Desarrollo de los linfocitos

Por:
Magdalena
Lay
DESARROLLO DE LOS LINFOCITOS Y REORGANIZACIÓN Y EXPRESIÓN DE LOS
GENES DE LOS RECEPTORES DEL ANTÍGENO
El proceso mediante el cual los progenitores de los linfocitos se diferencian en linfocitos maduros que van a poblar los
tejidos linfáticos periféricos se conoce como desarrollo linfocítico o maduración linfocítica. El conjunto de receptores
del antígeno, y por tanto de especificidades que expresan los linfocitos B y T compone el repertorio inmunitario.
La reorganización y la expresión de los genes de los receptores de antígeno son datos fundamentales del desarrollo de
los linfocitos, y fenómenos moleculares y celulares muy similares caracterizan al desarrollo temprano de los linfocitos B
y T.
INTRODUCCIÓN AL DESARROLLO DE LOS LINFOCITOS
La maduración de los linfocitos B y T se produce en los órganos linfáticos generadores (centrales):
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Compromiso de las células progenitoras hacia el linaje de los linfocitos B o T
Reorganización de los genes de los receptores del antígeno
Fenómenos de selección que garantizaran que sólo madurarán y entrarán en el sistema inmunitario periférico
los linfocitos que expresen receptores funcionales.
Proliferación de células progenitoras.
Diferenciación de los linfocitos B y T hacia subpoblaciones diferenciadas funcional y fenotípicamente. Los
linfocitos B se transforman en linfocitos B foliculares, de la zona marginal y B-1, y los linfocitos T se transforman
en linfocitos T CD4 cooperadores y CD8 citotóxicos.
Compromiso hacia los linajes de los linfocitos B y T
Las células troncales pluripotentes de la médula ósea y del hígado fetal (Células troncales hematopoyéticas CTH) dan
lugar a todos los linajes de células de la sangre. Las CTH maduran para convertirse en los progenitores linfocíticos
comunes PLC y que pueden dar lugar a los linfocitos B, linfocitos T, linfocitos NK y algunas células dendríticas.
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El compromiso hacia el linaje B o T depende
de las instrucciones recibidas desde la
superficie celular, seguidas por la inducción
de reguladores de la transcripción
específicos que llevan a un PLC a asumir
específicamente un destino de linfocito B o
linfocito T.
El desarrollo temprano de los linfocitos B y T
se caracteriza por la proliferación de los
progenitores, estimulados principalmente
por la citocina interleucina-7 IL-7, lo que da
lugar a un aumento acentuado del número
de linfocitos.
Las mutaciones en una cadena del receptor
de la IL-7, denominada cadena γ común
porque la comparten varios receptores de
citocinas, dan lugar a una inmunodeficiencia
en los seres humanos denominada
enfermedad
por
inmunodeficiencia
combinada grave ligada al X. Se caracteriza
por un bloqueo principalmente del
desarrollo de los linfocitos T.
Sólo los linfocitos que expresan receptores
funcionales pueden avanzar hasta la fase
siguiente.
Reorganización y expresión de los genes de los receptores del antígeno
La reorganización de los genes de los receptores del antígeno es el fenómeno fundamental del desarrollo de los
linfocitos que dirige la generación de un repertorio diverso.
Los genes de los receptores del antígeno funcionales se producen en los linfocitos B inmaduros en la médula ósea y en
los linfocitos T inmaduros en el timo mediante un proceso de reorganización génica, que tiene como objetivo generar un
gran número de exones que codifican la región variable utilizando una fracción relativamente pequeña del genoma. Los
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fenómenos de reorganización del ADN que dan lugar a la producción de los receptores del antígeno NO dependen de la
presencia de antígenos ni están influidos por ellos, es decir, los receptores del antígeno se expresan antes del encuentro
con los antígenos.
Procesos de selección que modelan los repertorios de los linfocitos B y T
Los prerreceptores del antígeno y los receptores del antígeno envían señales a los linfocitos en desarrollo, que son
necesarios para la supervivencia de estos linfocitos y para su proliferación y su maduración continuas. La reorganización
de los genes de las Ig y de los receptores de los linfocitos T supone la adición y eliminación aleatorias de bases entre los
segmentos génicos que se unen entre sí a fin de aumentar al máximo la diversidad.
