Un timocito es una célula inmune presente en el timo , antes de sufrir una transformación en una célula T. [1] Los timocitos se producen como células madre en la médula ósea y llegan al timo a través de la sangre .
La timopoyesis describe el proceso que convierte a los timocitos en células T maduras según la selección positiva o negativa. Este proceso de selección es de vital importancia para dar forma a la población de timocitos en un grupo periférico de células T que pueden responder a patógenos extraños pero que siguen siendo tolerantes a los antígenos propios del cuerpo . La selección positiva selecciona células que pueden unirse a moléculas de MHC de clase I o II con al menos una afinidad débil. Esto elimina (por un proceso llamado "muerte por negligencia") aquellas células T que no serían funcionales debido a una incapacidad para unirse a MHC. La selección negativa destruye a los timocitos con una alta afinidad por los péptidos propios o MHC. Esto elimina las células que dirigirían las respuestas inmunitarias hacia las proteínas propias en la periferia. La selección negativa no es 100% efectiva, y algunas células T autorreactivas escapan y se liberan en la circulación. Existen mecanismos adicionales de tolerancia periférica para silenciar a estas células, pero si fallan, puede surgir la autoinmunidad .
Los timocitos se clasifican en una serie de etapas de maduración distintas en función de la expresión de marcadores de la superficie celular. La etapa más temprana de los timocitos es la etapa doblemente negativa (negativa para CD4 y CD8), que más recientemente se ha descrito mejor como negativa para el linaje y que se puede dividir en cuatro subetapas. La siguiente etapa importante es la etapa doblemente positiva (positiva para CD4 y CD8). La etapa final de la maduración es la etapa positiva simple (positiva para CD4 o CD8).
En los seres humanos, las células madre hematopoyéticas CD34+ circulantes residen en la médula ósea. Producen precursores de linfocitos T, que se propagan en el timo (convirtiéndose así en timocitos) y se diferencian bajo la influencia de la proteína Notch y sus ligandos.
Los timocitos doble negativos tempranos expresan (y pueden identificarse por) CD2 , CD5 y CD7 . Aún durante la etapa doble negativa, la expresión de CD34 se detiene y se expresa CD1 . La expresión tanto de CD4 como de CD8 los convierte en doble positivos y maduran en células CD4+ o CD8+. [2]
Los timocitos se derivan en última instancia de las células progenitoras hematopoyéticas de la médula ósea [ver célula madre hematopoyética , hematopoyesis ] que llegan al timo a través de la circulación. [4] Se cree que el número de progenitores que ingresan al timo cada día es extremadamente pequeño. Por lo tanto, se desconoce qué progenitores colonizan el timo. Actualmente, se propone que los progenitores linfoides tempranos (ELP) se asientan en el timo y es probable que sean los precursores de al menos algunos timocitos. Los ELP son Lineage-CD44+CD25-CD117+ y, por lo tanto, se parecen mucho a los ETP, los primeros progenitores en el timo. Los precursores ingresan al timo en la unión corticomedular. Las moléculas que se sabe que son importantes para la entrada al timo incluyen la P-selectina (CD62P) y los receptores de quimiocinas CCR7 y CCR9 . [5]
Tras la entrada al timo, los progenitores proliferan para generar la población de ETP. A este paso le sigue la generación de timocitos DN2 que migran desde la unión corticomedular hacia la cápsula del timo. Los timocitos DN3 se generan en la zona subcapsular.
Además de la proliferación, la diferenciación y el compromiso del linaje T se producen dentro de la población de timocitos DN. El compromiso, o la pérdida de potenciales de linaje alternativos (como los potenciales de linaje mieloide, B y NK), depende de la señalización Notch y se completa en la etapa DN3. Después del compromiso del linaje T, los timocitos DN3 experimentan una selección β. [6]
La capacidad de las células T para reconocer antígenos extraños está mediada por el receptor de células T (TCR), que es una proteína de superficie capaz de reconocer secuencias proteicas cortas ( péptidos ) que se presentan en el MHC . El propósito del desarrollo de los timocitos es producir células T maduras con una variedad diversa de receptores de células T funcionales, a través del proceso de reordenamiento del gen TCR.
