CIENCIAS DE LA SALUD FARMACIA Y BIOQU BIOQUÍÍMICA INMUNOLOGÍ INMUNOLOGÍA Mblgo. JOSÉ JOSÉ LUIS GUTIERREZ APONTE (TITULAR) Mbl o. LUIS LUIS ALBE ALBERTO RTO SÁ SÁNCHEZ ANGULO TUTOR
Las citoquinas o interleuquinas son proteí proteínas de bajo peso molecular esenciales esenciales para comunicació comunicaci ón intercelular, son producidas por varios tipos celulares, principalmente por el ógicas Sistema Inmune (SI). Estos mediadores solubles controlan muchas funciones fisiol fisioló crí críticas tales como: diferenciació diferenciación y maduració maduración celular, inflamació inflamación y respuesta inmune local y sisté sistémica, reparació reparación tisular, hematopoyesis, apoptosis y muchos otros procesos bioló biológicos1, 3,4. Este escrito describe la biologí biología bá básica de las citoquinas y su papel central en la regulació regulación de la respuesta inmune en salud y enfermedad.
Las citoquinas son proteí proteínas que regulan la funci funció células que las producen u ón de las cé otros tipos celulares. Son los agentes responsables responsables de la comunicaci comunicación intercelular, inducen la activa activaci ció recept ptor ores es espe espec cíficos ficos de membra membrana na,, fun funci cione ones s de proli prolifer feraci ació ón de rece ón y diferenciació diferenciaci ón celu celula lar, r, quim quimio iota taxi xis, s, crec crecim imie ient nto o y mo modu dula laci ció ón de la secreción de ófagos inmunoglobulinas. Son producidas, fundamentalmente, por los linfocitos y los macr macró activado activados, s, aunque aunque tambi también pue pueden den ser producid producidas as por leucocito leucocitos s polinucl polinucleare eares, s, células endoteli end oteliales ales,, epitelial epiteliales es y del tejido tejido conjuntiv conjuntivo. o. Segú Según l a cé célula lula que que las las prod produz uzca ca se deno denomi mina nan n
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hematopoyé hematopoyética ticas) s).. Su acci acció fundam amen enta tall es en la regu regula laci ció del me meca cani nism smo o de la ón fund ón del inflamació inflamación. Hay citocinas pro-inflamatorias pro-inflamatorias y otras anti-inflamatorias.
éptidos ptidos producidas Las citocinas son polip é producidas en respuest respuesta a a microorganismo microorganismos s y otros otros ígenos ant í que median y regulan las reacciones inmunitarias e inflamatorias:
Las citoquinas son un grupo de prote proteíínas secretadas de bajo peso molecular (por lo general menos de 30 kDa), producidas durante las respuestas inmunes natural y especí específica. Se unen a receptores espec especííficos de la membrana de las cé células donde van a ejercer su
función, iniciando una cascada de transducción intracelular de señal que altera el patrón de expresión génica, de modo que esas células diana producen una determinada respuesta biológica.
Las citoquinas son producidas por múltiples tipos celulares, principalmente del sistema inmune. Dentro del sistema inmune natural, los macrófagos son de las células más productoras de citoquinas, mientras que en el sistema específico lo son las células T colaboradoras.
La producción de las citoquinas suele ser breve (transitoria), limitada al lapso de tiempo que dura el estímulo (es decir, el agente extraño). En muchos casos ello se debe a que los correspondientes ARNm tienen una corta vida media, que a su vez depende de que las zonas 3’ no traducibles son ricas en A y U.
Considerando las diversas citoquinas, éstas pueden exhibir una o varias de las siguientes cualidades:
Pleiotropía (múltiples efectos al actuar sobre diferentes células).
Redundancia (varias citoquinas pueden ejercer el mismo efecto).
Sinergismo (dos o más citoquinas producen un efecto que se potencia mutuamente). Por ejemplo, la acción conjunta de IL-4 e IL-5 induce en células B el cambio de clase para que produzcan IgE.
antagonismo (inhibición o bloqueo mutuo de sus efectos). Por ejemplo, el IFN-g bloquea el cambio de clase promovido por IL-4.
Las citoquinas ejercen su acción al unirse a receptores específicos para cada citoquina en la superficie de la célula en la que ejercen el efecto. La afinidad de cada receptor hacia su citoquina correspondiente suele ser bastante alta, del orden de lo femtomolar (10-15 M) a lo picomolar (10-12 M).
Utilizando la analogía de lo que ocurre con las hormonas del sistema endocrino, las acción de las citoquinas se puede clasificar en:
de tipo autocrino
de tipo paracrino
(en pocas ocasiones) de tipo endocrino.
Las citoquinas "controlan" el sistema inmune de varias maneras, que podemos agrupar de la siguiente manera:
Regulando (activando o inhibiendo) la activación, proliferación y diferenciación de varios tipos de células;
Regulando la secreción de anticuerpos y de otras citoquinas.
