T4. Estructura de les immunoglobulines PDF

Preview

Summary

Download T4. Estructura de les immunoglobulines PDF

Description

Fisiologia. Anna Maria Mesa.

4. ESTRUCTURA DE LES IMMUNOGLOBULINES Els mecanismes de la immunitat adquirida són molt més complexes que els de la innata. Les immunoglobulines (anticossos) són les molècules que es produeixen en la resposta adaptativa. Es van descobrir quan es va veure que si s’extreu sang d’un animal i del sèrum es fa una electroforesis passada per un densímetre, se li inocula un immunogen i es torna a fer una electroforesis al sèrum, hi ha un increment de les proteïnes gamma (gamma globulines). Si s’agafa aquest segon sèrum, on hi ha les gamma globulines incrementades, i s’incuba amb l’immunogen, l’increment de gamma globulines es perd (les capta l’immunogen i precipiten). D’aquesta manera es van adonar que l’immunogen és la causa de que l’organisme produeixi gamma globulines.

Encara que la majoria de IgG es troba en la fracció γ, ara se sap que també hi ha immunoglobulines en les fraccions α i β del sèrum. PRODUCCIÓ D’ANTICOSSOS (Acs) / IMMUNOGLOBULINES (Igs). Quan es van començar a estudiar les immunoglobulines es va veure que hi ha un tipus concret de cèl·lules, els limfòcits B (estudiats per primer cop a la bossa de Fabrici) que quan es troben inactivats tenen un receptor d’immunoglobulines, i un cop s’uneix amb l’antigen es transforma en cèl·lula plasmàtica, que produirà elements solubles de la resposta (anticossos) amb la mateixa especificitat per l’antigen que el seu progenitor. Les immunoglobulines es poden trobar de dues maneres: - Unides a la membrana plasmàtica formant part del B-cell receptor(immunoglobulina de superfície). - Lliure i soluble en els fluids. ESTRUCTURA DE LES IMMUNOGLOBULINES (Igs). Les immunoglobulines es van començar a estudiar per mitjà de l’acció d’enzims (dels que es coneixia per quins punts tallaven les cadenes d’aminoàcids). Es van fer diverses electroforesis amb la molècula sense digerir i digerida per enzims i es van estudiar les diferencies. Després de moltes digestions es va veure que la molècula tenia 2 parts que reconeixien l’antigen (fracció AB, antigen binding) i una part que no en reconeix (fracció C, constant). Posteriorment es fa l’experiment amb un reductor que trenca els ponts disulfur intercadenaris (que es formen per les cisteïnes) i es veu que hi ha 2 subunitats lleugeres, de baix pes molecular, i 2 subunitats

1

Fisiologia. Anna Maria Mesa. pesades, d’alt pes molecular, és a dir que es tracta d’un heterodímer format per 2 cadenes lleugeres (L) i 2 pesades (H). En humans existeixen dues cadenes lleugeres i 5 cadenes pesades diferents. També es veu que tenen punts de glicosilació que els dona la forma de glicoproteïna i que no tota la part AB reconeixia antigen, ja que esta formada per dominis globulars (caracteritzen els dominis d’immunoglobulines). Les cadenes lleugeres tenen dos dominis globulars d’immunoglobulina, mentre que les pesades tenen dos dominis constants d’immunoglobulines units a la lleugera i n dominis de la part constant de la molècula. Les immunoglobulines γ, α i δ tenen regió bissagra (frontissa), que permet que els braços de la immunoglobulina es puguin obrir una mica, mentre que les μ i ϵ no en tenen. Els dominis són estructures en forma de Sandwich de fulles β unides per ponts disulfur, cadascuna amb hebras β antiparal·leles que es connecten per loops de diferent longitud. S’estabilitzen per càrregues alternades, les apolars queden a l’interior i les polars s’orienten cap a l’exterior. Els anticossos tenen dues funcions bàsiques, unió d’antígens (a la zona variable) i funcions efectores (a la regió constant). Quan es va començar a estudiar la diferencia entre la fracció AB de la cadena lleugera (domini globular variable) es va veure que la freqüència dels aminoàcids era més o menys constant en una part (la regió marc o de sosteniment, framework), mentre que en unes altres regions que coincideixen amb els loops hi ha molta variabilitat, les regions hipervariables (part variable). Hi ha tres regions variables localitzades en 3 loops, i són les regions determinants de complementarietat (CDR), que formen el lloc d’unió antigen-anticòs, i la regió marc actua com a esquelet de sosteniment d’aquestes zones. Posteriorment quan s’estudia el domini globular variable de la cadena pesada es veu que passa el mateix, hi ha una zona amb molta variabilitat i una altra amb molt poca. La unió de dels dominis globulars de la cadena lleugera amb els de la pesada donen lloc a 6CDR que seran les regions on es reconeixerà l’antigen. Seran exactament els mateixos que hi haurà en l’altra Fracció AB del mateix anticòs. Hi ha 1011 combinacions diferents de dominis globulars perquè cada immunoglobulina reconegui un antigen diferent, i cada estructura reconeixerà només una molècula específica.

