fyti(A1)-tema8

Tema 8.- Antígenos
TEMA 8 ANTÍGENOS
- Concepto de Antígeno
Características de los antígenos
- Superantígenos
- Antígenos timoindependientes
- Antígenos timodependientes
Concepto de Antígeno
Originalmente, el concepto antígeno se identificaba con una
sustancia extraña que provocaba la formación de anticuerpos, es decir, era
capaz de inducir la respuesta inmunitaria. El avance en el conocimiento de
la inmunología revelo que:
1.- Existen sustancias propias que inducen una respuesta inmunitaria.
2.- Existen sustancias extrañas que no inducen respuesta.
3.- Para que se produzca respuesta es necesario la interacción con los
receptores de los linfocitos T o B.
Ante esta situación se tuvo que revisar el concepto de antígeno, asi
como a introducir nuevos conceptos que contemplaran estas situaciones.
Así se han introducido los conceptos de Inmunógeno, Antígeno y Hapteno
y, que se podrían definir del siguiente modo:
INMUNOGENO: Toda sustancia capaz de inducir la respuesta inmunitaria.
ANTÍGENO: Todas aquellas sustancias capaces de ser reconocidas por
los receptores de los linfocitos T o B. Dentro de estos se encuadrarían los
HAPTENOS:,Aquellas sustancias de bajo Pm que, aunque si son capaces
de unirse a los anticuerpos, no son capaces, por si solas, de provocar la
respuesta inmunitaria a no ser que se encuentran unidas a un portador
proteico de un mayor Pm.
De esta forma, todo inmunógeno es un antígeno, pero no todo
antígeno es inmunógeno.
Características de los antígenos
Naturaleza química:
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Son todas sustancias orgánicas, en su mayor
parte proteínas. Los lípidos,y ácidos nucleicos
solo son antigénicos cuando se hallan unidos a
proteínas. Otras sustancias orgánicas con
capacidad antigénica son los carbohidratos,
especialmente los polisacaridos. Un ejemplo de
este tipo de antígenos es el sistema ABO. En el
caso de los lípidos existen algunos lípidos que
son inmunogénicos por si mismos como ciertos
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Tamaño:
Complejidad
Constitución genética
Distancia génica
Vía de administración
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ácidos grasos lineales (eje. Ácidos micólicos).
Asimismo también se ha comprobado que
pueden actuar como inmunogénicos ciertos
lípidos unidos a proteínas como BSA o la
hemocianina de moluscos. Esto se ha utilizado
para test diagnosticos de muchas moléculas
lipídicas (Esteroides, derivados de acidos grasos,
vitaminas..etc)
El Pm mínimo para inducir la respuesta del
sistema inmunitario es de 4 kDa, aumentando
proporcionalmente su capacidad con el aumento
del Peso molecular. Así entre 5 y 10 kDa son
malos inmunogenos
Ha de existir una cierta variación en los
componentes moleculares. Así un péptido
constituido por un solo aminoácido no es capaz
de inducir respuesta. Por el contrario, la potencia
antigénica aumentará con el número de componentes. De igual forma, los aminoácidos aromáticos aumentan considerablemente la capacidad
inmunogénica. La complejidad química contribuye a la complejidad
Cada especie esta predeterminada para
responder a ciertos tipos de antígenos. Por
ejemplo los lipopolisacaridos que son inmunogénicos para ratones y el hombre, no lo son, en
cambio, para cobayas y conejos. Asimismo y
dentro de una misma especie el genotipo (CMH,
TCR y BCR) puede influir en que se produzca o
no una respuesta a una determinada proteína
La distancia génica entre el que produce y el que
recibe la molécula es determinante para inducir la
respuesta. La BSA es mas inmunogenica para
las aves que para las cabras. Existen moléculas
muy conservadas (citocromo c, colágeno) que
son muy poco inmunogénicas para todas las
especies.
Dentro de esta apartado se conocen como
ALOANTÍGENOS a las sustancias que son
antigénicas para los individuos de la misma especie. XENOANTÍGENOS, cuando los son para
individuos de distinta especie u AUTOANTIGENOS, cuando lo son para el propio individuo.
El modo de penetración en el organismo de una
misma sustancia puede provocar distintas
respuestas. Así un alergeno, que penetra por vía
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Dosis
respiratoria (pulmón), provoca la producción de
IgE y la alergia correspondiente. Pero si esa
misma sustancia es inoculada por vía intramuscular induce la producción de IgG (anticuerpos
bloqueantes), que no sólo no provocan alergia,
sino que curan la establecida.
