14.2: Activación de linfocitos T citotóxicos específicos de antígeno

Objetivos de aprendizaje

1. En cuanto al papel de los linfocitos T citotóxicos (CTL) en la defensa corporal:
   1. Estado de qué células se derivan los linfocitos T citotóxicos.
   2. Describir cómo pueden reaccionar y destruir las células infectadas por virus, las células que contienen bacterias intracelulares y las células cancerosas sin dañar las células normales. (Indicar el papel de los siguientes: TCR, CD4, MHC-I y péptidos de antígenos endógenos).
   3. Indicar el mecanismo por el cual los linfocitos T citotóxicos matan las células a las que se unen. (Indicar el papel de las siguientes: perforinas, granzimas, caspasas y macrófagos en el proceso.)
2. Describa brevemente dos formas en que ciertos virus pueden evadir la inmunidad mediada por células.

Marcar una célula infectada o una célula tumoral para su destrucción por linfocitos T citotóxicos

Una de las principales defensas del organismo contra virus, bacterias intracelulares y cánceres es la destrucción de células infectadas y células tumorales por linfocitos T citotóxicos (CTL). Estos CTL son células efectoras derivadas de linfocitos T8 vírgenes durante la inmunidad mediada por células. Tanto los linfocitos T8 como los CTL producen receptores de células T o TCR y moléculas CD8 que están ancladas a su superficie.

1. Los TCR y las moléculas CD8 en la superficie de linfocitos T8 sin tratamiento previo están diseñados para reconocer epítopos peptídicos unidos a moléculas MHC-I en células presentadoras de antígeno o APCs.
2. Los TCR y las moléculas CD8 en la superficie de los linfocitos T citotóxicos (CTL) están diseñados para reconocer epítopos peptídicos unidos a moléculas MHC-I en células infectadas y células tumorales.

Durante la replicación de virus y bacterias intracelulares dentro de su célula hospedadora, así como durante la replicación de células tumorales, proteínas virales, bacterianas o tumorales en el citosol de esa célula se degradan en una variedad de epítopos peptídicos por orgánulos cilíndricos llamados proteasomas. Otros antígenos endógenos como las proteínas liberadas en el citosol a partir de los fagosomas de las células presentadoras de antígeno, como los macrófagos y las células dendríticas, así como una variedad de proteínas propias de la célula humana (autoproteínas) también son degradadas por los proteasomas. A medida que estos diversos antígenos endógenos pasan a través de proteasomas, proteasas y peptidasas pican la proteína en una serie de péptidos, típicamente de 8-11 aminoácidos de longitud (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{1}\): unión de epítopos peptídicos de antígenos endógenos a moléculas de MHC-I. Los antígenos endógenos son aquellos ubicados dentro del citosol de las células del cuerpo. Los ejemplos incluyen: a. proteínas virales producidas durante la replicación viral, b. proteínas producidas por bacterias intracelulares como Rickettsias y Chlamydias durante su replicación, c. proteínas que han escapado al citosol desde el fagosoma de fagocitos como células presentadoras de antígeno d. antígenos tumorales producido por células cancerosas, e. y autopéptidos a partir de proteínas celulares humanas. El cuerpo marca las células infectadas y las células tumorales para su destrucción al colocar epítopos peptídicos de estos antígenos endógenos en su superficie por medio de moléculas MHC-I. Los linfocitos T citotóxicos (CTL) son entonces capaces de reconocer complejos péptido/MHC-I por medio de sus receptores de células T (TCR) y moléculas CD8 y matar las células a las que se unen. 1. Los antígenos endógenos, como las proteínas virales, pasan a través de proteasomas donde se degradan en una serie de péptidos. 2. Los péptidos son transportados al retículo endoplásmico rugoso (ER) por una proteína transportadora llamada TAP. 3. Los péptidos luego se unen a los surcos de moléculas MHC-I recién sintetizadas. 4. El retículo endoplásmico transporta las moléculas MHC-I con péptidos unidos al complejo de Golgi. 5. El complejo de Golgi, a su vez, transporta los complejos MHC-I/péptido a través de una vesícula exocítica a la membrana citoplásmica donde se anclan. Aquí, el péptido y los complejos MHC-I/péptido pueden ser reconocidos por CTL por medio de TCR y moléculas CD8 que tienen una forma complementaria.

de un proteasoma que degrada proteínas en péptidos

Durante la replicación de virus y bacterias intracelulares dentro de su célula hospedadora, así como durante la replicación de células tumorales, proteínas virales, bacterianas o tumorales, así como proteínas liberadas de fagosomas de fagocitos y diversas células humanas o autoproteínas, se degradan en una variedad de epítopos peptídicos por orgánulos cilíndricos llamados proteasomas. A medida que los antígenos endógenos pasan a través de los proteasomas, las proteasas y peptidasas pican la proteína en una serie de péptidos, típicamente de 8-11 aminoácidos de longitud.

