A continuación una explicación breve de los principales tópicos de la estructura de los anticuerpos. Este es un tema más extenso, la versión completa del resumen puede descargarse de manera gratuita haciendo click aquí. (116 KB)
Estructura de los anticuerpos.
CP = cadena pesada y el número indica el dominio.
Los anticuerpos son glicoproteínas secretadas por las células linfocitos B activos. La activación del linfocito B se da gracias a la interacción con un antígeno. Un antígeno se define como aquella sustancia capaz de ser reconocida por un anticuerpo. Todas estas definiciones son necesarias a la hora de estudiar al anticuerpo en sí, también es necesario saber que en este caso inmunoglobulina y anticuerpo son sinónimos.
La estructura de los anticuerpos está basado en la cadena peptídica, una secuencia de aminoácidos sucedidos uno tras otro y unidos por sus funciones amino y carboxilo. Esta gran cadena posee distintos niveles de organización: primario, secundario, terciario e incluso cuaternario.
Los anticuerpos están formados por dos subunidades, las cuales a su vez están compuestas por otras dos subunidades, una cadena liviana y una cadena pesada. Ambas cadenas se subdividen en una región constante y en una región variable. Esta última es la responsable de la unión del anticuerpo con el antígeno mientras que la región constante puede tener distintas funciones dependiendo del dominio. Existen distintos tipos de cadenas pesadas (mu, epsilon, alfa, gamma, delta) y distintos tipos de cadenas livianas (kappa y lambda), los cuales se encuentran determinados por la secuencia de aminoácidos de las regiones constantes.
Se ha podido determinar dos zonas dentro de las inmunoglobulinas, ambas generadas a base de experimentos con enzimas. Un primer fragmento es el fragmento Fab (que puede unirse a los antígenos) y un segundo fragmento es el Fc (que no puede unirse a los antígenos pero sí puede servir como ligando de receptores Fc)
Además, dentro de la región variable existen zonas más variables y regiones más conservadoras. Las primeras se denominan CDR y son 3, CDR1 , CDR 2, CDR 3. Esta última es la más variable. Se recomienda la lectura del resumen completo:
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Los receptores son moléculas cuya función es la de reconocer y ser capaces de unirse a moléculas que provienen del exterior celular con el fin de generar una señalización interna y finalmente una respuesta (efecto). Por lo general, los receptores tienen una naturaleza glucoproteica.
En este artículo solo nos limitaremos a mencionar los principales aspectos del mismo, para profundizar el tema se recomienda leer el Resumen de Receptores Celulares descargándolo aquí (170.5 KB).
Los receptores se clasifican en:
Receptores de membrana
Receptores intracelulares
Dentro de los receptores de membrana, se encuentran otros dos subgrupos. Los receptores de Tipo I y los receptores de Tipo II. Los primeros, al ser activados por la unión a su ligando, generan una segunda molécula que se desplaza hacia el interior de la célula y hace las veces de segundo mensajero. Será este segundo mensajero el encargado de producir el efecto. Mientras que en los receptores de Tipo II, no se produce segundo mensajero y su acción está determinada por la internalización (el receptor con su ligando se introducen en el compartimiento citoplasmático con el fin de desarrollar un efecto).
Dentro de los receptores de tipo II, encontramos otras subclasificaciones. Receptoresmetabotrópicos y Receptores Ionóforos. Los primeros se subdividen en receptores con actividad enzimática intrínseca y receptores asociados a proteína G.
Por último, los receptores intracelulares pueden localizarse tanto en el citoplasma como en el núcleo. Se clasifican según los dominios A/B que posee su estructura (leer en el resumen). Realizan acciones de regulación génica pudiendo estimular la síntesis proteica o interactuando con proteínas encargadas de dicha tarea.
Las lectina de tipo C son proteínas lectinas que comparten un dominio proteico capaz de unirse a carbohidratos. La C hace referencia a su intrínseca necesidad de calcio para ser estabilizada y funcionar. Por ende, las proteínas C-lectina son aquellas que posean este tipo de dominio en su estructura, como aquellas que facilitan la unión célula-célula o aquellas necesarias para la unión con agentes patógenos y la apoptosis en la inmunidad.
Las Lectinas de tipo C se han clasificado clásicamente en 7 subgrupos, sin embargo, estudios posteriores y la continua investigación han ampliado dicho margen a 17. Entre estos subgrupos destacan el número III (llamado de las colectinas) en el que se encuentra la proteína MBL, el número IV (llamado de las selectinas), el V (receptores de células NK).
