CORSO DI IMMUNOLOGIA per il corso di Laurea

CORSO DI IMMUNOLOGIA per il corso di Laurea in biotecnologie a. a. 2005 -2006 II semestre DOCENTE: Dott. ssa Vladia Monsurrò Dipartimento di patologia Sezione di immunologia Universita’ degli Studi di Verona 045 8074256 vladia. monsurro@univr. it ORARIO DELLE LEZIONI: lunedì: 4: 30 -6: 00 giovedì 4: 30 -6: 00 dal 20 marzo al 25 maggio 2006 aula F Facolta’ di Scienze

TESTI CONSIGLIATI: A. K. ABBAS, A. H. LICHTMAN Fondamenti di Immunologia. Funzioni e Alterazioni del Sistema Immunitario. Ed. PICCIN Nuova Libraria S. p. A. – Padova, 2003 (Euro 25. 00) DI CONSULTAZIONE: A. K. ABBAS, A. H. LICHTMAN, J. S. POBER Immunologia cellulare e molecolare, quarta edizione, PICCIN Nuova Libraria S. p. A. , Padova, 2002 (Euro. 50) Cellular and Molecular Immunology, Updated Edition, 5 th edition with STUDENT CONSULT Access, Saunders, March 2005 (Euro 69. 00) DI APPROFONDIMENTO: WILLIAM E. PAUL Fundamental Immunology fifth edition, Lippincott, Williams & Wilkins, Philadelphia, PA USA, 2003

PROGRAMMA LEZIONI Mar 21 Marzo lezione 1 Generalità sul corso Il sistema immunitario (Introduzione) Giov 23 Marzo lezione 2 Cellule e tessuti del sistema immunitario Lun 27 Marzo lezione 3 Riconoscimento dell’antigene: Molecole del Sistema Immunitario: Antigeni e anticorpi Giov 30 Marzo lezione 4 Molecole del sistema immunitario: MHC (Major histocompatibility complex) Lun 3 Aprile lezione 5 Antigene. Sua captazione, processamento e presentazione. Antigeni tumorali e immunoterapia (in preparazione del talk) Giov 6 Aprile lezione 6 TCR Lun 10 Aprile lezione 7 Maturazione, attivazione e regolazione dei linfociti: Maturazione dei linfociti ed espressione dei recettori Giov 13 Aprile lezione 8 Immunita’ e tumori Parmiani Talk (ore 17: 00)-vedi volantino

Giov 20 Aprile lezione 9 Attivazione linfocitaria, trasduzione del segnale. Lun 24 Aprile lezione 10 Attivazione dei linfociti B e produzione di Ab Giov 27 Aprile lezione 11 Tolleranza immunologica Giov 4 Maggio lezione 12 Meccanismi effettori Citochine, Immunita’ innata Lun 8 Maggio lezione 13 Meccanismi effettori mediata Giov 11 Maggio lezione 14 Meccansimi effettori dell’immunita’ umorale Lun 15 Maggio lezione 15 Rapporti tra fisiologia e patologia Ipersensibilità concetti generali Ipersensibilità di tipo I Giov 18 Maggio lezione 16 Test prove esami-recupero Merc 7 giugno e 28 giugno ESAMI dell’immunita’ cellulo-

IMMUNITA’ INNATA IMMUNITA’ ACQUISITA Innate and adaptive immunity. The mechanisms of innate immunity provide the initial defense against infections. Adaptive immune responses develop later and consist of activation of lymphocytes. The kinetics of the innate and adaptive immune responses are approximations and may vary in different infections

IMMUNITA’ UMORALE IMMUNITA’ CELLULO/MEDIATA Types of adaptive immunity. In humoral immunity, B lymphocytes secrete antibodies that prevent infections by and eliminate extracellular microbes. In cell-mediated immunity, T lymphocytes either activate macrophages to kill phagocytosed microbes or cytolytic T lymphocytes directly destroy infected cells.

