Antigene
Antigene
Gli antigeni sono quelle sostanze che introdotte in un organismo animale, inducono la
formazione di anticorpi o una risposta cellulo-mediata.
Una sostanza viene definita antigene (Ag) quando presenta le seguenti
caratteristiche :
• estraneità :deve essere estranea ( non-self) all’organismo o
considerata come tale (es.cellula neoplastica o infettata da virus
• antigenicità : deve legarsi agli anticorpi specifici o ai recettori
specifici del linfocita .
• immunogenicità : deve essere in grado di indurre una risposta
immunitaria umorale e/o cellulare
Antigene
Gli antigeni possono essere :
• completi
• incompleti (detti apteni)
Completi :
• possiedono tutte e tre le caratteristiche
• viene definito immunogeno
• è una macromolecola (peso molecolare rilevante)
incompleti :
• è estraneo
• capace di legarsi ai recettori specifici (antigenico)
• non è in grado di stimolare una risposta immunitaria ( non
immunogenico)
• presentano un basso peso molecolare
• diventa immunogenico quando si lega ( coniuga) ad una molecola
proteica , definita carrier o sostanza vettore
• il coniugato aptene-carrier induce la produzione di anticorpi sia contro
laptene sia contro il carrier
•
Fattori immunogenici
Estraneità :
• L’ immunogenicità dell’antigene è influenzata dal suo grado
d’estranietà nei confronti dell’ospite con cui viene a contatto.
• Alcune molecole self possono indurre una risposta immunitaria, qualora
siano modificate da un’infezione virale o da un processo neoplastico.
Peso molecolare :
• Gli antigeni migliori hanno di solito un peso intorno ai 100 kDa.
• Alcune molecole con basso peso molecolare (prroteine) sono
immunogeniche ; altre, invece , come i lipidi o molecole sintetiche ,
benchè abbiano con un elevato peso molecolare , non sono
immunogeniche .
Fattori immunogenici
Composizione e complessità chimica :
• le proteine sono i più potenti immunogeni, perché presentano
diversi livelli d’organizzazione molecolare
1. Struttura primaria
2. Struttura secondaria
3. Struttura terziaria
4. Struttura quaternaria
• I polisaccaridi sono tanto più immunogenici quanto è maggiore
il numero dei glucidi presenti nella molecola (conformazione
tridimenzionale )
• altri fattori influenzano l’immunogenicità come
1. la dose
2. La via di penetrazione
3. Gli audiuvanti
4. La degradabilità da parte ddegli enzimi
macrofagici (frammentazione o processazione)
Determinante antigenico o epitopo
Def: rappresenta quella parte dell’Ag, che ha la proprietà immunogenica
ed antigenica.
Un Ag può avere più di un determinante antigenico e quindi indurre la
formazione di vari anticorpi , ognuno specifico per ogni epitopo, presente
nell’Ag.
Il numero dei determinanti antigenici varia da un antigene all’altro e
costituisce la valenza antigenica.
La valenza può anche essere calcolata , entro certi limiti, determinando
quante molecole di anticorpo si legano ad una molecola d’antigene.
Un anticorpo prodotto contro un antigene può cross-reagire con un altro
antigene, quando questo ultime condivide uno o più determinanti
antigenici con il primo antigene.
Cross-reazioni possono anche avvenire fra Ag che hanno epitopi simili.
Determinante antigenico o epitopo
Nelle proteine i determinanti antigenici possono essere :
1. lineari o sequenziali ( sequenza continua di residui aminoacidici
adiacenti)
2. conformazionali o assemblati ( residui aminoacidici distanti nella
sequenza primaria e riuniti nella struttura terziaria)
3. neo-antigenici ( epitopi che si sono formati in seguito ad una
modificazone strutturale, come per esempio la proteolisi)
I linfociti B sono in grado di riconoscere antigeni solubili o nella loro forma nativa ,siano
essi di natura proteica che polisaccaridica.
I linfociti T riconoscono solo gli Ag proteici , che sono stati processati (frammentati) ed
associati alle molecole MHC, esposte sulla superficie delle cellule presentanti l’antigene
(APC) o delle cellule autologhe alterate.
Gli epitopi possono essere solo lineari.