Las citoquinas son proteínas o glicoproteínas de menos de 30 kDa. Muchas de ellas pertenecen a la llamada familia de las hematopoyéticas, y tienen estructuras terciarias parecidas: una configuración a base de un conjunto de cuatro hélices a , con poca estructura en lámina b. Generalmente actúan como mensajeros intercelulares que suelen intervenir en la maduración y amplificación de la respuesta inmune, provocando múltiples actividades biológicas una vez que se unen a los receptores específicos de las células diana adecuadas. Aunque existen muchos tipos de células productoras citoquinas (ya hemos ido viendo unas cuantas en los temas anteriores), los más importantes son los linfocitos TH y los macrófagos, ya que sus citoquinas son esenciales para que se produzca la respuesta inmune una vez que se activan las células T y B por el contacto con las correspondientes células presentadoras de antígeno.
Principales tipos de respuesta mediatizados por la acción de las citoquinas: 1. activación de los mecanismos de inmunidad natural: a. Activación de los macrófagos y otros fagocitos b. Activación de las células NK c. Activación de los eosinófilos d. Inducción de las proteínas de fase aguda en el hígado (ver tema sobre el complemento). 2. Activación y proliferación de células B, hasta su diferenciación a células plasmáticas secretoras de anticuerpos. 3. Intervención en la respuesta celular específica. 4. Intervención en la reacción de inflamación, tanto aguda como crónica. 5. Control de los procesos hematopoyéticos de la médula ósea. 6. Inducción de la curación de las heridas. Hay una aparente paradoja de las citoquinas que debemos explicar: ¿Por qu é las citoquinas, que son inespecíficas respecto del antígeno, pueden ejercer acciones de modo específico? Veamos varios mecanismos:
Regulación muy fina de los receptores de cada citoquina: los receptores celulares indispensables para que una citoquina ejerza su papel sólo se expresan en tipos celulares concretos una vez que éstos han interaccionado con el antígeno (pensemos por ejemplo en los linfocitos cebados con antígeno).
Requerimientos de contactos estrechos célula a célula: la citoquina sólo alcanza concentraciones adecuadas para actuar en el estrecho espacio que queda entre dos células interactuantes; recordar por ejemplo las "bolsas" que se forman en el conjugado TH:B, donde se alcanzan mejor esos niveles de citoquinas.
Corta vida media de las citoquinas en sangre y fluidos, lo que asegura que sólo van a actuar en un estrecho margen de tiempo, en las cercanías de la zona donde se produjeron.
Citoquinas en Inflamaci ón : Las principales citoquinas que actúan en la respuesta inespécifica o inflamación son: Interleukina 1 (IL-1), Factor de Necrosis Tumoral Alfa (TNF-α ), Interleukina 8 (IL-8 y chemoquinas), Interleukina 12 (IL-12), Interleukina 16 (IL-16) e Interferones10,11,12, todas ellas son pro-inflamatorias. IL-6 e IL-12, además, actúan en la inmunidad especifica, IL-6 es un factor autocrino de linfocitos B7 mientras que IL-12 estimula la Inmunidad celular citotóxica.
Citoquinas en Inmunidad Celular Durante la inflamación los macrófagos y otras células presentan los antígenos a los linfocitos T ayudadores (Th o CD4+), los cuales son muy importantes (si no los principales) moduladores intrínsecos del sistema inmune regulando las dos vías principales de defensa específica: Celular Vs Humoral, a través de la secreción de citoquinas. En este instante es relevante mencionar que el pérfil o “set” de citoquinas secretadas por los linfocitos Th polariza la respuesta inmune hacia una predominantemente citotóxica o celular o hacia el otro extremo predominantemente humoral, esas respuestas son antagónicas o excluyentes entre sí, creando una especie de regulación cruzada muy articular; porque las citoquinas que favorecen la inmunidad humoral inhiben las acciones de las citoquinas que ayudan a la inmunidad celular y viceversa. Los linfocitos Th que inducen respuesta inmune celular se denominan Th1 mientras que aquellos que favorecen las respuestas humorales son Th2. Dos son las principales citoquinas de Inmunidad Celular o Th1: Interferón gamma (IFN-γ) o tipo 2, llamado también interferón Inmune porque solo es producido por células inmunológicas activadas; la otra citoquina es Interleukina 2 o Factor de Crecimiento de Células T (IL-2 o TCGF). IFN-γ es el principal activador de macrófagos y células citotóxicas T y NK. Interesantemente IFN-γ tiene acción en la Inmunidad Humoral, induciendo la producción de IgG211,12. IL-2 descubierta en 1977 por Robert Gallo (co-descubridor del VIH) es el factor autocrino de crecimiento de las células T, esencial para mantener viables los cultivos de linfocitos T, también genera células citotóxicas especialmente NK y
macrófagos antitumorales).