Una proteína transportadora llamada TAP ubicada en la membrana del retículo endoplásmico de la célula luego transporta estos epítopos peptídicos al retículo endoplásmico donde se unen a los surcos de varias moléculas de MHC-I recién hechas. Las moléculas MHC-I con péptidos unidos se transportan al complejo de Golgi y se colocan en vesículas exocíticas. Las vesículas exocíticas transportan los complejos MHC-I/péptido a la membrana citoplasmática de la célula donde se anclan a su superficie (Figura\(\PageIndex{2}\)). Una sola célula puede tener hasta 250.000 moléculas de MHC-I con epítopo unido en su superficie.

Figura\(\PageIndex{2}\): Unión de epítopos peptídicos de antígenos endógenos a moléculas de MHC-I por una célula infectada por virus. El cuerpo marca las células infectadas y las células tumorales para su destrucción al colocar epítopos peptídicos de estos antígenos endógenos en su superficie por medio de moléculas MHC-I. Los linfocitos T citotóxicos (CTL) son capaces entonces de reconocer complejos péptido/MHC-I por medio de sus receptores de células T (TCR) y moléculas CD8 y matar las células a las que se unen: (1) Durante la replicación viral dentro de la célula huésped, los antígenos endógenos, como las proteínas virales, pasan a través de proteasomas donde se degradan en una serie de péptidos. (2) Los péptidos son transportados al retículo endoplásmico rugoso (ER) por una proteína transportadora llamada TAP. (3) Los péptidos luego se unen a los surcos de moléculas MHC-I recién sintetizadas. (4) El retículo endoplásmico transporta las moléculas MHC-I con péptidos unidos al complejo de Golgi. (5) El complejo de Golgi, a su vez, transporta los complejos MHC-I/péptido a través de una vesícula exocítica a la membrana citoplásmica donde se anclan. Aquí, el péptido y los complejos MHC-I/péptido pueden ser reconocidos por CTL por medio de TCR y moléculas CD8 que tienen una forma complementaria.

Durante la inmunidad mediada por células, la molécula MHC-I con péptido unido en la superficie de células infectadas y células tumorales puede ser reconocida por un TCR/CD8 de forma complementaria en la superficie de un linfocito T citotóxico (CTL) para iniciar la destrucción de la célula que contiene el antígeno endógeno (Figura\(\PageIndex{3}\) ).

Figura\(\PageIndex{3}\): Un linfocito T citotóxico que reconoce una célula infectada por virus. Los antígenos endógenos son aquellos que se producen dentro de las células del cuerpo. Los ejemplos incluyen proteínas de virus replicantes, proteínas de bacterias intracelulares y antígenos tumorales. El cuerpo marca las células infectadas y las células tumorales para su destrucción al colocar epítopos peptídicos de estos antígenos endógenos en su superficie por medio de moléculas MHC-I. Los linfocitos T citotóxicos (CTL) son capaces entonces de reconocer complejos péptido/MHC-I por medio de sus receptores de células T (TCR) y moléculas CD8 y matar las células a las que se unen.

Antígenos endógenos

Los antígenos endógenos son aquellos ubicados dentro del citosol de las células del cuerpo. Los ejemplos incluyen:

1. proteínas virales producidas durante la replicación viral,
2. proteínas producidas por bacterias intracelulares como Rickettsias y Chlamydias durante su replicación,
3. proteínas que han escapado al citosol desde el fagosoma de fagocitos como las células presentadoras de antígeno
4. antígenos tumorales producidos por células cancerosas,
5. y autopéptidos de proteínas celulares humanas.

