Celle Natural Killer (NK): utili note su cellule Natural Killer (NK)

Le cellule natural killer (NK) sono state scoperte accidentalmente durante gli esperimenti sull'attività in vitro delle cellule T dei topi sulle cellule tumorali.

In quegli esperimenti sono state usate cellule T da topi con tumore e cellule T da topi normali senza tumore. I ricercatori sono stati sorpresi di notare che le cellule T di topi normali avevano anche un'attività significativa contro le cellule tumorali. Questi linfociti erano chiamati cellule natural killer (NK).

La cellula NK è un linfocita granulare di grandi dimensioni e costituisce il 15% dei linfociti del sangue periferico. Le cellule NK derivano dalle cellule staminali ematopoietiche nel midollo osseo. Ma il loro lignaggio è incerto. Ci sono alcune somiglianze tra le cellule NK e le cellule T.

Tuttavia, ci sono alcune importanti differenze tra le cellule NK e le cellule T:

io. Le cellule NK non richiedono il timo per il loro sviluppo.

ii. La maggior parte delle cellule NK esprime molecole CD16 e CD56 sulla loro superficie. Le cellule NK non hanno molecole CDS, mentre le cellule T sono CD3 ⁺ . Quindi un'analisi di CD3, CD16 e CD56 serve a distinguere le cellule NK dalle cellule T. (Le cellule NK sono CD3 ^- e di solito CD16 ⁺, CD56 ⁺, le celle T sono CD3 ⁺ e solitamente CD16 ^-, CD56 ^- ).

iii. Le cellule NK possono lisi alcune cellule tumorali e cellule infettate da virus in vitro. Come le cellule T citolitiche (CTL), le cellule NK hanno granuli citoplasmatici contenenti perforine e granzimi, che uccidono le cellule bersaglio. Ma ci sono differenze tra le cellule NK e CTL rispetto alla loro uccisione delle cellule bersaglio.

L'attività delle cellule NK non richiede alcuna precedente esposizione agli antigeni. Mentre i CTL richiedono una sensibilizzazione preliminare all'antigene.

Inoltre, le cellule NK possono agire contro qualsiasi tumore o cellula infetta da virus (cioè l'attività delle cellule NK non è specifica). Considerando che, i CTL agiscono solo sugli antigeni contro i quali sono stati attivati ​​(cioè l'attività CTL è specifica).

Meccanismo di uccisione di cellule bersaglio da cellule NK:

1. Le cellule NK uccidono le cellule tumorali e le cellule infette da virus attraverso un processo simile a quello dei CTL. Come i CTL, anche i granuli delle cellule NK contengono granzimi e perforina. Dopo aver aderito alle cellule bersaglio, le cellule NK rilasciano granzimi e perforine. Si pensa che i granzimi e le perforine medino l'uccisione delle cellule bersaglio in modo simile a quello dei CTL (Figura 12.5). Tuttavia ci sono differenze tra la cellula NK e CTL rispetto alla uccisione delle cellule bersaglio.

io. Le cellule NK non richiedono che gli APC presentino loro antigeni (mentre i CTL richiedono la presentazione di antigeni da parte delle molecole MHC di classe I). Il meccanismo di riconoscimento dell'antigene delle cellule bersaglio da parte della cellula NK non è ancora noto.

ii. Le cellule NK non hanno recettori antigeni sulla loro membrana cellulare (mentre i CTL hanno TCR, che si legano a specifici antigeni).

iii. Le cellule NK non sviluppano memoria immunologica (mentre i CTL attivati ​​sviluppano la memoria immunologica e producono CTL di memoria).

2. Le cellule NK possono anche uccidere le cellule bersaglio rivestite di anticorpi attraverso il meccanismo di citotossicità cellulo-mediata anticorpo-dipendente (ADCC).

Le molecole CD16 sulle cellule NK agiscono come recettori per la regione Fc degli anticorpi. La cellula NK si lega al complesso antigene-anticorpo attraverso la molecola CD16.

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Il legame della regione Fc dell'anticorpo con CD16 inizia l'attività delle cellule NK (Fig. 9.9).

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La cellula NK secerne le sue sostanze litiche sulla cellula bersaglio. Le sostanze litiche rilasciate dalle cellule NK agiscono sulla cellula che porta l'antigene e distruggono la cellula. Poiché le cellule NK possono agire spontaneamente su qualsiasi antigene e non richiedono una precedente sensibilizzazione con antigeni (e quindi il nome NK cells), è più probabile che le cellule NK siano uno dei principali attori delle risposte immunitarie innate. Le cellule NK agiscono come difesa di prima linea prima dello sviluppo di specifiche cellule B e cellule T contro un particolare antigene.

