Generación de Diversidad Inmunitaria

Los linfocitos son células del sistema inmunitario que tienen la capacidad de reconocer una gran variedad de antígenos (Ag). Esta capacidad de reconocimiento se basa en la enorme diversidad de sus receptores de antígenos: los inmunoglobulinas (Ig) en los linfocitos B y los receptores de células T (TCR) en los linfocitos T. Aunque existen diferencias estructurales y moleculares entre los linfocitos B y T, el proceso de generación de esta variabilidad es prácticamente el mismo.

El repertorio de anticuerpos se refiere a la suma total de anticuerpos que un individuo puede producir. El origen de esta variabilidad radica en la organización de los genes que codifican las Ig y sus cadenas ligeras y pesadas. La recombinación aleatoria de fragmentos génicos durante la maduración de los linfocitos B es la clave de esta variabilidad.

1. Diversidad Asociada a Linfocitos B

1.1 Diversidad de Segmentos Génicos que Codifican Ig

Una Ig está formada por la combinación de una cadena ligera y una cadena pesada. Los genes de las Ig se encuentran en tres loci diferentes: el locus de la cadena pesada en el cromosoma 14 y los loci de la cadena ligera en los cromosomas 2 y 22.

Los genes C (constantes) se encuentran dentro de cada gen de las cadenas ligeras y pesadas. Estos genes contienen segmentos génicos que codifican las regiones variables y constantes de las Ig.

  • Locus de la cadena pesada: Contiene regiones que codifican las cadenas pesadas, incluyendo la región variable (V, D, J).
  • Locus de la cadena ligera: Codifica la cadena ligera, que tiene un solo segmento constante (CK).

Los dominios constantes de cada gen de cadenas ligeras y pesadas están codificados por un exón. La existencia de múltiples segmentos génicos que se reordenan de forma aleatoria en el dominio variable es el mecanismo principal de la diversidad del receptor de células B (BCR).

Los segmentos V codifican la mayor parte del dominio variable de la Ig, incluyendo las tres regiones hipervariables (presentes tanto en las cadenas ligeras como en las pesadas).

1.2 Recombinación Somática

Causa: Durante el desarrollo de los linfocitos B en la médula ósea, los segmentos VDJ se yuxtaponen mediante recombinación somática.

Implica: Este proceso implica el corte y empalme del ADN de diferentes segmentos génicos. La existencia de múltiples versiones de cada segmento permite un elevado número de combinaciones posibles, lo que da lugar a una gran diversidad de regiones variables.

  • Cadena ligera: Codificada por la combinación de un segmento génico V y uno J. La región constante está codificada por un solo gen C.
  • Cadena pesada: El reordenamiento también se produce durante la maduración de la célula B. Primero se aproximan los segmentos D y J, y luego la región V se recombina con el segmento DJ reordenado, generando una combinación VDJ.

1.3 Control de la Recombinación Somática

La recombinación somática es un proceso altamente regulado que genera diversidad en las Ig. Este proceso es esencial para la transcripcion de los genes y la expresión de las Ig. Las enzimas responsables de este proceso se denominan recombinasas. Estas enzimas acercan los segmentos génicos (de los cuales existen múltiples versiones) y los cortan y empalman, eliminando las regiones separadoras.

La recombinación de los segmentos VDJ está dirigida por secuencias que flanquean los segmentos génicos, conocidas como señales de recombinación. Estas señales están formadas por una secuencia conservada de 7 pb y otra de 9 pb, separadas por una región espaciadora no conservada de 12 o 23 pb. Las secuencias espaciadoras están situadas de forma alterna en los segmentos génicos y son eliminadas por la recombinasa para unir dos fragmentos de ADN.

1.4 Diversidad de Unión

La diversidad de unión es un mecanismo adicional que contribuye a la variabilidad durante la recombinación somática. Se produce debido a la imprecisión de las recombinasas al cortar el ADN, lo que puede generar la adición de nucleótidos entre las regiones VDJ. Estos nucleótidos, conocidos como nucleótidos P y N, modifican la lectura del segmento posterior, aumentando aún más la diversidad de las cadenas pesadas y ligeras.