El cuerpo marca las células infectadas y las células tumorales para su destrucción al colocar epítopos peptídicos de estos antígenos endógenos en su superficie por medio de moléculas MHC-I. Los linfocitos T citotóxicos (CTL) son capaces entonces de reconocer complejos péptido/MHC-I por medio de sus receptores de células T (TCR) y moléculas CD8 y matar las células a las que se unen.

1. Los antígenos endógenos, como las proteínas virales, pasan a través de proteasomas donde se degradan en una serie de péptidos.
2. Los péptidos son transportados al retículo endoplásmico rugoso (ER) por una proteína transportadora llamada TAP.
3. Los péptidos luego se unen a los surcos de moléculas MHC-I recién sintetizadas.
4. El retículo endoplásmico transporta las moléculas MHC-I con péptidos unidos al complejo de Golgi.
5. El complejo de Golgi, a su vez, transporta los complejos MHC-I/péptido a través de una vesícula exocítica a la membrana citoplásmica donde se anclan. Aquí, el péptido y los complejos MHC-I/péptido pueden ser reconocidos por CTL por medio de TCR y moléculas CD8 que tienen una forma complementaria.

Destrucción de linfocitos T citotóxicos (CTL) de células corporales que muestran epítopos de antígeno extraño en su superficie

Los linfocitos T citotóxicos (CTL) producidos durante la inmunidad mediada por células están diseñados para eliminar las células del cuerpo que presentan epítopos “extraños”, como las células infectadas por virus, las células que contienen bacterias intracelulares y las células cancerosas con proteínas de superficie mutantes. Los CTL son capaces de destruir estas células induciendo una muerte celular programada conocida como apoptosis. Usando como ejemplo células infectadas por virus, los CTL circulan por todo el cuerpo donde se encuentran con células infectadas por virus e inducen apoptosis. Esto implica un complejo de gránulos citotóxicos intracelulares que contienen:

1. Proteínas formadoras de poros llamadas perforinas
2. Enzimas proteolíticas llamadas granzimas y
3. Granulysin

Cuando el TCR y CD8 del CTL se unen al MHC-I/epítopo en la superficie de la célula infectada por virus o célula tumoral (Figura\(\PageIndex{4}\)), ésta envía una señal a través de una molécula CD3 que desencadena la liberación de los gránulos de perforinas/granzimas/granullisina citotóxicas del CTL.

Figura\(\PageIndex{4}\): Apoptosis inducida por linfocitos T citotóxicos (CTL) de una célula infectada por virus. La unión de los CTL a la célula infectada provoca que los CTL liberen proteínas formadoras de poros llamadas perforinas, enzimas proteolíticas llamadas granzimas y quimiocinas. Las granzimas pasan por los poros y activan las enzimas caspasas que conducen a la apoptosis de la célula infectada por medio de la destrucción de sus proteínas citoesqueléticas estructurales y por degradación cromosómica. Como resultado, la célula se rompe en fragmentos que posteriormente son retirados por los fagocitos.

Todavía se debate el mecanismo exacto de entrada de las granzimas en la célula infectada o célula tumoral. Sin embargo, depende de las perforinas. Las posibilidades incluyen:

1. El complejo perforinas/granzimas/granullisina se puede introducir en la célula diana mediante endocitosis mediada por receptor. Las moléculas de perforina pueden entonces actuar sobre la membrana endosómica permitiendo que las granzimas entren en el citosol.
2. Las moléculas de perforina pueden poner poros en la membrana de la célula diana permitiendo que las granzimas entren directamente en el cytos ol (Figura\(\PageIndex{5}\)).

Figura\(\PageIndex{5}\): Apoptosis inducida por CTL de una Célula Infectada por Virus. La unión de los CTL a la célula infectada provoca que los CTL liberen proteínas formadoras de poros llamadas perforinas, enzimas proteolíticas llamadas granzimas y quimiocinas. Las granzimas pasan a través de los poros de perforina y activan las enzimas que conducen a la apoptosis de la célula infectada por medio de la destrucción de sus proteínas estructurales del citoesqueleto y por degradación cromosómica. Como resultado, la célula se rompe en fragmentos que posteriormente son retirados por los fagocitos. Esto evita la liberación de cualquier virus maduro que pudiera ocurrir si se lisaba la célula infectada.

