UNIVERSIDAD DE CUENCAFACULTAD DE CIENCIAS MÉDICASESCUELA DE TECNOLOGÍA MÉDICA

LABORATORIO CLÍNICO

SEXTO SEMESTRE

INMUNOLOGÍA

LCDA. CAROLA CARDENAS C.

Jean Carlo Aguilar PardoGabriel Eduardo Ferrin LoorMaría José Guevara Palacios

CUENCA – ECUADOR

2014

LOS ANTICUERPOS: LIGANDOS Y RECEPTORES

ESTRUCTURA

Cada molécula de anticuerpo está formada por cuatro cadenas polipeptídicas, iguales dos a dos, unidas mediantes puentes disulfuro. Un par de cadenas tienen masas moléculas que oscilan entre 55-77 kDa – cadenas pesadas – y las del otro par poseen una masa constante de alrededor 25 kDa – cadenas ligeras -. Las dos cadenas pesadas de la Ig se unen la una a la otra por un número variable de puentes disulfuro. Cada una de ellas está unida a su vez –también por puentes de disulfuro – a una de las cadenas ligeras. Ambas cadenas pesadas por un lado y ambas cadenas ligeras por otro, son idénticas y nunca se encuentran Igs híbridas para ninguna de ellas.

Existen pequeñas variaciones en la secuencia de aminoácidos de las cadenas ligeras y pesadas – que pueden implicar variaciones en el tamaño, carga y/o solubilidad de dichas cadenas -. En la especie humana, se conocen cinco clases o isotopos principales de cadenas pesadas - µ, δ, γ, α, ε – y dos de cadenas ligeras – κ y λ -. Las Igs formadas por cada uno de estos tipos de cadenas pesadas se conocen como IgM, IgD, IgG, IgA e IgE, respectivamente, y pueden contener cualquiera de los dos tipos de cadenas ligeras. Diferencias menores dentro de las moléculas de los isotopos IgG e IgA permiten diferenciar cuatro subclases o subisotipos de IgG (IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4; cadenas γ1, γ2, γ3 y γ4 respectivamente) y dos de IgA (IgA1 e IgA2; cadenas α1 y α2). Por lo tanto, en conjunto hay nueve isotipos de Igs, cada uno de los cuales puede contener dos cadenas ligeras κ o dos cadenas ligeras λ. Las cadenas κ y λ son funcionalmente idénticas. Sin embargo, a pesar de que son diferentes isotipos conservan un mismo patrón estructural y pueden reconocer los mismos antígenos, las variaciones en su secuencia les confieren la capacidad de unirse a determinados receptores celulares o a otras moléculas (complemento) y con ellos la posibilidad de activar diferentes funciones efectoras del sistema inmunitario.

Cuando se corta una molécula de Ig con algunas proteasas (p. ej., pepsina, papaína) se generen dos tipos de fragmentos proteicos – Fab (antigen binding fragment) y Fc (crystallizable fragemnt) – funcional y estructuralmente diferentes. El primero de ellos conserva la capacidad de interaccionar específicamente con el antígeno y el segundo las funciones efectoras asociadas al isotipo del anticuerpo.

Las cadenas pesadas y ligeras de las Igs están formadas por una unidad estructural básica de 110 aminoácidos –dominio inmunoglobulina- que se repite cuatro-cinco veces en las pesadas y dos veces en las ligeras. Este dominio está constituido por dos láminas β, cada una formada por tres o cuatro hebras β antiparalelas, estabilizadas por interacciones hidrofóbicas y un puente disulfuro intracatenario entre dos cisteínas, cada una perteneciente a una de las hebras de cada lámina. Las hebras adyacentes de cada lámina β están conectadas por bucles formados por pocos aminoácidos. El plegamiento de un dominio Ig da lugar a una estructura cilíndrica denominada barril β. Este dominio confiere a las Igs a una gran resistencia y una vida media muy larga. El dominio Ig se encuentra en numerosas proteínas plasmáticas y de la membrana celular, que pertenecen a la denominada superfamilia de las Igs.

