Laurea specialistica in Biotecnologie Mediche
Corso di Immunologia Molecolare
Anno Accademico 2007/2008
IL COMPLEMENTO E LE SUE PATOLOGIE
Stefano Gambarino
DEFINIZIONE:
Il sistema del complemento è costituito da proteine solubili
e di membrana che interagiscono reciprocamente. Le
proteine solubili, chiamate componenti, sono presenti nel
plasma in forma inattiva e vengono attivate in particolari
condizioni, dando luogo alle diverse funzioni effettrici del
complemento.
• L’attivazione del complemento è mediata dalla sequenziale
proteolisi delle diverse componenti
• I prodotti di attivazione si legano agli antigeni o alla superficie
dei microbi, nonché agli anticorpi ad essi combinati
• L’attivazione del complemento è inibita da proteine espresse
solo sulle cellule dell’ospite.
VIA CLASSICA, VIA ALTERNATIVA E VIA LECTINICA
LE DIVERSE ATTIVAZIONI E FUNZIONI DEL
COMPLEMENTO:
[1]
VIA CLASSICA DI ATTIVAZIONE DEL
COMPLEMENTO
• Legame all’anticorpo (IgM, IgG) del complesso C1 mediante
C1q (esamero)
• Legame alla porzione Fc attuato dalla testa globulare di C1q
• Attivazione del C1r e proteolisi del C1s (C1s2C1r2)
• necessità di legame di 2 teste globulari
• serinesterasi
• Clivaggio del C4 e del C2 e formazione del complesso
C4bC2b (C3 convertasi)
• Attacco del C3b sulla superficie del patogeno
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VIA CLASSICA DI ATTIVAZIONE DEL
COMPLEMENTO
• Legame all’anticorpo (IgM, IgG) del complesso C1 mediante
C1q (esamero)
• Legame alla porzione Fc attuato dalla testa globulare di C1q
• Attivazione del C1r e proteolisi del C1s (C1s2C1r2)
• necessità di legame di 2 teste globulari
• serinesterasi
• Clivaggio del C4 e del C2 e formazione del complesso
C4bC2b (C3 convertasi)
• Attacco del C3b sulla superficie del patogeno
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VIA CLASSICA DI ATTIVAZIONE DEL
COMPLEMENTO
• Legame all’anticorpo (IgM, IgG) del complesso C1 mediante
C1q (esamero)
• Legame alla porzione Fc attuato dalla testa globulare di C1q
• Attivazione del C1r e proteolisi del C1s (C1s2C1r2)
• necessità di legame di 2 teste globulari
• serinesterasi
• Clivaggio del C4 e del C2 e formazione del complesso
C4bC2b (C3 convertasi)
• Attacco del C3b sulla superficie del patogeno
VIA CLASSICA DI ATTIVAZIONE DEL
COMPLEMENTO
[1]
A seconda della classe e della sottoclasse varia la capacità
dell’anticorpo di evocare la risposta del complemento
[1]
VIA ALTERNATIVA DI ATTIVAZIONE
DEL COMPLEMENTO
• Idrolisi basale di C3 e legame con il Fattore B
• Fattore D cliva B in Bb e formazione della C3 convertasi
(C3(H2O)Bb)
• Deposizione di C3b sulla parete del microrganismo e legame con
Fattore B
• Clivaggio del Fattore B mediato dal Fattore D
• Properdina stabilizza il complesso C3bBb e produzione massiva
di C3b sulla superficie della cellula
VIA ALTERNATIVA DI ATTIVAZIONE
DEL COMPLEMENTO
[1]
VIA LECTINICA
• Via di attivazione poco conosciuta
• Riconoscimento di carboidrati estranei effettuato dalla lectina
legante il mannosio (MBL)
• Similitudini di struttura fra MBL e C1q e fra C1r e C1s e
MASP1 e MASP2
Possibile attivazione affine a quella classica
IL COMPLESSO DI ATTACCO ALLA MEMBRANA (MAC)
• Costituito dalle componenti C5, C6, C7, C8 e C9.