Infezioni virali ricorrenti si verificano in persone con deficit selettivo di cellule NK. Sembra quindi che le cellule NK svolgano un ruolo protettivo importante contro le infezioni virali. Le cellule NK possono anche svolgere ruoli importanti nella difesa contro le infezioni batteriche e parassitarie.

Le cellule NK attaccano le cellule tumorali, le cellule estranee trapiantate e le cellule infettate da virus. Ma le molecole della superficie cellulare sul tumore e le cellule infettate dal virus, che sono riconosciute dalle cellule NK, non sono ancora note.

Le cellule NK attivate producono molte citochine come IFNγ e TNFα. L'IFNγ secreta dalle cellule NK può aumentare le risposte CMI dei macrofagi attivati. Più oltre l'IFNγ secreta dalle cellule NK può aiutare a dirigere le cellule T _H verso una risposta T _H 1.

Immunità cellulo-mediata:

Gli anticorpi non entrano in una cellula vivente e attaccano i microbi intracellulari. Pertanto la risposta immunitaria umorale non è efficace contro i microbi che vivono all'interno di una cellula ospite. La rilevazione e l'eliminazione dei microbi intracellulari sono mediate dalle risposte immunitarie cellulo-mediate (CMI).

Le cellule CD8 ⁺ T _C effettuano il riconoscimento e l'eliminazione dei microbi intracellulari. Tuttavia, l'attivazione e il funzionamento delle cellule T CD8 ^{+ hanno} bisogno dell'aiuto delle cellule T CD4 ⁺ . Quindi una risposta CMI efficace ha bisogno sia delle celle T _H che T _C.

Sindrome di DiGeorge:

La sindrome di DiGeorge è una malattia con immunodeficienza congenita, in cui il bambino nasce senza timo. Di conseguenza, le risposte immunitarie mediate dalle cellule T sono assenti. Il bambino soffre di ripetuti attacchi di infezioni virali, batteriche e fungine intracellulari. Ma il bambino è in grado di trattare le infezioni batteriche extracellulari (perché sono trattate con anticorpi).

Nella sindrome di DiGeorge i bambini, anche un vaccino virale attenuato può causare un'infezione pericolosa per la vita. Questo disturbo enfatizza la necessità che le cellule T agiscano contro i microbi intracellulari. Le risposte CMI riconoscono ed eliminano anche le cellule tumorali e le cellule dell'organo trapiantato.

Organizzazione dei geni TCR e produzione di TCR:

I recettori delle cellule T (TCR) sono sempre presenti come recettori legati alla membrana e i TCR non sono secreti come molecole libere dalle cellule T. (Considerando che le immunoglobuline esistono in due forme: i sigs esistono come forme legate alla membrana e le immunoglobuline secrete non sono legate alla superficie delle cellule B.)

Esistono due forme di TCR espresse sulla superficie delle cellule T, TCR αβ e TCR γδ. La cella AT ha solo TCR αβ o TCR y8. Le catene di polipeptidi α, β, γ e δ dei TCR sono codificate da quattro famiglie di multi-gene TCR. La famiglia multi-gene per α, β, γ e δ, il riarrangiamento genomico dei DNA TCR e la produzione di polipeptidi TCR generalmente assomigliano all'organizzazione del gene dell'immunoglobulina e alla produzione di immunoglobuline.

io. Il riarrangiamento del DNA della linea germinale dei geni TCR è simile al riarrangiamento del DNA della linea germinale dei geni delle immunoglobuline.

ii. Le sequenze di segnale di eptamer e nonomer recognition (RSS) conservate che contengono sequenze di spacer da 12 bp (one-turn) o 23 bp (two-turn) fiancheggiano ciascun segmento V, D e J nel DNA della linea germinale TCR.

iii. La catena TCR α (come la catena leggera delle immunoglobuline) è codificata dai segmenti del gene V, J e C. La catena β di TCR è codificata dai segmenti del gene V, D, J e C.

iv. I riarrangiamenti genetici del TCR seguono la regola dell'unione a un giro / due giri osservata nei riarrangiamenti del gene dell'immunoglobulina.

v. Le cellule T esprimono anche i geni RAG-1 e RAG-2 che attivano la ricombinazione. L'enzima ricombinasi RAG-l / RAG-2 riconosce i segnali di riconoscimento di eptamero e nonamero e catalizza l'unione di VJ e VDJ durante il riarrangiamento del gene TCR da meccanismi simili di delezione o inversione che si verificano durante il riarrangiamento del gene dell'immunoglobulina.