La muerte de la célula infectada o la célula tumoral por apoptosis implica una variedad de mecanismos:

1. Ciertas granzimas pueden activar las enzimas caspasas que conducen a la apoptosis de la célula infectada. Las caspasas son proteasas que destruyen el andamiaje estructural proteico de la célula -el citoesqueleto- y nucleasas que degradan tanto la nucleoproteína de la célula diana como cualquier ADN microbiano dentro de la célula (Figura\(\PageIndex{5}\)).
2. Las granzimas escinden una variedad de otros sustratos celulares que contribuyen a la muerte celular.
3. Las moléculas de perforina también pueden polimerizar y formar poros en la membrana de la célula infectada, similares a los producidos por MAC. Esto puede aumentar la permeabilidad de la célula infectada y contribuir a la muerte celular. Si se forman suficientes poros de perforina, la célula podría no ser capaz de excluir iones y agua y puede sufrir citólisis.
4. La granulosina tiene acciones antimicrobianas y también puede inducir apoptosis.
   • Micrografía electrónica de un CTL que se une a una célula tumoral.
   • Micrografía electrónica que muestra una célula tumoral muerta.

• Los CTL también pueden trigger apoptosis a través de interacciones Fasl/Fas. Los linfocitos activados expresan ambos receptores de muerte llamados Fas y ligando Fas o FasL (Figura\(\PageIndex{6}\)) en su superficie. Esta interacción Fasl/Fas desencadena una transducción intracelular que activa las enzimas caspasas que conducen a la apoptosis. De esta manera, los CTL pueden matar otros linfocitos y terminar la proliferación de linfocitos después de que las respuestas inmunitarias hayan erradicado una infección.

Figura\(\PageIndex{6}\): Un linfocito T citotóxico (CTL) Inductor de Apoptosis por Interacción Fas/FasL. Un linfocito T citotóxico (CTL), a través de su TCR y CD8, puede unirse a MHC-I/epítopo en un virus infectado y causar apoptosis por medio de perforinas y granzimas. Además, un ligando Fas (FasL) en el CTL puede unirse a una molécula de Fas en la superficie de muchos tipos celulares y activar las enzimas que conducen a la apoptosis. Lo más probable es que este mecanismo se utilice para eliminar los linfocitos efectores una vez que ya no sean necesarios después de una respuesta inmune adaptativa.

La muerte por apoptosis no da como resultado la liberación de contenidos celulares tales como mediadores inflamatorios o virus como ocurre durante la lisis celular inducida por el sistema inmune. En cambio, la célula se rompe en fragmentos apoptóticos unidos a la membrana que posteriormente son eliminados por los macrófagos. Esto reduce la inflamación y además evita la liberación de virus que se han ensamblado dentro de la célula infectada y su propagación a células no infectadas. Dado que los CTL no se destruyen en estas reacciones, pueden funcionar una y otra vez para destruir más células infectadas por virus.

Ejercicio: Preguntas de Pensar-Par-Compartir

1. Algunos virus inhiben la actividad proteasomal en las células que infectan. Explique específicamente cómo esto podría permitir que el virus resista la inmunidad adaptativa.
2. Algunos virus suprimen la producción de moléculas MHC-I en las células que infectan. Explique específicamente cómo esto podría permitir que el virus resista la inmunidad adaptativa.
3. Algunos virus bloquean el transporte TAP de péptidos al retículo endoplásmico de las células que infectan. Explique específicamente cómo esto podría permitir que el virus resista la inmunidad adaptativa.
4. Algunos virus bloquean la apoptosis de las células que infectan. Explique específicamente cómo esto podría permitir que el virus resista la inmunidad adaptativa.

Al igual que con la inmunidad humoral, ciertos microbios son capaces de evadir hasta cierto punto la inmunidad mediada por células:

• El virus de Epstein-Barr (VEB) y el citomegalovirus (CMV) inhiben la actividad proteasomal de manera que las proteínas virales no se degradan en péptidos virales. (ver Figura\(\PageIndex{7}\) A)
• Los virus del herpes simple (HSV) pueden bloquear el transporte TAP de péptidos al retículo endoplásmico (ver Figura\(\PageIndex{7}\) B).
• Numerosos virus, como el citomegalovirus (CMV) y los adenovirus pueden bloquear la formación de moléculas MHC-I por parte de la célula infectada. Como resultado, no se muestra ningún péptido viral en la célula infectada y los CTL ya no son capaces de reconocer que la célula está infectada y matarla (ver Figura\(\PageIndex{7}\) C).
• El virus de Epstein-Barr (VEB) regula a la baja varias proteínas hospedadoras involucradas en la unión de epítopos virales a moléculas de MHC-I y mostrarlos en la superficie de la célula hospedadora (ver Figura\(\PageIndex{7}\) D).
• Los adenovirus y los virus de Epstein-Barr (VEB) codifican proteínas que bloquean la apoptosis, el mecanismo de suicidio celular programado desencadenado por diversos mecanismos de defensa con el fin de destruir las células infectadas por virus.

