Estructura y Funciones de Antígenos y Anticuerpos

Dr. Sergio E. Alvizuri P.

Anticuerpos – Generalidades

• Son una familia de glucoproteínas que median la inmunidad humoral. Existen como anticuerpos unidos a membrana sobre la superficie de los LB y en forma secretada

• Siempre median sus acciones biológicas uniéndose a antígenos

• Todos los anticuerpos tienen estructura similar incluyendo carga y solubilidad

• Se distribuyen en los líquidos biológicos de todo el organismo

Propiedades

• Ejercen su función en sitios distantes a donde son producidos

• Se producen durante la respuesta primaria y en grandes cantidades en la secundaria

• Bloquean el efecto dañino de microbios y toxinas a través de la región de unión antigénica (Fab)

• Activan la función efectora de macrófagos y complemento a través de la región Fc

• El cambio de isotipo y la maduración de la afinidad amplifican su función protectora

Estructura de los Anticuerpos

• Son sectores de 100 a 110 aas de longitud que se encuentran entre los enlaces disulfuro (S-S), los que se encuentran plegados formando dominios globulares.

– Cadenas L: 2 dominios– Cadenas H: 4 a 5 dominios

• Cada dominio se designa con una letra L o H y un número que indica su posición

• Los primeros dominios son muy variables por lo que se denominan VL o VH

La Región Variable

• Es la parte de la Ig que se une a la epítope

• La mayor variabilidad se encuentra en el extremo N-terminal de 110 aas tanto en la cadena pesada como ligera– Las secuencias de mayor variabilidad se

denominan regiones hipervariables y se denominan regiones determinantes complementarias (CDRs),y son CDR1, CDR2, y CDR3

Región Constante

• Los anticuerpos se dividen en clases (isotipos) y subclases sobre la base de la estructura diferente de la cadena pesada– IgA: IgA1, IgA2– IgG: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4– IgD, IgE, IgM

• La cadena pesada se designa por la letra griega del alfabeto

• Los diferentes anticuerpos tienen diferentes funciones efectoras

• Las moléculas de anticuerpo son flexibles y pueden unirse a diferentes tipos de antígenos (región de bisagra)

• Las cadenas ligeras son de dos tipos: y se diferencian por su región carboxi terminal

Receptores para anticuerpos

Receptor Distribución Celular Función

FcRI (CD64) Macrófagos, neutrófilos, eosinófilos

Fagocitosis; activación de fagocitos

FcRIIA (CD32) Macrófagos, neutrófilos, eosinófilos, plaquetas

Fagocitosis; activación celular

FcRIIB (CD32) Linfocitos B Inhibición del feedback del linfocito B

FcRIIIA (CD16) Células NK Citotoxicidad dependiente de anticuerpos

FcRI Mastocitos, basófilos, eosinófilos

Activación celular

Isotipos de las Inmunoglobulinas

ISOTIPO PESO MOLECULAR CS MIGRACION

IgA165,000 (monómero)

400,000 (dímero)7S ,

IgD 180,000 7S

IgE 200,000 8S

IgG 150,000 7S

IgM 900,000 19S

Inmunoglobulinas

Inmunoglobulina M

• Evolutivamente es de las primeras en aparecer, en los vertebrados con mandíbula

• Es la primera en expresarse durante la maduración del linfocito B

• Es el isotipo que domina la respuesta humoral inicial• Se encuentra sobre la superficie de los linfocitos B

(receptor) como monómero, libre en el plasma y en secreciones mucosas (pentámeros y menos frecuente hexámeros)

• Media la respuesta inmune por activación del complemento (vía clásica), induciendo lisis bacteriana

Inmunoglobulina D

• Su forma principal es de membrana, la que se encuentra junto con la IgM en los linfocitos B maduros vírgenes donde participa en la transducción de señales activadoras y tolerógenas.

• Tiene una vida media de 2.8 días y es degradada con más facilidad que la IgM

• Aún no se conoce mucho sobre su rol en inmunidad e inmunopatogenia.

