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11.1A: Células y órganos del sistema inmunológico - Biología

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El sistema inmunológico incluye órganos linfoides primarios, tejidos linfáticos secundarios y diversas células del sistema inmunológico innato y adaptativo.

Objetivos de aprendizaje

  • Reconocer las células y órganos del sistema inmunológico y sus funciones.

Puntos clave

  • Los órganos linfoides primarios clave del sistema inmunológico son el timo y la médula ósea, y los tejidos linfáticos secundarios como el bazo, las amígdalas, los vasos linfáticos, los ganglios linfáticos, las adenoides y la piel y el hígado.
  • Los leucocitos (glóbulos blancos) actúan como organismos unicelulares independientes y son el segundo brazo del sistema inmunológico innato.
  • Los leucocitos innatos incluyen los fagocitos (macrófagos, neutrófilos y células dendríticas), mastocitos, eosinófilos, basófilos y células asesinas naturales. Estas células identifican y eliminan patógenos y también son mediadores importantes en la activación del sistema inmunológico adaptativo.
  • Las células del sistema inmunológico adaptativo son tipos especiales de leucocitos, llamados linfocitos. Las células B y las células T son los principales tipos de linfocitos y se derivan de las células madre hematopoyéticas de la médula ósea.
  • El sistema linfático es parte del sistema circulatorio y comprende una red de conductos llamados vasos linfáticos. El sistema linfático tiene múltiples funciones, como el transporte de glóbulos blancos hacia y desde los ganglios linfáticos hasta los huesos.

Términos clave

  • linfocitos: Un linfocito es un tipo de glóbulo blanco en el sistema inmunológico de los vertebrados. Los tres tipos principales de linfocitos son las células T, las células B y las células asesinas naturales (NK). Las células T (células del timo) y las células B (células derivadas de la bolsa) son los principales componentes celulares de la respuesta inmune adaptativa.
  • Leucocitos: Células del sistema inmunológico involucradas en la defensa del cuerpo contra enfermedades infecciosas y materiales extraños. Existen cinco tipos diferentes y diversos de leucocitos.

Órganos del sistema inmunológico

Los órganos linfoides primarios clave del sistema inmunológico incluyen el timo y la médula ósea, así como los tejidos linfáticos secundarios, como el bazo, las amígdalas, los vasos linfáticos, los ganglios linfáticos, las adenoides, la piel y el hígado.

El timo "educa" a las células T y proporciona un entorno inductivo para el desarrollo de células T a partir de células progenitoras hematopoyéticas. El timo es más grande y más activo durante los períodos de desarrollo neonatal y preadolescente. A principios de la adolescencia, el timo comienza a atrofiarse y el estroma tímico es reemplazado por tejido adiposo. Sin embargo, la linfopoyesis T residual continúa durante toda la vida adulta.

La médula ósea es el tejido flexible que se encuentra en el interior de los huesos. En los seres humanos, los glóbulos rojos se producen en la cabeza de los huesos largos. La médula ósea roja es un elemento clave del sistema linfático, siendo uno de los órganos linfoides primarios que generan linfocitos a partir de células progenitoras hematopoyéticas inmaduras. La médula ósea y el timo constituyen los tejidos linfoides primarios involucrados en la producción y selección temprana de linfocitos.

El sistema linfático es una parte del sistema circulatorio, que comprende una red de conductos llamados vasos linfáticos que transportan un líquido transparente, llamado linfa, unidireccionalmente hacia el corazón. El sistema linfático tiene múltiples funciones interrelacionadas que incluyen el transporte de glóbulos blancos hacia y desde los ganglios linfáticos hasta los huesos, y el transporte de células que presentan antígenos (como las células dendríticas) a los ganglios linfáticos donde se estimula una respuesta inmunitaria. El tejido linfoide se encuentra en muchos órganos, particularmente en los ganglios linfáticos.

El bazo tiene una estructura similar a un ganglio linfático grande y actúa principalmente como filtro de sangre. Sintetiza anticuerpos en su pulpa blanca y elimina las bacterias recubiertas de anticuerpos junto con las células sanguíneas recubiertas de anticuerpos a través de la circulación sanguínea y de los ganglios linfáticos.

Las amígdalas palatinas y la amígdala nasofaríngea son tejidos linfoepiteliales ubicados cerca de la orofaringe y la nasofaringe. Estos tejidos inmunocompetentes son la primera línea de defensa del sistema inmunológico contra patógenos extraños ingeridos o inhalados. Aún no se comprenden las funciones inmunológicas fundamentales de las amígdalas.

Los ganglios linfáticos se distribuyen ampliamente por todas las áreas del cuerpo, incluidas la axila y el estómago, y están unidos por vasos linfáticos. Los ganglios linfáticos son guarniciones de células B, T y otras células inmunes. Los ganglios linfáticos actúan como filtros o trampas de partículas extrañas y son importantes para el correcto funcionamiento del sistema inmunológico. Están repletos de glóbulos blancos, llamados linfocitos y macrófagos.

La piel es una de las partes más importantes del cuerpo porque interactúa con el medio ambiente y es la primera línea de defensa contra factores externos, actuando como una barrera anatómica contra patógenos y daños entre el ambiente interno y externo en defensa corporal. Las células de Langerhans en la piel son parte del sistema inmunológico adaptativo.

El hígado tiene una amplia gama de funciones, incluidos los efectos inmunológicos: el sistema reticuloendotelial del hígado contiene muchas células inmunológicamente activas que actúan como un "tamiz" para los antígenos que se le transmiten a través del sistema portal.

Células del sistema inmunológico

Los leucocitos (glóbulos blancos) son células del sistema inmunológico involucradas en la defensa del cuerpo contra enfermedades infecciosas y materiales extraños. Existen cinco tipos diferentes de leucocitos, todos producidos y derivados de una célula multipotente en la médula ósea conocida como célula madre hematopoyética. Los leucocitos innatos incluyen los fagocitos, mastocitos, eosinófilos, basófilos y células asesinas naturales. Estas células identifican y eliminan patógenos y son mediadores importantes en la activación del sistema inmunológico adaptativo.

Los neutrófilos y macrófagos son fagocitos que viajan por todo el cuerpo en busca de patógenos invasores. Los neutrófilos se encuentran normalmente en el torrente sanguíneo y son el tipo de fagocito más abundante. Durante la fase aguda de la inflamación, los neutrófilos migran hacia el lugar de la inflamación y suelen ser las primeras células en llegar al lugar de la infección. Los macrófagos residen dentro de los tejidos y producen una amplia gama de sustancias químicas. También actúan como carroñeros, liberando al cuerpo de células desgastadas y otros desechos, y como células presentadoras de antígenos que activan el sistema inmunológico adaptativo. Las células dendríticas son fagocitos en tejidos que están en contacto con el medio externo y se localizan principalmente en la piel, nariz, pulmones, estómago e intestinos. Estas células sirven como enlace entre los tejidos corporales y los sistemas inmunitarios innato y adaptativo, ya que presentan antígeno a las células T, uno de los tipos de células clave del sistema inmunológico adaptativo.

Los mastocitos residen en los tejidos conectivos y las membranas mucosas y regulan la respuesta inflamatoria. Se asocian con mayor frecuencia con alergia y anafilaxia.

Los basófilos y eosinófilos están relacionados con los neutrófilos. Secretan mediadores químicos que intervienen en la defensa contra los parásitos y desempeñan un papel en las reacciones alérgicas, como el asma.

Las células asesinas naturales son leucocitos que atacan y destruyen las células tumorales o células que han sido infectadas por virus.

Las células del sistema inmunológico adaptativo son tipos especiales de leucocitos, llamados linfocitos. Las células B y las células T son los principales tipos de linfocitos y se derivan de las células madre hematopoyéticas de la médula ósea.

Las células T reconocen un objetivo "no propio", como un patógeno, sólo después de que los antígenos se han procesado y presentado en combinación con un receptor "propio", llamado molécula del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC). Hay dos subtipos principales de células T: la célula T asesina, que mata las células que están infectadas con virus (y otros patógenos) o que están dañadas o son disfuncionales, y la célula T colaboradora, que regula las respuestas inmunitarias innatas y adaptativas y ayuda determinar qué respuestas inmunitarias produce el cuerpo a un patógeno en particular. Estas células no tienen actividad citotóxica y no matan las células infectadas ni eliminan los patógenos directamente. Un tercer subtipo menor son las células T γ que reconocen antígenos intactos que no están unidos a los receptores MHC.

