Tema 8: El receptor del Linfocito B y T

Tema 8: El receptor del Linfocito B y T. Generación de la diversidad
Tema 10: Receptores implicados en la respuesta adaptativa: el receptor
del linfocito B y del linfocito T. Generación de diversidad
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El receptor del Linfocito B
Receptor del Linfocito T
Receptor α/β
Receptor γ/δ
Generación de la diversidad del Receptor BCR (Ac)
Generación de la diversidad del TCR
El receptor del Linfocito B
El linfocito B posee muchos receptores idénticos en su membrana,
mas de 100.000, que son los encargados de reconocer específicamente al
antígeno. Cada linfocito B tiene una especificidad diferente, es decir sus
receptores son diferentes a los existentes en el resto de las células B.
Estos receptores son inmunoglobulinas que tras su síntesis, quedan
ancladas a la membrana, con una región transmembrana y un tallo
citoplasmático corto. Tras su activación, las células B ase activan, proliferan
y se convierten en plasmocitos o células productoras de anticuerpos. Estos
anticuerpos son copias exactas del receptor pero sin la región
transmembrana ni citoplasmatica, por lo que tras su síntesis, no pueden
anclarse a la membrana y se secretan al exterior como moléculas solubles.
Debido a la cortedad de la región intracitoplasmática, no se
produce el estímulo necesario (Transducción) para que lleguen las
señales al núcleo aún cuando un antígeno entra en contacto con el
receptor (inmunoglobulina) de superficie1. Por ello es necesario la
cooperación de otras dos moléculas, que son las que verdaderamente
transducen la señal al núcleo, al tener la región intracitoplasmática mas
larga. Estas moléculas, pertenecientes a la familia de las inmunoglobulinas se denominan Igα e Igβ, y están asociadas, no covalentemente
a las Ig de superficie en los linfocitos B maduros. De esta forma ambas
junto al receptor del antígeno forman el denominado Complejo receptor
para el antígeno del linfocito B.
Así pues resumiendo, el receptor del Linfocito B, consta de una
inmunoglobulina del tipo IgM e IgD unidas a su superficie, que son las
encargadas de reconocer al antígeno, y unas moléculas accesorias Igα e Igβ,
1
Es necesario que se unan dos o más moléculas para que se produzca el entrecruzamiento de las
Inmunoglobulinas.
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encargadas de trasmitir la correspondiente señal al interior celular.
Receptor del Linfocito T
Tal y como sucede con los linfocitos B, en el caso de los linfocitos T,
también existen unos receptores específicos que les permiten el
reconocimiento y reacción con las moléculas antigénicas. De este modo la
función que cumplen los receptores, BCR y TCR respectivamente, de ambas
células es la misma, diferenciándose tan sólo en el modo con que lo hacen.
El linfocito B efectúa un reconocimiento directo, es decir, reconoce a los
antígenos nativos sin modificar. Por el contrario el linfocito T necesita de un
procesamiento previo del antígeno, así como que se asocie con otra
molécula (CMH) para que pueda ser reconocido, es decir efectúa un
reconocimiento indirecto.
Receptor αβ
Cada célula T presenta del orden de 50.000 receptores idénticos. El
receptor, es un heterodimero, formado por dos péptidos denominados α y
β de distinto peso molecular, unidos por puentes disulfuro, que
conjuntamente configuran el sitio de fijación para el antígeno. Presentan,
como las inmunoglobulinas, a cuya superfamilia pertenecen, dos dominios,
uno variable, con sus zonas hipervariables (3 CDR en cada cadena) y otro
constante (el más próximo a la superficie celular), que lo hacen similar a las
cadenas ligeras de las Ig. De hecho, la porción extracelular de dicho
heterodimero puede considerarse estructuralmente similar a la porción
Fab de una molécula de Ig, y presentando los dominios variables unas
estructuras terciarias similares a los dominios V de las Ig. La diferencia
mas acusada se presenta a nivel del dominio constante de la cadena α,
que no es típica de una dominio de Ig clásica. Asimismo y al igual que
ocurre con las Ig, las cadenas α y β presentan una región bisagra. La
principal diferencia que presenta con el receptor del linfocito B, es la ya
mencionada, en cuanto al reconocimiento indirecto, y la menor afinidad de
unión del TCR a los complejos péptido-MHC, en comparación con la Unión
del BCR al antígeno. Esto es debido posiblemente a la mayor rigidez del
TCR y al propio mecanismo de selección tímica en la que se seleccionan las
células T con TCR de baja afinidad.