2

Fisiologia. Anna Maria Mesa. EPÍTOPOS. Un epítop o determinant antigènic és una regió immunològicament activa d’un antigen que s’uneix a receptors de la membrana específics d’antigen expressats pels limfòcits o a anticossos secretats. Pot ser de dos tipus, lineal (es reconeix sigui quina sigui la seva col·locació) o conformacional (es reconeix l’estructura terciària, i si aquesta es desfà no es reconeix). Característiques dels epítops de cèl·lules B: - Solen ser aminoàcids hidrofílics exposats. - Poden ser lineals o conformacionals. - Solen trobar-se en regions flexibles. - Les proteïnes complexes contenen epítops solapants, alguns immunodomnants. FORCES QUE MANTENEN UNIT EL COMPLEX ANTIGEN – ANTICÒS. La unió antigen - anticòs és una unió estable formada per forces no covalents. Tot i ser una unió estable es pot trencar.

DETERMINANTS ANTIGÈNICS EN LES IMMUNOGLOBULINES. Els dominis constants de la cadena pesada tindran característiques diferents. S’ha vist que hi ha 5 tipus de cadenes pesades , i el tipus de cadena pesada que tingui una immunoglobulina determinarà el seu isotipus (és a dir que hi ha 5 isotipus diferents d’immunoglobulina). Hi ha diversos tipus de epítops en les immunoglobulines: - Isotipus: Conjunt de determinants de la regió constant que defineixen cada tipus de cadena lleugera i cada classe i subclasse de la cadena pesada. Dins d’un isotipus trobem diversos al·lotipus.

3

Fisiologia. Anna Maria Mesa. -

Al·lotipus: Conjunt d’epítops produïts per petites diferencies aminoacídiques entre els al·lels d’un isotipus o de la regió constant de la cadena lleugera. Idiotop: És cadascun dels determinants antigènics d’una regió variable de la cadena pesada o lleugera. Idiotipus: Conjunt dels idiotops individuals trobats en un anticòs.

Diversitat de les immunoglobulines en l’evolució. Hi ha 5 isotipus basics que es troben en els mamífers: IgM, IgD, IgG, IgE i IgA. Les aus per exemple tenen IgY, una variació de IgG i IgE que no es troba en mamífers, però també IgM i IgA. IgY també es troba en amfibis. Els animals menys evolucionats són els que tenen menys isotipus. Dins dels animals domèstics, cada espècie té diferents subtipus per cada família d’immunoglobulines, i destaca el cavall per la gran quantitat de subtipus per cada família. Algunes espècies d’animals domèstics no presenten IgD, i en el camell, IgG2 i IgG3, que constitueixen el 75% de les seves immunoglobulines, no tenen cadenes lleugeres (però poden unir antígens). Estructura general de les classes d’anticossos. IgG, IgD i IgE es troben sempre en forma monomèrica. IgA es pot trobar e forma monomèrica (en els fluids corporals) o dimèrica (en el calostre i el mucus). IgM té forma de pentàmer. Quan es troben ancorats, tots els tipus tenen forma monomèrica. FUNCIONS. Les immunoglobulines tenen com a norma general les funcions d’opsonitzar, activar el sistema del complement, citotoxicitat cel·lular mediada per anticossos (ADCC), activació de mastòcit i altres cèl·lules (IgE) i transcitosis (per exemple: IgA i IgM en mucoses, IgG travessa la placenta). - IgG: Protecció del fetus en algunes especies, activació del complement i opsonització. - IgM: Es troba a la membrana de limfòcits madurs, és el primer anticós de la resposta primària i dona immunitat en mucoses i secrecions (tot i que és menys abundant que IgA). - IgA: Immunitat de les mucoses i secrecions. - IgE: Activació de mastòcits i basòfils. - IgD: Es troba juntament amb IgM en la membrana de limfòcits madurs. No se li coneix cap funció efectora. GENERACIÓ PER RECOMBINACIÓ GENÈTICA DEL DOMINI VARIABLE DE LES CADENES PESADES I LLEUGERES DE LES IMMUNOGLOBULINES. Quan es van descobrir les immunoglobulines es creia que per cada molècula hi havia un gen. En el moment que es va descobrir que hi havia una quantitat de 109 immunoglobulines diferents es van adonar que no hi podia haver un gen per cadascuna. Els gens que codifiquen per la cadena pesada es troben en cromosomes diferents, mentre que els que sintetitzen la cadena lleugera es troben en un mateix cromosoma. Enlloc d’haver-hi un gen per cada proteïna es va veure que el que codificava aquestes proteïnes eren segments gènics. La quantitat dels segments varia segons l’espècie. Recombinació gènica de la cadena lleugera. És la més simple. La cadena lleugera té un domini variable i un domini constant. El domini constant de la cadena lleugera podrà ser en un cromosoma к i en l’altre λ. Estarà format per segments gènics de variabilitat i segments gènics d’unió. La quantitat d’aquests segments varia segons l’espècie. El DNA té diferents segments gènics de variabilitat i diferents segments gènics d’unió i el segment constant к o λ segons el tipus que sigui la cadena lleugera. En l’ontogènia de la cèl·lula uns enzims amb un patró de reconeixement agafaran un segment d’unió, un de variabilitat i el segment constant al de constant i els uneixen. Els enzims encarregats d’això són RAG1 i RAG2, que tallen segments al atzar. Això permet que es formin molts reordenaments que 4