Por el contrario, el receptor específico de antígeno de células B es una molécula de anticuerpo en la superficie de la célula B, que reconoce patógenos completos sin necesidad de procesamiento de antígenos. Cada linaje de células B expresa un anticuerpo diferente, por lo que el conjunto completo de receptores de antígenos de células B representa todos los anticuerpos que el cuerpo puede fabricar.


Receptores de andrógenos y andrógenos como reguladores de la biología de monocitos y macrófagos en el pulmón sano y enfermo

Los andrógenos, las hormonas sexuales masculinas predominantes, impulsan el desarrollo y mantenimiento de las características masculinas al unirse al receptor de andrógenos (AR). Como los andrógenos se distribuyen sistémicamente por todo el organismo, afectan a muchos tejidos y tipos de células además de los de los órganos sexuales masculinos. Ahora está claro que el sistema inmunológico es un objetivo de la acción de los andrógenos. En los pulmones, muchas células inmunes expresan AR y responden a los andrógenos. En esta revisión, describimos los efectos de los andrógenos y los AR sobre las células inmunes mieloides pulmonares (monocitos y macrófagos) en lo que respecta a la salud y la enfermedad. En particular, destacamos el efecto de los andrógenos sobre las enfermedades pulmonares, como el asma, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y la fibrosis pulmonar. También discutimos el uso terapéutico de los andrógenos y cómo los andrógenos circulantes se correlacionan con la enfermedad pulmonar. Además de los estudios en humanos, también discutimos cómo los modelos de ratón han ayudado a descubrir el efecto de los andrógenos en los monocitos y macrófagos en la enfermedad pulmonar. Aunque el papel de los estrógenos y otras hormonas femeninas se ha analizado ampliamente en la literatura, nos centramos en las nuevas perspectivas de los andrógenos como moduladores del sistema inmunológico que se dirigen a las células mieloides durante la inflamación pulmonar.

Palabras clave: andrógeno receptor de andrógeno asma pulmón macrófago monocito diferencia de sexo hormona sexual.

Copyright © 2020 Becerra-Diaz, Song y Heller.

Cifras

Diferencias de sexo en las enfermedades pulmonares ...

Las diferencias de sexo en las enfermedades pulmonares discutidas en esta revisión y cómo pueden ...

Los efectos de los andrógenos en ...

Los efectos de los andrógenos en monocitos y macrófagos humanos y de ratón in vitro ...


Un resumen rápido del sistema inmunológico y la vacuna COVID-19

Hay muchas estrategias a la hora de desarrollar una vacuna, pero la idea detrás de todas es similar. Las vacunas están diseñadas para representar un invasor extraño, como un virus o una bacteria, para su sistema inmunológico adaptativo sin causarle una enfermedad. Nuestro sistema inmunológico es bastante sorprendente, lo que también lo hace bastante complejo. Aquí, nos centraremos en algunos aspectos que son importantes para comprender el desarrollo de vacunas.

Las vacunas le dan a nuestro sistema inmunológico una plantilla, a partir de la cual nuestros cuerpos pueden construir una "memoria" inmunológica contra un patógeno en particular (por ejemplo, un virus o una bacteria). Si luego nos volvemos a infectar por este patógeno, esta memoria inmunológica reducirá los síntomas que experimentamos. Crédito de la imagen: CC0 en Pixabay.

Las vacunas normalmente contienen parte de un patógeno (por ejemplo, virus o bacteria) y estimulan la producción de anticuerpos contra este patógeno. Por lo tanto, las vacunas "preparan" nuestro sistema inmunológico para estar mejor preparado para una infección si volvemos a estar expuestos al patógeno. Crédito de la imagen: CC0 en Pixabay.

Dos tipos principales de células reconocen enfermedades en nuestro sistema inmunológico, las eliminan y construyen "memoria" para nuestra inmunidad contra invasiones posteriores: las células B y las células T. Estos tipos de células inmunitarias adaptativas pueden trabajar de forma independiente o conjunta para combatir infecciones y desarrollar memoria contra la reexposición al invasor (por ejemplo, el virus, la bacteria, el parásito, la célula cancerosa, etc.). Las células T tienen la capacidad de matar a estos invasores directamente, reclutar otras células del sistema inmunológico en el sitio de la infección y ayudar en el desarrollo de las células B. También pueden conferir memoria mediante la liberación de proteínas llamadas citocinas. Las células B liberan proteínas en forma de Y llamadas anticuerpos, que de manera similar reconocen a los invasores y trabajan para destruirlos. Cuando algo extraño ingresa a nuestro cuerpo, las células B comienzan a crear anticuerpos contra ese invasor. Si bien estas células son increíbles para proteger nuestros cuerpos de las infecciones, este proceso lleva tiempo (aproximadamente 7 días para el sistema inmunológico adaptativo). Sin embargo, una vez que nuestro sistema inmunológico está "preparado" con un invasor en particular, puede producir anticuerpos contra este invasor muy rápidamente cuando se expone a él nuevamente, previniendo la reinfección. El uso de vacunas le da a nuestro sistema inmunológico (incluidas nuestras células B y T) una plantilla para desarrollar la memoria inmunológica contra la reinfección sin experimentar la aparición completa de los síntomas que genera la exposición viral.

Entonces, ¿cómo pueden las vacunas persuadir a nuestro sistema inmunológico para que proporcione una defensa contra las infecciones virales? Hay muchos tipos de vacunas diferentes, pero todas usan partes del virus para engañar a nuestro sistema inmunológico para que cree anticuerpos contra ese virus, "preparando" eficazmente nuestro sistema inmunológico para que esté listo para generar anticuerpos rápidamente cuando estamos expuestos al virus real. Como puede imaginar, hay muchas partes diferentes de un virus para elegir al crear vacunas, y es más difícil desarrollar una vacuna contra algunos virus que contra otros. Los virus como la gripe pueden mutar rápidamente, por lo que necesitamos una nueva vacuna contra la gripe cada año para protegernos de la cepa de gripe más prevalente. De hecho, muchos virus de ARN pueden mutar rápidamente, creando nuevas cepas que pueden necesitar una vacuna diferente para ser efectivas. Los coronavirus, como COVID-19, son virus de ARN (lea más sobre el nuevo coronavirus aquí).

Las vacunas Moderna y Pfizer incluyen ARN mensajero (ARNm) que codifica una de las proteínas de COVID-19. Esta "pieza" de COVID-19 no causa una infección, sino que mejora la capacidad de nuestro sistema inmunológico para reconocer COVID-19 y crear anticuerpos contra él, si estamos expuestos a él. Crédito de la imagen: CC0 en Pixabay.

Hay muchos tipos diferentes de vacunas que se encuentran actualmente en desarrollo para COVID-19, tres de las cuales han sido aprobadas para uso de emergencia en los EE. UU. Esta publicación se centra en las dos vacunas fabricadas por Moderna y Pfizer, que se denominan vacunas de ARNm. Para las personas indecisas que se dan cuenta de que se trata de un nuevo tipo de vacuna, es importante señalar que este tipo de vacuna está respaldada por más de 10 años de investigación. El ARNm, o ARN mensajero, está compuesto por un código genético para sintetizar proteínas. Las máquinas celulares de nuestro cuerpo leen el ARNm y lo usan para construir las proteínas que se encuentran en nuestras células. Las proteínas virales también son producidas por las mismas máquinas que usan nuestras células. Entonces, una vacuna de ARNm para el nuevo coronavirus contiene ARNm que codifica una de las proteínas del virus. Una vez que a alguien se le administra la vacuna, el ARNm de la vacuna es captado, sintetizado por nuestras células y presentado al sistema inmunológico adaptativo para "cebarlo", tal como el sistema inmunológico adaptativo se ceba después de una infección natural. Las células B tienen la capacidad de reconocer a los invasores extraños y crear anticuerpos contra ellos para que la proteína pueda eliminarse. Dado que nuestras células B tienen memoria de cuándo y si estamos expuestos al COVID-19, nuestro cuerpo puede reconocerlo y generar una respuesta inmune más rápido, lo que hace que se aclare nuestro sistema antes de que tenga tiempo de infectarnos. Es importante tener en cuenta que esta proteína no es un virus infeccioso, sino una parte del virus en su conjunto. Por lo tanto, las vacunas de ARNm no pueden causar una infección. Si desea obtener más información sobre las vacunas de ARNm, lea esta publicación de blog aquí.

