destruiçãomediada por fagócitos ou um sistema de proteínas sanguíneas coletivamente denominadas sistema do complemento (discutido no Capítulo 24). Outros, ainda, incluindo os receptoressemelhantes 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 quepromovem 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 maioriados 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 nosórgãos 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 infecçãoe migram com sua presa para o órgão linfoide periférico mais próximo. Em outros casos, elascapturam diretamente os micróbios ou seus produtos nos órgãos linfoides periféricos comoo 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 respondercontra 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 célulasfagocíticas 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 naativação de outras células T e na ativação de células B para a produção de anticorpos contraos 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 conjuntamentepara eliminar patógenos invasores e macromoléculas estranhas.

Figura 25-5 Uma maneira pela qualo sistema imune inato auxilia a ativa-ção do sistema imune adaptativo. Ascélulas dendríticas internalizam micro-organismos invasores ou seus produtosno local de infecção. Os PAMPs micro-bianos ativam as células a expressar proteínas coestimuladoras em suasuperfície e migrar para os linfonodosvizinhos através dos vasos linfáticos.Nos linfonodos, as células dendríticasativadas ativam uma pequena fração decélulas T que expressam o receptor para

o antígeno microbiano apresentado nasuperfície da célula dendrítica. Essascélulas T proliferam e algumas migrampara o sítio de infecção, onde auxiliam aeliminar os micróbios, seja pela ativaçãode macrófagos ou matando as célulasinfectadas (não-apresentado).

AS CÉLULAS T ATIVADAS MIGRAM PARA O LOCALDE INFECÇÃO PARA AUXILIAR NA ELIMINAÇÃODOS MICRÓBIOS RESIDUAIS

Pele

Micróbios

Célula dendrítica Antígenomicrobiano

Proteínacoestimuladora

Linfonodo

OS MICRÓBIOS PENETRAMATRAVÉS DA PELE LESIONADAE SÃO FAGOCITADOS PORCÉLULAS DENDRÍTICAS

A CÉLULA DENTRÍTICA ATIVADATRANSPORTA OS ANTÍGENOSMICROBIANOS PARA UMLINFONODO LOCAL

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

Célula T ativadaCélula dentríticaativada

Remanescentes dosmicróbios no fagolisossomo

RESPOSTA IMUNE INATA RESPOSTA IMUNE ADAPTATIVA





Os linfócitos B desenvolvem-se na medula óssea;os linfócitos T desenvolvem-se no timo

Os nomes das células T e das células B derivam dos órgãos nos quais se desenvolvem. Ascélulas 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 mesmacélula progenitora linfoide comum. A própria célula progenitora linfoide comum deriva decélulas-tronco hemopoiéticas multipotentes, que dão origem a todas as células sanguíneas,incluindo eritrócitos, leucócitos e plaquetas. Essas células-tronco (discutidas no Capítulo23) 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, noentanto, 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 epitéliodo 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 apósterem sido ativadas pelo antígeno. As células T e B não-ativadas são muito similares, mesmoquando analisadas por microscopia eletrônica. Ambas são pequenas, um pouco maiores doque os eritrócitos, e contêm pouco citoplasma (Figura 25-7 A). Após ativação pelo antígeno,proliferam e maturam em células efetoras. As células B efetoras secretam anticorpos. Na suaforma mais diferenciada, quando são denominadas células plasmáticas, ou plasmócitos, elassão preenchidas com um extenso retículo endoplasmático que está ativamente produzindoanticorpos (Figura 25-7B). Contrariamente, as células T efetoras (Figura 25-7C) contêm umretículo endoplasmático pouco desenvolvido e não secretam anticorpos; ao invés disso, elassecretam uma variedade de proteínas sinalizadoras denominadascitocinas, 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 célulasinfectadas. As células T auxiliares ativam os macrófagos, as células dendríticas, as células Be as células T citotóxicas através da secreção de uma variedade de citocinas e por meio da

Figura 25-6 O desenvolvimento e aativação de células T e B. Os órgãoslinfoides centrais, onde os linfócitosdesenvolvem-se a partir das células pro-genitoras linfoides, estão destacadosem amarelo. As células progenitoras

linfoides comuns se desenvolvem apartir das células-tronco hemopoié-ticas multipotentes na medula óssea.Algumas células progenitoras linfoidescomuns desenvolvem-se localmentena medula óssea em células B imaturas,enquanto outras migram, através dacirculação sanguínea, para o timo, ondese desenvolvem em timócitos (célulasT em desenvolvimento). As células T eB são ativadas por antígenos estranhosprincipalmente 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

RESPOSTAIMUNE

MEDIADAPOR CÉLULA T

RESPOSTA DEANTICORPOS

Célulalinfoideprogenitoracomum

Célulalinfoideprogenitoracomum





apresentação de uma variedade de proteínas coestimuladoras em sua superfície. Acredita-seque as células T reguladoras usem estratégias similares para inibir a função das células Tauxiliares, das células T citotóxicas e das células dendríticas. Assim, enquanto as células Bpodem 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, quandoali chegam, podem agir apenas localmente sobre as células vizinhas.

O sistema imune adaptativo atua por meio da seleção clonal

A característica mais marcante do sistema imune adaptativo é a capacidade de responder amilhões de antígenos estranhos diferentes de uma maneira altamente específica. As célulasB 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 produzemtal diversidade de anticorpos específicos? A resposta para essa questão começou a surgir nadécada 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 eseleciona para ativação somente aqueles que podem reagir contra os antígenos estranhosencontrados 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 desuperfície celular que se ligam especificamente ao antígeno. Quando um linfócito encontraseu antígeno específico em um órgão linfoide periférico, a ligação do antígeno ao receptorativa o linfócito, induzindo-o a proliferar, produzindo mais células com o mesmo receptor,processo denominado expansão clonal (as células derivadas de um ancestral comum sãodenominadasclone). O encontro com o antígeno também faz com que as células se diferen-ciem em células efetoras. Portanto, um antígeno estimula seletivamente aquelas células queexpressam receptores complementares específicos para o antígeno e que estão previamente

comprometidas a responder a ele (Figura 25-8). Essa combinação é que torna as respostasimunes adaptativas específicas ao antígeno.

Fortes evidências sustentam a principal teoria da seleção clonal. Contudo, como o sistemaimune 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 partirde uma série de segmentos gênicos por uma forma especial de recombinação genética queocorre inicialmente no desenvolvimento dos linfócitos, antes que tenham tido contato com oantígeno. 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 delinfócitos efetores e em repouso. (A)Um linfócito em repouso, que pode sertanto uma célula T como uma célulaB, uma vez que a distinção morfoló-gica dessas células é muito difícil deser realizada até que sejam ativadase tornem-se células efetoras. (B) Umacélula B efetora (um plasmócito). Estacélula apresenta extenso retículo endo-plasmático (RE) rugoso, que se encontrapreenchido por moléculas de anticorpo.(C) Uma célula T efetora, que possuirelativamente pouco RE rugoso, masapresenta vários ribossomos livres. Re-pare que as três células são mostradas

com o mesmo aumento. (A, cortesia deDorothy Zucker-Franklin; B, cortesia deCarlo Grossi; A e B, de D. Zucker-Franklinet al., Atlas of Blood Cells: Functionand Pathology, 2nd ed. Milan, Italy: Ed.Ermes, 1988; C, cortesia de Stefanellode 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 diferentes

A 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 sítiode ligação do antígeno em uma molécula de anticorpo ou em um receptor de linfócito sãodenominadas determinantes antigênicos (ou epítopos). A maioria dos antígenos tem umagrande variedade de determinantes antigênicos que podem estimular a produção de an-ticorpos, de respostas T específicas, ou de ambos. Alguns determinantes de um antígenoproduzem 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, cadaum dos quais produz uma molécula com um sítio de ligação ao antígeno com característicaspróprias 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 geralmenteestimula a produção de centenas de espécies de anticorpos anti-DNP, cada um produzidopor um clone de célula B diferente. Este tipo de resposta é dita policlonal . Quando somentealguns 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 sãoamplamente utilizados como ferramentas em biologia e em medicina, mas precisam serproduzidos de uma maneira especial (ver Figura 8-8), uma vez que as respostas à maioriados antígenos é do tipo policlonal.

A memória imunológica é decorrente tanto da expansão clonalquanto da diferenciação de linfócitos

O 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 Bnão-ativadas

Anticorpos secretados

B B B

B

BBBB

PROLIFERAÇÃO E DIVERSIFICAÇÃONA MEDULA ÓSSEA

LIGAÇÃO DO ANTÍGENO A UMA CÉLULA BESPECÍFICA (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 seleçãoclonal. Um antígeno ativa somenteaqueles linfócitos que já se encontramcomprometidos a responder a eles.Uma célula comprometida a respondera um determinado antígeno apresenta

receptores de superfície celular quereconhecem especificamente o antí-geno. Acredita-se que o sistema imunehumano tenha milhões de clones de lin-fócitos diferentes, com as células de ummesmo clone expressando o mesmoreceptor. Antes de encontrar-se com umantígeno pela primeira vez, um clonecontém, normalmente, somente um ouum pequeno número de células. Ummesmo antígeno em particular podeativar centenas de clones diferentes.Embora somente as células B estejamrepresentadas aqui, as células T atuamde forma similar. Note que os receptoresnas células B são moléculas de anticor-pos, e aqueles representados por “B"

neste diagrama se ligam ao mesmoantígeno que os anticorpos secretadospelas 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, quandose encontra acoplado covalentemente a uma cadeia lateral de lisina em umaproteína, 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, mediadapor 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, algumassemanas ou meses após este evento, ou mesmo com um intervalo de anos, o mesmo animalfor 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 maisintensa e eficiente. Essas diferenças indicam que o animal “lembra-se” do primeiro contatocom o antígeno A. Se um animal entra em contato com outro antígeno (p. ex., um antígenoB), mesmo depois da segunda injeção do antígeno A, o perfil da resposta imune decorrenteé 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 noentendimento 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. Quandoas células virgens encontram o antígeno pela primeira vez, algumas delas são estimuladas aproliferar e diferenciar-se em células efetoras, que são então as células que produzem umaresposta imune (as células B efetoras secretam anticorpos, enquanto as células T efetorasmatam as células infectadas ou influenciam a resposta de outras células). Algumas células

virgens estimuladas pelo antígeno proliferam e se diferenciam em células de memória, asquais 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 dememória, em parte porque as células de memória são capazes de responder de forma maissensível 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 memóriapodem 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 esecundária de anticorpos. A respostasecundária, induzida pelo segundo con-tato com o antígeno A, é mais rápida emais intensa do que a resposta primá-ria, sendo específica para o antígeno

A, o que indica que o sistema imuneadaptativo tem uma memória especialdesencadeada pelo contato anteriorcom o antígeno A. O mesmo tipo dememória imune pode ser observadanas respostas mediadas por células T.Como discutiremos mais tarde, os tiposde anticorpos produzidos na respostasecundária são diferentes daqueles pro-duzidos na resposta primária, e essesanticorpos se ligam ao antígeno maisfortemente.

0 10 20 30 40 50 60Tempo (dias)

1

10

100

A n t i c o r p o s s é r i c o s a

n t i - A ( u n i d a d e s

a r b i t r á r i a s , e s c a l a

l o g a r í t i m i c a )

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 asexposições subsequentes ao mesmo antígeno, as células de memória respondemmais 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 memóriatambém 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 sãomais 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. Umapequena proporção de células plasmáticas produzidas na resposta de células B primária, por

exemplo, pode sobreviver por muitos meses na medula óssea, onde continuam a secretaranticorpos específicos para a corrente sanguínea.

A tolerância imunológica garante que os antígenos própriosnão sejam atacados

Conforme discutido no Capítulo 24, as células do sistema imune inato usam os receptores dereconhecimento 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 moléculasproduzidas pelo próprio organismo. Como isto é possível? Pode-se dizer que as moléculaspróprias não induzem as reações imunes inatas necessárias para ativar as respostas imunesadaptativas. No entanto, mesmo quando uma infecção ou um dano ao tecido estimula umareação 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 inúmerasevidências para este processo de aprendizagem. Quando os tecidos são transplantados deum indivíduo para outro (e estes indivíduos não são gêmeos idênticos), o sistema imune doreceptor 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 sãotão poderosos que podem estimular uma resposta imune adaptativa extremamente intensamesmo na ausência de agente infeccioso, dano ou adjuvante.) Se, no entanto, as células deuma linhagem de camundongos são introduzidas em um camundongo neonato de outralinhagem, 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 umterceiro doador. Aparentemente, os antígenos não-próprios podem, em algumas circunstân-cias, fazer com que o sistema imune torne-se especificamente não-responsivo a eles. Estanão-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 mesmaforma. Um camundongo normal, por exemplo, não produz resposta imune contra um deseus 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 camundongonormal) pode produzir uma forte resposta imune a esta proteína sérica, quando imunizadocom ela. Igualmente, seres humanos que não possuem o gene normal que codifica para uma Figura 25-12 Tolerância imunológica

adquirida. O enxerto de pele aquiapresentado foi transplantado de umcamundongo adulto marrom para umcamundongo adulto branco. Este en-xerto sobreviveu por várias semanas so-mente porque o camundongo branco,

no período de seu nascimento, recebeuuma injeção de células da medula ósseado camundongo marrom, e assim tor-nou-se imunologicamente tolerante. Al-gumas das células da medula óssea docamundongo marrom (e de sua progê-nie) persistiram no camundongo adultobranco e continuaram a induzir tolerân-cia nos linfócitos recém-formados que,de outro modo, reagiriam contra a pelemarrom. (Cortesia de Leslie Brent, deI. 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-seapenas enquanto a molécula continuar presente no corpo. Se uma proteína própria, comoo 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 égeneticamente 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 asmoléculas próprias (linfócitos autorreativos) mudam seus receptores de antígenode modo que não reconheçam mais os autoantígenos.

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

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

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

Alguns desses mecanismos, especialmente os dois primeiros, editoramento do receptor edeleção clonal, atuam nos órgãos linfoides centrais quando os l infócitos 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, paraum linfócito ser ativado nos órgãos linfoides periféricos, ele precisa não só ligar-se ao seuantígeno, mas também receber sinais coestimuladores ligados à membrana e secretados(os sinais secretados são várias citocinas). Estes dois sinais são produzidos pelas células Tauxiliares, no caso de um linfócito B, e por uma célula dendrítica ativada, no caso de umlinfócito 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 essascondições, uma célula B interagindo com o seu antígeno ou uma célula T interagindo comseu antígeno na superfície de uma célula dendrítica não-ativada não falhará na sua ativaçãoe, frequentemente, irá tornar-se tolerante, sendo morta, inativada ou ativamente suprimidapor uma célula T reguladora (ver Figura 25-13). Como discutiremos posteriormente, nos ór-

Figura 25-13 Mecanismo de induçãode tolerância imunológica aos antí-genos próprios. Quando linfócitosimaturos autorreativos ligam-se a seuspróprios antígenos nos órgãos linfoidescentrais, onde a célula é produzida,isso pode induzir uma alteração no seureceptor de antígeno de modo que elenão seja mais autorreativo (célula 1).Esse processo é denominado editoraçãodo receptor e parece ocorrer princi-palmente nas células B em desenvolvi-mento. Alternativamente, a célula podemorrer por apoptose, processo estedenominado deleção clonal (célula 2).

Como essas duas formas de tolerância(apresentadas à esquerda) ocorrem nosórgãos linfoides centrais, são denomi-nadas tolerância central . Quando umlinfócito virgem autorreativo escapa daindução de tolerância nos órgãos linfói-des centrais e liga-se aos seus antígenospróprios nos órgãos linfoides periféricos(célula 4), ele normalmente não será ati-vado, porque a sinalização geralmenteocorre sem o sinal coestimulador ade-quado, e a célula morre por apoptose(frequentemente após um período deproliferação), ou será inativada, ou sub-sequentemente suprimida por células Treguladoras (se o linfócito autorreativofor uma célula T efetora). Estas formas

de tolerância, apresentadas à direita,são denominadas tolerância periférica.