• E’ il principale responsabile della citotossicità mediata dal
complemento
• La sua formazione avviene in seguito al completamento di
una delle 3 vie di attivazione
• Si inserisce nella membrana fosfolipidica e causa la
fuoriuscita e l’entrata libera di H2O e di ioni, provocando
una rapida lisi cellulare.
• Entrata di Ca2+ stimola l’evento apoptotico
MECCANISMO DI FORMAZIONE DEL MAC
• Formazione della C5 convertasi
C4bC2bC3b
C3bBbC3b
[1]
MECCANISMO DI FORMAZIONE DEL MAC
• Formazione della C5 convertasi
C4bC2bC3b
C3bBbC3b
• Clivaggio di C5 a C5b
• Legame di C6 a C5b
• C7 si lega a sua volta a C6 ed espone una porzione idrofobica
capace di inserirsi nel bilayer fosfolipidico della membrana
• C8 si lega al complesso proteico ed è in grado di effettuare una
lenta lisi cellulare
• C9, tramite il complesso C5bC6C7C8, si inserisce nel bilayer e
si dispone ad anello provocando una rapida lisi osmotica
MECCANISMO DI FORMAZIONE DEL MAC
[1]
REGOLAZIONE DEL SISTEMA DEL COMPLEMENTO
Coinvolge molteplici proteine plasmatiche e di membrana al fine di
mantenere localizzato il processo immunitario ed al fine di non
colpire cellule self (“Spettatrici innocenti”)
Incapacità del complemento di discriminare fra cellule dell’ospite e
cellule estranee
REGOLAZIONE DEL SISTEMA DEL COMPLEMENTO
Le proteine coinvolte nella regolazione sono:
• C1INH (C1 esterase INHibitor)
• Proteina plasmatica del gruppo delle “Serpine”, inibitore suicida del tetramero C1r2C1s2.
Interagisce con il dominio catalitico delle serinesterasi. E’ in grado di inibire altre cascate
proteasiche tra cui quella della via lectinica di attivazione del complemento
• Fattore H
• Proteina plasmatica in grado di interagire con i residui di acido sialico espressa sulle cellule
dell’ospite. E’ anche in grado di legarsi a C3b, impedendo il legame con Bb e bloccando la
formazione della C3 convertasi della via alternativa
• DAF (Decay Accelerating Factor)
• Proteina di membrana presente sulle cellule dell’ospite in grado di spiazzare il C2b dal
complesso C4bC2b ed il fattore Bb dal complesso C3bBb, bloccando la C3 convertasi e
velocizzando il processo di degradazione
REGOLAZIONE DEL SISTEMA DEL COMPLEMENTO
• MCP (Membrane Cofactor Protein)
• Proteina di membrana presente sulle cellule dell’ospite in grado di legare sia C3b che
C4b, spiazzando il legame con Bb e con C2b
• CR1 (Complement Receptor 1)
• Proteina di membrana presente sulle cellule dell’ospite in grado di legare sia C3b che C4b,
spiazzando il legame con Bb e con C2b. Costituisce un recettore del complemento presente
su monociti e macrofagi con diverse funzioni
• C4bBP (C4b Binding Protein)
•Proteina solubile in grado di legarsi a C4b competendo con C2b al legame
• CD59
•Proteina di membrana espressa sulle cellule dell’ospite in grado di incorporarsi nel
complesso C5b-8 dopo il suo inserimento in membrana ed impedendo la polimerizzazione
di C9
REGOLAZIONE DEL SISTEMA DEL COMPLEMENTO
• Fattore I
• Proteina solubile con attività serin esterasica ed attiva solo in presenza dei suoi
cofattori, rappresentati da MCP, CR1, C4bBP e fattore H. E’ in grado di clivare sia C3b
che C4b. Il clivaggio di C3b genera alcuni frammenti (C3bi, C3dg, C3d) che non
possono partecipare all’attivazione complementare, ma restano comunque adesi alla
superficie della cellula (interazione con i recettori dei macrofagi)
[1]
EFFETTI SECONDARI DEL COMPLEMENTO
L’attivazione del complemento agisce a livello immunitario
anche per quanto riguarda la risposta infiammatoria, con il
reclutamento di cellule infiammatorie (come monociti,
macrofagi, neutrofili, mastociti…), e l’opsonizzazione di
batteri al fine di facilitare la fagocitosi attuata dai macrofagi.