Con tres vacunas ahora disponibles para uso de emergencia, deberíamos ver una luz al final del túnel pandémico muy pronto. Para saber quién es actualmente elegible para la vacunación en el estado de Indiana, ¡marque aquí! Como siempre, ¡manténgase seguro e informado!


Nuevos hallazgos sugieren que los tejidos de los órganos se vuelven cada vez más inmunes a lo largo de la vida

MINNEAPOLIS / ST.PAUL (20/04/2021) - Los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Minnesota han ofrecido nuevas formas de pensar sobre el sistema inmunológico gracias a un estudio reciente publicado en Naturaleza. Su investigación, que indica que los tejidos de los órganos se vuelven cada vez más inmunes a lo largo de la vida, puede comenzar a alterar las ideas fundamentales sobre las reglas de vacunación y la función del sistema inmunológico dentro del cuerpo.

Saythi Wijeyesinghe, PhD, el autor principal del estudio es un investigador en el Laboratorio Masopust de la Facultad de Medicina de la U of M, que se centra en la inmunidad de las células T. Su investigación comenzó con el objetivo de comprender la vida útil de las células T en los tejidos de los órganos, que se sabe que luchan contra los virus a la vez que protegen de la reinfección por el mismo virus.

"Históricamente, los estudios del sistema inmunológico han enfatizado su naturaleza renovable a través de la médula ósea, los órganos linfoides y la sangre. Nuestro trabajo muestra cuánto este modelo no tiene en cuenta las muchas células inmunes distribuidas por otros órganos del cuerpo, donde la mayoría de las infecciones y los tumores Levántate ", dijo Wijeyesinghe. "Lo que encontramos termina pintando una imagen mucho más amplia de cómo el sistema inmunológico logra la vigilancia de todo el cuerpo en busca de patógenos, daño tisular y tumores".

Los principales hallazgos del estudio incluyen:

    - Las células T antivirales que residen en la mayoría de los órganos del cuerpo persisten con el tiempo y frente a exposiciones infecciosas extensas.

- A diferencia de otros sistemas de órganos, el sistema inmunológico se vuelve cada vez más inmune a lo largo de la vida, lo cual es una respuesta natural a las exposiciones microbianas acumuladas a lo largo del tiempo.

- Hasta el 25% de las células de los órganos eran células inmunes, lo que indica que el sistema inmunológico contribuye significativamente a la composición celular del cuerpo.

- Y, junto con las células T antivirales, la mayoría de las demás células inmunitarias también residen de forma duradera en los tejidos de los órganos.

Wijeyesinghe espera que este estudio pueda avanzar aún más en el cambio en curso en la forma en que la comunidad científica en general conceptualiza el sistema inmunológico y la homeostasis inmunológica.

Durante este estudio, Wijeyesinghe también descubrió inesperadamente cómo las células T residentes en tejidos pueden servir como origen de las células T de memoria en la sangre. Como siguiente paso en esta investigación, el Masopust Lab está desarrollando nuevas técnicas para rastrear el destino de estas células inmunes, con la esperanza de analizar aún más la relación entre la inmunidad transmitida por la sangre y la inmunidad basada en los tejidos.

Este estudio está financiado por la Facultad de Medicina de la Universidad de Minnesota, las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (R01 AI084913, R01 AI146032, F30 DK114942 y T32 AI007313) y el programa de becarios de la facultad del Instituto Médico Howard Hughes.

Acerca de la Facultad de Medicina de la Universidad de Minnesota

La Facultad de Medicina de la Universidad de Minnesota está a la vanguardia del aprendizaje y el descubrimiento, transformando la atención médica y educando a la próxima generación de médicos. Nuestros graduados y profesores producen investigación biomédica de alto impacto y promueven la práctica de la medicina. Visite med.umn.edu para conocer cómo la Universidad de Minnesota está innovando en todos los aspectos de la medicina.

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El descubrimiento del sistema inmunológico podría acabar con el rechazo crónico de órganos

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& ldquoLa tasa de rechazo agudo dentro de un año después de un trasplante ha disminuido significativamente, pero es probable que muchas personas que reciben un trasplante de órgano necesiten un segundo en su vida debido al rechazo crónico & rdquo, dijo Fadi Lakkis, MD, quien posee el Frank & amp Athena Sarris, Cátedra de Biología de Trasplantes y directora científica del Instituto de Trasplantes Pitt & rsquos Thomas E. Starzl. & ldquoEl eslabón perdido en el campo del trasplante de órganos es una forma específica de prevenir el rechazo, y este hallazgo nos acerca un paso más hacia ese objetivo. & rdquo

Luego, los investigadores utilizaron análisis moleculares y genéticos para demostrar que se requería una molécula llamada receptor A pareado similar a Ig (PIR-A) para esta característica de reconocimiento y memoria de las células inmunes innatas en los huéspedes. Cuando PIR-A se bloqueó con una proteína modificada sintéticamente o se eliminó genéticamente del animal huésped, se eliminó la respuesta de memoria, lo que permitió que los tejidos trasplantados sobrevivieran durante mucho más tiempo.

INFORMACIÓN DE LA IMAGEN: (haga clic en cada uno para ver las versiones de alta resolución)

TÍTULO: Gráfico que compara las tasas de supervivencia del injerto para los trasplantes de riñón en 1985 y 2016: Los avances médicos han ayudado a reducir drásticamente las tasas de rechazo agudo (durante el primer año) después del trasplante, pero el rechazo crónico continúa reduciendo la supervivencia de órganos a largo plazo.

CRÉDITO: Fadi Lakkis, Universidad de Pittsburgh, datos adaptados del Sistema de datos renales de los Estados Unidos


11.1A: Células y órganos del sistema inmunológico - Biología

¡Curso extremadamente útil para comprender la base de lo que es la inmunología! ¡Lo recomiendo absolutamente! y felicitaciones a la instructora, ¡fue muy fácil de entender y pudo mantenerme involucrado!

El curso presenta una excelente explicación detallada paso a paso de la inmunidad desde la perspectiva de la biología de sistemas: comenzando a nivel de organismo y bajando a los niveles celular y molecular.

Преподаватели

Alma Moon Novotny, Ph.D.