Specificity, memory, and self-limitation of immune responses. Antigens X and Y induce the production of different antibodies (specificity). The secondary response to antigen X is more rapid and larger than the primary response (memory). Antibody levels decline with time after each immunization (self-limitation). The same features are seen in cell-mediated immune responses

Phases of adaptive immune responses. Adaptive immune responses consist of distinct phases, the first three being the recognition of antigen, the activation of lymphocytes, and the effector phase (elimination of antigen). The response declines as antigen-stimulated lymphocytes die by apoptosis, and the antigen-specific cells that survive are responsible for memory. The duration of each phase may vary in different immune responses. The y-axis represents an arbitrary measure of the magnitude of the response. These principles apply to humoral immunity (mediated by B lymphocytes) and cell-mediated immunity (mediated by T lymphocytes).

Classes of lymphocytes. B lymphocytes recognize soluble antigens and develop into antibody-secreting cells. Helper T lymphocytes recognize antigens on the surfaces of antigen-presenting cells and secrete cytokines, which stimulate different mechanisms of immunity and inflammation. Cytolytic T lymphocytes recognize antigens on infected cells and kill these cells. Natural killer cells use receptors that are not fully identified to recognize and kill their targets, such as infected cells.

• organi linfoidi • cellule circolanti

IL SISTEMA IMMUNITARIO: • organi e cellule • sistema circolatorio ematico • sistema circolatorio linfatico

Overview of immune responses in vivo. Antigens are captured from their site of entry by dendritic cells and concentrated in lymph nodes, where they activate naive lymphocytes that migrate to the nodes through blood vessels. Effector and memory T cells develop in the nodes and enter the circulation, from which they may migrate to peripheral tissues. Antibodies are produced in lymphoid organs and enter the circulation, from which they may locate antigens at any site. Memory cells also enter the circulation and may reside in lymphoid organs and other tissues. This illustration depicts the key events in an immune response to a protein antigen in a lymph node; responses in other peripheral lymphoid organs are similar.

LE CELLULE DEL SISTEMA IMMUNITARIO

CD 34 Sca 1 Hematopoiesis. The development of the different lineages of blood cells is depicted in this "hematopoietic tree. " The roles of cytokines in hematopoiesis are illustrated in Chapter 11, Figure 11 -15. CFU, colony-forming unit.

Phases of lymphocyte activation. Naive B lymphocytes (top panel) and T lymphocytes (bottom panel) respond to antigens and second signals by protein synthesis, cellular proliferation, and differentiation into effector and memory cells. Homeostasis is restored as many of the antigenactivated lymphocytes die by apoptosis. Note that these phases of lymphocyte responses correspond to the phases of adaptive immunity.

I LINFOCITI (IMMUNITA' ACQUISITA O SPECIFICA) Linfocita B Linfocita T citotossico CD 8+ Linfocita T helper CD 4+ I linfociti naive o vergini, cioè che non hanno mai incontrato l’antigene, circolano attraverso il sistema circolatorio linfatico ed ematico tra tutti gli organi linfoidi secondari.

Figure 2 -2 Morphology of lymphocytes. A. Light micrograph of a lymphocyte in a peripheral blood smear. B. Electron micrograph of a small lymphocyte. (Courtesy of Dr. Noel Weidner, Department of Pathology, University of California, San Diego. ) C. Electron micrograph of a large lymphocyte (lymphoblast). (From Fawcett DW. Bloom & Fawcett Textbook of Histology, 12 th ed. WB Saunders, Philadelphia, 1994. )

Morphology of plasma cells. A. Light micrograph of a plasma cell in tissue. B. Electron micrograph of a plasma cell. (Courtesy of Dr. Noel Weidner, Department of Pathology, University of California, San Diego. )

Dimensioni dei linfociti • Naïve: 8 -10 um di diametro • Attivati 10 -12 um di diametro Espansione dei linfociti Linfociti T 50000 Linfociti B 5000

Come distinguiamo le popolazioni linfocitarie? • Le popolazioni linfocitarie si differenziano grazie ai marcatori di superficie (CD), • Le possiamo vedere al FACS grazie ad anticorpi monoclonali specifici per le proteine di superficie

Cellule Accessorie Non presentano un recettore specifico ma cooperano all’avvio delle risposte immunitarie specifiche 1) Fagociti mononucleati 2) Cellule dendritiche 3) Cellule follicolari dendritiche

Fagociti mononucleati • Sono specializzati per fagocitare I microbi • Si possono trovare in aggregati plurinucleari • Hanno funzioni effettrici in immunita’ innata e sono in stretta collaborazione con l’immunita’ acquisita: - fagocitano microbi opsonizzati, - secernono citochine per attivare i T - presentano l’antigene ai linfociti T

Sistema nervoso centrale fegato Maturation of mononuclear phagocytes. Mononuclear phagocytes develop in the bone marrow, circulate in the blood as monocytes, and are resident in all tissues of the body as macrophages. They may differentiate into specialized forms in particular tissues. CNS, central nervous system.

