Inmunología
Veternaria UCM
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
1
Inmunología
Veternaria UCM
Inmunología. Tema 5: Antígenos e inmunógenos Conceptos: Antígeno (Ag): cualquier sustancia extraña capaz de generar una respuesta inmune al ser reconocida por el sistema inmune de un organismo, en concreto, por los receptores de los linfocitos a los que se unen
Antigenicidad: es la capacidad del antígeno de reaccionar específicamente con los productos finales de la respuesta inmune: anticuerpos y/o TCR
Inmunogenicidad: es la capacidad de un antígeno para inducir la respuesta inmune específica humoral y/o celular
Inmunógeno: es el antígeno que por sí solo es capaz de inducir una respuesta inmune específica humoral y/o celular. Se convierte en la “diana” de esta respuesta Inmunógeno (antígeno completo = inmonogenicidad + antigenicidad)
Alergeno: un antígeno capaz de inducir una respuesta alérgica (no es una respuesta inmune). La respuesta alérgica solo se da en individuos atopicos o alérgicos y esta mediada por Ig E. Algunos ejemplos serían: fármacos, polen, pelo de animales, alimentos…
Tolerógeno: antígeno que induce tolerancia inmunológica. Es sistema inmune lo reconoce pero no se produce la respuesta inmunitaria (Ag que indica la tolerancia inmunológica). Repetidas exposiciones al tolerogeno conducen a respuestas inmunes cada vez mayores.
Hapteno: sustancia de bajo peso molecular que no es capaz de reaccionar con los productos de una respuesta inmune específica (anticuerpos) para estimularla. Los haptenos pueden comportarse como inmunógenos cuando se unen a una molécula portadora (portador o Carrier)
Vacuna: preparado antigénico con capacidad inmunogenica pero no patógena. Al ser administrado a un organismo, es capaz de introducir una respuesta inmune específica (humoral y/o celular), de tal forma que en un segundo contacto con el antígeno el organismo posea memoria inmunológica frente a él.
Toxoide: exotoxina tratada de forma que pierde su carácter tóxico, pero conserva su carácter antigénico e inmunogénico.
**La respuesta inmunológica adaptativa se pone en marcha frente a infecciones y no infecciones (agente infeccioso y otras sustancias) **No todos los antigenos son reconocidos por los linfocitos. Por ejemplo: un virus tienen una proteína que es el antígeno pero sus regiones activas (epitomo) son muy pequeñas.
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
2
Inmunología
Veternaria UCM
Factores que afectan a la inmonogenicidad de un antígeno: F ACTORES DEL ANTÍGENO
Carácter extraño (exogenicidad): o
Xenoantigenos (heterólogo): Ag de especies diferentes (Ej. Animal y bacteria
o
Aloantígenos (homólogo) Ag de la misma especie pero de individuos distintos (Ej.: transfusiones de sangre
o
Singéntico (isólogo): individuos genéticamente iguales
o
Autoantígenos (autólogo): Ag del mismo individuo, excepcionalmente pueden dar lugar a una respuesta inmunitaria (autoinmunidad)
Tamaño (peso molecular): en general a mayor tamaño mayor inmunogenicidad. Los mejores inmunógenos presentan un peso molecular de unos 100.000 Da
Composición química y complejidad: a mayor heterogeneidad de composición química mejor inmunogenicidad. o
Proteínas: en general son buenos inmunogenos
o
Polisacáridos: son potencialmente inmunogénicos
o
Lípidos y ácidos nucleicos: son débiles o malos inmunógenos.
Accesibilidad: las proteínas de los flagelos, cápsulas o la superficie celular resultan más inmunógenas
Degradabilidad: el la capacidad de ser procesado y presentado junto con el CMH. En general, las molécula no degradables no son buenos inmunógenos
F ACTORES DEL ORGANISMO RECEPTOR:
Genotipo: la principal variación reside en los genes que codifican para el CMH
Edad
DOSIS DE AG Y MÉTODO DE ADMINISTRACIÓN:
Dosis: hay una dosis óptima para cada antígeno y el protocolo de administración también influye
Vía de administración: determina a qué órgano linfoide irá a parar el antígeno, y también influye en la naturaleza de la respuesta inmune
Adyuvantes: son ciertas sustancias que cuando se mezclan y se inoculan con un antígeno mejoran e intensifican la respuesta inmune frente a él. Hay cuatro categorías: o
Adyuvantes oleosos: adyuvante de Freund (completo e incompleto)
o
Sales minerales
o
Polímeros sintéticos
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
3
Inmunología o
Veternaria UCM
Adyuvantes naturales: producidos por hongos, parásitos y bacterias.
El mecanismo de acción de los adyuvantes se puede deber a varios efectos: o
Aumentan la persistencia del antígeno completo
o
Incrementan la dispersión del antígeno desde el lugar de inoculación hacia los órganos linfoides
o
Estimulan formación de granulomas
o
Algunos adyuvantes estimulan la proliferación inespecífica de linfocitos.
Epitopos o determinantes antigénicos: El epitomo o determinante antígenico es la unidad más pequeña de un antígeno que pude unirse a un BCR o TCR específico, o a los anticuerpos secretados. Es decir, los epitopos son las regiones inmunológicamente activas de un antígeno. Pueden ser:
Lineales (continuos)
Conformacionales (discontinuos)
P ROPIEDADES DE LOS EPITOPOS RECONOCIDOS POR CÉLULAS B
No necesitan Ag procesados: epitopos de proteínas nativas que suelen consistir en varios aminoácidos hidrófilos de la superficie de la proteína. Accesibles al BCR (o AC). Los epitopos forman un complejo trimolecular: Ag-TCR-CMH
El tamaño del epitomo depende del tamaño del sitio de unión de la Ig específica al antígeno de la molécula de CMH (I:8-11 aa; II: 11-17 aa)
Suelen ser secuenciales, es decir, que los aminoácidos contiguos o conformacionales no cambian.
