Hematopoiese e células do sistema imunológico Flashcards
Hematopoiese definição
=Processo de diferenciação e maturação celular de todas as populações celulares presentes no sangue (eritrócitos, leucócitos e plaquetas) a partir de células estaminais hematopoiéticas
pluripotentes (CEH).
Todos os componentes celulares do sistema imunológico (SI) derivam de CEH. No período pós-natal as CEH encontram-se na medula óssea.
ver imagem!
Nascimento: todos os ossos A partir do 3º ano (??): Esterno Costelas Vértebras Bacia Escápula Porções proximais dos úmeros e fémures
Hematopoiese esquema
ver!!! [red blood marrow–> hematopoietic stem cells –> red blood cells, white blood cells, platelets]
CEH (pluripotentes) –> Progenitor linfoide (multipotente) –> T, DC; B, ILC (Populações linfoides, “unipotentes”)
e CEH–> Progenitor mieloide –> Neutrófilos, Monócitos, Macrófagos, DC, Eosinófilos, Basófilos, Mastócitos, Plaquetas, Eritrócitos (Populações Mieloides)
Progenitores não possuem
a capacidade de “autorenovação” (self-renewal) e estão “comprometidos”
com uma linhagem celular específica
Processo multi-passo para
a produção de um tipo de célula
Diversos fatores de transcrição desempenham um papel importante na hematopoiese (e.g. IKAROS é necessário para desenvolvimento linfóide; NOTCH necessário para decisão B/T).
Diversas citocinas também regulam a hematopoiese.
Células sistema imunológico inato vs adquirido e suas linhagens
• Células sistema imunológico inato: neutrófilos, basófilos, eosinófilos, mastócitos,
monócitos, macrófagos, células dendríticas, células linfoides inatas (todas menos
as células linfóides inatas pertencem à linhagem mieloide)
• Células sistema imunológico adquirido: linfócitos B e T (células linhagem linfoide)
Normal adult blood cell counts
Red blood cells - 5.0*10^6 (cells/mm^3)
Platelets - 2.5 * 10^5
Leucocytes - 7.3*10^3
- ->Neutrophil - 50-70%
- ->Lymphocyte - 20-40%
- ->Monocyte - 1-6%
- ->Eosinophil - 1-3%
- ->Basophil - <1%
Fagócitos
• Os fagócitos, que incluem neutrófilos (polimorfonucleares) e macrófagos (mononucleares), têm como principal função ingerir e destruir microrganismos assim como eliminar células danificadas.
• A sua ação na resposta imunológica desenrola-se em passos sequenciais: recrutamento para os locais de infeção, reconhecimento de
microrganismos e ativação, ingestão de microrganismos por fagocitose e destruição dos microrganismos ingeridos.
• Macrófagos e neutrófilos partilham diversas características como capacidade de fagocitose, de migração para os tecidos via vasos sanguíneos e resposta quimiotática mas também apresentam muitas
diferenças.
Granulócitos
neutrófilos, eosinófilos, basófilos e mastócitos
Grânulos contêm variedade de proteínas com funções distintas:
- Algumas causam diretamente dano em microrganismos;
- outras regulam o tráfego e a atividade de outros leucócitos, incluindo linfócitos;
- outras contribuem para a remodelação dos tecidos no local da infeção.
Neutrófilos
• Neutrófilos ou leucócitos polimorfonucleares (núcleo
multiglobulado) ou granulócitos (grânulos presentes no citoplasma com atividade microbicida) são a população mais abundante de leucócitos no sangue (50-70%) e medeiam a fase inicial da resposta inflamatória (primeira população a chegar ao local de inflamação).
- Aumento do seu número é a primeira indicação de infeção.
- Possuem tempo de semi-vida muito curto (1 a 2 dias nos tecidos).
- Produção é estimulada por G-CSF (granulocyte colony-stimulating factor) e GM-CSF (granulocyte-macrophage colony-stimulating factor).
- A sua principal função é fagocitar microrganismos e produtos de células necróticas e destruí-los em fagolisossomas.
• Deficiências em neutrófilos estão associadas a suscetibilidade aumentada
a infeções fúngicas e bacterianas.
- > Possuem 2 tipos de grânulos:
- específicos que contém enzimas como lisozima, colagenase e elastase;
-azurófilos que contém enzimas e outras substâncias microbicidas como defensinas e catelicidinas.