Morphology of mononuclear phagocytes. A. Light micrograph of a monocyte in a peripheral blood smear. B. Electron micrograph of a peripheral blood monocyte. (Courtesy of Dr. Noel Weidner, Department of Pathology, University of California, San Diego. ) C. Electron micrograph of an activated tissue macrophage showing numerous phagocytic vacuoles and cytoplasmic organelles. (From Fawcett DW. Bloom & Fawcett Textbook of Histology, 12 th ed. WB Saunders, Philadelphia, 1994. )

Le cellule dendritiche captano gli antigeni in periferia, alle porte d’entrata dell’organismo e li portano agli organi linfoidi secondari, affinchè siano visti dai linfociti

CELLULE DENDRITICHE FOLLICOLARI(FDC) Non deriva da precursori midollari Captano Ag legati ad Ab o fattori del complemento Li tengno sulla superficie e fanno si’ che I linfociti B li riconoscano (intervengono nella affinity maturation dei B) Sono presenti solo nel centro germinativo di linfonodi, milza e tessuto linfoide associato alle mucose

FUNZIONI DELLE PRINCIPALI CELLULE DEL SISTEMA IMMUNITARIO

GLI ORGANI DEL SISTEMA IMMUNITARIO

Organi linfoidi primari O generativii Organi linfoidi secondari o periferici Maturation of lymphocytes. Mature lymphocytes develop from bone marrow stem cells in the generative lymphoid organs, and immune responses to foreign antigens occur in the peripheral lymphoid tissues.

ORGANI LINFOIDI anello di Waldeyer (tonsille, adenoidi) timo midollo osseo milza placche di Peyer tessuto linfoide associato ai bronchi linfonodi

IL MIDOLLO OSSEO

CD 34 Sca 1 Citochine stromali guidano l’emopoiesi (es: CFS) Hematopoiesis. The development of the different lineages of blood cells is depicted in this "hematopoietic tree. " The roles of cytokines in hematopoiesis are illustrated in Chapter 11, Figure 11 -15. CFU, colony-forming unit.

• Emopoiesi del feto: sacco vitellino e mesenchima paraortico, piu’ tardi in fegato e milza • Emopoiesi neonato: midollo osseo ossa spugnose • Emopoiesi in puberta’: sterno vertebre ossa iliache e costole.

SCHEMA DEL MIDOLLO OSSEO EMOPOIETICO IN UN OSSO LUNGO Midollo rosso Seni vascolari

MIDOLLO OSSEO EMOPOIETICO A PICCOLO INGRANDIMENTO

ORGANI LINFOIDI anello di Waldeyer (tonsille, adenoidi) timo midollo osseo milza placche di Peyer tessuto linfoide associato ai bronchi linfonodi

IL TIMO

TIMO: SUA LOCALIZZAZIONE ANATOMICA

SCHEMA DEL TIMO

SCHEMA DI SEZIONE DI TIMO Cellule dendritiche linfoidi

- Linfocit ma + maturii +linfociti meno maturi Morphology of the thymus. A. Light micrograph of a lobe of the thymus showing the cortex and medulla. The blue-stained cells are developing T cells called thymocytes. (Courtesy of Dr. James Gulizia, Department of Pathology, Brigham and Women's Hospital, Boston. ) B. Schematic diagram of the thymus illustrating a portion of a lobe divided into multiple lobules by fibrous trabeculae.