DELEÇÃOCLONAL

EDITORAÇÃO

DE RECEPTORES

DELEÇÃOCLONAL

INATIVAÇÃOCLONAL

SUPRESSÃOCLONAL

Antígenos próprios

Linfócitomorto

Linfócitomorto

Linfócitos comespecificidade alterada

Órgãos linfoides centrais

Linfócitosimaturos

Órgãos linfoides periféricos

Linfócitosvirgens

maduros

Antígenopróprio

Antígenoestranho

Antígeno

estranhoSinalcoestimulatório

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 éum 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 fracoe 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 auma deficiência severa de insulina.

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

Os linfócitos circulam continuamente através dos órgãoslinfoides periféricos

Os 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 linfoidesperiféricos 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 destinadosaos órgãos linfoides periféricos associados aos intestinos, como as placas de Peyer, e aquelesque penetram a corrente sanguínea são filtrados pelo baço. Como discutido anteriormente, namaioria dos casos, as células dendríticas transportam os antígenos do sítio de infecção para osórgãos linfoides periféricos, onde atuam na ativação das células T (ver Figura 25-5).

Somente uma pequena parcela da população total de linfócitos pode reconhecer umdeterminado antígeno microbiano no órgão linfoide periférico (estimado entre 1/10.000 e1/100.000 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 dalinfa e do sangue. No linfonodo, por exemplo, eles deixam continuamente a corrente sanguí-nea, passando entre as células endoteliais especializadas que revestem as pequenas veiasdenominadas 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 vasoscada 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, olinfócito fica retido no órgão linfoide periférico, onde prolifera e diferencia-se em célulasefetoras ou células de memória. Algumas dessas células T efetoras deixam o órgão linfoidee migram através da linfa até a corrente sanguínea, pela qual serão levadas até o local deinfecção (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. Acirculação através de um linfonodo (amarelo) é demonstrada aqui. Os an-tígenos microbianos são transportados para dentro do linfonodo por umacélula dendrítica (não-apresentado), que entra nos linfonodos via vasoslinfáticos aferentes, drenando um tecido infectado (verde). As células T e B, aocontrário, entram no linfonodo através de uma artéria e migram para fora dacorrente sanguínea através das vênulas pós-capilares. A não ser que encon-trem seus antígenos, as células T e B deixam o linfonodo através dos vasoslinfáticos eferentes, que, eventualmente, conectam-se com o ducto torácico.O ducto torácico se liga a uma veia de grande calibre, que transporta sanguepara o coração, completando ao processo de circulação das células T e B. Umciclo de circulação típico ocorre em cerca de 12 a 24 horas.

Vênula pós--capilar

Vasolinfático

aferente Vasolinfáticoeferente

Linfonodo Ductotorácico

Veia Artéria

Tecido infectado

Coração





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

A recirculação dos linfócitos depende de interações específicas entre a superfície celulardo 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 denominadoscontrarreceptores) da superfície das células endoteliais. A migração dos linfócitos para oslinfonodos, por exemplo, depende da expressão de um receptor de alojamento denominadoL-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 expressoexclusivamente na superfície de células endoteliais especializadas que revestem as vênulaspós-capilares dos linfonodos, fazendo com que os linfócitos fiquem fracamente aderidos àscélulas endoteliais, rolando lentamente na sua superfície. Este rolamento continua até queocorra outro tipo de adesão mais forte mediada por proteínas quimiotáxicas (denominadasquimiocinas; ver a seguir) secretadas pelas células endoteliais. Essa forte adesão é mediadapor membros da família das integrinas das moléculas de adesão celular, as quais se tornamativadas 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 eligam-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 umlocal 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, bemcomo 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 aregião 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 estimuladasa 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 célulasT 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 paraquimiocinas que irão auxiliar no direcionamento para os seus novos destinos – as células Tpara 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 aderefracamente à superfície de uma célulaendotelial especializada que revestea vênula pós-capilar em um linfono-do. Esta adesão inicial é mediada porselectina-L na superfície do linfócito.A adesão é suficientemente fraca parapermitir que os linfócitos rolem sobre asuperfície das células endoteliais, em-purrados pelo fluxo sanguíneo. Estimu-lados por citocinas que são secretadaspelas células endoteliais (seta curva emvermelho), os linfócitos rapidamenteativam um forte sistema de adesão me-diado por integrinas. Esta adesão fortepossibilita que a célula pare de rolar. Oslinfócitos então usam uma proteína de

adesão (CD31) para se ligar às junçõesentre as células endoteliais adjacentes emigrar para fora da vênula. A CD31 estálocalizada na superfície do linfócito enas junções entre as células endoteliais.A migração subsequente dos linfócitospara dentro dos linfonodos dependentedas quimiocinas produzidas dentro dolinfonodo (setas retas em vermelho). Amigração de outras células brancas dosangue da corrente sanguínea para oslocais de infecção ocorre de maneirasimilar.

Lâminabasal

ADESÃO FRACAE ROLAMENTO

(selectina-dependente)

ADESÃO FORTE(dependente de integrina)E EMIGRAÇÃO

(dependente de CD31)Vênulapós-capilar

Linfócito

Célula endotelialespecializada davênula pós-capilar

Quimiocina

Quimiocina





Resumo

As respostas imunes inatas são ativadas no local de infecção por p adrões 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 anticorposque 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 produziranticorpos. Os anticorpos defendem-nos contra infecções ligando-se aos vírus e às toxinasmicrobianas, inativando-os (ver Figura 25-2). Quando os anticorpos se ligam aos patógenosinvasores, 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 paraatacar os invasores.

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

Figura 25-16 Um esquema simplifica-do do linfonodo humano. As célulasB são inicialmente agrupadas emestruturas denominadas folículos lin-foides, enquanto que as células T ficamconcentradas principalmente no para-

córtex. Ambos os tipos de linfócitos sãoatraídos por quimiocinas a entrar no lin-fonodo, deixando o sangue via vênulaspós-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 seusantígenos específicos, tanto as células Tcomo as células B entram no sinusoidemedular e deixam o linfonodo via vasolinfático eferente. Este vaso desembocana corrente sanguínea, possibilitandoque os linfócitos iniciem outro ciclo decirculação através dos órgãos linfoidesperiféricos (ver Figura 25-14). Se elasencontram seus antígenos específicos,as células B e T são retidas no linfonodo

e são ativadas a tornarem-se célulasefetoras ou de memória. As células T e Bque responderem ao mesmo patógenopoderão interagir dentro e próximo dosfolículos linfoides.

Vasos linfáticos aferentes

Sinus medular

Veia

Artéria

Vaso linfáticoeferente

3 mm

Medula

Folículo linfóide(células B)

Paracórtex(principalmentecélulas T)

Sinus marginal

Vênulapós-capilar





nadas imunoglobulinas (cuja forma abreviada é Ig), estão entre os componentes proteicosmais 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 medeiauma resposta biológica característica após a ligação com o antígeno. Nesta seção, iremostratar da estrutura e da função dos anticorpos e de como eles interagem com os antígenos.

As células B produzem anticorpos que atuam tanto comoreceptores de superfície celular quanto como proteínas secretadas

Todas as moléculas de anticorpos produzidas por uma mesma célula B possuem o mesmosítio 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 atuamcomo receptores de antígenos. Cada célula B tem aproximadamente 105 desses receptoresna 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 ligaao receptor.

Cada clone de célula B produz um único tipo de anticorpo, cada um com um únicosítio de ligação ao antígeno. Quando um antígeno (com o auxílio de uma célula T) ativa umacélula B virgem ou de memória, esta célula B prolifera e se diferencia em uma célula efetorasecretora de anticorpos. Estas células efetoras produzem e secretam grandes quantidadesde anticorpos solúveis (em vez dos associados à membrana), os quais possuem os mesmossítios de ligação do antígeno que o anticorpo de superfície celular que serviu anteriormentecomo receptor de antígeno (Figura 25-17). As células B efetoras podem começar a secretaranticorpos 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 demuitas delas morrerem após alguns dias, algumas sobrevivem na medula óssea por mesesou anos e continuam a secretar anticorpos na corrente sanguínea, proporcionando proteçãoduradoura contra o patógeno que estimulou sua produção.

Um anticorpo típico possui dois sítios idênticos de ligaçãoa antígenos

A 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 seusdois sítios de ligação ao antígeno, eles são descritos como bivalentes. Considerando que umantígeno tem três ou mais determinantes antigênicos, as moléculas de anticorpos bivalentespodem se intercruzar, formando uma grande rede (Figura 25-19) que os macrófagos podemfagocitar e degradar facilmente. A eficiência da ligação com o antígeno e da ligação cruzadapode ser incrementada pela flexibilidade da região da dobradiça na maioria dos anticorpos, aqual 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 habilidadede se ligar ao antígeno e fazer intercruzamento. A cauda da molécula em forma de Y medeiaoutras atividades dos anticorpos. Conforme discutiremos a seguir, os anticorpos com seusdois sítios idênticos de ligação ao antígeno podem possuir qualquer uma das várias regiõescaudais distintas. Cada tipo de região caudal confere ao anticorpo propriedades funcionaisdiferentes, 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 cadeiaspesadas e cadeias leves

A 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 tornode 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 dacombinação de ligações não-covalentes e covalentes (dissulfeto). A molécula é compostapor 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 produzidospor um clone de células B. Quandoas células B virgens ou de memória são

ativadas pelo antígeno (e por célulasT auxiliares, não-representadas), elasproliferam e se diferenciam em célulasefetoras. As células efetoras produzeme secretam anticorpos com um mesmotipo de sítio de ligação ao antígeno, queé o mesmo que originalmente interagiucom os anticorpos associados à mem-brana que serviram como receptores deantígenos.

5 nm

Região caudal

Sítios de ligaçãopara o antígeno

Figura 25-18 Representação simplesde uma molécula de anticorpo. Noteque 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 diferentes

Nos mamíferos, existem cinco classes de anticorpos, IgA, IgD, IgE, IgG e IgM, cada uma comsua própria classe de cadeia pesada – , , , e μ, respectivamente. As moléculas de IgApossuem 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 respectivascadeias 1, 2, 3 e 4. As várias cadeias pesadas têm uma conformação característica desdea 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 mudema 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 produzemsomente cadeias μ. Elas dão origem às células pré-B, nas quais as cadeias μ se associamàs cadeias leves substitutas (que serão substituídas pelas autênticas cadeias leves) que sãoinseridas 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, quandoentão produzirá a verdadeira cadeia leve. As cadeias leves combinam-se com as cadeiasμ, 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 célulaé denominada célula B virgem imatura. Após deixar a medula óssea, a célula começa aproduzir também moléculas de IgD de superfície celular, com o mesmo sítio de ligação aoantígeno 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 órgãoslinfoides periféricos (Figura 25-22).

A IgM não é só a primeira classe de anticorpos a aparecer na superfície da célula B emdesenvolvimento. 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. (Aocontrário das moléculas de IgM, as moléculas de IgD são secretadas somente em pequenasquantidades 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 deligação 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 antígenoscontendo uma, duas ou três cópias de um mesmo tipo de determinante antigênico. Antígenoscom dois determinantes antigênicos podem formar pequenos complexos cíclicos ou cadeiaslineares com anticorpos, enquanto antígenos com três ou mais determinantes antigênicos podemformar grandes redes, que prontamente precipitam. (D) A maioria dos antígenos possui vários de-

terminantes antigênicos diferentes (ver Figura 25-29A), e diferentes anticorpos que reconhecemdiferentes determinantes antigênicos podem cooperar para interligar os antígenos em grandesredes tridimensionais.

Um determinante antigênico

Dois determinantes antigênicos

Três ou mais determinatesantigênicos

Três ou mais determinantesantigênicos diferentes

(A) (C) (D)

(B)

Determinanteantigênico

Antígeno

Região de dobradiça damolécula de anticorpo

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





tígenos.) Na sua forma secretada, a IgM é um pentâmero composto por cinco unidades dequatro 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 cadeiaJ é produzida pelas células secretoras de IgM e é covalentemente inserida entre duas regiõesterminais adjacentes (Figura 25-23).

Quando um antígeno com múltiplos determinantes antigênicos idênticos (ver Figura25-19) se liga a uma única molécula pentamérica de IgM secretada, ela altera a estruturado pentâmero, permitindo a ativação do sistema do complemento. Conforme discutido noCapítulo 24, quando o antígeno está na superfície de um patógeno invasor, a ativação docomplemento pode tanto marcar o patógeno para fagocitose quanto destruí-lo diretamente.Como discutiremos mais adiante, a ativação do complemento também pode intensificar aresposta imune contra um antígeno: a ligação de um componente ativado do complemento

ao complexo antígeno-anticorpo, por exemplo, pode aumentar a capacidade do antígeno deestimular 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 aresposta 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 S S

SS

S

COOHHOOC

HOOC COOH

H2N

H2N NH2

NH2

Sítio de ligaçãopara o antígeno


Região dedobradiça

Cadeia leve

Cadeia pesada

Cadeia leve

Cadeia pesada

Figura 25-21 Desenho esquemáticode uma molécula de anticorpo bi-valente. Ela é composta por quatrocadeias polipeptídicas – duas cadeiaspesadas idênticas e duas cadeias levesidênticas. Os dois sítios de ligação ao

antígeno são idênticos, cada um forma-do por regiões N-terminais das cadeiasleves e por regiões N-terminais das ca-deias pesadas. As duas cadeias pesadasformam a região da cauda e a região dadobradiça 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 , mas elas permanecem no retículo endoplasmático até que a cadeia levesubstituta seja produzida. Embora não esteja representado na figura, todas as moléculas de Ig de superfície celular estão associadasa proteínas transmembrana que auxiliam na transmissão de sinais para o interior da célula (ver Figura 25-70). Quando são ativadaspelo antígeno estranho específico e pelas células T auxiliares nos órgãos linfoides periféricos, as células B virgens maduras proliferame 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 edestroem 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 ofeto através da placenta. As células da placenta que estão em contato com o sangue maternopossuem receptores Fc que se ligam às moléculas de IgG recém-chegadas e transportam-naspara 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 sãoentão 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 outrasclasses de imunoglobulinas não se ligarem a este receptor Fc específico, elas não podem

Figura 25-23 Uma molécula de IgMpentamérica. As cinco subunidades dequatro cadeias são mantidas unidas porligações dissulfeto (vermelho). Uma úni-ca cadeia J, com uma estrutura similar aum único domínio de Ig (será discutido

adiante), encontra-se covalentementeligada a duas caudas de cadeias pesa-das por ligações dissulfeto. A cadeia J énecessária à formação do pentâmero.A adição sucessiva de cada subunidadede IgM composta por quatro cadeiasrequer uma cadeia J, que é posterior-mente descartada, com exceção daúltima, que é mantida. Repare que asmoléculas de IgM não possuem regiõesde dobradiça.