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Antes de analizar las células específicas que están involucradas en la inmunidad, vamos a empezar a ver cómo llegamos a ellas en primer lugar. Es decir, estamos buscando el origen de toda la hematopoyesis. Resulta que estás regenerando constantemente todos tus tipos de células sanguíneas y, curiosamente, hay una célula madre hematopoyética que puede darte, puedes ver que esto ni siquiera cubre todos los posibles tipos de sangre que puedas tener. aquí en la parte inferior. Pero de aquí es de donde vienen. Entonces, cuando miramos una célula madre hematopoyética, estamos viendo algo que se llama célula madre pluripotente, es decir, tiene muchas fases de desarrollo posibles. Si solo pudiera dar lugar a un tipo de célula, sería una célula madre de un tipo particular. Si fuera una célula madre como la que tiene en los embriones tempranos, se consideraría totipotente porque podría dar lugar a cualquier cosa. Pero puede ver que esta célula madre en particular tiene un montón de opciones diferentes, pero todas son tipos de células sanguíneas. Esta célula madre se forma por primera vez mucho antes de que usted nazca, como un embrión en la membrana del saco vitelino que se deriva de la membrana real que extrae el alimento de la yema en los huevos amniot y es básicamente una estructura vestigial a excepción de la célula madre hematopoyética. generación en mamíferos. Ahora, estas células, migrarán rápidamente al hígado y al bazo a medida que se desarrolla el embrión y, para cuando nazca, ya habrá establecido una población de ellas en la médula ósea. Estos muchachos son realmente notables. Si realmente trasplanto tan solo 50 o 100 de estas células, quiero decir que puede contarlas de una persona a otra, pueden regenerar toda la población de células sanguíneas de un individuo. Eso tiene algunas posibilidades notables para los trasplantes de médula ósea, los autotrasplantes de médula ósea. Pueden sacarle células buenas, matar todas las malas, volver a colocarlas, regenerar las células sanguíneas con algo saludable. Eso puede solucionar muchos de los problemas que tienen las personas con la enfermedad de injerto contra huésped. Pero recolectarlos puede ser todo un desafío. Veremos que tan pronto como las células madre hematopoyéticas comiencen a diferenciarse, y tenemos el destino aquí, comenzarán a poner moléculas de superficie en su superficie que dirán que es parte de un linaje y no las tendrá antes de esa fecha. . Pero no obstante, hay tan pocos de estos que es realmente bastante difícil elegirlos. Entonces, vamos a continuar y ver cómo esta célula produce su suministro sanguíneo completo. Antes de ir allí, me temo que algunos de ustedes pueden llevar algo de equipaje de la secundaria y es decir, cuando yo estaba en la escuela, teníamos una forma muy, digamos, primitiva de describir las células sanguíneas y categorizarlas. . Es decir, teníamos eritrocitos, esos son los glóbulos rojos y las plaquetas y luego los glóbulos blancos que incluyen todos estos otros tipos y más. Entonces, aquí & # x27s un recordatorio. Los glóbulos rojos o eritrocitos constituyen la mayoría de las células en el torrente sanguíneo, pero son un resultado muy particular de la hematopoyesis, pertenecen al linaje mieloide que veremos. Tienen una pequeña cooperación con el sistema inmunológico, pero básicamente están ahí para mantener el suministro de oxígeno y el pH en la sangre. Las plaquetas aquí son pequeños fragmentos de células y podemos ver que comenzamos con megacariocitos que pasan por una fase de desarrollo y comienzan a pellizcar estas pequeñas plaquetas que a veces se llaman trombocitos. Nuevamente, estas cosas realmente ayudarán a estimular el sistema inmunológico, pero los trombocitos no se consideran parte de los glóbulos blancos. Los megacariocitos, por otro lado, son glóbulos blancos, y en la imagen aquí tenemos un megacariocito metafórico que se muestra como un defensor de las obras públicas y aquí tenemos un agujero en su vaso sanguíneo. Este tipo taponará la fuga como cualquier buen trabajador de mantenimiento. Por supuesto, puede ver que este tipo está haciendo esto con plaquetas que está pellizcando en pequeñas extensiones de su citoplasma y las plaquetas van a estallar en este agujero y ayudarán a taparlo. Además, también hemos mostrado este receptor aquí, que es un receptor de trombopoletina, y cuando tenga mucho daño en su sistema, estos tipos recibirán mensajes que dicen que está en peligro y que regularán su producción de plaquetas. Por lo tanto, no para dejarse llevar por todo esto, sino para recordarle que cuando comienza con una célula madre hematopoyética, tendrá que desarrollar una serie de señales para seguir una vía u otra. Y aquí tenemos uno en la parte superior y básicamente hay dos decisiones diferentes que esto puede tomar, y es seguir siendo una célula madre hematopoyética y continuar dividiéndose y regenerándose. Y el factor de transcripción BMI-1 es importante en esa decisión. Sin embargo, si comienza a necesitar células adicionales en su torrente sanguíneo y esa es realmente una necesidad constante y continua, algunas de las células que son células madre hematopoyéticas descorcharán el factor de transcripción GATA-2 y el GATA-2 comenzará a enviar a estos tipos hacia abajo. vías de desarrollo hacia el yo funcional específico. Una de las primeras cosas que parece suceder es que ponen algo en sus superficies llamado Lin, para el linaje y entonces estas serán células de linaje más mientras que las células hematopoyéticas serán de linaje menos o Lin menos. Ahora, la primera decisión que esta célula tiene que tomar después de haber decidido ir a alguna parte es si va a ser parte del linaje linfoide o mieloide. Entonces, si esto va a convertirse en parte del linaje linfoide, específicamente regulará al alza otro factor de transcripción, Ikaros, y si no lo hace, en realidad tiene una variedad de factores de transcripción que son predeterminados pero muy complicados. . Aquellos conducirán al linaje mieloide. Entonces, si nota que aquí tenemos un progenitor mieloide común y un progenitor linfoide común. El progenitor mieloide común produce un gran grupo de células que incluyen megacariocitos, plaquetas, eritrocitos y un grupo de otras células que estoy a punto de entrar y describir. Los Ikaros enviarán esto al progenitor linfoide común que produce otras células dendríticas pero también células NK y luego las células adaptativas que reorganizan su gen, que entrará en células B y células T. Para cuando estemos llegando a las células T que serán algo que hagamos después de la siguiente, comenzaremos a notar señales específicas en la membrana celular y eso está en la familia de señales notch que se utilizan para una variedad de de eventos de desarrollo desde pre-root sabios hasta nosotros. Entonces, esta es una especie de imagen general de cómo lo obtenemos y en la siguiente sección, veremos las células mieloides.


Linfocitos --- Corazón del sistema inmunológico

Cómo los linfocitos reconocen los antígenos

Cuando un antígeno invade el cuerpo, normalmente solo los linfocitos con receptores que se ajustan a los contornos de ese antígeno en particular participan en la respuesta inmune. Cuando lo hacen, se generan las llamadas células hijas que tienen receptores idénticos a los que se encuentran en los linfocitos originales. El resultado es una familia de linfocitos, denominada clon de linfocitos. con receptores específicos de antígeno idénticos.

Un clon continúa creciendo después de que los linfocitos encuentran por primera vez un antígeno, de modo que, si el mismo tipo de antígeno invade el cuerpo por segunda vez, habrá muchos más linfocitos específicos para ese antígeno listos para enfrentarse al invasor. Este es un componente crucial de la memoria inmunológica. .

¿Cómo se fabrican los linfocitos?

Algunos linfocitos se procesan en la médula ósea y luego migran a otras áreas del cuerpo, específicamente a los órganos linfoides (consulte Sistema linfático). Estos linfocitos se denominan linfocitos B o células B (para las células derivadas de la médula ósea). Otros linfocitos se mueven desde la médula ósea y se procesan en el timo, un órgano linfoide en forma de pirámide ubicado inmediatamente debajo del esternón al nivel del corazón. Estos linfocitos se denominan linfocitos T o células T (para las células derivadas del timo).

Estos dos tipos de linfocitos, células y células T, desempeñan papeles diferentes en la respuesta inmunitaria, aunque pueden actuar juntos e influir mutuamente en las funciones. La parte de la respuesta inmune que involucra a las células B a menudo se llama inmunidad humoral porque tiene lugar en los fluidos corporales. La parte que involucra a las células T se llama inmunidad celular porque tiene lugar directamente entre las células T y los antígenos. Sin embargo, esta distinción es engañosa porque, estrictamente hablando, todas las respuestas inmunitarias adaptativas son celulares, es decir, todas son iniciadas por células (los linfocitos) que reaccionan a los antígenos. Células B puede iniciar una respuesta inmune, pero los antígenos desencadenantes son en realidad eliminados por productos solubles que las células B liberan en la sangre y otros fluidos corporales. Estos productos se denominan anticuerpos y pertenecen a un grupo especial de proteínas sanguíneas llamadas inmunoglobulinas.Cuando una célula B es estimulada por un antígeno que encuentra en los fluidos corporales, se transforma, con la ayuda de un tipo de célula T llamada célula T colaboradora. (ver "Células T"), en una célula más grande llamada célula blástica. La célula blástica comienza a dividirse rápidamente, formando un clon de células idénticas.

Algunos de estos se transforman aún más en células plasmáticas, en esencia, factonas productoras de anticuerpos. Estas células plasmáticas producen un solo tipo de anticuerpo específico de antígeno a una velocidad de aproximadamente 2.000 anticuerpos por segundo. Los anticuerpos luego circulan a través de los fluidos corporales, atacando al antígeno desencadenante.

Los anticuerpos atacan a los antígenos uniéndose a ellos. Algunos anticuerpos se adhieren a los microorganismos invasores y los inmovilizan o impiden que penetren en las células del cuerpo. En otros casos, los anticuerpos actúan junto con un grupo de proteínas sanguíneas, denominado colectivamente sistema del complemento, que consta de al menos 30 componentes diferentes. En tales casos, los anticuerpos recubren el antígeno y lo someten a una reacción química en cadena con las proteínas del complemento. La reacción del complemento puede hacer que el invasor explote o puede atraer células carroñeras que "comen" al invasor.

Not all of the cells from the clone formed from the original B cell transform into antibody-producing plasma cells some serve as so-called memory cells. These closely resemble the original B cell, but they can respond more quickly to a second invasion by the same antigen than can the original cell. T cells. There are two major classes of T cells produced in the thymus: helper T cells and cytotoxic, or killer, T cells. Helper T cells secrete molecules called interleukins (abbreviated IL) that promote the growth of both B and T cells. The interleukins that are secreted by lymphocytes are also called lymphokines. The interleukins that are secreted by other kinds of blood cells called monocytes and macrophages are called monokines. Some ten different interleukins are known: IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, interferon, lymphotoxin, and tumor necrosis factor. Each interleukin has complex biological effects.