Il polipeptide della catena TCR α ha una regione Vα (variabile) e una regione Cα (costante). Allo stesso modo, la catena TCR β ha regioni Vβ e Cβ. Le catene α e β sono collegate da legami disolfuro.

TCR α Chain Multigene Family e TCR α Chain Polypeptide Production:

La famiglia di geni della catena TCR α del mouse nel cromosoma 14 è costituita da segmenti del gene 100Vα, 50Jα e un singolo segmento Cα. (Una caratteristica unica della famiglia di geni della catena TCR è che i segmenti del gene della famiglia del gene TCR δ sono situati tra i segmenti del gene Vα e Jα della famiglia di geni della catena TCR α).

Qualsiasi segmento del gene Vα si unisce a qualsiasi segmento del gene Jα (giunzione VJ). I segmenti intervenienti vengono quindi rimossi.

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Il riarrangiato V _α J _α C _α viene trascritto dall'enzima RNA polimerasi per produrre un trascritto di RNA primario.

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Gli enzimi di elaborazione dell'RNA rimuovono gli introni nel trascritto dell'RNA primario e l'mRNA della catena TCR α risultante esce dal nucleo nel citoplasma.

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L'mRNA è tradotto dai ribosomi nel polipeptide della catena TCR α.

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Le sequenze leader indirizzano la catena peptidica nel reticolo endoplasmatico ruvido (RER). Successivamente, gli amminoacidi delle sequenze leader vengono scissi e il TCR finale è formato da un polipeptide a catena.

Produzione di polipeptidi a catena TCR β Chain Multi-gene e TCR β Chain:

La famiglia di geni multi-gene della catena TCR β del mouse nel cromosoma 7 ha segmenti del gene _β da 20 a 30 V e due ripetizioni quasi identiche dei segmenti D, J e C. (Ogni ripetizione consiste di un segmento D _β, 6 o 7 segmenti J _β e un segmento di gene C _β .

Il riarrangiamento del gene della catena TCR β è simile al riarrangiamento della catena pesante delle immunoglobuline. Si verifica la prima congiunzione D _β e J _β (unione DJ) (Fig. 12.10).

Quindi D _β J _{β si} unisce con una V _β per formare un'unità V _β D _β J _β (unione VDJ).

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L'unità V _β D _β J _β C _β viene trascritta dall'enzima RNA polimerasi e viene generato un trascritto di RNA primario. Gli enzimi di elaborazione dell'RNA rimuovono gli introni nel trascritto dell'RNA primario e l'mRNA della catena TCR risultante lascia il nucleo ed entra nel citoplasma.

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I ribosomi si legano all'mRNA e lo traducono nella catena polipeptidica TCR β.

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Le sequenze leader indirizzano il polipeptide della catena TCR β nel RER. Successivamente, le sequenze leader vengono scisse e viene generato il polipeptide della catena TCR β finale.

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Le catene TCR α e β si spostano nell'apparato di Golgi e quindi in vescicole secretarie. La membrana della vescicola secretaria si fonde con la membrana delle cellule T e, di conseguenza, i TCR sono espressi sull'aspetto esterno della cellula T. Le catene TCR α e β sono espresse come eterodimero legato al disolfuro sulla membrana delle cellule T.

Generazione di Diversità TCR:

Diversi meccanismi (come quelli che si trovano nella generazione della diversità delle immunoglobuline) operano anche per generare un numero enorme di TCR per riconoscere diversi antigeni.

io. L'unione combinatoria di VJ (in catena α) e VDJ (in catena β) genera un ampio numero di combinazioni di geni casuali.

ii. Flessibilità giunzionale

iii. Aggiunta di P-nucleotide.

iv. N-nucleotide aggiunta.

v. Associazione combinatoria di catene α e β o catene y e δ.

La mutazione somatica del gene dell'immunoglobulina è uno dei meccanismi che aggiungono diversità alla generazione di immunoglobuline. Ma la mutazione somatica non si verifica nei geni TCR riarrangiati. Qualunque sia il riarrangiamento del DNA che si è verificato durante la maturazione delle cellule T nel timo, persiste in seguito. (Se si verifica la mutazione somatica dei TCR nelle cellule T mature, le cellule T auto reattive possono essere generate nella periferia, il che può portare ad un attacco autoimmune su autoantigeni dell'ospite).