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  • Sistema mayor de histocompatibilidad y respuesta inmune

Resumen

Abstract

Abstract

The role of MHC molécules in the immune response is discussed under the current concepts of basic immunology. The polymorphism of H–2 antigens associated with different t–haplotypes, independently isolated from widely separated chilean wild mouse populations, is also discussed.

Palabras claves: inmunología, respuesta inmune, sistema mayor de histocompatibilidad. Key words: immunology, immune response, major histocompatibility system.

[Contenido]

El sistema inmune está constituido por células con capacidad para reconocer y neutralizar o eliminar moléculas extrañas, y el primer paso en la respuesta inmune es la interacción de la molécula extraña o antígeno, con receptores específicos existentes en la superficie de las células inmunocompetentes especializadas en la respuesta inmune: los linfocitos. Cada clon de linfocitos está programado para reconocer una región particular y única de la molécula extraña (el determinante antigénico o epitopo). El tipo de respuesta inmune inducida dependerá de la naturaleza del antígeno, al determinar cuales serán los linfocitos estimulados para producir una respuesta humoral mediada por anticuerpos (sintetizados por linfocitos B específicos) o una respuesta celular mediada por linfocitos T específicos.

En los últimos años se ha hecho evidente que el desarrollo de una respuesta inmune efectiva requiere la colaboración de distintas células inmunocompetentes (linfocitos B, linfocitos T y células accesorias o células presentadoras de antígeno) y que esta interacción está regulada por moléculas codificadas o controladas por el sistema mayor de histocompatibilidad (SMH) (Zinkernagel y Doherty, 1979; Hood y col.., 1983; Schwartz, 1985). La activación de linfocitos T, específicos para el antígeno, requiere el reconocimiento del antígeno extraño en asociación con moléculas SMH, en la superficie de una célula presentadora del antígeno.

El sistema mayor de histocompatibilidad está constituido por un conjunto de genes que controlan la expresión de proteínas plasmáticas que forman parte del sistema del Complemento (C4, Bf, C2) (Shreffelr, 1976; Hansen y col., 1984) y de proteínas de membrana que actúan como elementos de restricción en la respuesta inmune, proporcionando el contexto para el reconocimiento antigénico por los linfocitos T. Este sistema parece estar presente en todos los vertebrados y aún en los invertebrados, lo que revela un origen temprano en la evolución de las especies.

Las moléculas codificadas por el SMH son en gran parte responsables del rechazo al trasplante de tejidos y en general de la discriminación entre lo propio y lo ajeno. Están además asociadas con la resistencia o susceptibilidad a diversas enfermedades y contribuyen a determinar el repertorio de antígenos contra los cuales se genera una respuesta inmune (Schwartz, 1985).

En general, el SMH controla la expresión de tres clases distintas de moléculas (Clase I, Clase II y Clase III) agrupadas sobre la base de su distribución tisular o plasmática y de su estructura y función (Klein, 1979; Klein y col., 1983). Las moléculas de Clase I son glicoproteínas de superficie que se expresan en casi todas las células nucleadas y actúan como elementos de restricción en el reconocimiento antigénico por los linfocitos T citotóxicos (Tc). Las moléculas de Clase II son glicoproteínas integrales de la membrana plasmática de ciertas células inmunocompetentes (linfocitos B, linfocitos T, macrófagos, monocitos, y en general células presentadoras de antígeno) y actúan como elementos de restricción en el reconocimiento antigénico por los linfocitos T colaboradores o T helper (Th). Las moléculas de Clase III corresponden a proteínas plasmáticas que forman parte del sistema del complemento (Hansen y col., 1984; Schwartz, 1985).

Las moléculas de Clase I y Clase II se unen sólo a ciertos epitopos, y este es el fundamento para al menos, uno de los elementos de regulación genética de la respuesta inmune y de la susceptibilidad o resistencia a ciertas enfermedades. Un individuo que carece de la molécula SMH para asociarse a un antígeno determinado, será incapaz de generar una respuesta inmune contra el antígeno.

En todas las especies en que se ha estudiado el sistema mayor de histocompatibilidad, se ha logrado establecer la existencia de un elevado polimorfismo en los genes y moléculas de Clase I y II. La necesidad de un gran repertorio de moléculas SMH para el reconocimiento antigénico en los linfocitos T, constituye probablemente la presión evolutiva para mantener el polimorfismo y multiplicidad de estos genes.

En nuestro laboratorio hemos estado, desde hace algunos años, interesados en el polimorfismo de las moléculas de Clase I y en el estudio de las eventuales relaciones genéticas y funcionales entre el sistema mayor de histocompatibilidad del ratón y un sistema génico también muy particular, denominado sistema T/t.