En este grupo puede encontrarse variadas proteínas como receptores de manosa MRC1 y MRC2, el versican, CD69, entre muchos otros. La MBL es también un ejemplo de lectina de tipo C perteneciente al grupo III de las colectinas, es capaz de activar la vía del complemento mediante la vía de las lectinas, claro está.
Se ha dicho con insistencia que el Sistema del Complemento resulta sumamente dañino para aquellas células sobre las que actúa. Es necesario evitar que su acción se propague más allá de donde se necesita. Por tal motivo, éste mecanismo se encuentra sumamente regulado.
Existen dos tipos de regulación:
Una regulación dada por la propia naturaleza lábil de sus componentes, los cuales requieren de estabilizarse uniéndose entre sí para desarrollar la cascada.
Una regulación basada en la actuación de proteínas reguladoras.
En el punto uno, se puede citar el típico caso de C3. Como ya se ha dicho, C3 es escindida en por el complejo C4b2a (en la vía clásica y de las lectinas) y por el complejo C3bBb (en la vía alterna) formando C3b y C3a. También se pueden generar estos productos por hidrólisis espontánea.
C3b tiende a unirse a la superficie de células cercanas, sin embargo, su naturaleza lábil provoca una nueva hidrólisis. Se genera entonces C3bi, ésta ya no es capaz de unirse a las células y por lo tanto no puede continuar con la propagación del sistema.
Inactivación de C1 - vía clásica
Con respecto a la regulación mediada por proteínas, existe un grupo estudiado cuya función radica en la inhibición del desarrollo de la cascada del complemento. La proteína C1Ihn (glucoproteína inhibidora de C1), actúa provocando la disociación del complejo C1 (recordar que estaba compuesto por tres tipos de subunidades) en C1q y por otro lado C1r-s. Con ello logra que C2 y C4 no puedan ser hidrolisadas,y por lo tanto que la convertasa de C3 ( C4b2a ) no logre ensamblarse. Como C1qrs solo actúa en la vía clásica, la única vía que se verá afectada será ésta misma.
Por otro lado, también se ha descubierto proteínas que actúan regulando la activad de la 'convertasa de C3', tanto en la vía clásica y de las lectinas como en la vía alterna. Se les llama proteínas RCA y se codifican en el cromosoma 1 del humano.
Proteína de unión de C4b (C4bBP): es una proteína soluble que actúa tan en la vía común como en el de las lectinas. Se unen a C4b y favorecen al clivaje de éste por parte del Factor I, impidiendo que la convertasa se ensamble. Generan C4d (unida a la membrana) y C4c (soluble)
Proteína CR1: Esta proteínas es un receptor, como ya se ha descripto anteriormente. Se encuentra unido a la membtrana y tiene por función unirse tanto a C3b como C4b. Por lo tanto queda inhibida la formación de las convertasas (C4b2a en la vía clásica y de las lectinas; C3bBb en la vía alterna). Aquí también actúa el Factor I para clivar e inhibir a C3b o C4b unida a CR1.
Proteína MCP: Ésta es una proteína unida a la membrana, actúa en las tres vías por función semejante a CR1 y acción conjunta con factor I. Como se ha visto, mientras las proteínas descriptas se unen a los constituyentes del complemento, reteniéndolos; el factor I se encarga de clivarlos.
Fig 2 - Inhibición de la Convertasa de C3.
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En el caso específico de la vía alterna, se dijo que tanto MCP como CR1 pueden actuar evitando la formación por retención de C3 y su posterior clivaje so acción del Factor I. Pero aquí también se agrega otra proteína con función análoga a MCP y CR1, el llamado Factor H. El clivaje de C3b genera C3bi y C3f. Un subsecuente clivaje de C3bi (que se encuentra unido a la membrana) generará C3c (soluble) y C3dg (unido a la membrana).
Factor DAF (CD55): tiene por función el acortamiento de la vida media de la convertasa de C3, generando su temprano desacoplamiento.
Factor S: estabiliza y evita que el complejo C5b67 pueda dañar células sanas. Ésta complejo muchas veces puede escapar de su célula diana y dirigirse hacia células normales con posibilidad de continuar armando el poro en células sanas. El factor S es el encargado de evitar que esto suceda al unírsele.
