Estructura y Función de los Anticuerpos.

Anticuerpos
estructura y función
1
Alfredo Prieto Martín
Área de Inmunología, Universidad de Alcalá
[email protected]
http://www.alfredoprieto.tk
[email protected]
Inmunología 2008/09
http://www2.uah.es/curso
jorge monserrat
Plan de las clases
•Anticuerpos (Tema 1)
1. Estructura
2.Función
3.Complejo receptor, correceptores y coestimuladores de la
célula B madura
2
Inmunología 2008/09
1
I. Anticuerpos
Ag.
Forma secretada
Ag.
Ig Ab
3
Célula
plasmática
Forma
membrana (BCR)
Inmunologíade
2008/09
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
Inmunología 2008/09
2
1. Estructura de los anticuerpos
Características estructurales comunes
– Forma Y
– 4 cadenas 2H + 2L
An
tí
• Dominios inmunoglobulina
–
gen
o
Cadenas
ligeras
Cadenas
pesadas
variables y constantes
• Características diferenciales
• Variación continua (clonal): 1011
• recombinación
Sitios de unión
al antígeno
– Regiones variables
• Combinación VDJ
eno
tíg
An
Región
Variable
Especificidad
• Variación discreta 10
• genes o alelos:
Región
Constante
Función
• Cadena pesada
– Clases Isotipos, subtipos o subclases:
• Cadena ligera. Tipos:
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Inmunología 2008/09
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
Inmunología 2008/09
3
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. Inmunología 2008/09
Nomenclatura de los dominios de
inmunoglobulina
Dominios
variables
Dominios
constantes
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Inmunología 2008/09
4
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 109 a 1011
moléculas diferentes con secuencias únicas
en sus sitios de unión al antígeno.
γ
9
μ
α
δ
ε
Inmunología 2008/09
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
Distribución de los isotipos
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Inmunología 2008/09
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
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Inmunología 2008/09
6
Regiones variables (HVR) y regiones armazón.
Regiones determinantes de complementaridad.
HVR3
Variability Index
150
100
HVR2
HVR1
50
FR2
FR1
0
13
25
FR4
FR3
75
50
Amino acid residue
CDR Inmunología
CDR2008/09
100
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.
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Inmunología 2008/09
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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.
– 3 segmentos 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
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Inmunología 2008/09
Cadena pesada
•
NH2
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 CH1 y
CH2 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.
16 –
4 dominios en las regiones constantes
Inmunología 2008/09
de Ig M e Ig E,
COO
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Formas de expresión
• Difieren en la secuencia de aminoácidos del último
dominio carboxiterminal de la cadena pesada (26aa).
Forma secretada
Forma de membrana
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Inmunología 2008/09
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
18
Secretory
Piece
J
Chain
Inmunología 2008/09
9
Variación de los anticuerpos
Diversidad 1011 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
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Alotipo
Inmunología 2008/09
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
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Inmunología 2008/09
10
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
Inmunología 2008/09
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).
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Inmunología 2008/09
11
Fuerzas que participan en interacción
Antígeno-Anticuerpo
23
Inmunología 2008/09
Inmunogenicidad
•
•
•
•
•
•
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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
Inmunología 2008/09
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2. Funciones de las distintas regiones
1.-El sitio de unión al antígeno
esta formado por segmentos de
las regiones VL y VH
2.-La porción Fc. activa las
funciones
efectoras
que
dependen principalmente del
isotipo de la cadena pesada.
Unión al
antígeno
Unión a
FcR
Unión
complemento
Transferencia
placentaria
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Inmunología 2008/09
Funciones de las distintas regiones
3.- La región bisagra determina como una molécula
de
anticuerpo
puede
interaccionar
simultáneamente con dos moléculas de antígeno.
IgG1, IgG2 and IgG4
IgG3
Flexibilidad de la región
bisagra
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Inmunología 2008/09
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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.
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Inmunología 2008/09
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.
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Inmunología 2008/09
14
Funciones de los distintos isotipos
ADCC
+
Diferentes isotipos y subtipos de Ig realizan funciones
diferentes
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Inmunología 2008/09
Distribución isotipos en relación con función
Luz
intestinal
30
Ig G1 Ig G,
1250mg/dl
Ig G1
Ig G2
Ig A2
Ig G3
Ig G4
250 mg/dl
IgA1
IgE
110mg/dl
Ig M
Inmunología 2008/09
IgE
Ig G1
Mucosa
respiratoria
Ig A2
Ig A2
Aire
Ig E
Epitelios
queratinizados
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Neutralización del antígeno
• Anticuerpos secretados de cualquier isotipo:
Impiden la acción toxica o infecciosa de las
moléculas a las que se unen.
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Inmunología 2008/09
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
•
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Inmunología 2008/09
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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.
C1rC1s
C1q
C1r C1s
C1q
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Inmunología 2008/09
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.
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Inmunología 2008/09
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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.
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Inmunología 2008/09
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
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Inmunología 2008/09
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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.
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Inmunología 2008/09
Transferencia de inmunidad pasiva al
feto y al neonato por la IgG y la IgA.
•
•
•
•
•
38
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 .
Inmunología 2008/09
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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
IgM
diferenciación celular.
IgA
Pre
BCR
IgM
IgE
IgM IgD
IgG1
IgG2
IgG3
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IgG4
Inmunología 2008/09
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
Ag-C3d
• 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
CD40
ITAM
– Negativos
CD19/CD21
• CD22, Fc Ig antagonizan CD19 reclutando PTP
(Poe 2001)
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Inmunología 2008/09
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Transducción de señal de
reconocimiento antigénico en células B
Stimuly dependent
Tirosine kinase
activation
Costimuly-dependent
activation of NFκB
CD40
Costimuly-dependent
inhibition of PTP
Ag-Costimuli (C3d)
IgM
IgαIgβ CD21/CD19
ITAM
CD22
FcIgG
ITAM-dependent
signal amplification
SyK
Diferenciación proliferación
CD72
ITIM
Lyn
Slp65
NFκB
41
Activation of PTP by
negative costimulators
SHP-1
SHIP
(PTP)
Inmunología 2008/09
Bibliografía y webgrafía
•
•
•
•
•
•
42
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
Inmunología 2008/09
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Apéndice :
Caracterización de la unión al antígeno
• Equilibrio de la reacción Ag + Ag Ag-Ab
• Ka=Ag-Ab Unido/Ag libre x Ab libre
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Inmunología 2008/09
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 (Kd ): 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 10-11 M.
•
Afinidad (inverso de la constante de disociación1/Kd): 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
•
La afinidad de una unión multicéntrica es mucho mayor que la que resultaría de la suma de las
anticuerpos tienen más de un sitio de unión (de 2 a 10).
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 107 y 1011 M
•
44
Avidez es similar al producto de afinidad y valencia
Inmunología 2008/09
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