Inmunoglobulina G

• Es el isotipo predominante (70% a 75%) de la Ig total en el suero y del compartimiento extravascular

• Es la IgG característica de la respuesta humoral de memoria, que se produce por cambio de isotipo (IgM a IgG), pasa por el proceso de maduración de la afinidad que se produce por hipermutación somática

• Participa directamente en la respuesta inmune neutralizando antígenos y activando complemento y a la células portadoras de receptor para IgG (FcR)

• Tiene 4 isotipos con afinidad variable para C1q (IgG3>IgG1>IgG2>IgG4)

Inmunoglobulina A

• Es el isotipo predominante en las secreciones mucosas, leche y calostro

• En suero se encuentra la forma monomérica, y la forma secretoria consiste en dímeros y trímeros que están asociados por una cadena J (join) y presentan el componente secretor que sintetizan las células del epitelio mucoso

• Tiene dos isotipos A1 (80%) y A2• La forma secretoria participa en la inmunidad

antiviral, antibacteriana y contra parásitos.• La actividad de la IgA no depende de moléculas

inflamatorias: inhibición de la adhesión uniéndose a adhesinas microbianas, aglutinación de microbios y el bloqueo de receptores microbianos para moléculas celulares de superficie

IgA: Transitosis

Inmunoglobulina E

• Se asocia con reacciones de hipersensibilidad y alergia, participa en la inmunidad contra parásitos

• Se unen a los receptores de alta afinidad FcRI que se expresa sobre los mastocitos, basófilos células de Langerhans y eosinófilos.

Funciones de los Anticuerpos

Isotipo Funciones Específicas

IgG Opsonización de antígenos para fagocitosis por macrófagos y neutrófilosActivación de la vía clásica del complementoCitotoxicidad dependiente de anticuerpos mediada por células NK o macrófagosInmunidad neonatal: transferencia de anticuerpos a través de la placenta y el intestinoInhibición por retroalimentación de la activación de los linfocitos B

IgM Activación de la vía clásica del complementoReceptor antigénico de linfocitos B vírgenes

IgA Inmunidad mucosa: secreción de IgA en la luz de los tractos digestivo y respiratorioInmunidad Neonatal: transferencia de IgA materna a través de la leche materna

IgE Citotoxicidad mediada por células dependiente de anticuerpos relacionada con eosinófilosDesgranulación de mastocitos (reacciones de hipersensibilidad inmediata)

IgD Receptor antigénico de células B vírgenes

Antígenos

• Antígeno: cualquier sustancia que puede unirse de forma específica a un anticuerpo o receptor de célula T. Aquellos antígenos que generan una respuesta inmunitaria se denominan inmunógenos.

• Epítope o determinante antigénica:– Lineares, Conformacionales, Neoantígenos

• Polivalencia o multivalencia

Antígenos

• Epítope o determinante antigénica: la porción del antígeno que es capaz de inducir una respuesta inmune

• Haptenos, se denominan así a los grupos funcionales pequeños conformados por una sola determinante (ej, trinitrofenilo, arsonato de benceno, oligopéptidos)

• Por sus determinantes– Lineares– Conformacionales (discontinuas)– Neoantígenos

• Polivalencia o multivalencia• Paratopo: la parte de las regiones hipervariables que

entra en contacto con el antígeno

Tipos de Epítopes

Determinantes Conformacionales

Determinante Lineal

Principales Tipos de Antígenos

• Carbohidratos (polivalentes)– Glicoproteinas de superficie celular

• Lípidos• Ácidos nucleicos

– Cuando se asocian a proteínas

• Proteínas (multivalentes)– Casi todas son inmunogénicas.– Tienen varias epítopes (multideterminantes)

Estructura Antigénica

Características de los Antígenos

Tamaño Grandes Pequeños (<2500MW)

Dosis Intermedia Alta o Baja

Ruta Subcutánea > Intraperitoneal > endovenoso o intragástrica

Composición Compleja Simple

FormaParticulada Soluble

Denaturalizada Nativa

Similitud con proteínas propias Diferencias múltiples Pocas diferencias

Adyuvantes

Liberación lenta Liberación rápida

Bacterianos No bacterianos

Interacción con MHC Eficiente No eficiente

Sistema de Complemento

Definición

• Se trata de un sistema de proteínas altamente regulado que se encarga de la función efectora del sistema inmune