Eosinófilos
- Papel em infeções por parasitas (grânulos contém enzimas nocivas para a sua parede celular, nomeadamente Proteína Básica Principal, MBP)
- GM-CSF, IL-3 e IL-5 promove a sua maturação a partir do precursor mieloide
H&E grânulos rosa
Basófilos
- Granulócitos com similaridades estruturais e funcionais com mastócitos
- Desempenham um papel nas reações alérgicas
- Não possuem atividade fagocítica
H&E grânulos azul
Mastócitos
- Presentes na pele e no epitélio das mucosas
- Desenvolvimento dependente do ligando de c-kit
- Possuem grânulos ricos em histamina e outros mediadores
- Desempenham um papel importante no desenvolvimento de alergias
Fagócitos mononucleares
Monócitos/Macrófagos
- Monócitos circulam no sangue e migram para tecidos diferenciando-se em macrófagos.
- Diferenciação dependente de M-CSF (macrophage colony-stimulating factor.
• A principal função dos macrófagos na defesa do hospedeiro é ingerir e
matar microrganismos.
- Macrófagos também ingerem células mortas como parte do “mecanismo de limpeza” após infeção ou lesão de tecidos.
- Macrófagos podem funcionar como APC.
- Macrófagos promovem reparação de tecidos danificados estimulando angiogénese e síntese de matriz extracelular rica em colagénio (fibrose).
- Contrariamente a neutrófilos, podem dividir-se nos locais de infeção.
- População mais importante em estadios mais tardios da resposta imunológica inata.
Maturação de monócitos e macrófagos
ver imagem!
-In the steady state in adults (homeostasis) and during inflammatory reactions, precursors in the bone marrow (Hematopoietic stem cell –> monocyte/dentritic cell precursor) give rise to circulating monocytes, which enter peripheral tissues, mature to form macrophages, and are activated locally.
-In early development, as in fetal life, precursors in the yolk sac and fetal liver (= fetal hematopoietic organs) give rise to cells that seed tissues (tissue macrophage precursor) to
generate specialized tissue-resident macrophages (microglial cells, Kuppfer cells, Alveolar macrophage, Sinusoidal macrophages).
A maioria dos macrófagos residentes nos tecidos diferenciam-se durante o desenvolvimento embrionário e têm a capacidade de se auto-renovarem (self-renewal).
Monocyte vs Macrophage
ver imagem!!
Monocyte: Nucleus, Lysosome, Phagosome
Macrophage: Pseudopodia, Phagosomes, Lysosome, Phagolysosome
Subtipos de monócitos
• Monócitos clássicos ou inflamatórios - produzem mediadores inflamatórios, são fagocíticos e rapidamente recrutados para locais de inflamação ou de lesão/insulto.
Em humanos: CD14hi CD16neg CCR2+
Em ratinho: Ly6hi CCR2+
• Monócitos não clássicos- recrutados para os tecidos após infeção ou lesão/insulto e podem contribuir para a reparação.
Em humanos: CD14low CD16hi CX3CR1
Em ratinho: Ly6clow
+Subset intermédio presente em humanos! (flow citometry…)
Ativação dos subtipos de macrófagos
-Ativação clássica:
Pró-inflamatória!!
+IFN-gama, LPS –> M1 ativado
–> iNOS, TNF-alfa, IL-1, IL6, IL-12, IL-23, MCP-1, IFN-gama
M1 activation is associated with inflammation, tumor resistance, and graft rejection
-Ativação alternativa: Anti-inflamatória!!
+IL-4, IL-13 –> M2 ativado –> IL-10, Aginase1, CD206, CD204, TGF-beta1, VEGF, Ym1
M2 activation is associated with immunoregulation, matrix deposition, remodelling, and graft acceptance
!Citocinas são produzidas por LT auxiliares
Células dendríticas
- Diferenciação dependente de Flt3L (Flt3 kinase receptor expresso no precursor).
- Possuem extensões membranares que lembram dendrites em neurónios.
• São as células apresentadoras de antigénio mais importantes na ativação de linfócitos T naïve.
-> Tiram um “snapshot” do que está acontecer nos tecidos durante a infeção e levam essa imagem para os gânglios linfáticos
• Desempenham um papel primordial na resposta inata a infeções e na “ligação” da resposta imunológica inata com a adquirida.
Maturação de DCs
imagem!
DCs arise from a common precursor cell of the myeloid lineage in the bone marrow (Monocyte/DC precursor) and further differentiate into
subsets, the major ones being classical DCs and plasmacytoid DCs. Inflammatory DCs may arise from monocytes in inflamed tissues.
Subtipos de DCs (geral)
• Clássicas ou convencionais-
- subtipo mais abundante está envolvido na captura de Ag proteícos de microrganismos que entram através do epitélio e na sua apresentação a LT nos gânglios.