En esta fase inmadura se pueden eliminar células potencialmente perjudiciales que reconocen con avidez estructuras
propias, o se les puede inducir a que alteren sus receptores de antígeno, y se pueden conservar las células que expresan
receptores del antígeno útiles.
La conservación de especificidades útiles supones un proceso denominado selección positiva. La selección positiva
proporciona señales para la supervivencia tanto de los linfocitos B como de los linfocitos T que han reorganizado
correctamente ambas cadenas de sus receptores del antígeno.
La selección negativa es el proceso que elimina o altera los linfocitos en desarrollo cuyos receptores del antígeno se
unen fuertemente a los antígenos propios presentes en los órganos linfáticos generadores. Los linfocitos T en desarrollo
con una afinidad elevada por los autoantígenos son eliminados mediante apoptosis, un fenómeno conocido como
eliminación clonal. Se puede inducir a los linfocitos B inmaduros intensamente autorreactivos a que hagan más
reorganizaciones del gen de las Ig y de esta manera escapen a la autorreactividad, fenómeno denominado edición del
receptor.
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Generación de las subpoblaciones de linfocitos
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Organización en línea germinal de los genes de las Ig y los RLT
Las organizaciones de los locus génicos de las IG y de los RLT son muy similares y se caracterizan por la
separación espacial de las secuencias que se deben unir entre sí para producir genes funcionales que codifican
las proteínas de los receptores del antígeno.
El locus de la cadena pesada de las Ig tiene 9 genes C, dispuestos en una organización en tándem, que codifican
las regiones C de los 9 isotipos y subtipos diferentes de las Ig.
La unión VDJ que incluye los segmentos D y J y todos los aminoácidos de unión en el de caso de las IgH ( y las
cadenas β de los RLT), o la unión VJ que incluye los segmentos y las secuencias de unión en el caso de las
cadenas ligeras de las IgG ( o α del RLT), componen la tercera región hipervariable, también conocida como
determinante de la complementariedad (CDR3) de las moléculas de anticuerpos y los RLT, CDR1 y CDR2 son
codificadas en la línea germinal en cada uno de los segmentos génicos V. Los dominios V y C de las moléculas de
IgG (y de los RLT) comparten características estructurales que incluyen una estructura terciaria denominada
plegamiento de las Ig. Las proteínas que incluyen esta estructura son miembros de la superfamilia de las Ig.
Las secuencias no codificadoras de los locus de las Ig tienen funciones importantes en la recombinación y la
expresión génica. Las secuencias que dictan la recombinación de diferentes segmentos génicos están adyacentes
a cada uno de los segmentos codificadores en los genes de las Ig. También hay promotores génicos V, y otros
elementos reguladores de actuación cis, como las regiones de control de los locus, los potenciadores y los
silenciadores, que regulan la expresión génica a nivel de la transcripción.
Como en el caso de las moléculas de Ig, los dominios V y C del RLT adoptan una estructura terciaria en un
plegamiento de Ig, y por lo tanto el RLT es un miembro de la superfamilia de proteínas de las Ig.
Recombinación V(D)J
Los genes en la línea germinal no se pueden transcribir en un ARNm que dé lugar a las proteínas de los receptores del
antígeno. Los genes funcionales de los receptores del antígeno se crean sólo en los linfocitos B y T en desarrollo después
de los fenómenos de reorganización del ADN que hacen que segmentos génicos V, (D) y J seleccionados aleatoriamente
se sitúen contiguos unos a otros. Este proceso de recombinación supone varios pasos secuenciales. Inicialmente la
cromatina se debe abrir en regiones específicas del cromosoma del receptor del antígeno para hacer que los segmentos
génicos seleccionados aleatoriamente sean accesibles a la maquinaria de la recombinación. La recombinación supone la
unión de los segmentos génicos correctos a través de inmensas distancias cromosómicas. Después se introducen
escisiones en el ADN bicatenario en los extremos de estos segmentos, se añaden o se eliminan nucleótidos en los
extremos rotos y finalmente los extremos procesados se ligan para producir genes de los receptores del antígeno en
cada clon únicos pero diversos que se pueden transcribir de forma eficiente.