Cadeia pesada

Cadeialeve

Cadeia J

= Ligação de dissulfeto

Sítios de ligaçãopara o antígeno

Bactéria

Pseudópodo

Receptor Fc

FAGOCITOSE

(A) (B)

Bactéria coberta por

anticorpos IgG

Região Fc de um

anticorpo IgG

Macrófago ouneutrófilo

Leucócitofagocítico 1 m

Membranaplasmática

Figura 25-24 Fagocitose ativada

por anticorpo. (A) Uma bactériarecoberta por anticorpos IgG éeficientemente fagocitada porum macrófago ou um neutrófiloque possui receptores de super-fície celular que se ligam à regiãocaudal (Fc) das moléculas de Ig. Aligação da bactéria recoberta poranticorpo aos receptores de Fcativa o processo de fagocitose. Aregião caudal de uma molécula deanticorpo é denominada região Fc,porque, quando os anticorpos sãoclivados pela enzima proteolíticapapaína, os fragmentos que con-têm as regiões caudais cristalizamfacilmente. (B) Micrografia eletrô-

nica de um neutrófilo fagocitandouma bactéria recoberta por IgG,que se encontra no processo dedivisão. O processo no qual o anti-corpo (ou o complemento) recobreo patógeno e aumenta a eficiênciana qual é fagocitado é denomina-do opsonização. (B, cortesia de Do-rothy F. Bainton, de R. C. Williams,Jr. e H. H. Fudenberg, PhagocyticMechanisms 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 pelointestino do neonato para sua corrente sanguínea por transcitose, fornecendo proteção parao bebê contra infecções.

A IgA é a principal classe de anticorpos nas secreções, incluindo a saliva, as lágrimas, oleite e as secreções respiratórias e intestinais. Apesar de a IgA ser um monômero com quatrocadeias 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 commenor eficiência), e este pode ser o motivo pelo qual os indivíduos com uma deficiênciaseletiva de IgA, a forma mais comum de deficiência de anticorpos, são apenas parcialmenteafetados pela deficiência.

A região caudal das moléculas de IgE, que é um monômero com quatro cadeias, liga-secom uma afinidade altíssima (K

a~ 1010 litros/mol), pouco comum, a uma outra classe de re-

ceptores Fc. Esses receptores estão localizados na superfície de mastócitos nos tecidos e embasófilos no sangue. As moléculas de IgE ligadas a eles funcionam como receptores naturaispara antígenos. A ligação com o antígeno leva os mastócitos ou os basófilos a secretaremuma 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 auxiliaos leucócitos, os anticorpos e os componentes do complemento a migrarem para o localonde os mastócitos foram ativados. A liberação de aminas pelos mastócitos e basófilos causaos sintomas das reações alérgicas, como febre do feno, asma e urticária. Além disso, os mas-tócitos secretam fatores que atraem e ativam leucócitos denominadoseosinófilos. Os eosinó-filos possuem receptores Fc que se ligam a moléculas de IgE e podem matar vários tipos deparasitas 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 ligaçãoa antígeno de um anticorpo são sempre idênticos. Esta simetria é crucial para a função deligação cruzada dos anticorpos secretados (ver Figura 25-19).

Componentesecretor

Cadeia J

Cadeiaspesadas

Sítios de ligação para o antígeno

Cadeia

leve

Ligaçãodissulfeto

FLUIDOEXTRACELULAR

Dímero de IgA

Receptor Fc associadoà membrana

CÉLULA EPITELIAL

TRANSCITOSE

LÚMEN

Componentesecretor

Vesícula de

transporte

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

Figura 25-26 O mecanismo de trans-porte da molécula de IgA diméricaatravés de uma célula epitelial. A mo-lécula de IgA, na forma de um dímeroque contém a cadeia J, liga-se a umaproteína receptora transmembrana nasuperfície da célula epitelial na faceoposta ao lúmen do vaso. (A cadeia Jnão está representada nesta figura por

questões de clareza.) Os complexosreceptor-IgA são internalizados peloprocesso de endocitose mediada peloreceptor; o complexo é transferido, atra-vessando o citoplasma da célula epite-lial dentro de vesículas, e é secretadono lado oposto da célula, no lúmen, porexocitose. Quando exposta ao lúmen,uma parte da proteína receptora Fc, queestá associada ao dímero de IgA (o componente secretor ), é clivada da sua caudatransmembrana, liberando o anticorpona 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 regiãotransmembrana C-terminal hidrofóbica, que ancora a cadeia pesada na bicamada lipídica damembrana 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 dedentro da célula. Esta mudança no caráter da molécula de anticorpo ocorre porque a ativaçãoda célula B pelo antígeno (e pelas células T auxiliares) induz uma mudança no modo pelo qualos 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 donúmero e da afinidade dos sítios de ligação ao antígeno

A 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 próximao 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 quatrocadeias são seus dois sítios de ligação ao antígeno idênticos; a região correspondente a estano antígeno é denominada determinante antigênico (Figura 25-28). Em sua maioria, as ma-

Mastócito

Receptor Fcespecífico para IgE

Vesículassecretorascontendohistaminas

IgEAntígeno

RECEPTORES FcLIGADOS À IgE

ANTÍGENOMULTIVALENTEINTERLIGANDOMOLÉCULASADJACENTES 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 IgEapós 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 deanticorpos de superfície celular com uma alta variedade de sítios de ligação ao antígeno. Quando uma molécula de antígeno se ligaa estes anticorpos IgE associados à membrana, promovendo a interligação entre os receptores vizinhos, ocorre uma emissão de sinalpara 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 quatrocadeias

5 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 ebasófilos

— — — — +





cromoléculas antigênicas possuem vários determinantes antigênicos diferentes, e são ditasmultivalentes; se duas ou mais delas são idênticas (como em um polímero com estruturasrepetitivas), 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) podeser 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 (K a) (ver Figura 3-43), onde

K a = [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 metadedos sítios de ligação de antígeno em um anticorpo. Quando metade dos sítios está ocupa-da, [AgAb] = [Ab] e K a = 1/[Ag]. Assim, a recíproca da concentração do antígeno que produzmetade 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 ligaçãopara 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 deligação é fortemente aumentada porque todas as ligações antígeno-anticorpo precisam serquebradas 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 aum antígeno polivalente, se ambos os sítios de ligação do antígeno estiverem participandoda 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 IgMé 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 osanticorpos que são produzidos no início da resposta imune geralmente possuem afinida-de muito inferior do que aqueles que são produzidos posteriormente. Por conta desta altaavidez, 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 ede sua estrutura tridimensional.

As cadeias leves e pesadas dos anticorpos são compostaspor regiões constantes e variáveis

A comparação das sequências de aminoácidos de diferentes moléculas de anticorpos reve-lou características interessantes, com importantes implicações genéticas. Tanto as cadeiasleves como as pesadas apresentam uma sequência variável na região N-terminal, mas uma

Figura 25-28 Antígeno ligando-se a um anticorpo. Neste diagramaaltamente esquemático, encontra-se representada a interação de um de-terminante antigênico de uma macromolécula com dois sítios de ligação aantígenos de moléculas de anticorpos diferentes, uma de alta afinidade eoutra de baixa afinidade. O determinante antigênico é mantido associado aosítio de ligação por várias forças não-covalentes fracas; o sítio que apresentar

maior complementaridade ao antígeno será o de maior afinidade. Note queas cadeias leves e pesadas da molécula de anticorpo em geral contribuempara 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 representadacom vários determinantes antigênicosdiferentes. Distintas regiões da cadeiapolipeptídica em geral associam-se naestrutura dobrada de cada determinan-te antigênico na superfície da proteína,como representado para três dos qua-tro determinantes. (B) Uma estruturapolimérica é representada com váriosdeterminantes antigênicos idênticos.





sequência constante na região C-terminal. Consequentemente, quando as sequências deaminoácidos 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 (naporção 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 deligação 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 ocorreem 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 atémenos de 10 aminoácidos na superfície de uma proteína globular, por exemplo.

As cadeias leves e pesadas são compostas por domíniosde Ig repetitivos

Tanto as cadeias leves como as pesadas são compostas por segmentos repetitivos – sendocada 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 Figura25-32, a cadeia leve possui um domínio variável (V L) e um domínio constante (CL) (equiva-lentes às regiões variáveis e constantes mostradas na metade superior da Figura 25-30). O do-mínio V L pareia com o domínio variável da cadeia pesada (V H) para formar a região de ligaçãoao 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 determinaas outras propriedades biológicas do anticorpo. A maior parte das cadeias pesadas possui trêsdomínios 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 variávelda cadeia pesada

Regiõeshipervariáveis

Região variávelda cadeia leve

Regiões hipervariáveisda cadeia pesada


Regiõeshipervariáveisda cadeia leve

Figura 25-30 Regiões constantes evariáveis das cadeias de imunoglobu-linas. As regiões variáveis das cadeiasleve e pesada formam o sítio de ligaçãoao antígeno, enquanto que a regiãoconstante das cadeias pesada determi-

nam as outras propriedades biológicasdos anticorpos.

Figura 25-31 Regiões hipervariáveisdos anticorpos. Um desenho altamen-te esquematizado representando comotrês regiões hipervariáveis em cadacadeia leve e pesada juntas formam osítio de ligação ao antígeno em umamolécula de anticorpo.





primordiais que codificavam para um único domínio com 110 aminoácidos, com funçãodesconhecida. 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 alçashipervariáveis

Uma 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 bilhõesde 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 ligaçõesdissulfeto. Conforme veremos adiante, várias outras proteínas de superfície de linfócitos e deoutras 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 famíliade proteínas denominada superfamília de imunoglobulinas (Ig s).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 variáveisdas cadeias leves como das cadeias pesadas, agrupam-se para formar o sítio de ligação aoantígeno. 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 emuma molécula de anticorpo são, cadauma, dobradas em domínios repeti-tivos similares. Os domínios variáveis(marcados em azul ) das cadeias leves

e pesadas (VL e VH) formam os sítiosde ligação ao antígeno, enquanto osdomínios constantes da cadeia pesada(principalmente CH2 e CH3) determi-nam a outra propriedade biológica damolécula. As cadeias pesadas dos anti-corpos IgM e IgE não possuem regiãode dobradiça, mas têm um domínioconstante extra (CH4). As interações hi-drofóbicas existentes entre os domíniosde cadeias adjacentes desempenhamo papel fundamental de manter as ca-deias unidas na molécula de anticorpo:VL liga-se com VH, CL liga-se com CH1, eassim por diante (ver Figura 25-34). To-dos os anticorpos são glicosilados nosseus domínios CH2 (não-apresentado);

a cadeia de oligossacarídeo ligada variade anticorpo para anticorpo e influenciaa propriedade biológica do anticorpo.

S S

S S

S

S

S S

S

S

S

S

S

S

S

S

S S

S S S

S

S

S

S S

S S

SS

SS

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 regiãoconstante da cadeia pesada de umanticorpo. As sequências codificantes(éxons) para cada domínio e para a

região de dobradiça são separadas porsequências não-codificadoras (íntrons).As sequências intrônicas são remo-vidas durante o splicing do transcritoprimário de RNA, originando o mRNA.Acredita-se que a presença dos íntronsno DNA tenha facilitado as duplicaçõesacidentais dos segmentos de DNA queoriginaram os genes dos anticorpos, du-rante a evolução (discutido no Capítulo4). As sequências de DNA e de RNA quecodificam as regiões variáveis da cadeiapesada não estão apresentadas.

Sequências codificantes

CH1 Dobradiça CH2 CH3 DNA

Íntron Íntron Íntron

TRANSCRIÇÃO

RNA

SPLICING DO RNA

mRNA

CH1 Dobrad iça CH2 CH3

CH1 Dobradiça CH2 CH3

TRADUÇÃO

H2N

Região constante da cadeia pesada

COOH

5 3





por uma estrutura rígida altamente conservada, com as alças hipervariáveis ligadas a umadas extremidades, alterações na extensão e na sequência de aminoácidos podem gerar umagrande 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 variáveisdas 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 variamdependendo da conformação da cadeia polipeptídica das alças hipervariáveis, que, por sua

vez, são determinadas pela sequência de aminoácidos das cadeias laterais de cada alça. Aforma dos sítios de ligação varia bastante – bolsas, fendas, superfícies onduladas mais planase até protrusões – dependendo do anticorpo (Figura 25-35). Os ligantes menores tendema ligar-se a bolsas profundas, enquanto os ligantes maiores tendem a ligar-se a superfíciesmais planas. Além disso, o sítio de ligação pode alterar sua forma após a ligação do ligantepara 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 osmecanismos genéticos que possibilitam que cada um de nós possa produzir vários bilhões

de moléculas de anticorpos?

Resumo

Os 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 anticorposligados 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 deuma molécula de anticorpo IgG defi-nido por estudos de cristalografia porraios X. A estrutura da proteína inteiraestá representada no centro, enquantoa estrutura do domínio constante está

representada no lado esquerdo, e ado domínio variável, no lado direitoda figura. Os dois domínios consistemem duas folhas que são unidas porligações 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 deligação ao antígeno (ver também Figura3-41).

VH

VHVL

VL

CL

CLCH1

CH1

CH2

CH3

Alçahipervariável

Bolsa Fenda Superfície

VHVH VH VLVLVL

Figura 25-35 Diferentes superfícies deligação a antígenos nos anticorpos. Asalças hipervariáveis de diferentes do-mínios VL e VH podem combinar-se paraformar uma grande variedade de su-perfícies de ligação. Os determinantesantigênicos e os sítios de ligação do an-tígeno em um anticorpo encontram-serepresentados em vermelho. Somenteum sítio de ligação do antígeno estárepresentado 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 (V L )

e um constante (C L ), enquanto a cadeia pesada possui um domínio variável (V H ) e três ou quatro

domínios constantes (C H ). 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 deligação ao antígeno.

A GERAÇÃO DA DIVERSIDADE DOS ANTICORPOS

Mesmo na ausência da estimulação antigênica, é provável que o homem possa, produzirmais 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 grandeo suficiente para garantir que existirá um sítio de ligação ao antígeno capaz de combinar-secom praticamente todos os possíveis determinantes antigênicos existentes, mesmo que combaixa afinidade. (Os sítios de ligação ao antígeno de muitos anticorpos podem reagir de for-ma cruzada com vários determinantes antigênicos distintos, mas relacionados, tornandoesta 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 antígenoaumenta 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 diversidade de anticorpos é decorrente de um mecanismo genético especial: como pode umanimal produzir um número superior de anticorpos em comparação ao número de genesdisponíveis 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 cadeiasleves e mil genes codificando cadeias pesadas pode, em princípio, combinar seus produtosde 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 específicosevoluíram, permitindo que o sistema imune adaptativo produza um número praticamenteilimitado 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. Discutiremosos 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 emdesenvolvimento unem segmentos gênicos que estão separados no DNA para formar genesque 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 duasmudanças 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, essasmudanças 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 paraproduzir 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 apartir de segmentos de genes separados durante odesenvolvimento da célula B

Camundongos e seres humanos produzem seu repertório primário de anticorpos reunindosegmentos gênicos separados durante o desenvolvimento das células B. Cada tipo de cadeiade anticorpo cadeias leves – e e cadeias pesadas – é codificado em lócus gênico separadoem 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 quecodificam a região C. Durante o desenvolvimento de uma célula B na medula óssea (ou fígadofetal), 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 mudançasnas 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 apartir 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 asequência de eventos envolvidos na produção do polipeptídeo de cadeia leve humano apartir de seus segmentos gênicos separados. Cada região V de cadeia pesada é construídade maneira similar por meio da combinação de segmentos gênicos, mas há um segmento dediversidade 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 ascadeias de anticorpos contribui substancialmente para a diversidade de anticorpos, e a liga-

ção combinatória desses genes (denominada diversidade combinatória) aumenta bastanteesta 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), demodo 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 seunir 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 construçãoda 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 pequenoíntron, e dos 40 segmentos gênicos Vpor milhares de pares de nucleotídeos.Durante o desenvolvimento de umacélula B, um segmento gênico V alea-toriamente escolhido (V3, neste caso)é posicionado precisamente próximo aum dos segmentos gênicos J ( J3, nestecaso). Os segmentos J “restantes” ( J4 e J5) e a sequência do íntron são transcri-tos (junto com os segmentos gênicosV3 e J3 associados e a sequência quecodifica a região C) e removidos duranteo splicing do RNA, dando origem à mo-lécula de mRNA, na qual as sequências

V3, J3 e C encontram-se contíguas. EstesmRNAs são traduzidos em cadeias levesκ. Um segmento gênico J codifica 15 oumais aminoácidos da porção C-terminalda região V , e uma pequena sequênciacontendo o segmento de junção V-Jcodifica a terceira região hipervariávelda cadeia leve, que é a porção mais va-riável de uma região V.