Superantigeni
Def. : sono quegli Ag , in genere di origine batterica o virale, che sono in grado di attivare
in maniera non-specifica alcuni cloni di linfociti T.
I superantigeni si legano alla regione variabile (V) di alcune catene beta ( b) del TCR (
recettore per l’antigene del linfocita T) , e/o ai domini a1 e b1 delle molecole del MHC di
classe II al di fuori della tasca che lega il peptide.
In alcuni casi i superantigeni legano a ponte i linfociti T e la cellula APC, quindi attivano in
maniera aspecifica le due cellule .
In alcuni casi sono in grado di attivare le cellule B o i macrofagi ,indipendentemente dalla
presenza dei linfociti T , legandosi solo alle molecole del MHC.
Fra i più importanti antigeni ci sono alcune esotossine prodotte da un batterio grampositivo, lo stafilococcus aureus , in particolare :
1. l’enterotossina stafilococcica, che è la causa di una tossinfezione
alimentare nell’uomo.
2. una tossina correlata che provoca la sindrome da shock tossico
(patologia causata dall’uso di tamponi igienici )
3. la tossina della dermatite esfoliativa.
Superantigeni
Alcuni virus , retrovirus come HIV, si possono comportare come superantigeni.
L’attivazione policlonale delle cellule T determina un’eccessiva produzione di citochine
infiammatorie che può provocare :
o uno shock settico batterico :
– febbre
– Diminuzione della pressione sanguigna
– diffusa coagulazione del sangue
che può portare a morte
o una risposta autoimmunitaria ( alcuni linfociti T, che hanno
determinate regioni Vb possono essere attivati da un superantigene e
causare una patologia autoimmune.
o uno stato di immunodepressione generalizzata ( alcuni linfociti T
stimolati dai superantigeni possono essere eliminati o resi anergici).
Anticorpo
Anticorpi generalità
• Sono molecole prodotte in risposta ad un antigene e sono capaci di formare un
legame specifico con la sostanza che li ha indotti.
• Sono glicoproteine ed appartengono alla famiglia delle globuline, proteine
globulari del siero.
•Tramite elettroforesi del siero è possibile differenziare 4 frazioni proteiche:
1.
2.
3.
4.
•
a1-albumine
a2-globuline
b-globuline
g-globuline
Nel linguaggio corrente i termini di :
o
o
o
sono diventati sinonimi.
anticorpo
gammaglobulina
immunoglobulina
Struttura di base delle immunoglobuline
Sono costituite da 4 catene .
• presentano una struttura simmetrica costituita da :
• due catene polipeptidiche di circa 450 AA definite catene pesanti (H) dall’inglese
heavy
• due catene polipeptidiche di circa 215 AA definite catene leggere (L) dall’inglese light
• le catene risultano legate fra di loro da ponti disolfuro (S-S) intercatenari e da legami
non covalenti.
• questa struttura di base è definita monomero.
• nella parte N-terminale ogni molecola possiede due porzioni, detti siti anticorpali, ai
quali si lega l’antigene.
• ogni sito anticorpale è formato dalla catena H e da quella L
• gli studi più importanti furono condotti nel secolo scorso da Rodney Porter e Gerald
Edelman
• Edelman dimostrò utilizzando il beta mercaptoetanolo che le immunoglobuline sono
formate da 4 catene uguali a due a due.
• Porter digerì la molecola con degli enzimi specifici che presentavano dei siti di taglio
all’interno della struttura e ottenne 3 frammenti :
1. 2 frammenti detti Fab (frammento legante
l’antigene)
2. 1 frammento detto Fc ( frammento
cristallizzabile) con attività di legame con altre
strutture
Struttura fine delle immunoglobuline
• Le catene immunoglobuliniche presentano ripiegamenti ad ansa che formano
“regioni o domini” con diverse funzioni biologiche.
• Sono presenti delle regioni o domini dovute all’interazine dei legami dovuti ai ponti
disolfuro fra i vari amminoacidi che costituiscono le catene leggere e pesanti.
• L’analisi della struttura primaria delle molecole di immunoglobuline ha messo in
evidenza che sia nelle catene leggere che nelle catene pesanti, le regioni possono
essere suddivise in :
1. Costanti (C) in cui la sequenza degli AA è costante
2. Variabili (V) in cui la sequenza degli AA è variabile
Struttura fine delle immunoglobuline
Struttura fine delle immunoglobuline
• Confrontando le regioni V di diversi anticorpi, è stato possibile dimostrare che sono
presenti 3 zone ad altissima variabilità, denominate “zone ipervariabili” o CDR( residui
che determinano la complementarietà) e zone relativamente costanti, denominate
“regioni framework” o telaio.
