Anticuerpos estructura y función

Transcripción

1 Anticuerpos estructura y función 1 Alfredo Prieto Martín Área de Inmunología, Universidad de Alcalá alfredo.prieto@uah.es jorge.monserrat@uah.es jorge monserrat Anticuerpos (Tema 1) Plan de las clases 1. Estructura 2.Función 3.Complejo receptor, correceptores y coestimuladores de la célula B madura 2 1

2 Forma secretada I. Anticuerpos Ag. Ag. Ig Ab 3 Célula plasmática Forma Inmunología de 2008/09 membrana (BCR) Importancia de los anticuerpos en patología 1. La presencia de anticuerpos específicos protege contra patógenos a los que reaccionamos en el pasado. 2. Su falta provoca inmunodeficiencia. Incluso deficiencias de algún isotipo (IgA) o deficits cuantitativos pueden comprometer la inmunocompetencia. 3. La presencia de autoanticuerpos de isotipo IgG contribuye a la autoinmunidad (r.cruzada ej: clamidia). 4. La presencia de IgE alergenoespecífica contribuye a las enfermedades alérgicas. 4 2

3 1. Estructura de los anticuerpos Características estructurales comunes Forma Y 4 cadenas 2H + 2L Dominios inmunoglobulina variables y constantes Características diferenciales Variación continua (clonal): recombinación Regiones variables Combinación VDJ Variación discreta 10 genes o alelos: Cadena pesada Clases Isotipos, subtipos o subclases: Cadena ligera. Tipos: Antígeno Sitios de unión al antígeno Antígeno Región Variable Especificidad Cadenas ligeras Región Constante Función Cadenas pesadas 5 Características estructurales comunes de los anticuerpos Forma monomérica (Y): 2 cadenas ligeras (L) idénticas y 2 pesadas (H) también idénticas Uniones disulfuro: Las dos H-H: Cada H con una L: Cadenas están constituidas por dominios inmunoglobulina Dímeros-Pentameros: (Producto Afinidad) 6 3

4 Dominio de inmunoglobulina 110 aa Estructura globular en barril El motivo que codifica el domino inmunoglobulina es el más repetido en 7 nuestro genoma, 765 veces. Nomenclatura de los dominios de inmunoglobulina Dominios variables Dominios constantes 8 4

5 Características estructurales diferenciales: Variación discreta (categorizable): Cadena pesada clases e Isotipos α1, α2,δ, ε, γ1,γ2,γ3,γ4 μ cadena ligera. Tipos: κ y λ. 4 isotipos λ Variación continua (no categorizable): Número de clones muy elevado Diversidad de la región variable 10 9 a moléculas diferentes con secuencias únicas en sus sitios de unión al antígeno. 9 γ μ δ α ε Variación discreta Variación génica (en distintos loci) En función de cadena pesada, clases: αiga, δigd, εige, μigm, γigg. Isotipos, subtipos o subclases: 95 % de identidad productos de segmentos génicos diferentes. Ig G1, Ig G2, Ig G3, Ig G4.por orden decreciente de concentración en suero. Ig A1 suero, Ig A2 secreciones Subtipo determina función biológica cadena ligera. Tipos: κ y λ. 4 isotipos λ γ 10 μ Inmunología δ 2008/09 α ε 5

6 Distribución de los isotipos 11 Distribución 1. Superficie de células B productoras (todos) 2. Plasma (IgG, IgA, IgMpent) y fluido intersticial (IgG) 3. Unidos a receptores de alta afinidad en la superficie de otras células (IgE) 4. En líquidos secretados IgA dimérica 12 6

7 Regiones variables (HVR) y regiones armazón. Regiones determinantes de complementaridad. 150 HVR3 Variability Index 100 HVR1 HVR2 50 FR1 FR2 FR3 FR Amino acid residue CDR CDR CDR Los segmentos hipervariables codifican para las regiones determinantes de complementaridad Las regiones determinantes de la complementariedad forman el sitio de unión al antígeno esta formado por tres lazos de cadena pesada y tres lazos de cadena ligera Entre ellas se disponen regiones armazón de secuencia más conservada. 14 7

8 Cadena ligera Tipos κ y λ, PM 25Kd Proporciones en humanos 2/3 κ, 1/3 λ, Función No existen diferencias funcionales, Estructura Contienen un dominio variable aminoterminal y otro constante carboxiterminal. 3segmentos hipervariables o CDRs. El más variable es el CDR3, Regiones armazón: Ciertos aminoácidos están altamente conservados, Los dominios constantes son idénticos en las moléculas de cada tipo y similares entre los dos tipos de cadena L Se usan como indicadores clonalidad en tumores B 15 Cadena pesada dominio variable (región V) y varios constantes (region C). PM 50 Kd 1. Región HV formada por 3 segmentos hipervariables o CDRs. El más variable es el CDR3. 2. Región bisagra entre C H 1 y C H 2 tamaño desde 10 aa ( α1, α2, γ1, γ2, y γ 4) hasta 60 aa en (γ3 y δ) Funcion: variar la disposición relativa y la distancia entre los dos centros de unión al antigeno. 0º, 60º, 90º 3. La región constante es distinta en cada isotipo, pero es invariante para las cadenas de un mismo isotipo dominios en las regiones constantes de Ig M e Ig E, COO NH2 8