Cadeia leveV3 J 3 C

NH2 COOH

TRADUÇÃO

V3 J 3 C mRNA

5 3

SPLICING

DE RNA

Transcrito de RNA5 3

V3 J3 J4

C

TRANSCRIÇÃO

V3 J3 J4

C V2V1

DNA da célula B5 3

J5

J5

J3 J4 J5 J1 J2

C

3

V40V3V2V1

5DNA germinativo

Regiões de DNA a serem associadas

DNA REARRANJADO DURANTEO DESENVOLVIMENTODA CÉLULA B

35

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 segmentosV , 25 segmentos D, seis segmentos J e um agrupamento ordenado desequências que codificam a região C ,onde cada agrupamento codifica umaclasse diferente de cadeia pesada. Ossegmentos D (e parte do segmento J )codificam os aminoácidos da terceiraregião hipervariável, que é a porçãomais variável da região V de cadeia

pesada. Os mecanismos genéticosenvolvidos na produção de uma cadeiapesada são os mesmos mostrados naFigura 25-36 para as cadeias leves, comexceção das duas etapas de rearranjodo DNA. Inicialmente, um segmento D associa-se a um segmento J , e então umsegmento V associa-se ao segmento DJ rearranjado. A figura não está represen-tada em escala e omite alguns detalhescomo, por exemplo, o tamanho total dolócus de cadeia pesada é maior que doismegabases.





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 ligaçãoao antígeno dos anticorpos. Somente por esse mecanismo, denominado recombinação V(D) J , o homem pode produzir 320 diferentes regiões V L (200 e 120 ) e 6.000 diferentes regiões V H. 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 decélulas B (cerca de 1012) no homem.

As junções imprecisas dos segmentos gênicos aumentama diversidade das regiões V

No processo de recombinação V(D)J, a recombinação sítio-específica une segmentos gênicosque se encontram separados para formar sequências codificantes funcionais para as regiões

V L ou V H. As sequências-sinal de recombinação conservadas flanqueiam cada segmento gênicoe servem como sítios de reconhecimento para o processo de junção, garantindo que somenteos segmentos gênicos apropriados se recombinem. Assim, por exemplo, um segmento V decadeia leve irá sempre associar-se a um segmento J , mas não a outro segmento V . As junçõessão mediadas por um complexo enzimático denominado recombinase V(D)J . Este complexo

contém duas proteínas que são específicas dos linfócitos em desenvolvimento, assim comoenzimas 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 paraformar um complexo (denominado RAG), que atua como uma endonuclease, introduzindoquebras na fita dupla de DNA precisamente entre os segmentos gênicos a serem unidos esuas 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 realizara recombinação V(D)J e, consequentemente, não possuem células B e células T funcionais,

7 23 9

Sequência

de sinal V1

9 12 7

Sequência

de sinal J1

V1 J1

V1V1 J1

J1

LIGAÇÃO DE PROTEÍNAS RAG

Enzimas de ligação deextremidades não-homólogas

+

Círculo descortadode DNA contendosequências sinal

Proteína RAG

V1 J1

PAREAMENTO DEPROTEÍNAS RAG

CORTEDO DNA

LIGAÇÃO DEENZIMAS RE-PARADORAS

V1 J1

JUNÇÃO V-J

Figura 25-38 O papel das sequên-cias-sinal de recombinação na ligaçãodos segmentos gênicos mediada por

RAG. No caso apresentado, V1 é ligadoa J1 em um lócus de cadeia leve. Doistipos de sequência-sinal de DNA es-tão envolvidos na recombinação V(D)J, a qual ocorre somente entre tiposdiferentes: ambos possuem a mesmasequência de 7 pares de bases (pb) emuma extremidade e a mesma sequên-cia de 9 pb na outra extremidade. Noentanto, em um tipo, as extremidadesestão separadas por um espaçador de12 pb e, em outro, por um espaçadorde 23 pb, e as duas proteínas RAG seligam a cada um deles, fazendo a justa-posição entre as duas sequências-sinaldiferentes. Então, o complexo RAGcorta as duas sequências-sinal nos seus

últimos 7 pb, e a enzima de reparodo DNA liga os segmentos V1 e J1. Assequências-sinal são então unidas edescartadas como um pequeno círculode DNA que contém todo o DNA ori-ginalmente localizado entre V1 e J1. Omesmo processo de sequência-sinal éusado para unir os segmentos gênicosV, D e J do lócus de cadeia pesada. Oarranjo das sequências-sinal e a “regra12/23” descrita assegura que somenteos segmentos gênicos adequados serecombinem.





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 édenominada diversidade juncional, e aumenta bastante a diversidade das sequências co-dificantes para as regiões V criadas por meio da recombinação V(D)J, especificamente naterceira região hipervariável. No entanto, esse aumento de diversidade tem seu preço. Emmuitos casos, isso resultará em um deslocamento do quadro de leitura, o que gerará umgene não-funcional. Dessa maneira, cerca de dois em cada três rearranjos são “improdu-tivos”, e vários linfócitos B em desenvolvimento nunca produzem moléculas de anticorposfuncionais 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 seuanticorpo 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 Bsejam monoespecíficas

As 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 osanticorpos interliguem os antígenos, formando grandes agregados e promovendo, assim, aeliminação dos antígenos (ver Figura 25-19). Isso também significa que uma célula B ativadasecreta 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 V L e um tipo de região V H. 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 podeproduzir 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 doisloci 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 decadeias 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 osgenes maternos como os paternos, são igualmente expressas em uma célula.

A exclusão alélica e a escolha entre as cadeias leves ou durante o desenvolvimentode 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 rearranjosem 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 queexpressa um gene de cadeia μ rearranjado, por exemplo, o rearranjo de todos os genes dascadeias pesadas endógenos geralmente é suprimido. Resultados comparáveis foram obtidospara as cadeias leves. A supressão não ocorre se o produto do gene rearranjado não gerar umreceptor que se insira na membrana plasmática. Dessa forma, tem sido proposto que tantoo 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 dascadeias 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 codificantesdas regiões V H com sucesso, e que venha também a ter sucesso no rearranjo das sequênciascodificantes das regiões V L, tornando-se, assim, uma célula B. Esta chance é posteriormenteaumentada, porque antes que uma célula pré-B produza cadeias leves padrão, ela produzcadeias leves substitutas (ver Figura 25-22), que se combinam com cadeias pesadas do tipoμ. Os receptores resultantes são expressos na superfície celular e possibilitam que a célulaprolifere, produzindo grande número de células-filhas, sendo provável que algumas delaspossuam 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 intactasmorrem 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. Iniciaremospelo notável mecanismo darwiniano responsável pelo aumento da afinidade dos sítios deligação ao antígeno dos anticorpos por seus antígenos específicos.

As hipermutações somáticas dirigidas por antígenosdeterminam respostas precisas de anticorpos

Conforme mencionado anteriormente, com o passar do tempo após uma imunização, demodo geral, ocorre um aumento progressivo da afinidade dos anticorpos produzidos contrao antígeno utilizado na imunização. Este fenômeno, conhecido como maturação da afini-

dade, é devido ao acúmulo de mutações pontuais específicas nas sequências que codificamas regiões V tanto das cadeias pesadas como das cadeias leves. As mutações ocorrem muitodepois de as regiões codificantes terem sido reunidas. Após o estímulo das células B peloantígeno 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 mutaçãopor sequência codificadora de região V por geração de células. Devido ao fato de essa taxaser cerca de um milhão de vezes mais elevada do que a de mutações espontâneas em outrosgenes e ocorrer em células somáticas e não em células germinativas (discutido no Capítulo21), 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 produzidospelos mesmos genes de anticorpos e, portanto, o antígeno irá estimular preferencialmenteaquelas 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 produziranticorpos com um único tipo de sítio de ligação ao antígeno, uma célula B em desenvolvimento deveutilizar 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 codificama região V em uma célula B em desenvolvimento ocorre em uma sequência ordenada, um segmentode cada vez, em geral iniciando com o lócus da cadeia H. Neste lócus, os segmentos D primeiramente

associam-se a um segmento J H em ambos os cromossomos paternos. A seguir, ocorre a associação do V H ao DJ H em um destes cromossomos (não-representado). Se este rearranjo produzir um gene funcional, aprodução resultante de cadeias 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, nestaetapa, suspende todo o processo de rearranjo de todos os outros segmentos que codificam para a regiãoVH e inicia o rearranjo de V L. O rearranjo de V L 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 V L com J L levar à produção de cadeias leves, estas se combinam com as cadeias 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 areceber 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 daespecificidade de seu receptor (não-representado). Se uma célula não produzir um rearranjo funcional deuma 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 LINFOIDECOMUM PROGENITORA

CÉLULA PRÉ-B

Conjunto desegmentosgênicos decadeia pesadaescolhido

CÉLULA B

Conjunto de segmentosgênicos de cadeialeve escolhido

Cadeia levereserva

Cadeia materna

Cadeia levepaterna dotipo

M o l é c u l a d e I g M

Os genesrag sãodesativados





tidade de antígeno decrescer a níveis baixíssimos durante a resposta. A maioria das célulasB 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 decélulas B efetoras e de memória, anticorpos de altíssima afinidade tornam-se abundantesdurante 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. Elaé 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 somáticaafeta somente as sequências codificadoras da região V ativamente transcrita, provavelmen-te porque a enzima AID é carregada especificamente em transcritos de RNA (discutido noCapítulo 7). A AID também é necessária quando as células B ativadas trocam a produção deIgM 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 comoreceptores para antígenos. Depois que as células B deixam a medula óssea, mas antes queinterajam 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 muitasdessas 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 Bativada sofre hipermutação somática, a combinação do antígeno com citocinas secretadaspelas 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 classecorrespondente de moléculas de anticorpo em sua superfície, enquanto outras se tornam

células efetoras secretoras de anticorpos. As moléculas de IgG, IgA e IgE são coletivamentedenominadas classes secundárias de anticorpos, porque são produzidas somente após a esti-mulação antigênica e porque são as moléculas predominantes em uma resposta secundáriade anticorpos. Conforme visto anteriormente, cada classe de anticorpos é especializada ematacar 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, semtrocar o sítio de ligação ao antígeno, implica que a mesma sequência codificante da região

Figura 25-40 Algumas das maneirasnas quais a AID pode causar mutaçõesdurante a hipermutação somática. AAID desamina algumas citosinas emuracila no DNA que codifica a regiãoV transcrita, causando o pareamentoincorreto U:G, o qual leva a mutaçõesde várias formas. Algumas mutaçõesocorrem quando o DNA contendo o pa-reamento incorreto U:G não-processadoé replicado (ver Figura 5-49A). Outrasocorrem quando a uracila é removida

pela DNA-uracila glicosilase antes dareplicação do DNA, gerando aposiçãoem uma fita do DNA com ausênciade uma base para a cópia pela DNA-polimerase. Ainda outras (não apresen-tadas), ocorrem quando a área ao redordo pareamento incorreto U:G é excisadapelo sistema de reparo de pareamentoincorreto (discutido no Capítulo 5),produzindo um espaço que pode serreparado por DNA-polimerases sujeitasa erro, gerando mutações nos pares A:Te C:G.

G

C

C

G

G

G

U

AT

A

T

C

G

A

T

C

G

+

ou

+

REPLICAÇÃODO DNA

REPLICAÇÃO DO DNA

DNA-URACILAGLICOSILASE

DESAMINAÇÃODE C PELA AID

DNA da região V

ou





V H 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 apresentaimplicações 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 serexpresso 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 aproduzir uma das classes secundárias de anticorpos, ocorre uma alteração irreversível aonível 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 existentesentre a sequência codificante de VDJ rearranjada e uma determinada sequência codificantede CH que a célula está destinada a expressar. A recombinação para troca de classe difereda 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 diferentessequências-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 ea ligação de sequências de troca, as quais são sequências não-codificadoras, de modo que asequência 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 transcriçãoque ativam a transcrição das sequências de troca relevantes, permitindo que a AID se liguea 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-seque a excisão dessas uracilas pela DNA-uracila glicosilase (ver Figura 25-40) leve, de algumaforma, a quebras na fita dupla nas regiões de troca, as quais são então unidas para formarextremidades 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 anticorposé 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 nadiversificação dos anticorpos discutidos neste capítulo.

Resumo

Os anticorpos são produzidos por três loci gênicos em cromossomos separados, cada um produ-

zindo uma cadeia polipeptídica diferente. Um codifica as cadeias leves do t ipo , 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 rearranjo de DNA que ocorre na recombina-ção de troca de classe. Uma célula Bproduzindo um anticorpo IgM a partirde 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 asequência VDJ e a sequência codificanteC. As sequências específicas de DNA(sequências de troca) localizadas apóscada sequência codificante CH recombi-nam-se uma com a outra com a deleçãoda sequência de DNA interveniente.O processo de recombinação para atroca de classes, como discutido notexto, depende da AID e da DNA-uracilaglicosilase (UDG), as mesmas enzimasenvolvidas 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 DNAPOR CORTE EJUNÇÃO DO DNANAS SEQUÊNCIASDE 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 deanticorpos no homem e em camun-dongos. Aqueles marcados em verde ocorrem durante o desenvolvimentodas células B na medula óssea (ou nofígado fetal), enquanto que os mecanis-mos marcados em vermelho ocorremquando a célula B é estimulada por umantígeno estranho e pelas células T au-xiliares, localizadas nos órgãos linfoidesperiféricos, tanto no final da respostaprimária 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 V L recombina-se com um segmento

gênico J L , para produzir uma sequência de DNA codificante para a região V de uma cadeia leve, e

um segmento gênico V H recombina-se com um segmento gênico D e um segmento gênico J H 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 V L e V H durante o desenvolvimento da célula B. Uma vez que o sítio de ligação ao

antígeno é resultante da associação das alças hipervariáveis de V L e V H 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 denucleotídeos 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 MHC

Assim 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 maiorparte 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 Bem 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 osantígenos encontram-se na superfície de células apresentadoras de antígeno, normalmen-te células dendríticas, nos órgãos linfoides periféricos. As células T necessitam das célulasapresentadoras de antígeno para ativação porque a forma do antígeno que elas reconhecemé diferente daquela reconhecida pelas células B. Enquanto as células B reconhecem antíge-nos intactos, as células T reconhecem fragmentos de antígenos proteicos que tenham sidoparcialmente degradados dentro de uma célula apresentadora de antígeno. Os fragmentosdo peptídeo são então transportados para a superfície da célula apresentadora de antígeno

associados a moléculas especiais denominadas proteínas do MHC (discutido no Capítulo24), 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 deinfecção. 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, asquais serão mortas (no caso de células infectadas) ou marcadas de alguma maneira (nocaso de uma célula B ou um macrófago). Iremos nos referir a tais células hospedeiras comocélulas-alvo. Entretanto, pelo fato de estas células apresentarem o antígeno ligado a umaproteína do MHC em sua superfície para uma célula T que a reconheça, elas também sãocélulas apresentadoras de antígeno.





Existem três principais populações de células T – as células T citotóxicas, as células Tauxiliares e as células T reguladoras (supressoras). As células T citotóxicas efetoras matamdiretamente 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, principalmentemacrófagos, 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 célulasapresentadoras de antígeno e nas células-alvo, considerando o papel crucial desempenhadopelas proteínas do MHC no processo de reconhecimento. Finalmente, descreveremos comoas células T são selecionadas durante o seu desenvolvimento no timo a fim de garantir quesomente células com receptores potencialmente funcionais sobrevivam e maturem. Inicia-remos considerando a natureza dos receptores de superfície das células T utilizados parareconhecer o antígeno.