• I CDR presenti nelle regioni variabili della catena leggera e pesante costituiscono il
“sito combinatorio” per l’antigene specifico.
• Nel frammento Fc si ritrovano uniti alle catene pesanti, tramite legami che partono
da residui di serina ed acido aspartico, i residui oligosaccaridici. La quantità e la
qualità di questi carboidrati variano a seconda la classe di immunoglobuline.
• Il punto di riconoscimento e di legame con l’antigene è situato nei domini VH e VL .
Regione cerniera
•Situata a metà tra i due domini CH1 e CH2
•Di lunghezza variabile da 5 a 62 amminoacidi in cui si trovano i residui cisteinici che
danno origine ai ponti a disolfuro, i quali legano fra di loro le catene pesanti.
• Presente in tutte le classi delle Ig, fatta eccezione le IgM e le IgE, le quali presentano un
dominio aggiuntivo CH4
• La sua struttura secondaria è ad a-elica e contiene alcuni residui di prolina.
• Consente un flessibilità tale che permette al frammento F(ab)2 di adattarsi alla
struttura e alle dimensioni dell’Ag.
Classi e sottoclassi delle immunoglobuline
•Esistono 5 classi di Ig ed alcune sottoclassi con proprietà fisico-chimiche e
sierologiche diverse, che dipendono da differenze esistenti nella struttura primaria
delle catene pesanti.
•I determinanti antigenici delle regioni costanti delle catene pesanti e leggere danno
origine a differenze isotipiche, presenti in tutti gli individui appartenenti ad una stessa
specie, che consentono di distinguere 5 classi diverse di catene pesanti:
• ( g ) gamma
• ( a ) alfa
• ( m ) mu
• ( d ) delta
• ( e ) epsilon
•Il tipo di catena pesante presente nella struttura di una Ig determina la classe o
isotipo dell’anticorpo , quindi avremo :
• IgG
• IgA
• IgM
• IgD
• IgE
•Differenze più lievi ci permettono di distinguere 4 sottoclassi g1,g2,g3,g4 nell’ambito
delle catene pesanti e due sottoclassi a1,a2 nell’ambito delle catene a.
Classi e sottoclassi delle immunoglobuline
•Per le catene leggere è possibile distinguere solo due tipi, denominati k (kappa) e l
(lambda)
•I determinanti antigenici presenti in alcuni individui appartenenti alla stessa specie
danno origine agli allotipi, ereditati con trasmissione mendeliana.
•Fino ad oggi sono stati individuati 4 diversi marcatori allotipici :
1. I gruppi Gm: presenti sulle catene pesanti delle IgG
2. I gruppi Am: presenti sulle catene pesanti delle IgA
3. I fattori Km:presenti sulle catene leggere K.
• Nelle regioni variabili degli anticorpi , sia delle catene VL che VH, sono presenti dei
determinanti antigenici , denominati idiotipi o specificità idiotipiche ,che giocano
un ruolo rilevante nella risposta immunitaria.
Classi e sottoclassi delle immunoglobuline
Classi delle immunoglobuline
Nell’uomo esistono 5 classi od isotipi di immunoglobuline , ognuna delle quali con una
struttura chimica ben distinta e con un ruolo biologico ben preciso.
1. IgM : esistono in forma monomerica o pentamerica e sono caratterizzate dalla
presenza di un dominio aggiuntivo nella catena pesante , che sostituisce la regione a
cerniera.
• Le monomeriche sono presenti nella membrana del linfocita B maturo,
insieme alle IgD,ed hanno la funzione di legare l’antigene.
• Le IgM del siero sono pentameriche . I 5 monomeri sono legati insieme
da un polipeptide J.
• Le IgM sono presenti nel siero in concentrazione relativamente basse
(8-10%) e sono prodotte per prime durante la filogenesi, l’ontogenesi e
durante la risposta anticorpale primaria.
• Presenta 10 siti combinatori, anche se non li impegna quasi mai tutti.