Cytotoxic T cells destroy cells infected with viruses and other pathogens and may also destroy cancerous cells. Cytotoxic T cells are also called suppressor lymphocytes because they regulate immune responses by suppressing the function of helper cells so that the immune svstem is active onlv when necessary.

The receptors of T cells are different from those of B cells because they are "trained" to recognize fragments of antigens that have been combined with a set of molecules found on the surfaces of all the body's cells. These molecules are called MHC molecules (for major histocompatibility complex). As T cells circulate through the body, they scan the surfaces of body cells for the presence of foreign antigens that have been picked up by the MHC molecules. This function is sometimes called immune surveillance.


Crosstalk between microbiota and extra-intestinal organ immunity

Although most studies in the field to date focused on the interplay of microbiota and mucosal immunity in the intestine, interactions of both the gut microbiota and extra-intestinal microbiota communities with extra-intestinal organ immunity have been gaining increased attention (Fig. 3). Emerging evidence highlights that the local microbiomes of extra-intestinal mucosal surfaces provide niche-specific functions, including modulation of organ-specific immune responses.

The gut microbiome and microbiome-associated metabolites translocate from the intestinal lumen to various organs (e.g., liver, brain or lung) through the circulatory system, and subsequently induce tissue-specific local immune responses. In the liver, bacterial LPS is recognized by TLR4 in different cell types, leading to upregulation of various pro-inflammatory chemokines and adhesion molecules. MAMPs influence the number, function and maturation of Kupffer cells, and glycolipid antigen-containing probiotics can activate hepatic NKT cells. The gut-resident pathobiont Klebsiella pneumoniae can translocate and induce Th17 cell responses in the liver. In the CNS, microbiome-derived SCFAs regulate microglial homeostasis, and promote regulatory T cells to counter-regulate CNS autoimmunity. In the lung, SCFA-induced primed myeloid cells translocate to the lung and shape the pulmonary immunological landscape. Clostridium orbiscindens-derived product desaminotyrosine modulates type I IFN signaling. In addition, exposure to different lung-resident microbes (e.g., Pseudomonas, Lactobacillus, pneumotypeSPT) is associated with an enhanced Th17 type response.

Alike the intestine, the skin (the body’s largest organ) represents a dynamic and complex ecosystem, harboring and interacting with a plethora of locally-entrenched commensal microorganisms. High throughput sequencing-based studies revealed a diversity of site-specific but temporally stable microbial communities in the healthy human skin 200,201 featuring inter-individual variability. 202 The skin microbiota induces protective and regulatory immunity that contributes to host-microbe mutualism. Skin-resident commensals not only effectively control the equilibrium of T effector and regulatory T cells in the tissue, dependent of IL-1 and MyD88 signaling, 111 but also regulate components of the cutaneous complement system 203 as well as the expression of various cutaneous AMPs. 204 Certain aspects of the regulation of cutaneous innate and adaptive immunity by the skin microbiome feature strain specificity. One of the most highly abundant skin commensals, Staphylococcus epidermidis, can specifically induce homing of CD8 + T cells primed by CD103 + DCs into the epidermis and can promote skin antimicrobial responses in an IL17-dependent manner. 205 Furthermore, the S. epidermidis-specific CD8 + T cell response is restricted to non-classical MHC class I molecules, which also promote tissue repair. 206 During skin injury,TLR2 recognition of S. epidermidis cell wall component lipoteichoic acid suppresses skin inflammation and inhibits release of inflammatory cytokines, thereby promoting wound healing. 207 It should be noted that colonization with skin commensal during the neonatal period is crucial for establishing immune tolerance through massive accumulation of active T regulatory cells in the neonatal skin, collaboratively driven by hair follicle morphogenesis. 208,209 Moreover, epidermal keratinocytes also actively participate in cutaneous immune defenses. Microbial metabolites, such as SCFAs produced by the commensal skin bacterium Propionibacterium acnes, can modulate keratinocyte inflammatory activity through inhibition of the keratinocytes’ histone deacetylases. 210 Furthermore, cutaneous commensals such as coagulase-negative Estafilococo strains produce antimicrobials that protect from pathobionts such as Staphylococcus aureus. 211

Skin dysbiosis has been associated with different inflammatory skin disorders, including atopic dermatitis 212 and psoriasis. 213 Whether skin dysbiosis is the cause or consequence of these disorders is not yet clarified, but it has been proposed that locally amplified immune responses to particular skin microbes, or increased microbial load, in the setting of impaired skin barrier and genetic predisposition, might contribute to pathology. 214 For example, skin colonization with Staphylococcus aureus promotes skin allergy in a mouse model of atopic dermatitis through δ-Toxin-induced mast cell activation. 215 Furthermore, epidermal JunB is critical for immune-microbiota interactions, as mice lacking JunB expression in skin epithelial cells are characterized by augmented Th2 and Th17 type immune responses, accompanied by increased S. aureus colonization. 216 However, many open questions remain to be explored, including the molecular basis of cutaneous microbiota-immune interactions and mechanisms by which the cutaneous immune system discriminates between skin commensals and pathogens.

Emerging evidence highlights an important crosstalk between the gut microbiome and the lung (‘gut-lung axis’). Alterations in the gut microbiome or microbiome-derived metabolites may impact on lung immunity in the context of pulmonary diseases. Gut commensals regulate antiviral immunity at the respiratory mucosa through inflammasome activation upon influenza A virus infection. 217 Accordingly, GF mice show an impaired pulmonary pathogen clearance. 218 Microbiome-derived SCFAs promote bone marrow hematopoiesis, and the primed myeloid cells subsequently migrate to the lung, shaping the lung’s immunological landscape and conferring protection against airway inflammation. 219 Desaminotyrosine, a product derived from the gut commensal Clostridium orbiscindens, exerts distal effects on the lung to protect against influenza through modulation of type I IFN signaling. 220

Additionally, recent evidence points towards a potential of a locally entrenched lung microbiota possibly impacting pulmonary immunity. 221 In mice, the rapid formation of an airway microbiome within the first 2 postnatal weeks is critical for immune tolerance to inhaled allergens through PD-L1-related mechanisms. 222 The human microbiome in the lower respiratory tract forms within the first 2 postnatal months, alongside lung immune maturation. 223 Alterations of the lung microbiota has been implicated in exacerbation of chronic pulmonary diseases, including chronic obstructive pulmonary disease, asthma and cystic fibrosis. 224 Notably, exposure to different lung microbes is associated with different cellular immune responses. For example, enrichment of Pseudomonas y Lactobacillus in mouse models of chronic lung inflammation, 225 or pneumotypeSPT derived from a diseased human bronchoalveolar system, 226 is related to an enhanced Th17 type response. Pathobionts such as members of Proteobacteria induce severe TLR2-independent airway inflammation and lung immunopathology. 227 More recent evidence suggests that certain lung commensals may instigate the development of pulmonary adenocarcinoma by activating γδ T cells that produce IL17. This highlights the putative role of a lung microbiome-immunity crosstalk in lung cancer. 228 However, the study of the lung microbiome and the interplay between commensal microbial communities and pulmonary immunity is only in its infancy, with many more mechanistic insights expected to be revealed in future studies.

