Centro germinal

Los centros germinales o centros germinales (GC) son estructuras formadas transitoriamente dentro de la zona de células B (folículos) en órganos linfoides secundarios: ganglios linfáticos. , las placas ileales de Peyer y el bazo, donde las células B maduras se activan, proliferan, diferencian y mutan sus genes de anticuerpos (a través de una hipermutación somática destinada a lograr una mayor afinidad) durante una respuesta inmune normal; la mayoría de las células B del centro germinal (B_GC) son eliminadas por macrófagos corporales tingibles. Existen varias diferencias clave entre las células B vírgenes y las células B GC, incluido el nivel de actividad proliferativa, el tamaño, la actividad metabólica y la producción de energía. Las células B se desarrollan dinámicamente después de la activación de las células B foliculares por el antígeno T-dependiente. El inicio de la formación del centro germinal implica la interacción entre las células B y T en el área interfolicular del ganglio linfático, la ligadura de CD40-CD40L, la señalización de NF-kB y la expresión de IRF4 y BCL6.

Las células GC B circulan por las dos zonas distintas del centro germinal: la zona clara y la zona oscura. A medida que experimentan una división celular rápida y mutativa, las células B de la zona oscura del centro germinal se conocen como centroblastos. Una vez que estas células B han dejado de proliferar en la zona oscura y se han movido a la zona clara, se conocen como centrocitos y están sujetas a la selección de las células T auxiliares foliculares (TFH) en presencia de células dendríticas foliculares (FDC). Hay tres destinos posibles para las células B GC que han sido seleccionadas positivamente en la zona clara: células plasmáticas, células B de memoria o células B con licencia para regresar a la zona oscura para su proliferación y mutación. Estos tres destinos se logran mediante los distintos mecanismos que se describen a continuación. Los centros germinales son una parte importante de la respuesta inmune humoral de las células B, actuando como fábricas centrales para la generación de células B maduras por afinidad especializadas en producir anticuerpos mejorados que reconocen eficazmente antígenos (por ejemplo, agentes infecciosos) y para la producción de plasma de larga vida. células y células B de memoria duradera.

Células B ingenuas frente a células B del centro germinal

Existen varias diferencias clave entre las células B vírgenes y las células B GC. Las células B vírgenes no sufren mucha división celular. Por otro lado, las células B en GC tienden a dividirse rápida y frecuentemente, y pueden tener ciclos celulares de tan solo cinco horas. Como resultado de su cualidad altamente proliferativa, las células B GC son de mayor tamaño y metabólicamente más activas, en comparación con las células B vírgenes. Aunque las células B GC tienen una mayor demanda de energía que las células B vírgenes, producen principalmente energía mediante el proceso de oxidación de ácidos grasos, mientras que las células B vírgenes dependen de la glucólisis.

Iniciación del centro germinal

Los centros germinales se inician en el folículo de células B del ganglio linfático. Después de la activación de las células B vírgenes en los folículos de los ganglios linfáticos, las células B migran a las áreas interfoliculares para que puedan interactuar con las células T. Cuando las células B y T interactúan, los receptores de células T específicos de antígeno se unen al antígeno + MHC presentado por las células B. Además, las células T pueden ayudar a las células B mediante la interacción del ligando CD40 de las células T con la molécula CD40 de las células B, lo que provoca una cascada de señalización que es beneficiosa para la supervivencia y proliferación de las células B. La activación del receptor de células B da como resultado la activación de la vía de señalización NF-kB, que es esencial para el inicio de la reacción del centro germinal. Específicamente, la expresión de los factores de transcripción IRF4 y BCL6 es necesaria para el desarrollo del centro germinal y está regulada por la señalización de NF-kB. Por ejemplo, BCL6 controla la ubicación de las células B en el ganglio linfático y les permite tener una mayor tolerancia al daño del ADN, promoviendo así la proliferación de células GC B. Todas las células B comienzan coexpresando anticuerpos que tienen regiones constantes IgM e IgD, pero luego pueden intercambiar estas regiones constantes por regiones constantes IgA, IgG o IgE y expresar anticuerpos de un tipo de clase diferente mediante recombinación de cambio de clase. La recombinación de cambio de clase ocurre durante la fase de iniciación del centro germinal. Los precursores de las células B del centro germinal comienzan a expandirse cuatro días después de la inmunización y se polarizan en zonas oscuras y zonas claras una semana después de la inmunización.

Dos zonas distintas del centro germinal: zona oscura y zona clara

Hay dos regiones distintas del centro germinal: la zona clara (LZ) y la zona oscura (DZ). Estas dos zonas se forman a partir de células B pre-GC que proliferan y se polarizan siete días después de la inmunización. Las células GC B alternan entre la zona oscura y la zona clara y se someten a varias rondas de mutación y selección, respectivamente.

