Las Inmunoglobulinas G de los camélidos y sus aplicaciones

Sistema de Revisiones en Investigación
Veterinaria de San Marcos
Las Inmunoglobulinas G de
los camélidos y sus
aplicaciones
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA - 2011
Autor:
MV. Antonio Herrera
Universidad Nacional Mayor de San Marcos
Facultad de Medicina Veterinaria
TABLA DE CONTENIDO
I.
Presentación ................................................................................................................. 2
II.
Sistema inmune de los camélidos............................................................................... 3
III.
Inmunoglobulinas G de camélidos ............................................................................. 3
IV.
Estructura de las inmunoglobulinas G de camélidos ................................................. 4
V.
Propiedades y aplicaciones de los VHHs de las inmunoglobulinas G de camélidos . 5
VI.
Conclusiones .............................................................................................................. 7
VII.
Literatura Citada ..................................................................................................... 7
Facultad de Medicina Veterinaria - Autor: MV Antonio Herrera
Las Inmunoglobulinas G de los camélidos y sus aplicaciones
MV Antonio Herrera ([email protected])
I.
Presentación
Los camélidos y todos los animales
en general frente a la invasión de un agente
infeccioso activan una respuesta inmune de
tipo humoral donde la inmunoglobulina G
(IgG) constituye uno de los principales
anticuerpos que limitarán la invasión del
agente en su organismo. Esta IgG
convencionalmente en todos los animales
posee cuatro cadenas polipeptídicas dos
ligeras y dos pesadas; sin embargo, en los
camélidos además de estos anticuerpos
clásicos, se han identificado otros tipos de
IgG que están constituidos solamente por
cadenas
pesadas.
Estas
IgG
no
convencionales han sido encontradas en la
sangre de todas las especies de camélidos
existentes en el mundo y son conocidas
como los anticuerpos de cadenas pesadas
(HCAbs por sus siglas en inglés).
están siendo utilizados ampliamente en
biotecnología, los VHHs son conocidos
como los nanoanticuerpos (Nbs por sus
siglas en inglés). Estos Nbs poseen
propiedades que les permiten ser una
herramienta ideal en la investigación y
diversas aplicaciones terapéuticas.
Palabras
clave:
Camélidos,
inmunoglobulina G, dominios variables
simples, nanoanticuerpos
En el presente artículo se desarrolla
una breve revisión sobre las IgG de los
camélidos, sus características y utilidades.
Actualmente, estas inmunoglobulinas y
especialmente sus dominios variables
simples (VHHs por sus siglas en inglés)
Facultad de Medicina Veterinaria - Autor: MV Antonio Herrera
II.
Sistema inmune de los camélidos
Los camélidos del viejo mundo
Camelus
dromedarius
y
Camelus
bactrianus; y los camélidos del nuevo
mundo llamas (Lama glama) y alpacas
(Vicugna pacos) junto con sus ancestros
silvestres guanacos (Lama guanicoe) y
vicuñas (Vicugna vicugna), respectivamente;
son las únicas especies sobrevivientes de la
familia Camelidae (De Genst et al., 2006). A
pesar de la importancia económica de estas
especies en sus países de origen, su sistema
inmunológico recién ha ocupado el interés
de los investigadores en los últimos 15 años.
Hamers-Casterman
et
al.
(1993)
demostraron por primera vez que el suero de
los camélidos contenía un único tipo de
anticuerpo carente de cadenas livianas.
La escasa información publicada
referente al sistema inmunológico de los
camélidos hace difícil describir las
características únicas que las diferencian de
otras especies. Sin embargo, algunos
estudios han sugerido la existencia de dos
distintos linajes de linfocitos B en
camélidos, un linaje sintetizará los clásicos
anticuerpos de cuatro cadenas y el otro linaje
expresaría los anticuerpos carentes de las
cadenas livianas (De Genst et al., 2006).
La placentación epiteliocorial
de los camélidos previene el pasaje de las
inmunoglobulinas al feto como sucede en los
demás rumiantes (Weaver et al., 2000). Por
ello,
los
neonatos
nacen
hipogammaglobulinémicos y toda su
inmunidad perinatal depende de una
adecuada absorción del calostro y las
inmunoglobulinas de la leche (De Genst et
al., 2006). Además, algunos estudios han
determinado
que
las
principales
inmunoglobulinas en el calostro de los
camélidos son las IgG (Weaver et al., 2000),
y que sus concentraciones en el calostro son
más altas en los bovinos y caballos (Kamber
et al., 2001).
