IMUNOGLOBULINELE

Anticorpii sau Ig sunt produsul final al RIU. Ig sunt glicoproteine prezente in plasma, lichidul interstitial si secretii. Ele au activitate de anticorpi, adica au capacitatea sa recunoasca si sa se combine specific cu Ag. Fiecare anticorp recunoaste specific un anumit determinant antigenic sau epitop, de care se leaga cu o portiune care are structura complementara cu a epitopului. Aceasta portiune se numeste paratop, situs de legare sau situs combinativ.

Structura de principiu a Ig

Toate Ig au o structura asemanatoare, reprezentata de o unitate tetracatenara. Planul de organizare al domeniilor Ig se regaseste in multe alte proteine, de exemplu la unii receptori de suprafata. Proteinele care contin cel putin un domeniu imunoglo-bulinic constituie superfamilia Ig.

Ca model se analizeaza molecula de IgG1, care este formata din patru lanturi :

Doua lanturi grele H (heavy) identice intre ele, lungi, asociate prin punti disulfurice, cu greutatea moleculara de circa 50 kDa. Lanturile H au in structura cate o componenta oligozaharidica.

Doua lanturi usoare L (light) identice intre ele, legate de lanturile H prin punti disulfurice, cu greutatea moleculara de circa 25 kDa.

Lanturile H si L sunt paralele si orientate cu capatul N-terminal in aceeasi directie. Fiecare lant H sau L are doua parti :

Partea variabila este formata din primii 100 de aminoacizi dinspre capatul N-terminal. Acest domeniu are secvente de aminoacizi foarte variabile, care difera intre clonele de anticorpi. Domeniul variabil se noteaza cu V. VH se asociaza cu VL si formeaza situsul combinativ pentru Ag. Fiecare monomer de Ig are doua situsuri combinative identice intre ele, care recunosc acelasi epitop. Capatul variabil al lanturilor H si L face recunoasterea Ag.

Partea constanta este formata din restul lantului, spre capatul C-terminal. Secventele de aminoacizi sunt relativ constante pentru fiecare clasa de anticorpi. Domeniile constante se noteaza cu C. Mai importante sunt domeniile constante C din lanturile H (CH), care sunt responsabile de actiunile biologice ale Ig.

Domeniile Ig au o structura caracteristica rezultata prin plisarea ordonata a lantului polipeptidic. Rezulta doua structuri b suprapuse (structuri in foaie plianta sau  b-sheet). Pliurile sunt fixate prin punti disulfurice.

In functie de clasa din care fac parte, Ig au mai multe actiuni biologice :

Activeaza cascada complementului pe calea clasica.

Se ataseaza de membranele unor celule prin receptori specifici. Cand moleculele de Ig fixate de membrane recunosc Ag, ele stimuleaza anumite functii celulare. Tendinta moleculelor de Ig de a se atasa de suprafata unor celule se numeste citofilie.

Traverseaza placenta.

In organism se sintetizeaza o varietate extrem de mare de molecule de Ig, estimate la circa 10⁶ variante posibile. Variabilitatea structurala se realizeaza printr-un proces de recombinare a genelor care codifica lanturile de Ig, in special regiunile variabile. In cursul diferentierii limfocitelor B actioneaza o enzima specifica numita recombinaza, care reuneste actiunile de endonucleaza si ligaza. Recombinaza elimina unele fragmente din genele V_k , V_l si V_H si aduce in proximitate doua fragmente de gena, care se asociaza aleator.

In functie de partea constanta a lanturilor H s-au descris la mamifere si la om cinci clase de Ig : IgG, IgM, IgA, IgE, IgD.

Caracterele claselor de Ig

IG G

IgG reprezinta peste 75% din totalul Ig circulante. Ele se gasesc in concentratie foarte mare in plasma, intre 8-16 g/l si sunt distribuite egal in interstitiu si in lichidul intravascular. Toate subclasele de IgG trec transplacentar si realizeaza imunizarea pasiva umorala a nou-nascutilor in primele luni de viata.

Moleculele de IgG au greutatea moleculara de circa 150 kDa. Ele au in general o durata de viata lunga, de circa 3-4 saptamani. Exceptie fac moleculele din subclasa IgG3, care traiesc mai putin de o saptamana (5-7 zile).

Toate subtipurile de IgG sunt caracteristice pentru RIU secundar, care apare la al 2,3,.. n contact cu Ag. Sinteza lor este indusa de IL-4, produsa de LTH2.

