IMUNOGENÉTICA

Prof. Dr. Rafael Guimarães

Departamento de Genética - UFPE rafaellg@gmail.com

Sistema de Defesa dos Animais

•  Os Animais se defendem dos patógenos através do sistema inespecífico (inato) e específico

•  Defesa Inata: pele, uma barreira muito eficiente contra patógenos

•  Defesa Específica: proteínas (anticorpos) capazes de reconhecer, ligar-se e destruir o patógeno

•  Muitas das nossas defesas

são implementadas

por células e proteínas

transportadas na corrente

sanguínea e no sistema linfático.

Nos linfonodos, os fluidos são filtrados e as cél. Brancas maturadas

Ductos linfáticos conduz a linfa

As cél. T maturam-se no Timo

Cél. B maturam-se na Medula óssea

Linfócitos acumulam-se e maturam-se no baço

•  As células brancas do sangue, incluindo os linfócitos (células B e T) e fagócitos (tais como neutrófilos e macrófagos), desempenham muitos papéis de defesa

As cél. T auxiliares (também chamadas de Th ou CD4+) atuam nos sistemas imunes humoral e celular pela secreção de citocinas. Cél T citotóxicas (também chamadas de Tc Ou CD8+) reconhecem e matam cél. Infectadas por vírus e outras cél próprias alteradas. Cél. T perfazem 68-75% dos linfócitos

As cél. B diferenciam-se para formar os plasmócitos que secretam anticorpos; e cél. de memória promovem imunidade a futuras Infecções por patógenos familiares. Cél. B perfazem 10-20% dos linfócitos. Linfócitos perfazem 15-50% das cél. brancas.

Cél. Natural killers atacam e lisam as cél. Infectadas por vírus e cancerosas do corpo. Cél. Natural killers perfazem 5-10% dos linfócitos no sangue.

•  As defesas inespecíficas de um animal, incluem barreiras físicas, microorganismos da flora normal e agentes locais, tais como secreções que contêm uma moléculas antibacteriana.

•  A resposta inflamatória utiliza muitas células e proteínas. Mastócitos ativados liberam histamina que causam inflamação nos vasos capilares. Proteínas do complemento atraem macrófagos para o local da inflamação, onde englobam bactérias e células mortas.

Como ocorre o processo de produção/indução de uma

proteína ?

... Mecanismos Genéticos ? ...

Célula sinalizando uma via envolvida na estimulação do receptor toll, estimulando uma resposta de defesa.

A Resposta Imune Adaptativa Quatro peculiaridades

caracterizam a resposta imune:

1.  Especificidade, 2.  Habilidade em responder a uma grande

variedade de antígenos, 3.  Habilidade de distinguir próprio de não-

próprio, e 4.  Memória.

•  A resposta imune é direcionada contra antígenos que escapam das defesas inespecíficas.

•  Cada ant icorpo ou células T é direcionado contra um determinante antigênico.

•  Existem dois tipos de resposta imune adaptativa: –  a resposta imune humoral e –  a resposta imune celular.

•  A resposta imune humoral emprega anticorpos secretados pelas células B para combater os antígenos nos fluidos corporais.

•  A resposta imune celular emprega células T para atacar células corporais previamente alteradas por infecções virais ou mutações, ou combater antígenos que invadiram as células.

Diversidade de anticorpos •  Linfócito B (ou T)

Proliferação

Não-expressão do receptor do pré linfócito B/T: morte celular

Expressão de receptor de

antígeno pré-B/T

Proliferação

Expressão

de receptor de antígeno

Seleção positiva e negativa

Linfócito B/T imaturo: expressa o receptor de

antígeno completo

Não-expressão do receptor de antígeno :

morte celular

Forte reconhecimento

do antígeno

Seleção positiva

Seleção negativa

Fraco reconhecimento

do antígeno

Linfócito B/T

maduro

Pré-linfócito B/T : expressa apenas uma cadeia do

receptor de antígeno Pró-

linfócito B/T

Seleções clonais apresentam rapidez, especificidade e diversidade tanto para a resposta imune, quanto para a memória imunológica e tolerância.

Seleção Clonal

•  A memória imunológica desempenha um papel tanto na imunidade natural, quanto na artificial, baseada na vacinação.

•  As regiões variáveis determinam a ESPECIFICIDADE de cada anticorpo por um determinante antigênico

•  As regiões constantes determinam o DESTINO E FUNÇÃO DO

ANTICORPO

Sítios de ligação ao antígeno

Região variável da cadeia pesada

Região variável da cadeia leve

Região constante da cadeia leve

CADEIA PESADA

Região constante da cadeia pesada

CADEIA LEVE

Ligação disulfito

•  As regiões variáveis das cadeias leves e pesadas colaboram para formar o sítio ligador entre o antígeno e o anticorpo específico. Cada antígeno geralmente tem diferentes determinantes antigênicos (sítios de ligação para anticorpos específicos). As regiões variáveis determinam a especificidade de cada anticorpo por um determinante. A região constante determina o destino e função do anticorpo.