Os receptores de células T são heterodímeros semelhantesa anticorpos

Uma 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 associadaà membrana e não são secretados. Por essa razão, os TCRs são difíceis de ser isolados, e issosó foi realizado na década de 1980, quando os pesquisadores identificaram sua estruturamolecular. 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 25-43 A). Além disso, a estrutura tridimensional da porçãoextracelular 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 gênicosque codificam as cadeias e encontram-se localizados em cromossomos diferentes. Assimcomo 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 ) quesão unidos por recombinações sítio-específicas durante o desenvolvimento da célula T notimo. Com uma exceção, as células T usam os mesmos mecanismos para gerar a diversidadedos 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 discutidasanteriormente. O mecanismo que não está envolvido com a geração da diversidade das cé-

Figura 25-43 Um receptor de célulaT (TCR) heterodímero. (A) Desenhoesquemático demonstrando que o

receptor é composto por cadeias po-lipeptídicas e . Cada cadeia temaproximadamente 280 aminoácidos decomprimento e apresenta uma grandeporção 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 emazul ). Ao contrário dos anticorpos, quepossuem dois sítios de ligação a antíge-nos, os TCRs possuem somente um. Oheterodímero é associado não-co-valentemente a um grande númerode proteínas invariantes associadas àmembrana (não-representadas), queauxiliam na ativação da célula T, quando

os TCRs se ligam aos antígenos. Umacélula T típica possui em torno de 30 mildestes complexos em sua superfície. (B)Estrutura tridimensional da porção ex-tracelular do TCR. O sítio de ligação aoantígeno é formado por alças hipervari-áveis tanto nos domínios V como nosdomínios V (vermelho), e sua dimensãoe 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 (K a ~105–107 litros/mols), embora células T com afinidades maisaltas sejam preferencialmente selecionadas pelo antígeno para persistirem como células dememória. As células T podem compensar parcialmente esta baixa afinidade aumentando aavidez, que ocorre quando múltiplos TCRs se ligam simultaneamente a múltiplos ligantes

ligados à membrana (o complexo peptídeo:MHC descrito mais adiante). Além disso, várioscorreceptores e proteínas de adesão célula-célula aumentam fortemente a ligação da célulaT 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 estascélulas correspondam de 5 a 10% das células T sanguíneas, são encontradas principalmenteno 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 queestão 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 aseguir. Primeiramente, no entanto, precisamos considerar a forma especial como as célulasT reconhecem antígenos estranhos na superfície das células apresentadoras de antígeno.

A apresentação de antígenos pelas células dendríticas podeativar ou tornar as células T tolerantes

As 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, juntamentecom proteínas coestimuladoras. Por outro lado, as células T de memória podem ser ativadaspor outros tipos de células apresentadoras de antígeno, incluindo os macrófagos e as célulasB, bem como as células dendríticas.

Vários tipos de células dendríticas interagem com as células T, mas todos possuem umúnica função conhecida, que é a apresentação de antígenos que ativam ou inibem as célulasT. As células dendríticas estão localizadas nos tecidos de todo o organismo, incluindo osórgãos linfoides centrais e periféricos. Se elas encontram um micro-organismo invasor, elasendocitam 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 paraos 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 dendríticatorne-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 (verFigura 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 dechoque térmico e de cristais de ácido úrico quando as células morrem por necrose ao invésde apoptose (discutido no Capítulo 18).

As células dendríticas ativadas apresentam três tipos de moléculas proteicas em suassuperfícies que têm um papel na ativação das células T, para tornarem-se células efetorasou células de memória (Figura 25-45): (1) as proteínas do MHC , que apresentam antígenosestranhos 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 àcélula 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 citocinasque podem influenciar o tipo de células T auxiliares efetoras a ser desenvolvido (discutidomais adiante), bem como para onde elas irão migrar após serem estimuladas. As células Tativadas pelas células dendríticas isoladas das placas de Peyer associadas ao intestino (verFigura 25-3), por exemplo, mas não por aquelas isoladas dos órgãos linfoides, migram para ointestino 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 outrosórgãos. 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 dendríticaem cultura. Esta célula apresentadorade antígeno deriva seu nome de seuslongos apêndices, ou “dendritos”. Estacélula foi marcada com um anticorpomonoclonal que reconhece antígenosde superfície nessas células. (Cortesiade David Katz.)





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

As células T citotóxicas efetoras induzem a morte das células-alvo

As 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 conferemessa proteção induzindo a morte da célula infectada antes que os micróbios possam proli-ferar, escapar e infectar células vizinhas. Como discutiremos posteriormente, os micróbiosintracelulares podem ser reconhecidos pelas células T porque as células dos vertebradospossuem mecanismos para a apresentação de fragmentos de suas proteínas intracelularesna 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 omesmo 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 TCélula dentrítica

ativada

Receptor paraa proteínacoestimulatória

Proteínacoestimulatória

Proteínasde adesãocélula-célula

Peptídeo estranho(antígeno)

Receptor decélula T

Proteínado MHC

(A) (B) (C)5 m5 m 10 m

Centrossomo

Figura 25-45 Três tipos de proteínasencontradas na superfície de umacélula dendrítica ativada envolvida naativação de uma célula T. A cadeia po-lipeptídica invariável que sempre estáestavelmente associada ao receptor de

célula T (TCR) não está representada.

Figura 25-46 Células T citotóxicasefetoras matando uma célula-alvo emcultura. (A) Micrografia eletrônica mos-trando uma célula T citotóxica efetoraligada à célula-alvo. As células T citotó-xicas foram obtidas de camundongosimunizados com células-alvo, que sãocélulas de um tumor estranho. (B) Ele-tromicrografia eletrônica mostrandouma célula T citotóxica e uma célulatumoral, que foi morta pela célula T.Em um animal, diferentemente do queocorre em cultura, a célula-alvo mortapode ser fagocitada por células vizinhasmesmo após ter se desintegrado, como

na forma vista aqui. (C) Micrografia deimunofluorescência de uma célula Te de uma célula tumoral após a mar-cação com anticorpos antitubulina.Repare que os centrossomos da célulaT encontram-se orientados em direçãoao ponto de contato célula-célula coma célula-alvo, uma sinapse imunológica.Os grânulos secretores (não-visíveis)das células T são inicialmente trans-portados junto aos microtúbulos parao centrossomo, o qual então move-separa a sinapse imunológica, levando osgrânulos onde eles podem liberar seuconteúdo. Ver também Figura 16-103. (Ae B, de D. Zagury et al., Eur. J. Immunol. 5:818-822, 1975. Com permissão de

John Wiley & Sons, Inc. C, reproduzidade B. Geiger, D. Rosen e G. Berke, J. Cell Biol. 95:137-143, 1982. Com permissãode The Rockefeller University Press.)





com vários correceptores, moléculas de adesão e proteínas sinalizadoras na interface entrea célula T e a célula-alvo, formando a sinapse imunológica. Uma sinapse similar é formadaquando uma célula T auxiliar efetora interage com sua célula-alvo. Desse modo, as células Tefetoras 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 induzindoa 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 membranaplasmática da célula-alvo para formar canais transmembrana. As vesículas secretoras tam-bém contêm serina-proteases que, aparentemente, penetram o citosol da célula-alvo atravésdos canais de perforina. Uma das proteases, denominada granzima B, ativa uma proteínaBcl2 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 25-47 A).Os camundongos com o gene da perforina inativado não podem gerar células T citotóxicasespecíficas para patógenos e apresentam um aumento na suscetibilidade a certas infecçõescausadas por vírus e por bactérias intracelulares.

Na segunda estratégia de morte, a célula T citotóxica também ativa a cascata de caspasesindutora de morte na célula-alvo, mas não tão diretamente. Uma proteína homotriméricapresente 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 ocomplexo por meio de uma proteína adaptadora. As moléculas de procaspase-8 recrutadastornam-se ativadas e iniciam a cascata de caspases que leva à apoptose (Figura 25-47B).

As células T auxiliares efetoras ajudam na ativação deoutras células dos sistemas imunes inato e adaptativo

Ao 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 ascélulas 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 de

perforina

A Morte mediada por perforina

B Morte mediada por Fas

Célula T citotóxica efetora

TC TC TC

Cascata de caspases

Ligantede Fas(trímero)

Fas

Proteínaadaptadora

Célula-alvo

Procaspase--8 inativa

Caspase-8ativada

Célula-alvoapoptótica

Célula-alvoapoptótica

Figura 25-47 Duas estratégias pelasquais as células T citotóxicas efetorasmatam suas células-alvo. Nos doiscasos, a célula T deve fazer contato coma célula-alvo para matá-la, e uma únicacélula T citotóxica pode matar várias

células-alvo em sequência. (A) A célula Tcitotóxica (Tc) libera perforina e enzimasproteolíticas na superfície da célula-alvoinfectada por exocitose localizada. Asaltas concentrações de Ca2+ nos fluidosextracelulares facilita a localização daperforina em canais transmembrana namembrana plasmática da célula-alvo.Os canais permitem que as enzimasproteolíticas entrem para o citosol dacélula-alvo. Uma destas enzimas, agranzima B, cliva a proteína Bid paraproduzir a forma truncada tBid, a quallibera o citocromoc da mitocôndria,iniciando a cascata de caspases e le-vando à apoptose. (B) O ligante de Fashomotrimérico na superfície da célula T

citotóxica liga-se e ativa a proteína Fasna superfície da célula-alvo. A caudacitosólica de Fas contém um domíniode morte que, quando ativado, liga-se auma proteína adaptadora que, por suavez, recruta uma pró-caspase especí-fica (a pró-caspase-8). As moléculas depró-caspase-8 agrupadas tornam-seativadas e iniciam a cascata proteolíticadas caspases, levando à apoptose (verFigura 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 seusfagossomos, 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 realizadatanto pela secreção de várias citocinas como pela expressão de proteínas coestimuladorasem 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 T H 1 estão, principalmente, envolvidas naimunidade contra patógenos intracelulares e auxiliam na ativação de macrófagos, células Tcitotóxicas e células B. As células T H 2 estão envolvidas, principalmente, na imunidade contrapatógenos extracelulares, como parasitas multicelulares, e auxiliam as células B na produçãode 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 tipode 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 auxiliarna 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 T

As células T reguladoras são difíceis de estudar e caracterizar, principalmente porque, atérecentemente, não existiam bons marcadores para identificá-las. Na verdade, por muitosanos 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 aatividade 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 linfoidesperiféricos, 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 aostecidos 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 únicodessas células e é o controlador-chefe de seu desenvolvimento. Por exemplo, quando o geneque codifica esta proteína está inativado, em camundongos e no homem, os indivíduos nãoproduzem 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 Tauxiliaresvirgens

Figura 25-48 Diferenciação de célulasT auxiliares virgens em células auxi-liares efetoras TH1 ou TH2 nos órgãoslinfoides periféricos. A natureza dacélula dendrítica e as características dopatógeno 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-seque 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 auxiliaressão inicialmente ativadas nos órgãos linfoides periféricos pelo reconhecimento de antíge-nos estranhos na superfície de uma célula apresentadora de antígeno, geralmente uma céluladendrítica, 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 encontramno interior da célula apresentadora de antígeno. O processo de reconhecimento depende dapresença de proteínas do MHC na célula apresentadora de antígeno. Estes fragmentos sãoligados, 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 casode uma célula T auxiliar, pode ser uma célula B, uma célula T citotóxica, ou um macrófagoinfectado. No caso de uma célula T citotóxica pode ser qualquer célula hospedeira infectadapor 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 denominadocomplexo de histocompatibilidade principal (MHC, major histocompatibility complex ).Existem duas classes principais de proteínas do MHC com estrutura e função distintas: asproteínas 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 célulasT 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 aspróprias proteínas do MHC, que desempenham um papel fundamental na função da célula T.

As proteínas do MHC foram descritas nas reações a transplantesantes que suas funções fossem conhecidas

As proteínas do MHC foram inicialmente identificadas como os principais antígenos reco-nhecidos nas reações a transplantes. Quando são transplantados órgãos entre indivíduosadultos, de uma mesma espécie (alotransplante) ou entre espécies diferentes ( xenotrans-plante), eles em geral são rejeitados. Em torno de 1950, experimentos com enxertos de peleentre linhagens diferentes de camundongos demonstraram que a rejeição aos enxertos é ummecanismo de resposta imune adaptativa contra os antígenos estranhos presentes na su-perfície das células transplantadas. A rejeição é mediada principalmente por células T, quereagem contra versões de proteínas de superfície celular geneticamente estranhas denomi-nadas moléculas de histocompatibilidade (do grego, histos = tecido). As proteínas do MHCcodificadas por genes agrupados no complexo de histocompatibilidade principal (MHC)provavelmente sejam as mais importantes dentre elas. As proteínas do MHC são expressasnas 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

Proteínado MHCde classe II

TCR

Fragmentoda proteínaestranha

CÉLULAS T CITOTÓXICA

Proteína doMHC declasse I

TC

Fragmentoda proteínaestranha

Célula dendríticaou células-alvo

TCR

Figura 25-49 O reconhecimento de

peptídeos estranhos associados àsproteínas do MHC pelas células T. Ascélulas T citotóxicas reconhecem ospeptídeos estranhos em associaçãocom proteínas do MHC de classe I,enquanto que as células T auxiliares eas células T reguladoras reconhecemos peptídeos estranhos em associaçãocom proteínas do MHC de classe II. Emambos os casos, as células T reconhe-cem os complexos peptídeo-MHC nasuperfície de uma célula dendrítica ouem 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 pormuitos 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, enquantomenos de 0,001% das células T virgens de um indivíduo responde a um antígeno viral típico eaté 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 raroque 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 receptorpara 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 eo alto polimorfismo destas moléculas constituiam-se em um grande enigma. O enigma foi

parcialmente desvendado somente quando pesquisadores descobriram que (1) as proteínasdo MHC ligam-se a fragmentos de proteínas estranhas e os apresentam nas superfícies dascélulas hospedeiras para serem reconhecidos pelas células T e (2) as células T respondem aproteínas do MHC estranhas da mesma maneira que respondem às suas próprias proteínasdo MHC que apresentem antígenos estranhos associados a elas.

As proteínas do MHC de classe I e de classe II sãoheterodímeros estruturalmente similares

As 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 extracelularesque 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 25-50 A). A 2-microglobulina não atravessa a membrana

S

S

S

S

MEIOEXTRACELULAR

COOHCOOH

S S

NH2

11

H2N

2 2S

S

COOH

S S

NH2

2- S

S

3

NH2

HOOC

-microglobulina

21

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

Domíniosemelhante à Ig

Figura 25-50 Proteínas do MHC declasse I e classe II. (A) As cadeias deuma molécula de classe I possuem trêsdomínios extracelulares, 1, 2 e 3, quesão codificados por éxons separados.Estes encontram-se associados, deforma não-covalente, a uma pequenacadeia polipeptídica, a 2-microglo-bulina, que não é codificada dentro damesma região do MHC. O domínio 3 ea 2-microglobulina são semelhantes àsIgs. Enquanto a 2-microglobulina é in-variante, a cadeia é extremamente po-limórfica, principalmente os domínios

1 e 2. (B) Nas proteínas do MHC declasse II, ambas as cadeias são polimór-ficas, principalmente os domínios 1 e1. Os domínios 2 e 2 são semelhantesàs Igs. Assim, existem surpreendentessimilaridades entre as proteínas do MHCde classe I e as de classe II. Em ambos oscasos, os domínios externos (marcadosem azul ) são polimórficos e interagempara formar a fenda de ligação dosfragmentos peptídicos das proteínasestranhas, apresentando-as, assim, paraas 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 odomínio 3 e a proteína 2-microglobulina encontram-se próximos à membrana, gerandouma estrutura similar a um domínio de Ig. Os dois domínios N-terminais da cadeia que seencontram mais afastados da membrana contêm os aminoácidos polimórficos (variáveis)

que são reconhecidos pelas células T nas reações aos transplantes. Esses domínios ligam-sea 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. Nestasproteínas, no entanto, ambas as cadeias ( e ) são codificadas por genes do MHC e ambasinserem-se na membrana (Figura 25-50B). Os dois domínios polimórficos ligam peptídeos eos apresentam para as células T auxiliares ou reguladoras.