Zona oscura

La zona oscura del centro germinal está proximal a la zona de células T en el ganglio linfático y está formada por células GC B y células reticulares que se asemejan a las células dendríticas foliculares. Las células B dentro de la zona oscura del centro germinal se llaman centroblastos. Son más grandes que las células de la zona clara del centro germinal y son más proliferativas (es decir, sufren más división celular). La hipermutación somática, un proceso en el que la enzima citidina desaminasa (AID) inducida por activación muta aleatoriamente las regiones variables del anticuerpo y altera su afinidad por el antígeno, ocurre en la zona oscura. Además, las células B que fueron seleccionadas positivamente en la zona clara porque expresan receptores de células B con alta afinidad por el antígeno proliferan ampliamente en la zona oscura, lo cual es un proceso llamado expansión clonal. Después de la hipermutación somática y antes de entrar en la zona de luz, los viejos receptores de células B en las superficies de las células B se reemplazan por receptores de células B nuevos mutados. Las células B que expresan anticuerpos que tienen una afinidad disminuida por el antígeno después de una hipermutación somática sufren apoptosis, mientras que las células B que expresan anticuerpos que tienen una afinidad aumentada por el antígeno después de una hipermutación somática migran a la zona clara para una mayor selección.

Zona de luz

La zona clara está formada por células GC B y células T foliculares auxiliares. Está proximal al ganglio linfático y cerca de la red de células dendríticas foliculares. Las células GC B de la zona clara, conocidas como centrocitos, son más pequeñas, menos abundantes y se dividen menos en comparación con las células GC B de la zona oscura. Las células dendríticas foliculares cercanas presentan el antígeno a las células GC B de la zona clara que previamente mutaron en la zona oscura, y aquellas con mayor afinidad por el antígeno pueden unirse y recibir ayuda de las células T foliculares auxiliares que tienen receptores de células T. específico para el mismo antígeno. Por lo tanto, las células GC B en la zona clara compiten por el antígeno y la estimulación de las células T foliculares auxiliares. El mecanismo por el cual esto ocurre es que, cuando el receptor de células B se une al antígeno presentado por las células dendríticas foliculares, el antígeno se internaliza. Luego, el antígeno se une al MHC de clase II y se presenta en la superficie de la célula T, lo que permite que la célula T auxiliar folicular ayude a la célula B. Las células GC B que son más capaces de presentar antígeno a las células T foliculares auxiliares y producir la señal más fuerte del receptor de células B se seleccionan positivamente en la zona clara del centro germinal. Por lo tanto, la selección positiva de células B GC en la zona clara da como resultado células B que expresan anticuerpos con alta afinidad por el antígeno. Las células B seleccionadas positivamente en la zona clara comienzan a expresar cMyc, que regula el centro germinal y la proliferación de las células B en el centro germinal. Finalmente, las células GC B seleccionadas positivamente (cMyc⁺) tienen "licencia", lo que significa que están listos para ser enviados de regreso a la zona oscura del centro germinal donde proliferarán aún más y serán mutados por hipermutación somática.

Proceso

1. Dentro de los ganglios linfáticos, periférica madura Las células B conocidas como células foliculares (Fo) B adquieren antígeno de las FDC y a su vez la presentan para conocer células CD4+ TFH en la frontera que demarcan la zona de células T interfolliculares y la zona celular B (también conocida como folículos linfoides).
2. Después de varias rondas de división celular, las células B pasan por la hipermutación somática, un proceso por el cual mutan su ADN anticuerpo en codificación y generan así una diversidad de clones en el centro germinal. Esto implica substituciones de pseudo-aleatorios sesgadas hacia regiones que encogen la superficie de reconocimiento de antígenos de los anticuerpos que producen las células B. Este fenómeno pone de relieve el proceso de maduración de la afinidad, por el cual se producen más anticuerpos de afinidad y se seleccionan para después del reconocimiento del antígeno.
3. Al recibir un estímulo no identificado, las células B madurantes (centroblastos) migran de la zona oscura a la zona de luz y comienzan a expresar sus BCRs editados en la superficie celular y en esta etapa se denominan centroscitos. Los centroscitos están en estado de apoptosis activada y compiten por señales de supervivencia derivadas de células FDC y TFH. Este proceso de rescate, conocido como selección del centro germinal, se cree que depende de la afinidad de su anticuerpo superficial al antígeno. Así, una célula B que ha ganado mutaciones exitosas que confieren un anticuerpo de superficie de afinidad superior hacia el antígeno gana una ventaja de supervivencia sobre los clones de células B de menor afinidad y aquellos que han ganado mutaciones borrosas. La reingresación cíclica en la zona oscura una vez más, ya que el centroblast permite que los mutantes de células B no seleccionados de otro modo obtengan más mutaciones para mejorar la afinidad hacia el antígeno. También se cree que las interacciones con las células T impiden la generación de células B del centro germinal autoreactivo.
4. En una etapa poco clara de su ciclismo centroblast-centrocyte, las células B maturing reciben una señal final de diferenciación para salir del centro germinal como un anticuerpo produciendo células plasmáticas que son células que secretan grandes cantidades de anticuerpo o una célula B de memoria que se puede reactivar en contactos posteriores con el mismo antígeno. Seleccionado Las células B también pueden reiniciar todo el ciclo de división centroblast mutativa y selección de centrocitos. De esta manera, el sistema inmunológico adaptativo, en parte a través de estas reacciones del centro germinal, puede reconocer gradualmente los antígenos con el tiempo.

