Inmunofisiología B-2010 Tema 3: Antígenos e inmunógenos
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Inmunofisiología B-2010 Tema 3: Antígenos e inmunógenos Inmunogenicidad y antigenicidad Definición de antígenos Tipos de antígenos: inmunógenos y haptenos Definición de inmunogenicidad y antigenicidad Factores que determinan la inmunogenicidad 1. Factores dependientes del antígeno. 2. Factores dependientes de las condiciones de inmunización. 3. Factores dependientes del organismo inmunizado. Antígenos autólogos (autoantígenos), alogénicos, singénicos, xenogénicos. Epítopes o determinantes antigénicos Definición Propiedades de los epítopes reconocidos por los linfocitos B Propiedades de los epítopes reconocidos por los linfocitos T. Mitógenos El reconocimiento del antígeno es mediado por los receptores específicos de antígenos • La respuesta inmune ante un patógeno se inicia con el reconocimiento (la detección) del antígeno y finaliza con la eliminación del antígeno. • Este reconocimiento es mediado por los receptores de antígeno específico los cuales se enlazan a las estructuras moleculares (antígenos) del patógeno o producidas por este. • Los receptores de antígenos pueden ser secretados (inmunoglobulinas) o expresados sobre la superficie de la célula (BCR o TcR) Moléculas de reconocimiento de los linfocitos Linfocitos B Linfocitos T Tc CD8+ Respuesta humoral o de anticuerpos Th1 CD4+ Th2 CD4+ Respuesta mediada por células Antígeno Antígeno es una sustancia capaz de combinarse con un anticuerpo o un receptor de antígeno de los linfocitos (TcR o BcR) Su nombre se origina de la capacidad de generar anticuerpos: antibody generator (Paul Ehrlich) Términos relacionados: inmunógeno, alergeno, precipitógeno, tolerógeno. Es algo confuso, pero se habla de antígeno en referencia a la inmunidad mediada por células y la inmunidad mediada por célula típica no involucra anticuerpos específicos. Clasificación funcional de los antígeno – Inmunógeno – Hapteno Los inmunógenos son antígenos Inmunógenos son sustancias capaces de enlazarse específicamente a los anticuerpos y los receptores específicos de los linfocitos B y T y de generar una respuesta inmune adaptativa (humoral y/o celular) Inmunógeno + Linfocito B Plasmocito Anticuerpos secretados Los inmunógenos poseen epítopes Un inmunógeno debe ser pensado como una sustancia con uno o mas determinantes antigénicos o epítopes Un antígeno es un mosaico de epítopes Un anticuerpo reconoce y reacciona contra un epítope particular Inmunógeno con dos epítopes Epítope 1 Epítope 2 Epítopes o determinante antigénico Epítope o Determinante antigénico es la porción o región discreta de una molécula antigénica que reacciona con los anticuerpos o con los receptores de antígeno específicos de los linfocitos B y linfocitos T Antígeno grande:10 epítopes Antígeno pequeño:2 epítopes Antígeno intermedio:6 epítopes Epitopes de un antígeno • El tamaño de un epítope de una proteína es entre 5 a 15 aminoácidos y de un polisacárido entre 3-4 residuos de azúcar • Los polisacáridos tienen muchos epítopes de la misma especificidad. – polisacáridos están compuestos de cientos de residuos de azúcar con azúcares ramificados, pero generalmente contienen uno o dos azúcares diferentes • Las proteínas poseen muchos epítopes con diferentes especificidades. – Las proteínas están compuestas de 20 tipos de aminoácidos diferentes, casi todos presentes. Respuesta inmune humoral policlonal in vivo inducida por inmunógeno complejo La producción de anticuerpos en un animal inmunizado con un antígeno complejo (varios epítopes) es policlonal, diversos linfocitos reconocen diferentes epítopes Plasmocitos Anticuerpos Policlonales Inmunógeno con 2 epítopes Dos tipos de Linfocitos B reconocen el inmunógeno Población de Linfocitos B con diferentes receptores Ig Anticuerpos enlazados al inmunógeno Los haptenos son antígeno pero no son inmunógenos Hapteno