Fisiologia. Anna Maria Mesa. donen diferents llinatges que produiran immunoglobulines diferents, però en molts casos no son viables, i aleshores la cèl·lula mor. En altres casos per aconseguir que la unió de segments sigui estable cal que actuïn enzims de reparació i polimerases , i això és un altre fenomen de variabilitat, ja que la reparació també es dona a l’atzar i la polimerasa pot fer molts tipus d’empalms diferents.

Recombinació gènica de la cadena pesada. La cadena pesada és més gran, ja que als segments gènics d’unió i de variabilitat que ja tenia la lleugera, té segments gènics de diversitat. Actuen RAG1 i RAG2, que escullen primer entre els segments de diversitat (D) i unió (J) i els uneixen i seguidament hi enganxen un segment de variabilitat (V). Un cop tenim units els tres segments recombinats es començaran a sintetitzar els dominis variables constants. Primer de tot es sintetitzarà μ, que serà la IgM de superfície que conformarà el B-cell receptor de les cèl·lules immadures. Al final d’aquest procés, perquè puguin sortir de la medul·la òssia, per splicing alternatiu es sintetitzarà una altra cadena pesada, δ (però amb el mateix domini variable). En aquest moment tenim dues immunoglobulines amb la mateixa especificitat però diferents cadenes pesades.

5

Fisiologia. Anna Maria Mesa. Generació de diversitat d’anticossos. La diversitat d’antígens ve donada per la unió aleatòria de segments gènics en la línia germinal, V, J (i D en cadena pesada), la flexibilitat de la unió i l’addició de nucleòtids. Això es dona als òrgans limfoides primaris (en aus a la bossa de Fabricio, un apèndix cloacal). Hi ha un altre factor depenent de l’antigen que també dona diversitat i es dona a la perifèria (hipermutació somàtica). RECEPTOR DEL LIMFÒCIT B NAIVE (IgM, IgD). El BCR (B-cell receptor) està format per una immunoglobulina de membrana (en cèl·lules naïve IgM i IgD) associat al heterodímer Ig-α/Ig-β. La funció del BCR és el reconeixement de l’antigen i la posterior senyalització cap a l’interior de la cèl·lula perquè es produeixi l’activació de la cèl·lula B. Mentre que la immunoglobulina de superfície té una petita cua d’ancoratge a la membrana, Ig-α/Ig-β tenen una cua que arriba al citoplasma, i quan es reconeix un antigen, passen informació al nucli perquè es produeixi l’activació del limfòcit B. La transducció de senyals a l’interior de la cèl·lula es produeix per la interacció de Ig-α/Ig-β amb tirosin-kinases. La immunoglobulina de membrana del limfòcit B té especificitat per reconèixer l’antigen en la seva forma nativa (a diferencia dels T, que necessiten que es doni alguna modificació a la forma nativa per reconèixer-lo). Els limfòcits B de memòria tenen receptors d’un sol tipus de immunoglobulines. Tenen receptors dels isotipus IgM, IgA, IgG o IgE (però no IgD) producte del canvi de isotipus en el centre germinal. Un cop el limfòcit B s’ha activat deixarà de ser necessari que les immunoglobulines fabriquin domini d’ancoratge, ja que seran solubles. EXCLUSIÓ AL·LÈLICA.

Cada limfòcit, en la seva ontogènia a la medul·la òssia, té 2 al·lels diferents (un de cada progenitor), de manera que les seves immunoglobulines podrien reconèixer 2 antígens diferents. Perquè això no passi es dona el fenomen d’exclusió al·lèlica. Primer de tot la cèl·lula sintetitza un dels al·lels de la cadena pesada, i per comprovar si és estable i productiva se li afegeix una pseudocadena lleugera que s’hi uneix i es porta a la perifèria. Si no és estable o reconeix alguna cosa pròpia, es comença un altre cop el procés amb l’altre al·lel, i si el resultat tampoc és estable o reconeix alguna cosa pròpia la cèl·lula mor per apoptosi. En el 6

Fisiologia. Anna Maria Mesa. cas que es formi una cadena pesada estable a partir d’un dels dos al·lels, es forma una cadena lleugera. Primer de tot es sintetitza к del primer al·lel, si falla es passarà a к del segon al·lel, seguidament es provaria λ del primer al·lel i λ del segon, i si arribats a aquest punt segueix essent inestable o reconeix alguna cosa pròpia en el microambient, la cèl·lula mor. Si s’aconsegueix un ordenament estable i productiu que no reconeix res propi, el limfòcit exclourà tota la resta de la informació genètica i al llarg de la seva vida utilitzarà només la que li ha donat el resultat adequat.

DESENVOLUPAMENT DE LES CÈL·LULES B.

7...