De todas las vías de penetración, las
parenterales se consideran en general como vías
artificiales, mientras que la aerógena, oral y
sexual serian las naturales. De entre las primeras, los antígenos que penetren por vía intradérmica, subcutánea e intramuscular, llegarán a los
ganglios linfáticos adyacentes, y los que penetren
por vía intravenosa e intraperitoneal llegarán al
bazo. La vía de administración condiciona las
poblaciones celulares que intervienen en la
respuesta.
Para cada vía y para cada antígeno, existe una
dosis óptima, que será aquella para la cual la
respuesta será máxima. Dosis muy por encima o
muy por debajo de la dosis máxima provocan lo
que se conoce como una parálisis inmunitaria,
caracterizada por la ausencia de respuesta. El
sujeto presentaría en este caso lo que se conoce
como una “Tolerancia de zona baja”, para el caso
de exposición debil, o “tolerancia de zona alta” en
caso contrario
Como hemos visto, la mayoría de los antígenos son proteínas y la
respuesta adaptativa reconoce los caracteres estructurales de estos
compuestos. Por ejemplo, los anticuerpos pueden reconocer
características estructurales de una proteína, tales como las estructuras:
Primaria (secuencia de los aminoácidos en la cadena)
Secundaria (plegamientos de la cadena primaria, que pueden ser en
hélices alfa o en estructuras planas beta)
Terciaria (formada por los plegamientos de la estructura secundaria
mantenidos por puentes disulfuro, puentes de hidrógeno, interacciones
hidrofóbicas, etc.)
Cuaternaria (formada por la yuxtaposición de varias subunidades
proteicas)
Para que los antígenos interaccionen con las células T (que son las que
ponen en marcha la respuesta adaptativa) tienen que ser capaces de
unirse a las moléculas CMH que se expresan sobre las CPAs. Estas
células primero degradan mediante enzimas a los antígenos
(procesamiento) y luego unen los fragmentos (epitopos) a las moléculas
CMH para enseñar el conjunto sobre la superficie (presentación). Las
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sustancias que no se degradan enzimáticamente (tales como los
carbohidratos) ni se procesan ni se presentan, por lo que no son capaces
de activar a las células T (aunque si pueden activar a las células B).
Asimismo las enzimas naturales actúan sobre L-aminoacidos. Esto ahce
que los D-aminoacidos, estereoisomeros de los anteriores no pueden
procesarse y no actúna como inmunógenos
Fuerzas de unión del antígeno a los anticuerpos específicos
En ella no interviene, en ningún caso, uniones covalentes sino:
 Interacciones electrostáticas
 Interacciones hidrofóbicas
 Puentes de hidrógeno
 Fuerzas de van der Waals
Como estas interacciones son bastante débiles la unión complementaria
epitopo-CDR debe producirse a lo largo de un área lo suficientemente
grande como para que se sume el efecto de todas las interacciones
disponibles. Esta necesidad es la base de la exquisita especificidad que
se observa en las interacciones inmunológicas. La suma de todas estas
pequeñas fuerzas que mantiene unido el epitopo y el paratopo se conoce
como AFINIDAD. Mientras que el termino AVIDEZ es la fuerza total de
unión del antígeno y el anticuerpo
Epitopos
Ya mencionamos anteriormente, que el receptor del linfocito, sólo se unirá
a una parte de la molécula antigénica, que se denomina determinante
antigénico o epitopo. De esta forma, lo que reconocen los receptores del
sistema inmunitario son estas pequeñas porciones que forman parte de la
molécula que sería el antígeno.
El sitio de unión de un anticuerpo o del receptor de un linfocito al epitopo
presenta una estructura única que es complementaria del mismo. Esta
situada en una zona hipervariable de la molécula, que forma la llamada
región determinante de la complementariedad (CDR) o paratopo. Lo
que reconoce el receptor del linfocito T son secuencias pequeñas de
aminoácidos asociados en forma no covalente a proteínas del Complejo
Principal de Histocompatibilidad (CMH) en la superficie de las CPAs
(células presentadoras de antígenos).