La comparación de las secuencias de los dominios de las cadenas pesadas y ligeras de cada isotipo de Igs revela la existencia de una gran variabilidad en el dominio aminoterminal (Nt)- Por este motivo, el primer dominio próximo al extremo Nt se conoce como dominio o región variable de la Ig (VL para las cadenas ligeras y VH para

las pesadas, H del inglés heavy). EI resto de los dominios hacia el extremo carboxilo terminal (Ct)- se encuentra altamente conservado y por ello se les denomina dominios constante (CL y CH para cadenas ligeras y pesadas, respectivamente). Las cadenas ligeras (κ y λ) poseen un solo dominio constante. Sin embargo, las cadenas pesadas poseen tres (lgG, IgD e IgA) o cuatro (lgM o IgE) dominios constantes que se nombran desde el extrema Nt: CH1, CH2, CH3 y CH4. Las regiones VL y VH conforman el sitio de unión con el antígeno. La parte de molécula de antígeno reconocida por un sitio de unión de un anticuerpo se denomina epítopo; por lo tanto, cada Ig puede unirse a dos epítopos. Los dominios constantes interactúan con otras moléculas y células del sistema inmunitario y determinan las funciones efectoras de cada isotipo de Ig.

En los isotipos IgG, IgA e IgD existe una región no globular de 10-60 aminoácidos entre los dominios CH1 y CH2 de las cadenas pesadas denominada región flexible (Fx o región bisagra), que confiere flexibilidad a la Ig entre estas dos regiones. La porción flexible de la Ig permite a los dos brazos del anticuerpo adoptar diversas orientaciones y unirse a epítopos localizados a distancias diferentes.

La diferente secuencia de aminoácidos de las regiones V determina la capacidad del anticuerpo para unirse a diferentes antígenos. Sin embargo, la variabilidad en las regiones V no es uniforme, sino que se con centra en tres segmentos cortos no contiguos de su secuencia denominados regiones de hipervariabilidad o determinantes de la complementariedad con el antígeno (CDRs, complementarity determining regions: CDR1, CDR2 Y CDR3, desde el extremo Nt). Estas regiones se corresponden con tres bucles de aminoácidos que sobresalen y que unen las hebras β de las regiones V. Las secuencias flanqueantes a las regiones de hipervariabilidad se denaminan FRs (frame regions). Su secuencia esta más conservada y permite que el plegamiento de los dominios V se mantenga a pesar de la variabilidad de las Igs.

La zona de interacción del anticuerpo con el antígeno está formada fundamentalmente por las tres regiones hipervariables de la cadena ligera (VL) y las tres de la pesada (VH). Cuando la cadena se pliega en el espacio, las regiones hipervariables se aproximan, proyectándose hacia el exterior de la molécula y generando la superficie de interacción con el antígeno. La mayor superficie de contacto entre ambas moléculas se encuentra a nivel de CDR3. De este modo, es la diferencia de secuencia de aminoácidos de las regiones hipervariables la responsable, en última instancia, de la especificidad de unión del anticuerpo. Sin embargo, en el reconocimiento de haptenos o antígenos de pequeño tamaño (azucares sencillos, por ejemplo) puede que una o más CDRs se queden fuera de la región de contacto, no participando, por lo tanto, en su unión. En estos casos los aminoácidos pertenecientes a las FRs pueden interaccionar también con el antígeno.

Los diferentes isotipos de Igs pueden encontrarse andadas a la membrana de los linfocitos B o pueden ser secretadas al suero y fluidos tisulares. Las formas secretadas y de membrana difieren en la secuencia de aminoácidos en región Ct. Cuando están unidas a la membrana se encuentran siempre en forma monomérica y su extremo Ct va seguido de una región transmembrana hidrofóbica adicional que ancla la Ig a la membrana de los linfocitos B.

Los isotipos IgM e IgA pueden secretarse en forma polimérica. La IgM se encuentra en el plasma en forma de pentámeros, mientras que en las secreciones mucosas la IgA se encuentran en forma de dímeros. En la especie humana, la mayoría de la IgA series es monomérica, pero en gran parte de los demás mamíferos se encuentra sobre todo como dímeros. La formación de polímeros se produce gracias a la asociación de una proteína denominada cadena J que mantiene unida la estructura polimérica mediante puentes disulfuro con los extremos Ct de las cadenas pesadas correspondientes.

Con frecuencia, las funciones biológicas de los anticuerpos están mediadas por la interacción con diferentes tipos celulares. Distintos tipos de leucocitos expresan en su membrana receptores específicos para diferentes isotipos de Ig, que se unen a ellos a través de su región Fc. Por esta razón se llaman receptores para Fc o FcR. Si reconocen IgG se llaman FcγR; si IgE, FcεR; etc.

Y a medida que se han ido describiendo se le han puesto números (FcγR I, FcγR II, FcyR III...).La mayoría de los FcR sólo se unen a la Ig cuando está unida al antígeno, ya que entonces ésta sufre un cambio conformacional en la región Fc que aumenta enormemente su afinidad por el receptor.

Algunos receptores (FcγRI y FcεRI) tienen una afinidad por la Ig tan alta que la célula que los expresa va «armada» con las Igs que haya a su alrededor en cada momento.