EFFETTI SECONDARI DEL COMPLEMENTO
Induzione della risposta infiammatoria
I frammenti derivati dal clivaggio delle componenti C3, C4 e C5, costituiti da C3a, C4a e
C5a, prendono il nome di anafilotossine e sono in grado di stimolare in maniera diversa la
risposta infiammatoria. Ed in particolare:
• Degranulazione dei mastociti e liberazione di istamina (C5a > C3a > C4a)
• C5a costituisce l’anafilotossina più potente fra le 3 ed induce anche il burst ossidativo e la
produzione di specie reattive dell’ossigeno, la chemocinesi, l’adesione stabile alle cellule
endoteliali ed un incremento nella permeabilità vascolare
Opsonizzazione e Fagocitosi
Riconoscimento da parte dei macrofagi delle componenti C3b, C3bi, C4b e conseguente
fagocitosi del patogeno opsonizzato.
Cr1 espresso dai macrofagi riconosce C3b e C4b, mentre il CR3 ed il CR4 riconoscono C3bi. La
fagocitosi mediata da CR1 aumenta di efficienza se c’è interazione del recettore FcRγ con IgG
adese al patogeno
LE PATOLOGIE DEL COMPLEMENTO
Sono causate da un deficit quantitativo o qualitativo nelle
componenti del complemento. Tale deficit comporta una
predisposizione ad eventuali agenti infettivi o a malattie
autoimmuni, come anche ad altre patologie dove il sistema del
complemento è interessato.
[1]
LE PATOLOGIE DEL COMPLEMENTO
Sono causate da un deficit quantitativo o qualitativo nelle
componenti del complemento. Tale deficit comporta una
predisposizione ad eventuali agenti infettivi o a malattie
autoimmuni, come anche ad altre patologie dove il sistema del
complemento è interessato.
Angioedema Ereditario, Lupus Eritematoso sistemico, Sindrome
uremica emolitica, Glomerulonefrite Membranoproliferativa
L’ANGIOEDEMA EREDITARIO
MANIFESTAZIONI CLINICHE
L’angioedema ereditario (HAE) è caratterizzato da aree di edema circoscritte nelle zone subcutanee e
submucosali, senza manifestazione di dolore o prurito, causate da un aumento nella permeabilità
vascolare.
L’angioedema è osservabile soprattutto sulla faccia (labbra, lingua e laringe) e sul collo, ma può
interessare qualsiasi parte del corpo. In alcuni casi, può portare ad ostruzione delle vie aeree superiori e
causare la morte per edema laringeo. Se interessa il tratto gastrointestinale può portare a dolore
addominale, nausea, vomito, diarrea.
Traumi, manipolazioni dentali, infezioni, gravidanza, uso di contraccettivi orali e mestruazioni possono
causare attacchi severi della patologia.
CARATTERISTICHE
L’angioedema ereditario si può dividere in 2 tipi: HAE di tipo I, che presenta una deficienza quantitativa
di C1INH, e HAE di tipo II, con una deficienza qualitativa di C1INH. Per l’HAE di tipo I i valori
plasmatici di C1INH sono bassi, mentre per il tipo II i livelli sono nella norma, ma il C1INH non è
funzionale. Esiste anche un HAE di tipo III riscontrato solo in donne, forse X-linked. Nel complesso
l’HAE è una malattia unicamente presente in Eterozigosi e per questo autosomica dominante. Oltre
all’angioedema ereditario esiste l’angioedema acquisito (AAE) causato da anticorpi anti C1INH o da
tumori ematologici o patologie a carico del tessuto connettivo.
L’ANGIOEDEMA EREDITARIO
PATOGENESI E RUOLO DEL COMPLEMENTO
Deficit nel C1INH causano la comparsa dei sintomi dell’angioedema. I Bassi livelli di C1INH
partecipano in diversi modi all’evento patologico. La mancanza di regolazione da parte di
C1INH nei confronti della cascata del complemento porta alla produzione di molecole con
funzione vasoattiva (C2 chinina). Inoltre, C1INH partecipando anche nella soppressione di
altre serinesterasi plasmatiche (callicreina, fattore XII), in sua mancanza viene prodotta
bradichinina.