Funciones biológicasFunciones biológicas

• Citólisis• Opsonización • Activación de la inflamación

(anáfilotoxinas)• Remoción de complejos inmunes

– Solubilización– Fagocitosis

• Promueve la respuesta humoral

Propiedades Propiedades • Es activado por microbios y por anticuerpos unidos a

microbios y otros antígenos• Existen tres vías de amplificación

– La vía alterna– La vía de las lectinas– La vía clásica

• Su activación se produce en sitios bien delimitados• Su acción la ejerce directamente y por medio de la

activación de células efectoras• Es un sistema que se encuentra estrechamente

regulado• Los productos de su activación tienen unión

covalente a las superficies microbianas o a los anticuerpos unidos a los antígenos

• La activación es inhibida por proteínas reguladoras presentes en las células del hospedero y ausentes en los microbios

Biosíntesis

• La mayoría de los componentes del complemento se sintetizan en el hígado.

• C1 se produce también en el epitelio intestinal• El factor D también se produce en el tejido adiposo• C7 es producido en el hígado y la médula ósea,

especialmente por los granulocitos, su concentración tendría un efecto modulador de la acción del complemento

• Además del hígado el complemento es producido por numerosos grupos celulares como células endoteliales, linfocitos y en los órganos de la reproducción

• Otra fuente además de los macrófagos son las células dendríticas

Las Vías del Complemento

La vía alterna

Proteínas de la Vía Alterna

PROTEÍNA FUNCIÓN

C3 C3b se une a la superficie de los microbios, donde actúa como una opsonina y como componente de las convertasas de C3 y C5.C3a estimula la respuesta inflamatoria

Factor B Bb es una serin proteasa y la enzima activa de las convertasas de C3 y C5

Factor D Es una serin proteasa plasmática, degrada al factor B cuando se une a C3b

Properdina Estabiliza la convertasa de C3 (C3bBb) sobre la superficie microbiana

La Vía Clásica

Proteínas de la Vía Clásica

PROTEINA FUNCIÓN

C1 (C1qr2s2) Inicia la vía clásica

C1q Se une a la porción Fc del anticuerpo que se ha unido al antígeno, a células apoptóticas, y a superficies catiónicas

C1r Serin proteasa parte C1s para volverlo una proteasa activa

C1s Serín proteasa, parte C2 y C4

C4 C4 se une de forma covalente a las superficies de los microbios o células, donde el anticuerpo está unido y el complemento es activadoC4b se une a C2 pro acción de C1sC4a estimula la inflamación (anafilotoxina)

C2 C2a es una serin proteasa y actúa como enzima activa de las convertasas de C3 y C5 para romper a C3 y C5

C3 Las mismas de la vía alterna

La Vía de Lectinas

Proteínas de la Vía de Lectinas

PROTEINA FUNCION

Lectina Fijadora de Manosa

Aglutinina, opsonina. Lectina de la familia de las colectinas fijadora de complemento

M-ficolina (ficolina-1) Aglutinina, opsonina. Proteína fijadora de Complemento secretada por macrófagos activados

L-ficolina (ficolina-2) Aglutinina, opsonina. Proteína plasmátrica fijadora de complemento

H-ficolina (ficolina-3) Aglutinina, opsonina. Proteína plasmátrica fijadora de complemento

MASP-1 Forma complejo con MASP2 y colectinas o ficolinas y activa MASP3

MASP-2 Forma complejos con lectinas, especialmente ficolina-3

MASP-3 Se asocia con colectinas o ficolinas y MASP1, rompe C4

La Vía Común

Proteínas de la Vía Común

PROTEÍNA FUNCIÓN

C5 C5b inicia el ensamblaje del complejo de ataque de membranaC5a estimula la inflamación (anafilotoxina)

C6 Componente del MAC : se une a C5b y acepta C7

C7 Componente del MAC: se une a C5b,6 y se inserta en los lípidos de membrana

C8 Componente del MAC: se une a C5b,6,7 e inicia la unión y polimerización de C9

C9 Componente del MAC: se une a C5b,6,7,8 y se polimeiza para formar poros en las membranas