En la presente revisión analizaremos los resultados obtenidos en ratones silvestres, capturados en diversas regiones de Chile (Vergara, 1982; Vergara y col., 1982; Zúñiga y col., 1982; Vergara, 1983 a; Vergara, 1983 b; Vergara y col., 1984; Zúñiga y col., 1989 a; Vergara y col., 1989; Zúñiga y col., 1989 b).

I. El Sistema Mayor de Histocompatibilidad de ratón (H–2)

En todas las especies de mamíferos en que se ha realizado trasplante de tejidos, se ha descrito la existencia de un complejo génico particular y único, que controla la expresión de los antígenos de histocompatibilidad responsables de la inducción de un severo y rápido rechazo al transplante. Este complejo se ha designado como sistema mayor de histocompatibilidad (Sistema H-2 en el ratón, HLA en humanos, ChLA en chimpancés, DLA en perros, SLA en cerdos, RLA en conejos, RT1 en ratas, GPLA en cuyes, etc.), para distinguirlo de muchos otros genes menores de histocompatibilidad que inducen una débil reacción de rechazo.

El sistema mayor de histocompatibilidad del ratón fue originalmente descrito por Peter Gorer (1936) como un antígeno de grupo sanguíneo (antígeno II) involucrado en la inducción de rechazo al trasplante de tejidos y tumores. Los resultados proporcionaron además evidencia acerca de la naturaleza inmunológica del rechazo, al demostrar que la destrucción del tejido va acompañada de la producción de anticuerpos específicos (Gorer, 1937; Gorer y col., 1948).

La posterior introducción de un gran número de líneas o cepas de ratones genéticamente idénticos (cepas endogámicas) desarrolladas por George Snell (1948), constituyó uno de los avances más significativos en la biología de los trasplantes de tejidos. El análisis serológico de cepas que sólo difieren en un pequeño segmento cromosómico (cepas congénicas), permitió establecer que H-2 controla en realidad la expresión de una combinación de antígenos mayores de histocompatibilidad (Gorer, 1950; Hoecker y col., 1954; Amos y col., 1955). El descubrimiento de esta complejidad serológica, fue pronto seguido por el de la complejidad de su control genético, al demostrarse que H-–2 está constituido por distintas regiones o grupos génicos, separables por recombinación (Allen, 1955; Amos y col., 1955; Stimpfling y Richardson, 1965).

El sistema o complejo H-2 se divide convencionalmente en dos subcomplejos: el complejo H-2 y el completo Qa/Tla (figura 1). En el complejo H-2 se encuentran las regiones K, I, S, D y L, que están de alguna manera involucradas en la regulación de la respuesta inmune a diversos antígenos y en las variaciones estructurales y la regulación de algunos factores del complemento (Hood y col., 1983; Ferreira, 1984; Schwartz, 1985; Hansen y col, 1984). Los genes de las regiones H-2K, H-2D y H-2L controlan la expresión de las moléculas de Clase I que actúan como elementos de restricción en el reconocimiento antigénico por los linfocitos T citotóxicos. Estas moléculas de Clase I corresponden a los clásicos antígenos mayores de histocompatibilidad (antígenos H-2), reconocidos originalmente por su participación en el rápido y severo rechazo al trasplante de tejidos.

 

Figura 1. Organización genética del sistema de histocompatibilidad (H-2) del ratón

Los genes de la región I controlan la expresión de las moléculas de Clase II, que actúan como elementos de restricción para el reconocimiento antigénico en los linfocitos T colaboradores. Estos genes corresponden a los clásicos genes Ir (genes de respuesta inmune) involucrados en la respuesta inmune a diversos antígenos naturales y sintéticos (Benacerraf, 1981).

La región H-2S controla la expresión de moléculas de Clase III que forman parte del sistema del Complemento. Entre estas moléculas se encuentran el cuarto factor del complemento (C4), el segundo factor del complemento (C2) y el factor B (Bf). La región S del complejo H-2, fue originalmente definida por la expresión de las proteínas séricas Ss y Slp, que constituyen formas o variantes isotípicas del cuarto factor del complemento en el ratón (Shreffelr, 1976; Ferreira, 1984; Hansen y col., 1984). La proteína Ss (substancia sérica) es el isotipo hemolíticamente activo de C4 y se encuentra en todas las cepas de ratones. La proteína Slp (proteína sexo–limitada) en cambio, no tiene actividad hemolítica y su expresión, que se encuentra bajo control hormonal por testosterona, está restringida a sólo algunas cepas de ratones (cepas Slp–positivas).