Esta estructura esta anidada a la superficie celular por una región
transmembrana formada por aminoacidos hidrofóbicos, cargados positivamente, que se continua por una región citoplasmática muy corta (3 aminoácidos). Al igual que sucedía con el receptor del linfocito B, esta cortedad de
la región citoplasmática hace que la señal provocada por la unión del
antígeno no pueda llegar al interior celular (transduccion de la señal). Por
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ello es necesario, al igual que en los B, la asociación del receptor anterior, a
otras moléculas para formar un complejo receptor. En este caso dicho
complejo está constituido por cinco proteínas. Por un lado a tres proteínas
del grupo de las inmunoglobulinas denominadas γ, δ y ε2, que presentan
un solo dominio constante, y por otro a otra proteína, estructuralmente no
emparentada con las Ig, denominada ζ zeta, y que constituyen el grupo
CD3. Una de las funciones del grupo CD3 es facilitar la expresión en
superficie del TCR. Todas estas proteínas accesorias, al contrario del
receptor presentan la porción transmembrana cargada negativamente, lo
que facilita la interacción con la región citoplasmática del TCR. Esta región
cargada negativamente de las proteínas del tipo inmunoglobulina del CD3,
permiten la neutralización de cargas con las porciones de las cadenas α y β
del receptor, estabilizándose así la estructura. Estos polipeptidos cuentan
con regiones ITAM (un solo motivo), por lo que podrían fosforilarse y
contribuir a transducir la señal al núcleo. Las otras cadenas no
inmunoglobulinicas (ζ zeta y η eta), presentan tres motivas ITAM y son las
máximas responsables de transducir la señal al núcleo a través de la tirosin
Kinasa. Estas proteínas se encuentran, realmente, rodeando al receptor del
linfocito formando un complejo receptor. Así al unirse el antígeno al
receptor, este sufre una deformación, que es captada por el complejo
proteico circundante, cambiando la estructura del mismo generándose una
señal que es transmitida hacia el interior celular produciéndose así la
interiorización de la misma.
La asociación del receptor TCR con las proteínas que los rodean para
formar el complejo receptor se produce, ya, en el retículo endoplasmático,
pasando el conjunto al aparato de Golgi, donde se glicosila, siendo
posteriormente, el complejo entero transportado a la membrana, transporte
que no tiene lugar si el complejo esta incompleto. Parece ser que en ello
participa una fosfoproteína “calnexina”, cuya función sería retener al TCR
en el retículo endoplásmico hasta el ensamblamiento de todas las
moléculas.
Receptor γδ
Otro tipo de TCR, menos habitual, que se encuentra en una
pequeña población de linfocitos T( entre el 5% en sangre y el 15% en los
epitelios). Esta compuesto por las cadenas γ y δ, distintas a las que se
presentan en el receptor αβ. Son similares estructuralmente a las cadenas
α y β, pero mas parecidas a las Ig que estas últimas. Como el anterior esta
asociado al CD3. Se encuentran principalmente en el epitelio gastrointestinal, piel y vagina. A diferencia de los αβ, los γδ no recirculan entre
2
Las tres cadenas son entre sí muy homologas, y sus genes están adyacentes en el cromosoma 11
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la sangre y los tejidos. Esto es debido a que el reconocimiento del
antígeno y por tanto su activación, no se efectúa en los ganglios ni son
necesarias CPAs. Su mayor similitud con la estructura de los anticuerpos
hace que sean capaces de
De esta manera, se ha comprobado que los antígenos que
reconocen, no son necesariamente péptidos y que no requieren el
procesamiento clásico a través del CMH, siendo capaces de reconocer
proteínas intactas del mismo modo que hace el linfocito B. Asimismo,
por lo menos, algunas células T  reconocen antígenos relacionados con
las CMH de clase I (MICA y MICB) que se expresan en la superficie de
células estresadas.