Citoquinas de Inmunidad Humoral : La Inmunidad humoral se caracteriza por la secreción de anticuerpos por los linfocitos B o células plasmáticas, las cuales son moduladas por las siguientes citoquinas: Interleuquina 4 o factor estimulante de células B (IL-4 o BCSF), Interleuquina 5 (IL-5)23, Interleukina 6 (IL-6), Interleukina 10 (IL-10) e interleukina 13 (IL-13). Estas linfoquinas son secretadas por linfocitos del tipo Th2, linfocitos B, mastocitos, eosinófilos y algunas por macrófagos (IL-6, IL-13). IL-4 es la citoquina mejor caracterizada en la regulación de la respuesta inmune humoral; en pocas cantidades induce secreción de las subclases de Inmunoglobulina G: IgG1, IgG3 e IgG4; mientras que en excesiva cantidad induce la producción de IgE. Esta citoquina antagoniza las acciones biológicas de IFN-γ, tales como la activación de Mf y el desarrollo de células citotóxicas21, 25 así inhibe las células Th1. IL-5 es la citoquina con rango de acción más reducido al inducir la generación de Inmunoglobulina A (IgA) y Eosinófilos. IL-6 es la mejor estudiada de una familia de citoquinas hematopoiéticas (los otros miembros son de muy reciente descubrimiento: Interleukina, Factor inhibitorio de leucemias (LIF), Oncostatin M (OSM), Factor neurotrófico ciliar (CNTF)31 y cardiotrofina. IL-6 es una citoquina pleotrófica, en inflamación es la más potente inductora de hepatocitos para la síntesis de reactantes de fase aguda; potencia los efectos de IL-1 y TNF aunque no posee la toxicidad de estas y en la inmunidad humoral tiene efectos similares a IL-11 promoviendo la diferenciación, proliferación de linfocitos B y la síntesis de inmunoglobulinas. Adicionalmente, IL-6 es el factor autocrino de crecimiento de células tumorales B malignas y benignas (Mieloma múltiple, Mixoma cardiaco), también esta elevada en Lupus Eritematoso Sistémico (autoinmunidad).
Citoquinas en Home ós tasis: Las citoquinas actúan en grupos formando secuencias, o cadenas interactivas en procesos tisulares no inmunológicos como, hemopoiésis, remodelación ósea y en sitios diversos tales
como el desarrollo embrionario fetal37. Las
células
progenitoras
hematológicas dependen esencialmente del micro-ambiente de la médula ósea finamente regulado por citoquinas secretadas principalmente por (células estromales) para controlar su diferenciación y proliferación hacia células sanguíneas maduras, aunque es difícil clasificarlas por su sobre posición funcional, se distinguen tres categorías de citoquinas: AAquellas que actúan en las células primordiales multipotentes (multilineales como Interleukina 3 (IL-3) y el factor estimulante de monocitos y granulocitos (GM-CSF). B- Las que actúan en líneas celulares ya definidas o comprometidas hacia diferenciación (Restringidas o especificas de líneas definidas tales como Eritropoyetina (EPO), eritrocitos, TPO (megacariocitos) G-CSF (granulocitos), M-CSF (monocitos), IL-2 (linfocitos), IL-5 (origina eosinófilos)35. 3- Las que tienen poco efecto por si solas pero que inhiben o hacen sinergia funcional de otras citoquinas (¨stem cell factor¨(SCF), IL-6, IL-1).
Hay diversos tipos de receptores de membrana para citoquinas, pero se pueden agrupar en cinco familias:
Familia de receptores de citoquinas de la superfamilia de las inmunoglobulinas, que poseen varios dominios extracelulares de tipo Ig. Como ejemplo, el receptor específico para la IL-1.
Familia de clase I de receptores de citoquinas (=familia de receptores de hematopoyéticas).
Familia de clase II de receptores de citoquinas (=familia de receptores de interferones).
Ejemplos de ligandos son los interferones no inmunes (IFN-a y b) y el IFN-g.
Familia de receptores de TNF: sus miembros se caracterizan por un dominio extracelular rico en cisteínas.
Ejemplos de ligandos: TNF-a, TNF-b, CD40.
Familia de receptores de quimioquinas: son proteínas integrales de membrana, con 7 hélices a inmersas en la bicapa lipídica. Interaccionan, por el lado que da al citoplasma con proteínas de señalización triméricas que unen GTP. Ejemplos de quimioquinas que se unen a miembros de esta familia: IL-8.