III.
Inmunoglobulinas G de camélidos
Las inmunoglobulinas juegan un rol
central en el sistema inmune adaptativo
mediante el reconocimiento de los patrones
moleculares específicos de antígenos
externos y mediante estas interacciones se
pueden neutralizar y eliminar agentes
patógenos del hospedero (Su et al., 2002).
Las IgG de los camélidos difieren de los
demás anticuerpos conocidos y contradicen
todas las teorías comunes sobre diversidad
de anticuerpos (Wernery, 2001). Existen tres
subclases
de
IgG
en
camélidos
denominados: IgG1, IgG2 e IgG3, la IgG1
corresponde
a
los
anticuerpos
convencionales y la IgG2 e IgG3 son los que
carecen de las cadenas livianas (Wernery,
2001); éstas dos últimas son conocidas como
los anticuerpos de cadena pesada (HCAbs)
(Daley et al., 2005). La pérdida de las
cadenas livianas resulta de una alteración de
la escisión que impide su transcripción al
ARN mensajero y no de una supresión en el
gen correspondiente (Medina et al., 2004).
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Las IgG1 son los anticuerpos clásicos
o convencionales y están presentes en 25%
de la IgG sérica; en cambio, la IgG2 y la IgG3
poseen dímeros de cadenas pesadas cortas,
las cuales se caracterizan por poseer un
fragmento cristalizable (Fc) normal sin un
dominio CH1, y están presentes en 75% de la
IgG sérica. Los HCAbs junto con sus VHHs
tienen muchas ventajas comparados con los
anticuerpos convencionales, debido a su
pequeño tamaño lo que mejora su
biodistribución y permite una mejor
penetración tisular (Wernery, 2001).
oligosacárido unido al segundo dominio
constante de la cadena pesada (CH2)
(Harmsen y De Haard, 2007).
Los HCAbs son capaces de unirse a
los antígenos blanco con propiedades de
unión que parece equivalente a las IgG
convencionales; a pesar del hecho que estos
anticuerpos carecen de puntos adicionales de
contacto al antígeno que es normalmente
realizado por las cadenas livianas. Además,
sus VHHs les confieren otras propiedades
especiales como mayor especificidad a
epítopes inusuales, mejorando su habilidad
de unión con el sitio activo (Maass et al.,
2007).
IV.
Estructura
de
las
inmunoglobulinas G de camélidos
La estructura básica de las
inmunoglobulinas consta de cuatro cadenas
polipeptídicas, dos cadenas pesadas (H) y
dos ligeras (L), unidas generalmente por
puentes disulfuro. Además, se ha establecido
que todas las inmunoglobulinas presentan un
cierto grado de glicosilación (Medina et al.,
2004). Ambas cadenas contienen un N-
Figura 1.
Representación estructural
de la inmunoglobulina G convencional
(IgG1) “A” y las inmunoglobulinas de
cadenas pesadas (IgG2 “B” e IgG3 “C”) de
los camélidos
Fuente:
Muyldermans y Lauwereys,
1999
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En la Figura 1 se observa la
comparación estructural entre la IgG1, IgG2 e
IgG3. Tanto la IgG2 como la IgG3 de los
camélidos poseen estructuras únicas que
consisten de un dominio variable simple
(VHH), una región bisagra y dos dominios
constantes (CH2 y CH3). Los dos dominios
constantes son altamente homólogos a los
dominios de la fracción cristalizable de los
anticuerpos convencionales (Alvarez-Rueda
et al., 2007; Deffar et al., 2009).
Las IgG1 de los camélidos poseen
una región de bisagra corta, tienen un peso
de 170 KDa, sus cadenas livianas tienen un
peso entre 28 a 32 KDa y sus cadenas
pesadas pesan entre 50 a 55 KDa. Mientras
que las IgG2 con sólo dos cadenas poseen
una región bisagra grande, tiene un peso de
100 KDa y sus cadenas pesadas pesan
46KDa; y finalmente, las IgG3 que también
poseen 2 cadenas posee una región bisagra
más corta, también pesa alrededor de 100
KDa y sus cadenas pesadas pesan 43KDa
(Wernery, 2001).