A diferencia de la mayoría de los genes, que tienen una secuencia estable en cada célula que los expresa, el receptor de células T está formado por una serie de fragmentos de genes alternativos. Para crear un receptor de células T funcional, los timocitos doble negativos utilizan una serie de enzimas que interactúan con el ADN para cortar el ADN y unir los fragmentos de genes separados. El resultado de este proceso es que cada receptor de células T tiene una secuencia diferente, debido a la diferente elección de fragmentos de genes y a los errores introducidos durante el proceso de corte y unión (consulte la sección sobre la recombinación V(D)J para obtener más información sobre la reorganización del TCR). La ventaja evolutiva de tener una gran cantidad de receptores de células T únicos es que cada célula T es capaz de reconocer un péptido diferente, lo que proporciona una defensa contra patógenos que evolucionan rápidamente. [7]
El reordenamiento del TCR se produce en dos pasos. Primero, la cadena TCRβ se reordena en la etapa DN3 del desarrollo de las células T. La cadena TCRβ se empareja con el pre-Tα para generar el pre-TCR. La desventaja celular en el proceso de reordenamiento es que muchas de las combinaciones de los fragmentos del gen del receptor de células T no son funcionales. Para eliminar los timocitos que han creado un receptor de células T no funcional , solo las células que han reordenado con éxito la cadena beta para producir un pre-TCR funcional pueden desarrollarse más allá de la etapa DN3. Las células que no producen un pre-TCR funcional son eliminadas por apoptosis . Este proceso se conoce como el punto de control de selección beta. La selección beta exitosa requiere que se produzca TCRβ, que TCRβ sea capaz de emparejarse con pre-Tα para generar el pre-TCR y que el pre-TCR pueda interactuar en la superficie celular con las proteínas de señalización de TCR.
En la etapa de selección β, de manera similar al TCR maduro, el pre-TCR también forma una sinapsis inmunológica. [8] Aunque la interacción entre el pre-TCR y el MHC unido al péptido no es esencial para el desarrollo de las células T, [9] [10] desempeña un papel fundamental a la hora de fomentar la proliferación preferencial de células cuyo pre-TCR puede unirse al MHC propio. [11] [12]
Después de la selección β, los timocitos generan células CD4+CD8+ doblemente positivas, que luego experimentan un reordenamiento de TCRα, lo que da como resultado un TCR completamente ensamblado.
Los timocitos que pasan la selección β expresan un receptor de células T que es capaz de ensamblarse en la superficie. Sin embargo, muchos de estos receptores de células T seguirán siendo no funcionales, debido a una incapacidad para unirse al MHC . La siguiente etapa importante del desarrollo de los timocitos es la selección positiva, para mantener solo aquellos timocitos que tienen un receptor de células T capaz de unirse al MHC. El receptor de células T requiere CD8 como correceptor para unirse al MHC de clase I, y CD4 como correceptor para unirse al MHC de clase II. En esta etapa, los timocitos regulan positivamente tanto CD4 como CD8 , convirtiéndose en células doblemente positivas.
Los timocitos doblemente positivos que tienen un receptor de células T capaz de unirse a MHC de clase I o clase II (incluso con una afinidad débil) reciben señalización a través del receptor de células T. [3] Los timocitos que tienen un receptor de células T incapaz de unirse a MHC de clase I o clase II experimentan apoptosis . Algunos timocitos pueden rescatar la selección positiva fallida mediante la edición del receptor (reordenamiento del otro alelo del receptor de células T para producir un nuevo receptor de células T).
Los timocitos doblemente positivos experimentan un compromiso de linaje, madurando en una célula T CD8+ (que reconoce el MHC de clase I) o una célula T CD4+ (que reconoce el MHC de clase II). El compromiso de linaje ocurre en la última etapa de la selección positiva y funciona mediante la regulación negativa tanto de CD4 como de CD8 (reduciendo la señal del receptor de células T) y luego la regulación positiva de CD4 solamente. Los timocitos que comienzan a recibir señal nuevamente son aquellos que reconocen el MHC de clase II y se convierten en células T CD4+. Los timocitos que no comienzan a recibir señal nuevamente son aquellos que reconocen el MHC de clase I y regulan negativamente el CD4 y regulan positivamente el CD8, para convertirse en células T CD8+. Ambos tipos de timocitos se conocen como timocitos simples positivos.