La mayor parte de los receptores de citoquinas del sistema inmune pertenecen a la familia de clase I (de receptores de hematopoyéticas). Todos sus miembros tienen en común poseer una proteína anclada a membrana, con un dominio extracelular en el que hay al menos un motivo característico llamado CCCC (cuatro cisteínas cercanas en posiciones equivalentes) y el llamado motivo WSXWS (Trp-Ser-X-Trp-Ser). (Adicionalmente, algunos miembros poseen dominios de tipo Ig y/o dominios de tipo fibronectina). Tras su porción transmembrana se encuentra una larga cola citoplásmica con ciertas tirosinas susceptibles de fosforilación. La mayor parte de los receptores de clase I poseen dos proteínas de membrana:
Cadena a, que es la subunidad específica de la citoquina, sin capacidad de enviar señales al citoplasma;
Cadena b, una subunidad transductora de señal, que a menudo no es específica de citoquina, sino que es compartida por receptores de otras citoquinas. Esta cadena b es del tipo que hemos descrito más arriba (motivos CCCC y WSXWS).
La subunidad transductora de señal se necesita para formar el receptor de alta afinidad, y para transducir la señal al interior. Ello se logra porque tras la unión, se fosforilan ciertas tirosinas de la larga cola citoplásmica de la cadena transductora de señal. En los esquemas comparativos de distintos receptores se puede apreciar que algunos de ellos poseen el mismo tipo de subunidad b. Este hecho permite explicar dos cualidades a las que ya hemos aludido: la redundancia y el antagonismo. Por ejemplo: consideremos los receptores de IL-3, IL-5 y GM-CSF, que como se ve, comparten el mismo tipo (llamado KH97) de cadena b. Redundancia: por separado, las tres citoquinas citadas, al tener sendos receptores que tienen el mismo tipo de cadena b , provocan los mismos efectos biológicos: proliferación de eosinófilos y desgranulación de basófilos. Antagonismo: las tres citoquinas compiten entre sí por la unión de un número limitado de cadenas b con las a específicas de cada receptor. La subfamilia de receptores a la que pertenece el receptor de IL-2 (el llamado IL2-R) consta de tres subunidades:
✔
Cadena a específica de cada citoquina;
✔
Dos subunidades (cadena b y cadena común gC) transductoras de señal.
Esta versión trimérica de IL-2R es la que une IL-2 con mayor afinidad, pero en realidad, el receptor para IL-2 no siempre aparece en esta forma, sino que existe una forma monomérica (IL-2Ra) de baja afinidad, sin cadenas transductoras, y por lo tanto incapaz de reenviar la señal, y una forma de afinidad intermedia (IL-2Rbg).
Microbiana o IL-1
Proinflamatoria
Células
activación
mononucleares
cascada
Pirógeno
inflamatoria (CI) factores de crecimiento de células T induciendo a la
IL-2
Antiinflamatoria
linfocitos Th colaboradores
Sustancias microbianas o activación de CI
proliferación de todos los tipos de subpoblaciones linfocitarias. Estimula síntesis de interferón liberación de IL-1, TNF-α y beta
IL-3 Linfocitos Th, IL-4
Antiinflamatorio mastocitos y
Bloquea síntesis de Desconocido
basófilos
de NO Pirógeno, síntesis de
Monocitos, IL-6
Proinflamatoria- macrófagos,
citocinas, inhibe la síntesis
Il-1 y
antiinflamatoria célula endotelial endotoxinas y fibroblastos
inmunoglobulinas. Activación de la síntesis de de proteínas de fase aguda
Monocitos, macrófagos, IL-8
Proinflamatoria célula endoltelias y fibroblastos
IL-1,TNF-alfa y endotoxinas
Factor quimiotáctico y activador de neutrófilos
Es una proteína, producida por las células y capaces de reaccionar con un Ag. El organismo produce un Ac distinto para cada antígeno por lo cual la reacción es distinto para cada antígeno-anticuerpo es específica. Hay cinco clases de inmunoglobulinas concentrantes IgG, IgA, IgM, IgD IgE, estas clases se diferencian entre si, en cuanto a su tamaño, carga, composición de aminoácidos y contenidos de hidratos de carbono. Son moléculas bifuncionales porque es capaz de unirse al ant ígeno mientras que otra región ejerce las denominadas fuerzas efectoras.
Las inmunoglobulinas son glicoproteínas que, según ya indicó Porter en 1959, están formadas por cadenas polipeptídicas agrupadas, dependiendo del tipo de inmunoglobulina, en una o varias unidades estructurales básicas.
Cada unidad está compuesta por cuatro cadenas polipeptídicas unidas entre sí por puentes disulfuro y otras uniones de tipo no covalente (figura 03). Para su estudio se han empleado diferentes procedimientos. Por ejemplo, tras la rotura de los puentes disulfuro por sustancias de carácter reductor, como el mercaptoetanol, se individualizan las cuatro
cadenas polipeptídicas y éstos atendiendo a su tamaño, son de dos tipos: de bajo peso molecular (aproximadadamente 22 KD) y de alto peso molecular (50-70 KD, dependiendo del tipo de Ig). Los polipéptidos de bajo peso molecular reciben el nombre de cadenas ligeras o
(Light) y las de alto peso molecular, cadenas pesadas o
(Heavy).