Sustancia química, de pequeño tamaño, que puede unirse a un anticuerpo, pero por sí mismo es incapaz de desencadenar una respuesta inmune. Es decir un hapteno no es inmunógeno hapteno El hapteno se puede enlazar al anticuerpo El linfocito no se activa y por tanto no produce anticuerpos contra el hapteno Los haptenos son antígeno pero no son inmunógenos Hapteno Un hapteno unido covalentemente a una molécula de proteína (portador) es capaz de inducir una respuesta de anticuerpos contra el hapteno….... y hapteno Portador Hapteno~Portador El hapteno forma un epítope en la molécula portadora + Linfocitos B Citocinas secretadas por Th específico Los haptenos son antígeno pero no son inmunógenos contra los epítopes del portador y epítopes nuevos hapteno ~ portador. - hapteno Ac anti-hapteno - portador - hapteno ~ portador Hapteno~Portador Ac anti-portador Ac anti-hapteno~portador Especificifidad de la respuesta inmune está dirigida hacia los epítopes del antígeno La respuesta inmune se induce específicamente hacia epítopes o determinantes antigénicos particulares del antígeno y no hacia el antígeno en su totalidad Antígenos: Hapteno, Polisacárido, Proteínas Un epítope Varios epítopes de una misma especificidad Varios epítopes con diferentes especificidades Hapteno Polisacárido Proteína Los antígenos varían en tamaño y complejidad Proteína: Hemaglutinina del virus de la Influenza Hapteno: 5-(para-nitrofenil fosfonato)ácido pentanoico Especificidad antigénica • En los años 20 y 30 Karl Landsteiner realizó unos famosos experimentos que mostraron por primera vez la asombrosa especificidad del sistema inmune • Inmunización de animales con hapteno-portador • Como haptenos empleó una serie de derivados del benceno, como el dinitrofenol (DNP), en distintas configuraciones (orto, meta, para), así como distintos derivados a base de distintos sustituyentes en determinadas posiciones conocidas. Experimentos de Landsteiner con haptenos: • Como molécula portadora empleó la albúmina sérica bovina (BSA). Obtuvo así distintas versiones de conjugados BSA-aminobenceno. • Inyectó los diferentes conjugados a diferentes conejos de laboratorio, esperó a que se produjera la respuesta inmune, y tras una sangría, obtuvo sueros enriquecido en anticuerpos frente el conjugado hapteno-portador (antisuero específico). • Finalmente, puso en contacto el antisuero con el hapteno original, y en paralelo, con otros haptenos consistentes en variantes del original (lugar del localización de algún radical, naturaleza química del radical). Reactividad de antisueros contra diferentes Haptenos Las conclusiones de estos experimentos son las siguientes: • Casi más importante que la naturaleza química concreta del hapteno es la configuración global del mismo • La existencia de algunas reacciones cruzadas • La enorme diversidad posible de anticuerpos: cualquier estructura química definida, natural o artificial, puede dar origen, si va unida a un portador, a anticuerpos específicos. Reacciones cruzadas Ag 1 Ag 1 Ac Antígeno homólogo reaccionar Ag 2 Antígeno heterólogo • Antígenos homófilos antígenos químicamente o estructuralmente parecidos (aspirina y tartrazina) • Antígenos compartidos: antígenos heterófilos, el mismo epítope en dos antígenos diferentes Muchas drogas son haptenos Conjugación de los β-lactámicos La bencilpenicilina es un hapteno Penicilina En condiciones fisiológicas las moléculas de bencilpenicilina se unen covalentemente a la albúmina sérica formando el bencilpeniciloilo, el cual induce alergia, una respuesta inmune indeseada, Benzil peniciloilo es inmunogénico Inmonogenicidad vs antigenicidad • Inmonogenicidad----------Inmunógeno – es la capacidad de una sustancia para inducir una respuesta inmunitaria humoral o mediada por células o ambas. • Antigenicidad------Antígeno – Es la capacidad para combinarse en forma especifica con anticuerpos, receptores de superficie celular, o