Diversidade de anticorpos •  Estrutura do anticorpo (imunoglobulina)

Ligação de um anticorpo a dois antígenos (epitopos) idênticos. A flexibilidade da dobradiça é essencial ao processo

Determinantes na superfície celular distantes entre si

Determinantes na superfície celular próximos entre si

Dobradiça

•  Existem cinco classes de imunoglobulinas. A IgM, primeira a ser formada, é um receptor de membranas células B, assim como a IgD. IgG é a classe de anticorpo mais abundante e desempenham muitas funções de defesa. A IgE participa na inflamação e reações alérgicas. IgA está presente em várias secreções corporais.

•  Anticorpos Monoclonais consistem em moléculas de imunoglobulinas idênticas direcionadas contra um único determinante antigênico.

A Resposta Imune Celular •  Receptor de célula T •  A resposta imune celular é

direcionada contra células alteradas ou infectadas.

•  As células TC atacam células infectadas por vírus ou tumorais, promovendo a lise dessas células.

•  As células TH ativam as células B e influenciam no desenvolvimento de outras células T e macrófagos. Os receptores de células T, na resposta imune celular, são análogos das imunoglobulinas na resposta imune humoral.

Loci dos anticorpos, receptores de células T e MHC

•  De acordo com a teoria da linha germinativa, cada anticorpo é codificado por um gene herdado, não sendo modificado durante o desenvolvimento somático e por isso, precisa haver um grande número de genes codificadores de anticorpos.

•  De acordo com a teoria somática existe apenas um pequeno número de genes codificadores de anticorpos, mas apresentando bastante diversidade nas células somáticas devido a mutações e/ou recombinações.

•  Linha germinativa

•  Somática

Teoria Somática

Número limitado de genes Diferentes arranjos Milhares de Anticorpos

•  Atualmente, é conhecido o número de segmentos de genes codificadores de ant icorpos em humanos. Sabe-se detalhadamente como estes segmentos são somaticamente modificados por recombinação e mutação e qual é a contribuição desses genes e processos somáticos para a especificidade e afinidade das respostas dos anticorpos.

•  Sabe-se também que certas estratégias utilizam tanto os genes codificadores de anticorpos, quanto os que codificam os receptores de células T (recombinação gênica) , outras ut i l izam os genes codificadores de anticorpos mas não os de receptores de células T (hipermodulação gênica) e que a estratégia fundamentada na habilidade das proteínas do MHC de interagirem com diferentes antígenos é o polimorfismo gênico. Desse modo, a genética do sistema imune tem sido revelada nesses últimos anos.

Base Genética da Diversidade dos Anticorpos

•  Os supergenes da cadeia pesada das Imunoglobulinas são construídos a partir de cada um dos inúmeros segmentos V, D,J e C. Os segmentos V,D e J combinam-se por rearranjos do DNA, e a transcrição produz uma molécula de RNA que é processada para formar um mRNA traduzível. Outra família de genes dão origem às cadeias leves.

Como resultado desses rearranjos do DNA, existem milhões de possíveis anticorpos. Rearranjos imprecisos de DNA, mutações e adições aleatórias de bases no fim do DNA contribuem para uma maior diversidade.

Diversidade de anticorpos •  Os genes para as imunoglobulinas e a geração da diversidade de anticorpos -

continuação

deleção inversão

•  Mudança de classe após produção inicial de imunoglobulina resulta em anticorpos com a mesma especificidade ao antígeno, mas com uma função diferente. Isso é realizado por cortes e rearranjos dos genes que codificam a região constante.

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Linhagem germinativa

Transcrito primário de

RNA

mRNA

DNA recombinado

Polipeptídeo nascente

Polipeptídeo maduro

Molécula de Ig montada

Cadeia pesada µ Cadeia leve κ

Recombinação somática (rearranjo do DNA); ligação D-J

Recombinação somática (rearranjo do DNA); ligação VJ

Recombinação somática (rearranjo do DNA); ligação V-DJ

transcrição transcrição

Processamento de RNA (splicing)

Processamento de RNA (splicing)

tradução tradução

processamento, glicosilação da

proteína

processamento, glicosilação da

proteína

Linhagem germinativa

Transcrito primário de

RNA

mRNA

DNA recombinado

ou rearranjado

Polipeptídeo nascente

Polipeptídeo maduro

Molécula de TcR montada

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 Sistema imune é capaz de produzir anticorpos contra praticamente qualquer antígeno   1015 moléculas diferentes de anticorpos que estão codificadas no genoma humano, entretanto, existem 3 x 109 bases no genoma humano.

