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Inmunología 2008/091

Anticuerpos estructura y función

Alfredo Prieto MartínÁrea de Inmunología, Universidad de Alcalá

[email protected]://www.alfredoprieto.tk

[email protected]://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

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Forma secretada

Forma de membrana (BCR)

Ag.I. Anticuerpos

Ag.

Ig Ab

Célula plasmática


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.

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1. Estructura de los anticuerposCaracterísticas estructurales comunes

– Forma Y – 4 cadenas 2H + 2L

• Dominios inmunoglobulina– variables y constantes

• Características diferenciales • Variación continua (clonal): 1011

• recombinación – Regiones variables

• Combinación VDJ

• Variación discreta 10• genes o alelos:

• Cadena pesada– Clases Isotipos, subtipos o subclases:

• Cadena ligera. Tipos:

Cadenaspesadas

Cadenasligeras

Sitios de uniónal antígeno

Antígeno

Antígeno

RegiónVariable

Especificidad

RegiónConstanteFunción


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)

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Dominio de inmunoglobulina

110 aa

El motivo que codifica el domino inmunoglobulina es el más repetido en nuestro genoma, 765 veces.

Estructura globular en barril


Nomenclatura de los dominios de inmunoglobulina

Dominiosvariables

Dominiosconstantes

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Variación discreta (categorizable):Cadena pesada clases e Isotiposα1, α2,δ, ε, γ1,γ2,γ3,γ4 μcadena ligera. Tipos: κ y λ. 4 isotipos λ

Variación continua (no categorizable):Número de clones muy elevadoDiversidad de la región variable 109 a 1011

moléculas diferentes con secuencias únicas en sus sitios de unión al antígeno.

Características estructurales diferenciales:

γμ δ α ε


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 secrecionesSubtipo determina función biológica cadena ligera. Tipos: κ y λ. 4 isotipos λ

Variación discreta

γμ δ α ε

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Distribución de los isotipos


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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FR1 FR2 FR3 FR4

HVR1HVR2

HVR3V

aria

bilit

y In

dex

25 7550 100Amino acid residue

150

100

50

0

Regiones variables (HVR) y regiones armazón. Regiones determinantes de complementaridad.

CDR CDR CDR


•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.

Los segmentos hipervariables codifican para las regiones determinantes de

complementaridad

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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


Cadena pesada• 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.

– 4 dominios en las regiones constantes de Ig M e Ig E,

NH2

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


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

SecretoryPiece

C4

J Chain

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Variación de los anticuerpos

Diversidad 1011 idiotipos moléculas de anticuerpos diferentes en cada individuo

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

Alotipo

Idiotipo


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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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 aade 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 aacorrelativos en la estructura primaria, – la mayoría son inaccesibles en la conformación nativa y sólo aparecen cuando la

proteína sufre proteolisis o desnaturalización.


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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Fuerzas que participan en interacción Antígeno-Anticuerpo


Inmunogenicidad

• 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

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2. Funciones de las distintas regiones1.-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 a FcR

Unióncomplemento

Transferenciaplacentaria

Unión al antígeno


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 regiónbisagra

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Funciones de los anticuerpos1. Son desencadenadas por la unión al antígeno.2. Son muy variadas desencadenan mecanismos

efectores diversos.3. Dependen del isotipo del anticuerpo.


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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Diferentes isotipos y subtipos de Ig realizan funciones diferentes

Funciones de los distintos isotipos

+

ADCC


Distribución isotipos en relación con función

Ig A

2

1250mg/dlIg G1Ig G2Ig G3Ig G4250 mg/dlIgA1110mg/dlIg M

Ig A2Ig G1

IgEIg E

Ig A2 Ig G1Ig G,

AireLuz intestinal

Mucosarespiratoria

Epiteliosqueratinizados

IgE

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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.


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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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, IgG2pobremente, IgG4 nada.

C1rC1s

C1q C1r C1s

C1q


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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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.


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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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.


Transferencia de inmunidad pasiva al feto y al neonato por la IgG y la IgA.

• 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 .

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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 diferenciación celular.

PreBCR IgM IgM IgD

IgEIgAIgM

IgG4IgG3IgG2IgG1


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

• 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

– Negativos • CD22, Fc Ig antagonizan CD19 reclutando PTP

(Poe 2001)

CD19/CD21

Ag-C3d

ITAM

CD40

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Transducción de señal de reconocimiento antigénico en células B

Ag-Costimuli (C3d)

SHP-1SHIP(PTP)

Costimuly-dependentinhibition of PTP

CD22 FcIgG

Stimuly dependentTirosine kinase

activation Activation of PTP by negative costimulators

CD21/CD19

Lyn

CD72

ITIM

CD40

NFκB

ITAM

SyKproliferación

IgMIgαIgβ

Slp65

ITAM-dependentsignal amplification

Diferenciación

Costimuly-dependentactivation of NFκB


Bibliografía y webgrafía

• 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

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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


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 agmonovalente a un Ab con un solo lugar de unión.

• Multivalencia, los antígenos suelen tener más de un determinante (antígenos multivalentes), los anticuerpos tienen más de un sitio de unión (de 2 a 10).

• La afinidad de una unión multicéntrica es mucho mayor que la que resultaría de la suma de las 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

• Avidez es similar al producto de afinidad y valencia

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