Figura\(\PageIndex{7}\): (arriba a la izquierda) Inhibición de la Actividad del Proteasoma. El virus de Epstein-Barr (VEB) y el citomegalovirus (CMV) inhiben la actividad proteosómica de manera que las proteínas virales no se degradan en péptidos virales. (arriba a la derecha) Bloqueo del Transporte TAP de Péptidos al Retículo Endoplásmico. Los virus del herpes simple (HSV) pueden bloquear el transporte TAP de péptidos al retículo endoplásmico. (abajo a la izquierda) Supresión de la Síntesis de Moléculas MHC-I. Numerosos virus, como el citomegalovirus (CMV) y los adenovirus pueden bloquear la formación de moléculas MHC-I por parte de la célula infectada. Como resultado, no se muestra ningún péptido viral en la célula infectada y los CTL ya no son capaces de reconocer que la célula está infectada y matarla. (abajo a la derecha) Bloqueo de la unión de epítopos peptídicos de virus a moléculas de MHC-I. El virus de Epstein-Barr (VEB) regula a la baja varias proteínas hospedadoras involucradas en la unión de epítopos virales a moléculas de MHC-I y mostrarlos en la superficie de la célula hospedadora. Como resultado, no se muestra ningún péptido viral en la célula infectada y los CTL ya no son capaces de reconocer que la célula está infectada y matarla.

Resumen

1. La inmunidad mediada por células (CMI) es una respuesta inmune que no involucra anticuerpos sino que implica la activación de macrófagos y células NK, la producción de linfocitos T citotóxicos específicos de antígeno y la liberación de diversas citocinas en respuesta a un antígeno.
2. La inmunidad mediada por células se dirige principalmente a microbios que sobreviven en fagocitos y microbios que infectan células no fagocíticas.
3. Una de las principales defensas del organismo contra virus, bacterias intracelulares y cánceres es la destrucción de células infectadas y células tumorales por linfocitos T citotóxicos o CTL, células efectoras derivadas de linfocitos T8 vírgenes durante la inmunidad mediada por células.
4. Los TCR y las moléculas CD8 en la superficie de linfocitos T8 sin tratamiento previo están diseñados para reconocer epítopos peptídicos unidos a moléculas MHC-I en células presentadoras de antígeno (CPA).
5. Durante la replicación de virus y bacterias intracelulares dentro de su célula hospedadora, así como durante la replicación de células tumorales, proteínas virales, bacterianas o tumorales (antígenos endógenos) en el citosol de esa célula se degradan en una variedad de epítopos peptídicos por orgánulos cilíndricos llamados proteasomas.
6. Estos epítopos peptídicos se unen a moléculas de MHC-I que se sintetizan en el retículo endoplásmico que finalmente se transportan a la membrana citoplásmica de esa célula.
7. Durante la inmunidad mediada por células, la molécula MHC-I con péptido unido en la superficie de células infectadas y células tumorales puede ser reconocida por un TCR/CD8 de forma complementaria en la superficie de un linfocito T citotóxico (CTL) para iniciar la destrucción de la célula que contiene los antígenos endógenos.
8. Cuando el TCR y CD8 de los CTL se unen al MHC-I/epítopo en la superficie de la célula infectada por virus o célula tumoral, esto desencadena la liberación de perforinas/granzimas/gránulos de granulosina citotóxicos de los CTL que conducen a la apoptosis, un suicidio celular programado de esa célula.
9. La muerte celular por apoptosis no da como resultado la liberación de contenidos celulares tales como mediadores inflamatorios o virus como ocurre durante la lisis celular inducida por el sistema inmune.
10. Durante la apoptosis, la célula se rompe en fragmentos apoptóticos unidos a membrana que posteriormente son eliminados por los macrófagos.