Figura 03
Dos cadenas ligeras y dos cadenas pesadas se agrupan de tal manera que existe una proximidad espacial entre los cuatro extremos amínicos de las cadenas ligeras y pesadas por una parte, y entre los dos extremos carboxílicos de las cadenas pesadas por otra. Figura 04 Esta básica
estructura de
las
inmunoglobulinas puede ser
fraccionada
mediante la utilización de enzimas (papaína, pepsina, etc.), como fue efectuado por Porter en 1959, diferentes
obteniéndose tipos
de
fragmentos (figura 04).
El tratamiento con papaína produce la ruptura específica de las cadenas H, en el espacio comprendido entre el puente disulfuro que las une entre sí y los que las unen a las cadenas ligeras. Se obtienen tres fragmentos: uno denominado Fc, que determina la actividad biológica, contiene el alotipo y determina la clase y subclase de cadena pesada y dos denominados cada uno de ellos Fab, que contienen el idiotipo y es por donde la molécula se une al antígeno.
Hay dos tipos de cadenas ligeras, estructuralmente diferentes, que se conocen como cadenas ligeras tipo kappa (k) y cadenas ligeras tipo lambda (l). La familia de genes que codifica para la cadena ligera k se localiza en el cromosoma 2 y los loci de los genes homólogos que codifican para la cadena l, en el cromosoma 22. En cada mol écula de inmunoglobulina las dos cadenas ligeras son del mismo tipo, k o bien l, pero nunca existe una de cada tipo en la misma inmunoglobulina. Las cadenas ligeras están formadas por unos 200 aminoácidos con la particularidad de que existen dos puentes disulfuro que unen grupos de unos cincuenta aminoácidos. Concretamente la IgG1 posee 214 aminoácidos y su estructura secundaria y terciaria están determinadas por dos puentes disulfuro intracatenarios que unen los aminoácidos 23 con el 88 y 134 con el 193 (figura 06). A su vez, estas cadenas ligeras tienen otro puente disulfuro intercatenario, por el cual cada una de ellas se une a una cadena pesada para constituir la unidad básica de las inmunoglobulinas. Este puente se encuentra en el último aminoácido (214) de la parte carboxílica para el tipo k y en el penúltimo para el tipo l.
Figura 05: Las estructuras de color verde vienen hacer la cadenas ligeras.
Figura 06
Estas cadenas poseen unos cuatrocientos aminoácidos estableciéndose entre algunos de ellos puentes disulfuro (intracatenarios) que asocian unos 60 aminoácidos y que condicionan la estructura secundaria del polipéptido. Por ejemplo, las cadenas pesadas de la IgG1 poseen 440 aminoácidos y los puentes disulfuro unen el aminoácido 22 con el 96, el 144 con el 200, el 261 con el 321 y el 367 con el 425. Estas dos cadenas pesadas están unidas la una a la otra por puentes disulfuro intercatenarios, ya indicados anteriormente, y que pueden ser de uno a cinco dependiendo del tipo de inmunoglobulina. En estas cadenas pesadas, y a nivel de los puentes disulfuro intercatenarios, hay una zona de unos 15 aminoácidos, de gran flexibilidad debido a su estructura y constituye lo que se denomina zona bisagra por donde se deforma la molécula de inmunoglobulina cuando se produce la unión con el antígeno, facilitándose así su acoplamiento con éste. Los loci de los genes que codifican para la cadena pesada se localizan en el brazo largo del cromosoma 14.
Figura 076: Estructuras de color rojo vendr ían hacer las cadenas pesadas
Estructuralmente, las cadenas ligeras poseen dos partes: una corresponde al extremo carboxílico que diferencia las cadenas ligeras en dos tipos k y l, y constituye la parte constante de las cadenas ligeras (CL). La otra corresponde al extremo amínico, que es muy variable y constituye la parte variable de las cadenas ligeras (VL) y corresponde a la zona de interacción con el antígeno. Las partes constante y variable son prácticamente de igual tamaño en las cadenas ligeras. También las cadenas pesadas poseen una parte variable y otra constante. Aproximadamente el tercio del extremo amínico de estas cadenas se caracteriza por ser estructuralmente muy variable, por lo que se conoce como parte variable de las cadenas pesadas (VH). La estructura de este fragmento, al igual que en las cadenas ligeras, depende del tipo de antígeno que reconoce, dado que este extremo también participa en la unión de la inmunoglobulina con el antígeno. Por el contrario, aproximadamente los dos tercios del extremo carboxílico de todas las cadenas pesadas de un mismo tipo de inmunoglobulinas poseen una estructura idéntica. De ahí que esta parte de las cadenas pesadas se conozca como parte constante de las cadenas pesadas (CH). Esta parte constante es diferente según la clase de inmunoglobulina que consideremos, determinando la existencia de cinco tipos de cadenas pesadas: g, a, m, d y e que definen a su vez las cinco clases de inmunoglobulinas: IgG, IgA, IgM, IgD e IgE respectivamente (figura 08)
Figura 08
.