ambos. Inmunogenidad La inmunogenicidad no sólo depende de la sustancia sino también de las propiedades del sistema biológico particular. La inmunogenicidad de una sustancia depende de los siguientes factores: 1. Propiedades del inmunógeno 2. Condiciones en las que se administra el inmunógeno (dosis y ruta de inmunización) 3. Las condiciones fisiológico y genético del animal que es inmunizado La inmunogenicidad depende de las propiedades del antígeno 1. Naturaleza química del antígeno 2. Alto peso molecular 3. Complejidad química del antígeno 4. Degradabilidad del antígeno 5. No propio La inmunogenicidad depende de las propiedades del antígeno NATURALEZA QUÍMICA DE LOS ANTÍGENO Componente Inmunogenicidad ++++ + Proteínas Proteínas homopolímeros ++ ++++ Polisacáridos Glicoproteínas Ácidos nucleicos Nucleoproteínas + Lípidos Glicolípidos + PESO MOLECULAR DE LOS ANTÍGENOS PM< 1000 Da - No Immunogénico (penicilina) PM entre 1000-6000Da: Inmunógeno débil (insulina) PM >6.000Da : Inmunogénico (albúmina, toxina del tétano) PM(Da) 100.000 10.000 5.000 Inmunógenos potentes Inmunógenos débiles La inmunogenicidad depende de las propiedades del antígeno COMPLEJIDAD FISICOQUÍMICA DE LA MOLÉCULA Ag poco inmunogénico Ag inmunogénico homopolímeros (polilisina) Copolímeros albúmina monomérica Ag soluble Ag forma nativa albumina agregada Ag particulado Ag desnaturalizado DEGRADABILIDAD DE LA MOLÉCULA Ag poco inmunogénico Inefectiva degradación y presentación del Ag por la célula presentadora de antígeno (CPA) Ag inmunogénico Efectiva degradación y presentación del Ag por CPA La inmunogenicidad depende del carácter ajeno del antígeno CARÁCTER DE AJENO (NO PROPIO) • Un inmunógeno debe ser una molécula NO PROPIA • Mientras más extraña y distante en la evolución sea una sustancia para una especie particular, tendrá mayor probabilidad de ser inmunogénica Respuesta a la inmunización Albúmina Bovina (BSA) Vaca NO Cabra Si ++ Pollo Si +++++ La inmunogenicidad depende del carácter ajeno del antígeno CARÁCTER DE AJENO (NO PROPIO) Linfocito inmaduro específico hacia Albúmina bovina (BSA) Respuesta a la inmunización Apoptosis NO Albúmina Bovina Anergia Toxoide Tetánico Linfocito específico hacia el toxoide tetánico Si La inmunogenicidad depende del carácter ajeno del antígeno CARÁCTER DE AJENO (NO PROPIO) • Antígeno autólogo: Antígeno que proviene del mismo individuo • Antígeno singénico: Antígeno que proviene de un individuo genéticamente idéntico • Antígeno alógeno: Antígeno que proviene de la misma especie pero de un individuo genéticamente diferente • Antígeno xenógéno: Antígeno proviene de especie diferente autólogo singénico alogénico xenogénico Ratón A Ratón A Ratón B Cabra Lupus eritematoso Grupos sanguíneos MHC La inmunogenicidad depende de las condiciones de inmunización 1. Dosis del Antígeno 2. Única dosis vs repetidas dosis 3. Rutas de administración del antígeno 4. Uso de adyuvantes La inmunogenicidad depende de las dosis del inmunógeno DOSIS DEL INMUNÓGENO Antígeno poco inmunogénico Dosis bajas o altas Ratón: >0,0001 mg; >0,5 mg Conejo:>0,0001 mg; >1 mg Antígeno inmunogénico Dosis intermedia 0,0001 mg - 0,5 mg 0,0001 mg- 1 mg Inmunización primaria con diferentes dosis de antígeno (unidades arbitrarias) Respuesta de anticuerpos Respuesta Primaria Dosis altas y bajas inducen tolerancia hacia el antígeno Dosis intermedias inducen respuesta inmune hacia el antígeno Dosis del antígeno La inmunogenicidad depende de las dosis del inmunógeno La dosis del antígeno utilizada en una primera inmunización afecta la respuesta de anticuerpos primaria y secundaria Respuesta Secundaria Respuesta de anticuerpos (unidades arbitrarias) Dosis del antígeno Tolerancia a altas dosis Respuesta Primaria Tolerancia a bajas dosis Inmunización secundaria con una única dosis de antígeno (103) Respuesta de anticuerpos (unidades arbitrarias) Inmunización primaria con diferentes dosis de antígeno Dosis del