Structura IgG

Lanturile H

Lanturile H sunt formate din circa 450 de aminoacizi si au o greutate moleculara de 50 kDa. In functie de structura domeniilor constante din lanturile H se deosebesc patru subclase de IgG. Lanturile H se noteaza g 1-4 si ele caracterizeaza subtipurile de IgG 1-4. Lanturile g 3 ale IgG 3 sunt mai lungi si mai grele decat lanturile g din celelalte subclase de IgG.

Lanturile H nu sunt liniare, ele au structuri spatiale secundare si tertiare formate prin punti disulfurice. Aceste structuri formeaza bucle sau domenii dispuse in dublu strat b-sheet. Un domeniu are aproximativ 100 de aminoacizi.

Fiecare lant H are patru domenii : trei constante si unul variabil.

Domeniul amino-terminal are secvente de aminoacizi foarte variabile, se numeste VH (variabil heavy) si participa la formarea situsului combinativ pentru Ag.

Celelalte trei bucle sunt constante si se denumesc CH (constant heavy). Ele se noteaza dinspre capatul N-terminal cu CH1, CH2, CH3.

Zona de intersectie dintre cele doua lanturi H situata intre CH1 si CH2 se numeste zona balama (hinge), pentru ca este foarte flexibila. Datorita flexibilitatii din zona balama, fragmentele Fab au miscari de baleiere si pot da moleculei IgG forma de T sau de Y. Mobilitatea favorizeaza cautarea si recunoasterea Ag. In zona balama cele doua lanturi H se leaga prin punti disulfurice. Numarul acestor punti variaza intre subclasele de IgG :

IgG 1 are 2 punti disulfurice.

IgG 2 are 4 punti disulfurice.

IgG 3 are 11 punti disulfurice.

IgG 4 are 2 punti disulfurice.

Durata de viata a moleculelor de Ig depinde de numarul de punti disulfurice din zona balama : cu cat sunt mai multe punti creste sensibilitatea moleculei la actiunea unor enzime sau radicali liberi (agenti oxidanti), iar molecula de Ig are viata mai scurta. Din acest motiv moleculele de IgG 3 au viata cea mai scurta, de 5-7 zile.

Lanturile L

Lanturile L sunt formate din circa 215 aminoacizi si au o greutate moleculara de 25 kDa. Fiecare lant L cuprinde doua bucle cu structura de dublu strat b

Domeniul VL este variabil si se afla la capatul amino-terminal.

Domeniul CL este constant.

Pentru toate tipurile de Ig exista doua tipuri de lanturi L care difera putin la nivelul domeniului CL. Intr-o molecula de Ig ambele lanturi L sunt de acelasi tip.

Lanturile L de tip k (kapa) sunt cele mai multe. Ele intra in structura a 2/3 dintre moleculele de IgG.

Lanturile L de tip l (lambda) se regasesc la 1/3 dintre moleculele de IgG.

Fragmentele Fab si Fc

Din punct de vedere functional o molecula de IgG are doua fragmente :

Fab se gaseste spre partea variabila, spre capatul N-terminal.

Fc se gaseste spre partea constanta, spre capatul C-terminal.

Prin tratarea unei molecule de anticorp cu o enzima proteolitica numita papaina, monomerul de Ig se separa in doua fragmente Fab si un fragment Fc.

Fragmentul Ag-binding (Fab)

Portiunea de Ig formata din lantul L unit cu domeniile corespunzatoare din lantul H (bucla VH si bucla CH1) se numeste Fab (fragment Ag-binding, de legare a Ag). O molecula de IgG are doua fragmente Fab. Fab cuprinde la capatul N-terminal situsul combinativ pentru Ag sau paratopul. Fab are functia de recunoastere a Ag.

Ig recunosc Ag dupa structura tridimensionala sau spatiala, pentru ca recunosc determinantii antigenici conformationali.

Toate tipurile de Ig recunosc doua categorii de Ag :

Ag solubile sau native, adica polizaharide sau molecule proteice.

Determinantii antigenici de pe suprafata Ag corpusculate : bacterii, virusuri, paraziti, celule singenice transformate in Ag (tumorale, infectate viral) sau celule alogenice (provenite prin transplant).

Fragmentul cristalizabil (Fc)

Fragmentul cristalizabil (numit eronat fragmentul constant) este format din domeniile celor doua lanturi H situate de la zona balama spre capatul C-terminal. In cazul IgG, Fc cuprinde buclele CH2 si CH3.