Figura 09: Parte variable y constante
de las cadenas ligeras y pesadas.
Debido a esta distinta estructura, las cadenas pesadas van a presentar distintas propiedades biológicas, tales como la capacidad de unirse entre sí, fijar complemento, fijar la pieza de secreción y unirse a macrófagos, neutrófilos y células NK.
Fijación de complemento Anafilaxis cutánea Unión a receptores Fc de polimofornuclares monocitos Transferencia placentaria
Si inmunizamos un animal de una especie con inmunoglobulinas procedentes de una especie distinta, la mayoría de los anticuerpos generados (antisuero heterólogo) irán dirigidos contra la región constante de la inmunoglobulina que hayamos inyectado, permitiendo definir lo que llamamos el isotipo de una inmunoglobulina determinada. Los genes que codifican para las distintas variantes isotipicas están presentes en todos los individuos sanos, es decir, todos los individuos sanos poseen los genes g1, g2, g3, g4, m,
a1, a2, d, e, k y l; que codifican respectivamente para las regiones constantes G1, G2, G3, G4, M, A1, A2, D y E de las cadenas pesadas y para las regiones kappa y lambda de las cadenas ligeras. Existen cinco isotipos de cadena pesada (M, G, A, D y E) y dos de cadena ligera (k y l). Así diremos que el isotipo de una determinada inmunoglobulina es G1 o que esa inmunoglobulina es de la clase G y subclase 1, que a su vez puede tener unas cadenas ligeras del isotipo kappa o lambda.
Tanto las cadenas pesadas como las ligeras poseen grupos de amino ácidos unidos por puentes disulfuro intracatenarios. Estos segmentos repetidos en las cadenas L y H se conocen como dominios. Los dominios de la parte constante de las cadenas pesadas presentan una gran homología secuencial no sólo entre ellos, sino también con la región constante de la cadena L. De forma similar, los únicos segmentos variables en las cadenas L y H presentan cierta homología entre ellos y en menor grado a los de la región constante.
Figura 10 La cadena L tiene dos dominios, uno corresponde a la región variable (VL) y otro a la constante (CL). La cadena H tiene un dominio en la región variable (VH) y tres o cuatro en la constante dependiendo de la clase de inmunoglobulina que consideremos (tres en la IgG, IgA e IgD y cuatro en las IgM e IgE). Estos dominios de la región C se denominan CH1, CH2, CH3 y CH4 cuando aparece este último.
Los dominios V son los responsables de la unión con el antígeno y los dominios C, con excepción del CH1, constituyen el fragmento Fc que, como ya se ha indicado, determina las propiedades biológicas de las inmunoglobulinas. Concretamente es por el dominio CH2 por donde se produce la unión a las proteínas del complemento y se establece el enlace con la cadena glicosilada que completa la molécula glicoproteica de las inmunoglobulinas. Es entre los dominios CH1 y CH2 donde se establece la zona bisagra.
Figura 11: Los dominios (VL) y (VH)
vienen hacer los dominios variables tanto para la cadena ligera como pesada. Mientras que (CL) el dominio constante para la cadena ligera, finalmente (CH1, CH2, CH3) los dominios constantes para la cadena pesada.
Las zonas variables, tanto de la cadena L como H, poseen a su vez unas regiones en donde se concentra fundamentalmente la variabilidad. Son tres pequeños segmentos que constituyen las denominadas regiones o segmentos hipervariables o región determinante de complementariedad CDR (Complementarity Determining Region), pues determinan la forma del centro activo que permite el reconocimiento y unión al antígeno. Cada una de estas regiones hipervariables se componen de 17 a 20 aminoácidos y cambios en muy pocos aminoácidos de estas zonas suponen una enorme diversidad de posibilidades de unión al antígeno sin variar el resto de la molécula. El resto de la parte variable es relativamente constante, de modo que sustituciones en los residuos que la constituyen, no afectan la especificidad de combinación; constituye un “sostén de trabajo” pues su misión es presentar adecuadamente en el espacio las regiones hipervariables al antígeno, por lo que los residuos que componen esta zona se denominan residuos FW (Framework).
Figura 12:
Figura 13: Región hipervariables, se
encuentra en el extremo superior (azul), es la parte donde se va a unir el antígeno.