A presença de domínios semelhantes a Igs nas proteínas de classe I e de classe II sugereque 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 humanosencontra-se indicada na Figura 25-51, onde ilustramos como um indivíduo pode produzir seistipos 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-clássicasdo 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 eglicolipídeos, 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 oreceptor de célula T

Um 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 moléculasde 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 análisesde difração de raios X das proteínas do MHC.

Conforme ilustrado na Figura 25-52 A, uma proteína do MHC de classe I possui um úni-

co sítio de ligação ao peptídeo localizado em uma extremidade da molécula, voltada para olado oposto da membrana plasmática. Este sítio consiste em uma fenda profunda entre duashélices 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 cristalografiapor raios X, esta fenda continha peptídeos associados que foram cristalizados junto com aproteína do MHC (Figura 25-52B), sugerindo que, quando um peptídeo associa-se a estafenda, ele normalmente não se dissocia.

Um peptídeo típico liga-se à fenda da proteína do MHC de classe I na sua conformaçãolinear, com seu grupo aminoterminal ligado a aminoácidos invariáveis da proteína do MCHem 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 aolongo 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 invariáveisda proteína do MHC das extremidades da fenda reconhecem as características da estruturado 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 dosgenes que codificam as subunidadestransmembrana das proteínas do MHCde classe I (verde-claro) e de classe II(verde-escuro). Os genes mostrados co-

dificam três tipos de proteínas de classeI (HLA-A, HLA-B e HLA-C) e três tipos deproteínas do MHC de classe II (HLA-DP,HLA-DQ e HLA-DR). Cada indivíduopode produzir seis tipos de proteínas doMHC de classe I (três codificadas pelosgenes maternos e três codificadas pelosgenes paternos) e mais de seis tiposde proteínas do MHC de classe II poisexistem dois genes DR e as cadeiaspolipeptídicas codificadas pelos genesmaterno 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 àscadeias 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 doMHC de classe I em um indivíduo podem apresentar vários tipos de peptídeos estranhos paraas 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 similarà 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, quegeralmente possuem de 12 a 20 aminoácidos. Além disso, o peptídeo não se encontra ligadoàs extremidades da fenda, mas são mantidos por interações com os aminoácidos invariáveisda proteína do MHC dispostos ao longo de toda a fenda (Figura 25-54). Como no caso dasproteínas do MHC de classe I, as cadeias laterais dos outros aminoácidos do peptídeo seligam aos aminoácidos polimórficos da proteína do MHC ao longo da fenda, ou apontampara 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 depeptídeos 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

21

NH2

VISTA SUPERIOR(B)

COOH

Peptídeos nafenda de ligaçãopara o peptídeo

Figura 25-52 A estrutura tridimensional de uma proteína do MHC declasse 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 umdos domínios próximos à membrana plasmática (3 e 2-microglobulina)apresenta um arranjo típico das Igs (ver Figura 25-34), enquanto os doisdomínios mais distantes da membrana (1 e 2) são muito similares entresi 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 peptídeosque 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 paraas células T auxiliares, que desempenham um papel fundamental em praticamente todos osmecanismos 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 suafenda de ligação. As proteínas solúveis para estes experimentos foram produzidas por meioda 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 ambasas 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 determinadaespecificidade. Eles geralmente são ligados de forma cruzada a tetrâmeros, de modo quepossam se ligar a quatro TCRs na superfície da célula T com forte avidez.

As proteínas do MHC auxiliam a direcionar as células T a seusalvos apropriados

As proteínas do MHC de classe I são expressas em praticamente todas as células nucleadasde 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 infectadapor 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 internalizarantígenos 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 auxiliaresefetoras, como os macrófagos e as células B.

É fundamental que as células T citotóxicas efetoras direcionem seus ataques para célulasque 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 àfenda da proteína do MHC de classeI. Representação esquemática da vistasuperior da fenda. O diagrama de fitasda fenda do MHC é apresentado emcinza. Ele é formado pelos domínios 1 e

2 da proteína (ver Figuras 25-50A e 25-52A). O corpo do peptídeo é mostradoem amarelo, com os átomos de carbonoem preto, os átomos de oxigênio emvermelho e os átomos de nitrogênioem azul . A porção aminoterminal dopeptídeo está à esquerda. Observe queos grupos amino e carboxiterminaisdo corpo do peptídeo ligam-se porligações de hidrogênio e iônicas (apre-sentadas como linhas pontilhadas azuis)às cadeias laterais de aminoácidosinvariáveis do MHC de proteínas MHCem direção das extremidades da fenda.Embora não mostrado no desenho, ascadeias laterais de alguns aminoácidosdo peptídeo ligado a aminoácidos variá-

veis (polimórficos) da fenda, enquantooutros dirigem-se para fora e podem serreconhecidos pelos TCRs das células Tcitotóxicas. (Cortesia de Paul Travers.)

Figura 25-54 Um peptídeo ligado àfenda da proteína do MHC de classeII. Um desenho esquemático similaràquele apresentado na Figura 25-53.O sulco é formado pelos aminoácidosdos domínios terminais das cadeias α e (α1 e 1, ver Figura 25-50B). Observeque o peptídeo se estende além do finaldo sulco e que sua estrutura se liga porligações de hidrogênio distribuídas aolongo do peptídeo às cadeias lateraisdos aminoácidos invariáveis do sulco.(Cortesia de Paul Travers.)





internalizar antígenos estranhos do meio extracelular. Uma vez que as primeiras células-alvomencionadas são uma ameaça potencial constante, enquanto as últimas são essenciais para asdefesas 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. Aspropriedades 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 dasproteínas do MHC

Em 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 interaçãofuncional 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 sãoas proteínas CD4 e CD8, ambas proteínas transmembrana de passagem única com domíniosextracelulares semelhantes a Igs. Como os TCRs, esses correceptores reconhecem proteínasdo 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 reguladorase liga-se às proteínas do MHC de classe II, enquanto que o CD8 é expresso nas células Tcitotóxicas e se liga às proteínas do MHC de classe I (Figura 25-56). Assim, o CD4 e o CD8contribuem 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


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 oreceptor de célula T e um peptídeoviral ligado à proteína do MHC declasse I. (A) Vista esquemática das alçashipervariáveis dos domínios V e V doreceptor 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, interageprimeiramente com as paredes do sulcode ligação ao peptídeo. (B) Desenhode uma imagem de “vista superior” dosdomínios V (azul ) e das alças hipervari-áveis (azul-escuro) do receptor sobre afenda de ligação ao peptídeo, conformedeterminado por difração de raios X. Odomínio V cobre a porção aminotermi-nal do peptídeo, enquanto que o domí-nio V cobre a porção carboxiterminal.Repare que o receptor encontra-seorientado diagonalmente sobre a fendade ligação ao peptídeo. (B, adaptada de

D. N. Garboczi et al., Nature 384:134-141,1996. Com permissão de MacmillanPublishers 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, DR

Estrutura de cadeias Cadeia + 2-microglobulina Cadeia + cadeia

Distribuição celular A maioria das células nucleadas Células dendríticas, células B, macrófagos, célulasepiteliais tímicas e algumas outras

Envolvidas em apresentar antígenos a Células T citotóxicas Células T auxiliares, células T reguladorasTipo de fragmento pept ídeo Proteínas produzidas no citoplasma Proteínas endocitadas at ravés 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 classeI 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 célulaT (discutido no Capítulo 15). Os anticorpos contra CD4 e CD8 foram amplamente utilizadoscomo ferramentas para se fazer a distinção entre as principais classes de células T tanto nohomem 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 dadoença, a não ser que sejam tratados com uma potente combinação de fármacos anti-HIV. OHIV 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 serapresentada como um complexo peptídeo-MHC na superfície da célula. Inicialmente conside-raremos como uma célula apresentadora de antígeno infectada por vírus ou uma célula-alvoprocessa as proteínas virais para apresentá-las à célula T citotóxica. Após, discutiremos comouma 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 reconhecimentode antígenos virais pelas células T citotóxicas. Os pesquisadores observaram que as célulasT citotóxicas efetoras de um camundongo infectado por um vírus poderiam matar célulascultivadas, infectadas com o mesmo vírus, somente se estas células-alvo expressassem asmesmas 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 expressaspor esse indivíduo, um fenômeno conhecido como restrição ao MHC (Figura 25-57).

proteína CD8

Proteína CD4

Proteína de classe II do MHC

Porçãovariável

Porçãoinvariável

TCR

Céluladendrítica ou

célula-alvo


célula-alvo

Proteína declasse I do MHC

TC

TH

Vírus A

Camundongoda 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 ascélulas 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 elesse associam com os TCRs durante o processo de reconhecimento do antígeno. O TCR se liga às porçõesvariáveis (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 clássicodemonstrando que as células T cito-tóxicas reconhecem alguns aspectosda superfície da célula-alvo, além doantígeno viral. Os camundongos dalinhagem X foram infectados com ovírus A. Sete dias após, o baço destescamundongos continha células T citotó-xicas efetoras capazes de matar célulasinfectadas pelo vírus, fibroblastos dalinhagem X em cultura de células. Con-forme o esperado, elas matam somente

os fibroblastos infectados com o vírusA e não aqueles infectados com o vírusB. Assim, as células T citotóxicas sãovírus-específicas. As mesmas células T,no entanto, também não são capazesde matar fibroblastos da linhagem decamundongo Y infectada com o mes-mo vírus A, indicando que as células Tcitotóxicas reconhecem diferenças ge-néticas entre dois tipos de fibroblastose não somente o vírus. Para identificaras diferenças, foi necessário utilizar duaslinhagens especiais de camundongos(conhecidas como linhagens congênitas)que são geneticamente idênticas, exce-to para os alelos dos loci das moléculasdo MHC de classe I, ou são genetica-

mente diferentes, exceto para estesalelos. Desta maneira, foi demonstradoque a morte das células-alvo infectadasrequer que elas expressem pelo menosum dos mesmos alelos do MHC de clas-se I que é expresso pelo camundongoque foi originalmente infectado. Isso su-gere que as proteínas do MHC de classeI devem ser necessariamente apresenta-das junto com os antígenos virais na su-perfície celular para a célula T citotóxicaefetora e que elas realizam esta funçãode 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 queestão ligadas às proteínas do MHC de classe I na superfície da célula infectada. A célula T podereconhecer quantidades mínimas de antígeno (1 a 10 complexos peptídeo-MHC por célula Tcom receptores de alta afinidade são o suficiente). Assim, basta que apenas uma fração dosfragmentos gerados pelas proteínas virais ligue-se às proteínas do MHC de classe I e chegue àsuperfície celular para que os fragmentos sejam atacados pelas células T citotóxicas.

As proteínas virais internas são sintetizadas no citosol da célula infectada. Conformediscutido no Capítulo 3, a degradação proteolítica que ocorre no citoplasma é mediadaprincipalmente por mecanismos dependentes de ATP e de ubiquitina, que atuam atravésde grandes complexos de enzimas proteolíticas denominados proteossomos, compostos pordiferentes subunidades proteicas. No entanto, é provável que todos os proteossomos sejamcapazes de gerar fragmentos peptídicos de tamanho adequado para encaixar no sulco dasproteínas do MHC de classe I. Mesmo os proteossomos das bactérias clivam as proteínas empeptídeos 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 codificadaspor genes localizados na região cromossomal do MHC.

Como os peptídeos gerados no citosol entram em contato com a fenda de ligação aospeptídeos 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 célulasmutantes, 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 , discutidosno Capítulo 11. Esses transportadores proteicos encontram-se localizados na membrana doRE 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 naregião cromossomal do MHC e, se um dos genes é inativado por mutação, as células ficamimpossibilitadas 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, masnão atingem a superfície, porque a ligação com o peptídeo normalmente é necessária paraque ocorra o dobramento adequado dessas proteínas. Até que se associe a um peptídeo, aproteína 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 mutanteseventualmente sofrem proteólise (Figura 25-59).

Em todas as células, os fragmentos peptídicos vêm do próprio citosol da célula e dasproteínas nucleares que são geradas no processo normal de degradação das proteínas, noprocesso 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 paraa 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, inativadasou 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 hospedeirasinfectadas por vírus de duas maneiras. Ele bloqueia a replicação viral e aumenta a expressãode vários genes localizados na região cromossomal do MHC. Estes genes incluem aquelesque 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 mecanismode estimulação positivo que amplifica a resposta imune e culmina com a morte da célulainfectada.

Figura 25-58 A questão do transporte peptídico. Como os fragmentospeptídicos 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 estálocalizada? Um processo de transporte especial faz-se necessário.

Proteína de classe I do MHC

Fragmento peptídicoRetículoendoplasmático





As células T auxiliares reconhecem fragmentos de uma proteínaestranha endocitada em associação com as proteínas do MHC declasse II

Diferentemente 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 auxiliamas células B e as células T citotóxicas a responder aos antígenos microbianos.

Assim como as proteínas virais apresentadas para as células T citotóxicas, as proteínasapresentadas para as células T auxiliares (pela célula dendrítica ou pela célula-alvo) são

fragmentos degradados de proteínas estranhas. A associação dos fragmentos às proteínas doMHC de classe II ocorre de forma muito semelhante à associação dos peptídeos derivadosde vírus às proteínas do MHC de classe I. Contudo, tanto o tipo de fragmento peptídico a serapresentado 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. Algunssão provenientes de micróbios, ou de seus produtos, que a célula apresentadora de antígenotenha endocitado e degradado no ambiente ácido dos endossomos. Outros são provenientesde 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 espaçoextracelular. Ao invés de entrarem no lúmen do RE, onde as proteínas do MHC de classeII são sintetizadas e reunidas, eles se ligam a heterodímeros de classe II pré-organizadosem um compartimento endossomal especializado. Quando o peptídeo se liga, a proteína

RECONHECIMENTO PELA CÉLULA T CITOTÓXICAVírus RNA

Envelope viralProteína interna

do 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; OCOMPLEXO É TRANSPORTADOPARA O APARELHO DE GOLGI

Proteína de classe Ido MHC arranjadacom o peptídeoligado a ela

Aparelho de Golgi

TRANSPORTE DA PROTEÍNA DE CLASSE IDO MHC COM O PEPTÍDEO LIGADO DOGOLGI PARA A SUPERFÍCIE CELULAR

Célula T citotóxica


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 daproteína viral na apresentação para

as células T citotóxicas. Uma célulaT citotóxica efetora mata uma célulainfectada por vírus quando reconhecefragmentos das proteínas internas viraisassociados às proteínas do MHC declasse I na superfície da célula infectada.Nem todos os vírus entram nas célulascomo este vírus de RNA envelopado,mas os fragmentos das proteínas in-ternas do vírus sempre seguem a viarepresentada. Somente uma pequenaporção das proteínas virais sintetizadasno citosol é degradada e transportadapara a superfície celular, mas isso é sufi-ciente para atrair uma célula T citotóxicae ser atacada por ela. Várias proteínaschaperonas (somente uma delas está

representada) do lúmen do RE auxiliamno dobramento e na reunião das proteí-nas do MHC de classe I. As chaperonasligam-se à cadeia do MHC de classe I eatuam sequencialmente. A última liga aproteína 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 requerema ligação do peptídeo.

Figura 25-60 Alguns efeitos dointerferon- (IFN) sobre as célulasinfectadas por vírus. Os receptores doIFN ativados sinalizam para o núcleo,alterando a transcrição gênica, o queleva aos efeitos indicados. Os efeitosmarcados em amarelo tendem a tornara célula infectada um alvo mais vulnerá-vel para o processo de morte realizadopelas células T citotóxicas efetoras.