El complejo Qa/Tla controla la expresión de moléculas de Clase I que, a pesar de estar estructuralmente relacionadas con aquellas controladas por el complejo H-2, no parecen estar involucradas en la restricción del reconocimiento antigénico y su función es hasta ahora desconocida (Flaherty, 1981; Hood y col., 1983; Schwartz, 1985). Los genes de la región Tla controlan la expresión de moléculas que se reconocen como marcadores de diferenciación de timocitos y células leucémicas (Tla: Thymus leukemia antigen). Los genes de la región Qa controlan la expresión de moléculas Qa, que actúan o se reconocen como marcadores de células de las líneas linfoide y eritropoyética.

II. El Sistema T/ t

Ligado al sistema H-2, en el cromosoma 17 del ratón, se encuentra el complejo génico T/t que está constituido por genes con funciones no conocidas, pero que parecen codificar la expresión de moléculas involucradas en las interacciones celulares que se producen durante el desarrollo embrionario (Bennet, 1975; Klein y Hammerberg, 1977; Silver, 1985).

El sistema T/t es claramente un complejo génico de gran importancia en las primeras etapas del desarrollo embrionario, puesto que ciertas combinaciones génicas o haplotipos t, producen la muerte de los embriones homozigotos, en una etapa que es característica de cada combinación génica. Todos estos haplotipos ejercen su efecto letal en las primeras etapas del desarrollo embrionario, desde las primeras divisiones del zigoto (16–32 células) hasta poco antes de la formación de los órganos, alrededor del décimo día de gestación (Bennett, 1975; Klein y Hammerberg, 1977). Este es precisamente el período en el que las células se comprometen en el programa de diferenciación y desarrollo, y en el cual no se expresan los productos del complejo H–2 (con la sola excepción de los genes de Clase 1, que se expresan en el trofoblasto embrionario).

El sistema T/t se ha caracterizado tradicionalmente por la existencia del haplotipo dominante T (brachyury) que en combinación heterozigota con el haplotipo normal (+) da origen a ratones de cola corta (T/+) y que en combinación homozigota T/T se comporta como letal embrionario, provocando la muerte de los embriones al décimo día de gestación. Este haplotipo T, en combinación heterozigota con haplotipos recesivos T da origen a ratones sin cola (T/t) y es esta interacción la que hace posible la detección de haplotipos t en ratones silvestres.

Ahora bien, aún cuando no se conoce con precisión la función de los genes del complejo T/t, se sabe desde hace bastante tiempo que ellos ejercen una variedad de efectos en el desarrollo embrionario, la expresión de antígenos serológicamente detectables en espermios y células embrionarias en estados específicos de diferenciación, la distorsión de la segregación gamética en los machos y la supresión de la recombinación genética en un segmento cromosómico que incluye al sistema H-2. De esta manera los sistemas H-2 y T/t se mantiene como una entidad genética definida, puesto que virtualmente no ocurre recombinación y el fenómeno de distorsión de la segregación gamética es sin duda responsable de la mantención de estos haplotipos letales en las poblaciones naturales de ratones.

III. Los Sistemas H-2 y T/t en ratones silvestres

Los estudios serológicos realizados en ratones silvestres han demostrado un gran polimorfismo en el complejo H-2, el que sin embargo es bastante restringido en ratones portadores de haplotipos t. Diferentes haplotipos t, originados en distintas poblaciones naturales, parecen estar asociados con distintas combinaciones de sólo una pequeña familia de antígenos H-2 (Hammerberg y Klein, 1975; Nizetic y col., 1984), sugiriendo una relación más que casual entre T/t y H-2, por lo menos a nivel poblacionel. Por otra parte, el hecho que genes del sistema T/t estén involucrados en la codificación de antígenos que sólo se expresan en espermios y células embrionarias, ha sugerido una similitud genética y funcional entre estos dos sistemas (Arzt y Bennett, 1975). Sin embargo, no existe hasta ahora evidencia experimental convincente que apoye la sugerencia de que los antígenos H-2 y T/t se expresan recíprocamente y que los dos sistemas están funcional y evolutivamente relacionados operando ambos como mediadores en fenómenos de reconocimiento e interacción celular: el sistema T/t en el embrión y el sistema H-2 en el adulto.

La caracterización entonces de los haplotipos T/t y H-2 en poblaciones naturales, es un requisito necesario para explicar el significado de la asociación de estos sistemas en el cromosoma 17 del ratón y para aproximarse al entendimiento de los mecanismos involucrados en la diferenciación embriológica y su control genético en mamíferos.