V.
que están involucradas en la unión al
antígeno (Harmsen y De Haard, 2007).
Los VHHs tienen propiedades
particulares como son poseer una alta
solubilidad, gran estabilidad en condiciones
rigurosas, alta afinidad y especificidad para
el antígeno y poseer un pequeño tamaño
haciendo fácil su manejo. Todas estas
características permiten que los VHHs
puedan ser utilizados como una herramienta
de alto rendimiento en distintos campos de la
ciencia
médica
controlando
varias
enfermedades de los animales y humanos
(Muyldermans et al., 2009).
Cuadro 1.
Ventajas de los dominios
simples de los anticuerpos de
cadenas pesadas (VHHs) de
los camélidos
Ventaja
Fácil manipulación
genética
Alta estabilidad
fisicoquímica
Propiedades y aplicaciones de los
Alta solubilidad
VHHs de las inmunoglobulinas G
Reconocimiento de
sitios antigénicos
ocultos
Rápida penetración
tisular
de camélidos
Los VHHs poseen algunas ventajas
que son aplicadas en biotecnología como se
mencionan en el Cuadro 1. Estos VHHs
contienen cuatro regiones estructurales que
forman la estructura cortical del dominio de
la inmunoglobulina y tres regiones
determinantes de complementaridad (CDRs)
Base molecular
Dominio simple
natural
Eficiente
plegamiento
Hidrofilicidad
incrementada
Tamaño pequeño y
CDR3 flexible
extendido
Tamaño pequeño
Fuente: Harmsen y De Haard, 2007
Los VHHs están siendo utilizados en
el tratamiento de varias enfermedades. Estos
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VHHs son aplicados en la oncología,
enfermedades
infecciosas
y
neurodegenerativas, para ejemplos ver
Cuadro 2. Los VHHs son especialmente
suministrados por inmunoterapia vía oral
debido a sus resistencia frente a rangos
extremos de pH y la capacidad de unirse al
objetivo en altas concentraciones de agentes
caotrópicos (Harmsen y De Haard, 2007).
Cuadro 2.
Ejemplos
de
aplicaciones terapéuticas de los VHHs de
camélidos
VHH para la
enfermedad
blanco
Referencia
Enfermedad
Patógeno
Antígeno
blanco
Mal del sueño
Tripanosoma
Oligomanosa
VSG
Monovalente
Baral et al. 2006
Diarrea infantil
Rotavirus
Desconocido
Monovalente
Van der Vaart et al.
2006
Escherichia coli
Fimbria (F4)
Monovalente
Harmsen et al. 2006
Picornavirus
Neisseria
menintigidis
-
VP1
Monovalente
Harmsen et al. 2007
LPS
Monovalente
El Khattabi et al. 2006
Diarrea de los
lechones
Fiebre aftosa
Sepsis
Cáncer
Enfermedad
neurodegenerativa
-
Receptor EGF
Bax
Bivalente
Monovalente
Fuente: Harmsen y De Haard, 2007
Facultad de Medicina Veterinaria - Autor: MV Antonio Herrera
Roovers et al. 2007
Gueorguieva et al.
2006
VI.
Conclusiones
Desde su descubrimiento en 1993, el
campo de investigación de las IgG de
cadenas pesadas de los camélidos ha crecido
rápidamente, especialmente en la utilización
de sus dominios variables simples (VHHs).
Estos VHHs, más conocidos como los
nanoanticuerpos (Nbs), tienen muchas
propiedades fisicoquímicas que les permiten
tener diversas aplicaciones biotecnológicas.
Estos Nbs son útiles para diagnosticar
infecciones y para tratar enfermedades como
el cáncer, tripanosomiosis, enfermedades
neurodegenerativas,
entre
otras.
Sin
embargo, más investigaciones sobre estos
Nbs son necesarias para encontrar nuevas y
mejores aplicaciones para beneficio del
hombre.
VII.
Literatura Citada
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