SEZIONI DI TIMO

IL LINFONODO Aggregati nodulari di tessuto linfoide dove ha origine la risposta immunitaria specifica ad atigeni proteici veicolati per via linfatica

1 3 5 6 7 4 Dell’Ilo 8 9 2

Morphology of a lymph node. A. Schematic diagram of a lymph node illustrating the T cell-rich and B cell-rich zones and the routes of entry of lymphocytes and antigen (shown captured by a dendritic cell). B. Light micrograph of a lymph node illustrating the T cell and B cell zones. (Courtesy of Dr. James Gulizia, Department of Pathology, Brigham and Women's Hospital, Boston. )

Segregation of B cells and T cells in a lymph node. A. The schematic diagram illustrates the path by which naive T and B lymphocytes migrate to different areas of a lymph node. The lymphocytes enter through a high endothelial venule, shown in cross-section, and are drawn to different areas of the node by chemokines that are produced in these areas and bind selectively to either cell type. Also shown is the migration of dendritic cells, which pick up antigens from the sites of antigen entry, enter through afferent lymphatic vessels, and migrate to the T cell-rich areas of the node. B. In this section of a lymph node, the B lymphocytes, located in the follicles, are stained green; the T cells, in the parafollicular cortex, are red. The method used to stain these cells is called immunofluorescence (see Appendix III for details). (Courtesy of Drs. Kathryn Pape and Jennifer Walter, University of Minnesota School of Medicine, Minneapolis. ) The anatomic segregation of T and B cells is also seen in the spleen (not shown).

IL SISTEMA LINFATICO

The lymphatic system. The major lymphatic vessels and collections of lymph nodes are illustrated on the right. The left panels show where antigens are captured from a site of infection, and the draining lymph node to which these antigens are transported, and where the immune response is initiated

VASI LINFATICI E ORGANI LINFOIDI vasi sanguigni che si dipartono dal cuore vasi linfatici timo cuore milza dotto toracico linfonodi

LA MILZA

• Risposta ad antigeni presenti nel circolo generale • Sopratutto luogo di fagocitosi di organismi opsonizzati (nella polpa rossa)

STRUTTURA DELLA MILZA Situata nel quadrante superiore sinistro dell’addome Linfociti. B, Th e macrofagi (linfociti B) Non ci sono HEV, gli Ag entrano per I sinusoidi vascolari Cuffie di linfociti (per lo + Th)

Morphology of the spleen. A. Schematic diagram of the spleen illustrating T cell and B cell zones, which make up the white pulp. B. Photomicrograph of a section of human spleen showing a trabecular artery with adjacent periarteriolar lymphoid sheath and a lymphoid follicle with a germinal center. Surrounding these areas is the red pulp, rich in vascular sinusoids. C. Immunohistochemical demonstration of T cell and B cell zones in the spleen, shown in a cross-section of the region around an arteriole. T cells in the periarteriolar lymphoid sheath are stained red, and B cells in the follicle are stained green. (Courtesy of Drs. Kathryn Pape and Jennifer Walter, University of Minnesota School of Medicine, Minneapolis. )

MILZA AL MICROSCOPIO OTTICO

• SISTEMA IMMUNITARO ASSOCIATO ALLE MUCOSE: • Sistema gastroenterico e respiratorio

ORGANI LINFOIDI anello di Waldeyer (tonsille, adenoidi) timo midollo osseo milza placche di Peyer tessuto linfoide associato ai bronchi linfonodi

Nella mucosa del tratto gastrenterico I linfociti sono: • Nello strato epiteliale (per lo piu’ CD 8) • Nella lamina propria (T CD 4 attivati, plasmacellule, DC, eosinofili, mastociti) • Nell’intestino tenuele placche del peyer, nuclei organizzati all’interno della lamina propria: al centro c’e’ un centro germinativo per i B con pochi T CD 4.

Placche di Peyer FAE= Epitelio Associato al Follicolo

Come passare attraverso l’epitelio intestinale ? 1. Attraverso le cellule M, che trasportano 2. particelle, ma anche virus e batteri nel 3. tessuto linfoide sottostante. 4. 5. 2. Attraverso l’azione delle DC, che riescono ad 6. insinuarsi tra una cellula epiteliale e l’altra, 7. distruggendo e ricostruendo le tight junctions.

STRUTTURA DELLE CELLULE M E INTERAZIONE CON L’ESTERNO

Le DC sono in grado di passare attraverso l’epitelio intestinale e di far protrudere dei prolungamenti nel lume, captando così gli Ag

SISTEMA LINFATICO BRONCHIALE

SISTEMA LINFATICO DIFFUSO NELLA MEMBRANA MUCOSA DELLA TRACHEA

TONSILLE E ADENOIDI