antígeno La inmunogenicidad depende de las repetidas inmunizaciones REFUERZOS: ADMINISTRACIÓN DE VARIAS DOSIS Antígeno poco Inmunogénico aplicación de una sola dosis Antígeno inmunogénico aplicación de varias dosis (refuerzos), permite crear memoria inmunológica aplicar refuerzos antes del desarrollo de la respuesta inmune aplicar refuerzos después del desarrollo de la respuesta inmune 2ª inmunización 3ª inmunización 1ª inmunización 10000 1010 1000 109 Afinidad (M-1) Concentración (μg/ml) 1ª inmunización 100 10 1 0.1 1 2 3 4 5 6 7 Tiempo tras la inmunización (semanas) 8 3ª inmunización 108 107 106 105 104 0.01 2ª inmunización 1 2 3 4 5 6 7 Tiempo tras la inmunización (semanas) 8 La inmunogenicidad depende de las vías de la inmunización VÍA DE ADMINISTRACIÓN DEL INMUNÓGENO Oral< intravenosa< intraperitoneal < subcutánea < intradérmica < intranodal respuesta humoral respuesta celular La ruta de administración del antígeno puede alterar el tipo de respuesta inmune Inmunogenicidad Vía intranodal ……..intradérmica ……..subcutánea ……..intraperitoneal ……..intravenosa Vía oral La inmunogenicidad depende de las condiciones de la inmunización USO DE ADYUVANTE EN LA INMUNIZACIÓN Modos de acción de los adyuvantes: • Convierte las proteínas solubles en particuladas, las cuales son más fácilmente fagocitadas por los macrófagos • Prolonga la persistencia del antígeno • Induce señales coestimulatorias a los macrófagos • Estimula la proliferación no específica de los linfocitos La inmunogenicidad depende de las condiciones de la inmunización USO DE ADYUVANTE EN LA INMUNIZACIÓN Un adyuvante es cualquier sustancia que al ser administrada con un antígeno aumenta la inmunogenicidad de esta sustancia. • Sulfato de aluminio: sales minerales, gel de hidróxido de aluminio Al K(SO4)2•12H2O Al Na(SO4)2•12H2O AlNH4(SO4)2•12H2O • Adyuvante de Freund AIF: emulsión de agua, aceite mineral y emulsificante (lanolina) ACF: AIF, Mycobacteria muerta • Poliribonucleótidos sintéticos Poli AU Poli IC • Liposomas Vesículas de fosfolípidos La inmunogenicidad depende de las condiciones de la inmunización ADYUVANTES QUE MEJORAN LA RESPUESTA INMUNE Nombre Composición Mecanismo de acción Adyuvante incompleto de Freund (AIF) Emulsión de aceite mineral agua y lanolina Liberación prolongada del antígeno, aumenta la fagocitosis Adyuvante completo de Freund (ACF) Emulsión de aceite mineral agua, lanolina con Mycobacteria muertas Liberación prolongada del antígeno, aumenta la fagocitosis, induce señales coestimulatorias Adyuvante de Freund con dipéptido muramil (MDP) Sales de aluminio Sales de aluminio mas Bordetella pertusis Adyuvante de Freund con MDP (un constituyente de Mycobacteria) Similar al Adyuvante completo de Freund Gel de hidróxido de aluminio Al K (SO4) 2•12H2O Al Na (SO4) 2•12H2O Liberación prolongada del antígeno; aumenta la fagocitosis Sales de aluminio más Liberación prolongada del antígeno; aumenta la fagocitosis; induce señales coestimulatorias Bordetella pertusis muertas La inmunogenicidad depende del animal inmunizado 1. Genotipo del animal 2. Edad 3. Sexo 4. Condiciones fisiológicas del animal (nutrición, salud) La inmunogenicidad depende del animal inmunizado GENOTIPO DEL ANIMAL INMUNIZADO La inmunogenicidad depende de la expresión de los genes del MHC; del TcR; de las inmunoglobulinas y de otros genes inmunoregulatorios Genotipo poco inmunogénico Productos de los genes del MHC, Igs. TcR no enlazan eficientemente al Ag. al Genotipo inmunogénico Productos de los genes del MCH, Igs TcR enlazan eficientemente Ag CONDICIONES FISIOLÓGICAS DEL ANIMAL La inmunogenicidad depende de la nutrición, edad, salud; estado neuroendocrino del animal Condición poco inmunogénica Condición inmunogénica Estado de desnutrición Satisfactoriamente nutrido Edades extremas: Senecencia y neoato Edad adulta Encuentro del antígeno con el sistema inmunológico • Los antígenos exógenos entran al cuerpo desde