Hígado

The liver features direct anatomical connection to the gastrointestinal tract via the portal venous circulation and bile duct system, thereby being constantly exposed to bacterial products of gut microbiome origin (‘gut-liver axis’). Intestinal commensals and their products were repeatedly reported to translocate from the intestinal lumen to the liver in certain contexts, in which they may impact hepatic immune responses. For example, microbial-associated molecular patterns (MAMPs) from gut bacteria can directly influence the number, function and maturation of hepatic Kupffer cells (KCs), a critical componentof the hepatic innate immune system. 229 Intestinal pathogens may exacerbate immunological hepatic injury by activating DCs and NKT cells in the liver. 230 Similarly, glycolipid antigen-containing probiotics were reported to stimulate hepatic NKT cells in a strain- and dose-dependent manner. 231 Hepatic stellate cells, the main fibrosis-inducing cell line in the liver, can also be directly stimulated by bacterial lipopolysaccharide (LPS), mainly through induction of TLR4 signaling. This results in an upregulation of multiple chemokines and adhesion molecules. 232 Innate immune sensing of gut-derived microbial products by different TLRs, including TLR4, TLR9, TLR5, and their downstream impacts on liver inflammation in the context of NAFLD/NASH have been recently reviewed elsewhere. 180

Liver inflammation impacted by gut microbiota was also described in primary sclerosing cholangitis (PSC), a chronic inflammatory and cholestatic liver disease. The enteric pathobiont Klebsiella pneumonia cultured from PSC patient specimens was demonstrated to damage the intestinal epithelial barrier, thereby inducing bacterial translocation that promotes Th17 cell responses in the murine liver. 233 Interestingly, a recent study showed alterations of the bile microbiota in PSC patients, characterized by reduced biodiversity, higher abundance of the pathobiont Enterococcus faecalis, and increased levels of the noxious secondary bile acid taurolithocholic acid. 234 However, it remains unclear whether these alterations are causally involved in PSC or are merely a consequence of biliary disease.

Recent studies also demonstrated carcinogenic effects of microbiome-derived small molecules via regulation of immune responses in liver malignancy, including secondary bile acid mediating upregulation of hepatic NKT cells, 189 deoxycholic acid modulating the inflammatory secretome, 235 lipoteichoic acid regulating prostaglandin E2 expression, 236 and LPS signaling through TLR4. 237

Central nervous system

The development of a healthy brain and balanced neuro-immunity relies on integration of numerous endogenous and environmental cues. Among these, molecular signals originating from the gut microbiome may play prominent roles in modulating brain cell function. 238 Microglia are among the primary innate immune cells in the CNS, and are instrumental in CNS immune defense and contribute to brain development and homeostasis. 239 The microbiota contributes to microglia homeostasis, potentially mediated by signaling through SCFAs. 240 GF mice display marked defects in microglia structure and function and hence feature impaired CNS innate immune responses. 240,241 Interestingly, the maternal microbiome impacts on microglial development during prenatal stages, and microglial perturbations associated with the absence of microbiota manifest in a sex-dimorphic manner. 242 Both microbial dysbiosis and microglial dysfunction have been described in several neurological diseases, including behavioral, inflammatory and neurodegenerative disorders. 243 Whether microbiota-microglia interactions contribute to the pathogenesis of these disorders merits further studies.

Moreover, diet-derived SCFAs were reported to promote regulatory T cells to counter-regulate autoimmunity in the CNS, 139 and the intestinal microbiota modulates meningeal IL-17 + γδ T cells, which impact on the pathogenesis of ischemic brain injury. 244 Despite tremendous recent advances, the study of the interplay between the microbiome and neuro-immunity in health and disease is still in its infancy. Some studies shed light on possible mechanisms driving such putative 'gut-brain axis' in the context of neuro-immunity. For example, depletion of gut commensal bacteria by antibiotic treatment dampens the progression of experimental autoimmune encephalomyelitis in mice, which is suggested to be mediated by induction of IL-10-producing regulatory T cells. 245 Offsprings of pregnant female mice that harbor certain gut bacteria with a propensity to induce T helper 17 response are at increased risk of developing neurodevelopmental disorders. 246 Interestingly in a murine maternal immune activation model, IL-17a-mediated inflammatory responses were shown to exert beneficial roles in improving social behaviors in offsprings of adult mice. 247 Potential microbiota involvement in these mechanisms merits further studies. Continued research efforts in this direction may hold great therapeutic promise in uncovering new regulatory pathways impacting a variety of inflammatory, developmental and degenerative neurological diseases.

Intra-organ low-biomass microbiomes

There is growing recent interest in utilizing next-generation sequencing to characterize sparsely populated low-biomass microbiomes in seemingly ‘sterile’ organs, such as the skin, 206 lungs, 248 reproductive organs 249 and bile ducts. 234 However, caution is required in interpreting such findings, as many studies that attempt to investigate low-biomass microbiome samples are challenged by high false positive signals resulting from contamination and sequencing-related challenges and artefacts. 250 Contaminating microbial DNA may originate from multiple environmental sources, such as laboratory extraction, amplification and library preparation kits. 251 Notably, the notion of the existence of a placental microbiome and its link to reproductive health was recently challenged by a thorough comparison of results using different kits, blank controls and complementary approaches of microbial detection not exclusively relying on sequencing. 252,253 In order to avoid fallacious conclusions, strategies to control contamination must be considered when working with low microbial biomass tissues, including experimental and computational measures. 250,254,255,256 Although promising, these strategies largely still await proof that signals uncovered from low-biomass microbiomes reliably translate into verifiable mechanistic biological insights.


When the Immune System Fails

Unless you're shot in the head or hit by a bus, your immune system has a major and direct influence on your life span!

Under normal circumstances the immune system acts for the good of the host - preventing infection and cancer. However, it can sometimes seem to be acting in a negative manner by actually causing disease rather than preventing it. This article aims to discuss and highlight two extremes of the immune system, with disease examples for both.

The Goldilocks phenomenon

Disorders in an individual's immune system can result in conditions of varying severity from affecting quality of life through to death. Often described as the "Goldilocks phenomenon", the activity of the immune system can result in disorders through either not reacting readily enough or by eliciting an immune response too promptly. In the first instance, where the immune system is not responsive enough, immunodeficiency diseases can occur, often resulting in recurring and life-threatening infections

Immunodeficiency can arise from a number of sources the result of a genetic disease, such as in the case of severe combined immunodeficiency (SCID) from the use of pharmaceuticals, such as immunosuppressive drugs or through an infection, such as acquired immune deficiency syndrome (AIDS) that is caused by the retrovirus HIV. In situations when the immune system is hyperactive and works more effectively than it should, the result can be an attack on normal tissues, as if they were foreign organisms. This can result in autoimmune diseases such as diabetes mellitus (type I diabetes), rheumatoid arthritis, lupus erythematosus, coeliac disease and allergies to name but a few.

Immunodeficiency can occur when one or more components of the immune system are defective or inactive. The ability of the immune system to respond to pathogens is reduced in both the very young and the elderly, with immune responses starting to decline after the age of 50 on average due to immunosenescence. In developed countries obesity, alcohol consumption and drug abuse are common causes of poor immune function. However, malnutrition is the most common cause of immunodeficiency globally due to the often poor diet of individuals in developing countries. Diets lacking sufficient protein and deficiency of single nutrients such as iron, copper, zinc, selenium, vitamins A, C, E, and B6, and folic acid have all been reported to reduce immune responses. Additionally, loss of thymus function at an early age through genetic mutation or surgical removal, for example during some paediatric heart surgery, can result in severe immunodeficiency. Immunodeficiency can also be inherited, for example chronic granulomatous disease (CGD) is a genetic condition whereby patients suffer from recurrent bouts of infection due to the decreased capacity of their immune system's phagocytes to fight off disease-causing pathogens. HIV infection and some types of cancer result in acquired immunodeficiency as a symptom.

Overactive immune responses

In contrast, an overactive immune system can be the cause of several conditions characterised by an inappropriate response by the immune system. This can be down to either a failure to fully distinguish between self and non-self, thus resulting in an attack on the body's own tissues as in the case of autoimmunity, or by an over-reaction to the environment in the instance of hypersensitivity. These undesirable and damaging responses may be divided into four classes based on the mechanisms involved and the timeframe of the reaction:

EscribeDescripciónEjemplo
IAn immediate or anaphylactic reaction, often associated with an allergy. Symptoms range from mild discomfort to death.Asthma
IIOccurs when antibodies bind to antigenson the patient's own cells, marking them for destruction,Autoimmune haemolytic anaemia
IIITriggered by aggregations of antigens, complement proteins and antibodies which are deposited in various tissues.Lupus eritematoso sistémico
IVAlso known as cell-mediated or delayed type hypersensitivity, these conditions usually take between two and three days to develop and are involved in many autoimmune and infectious diseases. May also involve contact dermatitis as in the case of poison ivy.Contact dermatitis

Immunodeficiency case study

Severe combined immunodeficiency (SCID), or Boy in the Bubble Syndrome, is a severe, genetically inherited immunodeficiency disorder in which one's adaptive immune system is completely disabled due to a defect in one of several genes. SCID is listed as a rare disease by the Office of Rare Diseases of the National Institutes of Health, meaning that SCID, or a subtype of SCID, affects less than 200 000 people in the US population. Affected individuals are extremely vulnerable to infectious diseases with symptoms including chronic diarrhoea, ear infections, recurrent pneumonia and profuse oral infection with Candida. Babies born with SCID, if untreated, usually die within their first year due to severe, recurrent infections. Several US states are undergoing pilot studies to diagnose SCID in newborns (as of February 1st 2009 Wisconsin and Massachusetts screen all newborns). To date, the most common treatment for SCID is a bone marrow transplant from a related donor, preferably in the first 3 months after birth or before the child is born. Gene therapy techniques have also been developed and as a result, the first treatment of SCID patients occurred in 2000 and allowed these individuals to have a functional immune system for the first time. These trials are, however, on hold due to an increased occurrence of leukemia in these patients.