Mecanismos de la recombinación V(D)J
La reorganización de los genes de las Ig y del RLT representan un tipo especial de fenómeno de recombinación no
homóloga del ADN, mediado por las actividades coordinadas de varias enzimas, algunas de las cuales se encuentran sólo
en los linfocitos en desarrollo, mientras que otras son enzimas ubicuas para la reparación de las roturas del ADN
bicatenario. Los factores críticos específicos de los linfocitos que median la recombinación V(D)J reconocen cierta
secuencias de ADN denominadas secuencias señal para recombinación (SSR).
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La mayor parte de las reorganizaciones génicas de las Ig y de los RLT se produce mediante eliminación; se produce
reorganización mediante inversión en hasta el 50% de las reorganizaciones del locus Igk.
El proceso de recombinación V(D)J se puede dividir en 4 fenómenos diferentes que suceden de forma secuencial:
Dos proteínas codificadas por genes específicos del tejido
linfático, denominados gen I de recombinación-activación y
gen 2 de recombinación activación (Rag-1 y Rag-2) forman un
complejo tetramérico que tiene una función importante en la
recombinación V(D)J. La importancia de los genes Rag se
manifiesta por el hallazgo de que los ratones con inactivación
génica que carecen de Rag-1 o de Rag-2 no pueden producir
las proteínas de las Ig y de los RLT y carecen de linfocitos B y
T maduros.
Las proteínas Rag-1 y Rag-2 muestran varias propiedades
importantes:
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Son específicas de tipo celular y son producidas sólo
en células de los linajes de los linfocitos B y T.
Se expresan sólo en linfocitos inmaduros.
Se expresan principalmente en las fases G0 y G1 del
ciclo celular y están silenciados en las células en
proliferación.
Se piensa que la restricción de la escisión y la recombinación
el ADN a células que no se están dividiendo reduce al mínimo
el riesgo de generar roturas inadecuadas del ADN durante la
replicación el ADN o durante mitosis.
La misma recombinasa media la reorganización en los locus
de las Ig y del RLT. Es probable que la accesibilidad de los
locus de las Ig a la recombinasa esté regulada de forma
diferencial en los linfocitos B y T en desarrollo por varios
mecanismos, como alteraciones de la estructura de la
cromatina, metilación del ADN y actividad transcripcional
basal en los locus no reorganizados.
Otra enzima específica del tejido linfático es la
desoxinucleotidil transferasa terminal (TdT). También está la
Artemisa que es una endonucleasa que abre las horquillas en
los extremos codificadores, en su ausencia las horquillas no
se pueden abrir y no se puede generar linfocitos T y B.
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Como en los genes de las Ig y los RLT se producen múltiples fenómenos de recombinación del ADN en los linfocitos B y
T, y como esos puntos se hacen activos en relación con la transcripción después de la recombinación, los genes de
otros locus se pueden translocar anormalmente a estos locus, y , en consecuencia, se pueden transcribir de forma
aberrante. En tumores de linfocitos B y T, los oncogenes con frecuencia se translocan a los locus de los genes de las Ig
o del RLT. Estas translocaciones cromosómicas se acompañan con frecuencia de aumento de la transcripción de los
oncogenes y se piensa que no uno de los factores que da lugar al desarrollo de tumores linfáticos.
Generación de diversidad en los linfocitos B y T
La enorme diversidad de los repertorios de los linfocitos B y T maduros se genera principalmente por la reorganización
de los genes de las Ig y del RLT. Varios mecanismos génicos contribuyen a esa diversidad.
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Diversidad combinatoria: los fenómenos de recombinación V(D)J afectan a múltiples segmentos génicos en la
línea germinal que se pueden combinar de forma aleatoria, y diferentes combinaciones producen diferentes
receptores de antígeno.
Diversidad de unión: la mayor contribución a la diversidad de los receptores del antígeno procede de la
eliminación o la adición de nucleótidos entre los segmentos V y D, D y J o V y J en el momento de la unión. Estos
procesos dan lugar a variabilidad en las uniones de los segmentos génicos V, D y J, lo que se denomina
diversidad de la unión.
Debido a la diversidad de la unión, las moléculas de antígenos y RLT muestran su variabilidad máxima en las
uniones de las regiones V y C que forman la tercera región hipervariable, o CDR3.