el exterior, por ejemplo mediante inhalación, ingestión o inyección. • Las células presentadoras de atígenos (CPA) y cualquier célula nucleada pueden internalizar los antígenos mediante varios procesos • Las CPA y células blancos le presentan el antígeno a los linfocitos T Encuentro del antígeno con el sistema inmunológico • Puntos de encuentro del Ag con los linfocitos: - Ganglios linfáticos - Bazo - MALT • Función de los órganos linfoides secundarios - Filtrar y retener los antígenos. - Los linfocitos recirculan continuamente hacia los órganos linfoides secundarios y contacta el antígeno Encuentro del antígeno con el sistema inmunológico ¿ Cuales células contactan el antígeno? – Células profesionales presentadoras de antígenos (CPA) • Células Dendríticas • Macrófagos residentes • Células de Langerhans de la piel (CD) • Linfocitos B (procesan Ags solubles internalizados junto con Ig de membrana) – CPA no profesionales • Fibroblastos, Queratinocitos – Célula blanco: cualquier célula infectada por agentes intracelulares (por virus) Características de las células accesorias en la presentación de antígenos Función de las células accesorias (CPA y células blanco) en la activación del linfocito T: – Las células accesorias son necesarias para la activación fisiológica completa de los linfocitos T CD4+ y CD8+ – Las células accesorias • Transforman los antígenos proteicos en péptidos y presentan complejos péptidos-MHC a los linfocitos T • Proporcionan señales coestimuladoras: productos secretados y coreceptores de membrana (moléculas coestimuladoras) a los linfocitos T, necesarias para su activación ¿Que reconocen las células B y las células T en el antígeno? • Epítopes-Determinantes antigénicos • Regiones discretas en la macromolécula Epítopes reconocidos por los linfocitos T y B • Los linfocitos B y T reconocen diferentes epítopes en la misma molécula antigénica. • Cuando un animal es inmunizado con la hormona glucagón, se producen anticuerpos contra la porción aminoterminal de la molécula, mientras que las células T responden sólo contra los epítopes de la porción carboxiloterminal Glucagón, hormona de 29 amino ácidos Propiedades de los epítopes reconocidos por los linfocitos B • Loas anticuerpos solubles y las inmunoglobulinas de superficie (BcR) de los linfocitos B reconocen y enlazan antígenos solubles • Células B enlazan proteínas en configuración nativa • Los dos sitios de enlace del antígeno de un anticuerpo son idénticos, por lo que se dice que son “bivalentes” – Cada sitio de enlace de un anticuerpo reconoce un epítope antigeno Propiedades de los epítopes reconocidos por los linfocitos B • Los anticuerpos enlazan a los antígenos mediante interacciones débiles, que operan a corta distancia • Para que se establezca un enlace fuerte, el sitio de enlace del anticuerpo y el epítope debe tener una forma complementaria para que los grupos que interactúan se encuentren lo suficientemente cerca Propiedades de los epítopes reconocidos por los linfocitos B • Los anticuerpos pueden reconocer: – proteínas (estructura primaria, secundaria , terciaria o cuaternaria) cuaternaria – polisacáridos (cadenas laterales terminales ramificadas) – lípidos Estructura de las proteínas Propiedades de los epítopes reconocidos por los linfocitos B • Los epitopos reconocidos por células B pueden ser: – Epítopes secuenciales constituidos por una serie de aminoácidos contiguos, suelen estar asociados a regiones en forma de bucle, situadas entre cadenas alfa consecutivas. – Epítopes no secuenciales, lineales o conformacionales dependen de la configuración nativa de la proteína Epitopes conformacionales Proteína desnaturalizada Proteína con estructura nativa Propiedades de los epítopes reconocidos por los linfocitos B – Las proteínas contienen epítopes conformacionales y epítopes secuenciales – La mioglobina del espermatozoide de la ballena contiene 5 epítopes secuenciales cada