1.5 Exclusión Alélica

La exclusión alélica es el mecanismo responsable de la monoespecificidad del reconocimiento de Ag por el linfocito. Un linfocito B solo posee un tipo de Ig con una única versión de cadena pesada y ligera. Aunque los linfocitos B tienen dos sitios de unión, solo se expresa un receptor en cada linfocito B, lo que le permite reconocer un solo antígeno. Esto se debe a que solo uno de los dos genes de la cadena Ig se reordena y se expresa. Una vez que se produce un reordenamiento efectivo de la cadena ligera o pesada, cesan los intentos de reordenamiento.

1.6 Hipermutación Somática

La hipermutación somática tiene lugar en los órganos linfoides secundarios tras la activación del linfocito B. Este proceso introduce mutaciones puntuales al azar solo en los dominios variables (cadenas pesada y ligera), lo que puede generar cambios en la afinidad de la Ig por el Ag. La maduración de la afinidad es el proceso por el cual se seleccionan los clones de linfocitos B con Ig más afines por el Ag.

El contacto con el antígeno puede producir un cambio de isotipo de Ig mediante el reordenamiento del segmento VDJ de la cadena pesada con un segmento CK. Este cambio no afecta a la región variable ni a la especificidad antigénica.

Eliminación de Linfocitos B Autorreactivos

El mecanismo aleatorio de generación de diversidad puede dar lugar a la creación de Ig que reconocen Ag propios. Para evitar la autoinmunidad, existen diversos mecanismos que eliminan o inactivan estas células:

  • Tolerancia central a lo propio: Durante la maduración de los linfocitos B en la médula ósea, aquellos que interactúan con células propias son destruidos mediante un proceso llamado selección negativa. Existen dos mecanismos principales de selección negativa: la apoptosis, que se produce cuando los antígenos reconocidos son moléculas de superficie celular, y la inactivación por anergia, que ocurre cuando se reconocen antígenos pequeños solubles.
  • Tolerancia periférica: Los linfocitos B reactivos que no son eliminados en la médula ósea pueden ser eliminados en la periferia.

2. Diversidad Asociada a Linfocitos T

Muchos TCR generados al azar no son funcionales porque no pueden reconocer las moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC). Los genes que codifican el TCR tienen múltiples versiones, lo que permite la generación de una gran diversidad de TCR y, por lo tanto, la capacidad de reconocer una amplia gama de antígenos. El proceso de generación de diversidad del TCR es similar al de las Ig y se produce en el timo durante la maduración de los timocitos.

Mecanismos de Generación de Diversidad del TCR:

  1. Diversidad de segmentos génicos: Cada linfocito T expresa aleatoriamente los segmentos VDJ de la región variable que forma el TCR.
  2. Recombinación somática: Los genes que codifican las cadenas del TCR tienen múltiples versiones de los segmentos V, D, J y C. Mediante la recombinación somática, los timocitos unen aleatoriamente diferentes versiones de V, D y J para generar cada dominio variable.
  3. Imprecisión en las uniones de los segmentos de ADN: La desoxirribonucleótido transferasa terminal (TdT) se expresa en los timocitos y añade nucleótidos N al azar entre los segmentos V, D y J, aumentando aún más la diversidad.
  4. Reordenamiento del TCR induce la transcripcion: El reordenamiento del TCR también induce la transcripcion del gen, y la posterior traducción del ARN mensajero lleva a la expresión de una molécula de TCR única en la superficie del linfocito.
  5. Unión de las dos cadenas del receptor: La unión de las dos cadenas que constituyen el receptor (α y β) aumenta aún más la diversidad.
  6. No hay hipermutacion somática: A diferencia de las Ig, los TCR no generan diversidad adicional por hipermutación somática.

Desarrollo Linfocitario

Conceptos Generales

  • Los receptores de los linfocitos T y B se generan mediante reordenaciones génicas aleatorias.
  • Origen: Los linfocitos se originan en la médula ósea hematopoyética a partir de un precursor común llamado CLP (Common Lymphoid Precursor). Este precursor se diferencia en la médula ósea (linfocito B) o en el timo (linfocito T).
  • Selección negativa: Mecanismo para prevenir la maduración de linfocitos autorreactivos.
  • Subdivisiones de los linajes B y T:
    • Linfocitos T (timo): TCR αβ, TCR γδ (comparten características con los linfocitos NK).
    • Linfocitos B (médula ósea): B-1, B-2.