El papel de las células T foliculares auxiliares en el centro germinal

Hay células T colaboradoras en los folículos de los ganglios linfáticos llamadas células T colaboradoras foliculares que promueven la formación del centro germinal y la diferenciación de las células B GC en células plasmáticas y células B de memoria. Las células T foliculares auxiliares median la reacción del centro germinal de dos maneras clave. Primero, las células T foliculares auxiliares expresan CD40L, que es una citocina del factor de necrosis tumoral (TNF) que se une a la molécula CD40 expresada en las células B GC. Esta interacción regula positivamente la vía de señalización NF-kB, que estimula la división de las células B GC. En segundo lugar, las células T foliculares auxiliares secretan la citocina IL-21, que sirve como señal para que las células GC B proliferen y para la creación de células plasmáticas con una larga vida útil.

El destino de las células B del centro germinal seleccionadas positivamente

Tras una selección positiva, hay tres destinos posibles para las células B que experimentan la reacción del centro germinal: convertirse en células plasmáticas, convertirse en células B de memoria o entrar en la zona oscura del centro germinal. Los procesos que inician cada uno de estos tres destinos se describen a continuación:

Diferenciación de células plasmáticas

Las células B GC que se diferencian en células plasmáticas son células B que muestran una alta afinidad por el antígeno. Cuando las células B GC reciben ayuda de las células T foliculares auxiliares, hay una interacción entre CD40 (expresado en la célula B) y CD40L (expresado en la célula T folicular auxiliar), lo que aumenta la activación de NF-kB en la célula B. La regulación positiva de la vía de señalización NF-kB da como resultado una mayor expresión de IRF4, un factor de transcripción esencial para la diferenciación de las células plasmáticas. La progresión de la respuesta del centro germinal da como resultado células plasmáticas que secretan anticuerpos de mayor afinidad que tienen una mayor vida útil y se envían a la médula ósea.

Diferenciación de células B de memoria

Las células GC B que se diferencian en células B de memoria son distintas de las células plasmáticas precursoras, ya que muestran una menor afinidad por el antígeno y no necesitan mucha ayuda de las células T foliculares auxiliares. Debido a esto, muchos científicos creen que los precursores de las células B de memoria son células B de la zona clara que fueron "seleccionadas no positivamente". Los precursores de las células B de memoria expresan un factor de transcripción llamado proteína homeobox expresada hematopoyéticamente (Hhex) que impulsa la diferenciación de las células B de memoria de las células B GC.

Entrando en la zona oscura del centro germinal

Cualquier célula B que haya sido seleccionada positivamente en la zona clara del centro germinal, pero que no se haya diferenciado en células plasmáticas o células B de memoria, se envía a la zona oscura del centro germinal para una mayor proliferación. Estas son las células B que tenían afinidad intermedia por el antígeno. El programa de proliferación de la zona oscura está regulado por FoxO1 y ciclina D3. Estos dos genes están regulados negativamente por fuertes señales de BCR. Por lo tanto, cuando hay señales débiles de BCR y la célula B del GC no tiene alta afinidad por el antígeno, será enviada a la zona oscura del centro germinal para que pueda continuar dividiéndose en lugar de ser secretada como una célula plasmática o una celda B de memoria.

Morfología en diferentes etapas

La morfología de los GC es muy específica y muestra propiedades características de las diferentes etapas de la reacción.

• En un estado temprano de la reacción una red de FDCs está completamente llena de células B proliferadoras.
• Más tarde en el día 4 de la reacción, los GC muestran una separación de dos zonas, la oscuridad y la zona de luz. El primero todavía contiene células B dominantemente proliferantes y mutantes, mientras que el último es el área de selección de células B.
• Estas zonas se disuelven después de 10 días de desarrollo GC que termina después de unas 3 semanas.

Importancia médica

Dado que los centros germinales son estructuras importantes del sistema inmunitario adaptativo, su desregulación está implicada en muchas enfermedades inmunitarias, por ejemplo, la artritis reumatoide, la inmunodeficiencia y muchos linfomas como el DLBCL y el linfoma de Burkitt.

Centros germinales en evolución

A pesar de que la recombinación V(D)J se observa en todos los vertebrados, la GC apareció en animales homeotérmicos. En nuevas condiciones evolutivas, cuando la temperatura corporal elevada contribuyó al aumento de las tasas de proliferación de microorganismos, su diseminación en los tejidos y su diversificación antigénica. , estas estructuras histológicas temporales pero observadas constantemente resultaron beneficiosas ya que su microambiente único podría proporcionar las condiciones favorables para el cambio de la respuesta inmune amplia inicial a la respuesta inmune específica posterior, lo que resulta en células del linaje B diferenciadas a aquellas que producen Ab de alta afinidad y mantienen una respuesta inmune prolongada. Memoria inmune humoral duradera.

Entre los vertebrados de sangre fría, los peces parecen tener estructuras funcionalmente análogas representadas por "grupos de células Aicda⁺ rodeadas por 'melanomacrófagos'" .