Fc este responsabil de functiile biologice ale moleculei de IgG :

IgG activeaza complementul pe calea clasica. Activarea se face dupa ce molecula de IgG a recunoscut determinantul antigenic. Se exteriorizeaza o secventa de aminoacizi de pe CH2, care activeaza componenta C1q a complementului.

IgG se pot lega prin domeniul CH3 de membrana unor celule care au receptori FcgR. Dupa ce s-au atasat de acesti receptori, moleculele IgG stimuleaza unele functii celulare : fagocitoza, secretia unor factori toxici.

Tot prin domeniul CH3, IgG se leaga de receptorii FcgR de pe celulele trofoblas-tului placentar. Ele trec transplacentar, furnizand imunitatea pasiva la nou-nascut.

Situsul combinativ

Situsul combinativ pentru Ag este o cavitate mica formata prin plicaturarea domeniilor VH si VL. Plicaturarea se face prin punti disulfurice, sub forma de dublu strat b. Ag intra in aceasta cavitate si angajeaza legaturi cu domeniile V prin comple-mentaritate, pe principiul cheie-broasca.

Contactele cu Ag nu se fac pe toata lungimea domeniilor V. Secventele de aminoacizi care stabilesc legaturi cu Ag sunt reunite sub denumirea de CDR. Restul secventelor de aminoacizi, care nu stabilesc legaturi cu Ag, formeaza regiunea suport - FR.

CDR

In lungimea fiecarui lant polipeptidic a domeniilor VH si VL sunt cate trei mici segmente formate din 5-10 aminoacizi. Variabilitatea lor este foarte mare, mai mare decat variabilitatea din restul domeniului. Ele se numesc regiuni hipervariabile sau CDR (complementarity determining regions).

CDR sunt asezate la distante mari una fata de alta pe parcursul secventei primare de aminoacizi a domeniilor VH si VL, dar ele sunt aduse una langa alta prin plicaturare. Structura spatiala a situsului combinativ este foarte importanta. Daca se separa lanturile H si L, fiecare dintre domeniile VH si VL pierde capacitatea de recunoastere a Ag. Structura spatiala a CDR este mentinuta de regiunea schelet a situsului combinativ.

CDR realizeaza contactele cu epitopii. Aceste contacte sunt punctiforme. CDR sunt asezate in varful unor plicaturi care intra in interiorul situsului combinativ. Secventele de aminoacizi din CDR sunt complementare cu structura epitopilor.

Totalitatea celor sase segmente CDR formeaza paratopul sau situsul de legare pentru Ag. El recunoaste epitopul. Paratopul da specificitatea legaturii Ag-anticorp. Specificitatea recunoasterii antigenice depinde de :

Structura primara a CDR, adica felul si numarul aminoacizilor.

Structura secundara a CDR, adica asezarea lor in spatiu.

FR

Regiunea suport sau schelet, denumita FR (framework region) cuprinde restul secventelor de aminoacizi din domeniile VH si VL care nu se leaga cu Ag, dar care formeaza peretii situsului combinativ. FR nu participa la contactul cu Ag, dar aseaza optim in spatiu CDR prin plicaturarea buclelor VH si VL. Plicaturarea VH si VL contribuie la specificitatea situsului combinativ.

Plicaturarea transforma domeniile VH si VL in structuri antigenice, mai precis in determinanti antigenici conformationali : varfurile buclelor se unesc si astfel unii aminoacizi ajung in vecinatate. Peptidele nou formate se comporta ca Ag, numite idiotipi. Idiotipii declanseaza sinteza unor anticorpi anti-idiotip.

De fapt situsul combinativ pentru Ag are doua functii contrare :

Este o structura de recunoastere a Ag.

Este concomitent si o structura antigenica in sine, declansand un RIU.

Consecinta este ca de cate ori patrund Ag in organism, se formeaza anticorpi, care devin Ag. Ei determina un al doilea RIU, cu anticorpi anti-idiotip (anticorpi anti-anticorp). Un RIU declanseaza alte RIU in cascada.

Acesti anticorpi anti-idiotip au rol in reglarea RIU, prn activarea cascadei LT supresoare. In bolile autoimune anticorpii anti-idiotip au rol agravant.

Receptorii Fc g R

Exista trei tipuri de FcgR : I, II si III (CD64, 32 si 16). Toate tipurile au un segment extracelular format din domenii Ig-like. Ele fixeaza IgG la nivelul domeniului CH3.