A localização cromossômica dos genes dos anticorpos, de receptores de células T e do

MHC em humanos

O locus MHC

•  O locus humano MHC mede aproximadamente 4 Mb no braço curto do cromossomo 6 (6p21). Este locus compreende três regiões: um grupo com aproximadamente 20 genes classe I (telomérico), um grupo com aproximadamente 15 genes classe II (centromérico), e um grupo heterogêneo com aproximadamente 30 genes classe III localizados entre os cluster classes I e II.

•  MHC desempenha um papel essencial na resposta imune: permite os Linfócitos T reconhecerem o antígeno.

•  MHC trabalha junto com TCR e influencia o repertório dos antígenos T capazes de reconhecer o antígeno.

•  Essa é a razão porque o complexo MHC desempenha um papel fundamental na susceptibilidade a muitas doenças complexas e autoimunidade.

Estrutura MHC I •  Expressa na superfície celular •  Reconhecida por TCR de

linfócitos T CD8 (citotóxicos) •  CD8 liga o complexo peptídeo-

MHC I •  MHC I são requisitados para

reconhecimento de antígenos endógenos (via citosólica)

•  Constituído por duas cadeias: a alfa codificada por genes MHC e a microglobulina beta, codificada por um gene externo ao cluster MHC

•  A cadeia alfa possui 3 domínios externos, 1 transmembrânico, juntos com o alfa 3 ligam as moléculas à membrana e a uma cauda citoplasmática

Estrutura MHC II •  MHC II são heterodímeros

constituídos de duas cadeias alfa e duas beta, ambas codificadas por genes do cluster MHC.

•  Ambas as cadeias apresentam dois domínios extracelulares e uma cauda citoplasmática.

Estrutura MHC III •  As proteínas codificadas pelo MHC III não são receptores de

membrana e não estão envolvidos na apresentação de antígenos •  Foi proposto que as alterações das proteínas do MHC III estão

envolvidas em doenças auto-imunes. •  As proteínas do MHC III têm funções e seqüências diferentes:

algumas delas são proteínas do complemento, outras são enzimas (i.e. 21- hidrolase), citocinas inflamatórias, fator de necrose tumoral e proteínas “heat hock”.

•  O complexo de histocompatibilidade principal (MHC) codifica muitas proteínas de membrana. As moléculas do MHC nos macrófagos, células B, ou células corporais, ligam-se aos antígenos e apresentam-nos às células T.

•  Na resposta imune celular, as moléculas do MHC classe I, células TC,CD8, e citocinas colaboram na ativação das células TC com a especificidade apropriada.

•  Células T em desenvolvimento são submetidas a dois testes: Elas tem que ser capazes de reconhecer suas moléculas MHC, e não devem se ligar ao mesmo tempo às moléculas do MHC e aos antígenos do próprio corpo As células T que falharem a esses testes, morrem.

•  A rejeição a transplantes de órgãos resultam de diversidades genéticas das moléculas do MHC.

RESPOSTA HUMORAL

RESPOSTA CELULAR

Locus MHC •  421 loci, 252 deles são classificados como genes expressos

Localização das proteínas do MHC

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO LOCUS DO MHC

•  MULTIGÊNICO: muitos genes codificadores de diferentes moléculas classes I e II, cada uma com diferentes especificidades por vários peptídeos.

•  POLIMORFISMOS ALÉLICOS: um grande número de alelos estão presentes em cada gene.

•  CODOMINANTE: produtos de ambos os alelos de cada gene são produzidos.

Polimorfismos alélicos do MHC em cada gene: possibilidade de

recombinação

Os 6 genes mais importantes no contexto de um transplante

A compatibilidade entre doador e receptor

30%

Doador encontrado na família

70%

Doador não aparentado: a chance de encontrar um doador é de 1/20.000 a 1/300.000

Situação mundial no transplante de medula óssea

Quais as conseqüências da não compatibilidade?

Complicações pós-transplante: •  Rejeição do enxerto •  Doença do enxerto vs o hospedeiro •  Duração e intensidade das terapias

imunossupressoras •  Mortalidade

A rejeição em mão dupla

Desordens do Sistema Imune •  Alergias resultam de

uma reação exagerada do sistema imune a um antígeno.

•  Doenças autoimunes resultam de uma falha no reconhecimento das próprias células do indivíduo, com o aparecimento de células T e B que vão atacar as células do próprio corpo.