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

Uma proteína do MHC de classe II recém-sintetizada precisa evitar que sua fenda deligação se torne obstruída prematuramente, ainda dentro do lúmen do RE, por peptídeosbombeados do citosol. Um polipeptídeo especial, denominado cadeia invariante, garante afutura disponibilidade da fenda por meio da associação a heterodímeros do MHC de classeII quando esta se encontra em fase inicial de síntese no RE. Parte desta cadeia polipeptídicainterage 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 asproteínas do MHC de classe II da rede trans de Golgi para compartimentos endossômicosmais maduros. Nestes compartimentos, a cadeia invariante é clivada por proteases, restandosomente 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 elapossa ligar peptídeos derivados das proteínas endocitadas (Figura 25-61). Dessa forma, asdiferenças 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 últimasapresentam as moléculas provenientes dos compartimentos endocíticos.

Entretanto, esta distinção entre a apresentação de antígeno para as células T citotóxicase para as células T auxiliares não é absoluta. As células dendríticas, por exemplo, precisamser 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 dendríticasusam um processo denominado apresentação cruzada, o qual inicia quando elas fagocitamfragmentos 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 sãocarregados 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 contraantígenos tumorais de células cancerosas e contra proteínas do MHC de enxertos de órgãosestranhos.

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. Paraas proteínas do MHC de classe I, os fragmentos são principalmente derivados da degradaçãocitosólica 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 comoo 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 denominadaHLA-DM. As glicoproteínas virais também podem ser processadas por essa via para apresentaçãopara 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 noenvelope das partículas virais em brotamento, algumas podem entrar no endossomo após a endo-citose e entrar na via do MHC de classe I I.

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 transdo GolgiCadeia invariante

Proteínade classeII do MHC

Endossomotardio

Endossomo

inicial

Concavidade com antígeno proteicoMembranaplasmática

Célula T auxiliar

Célula

dendrítica

PROTEÓLISE PARCIAL DOANTÍGENO PROTEICO E DACADEIA INVARIANTE, DEIXANDOUM SEGMENTO DA CADEIAINVARIANTE LIGADO À FENDADA PROTEÍNA DO MHC

A PROTEÍNA HLA-DMCATALISA A LIBERAÇÃODE UM FRAGMENTO DACADEIA INVARIANTEQUE SE LIGA AOPEPTÍDEO DERIVADODO ANTÍGENO

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

ENDOCITOSE E ENDEREÇAMENTOPARA O ENDOSSOMO

HLA-DM

Fragmento decadeia invariante





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

As células T potencialmente eficientes são selecionadaspositivamente no timo

Conforme 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 deseleção positiva durante o desenvolvimento da célula T no timo. Neste processo, as célulasT imaturas (timócitos) que poderão ser capazes de reconhecer peptídeos estranhos apresen-tados pelas proteínas do próprio MHC são selecionadas para sobreviver e maturar, ao passoque as restantes, as quais não teriam utilidade, são encaminhadas para apoptose. Assim, arestrição 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 umgrupo de células T em desenvolvimento com especificidade conhecida. Isso pode ser fei-

to com a utilização de camundongos transgênicos que expressam um determinado par degenes TCR e derivados de um clone de células T com especificidade antigênica e deMHC conhecida. Tais experimentos demonstram que as células T transgênicas maturam notimo 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 TCRstransgênicos. Se o camundongo não expressar a proteína do MHC adequada, as células Ttransgênicas morrem no interior do timo. Assim, a sobrevivência e a maturação das células Tem desenvolvimento dependem de uma combinação entre seu TCR e as proteínas do MHCexpressas no timo (as quais têm peptídeos próprios derivados das próprias proteínas ligadasa eles). Experimentos similares utilizando camundongos transgênicos, com expressão doMHC restrita a um tipo celular específico no timo, indicaram que existem proteínas do MHCexpressas nas células epiteliais no córtex do timo que são responsáveis por esse processo deseleção positiva (Figura 25-62).

Depois da seleção positiva, as células T deixam o timo, e a manutenção de suas vidasdepende da estimulação contínua realizada pelos complexos peptídeo-MHC próprios (e a

citocina IL7 ). Esta estimulação é suficiente para promover a sobrevivência celular, mas não ésuficiente 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 deuma 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 desenvolvimentoque expressam TCRs que reconhecem as proteínas do MHC de classe I são selecionadas paratornarem-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 auxiliaresou 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 proteínasdo MHC de classe II em sua superfície perdem, especificamente, as células T auxiliares e ascélulas T reguladoras. O desenvolvimento das células T reguladoras depende de um grupoespecial de células epiteliais da medula tímica denominadas corpúsculos de Hassall .

As células que estão sendo selecionadas de forma positiva, inicialmente expressam oscorreceptores CD4 e CD8, os quais são necessários ao processo de seleção. Na ausência deCD4, não ocorre o desenvolvimento de células T auxiliares e células T reguladoras, e sem oCD8, 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 célulasT auxiliares e citotóxicas em desenvolvimento, com receptores que reconhecem peptídeospróprios em associação a proteínas do próprio MHC, maturam no timo e migram para osórgãos 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 quepodem ser ativadas por complexos peptídeo-MHC próprios sãoeliminadas no timo

Conforme discutido anteriormente, uma característica fundamental do sistema imuneadaptativo 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 obtençãodesse estado de autotolerância imunológica é a deleção, no timo, das células T auxiliarese citotóxicas autorreativas em desenvolvimento – isto é, as células T cujos TCRs se ligamcom força suficiente ao complexo de peptídeos próprios e às proteínas do próprio MHC paratornarem-se ativados. Conforme será discutido adiante, uma vez que a maioria das célulasB necessita da ajuda das células T auxiliares para responder ao antígeno, a eliminação dascélulas T auxiliares autorreativas também serve para garantir que as células B autorreativas

que escapam dos mecanismos responsáveis pela indução de tolerância das células B sejaminofensivas (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 queculmina na seleção de uma pequena fração de células T em desenvolvimento que expressamum TCR que se liga fracamente, e não com alta afinidade, à proteína do próprio MHC queporta um peptídeo próprio. Como ilustrado na Figura 25-63, acredita-se que a produçãode um grande repertório de tais células T garanta que pelo menos algumas células T sejamcapazes 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 ésuficiente o timo selecionar somente as células T que reconhecem as próprias proteínas do

Figura 25-63 Diagrama esquemáticomostrando como um TCR é seleciona-do no timo devido a sua fraca ligaçãocom uma proteína do MHC própriacomplexada com um peptídeo próprioque se liga fortemente à mesma pro-teína do MHC ligada a um peptídeoestranho. Devido à fraca ligação dopeptídeo próprio ao complexo e à au-sência do peptídeo estranho no timo,uma célula T expressando este TCR notimo será positivamente selecionada eevitará 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 podertornar-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 mortedas células T auxiliares e citotóxicas que se ligam fortemente ao complexo peptídeo-MHCpróprio 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 transgênicono 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 timoantes 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 seleçãonegativa destas células ocorre na medula tímica, principalmente na superfície das célulasdendríticas e dos macrófagos, que são descendentes de células que migraram da medulaóssea para o timo.

Algumas proteínas órgão-específicas são expressasectopicamente na medula tímica

Após 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 autorreativas são deletadas ou funcionalmente inativadas após deixarem o timo. Isto ocorre quandoas células reconhecem os próprios peptídeos ligados às proteínas do MHC na superfíciedas células dendríticas que não foram ativadas pelos patógenos e não fornecem os sinaisativadores adequados. Isso também pode ocorrer com as células T reguladoras na periferiaque impedem a atividade de algumas células T efetoras autorreativas. Esses dois mecanis-

Figura 25-64 Resultado da seleçãopositiva e negativa no timo. As célulascom TCRs que podem ser capazes deresponder a peptídeos estranhos emassociação 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 célulassofrem apoptose, por não expressaremo TCR que reconhece a proteína do pró-prio MHC ligada a um peptídeo próprioou por reconhecerem tais complexostão bem que sofrem seleção negativa.

Embora não apresentado, as célulasque sofrem seleção positiva inicialmen-te expressam tanto os correceptoresCD4 como os CD8. Durante o processode seleção positiva, as células T auxi-liares (TH), as células T citotóxicas (TC) eas células T reguladoras (Treg) divergemparcialmente por mecanismos que nãosão bem compreendidos. Neste pro-

cesso, as células auxiliares e as célulasreguladoras desenvolvem-se e expres-sam CD4, mas não CD8, e reconhecempeptídeos estranhos em associação àsproteínas do MHC de classe II, enquantoas células citotóxicas desenvolvem-see 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 célulasT no timo (tolerância central ), eles ocorrem após as células T deixarem o timo (ver Figura25-13).

Recentemente, uma terceira explicação foi descoberta. Uma classe especial de célulasepiteliais da medula tímica expressa ectopicamente proteínas que se acreditava previamen-

te serem expressas somente fora do timo, em órgãos específicos: a insulina, por exemplo, aqual 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 dessasproteínas, incluindo a insulina, depende de uma proteína nuclear denominada regulado-ra autoimune ( AIRE , autimmune regulater ), a qual é especificamente expressa nas mesmascélulas 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 aimportância da tolerância central dependente da AIRE para, pelo menos, algumas proteínaspróprias 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 polimorfismo

O 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 patógenostendem 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 MHCque 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 doMHC (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 primeirosapresentam uma capacidade aumentada para apresentar peptídeos de uma ampla gamade patógenos. Assim, este tipo de seleção tende a promover e manter a alta diversidadedas proteínas do MHC na população. Fortes evidências para a hipótese de que as doençasinfecciosas 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 em25% 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 doRNA, por exemplo, ou por mecanismos de recombinação genética que são utilizados paradiversificar os anticorpos e os TCRs? É provável que existam limites, pois a cada vez que umanova 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-seque o número de proteínas do MHC que expressamos pode representar um equilíbrio entrea vantagem de apresentar um amplo espectro de peptídeos estranhos para as células T e adesvantagem de restringir severamente o repertório de células T durante a seleção negativano timo. Esta explicação tem como base estudos de modelagem molecular.

Resumo

Existem 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 lig ação 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 moléculado 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 LINFÓCITOS

As células T auxiliares são indiscutivelmente as células mais importantes na imunidadeadaptativa, uma vez que são necessárias à maioria das respostas imunes adaptativas. Elasnão 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 citotóxicasativadas a matar as células-alvo infectadas, estimulando as células dendríticas a ativaremcélulas T citotóxicas virgens mais eficientemente. Conforme demonstrado de forma dramá-tica nos pacientes portadores de AIDS, sem células T auxiliares não podemos nos defendercontra 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 deuma infecção. As respostas inatas, principalmente via células dendríticas ativadas, tambémdeterminam 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 aativação de outras células. Também consideraremos como as respostas imunes inatas deter-minam a natureza das respostas adaptativas por meio da estimulação de células T auxiliarespara diferenciarem-se em diferentes tipos de células efetoras. Finalmente, discutiremos aprovável origem evolutiva da superfamília de proteínas Ig, as quais incluem proteínas doMHC, anticorpos e TCRs.





As células dendríticas ativadas usam múltiplos mecanismospara ativar as células T

Quando uma célula dendrítica é ativada durante uma infecção, ela muda sua forma e seucomportamento migratório, aumenta as quantidades de proteínas do MHC apresentadas nasua superfície, ativa suas vias de processamento do antígeno e inicia a produção de proteí-nas de superfície celular coestimuladoras e citocinas secretadas (incluindo quimiocinas). Asmudanças dramáticas também capacitam as células dendríticas a migrarem para os órgãoslinfoides periféricos e ativarem as células T a tornarem-se células efetoras.

Inicialmente, as células dendríticas sinalizam para as células T através dos receptoresde células T (TCRs), os quais ligam peptídeos estranhos complexados a proteínas do MHCde 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). Alémdisso, o correceptor CD4 em uma célula T auxiliar ou reguladora e o correceptor CD8 em umacélula 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 dasuperfície 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 coestimuladoradenominada 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 seusdomínios intracelulares após a ativação do TCR (não-apresentado). Algumas dessas tirosinas fosforiladasatuam 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

Lck ativado

Célula T

Ativação da célula T

Célula dentrítica

MHCCD4 ou CD8

Peptídeoestranho

ZAP70

ZAP70 ativado

Ligação de um TRC e umcorreceptor CD4 ou CD8 a um

complexo peptídeo –MHCativa 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 agregadospela ligação com os complexos peptídeo-MHC em uma célula dendrítica, as moléculas CD4 das células T auxiliares ou as moléculas CD8 das células Tcitotóxicas 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 tambémdepende de uma proteína tirosina fosfatase transmembrana da superfície das células T denominada CD45, a qual remove as fosfatases inibidoras daLck (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 aZAP70. Apesar de não estar representada,a ZAP-70 fosforila tirosinas na cauda deoutras proteínas transmembrana (denomi-nadas LAT), que irão funcionar como sítiosde ancoramento para uma série de proteí-nas adaptadoras e enzimas. Estas proteínasauxiliam na transmissão de sinais para onúcleo e para outras partes da célula pelaativação do fosfolipídio inositol e da via desinalização das MAP-cinases (discutido noCapítulo 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 positivaque 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 fortementeao 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-alvo, os TCRs e suas subunidades do CD3 associadas, correceptores e proteína de sinalizaçãointracelular estão agrupadas no centro, com as proteínas de adesão célula-célula formandoum 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 ligadosà proteína do MHC, e esses TCRs também contribuem para a ativação da célula T (lembreque todas as células T são inicialmente selecionadas de forma positiva no timo por seu fracoreconhecimento 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 sinaisestimulam a autoproliferação e a diferenciação das células T, que são induzidas a secretar

uma citocina denominada interleucina-2 (IL2) e, simultaneamente, a sintetizar receptoresde superfície celular de alta afinidade, com os quais se ligam. A ligação da IL2 aos receptoresde IL2 ativa a via de sinalização intracelular, que ativa os genes que auxiliam as células T aproliferarem e a diferenciarem-se em células T efetoras (Figura 25-67). Embora algumascélulas 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 importanteno desenvolvimento das células T reguladoras no timo, porque sem ela essas células não sedesenvolvem.

As células dendríticas não são apenas importantes para a ativação das células T, elastambém 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 célulasdendríticas que não foram ativadas por um patógeno, elas são inativadas, de modo que nãorespondem mais ao complexo peptídeo-MHC, mesmo em células dendríticas ativadas, ouproliferam 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, asquais então suprimem a atividade de células T efetoras autorreativas, embora os detalhesde como as células dendríticas ativam seletivamente as células T reguladoras ainda sejampouco entendidos (ver Figura 25-13).

A ativação das células T é controlada por retroalimentação negativa

Durante os múltiplos passos da ativação da célula T, a célula passa a expressar uma proteínade superfície denominada CTLA4, que atua inibindo a sinalização intracelular. Esta proteínaassemelha-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 célulasT pela IL-2. Este modelo pode seraplicado para as células T auxiliares oucitotóxicas, pelo menos em cultura.A combinação dos complexos peptí-

deo-MHC e a molécula coestimuladoraB7 (seja B7-1 ou B7-2, também denomi-nadas CD80 e CD86, respectivamente)na superfície de uma célula dendríticaativa auxilia na estimulação da célula Tem repouso para produzir receptores dealta afinidade para a IL-2 e secretar IL-2.A ligação da IL-2 com seus receptoresauxilia na estimulação da célula T, queirá proliferar e diferenciar-se em célulasefetoras. As várias proteínas associadasaos TCRs (ver Figura 25-65) não estãorepresentadas.





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 acúmulomaciço de células T ativadas.