En función del tipo de receptor que se une al antígeno, los epitopos ó
determinantes antigénicos se clasifican en:
Epitopos B, aquellos reconocidos por el BCR (Linfocitos B)
Epitopos T, aquellos reconocidos por el TCR
El receptor TCR reconocerá una serie de secuencias de
aminoácidos (entre 3 y 20 aa) que se corresponderán con la estructura
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primaria. Por su parte el receptor BCR reconocerá los nuevos epitopos
surgidos del plegamiento proteico que da lugar a la estructura secundaria1.
Así existirán unos epitopos que serán propios de la estructura
primaria, denominados por eso estructurales o continuos, y otros determinantes antigénicos propios de la estructura secundaria y que serán
denominadas conformacionales o discontinuos.
De esta manera, si se utiliza una proteína plegada (sin
desnaturalizar) como inmunógeno se obtendrá una respuesta inmunitaria
completa. Sin embargo, si rompemos, por ejemplo con calor, los enlaces
responsables del plegamiento (desnaturalizada), el reconocimiento que se
obtiene es sólo de linfocitos T, es decir solamente se reconocerán los
epitopos estructurales.
El número de epitopos diferentes, lógicamente, aumenta con el tamaño de
la molécula, produciéndose por la tanto, varias respuestas del Sistema
inmunitario, específicas para cada determinante antigénico diferente existente en
la molécula.2
No todos los epitopos estimulan de igual manera al sistema inmunitario. De
esta forma, existirán algunos que serán más inmunodominantes y que son los
que prevalecen. En cambio otros denominados "crípticos" pueden no provocar
respuesta.
Dentro de los antígenos inmunodominantes nos encontramos con dos
tipos:
1.- Estimuladores: Son aquellos epitopos, que cuando se reconocen en las
condiciones adecuadas provocan la respuesta.
2.- Supresores: Son aquellos otros que cuando son reconocidos por el linfocito T
provocan un estado de falta de respuesta. (Comprobar este termino)
La respuesta inmunitaria exige la cooperación entre varios tipos de células,
sobre todo entre los linfocitos T/B, para la producción de anticuerpos. Esto ocurre,
casi al 100%, pero en ciertos casos, como son ciertas clases de proteínas y
sobre todo hidratos de carbono, se pueden provocar la formación de anticuerpos
sin que tenga lugar esa cooperación. En función de esta característica, los
antígenos se dividen en dos categorías:
1.- Antígenos Timo-dependientes. Agrupa a la mayoría de los antígenos
(90-95 %)
1La
razón de ese distinto comportamiento, se debe a que los linfocitos B no necesitan que les
procesen la información, como ha de ocurrir forzosamente con los T, y que por tanto han de ser
previamente endocitados y parcialmente degradados (desnaturalizados).
2La
tiroglobulina provoca la formación de 40 tipos de Ac diferentes.
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Se caracterizan principalmente por:
- Provocar la aparición de IgM (respuesta primaria), pero se produce
el cambio de clase al poco tiempo, y va siendo sustituida por IgG. Para
esto, es necesario que intervengan citoquinas.
- Generar memoria inmunitaria, es decir en un segundo o sucesivos
contactos, el SI reacciona antes y con más efectividad (respuesta
secundaria).
2.- Antígenos Timo-independientes. A su vez estos se subdividen en dos
categorías
Tipo I.
Tipo II
Constituidos por aquellos que estimulan a los linfocitos B por
un lugar distinto al receptor. Esto provoca la aparición de una
respuesta POLICLONAL E INESPECÍFICA, ya que no se
estimula el clon del linfocito que posea el receptor que encaja.
A estos antígenos se les conoce como mitógenos. Un
ejemplo de estos lo constituyen los lipopolisacaridos de la
pared bacteriana. La respuesta de anticuerpos es siempre del
tipo IgM. Una característica de estos antígenos es que pueden
estimular tanto células B maduras como inmaduras
Son aquellos que se unen al receptor. Se da en aquellas
sustancias con moléculas muy repetitivas en su secuencia.
Por ejemplo los polisacáridos. Activan solo a linfocitos B
maduros, probablemente (CD5+). Entre las características de
estos últimos destacaríamos, que solo se producen IgM e IgG,
y que no hay memoria ante un segundo contacto, circunstancia que si se produce en la respuesta frente a los
antígenos Timo-dependientes.3 Por ello este tipo de antígenos
no se pueden emplear como vacunas. La importancia de la
respuesta a este tipo de antígenos radica en que muchas
bacterias extracelulares presentan polisacáridos en su
superficie. La presencia de estos restos, hace que sean
resistentes a la fagocitosis por parte de los macrófagos. Sin
embargo al inducir la formación de anticuerpos, que recubren
a las bacterias favoreciendo su ingestión y destrucción.