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DESARROLLO DE LOS LINFOCITOS B
Los principales fenómenos durante la maduración de los linfocitos B son la reorganización y la expresión de los
genes de las Ig en un orden preciso, la selección y la proliferación de los linfocitos B en desarrollo e el punto de
verificación del prerreceptor del antígeno y la selección del repertorio de los linfocitos B maduros. Antes del
nacimiento los linfocitos B se desarrollan a partir de los precursores comprometidos en el hígado fetal, después
del nacimiento los linfocitos B se generan en la médula ósea. La mayoría de los linfocitos se originan en
progenitores de la médula ósea adulta que inicialmente no expresan Ig, se convierten en linfocitos B inmaduros
que expresan moléculas de IgM unidas ala membrana y después salen de la médula ósea para madurar
principalmente en el bazo, donde los linfocitos B del linaje de los linfocitos B foliculares expresan IgM e IgD en
su superficie celular. En el bazo estas células adquieren la capacidad de recircular y de poblar todos los órganos
linfáticos periféricos. Los linfocitos B foliculares y recirculantes se dirigen específicamente a los folículos
linfáticos y tienen la capacidad de reconocer antígenos extraños y de responder a ellos. Se estima que el
desarrollo de un linfocito B maduro a partir de un progenitor linfocítico tarde de 2 a 3 días en los seres humanos.
El fenómeno denominado exclusión alélica contribuye a garantizar que todos los linfocitos B expresen un único
receptor, manteniendo de esta forma la especificidad clonal, si ambos alelos experimentan reorganizaciones no
productivas del gen de la IgH, la célula en desarrollo no puede producir cadenas pesadas de Ig, no puede
generar una señal de supervivencia dependiente del pre-RLB y de esta forma experimenta la muerte celular
programada. Esto ocurre con frecuencia y en parte explica por qué sólo una pequeña proporción de las células
que se originan en los progenitores de los linfocitos B se convierten en linfocitos B maduros.
El linfocito B que expresa IgM se conoce como linfocito B inmaduro.
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Diferentes subconjuntos de linfocitos B se diferencian a partir de progenitores diferentes:
Selección del repertorio de los linfocitos B maduros.
La selección positiva parece ser un fenómeno general dirigido a identificar linfocitos que han finalizado su
programa de reorganización con éxito y posiblemente facilitar el compromiso del linaje en los subconjuntos de
linfocitos T o B. Se piensa que sólo los linfocitos B que expresan moléculas de Ig de membrana funcionales
reciben señales de supervivencia constitutivas derivadas del RLB. Se puede inducir a los linfocitos B inmaduros
que reconocen autoantígenos con elevada avidez a que modifiquen sus especificidades mediante un proceso
denominado edición del receptor. Los linfocitos B inmaduros que expresan receptores con afinidad elevada por
autoantígenos y que entran en contacto con estos antígenos en la médula ósea también pueden morir o pueden
no seguir madurando más si no son editados. La eliminación se denomina generalmente selección negativa, y es
responsable en parte de mantener la tolerancia de los linfocitos B a los autoantígenos que están presentes en la
médula ósea.
Una vez que se ha hecho la transición a la fase de linfocito B maduro IgD IgM, el reconocimiento del antígeno
lleva a la proliferación y diferenciación, no a la apoptosis ni a la edición del receptor. En consecuencia, se activan
los linfocitos B maduros que reconocen los antígenos con afinidad elevada en los tejidos linfáticos periféricos, y
este proceso da lugar a las respuestas inmunitarias humorales.
Subconjuntos B.1 y de la zona marginal de los linfocitos B
Un subconjunto de linfocitos B, denominados linfocitos B B-1, difiere de la mayoría de los linfocitos B y se
transforma de una forma única. Los linfocitos B de la zona marginal están localizados principalmente en la
vecindad de los senos marginales del bazo y son en algunos aspectos similares a los linfocitos B-1 en relación con
su escasa diversidad y su capacidad de responder a los antígenos polisacáridos y de generar anticuerpos
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naturales. Los linfocitos B de la zona marginal expresan la IgM y el marcador de superficie CD21. Responden muy
rápidamente a los gérmenes transportados por la sangre y se diferencian en células plasmáticas de vida corta
secretoras de IgM. Aunque generalmente median las respuestas inmunitarias independientes de los linfocitos T
a los patógenos circulantes, los linfocitos B de la zona marginal también parecen capaces de mediar algunas
respuestas inmunitarias dependientes de los linfocitos T.