Los receptores para las Igs poseen colas citoplasmáticas implicadas en transducción de señal o bien se asocian a cadenas especializadas en transducción de señales. La naturaleza de la respuesta iniciada por la unión de la molécula de anticuerpo depende del isotipo de Ig reconocido y del tipo de célula que exprese el receptor. En todo caso, es necesario el entrecruzamiento de los receptores para que se puedan iniciar esos procesos de señalización. Las respuestas inducidas por los receptores de las Igs son variadas. En los fagocitos, los FcγRI inducen la fagocitosis de los patógenos y presentación de sus antígenos a los linfocitos T. En los linfocitos NK y en otros leucocitos, favorece la exocitosis (secreción de citolisinas para la destrucción de células). Los receptores FcεR presentes en la superficie de mastocitos, basófilos y eosinófilos participan en la secreción de moléculas inflamatorias y citocinas, y en la eliminación de helmintos. Por último, algunos FcR producen inhibición (p. ej., de los linfocitos B o de los mastocitos).

FUNCIÓN

Se llama antígeno a cualquier molécula que puede unirse de forma específica a un anticuerpo. La mayoría de los antígenos frente a los que se desencadena una respuesta inmunitaria mediada por anticuerpos son proteínas, como las cubiertas de los virus. Debido a que las moléculas antigénicas son mucho más grandes que su región de unión con el anticuerpo, este se une únicamente a ciertas regiones denominadas epítopos o determinantes antigénicos. Por ejemplo, en una proteína un epítopo puede estar

formado por 7 u 8 aminoácidos. Por ello, existen múltiples epítopo por antígeno, y cada uno de ellos puede ser reconocido por un anticuerpo distinto.

Los epítopos de la superficie de la proteína pueden estar formados per aminoácidos separados en la secuencia, pero que se encuentran próximos en el espacio, debido al plegamiento tridimensional de la proteína. Este tipo de determinantes antigénicos reciben el nombre de epítopos discontinuos o conformacionales. Existen otros determinantes antigénicos formados por aminoácidos contiguos de la secuencia proteica, denominados epítopos continuos o lineales, que solo son accesibles al anticuerpo si se encuentran en la superficie de la proteína. Un tercer tipo de determinantes antigénicos lo constituyen los denominados neoantígenos, originados por modificaciones (fosforilaciones, proteolisis, etc.) del antígeno original.La capacidad de las Igs de interaccionar con moléculas en estado nativo y de distinta naturaleza molecular constituye una importante diferencia respecto a otras moléculas del sistema inmunitario implicadas en la unión a antígeno (MHC o TCR), que sólo son capaces de unirse a péptidos.

La unión del anticuerpo y el antígeno se lleva a cabo por múltiples enlaces no covalentes entre el antígeno y los aminoácidos del sitio de unión del anticuerpo. Estas fuerzas son, de la más débil a la más fuerte: puentes de hidrogeno, interacciones electrostáticas, fuerzas de van der Waals e interacciones hidrofóbicas. Este tipo de enlaces son débiles en comparación con las interacciones de tipo covalente, pero tienen carácter cooperativo. De este modo, la existencia de múltiples interacciones débiles genera una considerable energía de enlace. En general, la fuerza de unión depende de la complementariedad espacial y de carga entre el antígeno y el sitio de unión del anticuerpo. En conjunto, la suma de todas las fuerzas, de atracción y repulsión, implicadas en dicha interacción será la responsable de la fuerza o afinidad intrínseca de esa unión. Dada la elevada variabilidad en la secuencia de las regiones hipervariables, nuestro repertorio de Igs es capaz de unirse con una elevada afinidad a una cantidad prácticamente ilimitada de antígenos.

Existen antígenos denominados multivalentes que están formados por una unidad monomérica repetida varias veces. Los antígenos multivalentes pueden interaccionar a través de varios sitios de unión con el mismo anticuerpo o con varias moléculas del mismo anticuerpo, si esta polimerizado. Cuando se producen interacciones multivalentes entre antigüeños y anticuerpos la fuerza de unión entre ambos es cooperativa, y por 10 tanto, es mayor que la simple suma de las afinidades de cada uno de los sitios de unión del anticuerpo al antígeno. Esta fuerza de unión antígeno-anticuerpo se conoce como avidez, y su intensidad es explicable si se tiene en cuenta que en este tipo de interacciones han de romperse de forma simultanea todos los contactos antígeno-anticuerpo, para conseguir la disociación total del complejo. Esto implica que una molécula de anticuerpo de baja afinidad intrínseca puede, a pesar de todo, unirse a un antígeno con una gran avidez (es el caso de la IgM pentamérica que tiene diez sitios de unión al antígeno)

La unión de un antígeno con anticuerpos con distinto isotipo puede inducir la activación de diferentes funciones efectoras. Cuando un anticuerpo de isotipo IgM, IgG 1, IgG2 o IgG3 (no IgG4, IgD o IgE) se une al antígeno sufre un cambio conformacional en su región Fc que le permite la unión con la primera proteína del sistema de complemento por la vía clásica, C 1, y la activación de esta vía. La activación del complemento produce la lisis de los microorganismos y la activación de múltiples mecanismos inflamatorios.