Hypersensitivity case study

Asthma is a very common chronic disease the affects the respiratory system whereby the airways constrict, become inflamed and lined with excess mucus. Often in response to one or more triggers, an asthmatic response may result from exposure to airborne allergens, tobacco smoke, cold or warm air, perfume, exercise, stress to name but a few. Symptoms of asthma can range from mild to life-threatening and include wheezing, chest tightness and itching, coughing and shortness of breath. Such symptoms can usually be controlled with a combination of drugs and environmental changes following the identification of triggers. Attention in developed countries has focused on asthma because of its rapidly increasing prevalence, affecting up to one in four urban children. However, asthma is caused by complex interactions of environmental and genetic factors that are not yet fully understood. By the end of 2005 25 genes had been associated with asthma in several populations. Many of these genes are related to the immune system or to modulating inflammation.

Autoimmune case study

Rheumatoid arthritis (RA) is a chronic and systemic autoimmune disorder, the causes of which are still incompletely known. It most commonly results in the inflammation and tissue damage of joints and tendon sheaths. RA can be a disabling and painful condition which can ultimately lead to the substantial loss of function and mobility. Whilst there is currently no known cure for RA, treatment can alleviate symptoms and in some cases modify the process. Such treatments range from physical therapy, painkillers and anti-inflammatory drugs through to disease-modifying antirheumatic drugs (DMARDs) which can be used to inhibit the causative immune processes. The course of RA varies greatly with some people having mild short-term symptoms but, in most cases the disease is progressive and chronic.


11.1A: Cells and Organs of the Immune System - Biology

  • body's ability to resist or eliminate potentially harmful foreign materials or abnormal cells
  • consists of following activities:
    • Defense against invading pathogens (viruses & bacteria)
    • Removal of 'worn-out' cells (e.g., old RBCs) & tissue debris (e.g., from injury or disease)
    • Identification & destruction of abnormal or mutant cells (primary defense against cancer)
    • Rejection of 'foreign' cells (e.g., organ transplant)
    • Inappropriate responses:
      • Allergies - response to normally harmless substances
      • Autoimmune diseases
      • Bacteria - induce tissue damage & produce disease largely by releasing enzymes or toxins that physically injure or functionally disrupt affected cells & organs
      • Viruses - can only reproduce in host cells & cause cellular damage or death by:
        • depleting essential cellular components
        • causing cellular production of substances toxic to cell
        • transforming normal cells into cancer cells
        • inducing destruction of cells because infected cell no longer recognized as 'normal-self' cell


        The innate immune response functions as the first line of defence against infection. It consists of soluble factors, such as complement proteins, and diverse cellular components including granulocytes (basophils, eosinophils and neutrophils), mast cells, macrophages, dendritic cells and natural killer cells. The adaptive immune response is slower to develop, but manifests as increased antigenic specificity and memory. It consists of antibodies, B cells, and CD4 + and CD8 + T lymphocytes. Natural killer T cells and gamma-delta T cells are cytotoxic lymphocytes that straddle the interface of innate and adaptive immunity (Dranoff 2004). Dendritic cells are leucocytes that get their name from their surface projections that resemble the dendrites of neurons. They are found in most tissues of the body and are particularly abundant in those that are interfaces between the external and internal environments, e.g., skin and the lining of the gastrointestinal tract. Dencritic cells present antigen/self-antigen complexes that activate T-cells. Gamma-delta cells are primarily found in the intestine, the lining of the vagina, and the skin. They encounter antigens at those locations and, therefore, serve as a first line of defense.



        Nonspecific Immune Responses

        2 - Interferon - group of proteins that defend against viral infection

        3 - Natural killer cells - lymphocyte-like cells that rather nonspecifically lyse & destroy virus-infected cells & cancer cells

        • can be caused by microbial infections, physical agents (e.g., trauma, ultraviolet radiation, burns, or 'frostbite'), & tissue necrosis resulting from inadequate blood flow
        • principle effects include:
          • Redness - inflamed tissue appears red, e.g., skin affected by sunburn, due to dilation of small blood vessels within the damaged area
          • Heat - an increase in temperature is seen in peripheral parts of the body, such as the skin. It is due to increased blood flow to the area as a result of vascular dilation and the delivery of warm blood to the area.
          • Swelling - results from edema (accumulation of fluid in the extra vascular space)
          • Pain - results partly from the stretching and distortion of tissues due to edema and, in particular, from pus under pressure


          Bacterial invasion or tissue damage

          Arterial vasodilation & Increased capillary permeability

          Increased blood flow to tissue & accumulation of fluid


          http://www.biologymad.com/Immunology/inflammation.jpg


          Immunology in the gut mucosa

          • family of similar proteins
          • interfere with replication of the same or unrelated viruses in other host cells
          • Mechanism:

          Interferon binds with receptors on uninvaded cells

          Uninvaded cells produce enzymes capable of breaking down viral mRNA

          Virus enters previously-uninvaded cell (now with interferon)

          Virus-blocking enzymes are activated

          Virus unable to multiply in newly invaded cells


          Interferon and the immune response

          • lymphocyte-like cells
          • destroy virus-infected cells & cancer cells by lysing their membranes upon first exposure
          • mode of action similar to cytotoxic T cells (but latter can attack only cells to which they have been previously exposed)
          • an important first line of defense against newly arising malignant cells and cells infected with viruses, bacteria, and protozoa. They form a distinct group of lymphocytes with no immunological memory. Natural Killer Cells constitute 5 to 16 percent of the total lymphocyte population. Their specific function is to kill infected and cancerous cells.
          • activated by invading organisms &, more often, triggered by antibodies ('complements' action of antibodies)
          • consists of 11 plasma proteins produced by liver


          The complement cascade after activation by pathogens. Tthe complement cascade is usually activated by antibody complexes (classical pathway). This activation leads opsonization and phagocytosis, as well as lysis as a result of the formation of the membrane attack complex (MAC). These combined actions of complement lead to the elimination of pathogenic cells (Figure modified from Ricklin and Lambris 2007).
          • Functions: 1 - Membrane-attack complex proteins form a channel in membrane of invading cell. The resulting influx of water causes lysis (or bursting) of the invading cell.


          Complement system (more detailed!)

          The complement system consists of a series of proteins that work to "complement" the work of antibodies in destroying bacteria.

          • Selective attack aimed at "target" following prior exposure
          • Two classes of responses:
            • Humoral immunity - antibodies produced by B lymphocytes
            • Cell-mediated immunity - activated T lymphocytes


            Lymphocytes originate as stem cells in the bone marrow.
            Some migrate to the Thymus & develop into T-cells others remain in the bone marrow & develop into B-cells.
            Both B- & T-cells then migrate to lymphoid tissue.


            Organs and tissues of the immune system
            (www.niaid.nih.gov)


            B lymphocytes (or B cells) are most effective against bacteria & their toxins plus a few viruses, while T lymphocytes (or T cells) recognize & destroy body cells gone awry, including virus-infected cells & cancer cells.


            Clonal selection (and expansion of the vertebrate immune response (Figure from Bergstrom and Antia 2006)

            The adaptive immune response of vertebrates works by clonal selection. Independent of exposure to an antigen or pathogen, the immune system generates a repertoire of immune cell lineages or clones (labeled 1&ndash8 in the above Figure), each encoding a receptor with a predetermined shape and specificity. The human immune system creates in excess of 10,000,000 different clones. As a first approximation, those that react with self-antigens (numbers 3, 5, and 8 in Figure I) are deleted shortly after they mature. When the individual is infected with a pathogen, those clones that are specific for the pathogen (number 2 in the above Figure) will proliferate, producing a pathogen-specific immune cell population that is large enough to control that pathogen. This process is known as clonal expansion. After the pathogen is cleared, some of the pathogen-specific immune cells survive and confer immune memory (Bergstrom and Antia 2006).