Asi, las células γδ son capaces de reconocer dos tipos de ligandos:
1.- Moléculas que señalan el estrés celular
2.- Moléculas orgánicas pequeñas que sirven de marcadores de la
infección. Estas moléculas pueden ser tanto peptídicas como no
peptídicas, secretadas por ciertos microorganismos. Así se ha
comprobado que reconocen pirofosfatos, y el monoetilfosfato secretado
por micobacterias y algunos eucariotas.
Todas estas características, hace que este grupo de células,
pertenecientes a la respuesta adaptativa, al menos, compartan algunas de
las características de la Respuesta innata.
De este modo las características principales de este grupo de linfocitos
podría resumirse en los siguientes puntos:
1.- Parecen ser mas primitivos:
2.- Su maduración, se puede producir fuera del timo.
3.- El mecanismo de reconocimiento antigénico es distinto del que tienen
los Tαβ. En este aspecto reconocen, aparentemente, estructuras distintas del
complejo péptido-CMH. Incluso existen ciertas evidencias de que
reconocen al antígeno directamente, sin necesidad de procesamiento
previo.
4.- Carecen de unas moléculas de superficie, imprescindibles en los Tαβ.
(CD4 y CD8).3
5.- Presentan una diversidad mucho más limitada, por lo que podrían
iniciar respuestas inmunitarias frente a un pequeño número de
microorganismos comunes.
6.- se encuentran mayoritariamente en piel y mucosas y su número
aumenta con las infecciones parasitarias
7.- Son activados por proteínas de choque térmico (Hp60) 4
3
Una línea T específica para la glucoproteína del virus del herpes simple se puede estimular
por la proteína intacta, no solo en solución sino adherida a plástico, lo que indica que las
células se estimulan por el antígeno nativo al igual que hace el receptor del linfocito B.
4 La proteína de choque térmico hsp-60 de los queratinocitos estresados autólogos y las
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8.- Reconocen una variedad mas amplia de antígenos no peptidicos5
La función de estas células T gamma / delta, no está claramente
dilucidada, pero por su ubicación entre el medio externo y el medio
interno es posible que representen la primera línea de defensa contra los
agentes invasores, lo que también está en correspondencia con la mayor
rapidez que tienen para actuar.
La mayoría de los antígenos con los cuales interactúan los linfocitos
gamma / delta corresponden a agentes invasores pero también lo hacen
contra células huéspedes que se encuentren atacadas por patógenos o
lesionadas. Las cepas de ratones que no producen células T gamma /
delta tienen respuestas más lentas en la reparación de las lesiones de piel,
además de ser mucho más propensos al cáncer de piel que los ratones
normales por lo que se piensa que una de las funciones que tendrían estos
linfocitos sería la vigilancia inmunitaria.
Hemos estado hablando de los receptores presentes en los dos tipos
de linfocitos y de la gran variabilidad o diversidad que presentan para
unirse, potencialmente a cualquier antígeno. Ahora bien la pregunta que se
plantea sería la siguiente. ¿Cómo se genera tal diversidad.?
Generación de la diversidad de las Inmunoglobulinas
La evidencia de la existencia del repertorio linfocitario supone la
existencia de mecanismos que permitan a cada linfocito, durante su
desarrollo, especializarse para producir un tipo concreto de Ac. Dicha
especialización se consigue a través de la organización génica de las Ig. En
efecto, en este sentido, si cada cadena ligera y pesada de las
inmunoglobulinas fuese codificada por un solo gen, estaría claro que se
podría solucionar el problema, ya que cada uno de ellos sería distinto a los
demás. Sin embargo, dada la gran cantidad de diversidad existente 1015, si
esto fuese así se necesitaría más de la tercera parte del genoma para
codificar estas proteínas. Obviamente esto no es así y los linfocitos B han
desarrollado mecanismos genéticos más eficaces, capaces de generar el
repertorio con un número de genes mucho más limitado. ¿Cuál es este
mecanismo?