A partir de ratones silvestres capturados en distintas localidades de Chile (Antofagasta, Montepatria Rapel, Lampa, Quilicura, Chena, San Fernando y Temuco) hemos logrado aislar ocho hapllotipos t distintos y que se han denominado tAn, tMo, tRa, tQu, tCh, tSf y tTe , respectivamente (Vergara, 1982; Vergara y col., 1982; Zúñiga y Col., 1982; Vergara, 1983 a; Vergara, 1983 b; Vergara y col., 1984; Zúñiga y col., 1989 a, Vergara y col., 1989; Zúñiga y col., 1989 b). Estos haplotipos se mantienen ahora en nuestro laboratorio como líneas independientes de ratones sin cola (T/t), en combinación con el haplotipo T de la cepa SBT (Stock Brachyury Tufted).

Se realizaron cruzamientos entre ratones sin cola portadores del mismo haplotipo t, por ejemplo (T/ tCh) x (T/tCh), con el objeto de estudiar la letalidad o viabilidad de cada haplotipo: si en la descendendia se obtienen sólo ratones sin cola (T/t) el haplotipo es letal, pero si además de ratones sin cola se obtienen ratones de cola normal (t/t) el haplotipo es semiletal o viable. De esta manera hemos logrado establecer que los haplotipos tAn, tRa, tCh, tSf y tTe son letales embrionarios en combinación homozigota, mientras los haplotipos tMo tLa y tQu se comportan como semiletales o viables (cuadro 1).

Diferentes haplotipos t se asocian generalmente con distintos grados de distorsión de la segregación gamética, de modo tal que los machos portadores transmiten el haplotipo a sus descendientes, en una proporción mayor que la esperada de acuerdo con las leyes de Mendel. Fue por lo tanto de interés examinar la distorsión de la segregación en los distintos haplotipos aislados de nuestros ratones silvestres. Los resultados demostraron que tMo, tCh, tSf y tTe presentan una elevada distorsión de la segregación gamética (cuadro 1).

CUADRO 1 CARACTERIZACIÓN DE HAPLOTIPOS t DERIVADOS DE RATONES SILVESTRES

Localidad de origen (haplotipo t) Letalidad o viabilidad Letalidad N° Portadores/ total descendientes Distorsión de segregación Nºrecombinantes/ total descendientes % recombinación
Antofagasta (tAn) letal N R N R N R N R
Montepatria (tMo) viable 159/163 0,97 0/153 0
Rapel (tRa) letal 90/115 0,78 0/115 0
Lampa (tLa) viable 45/98 0,44 0/98 0
Quilicura (tQu) semiletal 83/116 0,80 0/116 0
Chena (tCh) letal 188/193 0,97 0/111 0
San Fernando (tSf) letal 69/69 1,0 1/193 0,51
Temuco (tTe) letal 189/193 0,97 0/193 0
N R : No realizado

Los resultados obtenidos en el análisis serológico de los antígenos H–2 de nuestras ocho líneas de ratones sin cola han permitido confirmar la restricción del polimorfismo antigénico H–2 en los ratones portadores de haplotipos t. Al mismo tiempo sugieren la existencia de nuevas combinaciones antigénicas y la ausencia de la mayoría de las especificidades conocidas en las cepas de laboratorio (cuadro 2).

CUADRO 2 ANTIGENOS H–2 Y PROTEINAS Ss Y Slp ASOCIADAS A LOS DISTINTOS HAPLOTIPOS t

Haplotipo

ANTIGENOS H-2

t

1

2

3

4

5

8

9

11

12

13

17

19

23

24

25

26

27

28

30

42

Ss

Slp

tAn

1

2

-

-

-

-

-

11

-

13

-

-

-

-

-

-

-

28

-

42

H

-

tMo

-

2

-

-

5

8

-

-

-

13

-

19

-

-

-

-

-

-

-

42

H

-

tRa

-

2

3

-

5

-

-

-

-

13

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

H

-

tLa

-

-

-

-

5

-

-

11

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

H

-

tQu

-

-

3

-

-

8

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

27

28

-

42

H

-

tCh

-

-

3

-

-

8

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

H

-

tSf

-

2

3

-

5

8

-

11

-

13

-

-

-

-

-

-

-

28

-

-

H

-

tTe

-

-

-

-

5

8

-

11

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

H

-

H: Altos niveles de la proteína Ss (C4).

La tipificación electroforética de las proteínas Ss y Slp demostró que los ocho haplotipos t están asociados con el fenotipo Ss–High (altos niveles de Ss), Slp negativos (cuadro 2) sugiriendo que los distintos haplotipos podrían estar asociados a un haplotipo Ss–Slp muy similar.

Cada uno de nuestros haplotipos t entonces, está asociado a una particular combinación de antígenos H–2 y sólo un estudio más acabado de la estructura antigénica H–2 y la identificación y caracterización de los productos moleculares de los haplotipos t permitirán establecer la existencia o no de una relación genética y funcional entre los sistemas T/t y H–2.

AGRADECIMIENTOS

Las investigaciones presentadas son apoyadas por el Proyecto Fondecyt 0980/89.

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