Fig 3 - Diversas formas de inhibición en distintos puntos del sistema.
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HRF y MIRL (CD59): Son proteínas unidas a la membrana celular, tiene por función el bloqueo de C9 evitando la formación del poro.
Inihibdor de anafilatoxina: es una proteína soluble que inactiva a los productos C4a, C3a y C5a.
Vía de las Lectinas - (Dibujo esquemático y fuera de escala)
Una última forma de accionar al sistema del complemento es la vía de las lectinas. Como ya se ha mencionado, todas las vías (vía clásica - vía alterna - vía de las lectinas) convergen en la formación de C5b, producto a partir del cual se desencadena el complejo de ataque a la membrana.
Dentro de la familia de las colectinas, se encuentra la proteína MBL la cual es capaz de unirse a un amplio espectro de hidratos de carbono, pudiendo ser: manosa, glucosa, L-fucosa, N-acetilglucosamina o N-acetilmanosamina. Estos hidratos de carbono se encuentran presentes con mucha frecuencia en las superficies celulares de varios microorganismos.
La unión de MBL a estos componentes desencadena la activación de proteasas asociadas a ella llamadas MASP-1 y MASP-2. Todo este complejo es similar al componente C1 que actúa en la vía clásica. (con sus subunidades C1q, C1r, C1s).
MASP-2 cumple una función análoga a C1s, toma como sustrato a C2 y C4 generando C2a, C2b, C4a y C4b. A partir de aquí se desarrolla la vía tal como en la vía clásica:
- Formación del complejo "convertasa de C3": C4b2a1
- Amplificación del proceso, generación de más C3b y C3a
- Unión de C3b al complejo C4b2a: formación de convertasa de C5 (C4b2a3b)
- Clivaje de C5 en C5a - C5b
- Unión de C5b a C6, C7, C8. Formación de un poro pequeño.
- Ensamblaje de C9 y formación del poro mayor con la consecuente muerte celular.
Ésta vía se activa de manera más temprana que la vía clásica. Es independiente de complejos antígeno-anticuerpo, lo cual le permite ser catalogada como una vía intrínsecamente innata y vigilante de la inmunidad dado que puede actuar en ausencia de inmunoglobulinas. Intervienen en ella las proteínas C3, factor B, factor D y properdina.
La vía clásica involucra un paso llamado de amplificación, donde el complejo 'Convertasa de C3' genera C3a y C3b en cantidad. Este C3b interectuará opsonizando células blanco o agentes patógenos. También existe la posibilidad de que las proteínas C3 sufran una hidrólisis espontánea sin necesidad de que la vía clásica esté activada (recordar que esta vía actúa independientemente de la presencia de complejos antígeno-anticuerpo).
Diferentes formas de inicio de la Vía Alterna
Por lo tanto la activación puede ser mediante dos mecanismos:
Activación secundaria a la actividad de la vía clásica, que genera C3a y C3b.
Por hidrólisis espontánea de C3 que forma C3a y C3b.
El C3b generado por cualquiera de las dos vías, se unirá en la membrana a antígenos extraños. Una vez afianzado a éstos puede servir como sitio de unión del Factor soluble B.
El factor B unido a C3b genera el complejo C3bB que se encuentra estabilizado por magnesio y que sufre un clivaje por parte de otro factor llamado Factor D. Dicho clivaje produce a partir del factor B los productos Ba y Bb, el primero difunde hacia el plasma y el segundo queda anclado en el complejo formando C3bBb.
El complejo C3bBb funciona como Convertasa de C3 amplificando la reacción tal como en la vía clásica. Tiene por sustrato a C3 generando mayor cantidad de C3a y C3b. Pero para que el complejo C3bBb funcione requiere de la unión a una proteína sérica llamada Properdina.
Cuando la properdina se une al complejo, éste se estabiliza prolongando su vida media hasta unos 30 minutos.
El C3b generado por el complejo C3bBb se une a este mismo constituyendo una molécula más grande llamada C3bBb3b, complejo análogo al C4b2a3b de la vía clásica también llamada 'Convertasa de C5'
C3bBb3b toma por sustrato a C5 generando C5a y C5b. C5a difunde hacia el plasma y C5b se fija a la membrana de la célula blanco para continuar con el desenlace común a todas las vías con la formación del complejo de ataque a la membrana. (C6 - C7 - C8 - C9).