Quest’ultima è in grado di provocare vasodilatazione ed aumentata permeabilità vascolare,
costituendo il principale esecutore della patologia.
L’ANGIOEDEMA EREDITARIO
[4]
IL LUPUS ERITEMATOSO SISTEMICO
IL lupus eritematoso sistemico (SLE) è una malattia autoimmune cronica, che può colpire diversi
organi, tra cui: la cute, le articolazioni, il sangue ed i reni. Colpisce prevalentemente le donne tra
la pubertà ed i 40 anni (9:1) rispetto agli uomini.
MANIFESTAZIONI CLINICHE
Difficilmente è riscontrabile la tipica manifestazione con rash facciale a forma di farfalla. Il più
delle volte sono riscontrabili sintomi come: fatica, malessere, ulcere del cavo orale,
fotosensibilità della cute, perdita di capelli (alopecia), fenomeno di Raynaud, dolori muscolari,
mal di testa, convulsioni, dolori al petto, secchezza degli occhi e della bocca. Se c’è anche
interessamento renale si aggiungono, alta pressione, sangue nelle urine ed edemi (palpebre,
gambe e piedi).
Tramite analisi di laboratorio si può osservare la presenza di Ab anti Nucleo, Ab anti fosfolipidi
ed Ab anti Dna.
L’interessamento dei diversi organi causa molteplici sintomi e complicazioni. Il sistema nervoso
centrale se colpito porta a depressione, psicosi, suscettibilità ai cambiamenti di umore oltre a mal
di testa. Nel caso del sistema renale sono evidenti: ematuria, edemi.
IL LUPUS ERITEMATOSO SISTEMICO
PATOGENESI
La patogenesi è sconosciuta, anche se sembra ci siano fattori che possano predisporre
all’acquisizione della malattia.
RUOLO DEL COMPLEMENTO
Osservazioni di presenza di complemento ed anticorpi nei siti lesionati dalla malattia hanno
suggerito un probabile coinvolgimento del complemento nella patologia del SLE. Deficienza
nel sistema del complemento (mutazioni in omozigosi) sembrano predisporre alla comparsa
della patologia (paradosso). Sono state riscontrate in diversi pazienti con SLE deficienze
complementari a carico di C1 e di C4 (> 80%). Sembra che il complemento possa avere un
fattore protettivo secondo 2 diversi meccanismi:
• Meccanismo di rimozione scorie (Immunocomplessi e cellule in apoptosi) che rimuove
possibili autoantigeni e mediatori di infiammazione
• Meccanismo di promozione dell’eliminazione di linfociti B autoreattivi (rafforzamento
selezione negativa)
SINDROME UREMICA EMOLITICA
La sindrome uremica emolitica (HUS) è una patologia che nel 90% dei casi va in remissione
completa. Solo la forma atipica (aHUS), rara ed in alcuni casi familiare, è spesso ricorrente.
MANIFESTAZIONI CLINICHE
E’ una sindrome con anemia emolitica, trombocitopenia ed insufficienza renale, con presenza
di trombi piastrinici nel rene, tipiche caratteristiche di microangiopatia trombotica. La
microangiopatia trombotica è accompagnata da danno all’endotelio e distacco dalla membrana
basale.
PATOGENESI
Causata da un’alterata regolazione del complemento che porta ad un’attivazione del
complemento prolungata con interessamento dei piccoli vasi. Gli eventi microangiopatici sono
responsabili del successivo danno al rene.
SINDROME UREMICA EMOLITICA
RUOLO DEL COMPLEMENTO
Analisi genetiche mostrato mutazioni di geni, in eterozigosi prevalentemente, coinvolti
nel controllo dell’attività della convertasi C3bBb (Fattore H, MCP, Fattore I). Anche
anticorpi anti fattore H possono causare la sindrome uremica emolitica atipica (aHUS).
Entrambi gli elementi portano all’aumento dell’emivita del complesso C3bBb. Ridotti
livelli plasmatici di C3 e di fattore B, come anche alti livelli, del prodotto di clivaggio
del fattore I, C3d, possono essere indicativi di una aHUS.