Cada dominio variable esta codificado por más de un gen. Las
regiones variables de las cadenas ligeras están codificadas por dos genes
denominados V y J., que codifican aproximadamente 97 y 13 aminoácidos
micobacterias son activadores potentes de las células T 
5 En el caso de las micobacterias se ha identificado como estimulantes a un grupo de
moléculas pequeñas, no protéicas y ricas en fosfatos, como el iso-pentenil-pirofosfato, que
aparece en células microbianas y de mamíferos, lo que expande aún más la variedad de
antígenos no peptídicos que pueden reconocerse por las células T
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respectivamente (en el ratón). Estos genes están ligados a cada una de los
genes que codifican las cadenas ligeras y pesadas. En el hombre existen 40
copias del gen Vk y 30 del Vλ, y 5 y 4 respectivamente del gen J. De esta
forma se pueden generar 320 cadenas ligeras diferentes. En la maduración
del ARN, los genes transcritos de los dominios variables se pueden
combinar con cualquiera de los dos genes que codifican el dominio
constante de las cadenas ligeras para formar las cadenas kappa o lambda
respectivamente.
El proceso de formación de una cadena ligera λ sería el siguiente: En
la línea germinal, es decir en la célula pluripotencial, los cinco genes J están
cercanos entre sí y a su vez cerca de los genes que codifican las regiones
constantes, y separados a su vez de los genes V. Durante el desarrollo de la
célula B, el gen V que se va expresar (al azar), se desplaza para quedar junto
al gen J elegido también al azar. El ADN intercalado entre ambos se
elimina. En la maduración del ARN, los genes transcritos se combinan con
el gen de la cadena λ. Cuando se selecciona, en este ejemplo, la cadena λ
para su expresión, se bloquea, por exclusión alélica la expresión de la otra
cadena κ. Solo en el caso de que el reordenamiento no sea productivo se
produce la expresión de κ. En el caso de que ninguno de los ordenamientos
sea productivo, la célula muere.
En el caso de las cadenas pesadas, el proceso es básicamente el
mismo, con la diferencia de que existe otro minigen denominado D, (del
que existen más de 20 alelos), que también interviene en la codificación del
dominio variable, con lo que este tendrá una mayor diversidad. Otra
diferencia, se refiere a los dominios constantes, que están codificados por 9
genes diferentes que se corresponden con las diferentes clases y subclases
de inmunoglobulinas. De esta manera, como el lugar de fijación al
antígeno se forma por la conjunción de las cadenas ligeras y pesadas, el
número total de combinaciones posibles sería el producto de ambas: 320
para las cadenas ligeras y 10.530 para las pesadas (en las cadenas pesadas
existen en el hombre 65 minigenes Vh, 27 segmentos Dh y 6 segmentos Jh).
De esa forma el número total de combinaciones que se pueden formar es de
3,5 *106.
Además de este proceso de generación de diversidad existen
procesos adicionales que añaden diversidad al repertorio. Los mecanismos
básicos son dos:
1.- Por la diversidad de unión
Es probablemente el proceso que mas contribuye a la diversidad.