FcgR sunt implicati in principal in legarea complexelor imune care contin IgG de suprafata celulelor fagocitare (PMN, monocite, MF) si a celulelor implicate in RIC (LTC, NK). Legarea IgG stimuleaza doua functii ale acestor celule :

Fagocitoza complexelor imune, solubile sau care contin Ag corpusculate mici.

ADCC, adica citotoxicitatea celulara anticorp-dependenta, care reprezinta liza Ag corpusculate voluminoase fara fagocitarea lor :

Ø     Celulele fagocitare deverseaza in exterior enzimele lizozomale si radicalii de oxigen.

Ø     LTC si NK distrug celulele tinta prin eliberarea perforinei, a granzimelor si prin declansarea apoptozei.

Fc g RII se gaseste si pe trofoblastele placentare. El participa si la transportul transplacentar al IgG, care asigura imunitatea pasiva la fat si la nou-nascut.

Particularitati functionale ale subclaselor de IgG

IgG 1

IgG 1 se gasesc in cantitatea cea mai mare, reprezentand cam 66% din totalul moleculelor de IgG. Ele activeaza moderat complementul pe calea clasica. IgG 1 traverseaza usor placenta si contribuie major la imunitatea pasiva a nou-nascutului.

IgG 1 sunt anticorpii cei mai eficace pentru apararea antibacteriana :

Lizeaza germenii prin activarea cascadei complementului.

Au functie de opsonine, favorizand fagocitoza germenilor de catre celulele fagocitare care au pe suprafata receptori Fc g R.

Neutralizeaza exotoxinele bacteriene.

IgG 2

IgG 2 reprezinta cam 25% din totalul moleculelor de IgG. Ele activeaza slab complementul si dintre toate subclasele de IgG strabat cel mai greu placenta.

IgG 3

IgG 3 reprezinta cam 7% din totalul moleculelor de IgG. Ele au lanturile H mai lungi, iar acestea sunt unite in zona balama prin 11 punti disulfurice, sensibile la actiunea enzimelor si radicalilor liberi din lichidul extracelular. De aceea IgG 3 au viata scurta, sub o saptamana.

Dintre toate subclasele de IgG, IgG 3 activeaza cel mai intens complementul pe calea clasica.

IgG 4

IgG 4 reprezinta cam 5% din totalul moleculelor de IgG. Ele nu activeaza complementul pe calea clasica. IgG 4 sunt anticorpi citofili, adica dupa sinteza nu raman in lichidele organismului. Ei se fixeaza pe membrana unor celule (mastocite si bazofile), la fel ca IgE. Daca mai tarziu IgG 4 au contact cu Ag, induc activarea mastocitelor si bazofilelor, care elibereaza mediatori ai inflamatiei (histamina, PAF), producand o reactie de tip alergic.

IgM

IgM se gasesc in plasma in concentratie de circa 1 g/l, au durata de viata de 10 zile si au greutatea moleculara de circa 900 kDa. Din cauza greutatii moleculare

mari, IgM nu traverseaza placenta.

Moleculele de IgM se gasesc in organism sub forma de monomeri sau de pentameri :

Sub forma de monomer IgM sunt prezente pe suprafata LB, avand functie de BCR.

IgM serice sunt pentameri. Fiecare din cele cinci subunitati seamana cu o molecula de IgG, formata din doua lanturi H si doua lanturi L. Monomerii de IgM sunt uniti la capatul -COOH prin punti disulfurice si printr-o piesa de jonctiune (lantul J) care este o glicoproteina sintetizata de plasmocitele care sintetizeaza IgM.

Fiecare lant H are cinci domenii, unul variabil si patru constante.

IgM participa la apararea contra virusurilor si in special contra bacteriilor. Ei sunt anticorpi aglutinanti pentru ca au 10 situsuri combinative identice, dintre care sunt utilizate cinci, astfel ca o molecula de IgM poate sa faca punti intre doua Ag corpusculate.

IgM este clasa cea mai activatoare de complement pe calea clasica, pentru ca moleculele de IgM sunt pentameri, deci o molecula de IgM are in total cinci situsuri de activare a complementului. De aceea IgM sunt anticorpi citolitici.

IgM sunt anticorpii caracteristici pentru RIU primar. Sinteza lor este stimulata de IL-2, produsa de LTHp. Ei sunt primii anticorpi aparuti atat filogenetic in evolutia vertebratelor, cat si ontogenetic, la nou-nascut. O mare parte din anticorpii naturali ai grupelor sanguine, factorii reumatoizi din poliartrita reumatoida si aglutininele la rece din anemiile hemolitice autoimune sunt IgM.