2. Linaje de los Linfocitos T

Los linfocitos T reconocen péptidos unidos a moléculas del MHC. Los precursores de los linfocitos T se denominan protimocitos.

  • Migración: Los protimocitos migran desde la médula ósea al timo atraídos por la linfotactina.
  • Región cortical del timo: Los protimocitos se convierten en timocitos en la región cortical del timo.
  • Ausencia de TCR y moléculas accesorias: Los timocitos recién llegados no disponen de las moléculas que conforman el TCR (CD3, CD4, CD8).
  • Adquisición del TCR: Los timocitos adquieren rápidamente el TCR, el CD3, el CD4 y el CD8.
  • Migración a la médula: Los timocitos migran hacia la médula del timo, donde son sometidos a procesos de selección.
  • Selección: Solo el 1-5% de los timocitos sobreviven a los procesos de selección y se convierten en linfocitos T maduros. El 95-99% restante muere por apoptosis.

Estructura del Timo

  • Corteza y médula: Al final del tercer mes de gestación, el timo se divide en una región externa más densa (corteza) y una interna menos densa (médula).
  • Cápsula y trabéculas: El timo está rodeado por una cápsula de tejido conectivo que forma trabéculas hacia el interior.
  • Células reticulares epiteliales: Estas células, junto con las células dendríticas y los macrófagos, funcionan como instructoras de los timocitos. Expresan moléculas del MHC y secretan hormonas que regulan la diferenciación de los timocitos.
  • Corpúsculos de Hassall: Estructuras formadas por células epiteliales reticulares que forman anillos concéntricos en la médula del timo.

2.A Desarrollo de los Linfocitos T αβ

  • Entrada en el timo: Los protimocitos entran en la región subcapsular del timo desde la circulación sanguínea y proliferan.
  • Células doble negativas (DN): Los timocitos corticales recién llegados son células DN porque no expresan CD4, CD8 ni las moléculas del TCR (CD3).
  • Células doble positivas (DP): Los timocitos DN comienzan a expresar el TCR αβ, el complejo CD3 asociado y las moléculas CD4 y CD8, convirtiéndose en células DP.

Selección Positiva

  • Supervivencia dependiente del reconocimiento del MHC: Los timocitos DP mueren en 3-4 días a menos que su TCR se una a moléculas del MHC propias (con o sin péptido) expresadas por las células epiteliales reticulares de la corteza.
  • Eliminación de timocitos no funcionales: Este proceso elimina a los timocitos que no son capaces de reconocer el MHC propio.
  • Selección de células funcionales: Las células que superan la selección positiva entran en la médula del timo, mientras que las que no la superan mueren por apoptosis.
  • Diferenciación en células SP: Las células DP que reconocen MHC I dejan de expresar CD4 y se convierten en células positivas simples CD8+ (SPCD8+), mientras que las que reconocen MHC II dejan de expresar CD8 y se convierten en células positivas simples CD4+ (SPCD4+).

Selección Negativa

  • Segundo examen de tolerancia: Los timocitos que superan la selección positiva pasan por un segundo examen de tolerancia en la frontera corticomedular.
  • Presentación de antígenos propios: En esta zona, los timocitos se encuentran con células presentadoras de antígenos (APC), como células dendríticas y macrófagos, que les presentan péptidos propios unidos a moléculas del MHC.
  • Eliminación de células autorreactivas: Las células que se unen con alta afinidad a los péptidos propios presentados por las APC son potencialmente autorreactivas y mueren por apoptosis.
  • Maduración y salida del timo: Los timocitos que superan la selección positiva y negativa se consideran maduros y salen del timo como linfocitos T a través de las vénulas poscapilares medulares.