- O outro subtipo (DCs com capacidade de apresentação cruzada) é especializado a apresentar Ag a Linfócitos T CD8+ e promover a sua diferenciação em CTL.
• Plasmacitoides- produzem IFN-I em resposta a virus e estão possivelmente envolvidas na captura de microrganismos que entram via corrente sanguínea e na apresentação dos seus Ag proteícos a LT no fígado.
Human DC subsets
(major - cross-presenting - plasmacytoid dendritic cells)
(Surface markers, TLRs expressed, Transcription factors, Major cytokines produced, Major postulated functions)
(major - cross-presenting - plasmacytoid dendritic cells)
–SURFACE MARKERS–
CD11c, BDCA-1 (CD1c), Dectin1 (CLEC7A), Dectin2 (CLEC6)
CD11c, BDCA-3 (CD141) CLEC9A, XCR1+
BDCA-2 (CD303), BDCA4 (CD304), CD123
–TLRs EXPRESSED–
Various
Various
High levels of TLR7, TLR9
–TRANSCRIPTION FACTORS–
IRF4
IRF8
E2-2
–MAJOR CYTOKINES PRODUCED–
IL-12, others
IL-23
Type I IFN
–MAJOR POSTULATED FUNCTIONS–
Innate immunity: source of inflammatory cytokines; adaptive immunity: capture and presentation of antigens mostly to CD4+T cells
Adaptive immunity: capture and cross-presentation of Ag to CD8+ T cells
Antiviral immunity: early innate response; priming of antiviral T cells
Linfócitos T e B
(células da linhagem linfóide)
- Imunidade adquirida
- 20-40% leucócitos no sangue periférico e 99% células na linfa
- Únicas células que expressam recetores de Ag (TCR e BCR), cada um com especificidade para um determinante antigénico diferente
- Células pequenas, com “pouco” citoplasma
- Linfócitos que ainda não interagiram com o seu antigénio (Ag) específico = naïve
- Interação com o Ag específico –> proliferação e diferenciação em células efetoras (e.g. plasmócitos) e células de memória
-> Num indivíduo adulto saudável:
5x10^11 linfócitos
~2% no sangue
~4% na pele
~10% medula óssea
~15% mucosas do trato intestinal e respiratório
~65% orgãos linfóides secundários (gânglios e baço)
Células linfóides inatas (ILC)
(células da linhagem linfóide)
- Imunidade inata
- Células NK (Natural Killer; incluídas no Grupo 1 das ILCs) são representativas da população
Linfócitos B
• Local de desenvolvimento/ maturação:
- Bursa de Fabricius nas aves
- Medula óssea em mamíferos
- Expressam BCR (“embebido” na membrana); quando secretado anticorpo (Ab)
- Cada LB expressa um BCR com especificidade única e cada LB expressa ~1.5–3×10^5 moléculas de BCR com locais de ligação ao Ag idênticos
[imagem: Fab, Fc, VL, VH, CL, CH… disulphide bridges, antigen binding site…]
• Após interação com Ag específico (BCR-Ag), ocorre diferenciação:
- Plasmócitos (células terminalmente diferenciadas)– Ab é secretado,
1-2 semanas “de vida”
-Células B de memória– expressam o mesmo BCR que o LB parental, maior semi-vida que plasmócitos
- Única população não-mieloide capaz de funcionar como APC!
- LB melhoram a capacidade de ligação ao Ag (aumentam a afinidade do Ab para o Ag) através do processo hipermutação somática.
- LB também são capazes de produzir Ab com diferentes funções através do processo mudança de classe/isotipo.
Subtipos de Linfócitos B
- LB foliculares: subset LB mais abundante; Ab alta afinidade e células memória. Expressam MHC II, CD19, CD23 e recetores Fc.
- LB da zona marginal: Mais abundantes no baço; expressam IgM e CD27.
- Linfócitos B1: Residem nas mucosas e cavidade peritoneal.