9 Formas de expresión Difieren en la secuencia de aminoácidos del último dominio carboxiterminal de la cadena pesada (26aa). Forma secretada Forma de membrana 17 Piezas de cola Secuencias adicionales no globulares en el extremo carboxiterminal de la cadena pesada. Se asocian a cadena J participan en polimerización (IgM) y transporte (IgA) J Chain C4 Secretory Piece J Chain 18 9

10 Variación de los anticuerpos Diversidad idiotipos moléculas de anticuerpos diferentes en cada individuo Idiotipo La diversidad en la secuencia esta confinada a los dominios aminoterminales (dominios variables) de las cadenas pesadas y ligeras. Alotipos polimorfismos alelicos en la región constante Isotipos productos de genes para región constante de la cadena pesada Alotipo 19 Antígenos Antígeno: Sustancia que se une específicamente a un anticuerpo. Inmunógeno: Sustancias capaces de generar respuestas inmunes. Reacción cruzada Un antígeno provoca síntesis de un anticuerpo capaz de unirse a otro antígeno muy similar causa de autoinmunidad Hapteno vs carrier Neoantígenos 20 10

11 Determinante antigénico o epítopo Porción de una molécula que es reconocida por el anticuerpo porción que contacta con Fab Tipos: Determinantes conformacionales o discontinuos: Formados por aa de porciones separadas en la secuencia primaria de la proteína pero que están juntos yuxtapuestos en la estructura tridimensional. Determinantes lineales: 6 aa de longitud, formados por aa correlativos en la estructura primaria, la mayoría son inaccesibles en la conformación nativa y sólo aparecen cuando la proteína sufre proteolisis o desnaturalización. 21 Sitios de Unión antígeno-anticuerpo Unión no covalente, es reversible pero de alta afinidad. Localización: Regiones hipervariables del fragmento Fab. 1. Mayor variación entre distintos anticuerpos. 2. Los cambios en su secuencia alteran la especificidad de unión. 3. Forman lazos extendidos expuestos en la superficie del anticuerpo (estudios de difracción de rayos X). 4. Los residuos aminoácidos de las regiones hipervariables están en contacto con el antígeno unido, sobre todo la región CDR3, (la más variable)

12 Fuerzas que participan en interacción Antígeno-Anticuerpo 23 Inmunogenicidad Extrañeza-diferencia con lo propio Tamaño lo grande es mejor KLH Susceptibilidad a la fagocitosis (partículas) Genotipo del huésped (cepas) Ruta de administración (oral) Contexto daño inflamación dosis 24 12

13 2. Funciones de las distintas regiones 1.-El sitio de unión al antígeno esta formado por segmentos de las regiones V L y V H 2.-La porción Fc. activa las funciones efectoras que dependen principalmente del isotipo de la cadena pesada. Unión a FcR Unión al antígeno Unión complemento Transferencia placentaria 25 Funciones de las distintas regiones 3.- La región bisagra determina como una molécula de anticuerpo puede interaccionar simultáneamente con dos moléculas de antígeno. 26 IgG1, IgG2 and IgG4 IgG3 Flexibilidad de la región bisagra 13

14 Funciones de los anticuerpos 1. Son desencadenadas por la unión al antígeno. 2. Son muy variadas desencadenan mecanismos efectores diversos. 3. Dependen del isotipo del anticuerpo. 27 Funciones isotipo específicas 1. Distintos isotipos con una misma especificidad antigénica activan diferentes funciones efectoras. 2. Isotipos aportan flexibilidad a la repuesta inmune al permitir atacar a un patógeno por medio de distintos mecanismos. 3. El sistema inmune puede seleccionar el mecanismo mas eficaz en la eliminación del antígeno y reforzar ese tipo de respuesta

15 Funciones de los distintos isotipos ADCC Diferentes isotipos y subtipos de Ig realizan funciones diferentes 29 + Distribución isotipos en relación con función Ig A 2 Ig G 1 Ig G, Luz intestinal Ig A mg/dl Ig G 1 Ig G 2 Ig G 3 Ig G 1 IgE Ig G mg/dl IgA 1 110mg/dl Ig M IgE Ig A 2 Ig E Mucosa respiratoria Aire 30 Epitelios queratinizados 15

16 Neutralización del antígeno Anticuerpos secretados de cualquier isotipo: Impiden la acción toxica o infecciosa de las moléculas a las que se unen. 31 Aumento de la fagocitosis, opsonización por IgG. Las partículas antigénicas son recubiertas por anticuerpos cuyas regiones Fc son a su vez reconocidas por receptores específicos de los neutrófilos y los fagocitos mononucleares (FcγRI; FcγRII, FcRIII) estimulando la fagocitosis de las partículas 32 16