            • Antigen = foreign protein (e.g., an antigenic protein from the outer surface of the Lyme disease bacterium is pictured to the right)
            • Each B & T cell has receptors on surface for binding with a particular antigen.
            • B-cells that bind with an antigen will subsequently differentiate into Plasma cells & Memory cells
              • Plasma cells - begin to produce antibodies (up to 2,000 per second)
              • Memory cells - remain dormant until a person is again exposed to the same antigen

              The B cell uses its receptor to bind a matching antigen, which it proceeds to engulf and process. Then it combines a fragment of antigen with its special marker, the class II protein. This combination of antigen and marker is recognized and bound by a T cell carrying a matching receptor. The binding activates the T cell, which then releases lymphokines interleukins that transform the B cell into an antibody- secreting plasma cell.

              • Grouped into 5 subclasses:
                • IgM - B cell surface receptor for antigen attachment secreted early in an immune response
                • IgG - most abundant antibody produced in large numbers



                Source: NIAID

                  • IgA - found in secretions of digestive, respiratory, urinary, & reproductive systems, as well as in breast milk and in tears
                  • IgD - found on the surface of many B cells function is unknown (but may play a role in activation of B cells)


                  Source: Check (2007).

                  IgA -- a doublet -- concentrates in body fluids such as tears, saliva, and the secretions of the respiratory and gastrointestinal tracts. It is, thus, in a position to guard the entrances to the body.

                  • provide protection by:

                  2 - agglutination (see example to the right)

                  • activation of complement system
                  • enhancement of phagocytosis
                  • stimulation of killer cells


                  The different biological effects of antibodies (Casadevall et al. 2004).

                  Plasma cells vs. Memory cells


                  (a) Development of memory B cells and plasma cells.
                  (B)
                  Development of memory T cells. After activation, cells differentiate into effector T cells and effector memory T cells (Gray 2002).
                  • prolific producers of customized antibodies (IgG antibodies)
                  • have lots of ROUGH ENDOPLASMIC RETICULUM (RER) because antibodies are proteins & RER is needed to make proteins (because of the associated ribosomes) and then transport them out of the cell
                  • formation and subsequent production of takes several days after exposure to an antigen & peak antibody production may occur a week or two after exposure. This is referred to as the PRIMARY RESPONSE.
                  • remain dormant but respond quickly if exposed to the antigen a second time
                  • responsible for SECONDARY RESPONSE, a response so fast & effective that infection is typically prevented.
                  • form the basis for long-term immunity


                  Primary response vs. Secondary response:

                  • Active ('natural') = production of antibodies as a result of exposure to an antigen (immunization)
                  • Passive = direct transfer of antibodies formed by another person (or animal), e.g., transfer of IgG antibodies from mother to fetus across placenta or in colostrum ('first milk') OR treatment for rabies or snake venom

                  Infants are born with relatively weak immune responses. They have, however, a natural "passive" immunity they are protected during the first months of life by means of antibodies they receive from their mothers. The antibody IgG, which travels across the placenta, makes them immune to the same microbes to which their mothers are immune. Children who are nursed also receive IgA from breast milk it protects the digestive tract. Passive immunity can also be conveyed by antibody-containing serum obtained from individuals who are immune to a specific infectious agent. Immune serum globulin or "gamma globulin" is sometimes given to protect travelers to countries where hepatitis is widespread. Passive immunity typically lasts only a few weeks.

                  "Active" immunity (mounting an immune response) can be triggered by both infection and vaccination. Vaccines contain microorganisms that have been altered so they will produce an immune response but will not be able to induce full-blown disease. Some vaccines are made from microbes that have been killed. Others use microbes that have been changed slightly so they can no longer produce infection. They may, for instance, be unable to multiply. Some vaccines are made from a live virus that has been weakened, or attenuated, by growing it for many cycles in animals or cell cultures.

                  • defend against invaders that 'hide out' inside cells (where antibodies & complement system cannot reach them)
                  • must be in direct contact with their targets
                  • activated by foreign antigen only when present on surface of cell that also has "self-antigens" (except whole transplanted foreign cells)
                  • Three types of T cells:
                    • Cytotoxic (killer) T cells - destroy host cells bearing foreign antigen (e.g., host cells invaded by viruses and cancer cells)
                    • Helper T cells - enhance development of B cells into antibody-secreting cells & enhance activity of cytotoxic & suppressor T cells
                    • Suppressor (or Regulatory) T cells - suppress B cell antibody production & cytotoxic & helper T cell activity effects are primarily the result of chemicals called CYTOKINES (or LYMPHOKINES)
                    • Most frequently target host cells infected with viruses
                    • Release PERFORIN molecules to destroy target cells --> PERFORIN molecules form channels in target cell membrane & inrush of water lyses cell


                    Figure slightly modified from Iwasaki and Medzhitov 2010


                    Cytotoxic T cell attacking cancer cell

                    • "Activation" requires MACROPHAGES --> Macrophage presents foreign antigen in combination with "self-antigen"
                    • secrete cytokines that "help" the immune response:
                      • B cell growth factor - enhances antibody-secreting ability of B cells
                      • Interleukin 2 - enhances activity of cytotoxic T cells, suppressor T cells, & even other helper T cells
                      • Chemotaxins - attract neutrophils & macrophages
                      • Macrophage-migration inhibiting factor - inhibits migration plus creates "angry macrophages"
                      • limit responses of other cells (B & T cells see figure below)
                      • make immune response self-limiting
                      • prevents excessive immune response which might be detrimental to body
                      • may also prevent immune system from attacking a person's own cells & tissues (= TOLERANCE)

                      Regulatory T (TReg) cells are essential for maintaining tolerance, preventing
                      autoimmune diseases, and limiting chronic inflammatory diseases (Vignali et al. 2008).

                        1 - reduction in suppressor T cell activity

                      2 - normal self-antigens modified by drugs, environmental chemicals, viruses, or mutations

                      3 - exposure to antigen very similar to self-antigen ("molecular mimicry")


                      Major autoimmune diseases (Source: www.cdc.gov)


                      Source: ghr.nlm.nih.gov

                      • produced if antigen is not present
                      • produced because common intestinal bacteria have A- & B-like antigens
                      • produced by age of about 6 months

                      If you mix anti-A antibodies with blood cells that have the A antigen OR mix anti-B antibodies with blood cells that have the B antigen, the results will be AGGLUTINATION (or clumping of red blood cells). This reaction can be used to type blood. You simply take two drops of 'unknown' blood and place a drop of anti-A antibody solution on one blood drop & a drop of anti-B antibody solution on the other blood drop. Then, look closely to see if any clumping occurs. If clumping occurs in the drop of blood where you added the anti-A antibodies, then you know that the A antigen is present (and, of course, if there is no clumping, then the A antigen is not present). If clumping occurs in the drop of blood where you added the anti-B antibodies, then you know that the B antigen is present (and, of course, if there is no clumping, then the B antigen is not present). Using this information, you can determine the blood type:

                      Drop of blood in which
                      anti-A antibody was added
                      Drop of blood in which
                      anti-B antibody was added
                      Blood type
                      Agrupamiento No clumping A
                      No clumping Agrupamiento B
                      Agrupamiento Agrupamiento AB
                      No clumping No clumping O

                      Type O blood is the most common blood type, followed by type A, type B, and, the least common blood type, AB.


                      O+ 37%, O- 6%, A+ 34%, A- 6%,
                      B+ 10%, B- 2%, AB+ 4%, AB- 1%

                      In the above chart, the blood types are listed with either a + or -. The + or - refers to the presence or absence of the Rh factor.

                      • Donante universal
                      • no antigens = no clumping
                      • universal recipient
                      • no antibodies = no clumping
                      • inherited independent of ABO system
                      • Rh positive = antigen present on RBCs (& no antibodies)
                      • Rh negative = no antigen & antibodies will be produced IF exposure occurs
                      • hemolysis of RBCs of fetus which can cause anemia or worse
                      • may occur when an Rh negative mother & Rh positive father have an Rh positive fetus
                      • treatment for Rh disease contains antibodies specific for Rh positive antigen (a good example of passive immunity)
                      • injected within 72 hours after birth of Rh positive baby

                      Iwasaki, A., and R. Medzhitov. 2010. Regulation of adaptive immunity by the innate immune system. Science 327:291-295.