T.4. LOS ANTICUERPOS: LIGANDOS Y RECEPTORES

0. Introducción 1. Estructura

1.1. Cadenas ligeras y pesadas1.2. Regiones variables y constantes1.3. Sitio de unión al Ag1.4. Receptores para las Ig

2. Función2.1. Interacción Ig-Ag2.2. Funciones biológicas de los diferentes tipos de Igs2.3. Distribución de los isotipos de Ig por los tejidos

El reconocimiento de los Ag es la base de la respuesta inmunitaria adaptativa, tanto en el caso de los linfocitos B, como en el de los linfocitos T. Las inmunoglobulinas (Ig) son las moléculas específicas que reconocen el Ag producidas por los linfocitos B. Cada individuo sintetiza muchas Igs diferentes que le permiten reconocer una variedad casi ilimitada de Ag.

Las Igs se encuentran en la membrana de los linfocitos B constituyendo su receptor para el Ag de estas células. Cuando los linfocitos B reconocen un Ag, se diferencian a células plasmáticas y secretan al exterior Igs solubles con la misma especificidad antigénica, éstas son denominadas anticuerpos. Los anticuerpos (Ac) están presentes en el suero, en secreciones mucosas y en los fluidos intersticiales de los tejidos. Los Ac son capaces de neutralizar los Ag y desencadenar diversos mecanismos efectores, como la activación del complemento y de los fagocitos, lo que permite la eliminación de los patógenos y sus moléculas tóxicas.

1. Estructura

1.1. Cadenas pesadas y ligeras

Cada molécula de Ac está formada por cuatro cadenas polipeptídicas, iguales dos a dos, unidas mediante puentes disulfuro. Según su tamaño, se clasifican como pesadas o ligeras:

- Cadenas pesadas: 55 kDa- Cadenas ligeras: 25kDa

Las dos cadenas ligeras se unen la una a la otra por un nº variable de puentes disulfuro (mín.= 2). Cada una de ellas está unida a su vez a una de las cadenas ligeras también por puente disulfuro. Ambas cadenas, pesadas y ligeras, son idénticas entre sí, no existen Igs con cadenas pesadas híbridas o con cadenas ligeras híbridas.

Existen pequeñas variaciones en la secuencia de aa de las cadenas pesadas y ligeras, que pueden implicar, a su vez, variaciones en el tamaño, carga y solubilidad. Esto permite distinguir 9 isotipos de Igs: 5 clases o isotipos principales de cadenas pesadas (, , , α, ε) y dos de cadenas ligeras (κ, λ).

Las Igs formadas por cada uno de estos tipos de cadenas pesadas se conocen como: IgM (), IgD (), IgG (), IgA (α) e IgE (ε). Pueden contener cualquiera de los dos tipos de cadenas ligeras.

Diferencias más pequeñas dentro de las moléculas de IgG e IgA, dan lugar a cuatro subclases o subisotipos de IgG (IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4, con cadenas 1, 2, 3 y 4, respectivamente) y dos de IgA (IgA1 e IgA2 con cadenas α1 y α2).

Las cadenas κ y λ son funcionalmente idénticas, sin embargo, contienen variaciones en su secuencia que les capacitan para unirse a determinados receptores celulares o a otras moléculas (complemento), teniendo la posibilidad de activar diferentes funciones efectoras del sistema inmunitario.

1.2. Regiones constantes y variables

Las cadenas pesadas y ligeras están formadas por una unidad estructural básica de 110 aa (dominio Ig), que se repite 5 veces en las pesadas y dos en las ligeras. Este dominio está constituido por 2 láminas β, formadas a su vez por hebras β antiparalelas,

FragmentosFab

Fragmento Fc

estabilizadas por un puente disulfuro intracatenario entre 2 cisteínas, cada una perteneciente a una de las hebras de cada lámina.

El plegamiento de un dominio Ig da lugar a una estructura cilíndrica llamada barril β. Este dominio confiere a las Igs gran resistencia y una vida media muy larga.

El primer dominio próximo al extremo Nt se conoce como dominio o región variable (VL=ligera, VH=pesada). El resto de los dominios hacia el extremo carboxilo terminal (Ct), se encuentran muy conservados, por lo que se les denomina dominios constantes (CL y CH, ligeras y pesadas respectivamente).

Las cadenas ligeras poseen un solo dominio constante, mientras que las pesadas poseen 3 (IgG, IgD e IgA) o 4 (IgM o IgE). Se nombran desde el Nt: CH1, CH2,…

La parte de molécula de un Ag reconocida por un sitio de unión de un Ac se denomina epítopo, por tanto, cada Ig puede unirse a 2 epítopos. Los dominios constantes determinan las funciones efectoras de cada isotipo de Ig.

En los isotipos IgG, IgA e IgD existe una región no globular de 10-60 aa entre los dominios CH1 y CH2 denominada región flexible, que permite a los dos brazos del anticuerpo adoptar diversas orientaciones y unirse a los epítopos localizados a distancias diferentes.

Una característica estructural de IgM y de IgA es que en su forma soluble pueden polimerizar. La IgM se encuentra en el plasma en forma de pentámero y la IgA sérica es monomérica.

La formación de polímeros se produce gracias a la asociación de una proteína llamada cadena J. ésta mantiene unida la estructura polimérica mediante puentes disulfuro con los extremos Ct de las cadenas pesadas correspondientes.