Durante el proceso de recombinación se producen adición o eliminación de
nucleótidos entre los segmentos V y D y J en las cadenas pesadas, en el
momento del empalme. Este fenómeno que provoca variabilidad en las
uniones y por tanto variaciones en la secuencia de aminoácidos es lo que se
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conoce como diversidad de unión. , el proceso comienza por el corte del
ADN en el proceso de los minigenes que se van a combinar, durante el
proceso de recombinación genética. Ese corte es reparado me diante la
formación de un bucle final en la hebra. Posteriormente intervienen las
enzimas RAG 1 y 2, para efectuar un nuevo corte, al azar, en los dos bucles
en el proceso normal de volver a fusionar la doble hebra de DNA, partida
en el proceso de recombinación genética. Los nucleótidos que quedan en
soso puntos finales después del corte se denominan Nucleotidos P. Una
vez efectuado el corte por las RAG, la enzima TdT (deoxirribonucleotidil
transferasa terminal), adiciona nuevos nucleótidos (Nucleotidos N), hasta
un máximo de 15. En la dirección 3’ 5’, en cada una de las hebras. Entre
ellos habrá siempre algún nucleótido complementario que unira las dos
hebras. Los nucleótidos adicionados que no sean complementarios de los
existentes en la otra hebra, son eliminados por una exonucleasa. Finalmente
el proceso se completa adicionándose nuevos nucleótidos complementarios
en los huecos que quedan por una polimerasa. Tanto los nucleótidos P
como los N, son nucleótidos no codificados en el genoma y que provocan
un cambio en la lectura del codón que provoca la transcripción de
aminoácidos no codificados que hacen cambiar la conformación inicial
provocando una mayor diversidad.
2.- Por Hipermutación somática
La gran diferencia, es que este mecanismo opera ya en Linfocitos B
maduros y que han tenido contacto con el antígeno. Consiste en la
introducción, al azar, de pequeñas mutaciones puntuales en las regiones V
de los genes ya reordenados. Al ser al azar, algunas células unirán al
antígeno con menor afinidad por lo que serán desplazadas por las
existentes y morirán por apoptosis, pero en cambio otras se unirán al
antígeno con mayor afinidad, siendo por tanto seleccionadas. Este
fenómeno se conoce como maduración de la afinidad, y es muy importante
para hacer más eficaz la respuesta
Con ello y efectuando unos sencillos cálculos se puede comprobar,
como este mecanismo es capaz de general la enorme diversidad existente.
1 factor: Diferentes posibilidades combinatorias de los genes
Cadena Pesada: 65*27*6 = 11.000 combinaciones diferentes
Cadena Ligera:
(40*5)+ (30*4) = 320 combinaciones
Total 320 *11.000 = 3,5 * 106
2.- factor: imprecisión de las uniones de las cadenas: se estima que esto
contribuye con un factor de 107
3,5 * 106 * 107 = 3,5 * 1013
3.- Posibilidad de mutaciones somáticas puntuales. La posibilidad de que se
produzcan aquí es 1000 veces mayor que en cualquier otro gen. Esto
contribuye a su vez con otro factor de 10
3,5 * 1014* 10 = 3,5 * 1014
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Generación de la diversidad del TCR
La diversidad del TCR, se genera por mecanismos similares a los
descritos anteriormente. La cadena α solo contiene segmentos V y J,
mientras que la β presenta V, D y J.
Las principales diferencias en relación con la diversidad presentada
por las Inmunoglobulinas radican en los siguientes aspectos:
Se calcula que el tamaño del repertorio para las células T es de 1015
a 1018.
Existen menos genes V que en las Ig, pero esto es compensado
ampliamente por la mayor diversidad de unión de los distintos genes que
alcanza un orden de 1011. Esto es debido sobre todo a que la región V
puede asociarse tanto con genes de la región D como de la J. Situación
esta que no tiene lugar en las Ig en las que el gen V solo puede unirse a la
región D. Como esa diversidad se concentra sobre todo en la región
CDR3, Esto explicaría el porque el centro del receptor T es altamente
variable y en cambio, la periferia presenta variaciones “relativamente
pequeñas.
Otra diferencia es que en este caso, una vez producido el gen
funcional del TCR, no se producen más cambios que alteren la
especificidad o la afinidad del receptor antigénico. Posiblemente esto es
debido a la necesidad de reconocimiento de la molécula CMH.
Con todo ello, en el hombre existen para la cadena α, 70 alelos V y
61 J y para la β 52 J, 2 D y 13 J. Con esto el número de combinaciones
posibles sería de aproximadamente 1018.
En el caso de los linfocitos γδ se pueden combinar con menos
segmentos V que los αβ, aunque esto parcialmente se compensa por tener
mayor diversidad de unión al poder incorporarse dos genes D a la cadena
δ
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