17 Activación del complemento por Ig M e Ig G. C1q se une a la región Fc (Cγ2, Cμ3) de inmunoglobulinas unidas a antígenos. De las IgG humanas IgG3 activa eficientemente el complemento, IgG1 algo menos, IgG2 pobremente, IgG4 nada. C1r C1s C1q C1r C1s C1q 33 Citotoxicidad dependiente de anticuerpo (ADCC) Los linfocitos citotóxicos expresan receptores de baja afinidad para Fc IgG (FcγRIII=CD16) que solo se unen a IgG agregada en superficies reconocidas por los anticuerpos

18 ADCC por los Eosinófilos Tienen receptores para regiones Fc de IgA e IgE y exocitan gránulos con contenido letal para parásitos y helmintos insensibles a otras células efectoras. 35 Hipersensibilidad inmediata desencadenada por Ig E Los mastocitos y los basófilos expresan receptores para FcIgE (FcεRI) de alta afinidad ocupados por monómeros de Ig E en ausencia del antígeno 36 18

19 Inmunidad en las mucosas mediada por la Ig A. La Ig A es transportada a través de las barreras mucosas y es secretada a la luz intestinal donde neutraliza posibles patógenos o toxinas derivadas de ellos. 37 Transferencia de inmunidad pasiva al feto y al neonato por la IgG y la IgA. Los mamíferos durante la vida fetal o recién nacidos no son capaces de responder eficazmente a los microbios. Las IgG maternas son capaces de atravesar la placenta y pasar a la sangre del feto. Las madres en periodo de lactancia secretan Ig A (e Ig G en algunas especies) al calostro y a la leche, Estas IgA protegen cavidad gastrointestinal y educan al sistema inmune del neonato. El neonato es capaz captar mediante receptores específicos Inmunoglobulinas de la luz intestinal y transferirlas a la sangre

20 3. Complejo receptor para antígeno de las células B: inmunoglobulinas de membrana Ontogenia de las células B: Expresión de distintos isotipos en función del grado de diferenciación celular. IgM Pre BCR IgM IgM IgD IgA IgE IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 39 Complejo receptor para antígeno, y sus co-receptores, en linfocitos B maduros (Fearon 2000) Complejo receptor BCR IgM (u otro isotipo en B memoria) Igα e Igβ ΙΤΑΜ Co-receptores (co-ligan) ComplejoCD19/CD21/CD81(TAPA-1) CD21 une C3d CD19 Lyn amplificación Tk de familia Src Receptores coestimuladores Positivos CD72 antagoniza ITIM CD40 activa NFkB Negativos CD22, Fc Ig antagonizan CD19 reclutando PTP 40 (Poe 2001) CD40 ITAM Ag-C3d CD19/CD21 20

21 Transducción de señal de reconocimiento antigénico en células B CD40 41 Stimuly dependent Tirosine kinase activation Costimuly-dependent activation of NFκB Costimuly-dependent inhibition of PTP Ag-Costimuli (C3d) IgM IgαIgβ CD21/CD19 ITAM Lyn Slp65 NFκB ITAM-dependent signal amplification SyK Diferenciaciónproliferación SHP-1 SHIP (PTP) Activation of PTP by negative costimulators CD22 FcIgG CD72 ITIM Bibliografía y webgrafía Inmunobiología Janeway Inmunología celular y molecular Abbas Sitio web del curso www2.uah.es/problembasedlearning Sitio web de la Universidad de Berkeley mcb.berkeley.edu\courses\mcb250\index.html 42 21

22 Apéndice : Caracterización de la unión al antígeno Equilibrio de la reacción Ag + Ag Ag-Ab Ka=Ag-Ab Unido/Ag libre x Ab libre 43 Caracterización de la unión al antígeno en condiciones reales por dialisis en equilibrio Supuestos: Antígeno con un solo determinante por molécula, Todos los anticuerpos presentes específicos frente a él, temperatura y condiciones de disolución controladas. Constante de disociación (K d ): La concentración Molar de ag. a la que la mitad de las moléculas de Ab esten unidos a él y la otra mitad libre. para los Ab es de 10-7 a M. Afinidad (inverso de la constante de disociación1/k d ): Mide la intensidad de la unión de un ag monovalente a un Ab con un solo lugar de unión. Multivalencia, los antígenos suelen tener más de un determinante (antígenos multivalentes), los anticuerpos tienen más de un sitio de unión (de 2 a 10). La afinidad de una unión multicéntrica es mucho mayor que la que resultaría de la suma de las afinidades de cada uno de los lugares de unión implicados. Avidez: Mide la intensidad global de la unión de un anticuerpo a un antígeno. La constante de avidez (Ka global) se estima como inverso de la Kd global y varia entre 10 7 y M Avidez es similar al producto de afinidad y valencia 44 22