3
En ratones a los que se les ha provocado la depleción de todas las células T no hay
respuesta frente a este tipo de antígenos. Por ello se ha postulado que es posible que estos
antígenos puedan activar a los linfocitos T por medio de moléculas de superficie presentes en
todas las células T. Probablemente a la población de linfocitos T primitiva T γδ.
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Especificidad y reacción cruzada
La complementariedad existente entre epítopo y paratopo condiciona la
relación específica entre antígeno y anticuerpo. Dicha complementariedad afecta tanto a una relación espacial entre los grupos químicos
reaccionantes, a la relación complementaria de cargas netas como a la
relación estérica entre las estructuras. En general los anticuerpos son
altamente específicos, siendo capaces de discernir entre pequeñas
variaciones del antígeno, tanto a nivel de estructura primaria como de
conformación estérica o configuración óptica del mismo.
No obstante en ciertas ocasiones se presentan epitópos comunes en
moléculas distintas. En otras ocasiones la similitud molecular, provoca,
que los anticuerpos generados para el antigeno A, puedan unirse,
aunque con menor afinidad al antígeno B. A estas situaciones se les
denomina reacciones cruzadas4.
Hay otros casos de reactividad cruzada donde las sustancias que
reaccionan no están relacionadas, excepto en que tienen una o más
áreas con características tridimensionales similares. A estas sustancias
se las llama antígenos heterófilos5. Por ejemplo el antígeno sanguíneo
4
Dichas interacciones se definen como inespecíficas (señal de fondo) y pueden soslayarse modificando
las condiciones del ensayo. Así, un incremento en la fuerza iónica o la presencia de detergentes a bajas
concentraciones sólo permiten el establecimiento de interacciones de alta afinidad. La utilización de
agentes saturantes, por ej. soluciones de proteínas o aminoácidos pueden actuar como bloqueantes de
grupos reactivos presentes en la preparación.
5
Los anticuerpos heterófilos pueden ser definidos como un grupo de autoanticuerpos que
reaccionan con múltiples antígenos, con baja afinidad; estas reacciones son inespecíficas y
están presentes en pacientes con enfermedades autoinmunes como lupus, diabetes tipo 1,
artritis reumatoidea etc., pueden reaccionar contra sus propias inmunoglobulinas; un ejemplo
de este tipo de anticuerpos es el factor reumatoideo (IgM humana que tiene afinidad por IgG
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A reacciona con los anticuerpos formados frente al antígeno capsular
(polisacárido) de un tipo de neumococo.
Potenciadores de la respuesta inmunitaria
La mayoría de las proteínas son poco inmunogénicas cuando se
administran ellas solas. Para provocar un respuesta adecuada se necesita,
casi siempre, administrar el antígeno junto con unas sustancias que se
denominan adyuvantes. Así pues se pueden definir a estos como
“cualquier sustancia que aumenta la inmunogeneicidad de cualquier
antígeno que se mezcla con él.
Los adyuvantes se diferencian de las proteínas portadoras
(Haptenos), en que no forman enlaces estables con el antígeno. Además
los haptenos son necesarios tanto para la respuesta primaria como
secundaria, mientras que los adyuvantes lo son solamente para la primaria.
En general el mecanismo de los adyuvantes incluye:
 Aumento de la vida media biológica o inmunológica de los
antígenos de las vacunas
 Aumento de la producción local de citocinas inflamatorias
 Mejora en la liberación del antígeno y en su procesamiento y
presentación por las CPAs, especialmente por las células
dendríticas.
Se sabe de modo empírico que los mejores adyuvantes son los
que contienen componentes microbianos (p.e. extractos de
mycobacterias). Estos componentes de patógenos inducen la expresión
de moléculas coestimuladoras en las CPAs (macrófagos y DCs) así
como la producción de citocinas. Ahora se ha comprobado que tal
inducción por los componentes microbianos se debe a que contienen
patrones moleculares (PAMPs); su unión a los TLRs de las CPAs genera
las señales que llevan a la expresión de moléculas coestimuladoras y a
la síntesis de citocinas.