DOENÇA AUTOIMUNE

UMA QUEBRA DOS MECANISMOS RESPONSÁVEIS PELA

TOLERÂNCIA IMUNOLÓGICA

DOENÇAS AUTOIMUNES

Miastenia gravis Tireoidite de Hashimoto Artrite Reumatóide Síndrome de Sjögren Vitiligo Psoríase Doenças Auto-Imunes do Sistema Nervoso Diabetes mellitus tipo 1 Lúpus eritematoso sistêmico Doença de Addison Anemia hemolítica Auto-Imune Síndrome Antifosfolipídica Dermatite Herpetiforme Febre Familiar do Mediterrâneo Glomerulonefrite por IGA Glomerulonefrite Membranosa Esclerose Múltipla Síndrome de Goodpasture

Doença de Graves Doença Celíaca Hepatite auto-imune Síndrome miastênica de Lambert-Eaton Oftalmia Simpática Penfigóide Bolhoso Poliendocrinopatias Púrpura Auto-Imunes Trombocitopênica Idiopática Doença de Reiter Tireoidite Auto-Imune Doença de Crohn Síndrome Antifosfolipídica Espondilite Anquilosante Retocolite Ulcerativa Síndrome de Churg-Strauss Síndrome de Behçt Sarcoidose

Doença Celíaca •  Doença celíaca é uma intolerância

hereditária ao glúten, uma proteína encontrada no trigo e em menor escala, na cevada, no centeio e na aveia. Enquanto a intolerância ao glúten é permanente, os sintomas podem ser aliviados evitando esta proteína na dieta. A inflamação ocorre devido a gliadina, um peptídeo derivado do glúten. Esta inflamação causa danos aos tecidos das mucosas do intestino pequeno, especialmente nas vilosidades que absorvem nutrientes, resultando em uma má absorção dos nutrientes.

•  A Doença Celíaca afeta até uma pessoa em 300 na I tá l ia e no sudoeste da I r landa, mas é extremamente raro na África, Japão e China ( Not et al., 1988). De acordo com um estudo nos EUA, em 2003, existe uma chance de 1 em cada 133 pessoas, sem fatores de risco ou histórico familiar, de ter a doença celíaca. Adicionalmente, esse risco aumenta para 1 em cada 22 se a pessoa tem um parente de primeiro grau com doença celíaca e para 1 em cada 39 se o parente for de segundo grau (Fasano, 2002). Em torno de 60.000 americanos são diagnosticados com doença celíaca anualmente e um total de 2 milhões têm a doença, tornando-a possivelmente a doença genética mais comum nos Estados Unidos(Westerberg, et al., 2006). A doença celíaca pode ocorrer em qualquer idade e mulheres são mais comumente afetadas que os homens. Das mulheres durante os anos férteis, a relação com os homens é de quase 3 para 1 (Feighery et al., 1998).

Fatores de risco genéticos

•  A doença celíaca está fortemente associada ao leucócito antigênico humano (HLA) haplótipos DQ2 e DQ8. Os genes HLA fazem parte do complexo de histocompatibilidade principal (MHC)

•  A função das moléculas do MHC é ligar-se a fragmentos protéicos de r i vados dos pa tógenos e apresentá-los na superfície celular para reconhecimento pelas células T. Muitas proteínas envolvidas no processamento e apresentação do antígeno são codificadas por genes dentro do MHC (Janeway, 2005).

•  Os sintomas da doença celíaca são causados por um peptídeo rico em glutamina e prolina encontrado no glúten, iniciando a resposta inflamatória ao ligar-se aos haplótipos HLA.

•  A associação primária do HLA, na maior ia dos pacientes com doença celíaca, é com DQ2 (DQA*05 /DQB1*02 ) e uma minoria com DQ8 (DQA1*03/DQB1*0302). Aproximadamente 97% dos indivíduos com doença celíaca possuem HLA-D2Q ou HLA-DQ8, em comparação aos 40% da população geral (NIH, 2006).

•  A associação do HLA em doença celíaca pode ser explicada por uma maior habilidade do DQ2 de ligar-se a um grande repertório de peptídeos ricos em prolina do glúten, que sobrevivem à digestão gastrointestinal e são deaminadas pela trasglutaminase dos tecidos.

•  Desordens imunodeficientes resultam de falhas de uma ou outra parte do sistema imune. AIDS é uma imunodeficiência decorrente da depleção de células TH do corpo devido à infecção pelo HIV. Essas depleções enfraquecem e eventualmente destroem o sistema imune, deixando o hospedeiro sem defesa contra infecções “oportunistas”.