MADURACIÓN DE LOS LINFOCITOS T
La maduración de los linfocitos T a partir de los progenitores comprometidos supone la reorganización
secuencial y la expresión de los genes del RLT, la proliferación celular, la selección inducida por el antígeno y la
adquisición de capacidades funcionales.
El timo es el principal punto de maduración de los linfocitos T. El timo involuciona con la edad; puede ocurrir
que el resto del timo involucionado sea adecuado para mantener cierta maduración de los linfocitos T. Como los
linfocitos T de memoria tienen una esperanza de vida prolongada (tal vez más de 20 años) y se acumulan con la
edad, la necesidad de generar nuevos linfocitos T disminuye a medida que las personas envejecen.
Los linfocitos T se originan en precursores que se originan en el hígado fetal y en la médula ósea adulta que
pueblan el timo. Los linfocitos T en desarrollo en el timo se denominan timocitos, migran hacia la corteza del
timo donde se produce la mayoría de los fenómenos posteriores de maduración. A medida que estos timocitos
pasan por las fases finales de la maduración, migran desde la corteza hasta la médula y después salen del timo a
través de la circulación.
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Dos tipos de moléculas producidas por las células tímicas no linfocíticas son importantes para la maduración de
los linfocitos T. El primero son las moléculas del CDP de la clase I y de la clase II, que se expresan en las células
epiteliales y las células dendríticas del timo.
La maduración de los linfocitos T en el timo también progresa en fases que se distinguen por la expresión de los
genes del receptor del antígeno, las moléculas correceptoras CD4 y CD8, y su localización en el timo. Los
inmigrantes del linaje T más tempranos que llegan al timo no expresan RLT ni moléculas CD4 ni CD8. Los
linfocitos T en desarrollo en el interior del timo, denominados timocitos, pueblan inicialmente la corteza
externa, donde experimentan proliferación, reorganización de los genes del RLT y expresión en la superficie de
moléculas de CD3, RLT, CD4 y CD8. A medida que las células maduran, migran desde la corteza hasta la médula.
Los timocitos menos maduros, denominados linfocitos pro-T son CD4-CD8 (negativos dobles) y los genes de los
RLT es´tan en la configuración en la línea germinal. En la fase de linfocito pre-T, los timocitos siguen siendo
negativos dobles, pero se ha finalizado la recombinación V-D-J en el locus de la cadena β del RLT. Los transcritos
primarios de la cadena β se expresan y procesan para llevar un segmento C β adyacente al complejo VDJ, y se
producen polipéptidos de la cadena β. La cadena β se asocia a la proteína pre-Tα invariable para formar un preRLT. El pre-RLT transduce señales que inhiben la reorganización del alelo de la otra cadena β (exclusión alélica) y
favorece la expresión de CD4 y CD8 y la proliferación adicional de timocitos inmaduros. En la fase CD4+CD88
(positiva doble) del desarrollo de los linfocitos T se produce la recombinación V-J en el locus α del RLT, se
producen polipéptidos de la cadena α y se expresan concentraciones bajas del RLT en la superficie celular.
Los procesos de selección dirigen la maduración de los timocitos positivos dobles que expresan RLT y moldean el
repertorio de los linfocitos T hacia la restricción por el CPH propio y la autotolerancia. La selección positiva de
timocitos CD4+CD8 con RLT αβ precisa el reconocimiento con avidez baja de los complejos péptido-CPH sobre las
células epiteliales tímicas, lo que lleva al rescate de las células de la muerte programada. La selección negativa
de los timocitos dobles CD4+CD8 con RLT αβ se produce cuando estas células reconocen, con avidez elevada,
antígenos que están presentes en el timo. Este proceso es responsable de la tolerancia a muchos autoantígenos.
La mayor parte de los timocitos corticales no sobrevive a estos procesos de selección. A medida que maduran
los timocitos que expresan RLT αβ, se desplazan hacia la médula y se convierten en linfocitos CD4+CD8- o
CD8+CD4-. Los timocitos medulares adquieren la capacidad de diferenciarse en linfocitos efectores cooperadores
o citotóxicos y finalmente migran hacia los tejidos linfáticos periféricos.
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