En las inmunoglobulinas aparecen, además de las cuatro cadenas polipeptídicas básicas, un componente glucídico (que representa el 2-14 % del peso total de la molécula) y en
algunas
clases
de
inmunoglobulinas, glicoproteínas adicionales conocidas como cadena J y pieza de secreción. La es
una
glicoproteína con un 12 %
de azúcares y un peso molecular de 15 kD que une, mediante puentes disulfuro, extremos Fc en la IgA e IgM. La pieza de secreción es una glicoproteína de 58 kD de peso molecular que sintetizan las células epiteliales de las mucosas y glándulas exocrinas.
➢
Todas las Ig son glicoproteínas pero su concentraciones de hidratos de carbono oscila entre el 2-3% de las IgG y el 12-14% de las IgM. IgD e IgE.
es la mas abundante en el suero humano normal, en donde constituye el 70-75% de las Ig totales. Los Anticuerpos de clase IgG ,se encuentran distribuidos en los compartimientos intra y extra vascular: ●
Son los únicos que presentan actividad frente a las toxinas.
●
Predominante y confieren las respuestas inmunitarias secundarias.
●
Son procedentes de la inmunidad al recién nacido durante los primeros meses de vida.
IgG1
: Supone le 10% de las inmunoglobulinas totales.Se encuentra en el espacio intravascular. Es el anticuerpo que a parece en mayor cantidad en las fases tempranas de las presupuestas inmunitarias, siendo frecuente su presencia frente a microorganismos infecciosos antigénicamente complejos.
Constituye el 15% de la Ig séricas humanas .Son las predominantes en las secreciones serumucosas como la saliva, el calostro, la leche y las secreciones traqueo bronquial y genitourinario. Su papel principal es el de inactivar virus mas que
gérmenes. Indirectamente
ayuda a las defensas contra las bacterias porque facilita la opsonización, gracias a la cual estos microorganismos unidos al Anticuerpos tipo IgA
pueden ser mas
fácilmente fagocitados cuando traspasan la barrera de la mucosa. Es de gran importancia para la prevención de enfermedades alérgicas.
Supone el1% de las Ig plasmáticas totales, perro abundan en las membranas de las células B, No se sabe bien cual es la función biológica exacta de la IgD pero puede desempeñar un papel muy importante de los linfocitos inducidos por el antígeno.
Se encuentra en la superficie de los basófilos y los mastocitos de todos los individuos. También sensibiliza a la célula como algunas mucosas, como la conjuntiva, la mucosa braquial y nasal. Cumple una función importante como el control de las enfermedades parasitarias. En los países desarrollados se suele asociar con las enfermedades alérgicas como el asma o la fiebre del heno.
.
El sistema de complemento forma parte del sistema inmunitario, y a lo largo de la evolución ha desarrollado mecanismos para distinguir lo propio de lo ajeno.
LA NOMENCLATURA DEL SISTEMA DE COMPLEMENTO ES COMPLEJA: En la nomenclatura se asigna un numero a cada de las proteínas de la vía clásica y del complejo de ataque a la membrana. Las proteínas del complemento se agrupan en superfamilias, esta familia de proteínas son:
Factor H
Proteína fijadora
Factor acelerador de la degradación
Cofactor proteico de la membrana
Receptores de complemento de tipo I
LAS PROTEINAS DEL COMPLEMETO PRESENTAN UNA ESTRUCTURA EN MOSAICO: Muchas proteínas del sistema del complemento están formadas por un mosaico de exones procedentes de otras familias. Las 2 vías principales de activación de complemento reflejan las respuestas inmunitarias innatas y adaptativas. Las consecuencias de la activación del complemento son:
Opsonización
Activación de los leucocitos
Lisis de las células dianas
Es el mecanismo fundamental de la activación del complemento mediada por anticuerpos.
La activación se inicia tras la unión de C1 a un inmunocomplejo
Muchos de los fragmentos de las proteínas del complemento k se generan durante el proceso de activación, se unen a receptores específicos situados sobre la
superficie de las células del sistema inmunitario. este es un mecanismo importante de mediación de lo efectos fisiológicos del complemento, entre los k se encuentran la ingestión de partículas opsonizadas y la activación de las células poseedoras de los receptores.
Se conocen cuatro receptores distintos de estos fragmentos opsonizantes , que se denominan receptores del complemento de tipo 1 a 4 .
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CR1 CR2 CR3 CR4
Denominada receptor de adherencia inmunitario, receptor del C3b /C4b.
Desempeñando 4 funciones biológicas
En células B el CR2 actúa como receptor accesorio de anticuerpos en la activación de las respuestas inmunitarias especificas.
La unión de iC3b o C3dg a CR2 reduce el umbral necesario para que la ocupación de los receptores específicos de antígeno de células B, los anticuerpos de membrana , desencadene la activación celular.
Es una de las vías de activación del complemento
que se origina por el
reconocimiento directo de ciertas estructuras de las superficies de los microorganismos por una reacción que se produce en el plasma mediante la activación al ralentí de C3 que origina el pequeño depósito de pequeñas cantidades de moléculas de C3 sobre la superficie propia y ajena.