La mancata regolazione della via alternativa di attivazione del complemento comporta
l’eccessiva liberazione di C3a e di C5a, e la formazione del complesso C5b9, che
contribuiscono al processo microangiopatico attraverso l’attivazione dei neutrofili,
l’adesione all’endotelio di fagociti, l’aggregazione di piastrine e la produzione di MAC
(danno diretto all’endotelio).
LA GLOMERULONEFRITE MEMBRANOPROLIFERATIVA
DI TIPO II
La glomerulonefrite membranoproliferativa (MPGN) di tipo II è una malattia rara caratterizzata
da accumulo di densi depositi di complemento all’interno della membrana basale del capillare
glomerulare, con ispessimento della parete del capillare, proliferazone delle cellule mesangiali e
fibrosi glomerulare. Nel complesso sono evidenti segni di una intensiva ipercellularità
glomerulare. La MPGN di tipo II si distingue dagli altri tipi di MPGN per i bassi livelli plasmatici
di C3
MANIFESTAZIONI CLINICHE
I sintomi sono: ematuria, proteinemia, presenza di leucociti nelle urine, edemi e ritenzione di
liquidi, alta pressione sanguigna, diuresi ridotta. Dopo diversi anni questa patologia può causare
insufficienza renale, nel 50% dei pazienti, tale da richiedere dialisi e trapianto di rene.
PATOGENESI
il meccanismo di patogenesi non è del tutto chiaro. Sembra essere una patologia probabilmente
autoimmune, con persistente attivazione della risposta immunitaria con danni a carico del rene.
LA GLOMERULONEFRITE MEMBRANOPROLIFERATIVA
DI TIPO II
RUOLO DEL COMPLEMENTO
Si sono osservati depositi di C3 all’interno della membrana basale del glomerulo. Questo
accumulo sembra essere il responsabile della interposizione di matrice sul lato endoteliale
della lamina densa. I pazienti colpiti dalla MPGN di tipo II sembrano possedere mutazioni
prevalentemente in omozigosi a carico del fattore H. In alcuni pazienti vi sono anche
Anticorpi (C3NeF) che interagiscono con la C3 convertasi della via alternativa, agendo però
come stabilizzatori del complesso.
BIBLIOGRAFIA
1. Charles A. Janeway, Paul Travers, Mark Walport, Mark Shlomchik, Immunobiology, New York and London: Garland Science, (c2001)
2. http://it.wikipedia.org/wiki/Sistema_del_complemento
3. www.biocarta.com
4. Alvin E. Davis III, The pathophysiology of hereditary angioedema, Clinical Immunology 114, 3 - 9 (2005)
5. Sujoy Khan, Secondary systemic lupus erythematosus: An analysis of 4 cases of uncontrolled hereditary angioedema, Clinical Immunology 123, 14
- 17 (2007)
6. Anthony P. Manderson, The role of complement in the development of systemic Lupus Erythematosus, Annu. Rev. Immunol. 22, 431 - 456 (2004)
7. David P D'Cruz, Systemic lupus erythematosus, BMJ 332, 890 - 894 (2006)
8. G. Sturfelt, Complement and its breakdown products in SLE, Rheumatology 44, 1227 - 1232 (2005)
9. Marina Noris, Complement Factor H Gene Abnormalities in Haemolytic Uraemic Syndrome: From Point Mutations to Hybrid Gene, Plos Medicine 3
October (2006)
10. Marie-Agnès Dragon-Durey, Atypical haemolytic uraemic syndrome and mutations in complement regulator genes, Springer Semin. Immun. 27,
359 – 374 (2005)
11. Peter F. Zipfel, Complement and diseases: Defective alternative pathway control results in kidney and eye diseases. Molecular Immunology 43,
97 – 106 (2006)
12. Piero Ruggenenti, Thrombotic microangiopathy, hemolytic uremic syndrome, and thrombotic thrombocytopenic purpura, Kidney International 60,
831 – 846 (2001)
13. www.emedicine.com/med/topic419.htm
14. http://www.printo.it/pediatric-rheumatology/information/Italia/2.htm