A Tabela 25-3 resume alguns dos correceptores e proteínas acessórias encontradas nasuperfície 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 porapoptose, os mecanismos extracelulares responsáveis por sua eliminação ainda não são bemcompreendidos. Uma possibilidade é que, à medida que os níveis de antígenos e a respostadiminuem, as células T efetoras deixam de ser estimuladas pelos antígenos e pelas citocinasque 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 citotóxicasefetoras, por exemplo, a citocina interferon- (IFN ) desempenha um importante papel naindução da morte celular. Como as células T citotóxicas efetoras produzem IFN (ver Figura25-60), esta é outra fonte de retroalimentação negativa.

Antes de considerar como das células T auxiliares efetoras potencializam a ativação dosmacrófagos 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 daresposta imune adaptativa

Quando uma célula dendrítica ativada ativa uma célula T auxiliar virgem nos órgãos linfoidesperiféricos, 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 distinguidaspor 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 célulasT citotóxicas para matar em células infectadas. Desse modo, as células T H1 irão defenderum organismo, principalmente, contra patógenos intracelulares. Entretanto, elas tambémestimulam as células B a secretar subclasses específicas de anticorpos do tipo IgG, os quaispodem 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 desinais, quando os complexosantígeno-MHC ligam-se aos TCRs;

auxilia no transporte dos TCRs paraa superfície celular

CD4 Ig Células T auxiliares ecélulas T reguladoras

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

CD8 Ig Células T citotóxicas MHC de classe I Promove a adesão entre as célulasdendríticas e as células-alvoinfectadas; 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, célulasB 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 aproduzir a maioria das classes de anticorpos, incluindo IgM, IgA, IgE e algumas subclassesde 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 causamespirros, tosse ou diarreia e auxiliam na expulsão de micróbios extracelulares e de parasitasmaiores 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 deanticorpos. As citocinas específicas presentes durante o processo de ativação das célulasT auxiliares influenciam no tipo de célula efetora que será produzida. Algumas bactériasintracelulares, por exemplo, estimulam as células dendríticas a produzir IL12, a qual induzo 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 infecçõesbacterianas do que os camundongos normais. Vários parasitas, protozoários e vermes, aocontrário, 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 superfíciedas 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). IL4também gera uma retroalimentação positiva como potente indutor do desenvolvimentodas células TH2.

Uma vez formadas as células TH1 ou TH2 efetoras, ocorre a inibição da diferenciação dooutro tipo de célula T auxiliar. O IFN produzido pelas células TH1 inibe o desenvolvimentodas 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 escolhainicial 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, dentrode 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 Ano fagossomo

Antígeno endocitadodo 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 célulasTH1 e TH2. A diferenciação das célulasT auxiliares virgens em células efetorasTH1 ou TH2 determina a natureza dasrespostas imunes adaptativas sub-sequentes. Para uma célula T auxiliar

virgem tornar-se uma célula TH1 ou TH2,depende, principalmente, das proteínassinalizadoras presentes no momentoem que uma célula dendrítica ativadaem um órgão linfoide periférico es-timula uma célula T auxiliar. Os tiposde proteínas sinalizadoras produzidasdependem do microambiente e da na-tureza do patógeno que ativou a céluladendrítica no local de infecção. A IL12secretada pelas células dendríticas ati-vadas promove o desenvolvimento decélulas TH1. Os dois ligantes transmem-brana, Notch e Jagged, da superfíciedas células dendríticas ativadas e a IL4produzida por basófilos, mastócitos ecélulas TH2 promovem o desenvolvi-

mento em células TH2. Nesta figura, acélula TH1 efetora, produzida nos órgãoslinfoides periféricos, migra para o localde infecção e auxilia o macrófago a ma-tar os micróbios que foram fagocitados.A célula TH2 efetora permanece nosórgãos linfoides e auxilia na ativação decélulas B para produzirem anticorposcontra o parasita. Além da ligação dosanticorpos aos parasitas, os anticorposligam-se aos receptores Fc de mastóci-tos, basófilos e eosinófilos (ver Figura25-27), os quais auxiliam na expulsãodos parasitas do intestino. Embora nãoesteja aqui representado, as células TH1também auxiliam na ativação das célu-las B na produção de anticorpos.





células TH1 desenvolvem-se e estimulam os macrófagos infectados a matar as bactérias. Istoinduz uma reação inflamatória local, que danifica a pele e os nervos, o que resulta em umadoença crônica que progride lentamente, mas que não mata o hospedeiro. Diferentemente,em outros pacientes, ocorre a forma lepromatosa da doença. As células TH2 desenvolvem-see 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 umaredução geral da imunidade mediada por células T contra a maioria dos antígenos na formalepromatosa da doença.

Células T auxiliares também podem desenvolver-se em um terceiro tipo de célulaefetora, recentemente descrito, denominado célula T H 17 , pois secreta a interleucina pró-inflamatória IL17. As células TH17 auxiliam na defesa contra patógenos extracelulares, mastambém desempenham um papel importante em muitas doenças autoimunes. Elas se de-senvolvem quando algumas células T auxiliares são ativadas pelo antígeno na presença deTGF e de IL6.

As células TH1 ativam macrófagos infectados e estimulamuma resposta inflamatória

Os 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 paraos 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 dosmacrófagos 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 nomacrófago (Figura 25-69). (Veremos a seguir que o ligante de CD40 também é utilizadopelas 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-semais 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 dendríticastambém 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 tornamais efetivas na estimulação da diferenciação de células T auxiliares virgens em célulasTH1 efetoras nos órgãos linfoides periféricos, proporcionando um sinal de retroalimenta-ção positiva que aumenta a produção das células TH1 e, consequentemente, a ativação demacrófagos.

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 fazemde 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 localde 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, ascélulas 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-alvoem 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 Bpara proliferarem e diferenciarem-se, trocando de classe de anticorpos, de IgM e IgD parauma 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 somenteum dos passos da ativação das células B

Assim 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 ligadaà membrana plasmática. Normalmente, uma célula T fornece o outro sinal necessário. Se acélula 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 seuspróprios antígenos.

A sinalização por meio do BCR ocorre praticamente da mesma maneira que aquelaapresentada 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 comque eles se associem às proteínas de cadeias invariáveis para agruparem-se em pequenosagregados. Essa agregação promove a reunião de um complexo de sinalização intracelular eo 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 tenhaingerido 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 aIL12 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

Receptorde 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 bastantea eficiência da sinalização por BCR e suas cadeias invariáveis associadas. Se um micróbioativa diretamente o sistema do complemento (discutido no Capítulo 24), as proteínas docomplemento geralmente são depositadas na superfície do micróbio, aumentando imensa-mente a resposta da célula B aos micróbios. Quando um micróbio agrupa os BCRs da célulaB, 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 Capítulo15) (Figura 25-71 A). Conforme esperado, as respostas de anticorpo são muito reduzidas emcamundongos 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-seà 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, enfraquecendoa 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, oscorreceptores nas células T ou nas células B permitem que as células recebam informaçõesadicionais sobre o antígeno que se encontra ligado a seus receptores, tornando as célulasmais informadas para decidirem como responder.

Figura 25-70 Eventos de sinalização iniciais nas células B ativados pela ligação do antígeno ao BCR. O antígeno interligaBCRs adjacentes, que são moléculas de anticorpos transmembrana. A interligação desses receptores faz com que se agreguemàs 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 paraativar as cinases Src (não-apresentado). As fosfotirosinas resultantes associadas às Ig e Ig atuam como sítios de ancoramentopara 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 Syk ativa

PI 3-cinaseativa

Resposta de sinalizaçãointracelular amplificada


Proteína ligada aocomplemento

Complexo de cor-receptores que seligam 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 pormeio dos receptores de Fc

Receptor Fc(correceptorinibidor)

Anticorpo IgG

Fosfatasefosfolipídeoinositol ativa

Ativa a pro-teína tirosinafosfatase

Membrana plasmática

Citosol Citosol

(A) (B)

Micróbio

P P P

PP

P

Receptorde célula B

Figura 25-71 A influência dos corre-ceptores das células B na eficácia dasinalização pelo BCR. (A) A ligação doscomplexos micróbio-complemento aosBCRs interliga os BCRs ao complementoligado ao correceptor. A cauda citosó-

lica de um componente do complexodo correceptor torna-se fosforilada nastirosinas, que atuam como sítios de an-coramento para a PI 3-cinase. Conformediscutido no Capítulo 15, a PI 3-cinase éativada e fosforila um fosfolipídeo inosi-tol específico da membrana plasmática,que atua como sítio de ancoramentopara recrutar proteínas sinalizadorasintracelulares (não-representadas).Estas proteínas sinalizadoras agem con-

juntamente com os sinais gerados pelacinase Sky, que amplifica a resposta. (B)Quando os anticorpos IgG ligam-se aantígenos estranhos, geralmente emuma resposta tardia, as regiões Fc dosanticorpos ligam-se aos receptores Fc,

na superfície da célula B, e são recruta-das para o complexo de sinalização. Osreceptores Fc tornam-se fosforiladosnas tirosinas, que atuam como sitios deancoramento para dois tipos de enzi-mas fosfatases: (1) a fosfatase fosfolipí-deo inositol, que desfosforila os sítios deancoragem do fosfolipídeo inositol damembrana plasmática gerados pela PI3-cinase, revertendo os efeitos de ativa-ção da PI 3-cinase; (2) as proteínas tirosi-nas fosfotases, que inibem a sinalizaçãopela atividade de tirosina-cinases.





Células T auxiliares antígeno-específicas são essenciaispara a ativação da maioria das células B

Enquanto 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 maisdo que apenas ligar antígenos para iniciar o processo de ativação da célula B; eles tambémdesempenham um papel crucial no recrutamento de células T auxiliares. Eles apresentamseus antígenos proteicos ligados, após endocitose, a um compartimento endossômico, ondeo 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 parao antígeno, as quais então emitem mais sinais para as células B que são necessários a suaproliferação 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 Tauxiliares 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 classeII em sua superfície. Assim, as células T auxiliares ativam somente as células B com BCRsque reconhecem especificamente o antígeno que inicialmente ativou as células T, mesmoque os BCRs e os TCRs reconheçam diferentes determinantes antigênicos de um mesmoantígeno (ver Figura 25-72). Estas exigências de reconhecimento ligado do antígeno por umacélula T e uma célula B evitam respostas autoimunes pelas células B, as quais necessitariamda 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 atuarcomo 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 seualvo (ver Figura 25-46). Entretanto, nesse caso, acredita-se que a orientação permita que acélula T auxiliar efetora direcione tanto as citocinas ligadas à membrana como as secretadaspara a superfície da célula B (ver Figura 25-72). Uma molécula sinalizadora crucial ligada àmembrana 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 célulasT virgens não-ativadas, sendo reconhecido pela proteína CD40 presente na superfície dascélulas 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 seliga ao antígeno proteiconatural e o transfere parao endossomo apósendocitose

O antígeno é degradado eo peptídeo é apresentadona superfície da célula Bligado a uma proteína doMHC de classe II

Reconhecimento do complexopeptídeo-MHC de classe IIpela célula T auxiliarespecífica para o antígeno

A célula T efetoralibera sinais paraativar a célula B

A célula B prolifera e sediferencia em umacélula efetora secretorade anticorpo

Sinapseimunológica

Citocinas

Proteínacoestimuladora

Antígeno proteico

Figura 25-72 A ativação de uma célulaB por um antígeno proteico e por umacélula T auxiliar efetora. Observe quea célula B e a célula T reconhecem dife-rentes determinantes antigênicos e quea célula T efetora usa as duas moléculascoestimuladoras ligadas à membrana esecretadas para auxiliar na ativação dacélula B.





auxiliares ativem as células B a proliferar e se diferenciar em células efetoras produtoras deanticorpos 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 afetadospela 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 ecolaboram 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 deficientesna 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 antígenosindependentes de células T

Alguns antígenos podem estimular a proliferação e a diferenciação de células B em célulasefetoras secretoras de anticorpos sem o auxílio das células T. Em sua maioria esses antígenosindependentes 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 quantoos 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

Proteínaantigênica

nativa

BCR

CD40

Ligantede 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 célulaT auxiliar ou uma célula B com o mes-mo antígeno proteico. Repare que,em ambos os casos, as moléculas quesão secretadas ou associadas à mem-

brana podem cooperar no processo deativação. As setas vermelhas indicam aendocitose do antígeno proteico. Ape-sar de não representado, o ligante CD40também é usado pela célula T auxiliarefetora para aumentar e manter a ati-vação das células dendríticas maduras,que expressam o CD40, criando umaretroalimentação positiva.

O determinante antigênico reconhe-cido pela célula T auxiliar é apresentadotanto na superfície de células dendrí-ticas como nas células B sob a formade um fragmento peptídico ligado àsproteínas do MHC de classe II. De formacontrária, as células B reconhecem umdeterminante 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 Tcitotóxicas

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

IL4 Células TH2, basófi los e mastócitos Est imula a proliferação, a diferenciação e a mudança de classe de IgG1

para IgE nas células B; promove TH2 e inibe o desenvolvimento dascélulas 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 celulares

TGF 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); seusmúltiplos pontos de ligação aos BCRs podem produzir sinais fortes o suficiente para ativardiretamente as células B, sem sinais adicionais.

Como os antígenos independentes de células T não ativam as células T auxiliares, elesnão 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 dascélulas B que produzem anticorpos sem o auxílio das células T pertence a uma linhagemdistinta de células B. Elas são denominadas células B1 para distinguir das células B2, as quaisnecessitam do auxílio das células T. As células B1 parecem ser especialmente importantes nadefesa contra patógenos intestinais.

Moléculas de reconhecimento imune pertencem a uma antigasuperfamília de imunoglobulinas

A 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 históriaevolutiva 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 B7e 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 proteínascontêm um ou mais Igs ou domínios semelhantes a Igs. De fato, cerca de 15% de 250 ou maisproteínas 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 domíniossemelhantes 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 poréxons 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 semelhantea Igs – como o que codifica a 2-microglobulina (ver Figuras 25-50A e 25-52) ou a proteínaThy-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


IgM transmembrana

Gerado pelo rearranjo gene-segmento

Complexo CD3Ig CD4 CD8 CD28 B7

Ig

Figura 25-74 Algumas proteínas desuperfície celular discutidas nestecapítulo que pertencem à superfamíliadas 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 . Afunção de Thy1 é desconhecida, mas émantido na membrana plasmática porum ancoramento glicosilfosfatidilinosi-

tol (GPI), sendo amplamente utilizadopara identificar células T em camundon-gos. A superfamília das Igs também in-clui várias proteínas de superfície celu-lar envolvidas na interação célula-célulaem funções fora do sistema imune,como a molécula de adesão celular decélulas nervosas (NCAM), discutida noCapítulo 19, e os receptores de váriosfatores 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 deanos atrás, antes de os vertebrados divergirem dos invertebrados. Os membros de famíliasmais 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 célulaancestral semelhante a um linfócito. O transposon pode ter contido os ancestrais dos genesRag , que, conforme descrito anteriormente, codificam as proteínas que iniciam o processode 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 vezque 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, sãorearranjados (ver Figura 25-38). Uma segunda inserção do mesmo transposon dentro domesmo éxon pode ter dividido o gene em três segmentos, equivalentes aos atuais segmentosgênicos V , D e J . As duplicações subsequentes nos segmentos gênicos individualmente, oua subdivisão do gene como um todo, podem ter gerado o arranjo de segmentos gênicos quecaracteriza os sistemas imunes adaptativos presentes atualmente nos vertebrados.

Resumo

A 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 T H 1 ou T H 2, dependendo das proteínas sinalizadoras

presentes no seu ambiente. As células T H 1 ativam os macrófagos, as células T citotóxicas e as células

B; as células T H 2 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 T H 1 e T H 2 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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sistema imune adaptativo alberts_25

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