IgA

IgA sunt responsabile de apararea imuna la nivelul mucoaselor. IgA se gasesc egal distribuite in circulatie, in interstitiu si in secretii, sub doua forme : serice si secretorii.

IgA sunt sintetizate in cadrul RIU secundar. Sinteza lor este favorizata de IL-5, produsa de LTH2.

IgA serice sau circulante

IgA serice se gasesc intr-o concentratie de 1-4 g/l, reprezentand intre 5-25% din totalul Ig serice. Dintre moleculele de IgA serice, 90% sunt monomeri si 10% sunt polimeri formati din doua, trei sau patru molecule reunite printr-o piesa J analoga cu piesa J din structura IgM.

IgA serice au urmatoarele caracteristici :

Au o greutate moleculara de 160 kDa.

Traiesc 10-12 zile.

Au rol in apararea antivirala si antibacteriana.

Nu activeaza complementul.

Nu traverseaza placenta.

IgA secretorii

IgA secretorii (IgAs) sunt dimeri. Cele doua molecule sunt unite cu o piesa de jonctiune J si cu o piesa secretorie care protejeaza molecula IgAs de enzimele din secretiile digestive.

IgAs sunt prezente in secretiile digestive, bronsice, in lacrimi, saliva si in laptele matern.

50% din IgAs provin din IgA serice dimerice iar 50% sunt produse de plasmocitele din GALT si BALT.

IgAs sunt exocitate activ prin celulele epiteliale. Toate celulele epiteliale produc piesa secretorie, care este expusa pe membrana la polul sanguin al celulei si se leaga de dimerii de IgA. Dimerii de IgA sunt endocitati ca vezicule de pinocitoza si sunt feriti de actiunea enzimelor intracelulare. In lumenul digestiv sau bronsic moleculele dimerice de IgAs sunt exocitate. Piesa secretorie are o structura care rezista la actiunea enzimelor proteolitice.

In lumen IgAs sunt libere in secretii sau se aseaza in monostrat la polul luminal al celulelor epiteliale, formand o bariera antivirala si antibacteriana la nivelul mucoaselor. De asemenea ele opresc substantele alergene exogene.

Deficitul congenital de IgAs duce la infectii frecvente digestive si respiratorii la copil. In deficientele de IgA, acestea sunt partial inlocuite cu IgM, care au capacitatea de a lega piesa secretorie.

IgAs din colostru si din laptele matern sunt sintetizate de plasmocitele migrate spre glanda mamara spre finalul sarcinii si in cursul alaptatului. Aceste IgAs ajung in tractul digestiv al copilului ca microvezicule care se afla in citoplasma PMN si monocitelor din laptele matern. Cand PMN si monocitele ajung in contact cu flora intestinala a copilului, ele elibereaza IgAs care se fixeaza pe epiteliul digestiv.

IgD

IgD seamana structural cu IgG, dar au o zona balama mai lunga si foarte sensibila la actiunea hidrolazelor. Din acest motiv durata de viata a IgD este de numai 6 zile si IgD se izoleaza greu in stare pura. IgD au greutatea moleculara de 185 kDa. Concentratia serica a IgD este foarte scazuta, de circa 0,03 mg/ml.

Monomerii de IgD se gasesc pe suprafata LB, avand functie de BCR, in special la fat si la nou-nascut. S-a descris activitate de anticorp a IgD serice fata de unele Ag : penicilina, proteinele din lapte, insulina, Ag tiroidiene.

IG E

IgE sunt formate dintr-o singura unitate tetracatenara. Lantul greu e este format din cinci domenii, unul variabil si patru constante. Fragmentul Fc cuprinde trei domenii constante. Molecula de IgE nu are o zona balama si din aceasta cauza ea este foarte rigida.

IgE sunt anticorpi citofili, adica dupa ce sunt sintetizati nu raman in lichidul extracelular, ci se ataseaza prin receptori specifici pe suprafata mastocitelor si bazofilelor.

IgE se afla la indivizii normali in concentratii serice extrem de scazute, de ordinul ng/ml. Ele sunt implicate in apararea antiparazitara. Dupa fixarea pe suprafata parazitilor, IgE sunt recunoscute de eozinofile, care distrug parazitii. Concentratia IgE creste mult in alergii si in bolile parazitare.