uno constituido por 6-8 aminoácidos contiguos, cada uno de ellos se encuentra en la superficie de la molécula Propiedades de los epítopes reconocidos por los linfocitos B • No todos los epitopos son igualmente inmunogénicos para distintos individuos de la misma especie. • Para cada individuo y para cada Ag suele existir un epitopo llamado inmunodominante. Epítopes presentes en un antígeno INMUNODOMINANCIA DE UN EPÍTOPE • Es el grado de reactividad inmunológica que presenta un epítope con respecto a otros del mismo antígeno • Depende de la conformación y configuración óptica del epítope INMUNOPOTENCIA DE UN EPÍTOPE • Es la capacidad de una región de la molécula antigénica de servir como epítope de inducir la respuesta inmune • Depende de la carga eléctrica (regiones hidrofílicas); de la accesibilidad de la región del epítope (amino ácidos expuestos, polisacáridos ramificados) y del genotipo del animal Reconocimiento antigénico por los linfocitos B Resumen • Epitopes B son reconocidos por inmunoglobulinas (Igs) • Se encuentran en antígenos nativos solubles (proteínas y estructuras y polisacáridos) • Áreas accesibles, hidrofílicas con flexibles, constituidas por aminoácidos secuenciales (lineales) o no secuenciales (conformacionales) de las proteínas, o por carbohidratos ubicados en las cadenas laterales terminales de los polisacáridos • Inmunodominancia del epítope • Antígenos dependientes del timo y antígenos independientes del timo Propiedades de los epítopes reconocidos por los linfocitos T • Benacerraf y Gell (1959) reconocieron que la respuesta de los linfocitos B y T ante una proteína es cualitativamente diferente • Experimentos de comparación de la respuesta de anticuerpo y de los linfocitos T ante proteínas nativas y desnaturalizadas Inmunización Respuesta Inmunitaria secundaria Primaria Secundaria Producción de Ac Respuesta mediada por células (HR) Proteína nativa Proteína nativa + + Proteína desnaturalizada Proteína nativa - + Proteína nativa Proteína desnaturalizada - + Proteína Proteína desnaturalizada desnaturalizada + + Reconocimiento antigénico por los linfocitos T Formas de los antígenos reconocidos por los linfocitos T: – Reconocen solo péptidos extraños asociados a una molécula MHC sobre la superficie de otra célula – Reconocen sólo determinantes lineales de los péptidos definidos por la secuencia primaria de a.a. – Algunos T reconocen lípidos asociados a moléculas CD1 sobre la superficie de otra célula Propiedades de los epítopes reconocidos por los linfocitos T Propiedades de los epítopes reconocidos por los linfocitos T Complejo Trimolecular: TcR ~ Complejo MHC-Péptido antigénico TcR reconoce al péptido antigénico y a residuos de a.a. de la molécula MHC Reconocimiento dual: Reconoce al epítope (especificidad única) y reconoce residuos de amino ácidos del MHC (restricción genética) Sitio de enlace del TcR :Aloja al epítope, pocos residuos de amino ácidosSitios internos de la molécula de Ag Propiedades de los epítopes reconocidos por los linfocitos T • Los linfocitos T no reconocen antígenos solubles • Los linfocitos T CD4 y T CD8 reconocen proteínas (procesadas) en péptidos y presentados en combinación con moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC), por tal motivo la destrucción de la conformación de las proteínas por denaturalización no afecta los epítopes T • Los linfocitos T gd reconocen lípidos en combinación con moléculas del CD1 Mitógenos Los mitógenos son agentes capaces de inducir la proliferación de una gran cantidad de clones de linfocitos T y/o B, de modo inespecífico (por lo que también se denominan activadores policlonales). Tipos de mitógeno Mitógeno Azúcar específico Fitohemaglutinina N- acetilgalactosamina (PHA) Concanavalina A αD manosa, a D glucosa (ConA) Mitógeno de fitolaca N acetil quitobiosa (PWM) Lipopolisacárido (LPS) Tipo de célula activada Linfocito T Linfocito T Linfocitos T y B Linfocito B