Tabela subtipos de linfócitos B (ver)
—-LB foliculares:
Ag Receptor and Specificity: Surface Ig, Diverse specificities
for many types of molecules
Selected phenotype markers: Fc receptors, MHC II, CD19, CD23
Percentage of total lymphocytes: blood 5-20%, lymph node 20-25%, spleen 40-45%
—-LB da zona marginal:
Ag Receptor and Specificity: Surface Ig, Limited specificities
for a restricted set of molecules
Selected phenotype markers: IgM, CD27
Percentage of total lymphocytes: blood 2-3%, lymph node 3-5%, spleen 7-10%
—-Linfócitos B1:
Ag Receptor and Specificity: Surface Ig, Limited specificities
for a restricted set of molecules
Selected phenotype markers: IgM, CD43, CD20, CD27 but CD70 negative
Percentage of total lymphocytes: blood 1-3%, lymph node rare, spleen rare
Linfócitos T
Local de desenvolvimento/ maturação: Timo
Expressam TCR na membrana
Só reconhecem Ag apresentados no contexto de moléculas de MHC/HLA
Interação do TCR com Ag específico conduz à diferenciação:
- LT efetores
- Células T de memória
Principais subpopulações de LT: - Linfócitos T auxiliares (CD4+) - Linfócitos T citotóxicos (CD8+) - Células T reguladoras (mas também NKT, gamadelta e Células T invariantes associadas à mucosa, MAIT)
Linfócitos T auxiliares
- Expressam a glicoproteína CD4
- Reconhecem Ag apresentado em moléculas MHC classe II
- “Ajudam ” na ativação de LB, LT citotóxicos e macrófagos
Linfócitos T citotóxicos
- Expressam a glicoproteína CD8
- Reconhecem Ag apresentado em moléculas MHC classe I
- Eliminam células infetadas ou células tumorais
Células T reguladoras
• Expressam as glicoproteínas CD4 e CD25
• Fator de transcrição Foxp3 fundamental para o seu
desenvolvimento, função e sobrevivência
• Ajudam a suprimir o sistema imunitário após a infeção estar
resolvida i.e. controlam a extensão da resposta imunológica e impedem imunopatologia associada à resposta imunológica
• Cruciais na manutenção da tolerância ao próprio
Lymphocyte classes table (ver!!)
—CD4+ helper T lymphocytes
Functions
B cell activation (humeral immunity), Macrophage activation (cell-mediated immunity), Stimulation of inflammation
Ag Receptor and Specificity
alfa-beta heterodimers, diverse specificities for MHC II complexes
Selected Phenotype Markers
CD3+, CD4+, CD8-
Percentage of Total Lymphocytes
blood 35-60%
lymph node 50-60%
spleen 50-60%
–CD8+ cytotoxic T lymphocytes
Functions
Killing of cells infected with intracellular microbes, tumor cells
Ag Receptor and Specificity
alfa-beta heterodimers, diverse specificities for MHC I complexes
Selected Phenotype Markers
CD3+, CD4-, CD8+
Percentage of Total Lymphocytes
blood 15-40%
lymph node 15-20%
spleen 10-15%
–Regulatory T cells
Functions
Suppress function of other T cells (regulation of immune responses, maintenance of self-tolerance)
Ag Receptor and Specificity
alfa-beta heterodimers, specific for self and some foreign antigens (MHC II)
Selected Phenotype Markers
CD3+, CD4+, CD25+, FoxP3+ (most common, but other phenotypes as well)
Percentage of Total Lymphocytes
blood rare
lymph node 10%
spleen 10%
–Natural killer T cells
Functions
Supress or activate innate and adaptive immune responses
Ag Receptor and Specificity
alfabeta heterodimers; Limited specificity for glycolipid-CD1 complexes
Selected Phenotype Markers
CD56, CD16 (Fc receptor for IgG), CD3
Percentage of Total Lymphocytes
blood 5-30%
lymph rare
spleen 10%
–Mucosa-associated invariant T (MAIT) cells
Functions
Helper and cytotoxic functions in the gut
Ag Receptor and Specificity
alfa beta heterodimers; limited specificity for bacterial metabolites
Selected Phenotype Markers
CD3+, CD8+ (majority)
Percentage of Total Lymphocytes
blood 5%
lymph rare
spleen rare
–gamma delta T lymphocytes
Functions
Helper and cytotoxic functions (innate immunity)
Ag Receptor and Specificity
gamma delta heterodimers; limited specificity for peptide and non peptide antigens
Selected Phenotype Markers
CD3+, CD4 and CD8 variable
Percentage of Total Lymphocytes
blood rare
lymph rare
spleen rare
Células linfoides inatas (Innate lymphoid cells, ILCs)
- Têm origem no CLP (common lymphoid progenitor), mas não expressam recetores Ag específicos (BCR ou TCR)
- Subdivididas atualmente em 3 grupos (ILC1, ILC2 e ILC3) distinguidos pelas citocinas que secretam, em analogia com células T auxiliares
• Poderão providenciar a primeira linha de defesa a microrganismos na pele e
mucosas
ver tabela!