Los adyuvantes autorizados hasta ahora para uso humano son los que
se basan en hidróxido de aluminio o fosfato de aluminio (alúmina). La
alúmina se fija a las proteínas y las hace precipitar, induciendo así una
respuesta inflamatoria que potencia de forma inespecífica la
inmunogenicidad del antígeno. El antígeno precipitado se libera más
humana). Estos anticuerpos heterófilos también pueden unirse por reacción cruzada, con
anticuerpos de origen animal, que son utilizados en los radioinmunoensayos; esto no es
sorprendente, ya que diferentes especies tienen similares fracciones Fc. La interferencia ocurre
con mayor frecuencia en los ensayos inmunométricos, tipo sándwich, no competitivos, ya que
estos Ac pueden unirse simultáneamente a los Ac de captura y de detección, generando una
señal en ausencia del antígeno. Y como en estos sistemas, la señal es directamente
proporcional a la concentración del antígeno, se está en presencia de un resultado falsamente
elevado.
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despacio en el sitio de inyección, lo que unido al aumento de tamaño que
se genera en la precipitación genera una mayor probabilidad de que el
antígeno se fagocite por una célula presentadora.
En los animales de experimentación se han usado muchos adyuvantes,
siendo uno de los más corrientes el Adyuvante Completo de Freud
(FCA), consistente en mycobacterias muertas suspendidas en aceite
mineral. Al añadir la solución acuosa del antígeno se genera una
emulsión que, inyectada, libera lenta y continuamente al antígeno con lo
que mantiene constante la estimulación durante mucho más tiempo.
Otros microorganismos usados como adyuvantes son el bacilo de
Calmette-Guerin (BCG), que es una micobacteria atenuada,
Corynebacterium parvum y Bordetella pertussis. En realidad, todos
utilizan las propiedades estimuladoras de las moléculas asociadas al
microbio cuando se fijan sobre los TLRs de las células presentadoras
(especialmente las DCs).
Por ejemplo para la vacuna triple DPT, se utilizan como adyuvantes
componentes de Bordetella pertusis, agente etiológico de la tosferina.
Los ISCOM (complejos inmuno-estimuladores) son unas mezclas de
colesterol y saponinas que forman unas estructuras similares a jaulas en
las que queda atrapada la solución acuosa del antígeno. Esta “jaulas” se
funden con los lípidos de las membranas celulares y depositan así su
contenido en el citosol. El resultado es una vacuna que induce una
respuesta celular mediada por linfocitos T citotóxicos, en lugar de los
anticuerpos que inducen las restantes vacunas.
Los inmunoestimulantes también potencian la respuesta, pero de
forma transitoria, inespecífica y sin necesidad de mezclarse con el Ag. Es
el caso de las lectinas: proteínas de origen animal o vegetal que se fijan
específicamente a hidratos de Carbono que hay sobre la membrana de
linfocitos y provocan su multiplicación; son, por tanto, mitógenos, ya que
obligan a los linfocitos de forma inespecífica a multiplicarse y a producir
mediadores solubles de la inmunidad.
Superantígenos
Son de conocimiento reciente. Según la vía clásica, una CPA enseña
un péptido unido a la molécula CMH al TCR. Los superantígenos son
capaces de establecer la unión CMH-TCR por un mecanismo distinto,
uniéndose por los lados (se unen a la región V de la cadena β del TCR) y
produciendo la misma señal que si hubiese habido ese reconocimiento
antigénico.
Las consecuencias de ello, pueden llegar a ser desastrosas. Un Ag
normal puede estimular del 0,01 al 0,1% del total de linfocitos T, un
superantígeno puede estimular hasta al 20% de los linfocitos T. Un
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superantígeno que estimula a los linfocitos T induce su proliferación, que
se traduce en:
- producción elevada de citoquinas, que se traduce en una toxicidad
sistémica6 y una supresión de la respuesta adaptativa
- autoinmunidad: se pueden activar algunas células autorreactivas y
dar productos de autoinmunidad
- muerte celular (apoptosis): esa población que ha proliferado muere
al poco tiempo, lo que implica la muerte de gran cantidad de linfocitos T
que pueden hacer falta para otros fines.
6
la producción de estas cantidades de citoquinas da lugar a alteraciones similares a las que se
producen en el shock séptico, que se caracteriza por colapso circulatorio, alteraciones
metabólicas y coagulación intravascular diseminada, y cuyos mediadores principales son el
TNF y la IL-1.
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