Los mismos isotipos también pueden bloquear a los patógenos o sus moléculas tóxicas al unirse a ellas; de esta manera, los anticuerpos neutralizan su infectividad o su toxicidad.

Los isotipos IgG e IgA favorecen la fagocitosis de los antígenos o patógenos, fenómeno que se conoce como opsonización, o «preparación para la fagocitosis». La fagocitosis supone la ingestión del antígeno por los fagocitos mononucleares o granulocitos y la posterior degradación en su interior. Los fagocitos pueden reconocer al microorganismo directamente a través de receptores específicos, o a través de los FcR de la IgG e IgA. De este modo, cuando dichas Igs se unen específicamente al antígeno inducen su fagocitosis. Los anticuerpos también pueden participar en la citolisis celular dependiente de anticuerpo (ADCC). Este fenómeno consiste en la lisis de células diana (por ejemplo, células infectadas per virus) por diferentes tipos de leucocitos que portan receptores FcR, fundamentalmente los linfocitos NK. En este fen6meno participan anticuerpos de tipo IgG (en la mayoría de los cases) o IgE (cuando la célula efectora es un eosinófilo).

La IgE está especializada en la respuesta inmunitaria contra los helmintos. Además, participa en el desencadenamiento de la inflamación mediada por mastocitos y basófilos. La IgE se encuentra en su mayor parte unida a los receptores FCε en la superficie de los mastocitos localizados debajo de la piel y las mucosas. La unión de los antígenos específicos a la IgE desencadena la desgranulación de los mastocitos con la liberación de potentes moléculas inflamatorias como la histamina.

Los anticuerpos IgG están, edemas, implicados en procesos de autoinhibición de la respuesta inmunitaria, en particular a través de los FcγRII de los linfocitos B y de los mastocitos.

La IgG es el isotipo más abundante en el suero (70-75%) y es la Ig mayoritaria en el fluido extracelular en los tejidos. Los anticuerpos IgG son los únicos que se transportan

selectivamente a través de la placenta. EI transporte de la IgG se realiza mediante una proteína transportadora en la placenta denominada FcRn. Durante el embarazo, la IgG materna confiere inmunidad pasiva al feto y los recién nacidos tienen altos niveles de IgG materna que les protegen durante las primeras semanas de vida.

La IgM es la primera Ig que se produce en el curso de la respuesta inmunitaria y se encuentra exclusivamente en el suero (10%).

La IgA representa aproximadamente el 15-20% de las Igs séricas, Además, la IgA es el isotipo predominante en las secreciones seromucosas (saliva, lagrimas, secreciones digestivas, respiratorias, urogenitales, leche materna, etc.). La IgA es el isotipo más abundante producido por las células plasmáticas del tejido linfoide asociado a mucosas. EI transporte de IgA hacia el exterior de las mucosas es responsabilidad de un receptor de Ig especializado (poli-lgR) que se encuentra localizado en la superficie basal de las células epiteliales de las mucosas. EI receptor poli-lgR carga polímeros de IgA en la parte basal, y los transporta por transcitosis a la parte apical de las mucosas, donde la IgA es liberada al exterior unida a un fragmento del receptor poli-lgR, que pasa a llamarse componente secretor. Para el transporte de IgA, la polimerización es imprescindible y por ello en las secreciones mucosas la IgA siempre se encuentra en forma dimérica, La inmunidad neonatal es conferida por moléculas IgA e IgG, contenidas en la leche materna. La IgA protege directamente el intestino del recién nacido, hasta que empiece a sintetizar sus propios anticuerpos. Los anticuerpos IgG contenidos en la leche materna son transportados desde el intestino del hijo al medio interno (es decir, en sentido opuesto) mediante el receptor neonatal FcRn que carga IgG al pH ácido del intestino y lo descarga en el medio interno.

La IgD apenas se detecta en el suero, sino que se encuentra como receptor de membrana de los linfocitos B maduros.

La IgE se encuentra casi exclusivamente en la superficie de mastocitos y basófilos.