Group 1 ILCS: NK cell + ILC1; t-cell subset: CTL + Th1; signature cytokines secreted by both: IFN-gamma, perforin, granzyme + IFN-gamma, TNF; Master transcriptional regulators of both: T-bet
Group 2 ILCS: ILC2; t-cell subset: Th2; signature cytokines secreted by both: IL-4, IL-5, IL-13, amphiregulin; Master transcriptional regulators of both: GATA-3
Group 3 ILCS: LTi cell + ILC3; t-cell subset: Th17, Th22; signature cytokines secreted by both: IL-17A, IL-22, LTalfa, LTbeta + IL-22, IFN-gamma; Master transcriptional regulators of both: RORyt
Células NK (Natural Killer):
. Resposta imunológica inata
. Granulares
. Reconhecem e eliminam tumores ou células infetadas com vírus
Conceitos chave hematopoiese e células do SI
- CEH podem diferenciar-se em CMPs (Progenitor mieloide comum) que dão origem a todos as populações mieloides e CLPs (Progenitor linfoide comum) que originam todas as populações linfoides. À medida que os progenitores se diferenciam, estes perdem progressivamente a capacidade de auto-renovação, bem como a capacidade de dar origem a outras linhagens celulares.
- As populações celulares que desempenham a maioria das funções da imunidade inata e adquirida são os fagócitos (primariamente macrófagos e neutrófilos), mastócitos, basófilos, eosinófilos, DCs e linfócitos.
- Diferentes tipos e subtipos de células do sistema imunológico expressam moléculas de superfície diferentes, sendo estas denominadas de acordo com uma nomenclatura específica. Por exemplo, os Linfócitos T expressam CD4 ou CD8 à superfície. CD advém de “Cluster of Differentiation”.
- Granulócitos, que incluem neutrófilos, eosinófilos, basófilos e mastócitos respondem a agentes patogénicos extracelulares, incluindo bactérias e helmintas. Quando ativados, os granulócitos libertam o conteúdo dos seus grânulos que inibem a atividade dos microrganismos. Esta população do sistema imunológico inato também produz citocinas que infuenciam a imunidade adquirida e contribuem para o desenvolvimento de respostas alérgicas.
- Os neutrófilos, a população de leucócitos mais abundantes no sangue, possuem núcleo multiglobulado e grânulos citoplasmáticos, e são rapidamente recrutados para os locais de infeção e dano tecidular, onde desempenham funções fagocíticas.
- Os macrófagos incluem tanto células sentinela residentes nos tecidos como células derivadas de monócitos circulantes recrutados em resposta à infeção. Todos os macrófagos são células fagocíticas que ingerem e matam microrganismos assim como células mortas, e secretam citocinas e quimiocinas que promovem recrutamento de leucócitos do sangue e iniciam a reparação de tecidos danificados.
- Células dendríticas estão presentes na maioria dos tecidos e funcionam como células sentinela inatas e como células apresentadoras de antigénio (APCs) capazes de ativar células T naive.
- Linfócitos T e B expressam recetores de Ag altamente diversos e específicos e são a população responsável pela especificidade e capacidade de memória das respostas imunológicas adquiridas.
- Células linfoides inatas (ILCs) são células do sistema imunológico inato produtoras de citocinas que possuem uma morfologia semelhante a linfócitos. Estas desempenham funções semelhantes a linfócitos T CD4+ e CD8+. As ILCs, que incluem as células NK, não expressam recetores de antigénio diversos.
- Linfócitos T e B derivam de um precursor comum residente na medula óssea. O desenvolvimento dos linfócitos B ocorre na medula óssea, ao passo que os precursores de linfócitos T migram da medula e maturam no timo. Após maturação/diferenciação, os linfócitos B e T deixam a medula e o timo, entram na circulação e colonizam orgãos linfoides secundários/periféricos.
- Linfócitos T e B naive são células maduras (que terminaram o processo de maturação/diferenciação) mas que ainda não foram estimuladas pelo Ag. Ao encontrar o Ag, estas células proliferam e diferenciam-se em linfócitos efetores que possuem um papel na resposta imunológica protetora contra patogénios. Linfócitos B efetores são células produtoras de anticorpos (plasmócitos). Células T efetoras incluem linfócitos T CD4+ produtores de citocinas e linfócitos T CD8+ citotóxicos.
- Parte da progenitura de linfócitos B e T ativados dá origem a células de memória que sobrevivem por longos periodos de tempo num estadio quiescente. Estas são responsáveis pela resposta rápida e aumentada aquando da exposição subsequente ao mesmo Ag.