Para que se active esta vía es necesaria la presencia de superficies protegidas.
Se da el catabolismo de las moléculas de C3 depositadas sobre la superficie del huésped por medio de las moléculas reguladoras que interrumpen el proceso de activación del complemento.
El C3 depositado por la activación al ralentí en superficies extrañas que carecen de moléculas reguladoras activa la vía alternativa del complemento por tener mayor afinidad por el factor B que se encuentra en ellas
A comparación de la vía clásica no necesita de anticuerpos para activarse ya se activa por el reconocimiento directo de ciertas estructuras de la superficie de los microorganismos y por ello forma parte de la inmunidad innata.
Fue descubierta posteriormente a la vía clásica pero filogenéticamente es mas antigua.
Se pone en manifiesto la protección de lo propio y la lisis de lo ajeno mediante los factores
de
la
regulación.
Estas
proteínas
de
membrana
se
detectan
fundamentalmente en eritrocitos y células endoteliales que son las células que se encuentran en mayor peligro de autolisis por el complemento.
MEDIO DE ACTIVACION: ➢
Se inicia con la activación al ralentí de C3 depositado en la superficie extrañas (microorganismo) que carecen de moléculas reguladoras desencadenando la síntesis de C3b (los pasos iníciales).
➢
C3b inicia los pasos finales en la activación del complemento que culmina en la producción de péptidos que estimulan la inflamación C5a (fenómeno básico en la defensa contra la infección), y C9 polimerizado, que forma el complejo de ataque a la membrana.
esta se va a dar cuando la molécula C3iBb al actuar en fase líquida la mayor parte de C3b* generado es hidrolizados e inactivado. se va dar cuando la molécula se encuentra situado en las proximidades de una superficie perteneciente a una estructura ajena, como la membrana de una célula bacteriana, se une covalentemente a la misma e inicia el circuito de amplificación de la vía alternativa. La regulación del mecanismo de amplificación es importante en el huésped, ya que se trata de mecanismo de retroalimentación positiva que, de no ser controlado, no se interrumpiría hasta que se agote todo el C3.
La regulación del destino de C3b unido a superficies es el factor crítico que permite al sistema del complemento distinguir entre lo propio y lo ajeno. El C3b unido puede correr dos tipos de suertes diferentes: amplificación e inhibición C3b actúa como punto de unión para el factor B, da lugar a una convertasa e induce el depósito de C3b sobre la misma superficie. C3b es catabolizado por el factor I con la intervención de uno de estos tres cofactores: el factor H (plasmático), CR1 o MCP (membrana).
La clave para que se produzca esta rápida amplificación de C3b radica en la formación de una C3 CONVERTASA de SUPERFICIE.
La naturaleza de la superficie a la que se encuentra unido C3b es el factor que determina cuál de estas dos vías se activa.
los macrófagos y polimorfo nucleares neutrófilos presentan en sus membranas receptores capaces de unir la molécula C3b y sus derivados resultantes de la activación del complemento. De esta forma, si el C3b está fijado sobre la superficie de un germen, los fagocíticos pueden conectar con éste mediante los receptores para C3b, facilitándose así el fenómeno la fagocitosis. Existe un mecanismo fisiológico de aclaramiento de IMC. Los eritrocitos, las células más abundantes de la sangre, presentan CR1 en su membrana y mediante este receptor captan IMC circulantes a través del factor C3b. Cuando los hematíes atraviesan el hígado o el bazo, los macrófagos de estos órganos, mediante sus receptores unen los IMC a través de C3b y lo fagocitan. el factor C3b tiene importantes funciones reguladoras de la respuesta inmune. Así, el C3b o sus derivados, unido a membranas facilita la cooperación entre las células inmunes y actúa en la estimulación de las células T y B probablemente debido a su capacidad de promover la adhesión célula-célula.
La fase final de la cascada del complemento es la formación del complejo de ataque a la membrana (CAM) las enzimas convertasas de C5, formadas ya sea en la vía clásica o alternativa, escinde a C5 para dar lugar a C5a que es una potente anafilotoxina que pasa al medio fluido y el fragmento C5b de mayor peso molecular se une a C6 y C7 y da lugar a C5b67, de naturaleza hidrófoba que contiene un punto de unión que le permite fijarse a las membranas plasmáticas próximas a las zonas de reacción. C8 se une a este complejo y penetra en la membrana, seguido de inserción y polimerización de una serie de moléculas C9 con lo que queda formado un “enchufe” lítico o molécula formadora de poros. El principal inductor de la misma es el componente C 9 polimerizado. Este complejo se le puede representar como C5b-9y los complejos previos se pueden abreviar de la misma forma por ejemplo, C5b-8.