El éxito de la selección positiva permite que el timocito experimente una serie de cambios madurativos durante la transición a una única célula T positiva. Las células T positivas individuales regulan positivamente el receptor de quimiocina CCR7, lo que provoca la migración desde la corteza hasta la médula. En esta etapa, el proceso clave de maduración implica la selección negativa, la eliminación de los timocitos autorreactivos.
La desventaja clave en un proceso de reordenamiento genético para los receptores de células T es que por casualidad, algunas disposiciones de fragmentos de genes crearán un receptor de células T capaz de unirse a péptidos propios presentados en MHC clase I o MHC clase II. Si las células T que llevan estos receptores de células T ingresaran a la periferia, serían capaces de activar una respuesta inmune contra sí mismas, lo que resultaría en autoinmunidad . La selección negativa es el proceso evolucionado para reducir este riesgo. Durante la selección negativa, todos los timocitos con una alta afinidad para unirse a péptidos propios presentados en MHC clase I o clase II son inducidos a regular positivamente BCL2L11 , una proteína que impulsa la apoptosis. Las células que no tienen una alta afinidad por los antígenos propios sobreviven a la selección negativa. En esta etapa, también se seleccionan algunas células para convertirse en células T reguladoras , generalmente células que tienen una afinidad intermedia por el péptido propio.
La selección negativa puede ocurrir en la etapa doblemente positiva en la corteza. Sin embargo, el repertorio de péptidos en la corteza está limitado a aquellos expresados por células epiteliales, y las células doblemente positivas son deficientes para sufrir selección negativa. Por lo tanto, el sitio más importante para la selección negativa es la médula, una vez que las células están en la etapa simple positiva. Para eliminar los timocitos reactivos a los órganos periféricos, los factores de transcripción Aire y Fezf2 impulsan la expresión de múltiples antígenos periféricos, como la insulina, lo que resulta en la eliminación de células específicas para esos antígenos. [13] [14] Esto permite que los timocitos simples positivos se expongan a un conjunto más complejo de autoantígenos que el presente en la corteza y, por lo tanto, eliminan de manera más eficiente aquellas células T que son autorreactivas.
Los timocitos positivos individuales permanecen en la médula durante 1 a 2 semanas, examinando los autoantígenos para comprobar su autorreactividad. Durante este tiempo, experimentan cambios madurativos finales y luego salen del timo utilizando S1P y CCR7. Al entrar en el torrente sanguíneo periférico , las células se consideran células T maduras y no timocitos.
La selección negativa no es 100% efectiva, algunas células T autorreactivas escapan a la censura tímica y se liberan a la circulación. Existen mecanismos adicionales de tolerancia periférica activos en la periferia para silenciar a estas células, como la anergia , la deleción y las células T reguladoras . Si estos mecanismos de tolerancia periférica también fallan, puede surgir la autoinmunidad .
El trasplante de timo permite que las células T no reaccionen con los antígenos del donante, y pueden reaccionar con muchos antígenos propios del organismo. La enfermedad autoinmune es una complicación frecuente después del trasplante de timo, que se presenta en el 42 % de los sujetos más de un año después del trasplante. [15] Sin embargo, esto se explica en parte por el hecho de que la indicación en sí, es decir, el síndrome de DiGeorge completo (ausencia de timo), aumenta el riesgo de enfermedad autoinmune. [16]
Los timocitos que adquieren mutaciones oncogénicas que permiten una proliferación descontrolada pueden convertirse en linfomas tímicos .
Además de las células T αβ clásicas (cuyo desarrollo se describe anteriormente), en el timo se desarrollan otros linajes de células T, incluidas las células T γδ y las células T asesinas naturales (NKT). Además, en el timo se pueden desarrollar otros linajes hematopoyéticos no T, incluidos los linfocitos B (células B), los linfocitos asesinos naturales (células NK). [17] [18] ), las células mieloides y las células dendríticas. Sin embargo, el timo no es una fuente de desarrollo de células B, NKC o mieloides (esta afirmación no es cierta para todas las células B o NKC). El desarrollo de estas células en el timo refleja la naturaleza multipotente de los progenitores hematopoyéticos que siembran el timo. También se pueden encontrar células B maduras y otras células madre hematopoyéticas en la médula, que contribuyen a los procesos de selección negativa. [19]