2.B Desarrollo de los Linfocitos T γδ

  • Diferenciación en el timo: El timo también es el lugar de diferenciación de los timocitos que expresan el TCR γδ.
  • Ausencia de CD4 y CD8: Muchas de estas células no expresan CD4 ni CD8.
  • Selección diferente: Los linfocitos T γδ no entran en los mismos procesos de selección positiva y negativa que los linfocitos T αβ.
  • Salida temprana del timo: Abandonan el timo poco después de desarrollar sus complejos TCR.
  • Función transicional: Se consideran un tipo celular transicional entre el sistema inmunitario innato y adaptativo.
  • Migración a tejidos específicos: Migran preferentemente hacia la piel, el aparato respiratorio y la cavidad peritoneal.
  • Repertorio limitado: Utilizan un número muy limitado de segmentos génicos V, D y J para la generación de las regiones variables de las cadenas γ y δ, lo que resulta en un repertorio de reconocimiento mucho más limitado que el de los linfocitos T αβ.
  • Respuesta rápida: Responden más rápido que los linfocitos T αβ, pero sin generar memoria inmunitaria.

2.C Origen de los Linfocitos NKT

  • Subgrupo de linfocitos T: Las células NKT son un subgrupo de linfocitos T con características especiales.
  • Marcadores de superficie: Expresan marcadores de superficie y receptores presentes en los linfocitos citolíticos naturales (NK).
  • TCR con repertorio limitado: Expresan TCR generados mediante reordenación génica, pero con un repertorio extremadamente limitado.
  • Especificidad por lípidos: Sus TCR son predominantemente específicos para lípidos, glucolípidos y algunos péptidos especiales.
  • Reconocimiento de CD1d: Pueden ser CD4+ o CD8+, pero reconocen solo los epítopos presentados por la molécula CD1d, una molécula MHC I no clásica.

3. Linaje de los Linfocitos B

  • Origen en el hígado fetal y médula ósea: La célula progenitora del linfocito B se encuentra en el saco vitelino (3ª semana de gestación), el hígado fetal (8ª semana) y la médula ósea (12ª semana).
  • Definición: Los linfocitos B se definen como las células que sintetizan Ig y las exponen en sus membranas como parte del BCR.

Desarrollo de los Linfocitos B

El desarrollo de los linfocitos B refleja los estadios de reordenación y expresión de las cadenas pesadas y ligeras de las Ig.

Estadios de Maduración:

  1. Progenitor linfoide común (CLP)
  2. Célula pre-pro-B (Fracción A):
    • Primera célula identificable del linaje B.
    • Comienza a expresar las moléculas accesorias del BCR (Igα e Igβ).
  3. Célula pro-B:
    • Unión de los segmentos DJ de la Ig.
    • Expresión de la cadena ligera sustitutiva (SLC) en el citoplasma.
  4. Célula pre-B temprana (Fracción C’):
    • Expresión en superficie de una pseudo-IgM (cadenas pesadas μ reordenadas + SLC).
    • Proliferación celular.
  5. Célula pre-B tardía (Fracción D):
    • Reordenamiento de los genes de la cadena ligera kappa (κ) o lambda (λ).
    • Las cadenas ligeras sustituyen a la SLC.
  6. Linfocitos B inmaduros (Fracción E):
    • Expresan IgM en su superficie celular.
  7. Linfocitos B maduros (Fracción F):
    • Coexpresan IgM e IgD en su superficie celular.

Tipos de Linfocitos B

Linfocitos B-2

  • Convencionales.
  • Ampliamente distribuidos por el cuerpo.
  • Necesitan la interacción con los linfocitos T para activarse y proliferar.
  • Reemplazados continuamente a partir de la médula ósea durante la vida adulta.
  • Reconocen una amplia variedad de epítopos.
  • Respuesta rápida y eficaz: Producen una gran cantidad de anticuerpos de alta afinidad.
  • Cambio de isotipo de Ig.
  • Expresan más IgD que IgM en su superficie.

Linfocitos B-1

  • Generados en el hígado fetal.
  • Posible función transicional entre el sistema inmunitario innato y adaptativo.
  • Importantes en la respuesta inmunitaria innata y en enfermedades autoinmunes.
  • Repertorio más limitado que los B-2.
  • Producen anticuerpos naturales (ej. IgM contra los grupos sanguíneos A y B).
  • Predominan en tejidos de entrada de microbios (aparato respiratorio, cavidad peritoneal).
  • Capacidad de autorrenovación en los tejidos.
  • Poca o ninguna memoria inmunitaria.
  • Cambio de isotipo y repertorio limitados.
  • Contribuyen a la inmunidad protectora (producen IgA mucosa).