La vía clásica comienza casi siempre estimulada por la formación de complejos antígeno-anticuerpo. Ya se ha visto que tanto la Ig G como la Ig M pueden activar al complemento (a excepción de Ig G de tipo 4). Esta vía puede separarse en dos estadíos, uno primario en el que intervienen C1 - C2 - C3- C4 y una segunda etapa en común con el resto de las vías en la que intervienen C5 - C6 - C7 - C8 y C9.
Figura 1 - Activación del Sistema del Complemento
Primer etapa:
1 - Se forma el complejo antígeno-anticuerpo. La interacción entre estos suscita cambios en la conformación molecular del fragmento Fc de la inmunoglobulina en cuestión. Estos cambios generan un sitio de adhesión para C1 expuestos en la sección CH2 de la partícula del anticuerpo.
2 - La molécula de C1 está formada por subunidades C1q (que posee seis brazos helicoidales y un tallo), 2 subunidades C1r y 2 subunidades C1s. Todas estas subunidades se encuentran estabilizadas por el ión calcio.
3 - Se desarrolla la interacción complejo anticuerpo-antígeno + cabezas globulares de la estructura helicoidal de C1q. Se requiere, por lo menos, la participación de dos sitios de unión a C1q. La Ig G solo posee un sitio de adhesión por partícula, por tal motivo se requieren como mínimo dos moléculas Ig G.
La Ig M por su parte, expone más sitios de adhesión cuando se encuentra en forma de 'grapa'. Esto explica el
porqué la Ig M es más propensa a activar el sistema.
4 - La interacción entre la región Fc y C1q activa a C1r adquiriendo propiedades de serinproteasa, C1r . C1r por su parte, clivará a C1s generando su forma activa: C1s.
5 - C1s tiene dos sustratos, C2 y C4. Será primero C4 quien interactúe con él produciendo C4a (pequeño) y C4b (grande). C4b se fijará a la membrana de la célula blanco, C4a difunde hacia el plasma. C2 por su parte, encuentra un sitio de unión en C4b, como todo este complejo se encuentra cerca de C1s , C2 es clivado por ésta generando C2a y C2b. En este caso, el fragmento más pequeño es C2b (que difunde hacia el plasma) quedando unido a C4b el fragmento C2a.
6 - Queda formado el complejo C4b2a(C4b + C2a). A éste se le denomina "Convertasa de C3", porque justamente C3 es su sustrato a quien activa generando C3a y C3b (tener en cuenta los pequeños fragmentos generados C3a, C4a, C5a para más adelante, se les llama anafilatoxinas). La convertasa C4b2a es capaz de generar decenas de moléculas de C3b, por ello se le suele llamar a este paso "amplificador".
7- C3b se unirá a C4b2a generando C4b2a3b, complejo que recibe el nombre de "Convertasa de C5". La subunidad C3b de este complejo se unirá a C5 para que el resto lo hidrolize generando C5a y C5b. C5b es un componente clave para la formación del "sistema de ataque" a la membrana celular. Cabe destacar que no toda el C3b generado participa en el complemento, también hay una fracción que difunde hacia el plasma con función de opsonización.
Vídeo explicativo de la vía clásica del complemento
Segunda Etapa:
En esta etapa se da la convergencia de las tres vías. Participan aquí C5b, C6, C7, C8 y C9 con la finalidad de formar una estructura molecular conocida como complejo de ataque a la membrana. Éste se insertará en la misma a fin de permitir el ingreso masivo de iones, partículas y agua provocando la pérdida de la estabilidad celular y su muerte.
1 - C5b se une a la membrana celular, siempre en la región hidrófila externa de esta.
2 - C5b se une a C6 formando C5b6.
3 - C5b6 interactúa con C7 formando un complejo que comienza a exponer regiones hidrófobas capaces de penetrar a la sección interna de la bicapa lipídica, el complejo recibe el nombre de C5b67
4 - C8 se une a C5b67 formando un pequeño poro de 10 amstrong capaz de destruir glóbulos rojos pero no células con núcleo.
5 - Finalmente, varias unidades C9 se unen al complejo C5b678 generando un poro que mide entre 70 y 100 Amstrong. Por él puede ingresar a la célula una gran cantidad de iones, moléculas y agua a la vez que se pierden electrolitos importantes desembocando en la muerte de la misma.