1.3. Sitio de unión al Ag

La diferente secuencia de aa de las regiones V determina la capacidad el Ac para unirse a diferentes Ag. Sin embargo, la variabilidad de las regiones V no es uniforme, se concentra en 3 segmentos cortos, denominados segmentos de hipervariabilidad, determinantes de la complementariedad del Ag. Las secuencias flanqueantes a las regiones de hipervariabilidad se denominan FRs (frame regions). Su secuencia está más conservada y permite que el plegamiento de los dominios V se mantenga a pesar de la variabilidad de las Igs.

La zona de interacción del Ac con el Ag está formada por las 3 regiones hipervariables de la cadena ligera y las tres de la pesada, aunque, en última instancia, la secuencia de aa de las regiones hipervariables es la que determina la especificidad de unión del Ac. Sin embargo, en el reconocimiento de haptenos o de Ag de pequeño tamaño, puede

que alguna de las CDRs se queden fuera de la superficie de contacto, no participando en la unión.

1.4. Receptores para las Igs

Distintos tipos de leucocitos expresan en su membrana receptores específicos para diferentes isotipos de Ig, que se unen a ellos través de su región Fc, por esta razón se llaman receptores Fc o FcR. La mayoría de los FcR sólo se unen a la Ig cuando está unida al Ag, ya que entonces ésta sufre un cambio conformacional en la región Fc, que aumenta enormemente su afinidad al receptor.

Los receptores para las Igs poseen colas citoplasmáticas implicadas en transducción de señal o bien se asocian a cadenas especializadas en transducción de señales. Para que se inicien estos procesos de señalización es necesario el entrecruzamiento de los receptores.

2. Función

La función principal de las Igs es unirse al Ag en estado nativo, teniendo en cuenta que llamamos Ag a cualquier molécula que pueda unirse de forma específica a un Ac.

Debido a que la moléculas antigénicas son mucho más grandes que su región de unión con el Ac, éste se une únicamente a unas regiones llamadas epítopos o determinantes antigénicos. Éstos pueden ser de 3 tipos:

- Epítopos discontinuos o conformacionales: están formados por aa separados en la secuencia pero que se encuentran próximos en el espacio debido al plegamiento tridimensional de la proteína.

- Epítopos continuos o lineales: formados por aa contiguos en la secuencia proteica.

- Neoantígenos: determinantes antigénicos originados por modificaciones (por ejemplo, una fosforilación).

2.1. Interacción Ig-Ag

La unión Ac-Ag se lleva a cabo mediante enlaces no covalentes entre el Ag y los aa del sitio de unión al Ac: puentes de hidrógeno, interacciones electrostáticas, fuerzas de van der Waals e interacciones hidrofóbicas. Estas interacciones son más débiles que las de tipo covalente, pero tienen carácter cooperativo. La existencia de múltiples interacciones débiles genera una gran energía de enlace. La fuerza de la unión depende de la complementariedad espacial y de carga entre el Ag y el sitio de unión del Ac. En conjunto, la suma de todas las fuerzas implicadas será la afinidad de esa unión.

Existen Ag multivalentes formados por una unidad monomérica repetida varias veces. Pueden interaccionar a través de varios sitios de unión con el mismo Ac o con varias moléculas del mismo anticuerpo, si está polimerizado. Cuando se producen interacciones multivalentes, la unión entre Ag y Ac es cooperativa y es mucho mayor que la suma de las afinidades de cada sitio de unión. Esta fuerza de unión se denomina avidez, y para conseguir la disociación total del complejo habría que romper de forma simultánea todos los contactos Ag-Ac.

2.2. Funciones biológicas de los distintos tipos de Igs

La unión de un antígeno con Ac con distinto isotipo puede inducir la activación de diferentes funciones efectoras.

Cuando un Ac de isotipo IgM, IgG1, IgG2 o IgG3 se une al antígeno, sufre un cambio conformacional en Fc que le permite la unión con la 1ª proteína del sistema de complemento por la vía clásica. Además, estos mismos isotipos pueden también bloquear a los patógenos o sus moléculas tóxicas al unirse a ellas. Neutralizan su infectividad o su toxicidad.

Los isotipos IgG e IgA opsonizan: los fagocitos pueden reconocer al microbio a través de receptores específicos o a través de los FcR de estos dos isotipos. De este modo, cuando estas Igs se unen al antígeno inducen su fagocitosis.

IgG e IgE pueden participar en la citolisis celular dependiente de Ac (ADCC). Este proceso consiste en la lisis de las células diana por diferentes tipos de leucocitos que portan FcR.

IgE está especializada en la respuesta inmunitaria contra los helmintos y también participa en el desencadenamiento de la inflamación mediada por mastocitos y basófilos.

IgG también está implicado en procesos de autoinhibición de la respuesta inmunitaria.

2.3. Distribución de los tipos de Ig por los tejidos

1. IgG:

- Es el isotipo más abuntante en el suero- Es la Ig mayoritaria en el fluido extracelular en tejidos.- Es el único isotipo que se puede transportar selectivamente a través de la

placenta. Por tanto, durante el embarazo, es la IgG materna quien confiere inmunidad pasiva al feto.

2. IgM: es la 1ª Ig que se produce en el curso de la respuesta inmunitaria y se encuentra exclusivamente en el suero.

3. IgA:

- Representa el 15-20% de las Ig séricas y es el tipo predominante en secreciones mucosas. Para su transporte, se polimeriza, por ello, siempre se encuentra en forma dimérica en las secreciones mucosas.

- Confiere la inmunidad neonatal junto con la IgG, están contenidas en la leche materna.

- Protege el intestino del recién nacido hasta que sintetice sus propios Ac.

4. IgD: se encuentra como receptor de membrana en los linfocitos T maduros y apenas se detecta en el suero.

5. IgE: se encuentra casi exclusivamente en la superficie de mastocitos y basófilos.