Unión del Enlace Tioéster

Acciones de las AnafilotoxinasMolécula Célula Blanco Efecto

C3a, C5a Mastocitos, basófilos Degranulación, liberación de aminas vasoactivas; contracción de la musculatura lisa; incremento de la permeabilidad vascular

C3a Eosinófilos Quimiotaxis, degranulación

C5a Endotelio Incremento de la adhesión leucocitariaSíntesis de citoquinas y quimioquinas

C5a Neutrófilos, monocitos/macrófagos, eosinófilos, basófilos, astrocitos

Quimiotaxis

C5a Neutrófilos, monocitos/macrófagos Cebado: activación de receptores, ensamble de la NADPH oxidasa; activación: degranulación, vía de estallido respiratorio

C5a Macrófagos residentes Regulación del FcR (↑ activando, ↓ inhibiendo)

C5a Hepatocitos Síntesis de proteínas de fase aguda

C5a, C3a Linfocitos, células presentadoras de Ag

Regulación de las respuestas del LT al antígeno

Regulación del Complemento

• Regulador de C1– C1 Inhibidor esterasa

• Reguladores de la convertasa de C3 y C5– Factor I

– Proteínas solubles (C4BP, factor H)

• Reguladores del MAC– Inhibidores solubles (proteína S, clusterina)

– Inhibidor de membrana (CD 59)

Inhibidor de C1Inhibidor de C1

Degradación dependiente del Factor I

Proteína Fijadora de C4Proteína Fijadora de C4

Receptores de Complemento

• Receptor 1 de complemento (CDR1)– Eritrocitos, monocitos, macrófagos, LB,

eosinófilos, CD foliculares, algunos LT, podocitos glomerulares

• Receptor 2 de complemento (CDR2)– Linfocitos B (receptor para el EBV)

• Receptores de complemento 3 y 4– Neutrófilos y monocitos

• Receptores para C3a y C5a– Neutrófilos, macrófagos, mastocitos, basófilos,

musculatura lisa, células endoteliales

Receptor de C3bReceptor de C3b

Actividades Biológicas del Actividades Biológicas del ComplementoComplemento

Mecanismos de Evasión

• Los patógenos pueden evadir la acción del complemento de tres formas básicas– Minimizando o controlando la activación

• Por degradación del inhibidor de C1 (C1-INH)

– Resistiendo la fagocitosis mediada por C3

– Bloqueando la acción del MAC

• Uso de proteínas provenientes del hospedero (HIV: DAF y CD59)

Componente Defecto Funcional Enfermedad Asociada

C1 Remoción defectuosa de CI LES, infecciones bacterianas

C4 Remoción defectuosa de CI LES, infecciones bacterianas

C2 Remoción defectuosa de CI LES, infecciones bacterianas

C3 Opsonización defectuosa Infecciones bacterianas

C1-INH Activación excesiva de las kininas y C2 Edema angioneurótico

B Sin reportes

D Activación defectuosa de la vía alterna Infecciones bacterianas?

P Activación defectuosa de la vía alterna Infecciones por meningococo

H Activación excesiva de la vía alterna Infecciones por meningococo, glomérulonefritis

I Activación excesiva de la vía alterna Infecciones bacterianas

Carboxy-peptidada N Ausencia de la inhibición de C5a, C3a Angioedema, urticaria crónica

C5 Quimiotaxis defectuosa, actividad lítica ausente

Infecciones por meningococo

C6, C7, C8 Ausencia de actividad lítica Infecciones por meningococo

C9 Actividad lítica defectuosa Infecciones por meningococo

Angioedema Hereditario

• Se debe a la deficiencia hereditaria de C1INH• Se caracteriza por ataques recurrentes de

edema en los tejidos mucosos y submucosos. Afecta especialmente las extremidades y la mucosa del TGI. Ocasionalmente afecta la mucosa del tracto respiratorio alto

• Se caracteriza por su falta de respuesta a los esteroides y antihistamínicos. Los niveles de C1INH se encuentran disminuidos.