• Ha una elevata capacità di attivazione del complemento.
• Sono le più attive nei fenomeni d’agglutinazione e attivazione del
complememento.
• Livelli alti di IgM nel siero del neonato è indice di infezione
intrauterina(rosolio,toxoplasma,ecc)
Classi delle immunoglobuline
2. IgD: sono monomeriche e costituiscono l’1% delle immunoglobuline circolanti, la cui
funzione ancora oggi è sconosciuta.
• sono coespresse con le IgM sulla membrana dei linfociti B maturi.
• la loro comparsa indica il passaggio da linfocita B immaturo
linfocita B maturo.
• probabilmente è essenziale come recettore per l’antigene.
3. IgG : comprendono le sottoclassi IgG1,IgG2,IgG3,IgG4.
•
Rappresentano la componente principale del siero (80%)
•
Sono composte di due catene pesanti g e di due catene leggere (k
e l) .
Nelle diverse sottoclassi sono presenti notevoli differenze
riguardo i ponti intercatenari.
Nell’uomo , le 4 sottoclassi sono presenti nel siero in diverse
concentrazioni.
Il frammento Fc delle IgG ha diverse funzioni :
• Il passaggio attraverso la placenta
• L’attivazione del complemento
• La possibilità di legarsi ai recettori
•
•
•
Classi delle immunoglobuline
•Il passaggio intraplacentare è un fenomeno attivo. Le igG circolanti della madre sono
internalizzate dalle cellule del sincizio trofoblasto per endocitosi mediante i recettori di
membrana specifici per il frammento Fc, trasportate all’interno e liberate per esocitosi
nel sangue fetale.
•Le IgG sono le uniche a poter attraversare la placenta
•Le IgG sono capaci di legarsi ad un gran numero di cellule :
• monociti-macrofagi
• granulociti neutrofili
• linfociti B
• cellule NK
grazie alla presenza su di recettori di membrana specifici per il frammento Fc
•Importante il legame fra IgG e granulociti neutrofili ed i monociti-macrofagi che
permette l’innesco della fagocitosi.
•Le IgG sono capaci di attivare la via classica del complemento (ad eccezione delle IgG4)
•Le IgG sono prodotte durante le risposte secondarie ed hanno attività :
•Antitossica
•Antibatterica
•Antivirale
•Antiprotozoarica
Classi delle immunoglobuline
4. IgA : rappresentano per numero la seconda classe di Ig presenti nel siero (15%).
•le ritroviamo nelle seguenti secrezioni :
•Latte
•Saliva
•Lacrime
•Secrezioni nasali
•Colostro
•Nella mucosa bronchiale
•Nel tratto digerente
•Sono definite anche secretorie (S-IgA) e differiscono da quelle circolanti per diverse
ragioni.
•Nel siero si ritrovano prevalentemente in forma monomerica mentre le S-IgA sono
dimeriche, costituite da due molecole di IgA legate insieme da un polipeptida J a
livello della catena pesante e da un secondo peptide chiamato componente o
frammento secretorio.
Classi delle immunoglobuline
5. IgE : sono state individuate per la prima volta in individui allergici.
• presentano 5 domini per ciascuna catena pesante.
• una volta prodotte si legano ai recettori per il frammento Fc espresso dai
monociti e dai basofili ed in seguito al secondo contatto con l’antigene
(allergene) si aggregano e danno inizio al processo,detto degranulazione,
mediante il quale si liberano i mediatori chimici , tra cui l’istamina.
• l’istamina causa le manifestazioni cliniche dell’ipersensibilità immediata.
• negli individui non allergici le concentrazioni sieriche aumentano in risposta
ad un’infestazione parassitaria, soprattutto nelle parassitosi intestinali
(specialmente elmintiche) .
Sintesi delle immunoglobuline
•Sono prodotte dai linfociti B allo stadio di plasmacellule.
•Le plasmacellule producono molecole anticorpali che contengono un solo tipo di
catena leggera e una sola classe di catena pesante.
•Nelle plasmacellule le catene leggere e quelle pesanti sono sintetizzate in ribosomi
diversi .
•Probabilmente dapprima si ha l’unione di una catena L con una H per formare una
mezza molecola e successivamente si uniscono per formare un monomero completo.
Anticorpi monoclonali