Los péptidos antigénicos proceden del procesamiento intracelular del inmunogeno proteico original.
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
4
Inmunología
Veternaria UCM
DIFERENCIAS EN EL RECONOCIMIENTO DE LOS EPITOPOS POR LOS LB Y LT
Los LB reconocen antígenos solubles libres por unión a su BCR. Los epitopos tienen que estar muy accesibles en la superficie de los antígenos. Es muy importante la conformación tridimensional. Antígenos para LB: proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos
Los LT reconocen sólo péptidos procesados y combinados con moléculas del CMH. Normalmente son epitopos internos a la estructura del antígeno. Antígenos para LT: sólo proteínas.
Antígenos T-dependientes y T-independientes: Son los tipos de antígeno en función de la necesidad de la intervención de los linfocitos Th para la producción de anticuerpos por los linfocitos B
AgT-dependientes: los linfocitos Th so necesarios para que los linfocitos B se activen y produzcan anticuerpos (Ac)
AgT-independientes: no es necesaria la intervención de los linfocitos. Son los Tb
ANTÍGENOS TIMO-INDEPENDIENTES
Polisacáridos
Son polímeros que presentan los mismos epitopos iguales repetitivos: lipopolisacáridos, polisacáridos, ácidos nucleicos.
Resistentes a la degradación: persiste largo tiempo
Estimulan directamente a los linfocitos B
Estimulan muy débilmente a los linfocitos T
No inducen memoria inmunológica ni respuesta inmune secundaria
Respuesta primaria más débil y más corta (alcanza antes su nivel máximo) que la producida por los antígenos T-dependientes.
Tipos: o
AgTi-1: activan linfocitos inespecíficos (activador policlonal): inducen a altas concentraciones una activación policlonal de LB maduros e inmaduros (mitógenos policlonales de LB), independientemente de su especificidad.
o
AgTi-2: solo activan linfocitos B específicos. Inducen una respuesta específica por entrecruzamiento de BCR por su unión con epitopos repetidos y activan LB maduros. Respuesta monoclonal
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
5
Inmunología
Veternaria UCM
ANTÍGENOS T-DEPENDIENTES :
La estimulación de los linfocitos B depende de la activación de los linfocitos Th y su coestimulación
De naturaleza proteica. Presentan en su molécula pocas copias de muchos epitopos diferentes
La coestimulación por LTh induce cambio de isotipo en las Ig y memoria inmunológica
Inducen respuestas inmunes secundarias.
Superantígenos:
Mitógenos: son activadores policlonales de linfocitos, es decir, sustancias capaces de inducir en los linfocitos B y T una proliferación celular de tipo policlonal, en oposición a la expansión clonal de LB y LT tras el encuentro y reconocimiento específico con un Ag
Superantígeno: es un Ag, fundamentalmente de origen microbiano, que actúa como mitógeno específico de LT, estimulando la proliferación desmesurada de estas células junto con la síntesis de grandes cantidades de citoquinas. Interacciona con las partes exteriores del TCR y del CMH-II
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
6
Inmunología
Veternaria UCM
Inmunología. Tema 6: Complejo mayor de histocompatibilidad Todos los mamíferos estudiados hasta el momento poseen un grupo de genes, el Complejo Mayor de Histocompatibilidad (CMH o MHC del inglés Major Histocompatibiliy Complex), cuyos productos se asocian con el reconocimiento intercelular y con a discriminación de la propio /no propio. El CMH juega un papel fundamental en el desarrollo de la respuesta inmune El Complejo Mayor de Histocompatibilidad está formado por glicoproteínas que intervienen en el sistema inmune. Están codificadas por diferentes genes que se encuentran agrupados en cromosomas de mamíferos en tres regiones diferentes o locus. Estas tres regiones tendrán una disposición u orden diferente según la especie.
Gracias a estos tres locus diferenciamos genes de clase I, II y III. Los genes de las 3 clases codifican proteínas que intervienen de una u otra manera en el sistema inmune:
Genes de clase I (CMH-I): ayudan al reconocimiento endógeno intracelular. Determinan glicoproteínas de membrana que aparecen en casi todas las células nucleadas y sirven para presentar antígenos peptídicos de células propias alteradas a los linfocitos T citotóxicos (Tc)
Genes de clase II (CMH-II): codifican el CMH II. Determinan glicoproteínas de membrana que sólo se expresan en células presentadoras de antígeno (macrófagos, células dendríticas, linfocitos B) y sirven para presentar antígenos peptídicos a linfocitos T colaboradores (Th)
Genes de clase III (CMH-III): codifica para proteínas diversas que actúan en el sistema inmune, así como para otras no relacionadas con la respuesta inmune. Concretamente, dentro del sistema inmune, codifica para el C2, C4 y B del complemento y para el factor de necrosis tumoral (FNT) fuera del complemento
Algunas localizaciones dentro del genoma son: Especie
Cromosoma
Denominación (complejo o región)
Humano
6
HLA (antígeno leucocitario humano)
Ratón
17
H-2
Porcino
7
SLA (antígeno leucocitario suido)
Bovino
23
BoLA (antígeno leucocitario bovino)
Équidos
20
ELA (antígeno leucocitario équido)
Pollo
16
B
El CMH se denomina así porque rápidamente se descubrió que son las moléculas implicadas en el rechazo de órganos trasplantados.
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
7
Inmunología
Veternaria UCM
Las moléculas del CMH forman parte de la membrana celular pero no están en todos los todos en todos los tipos de células:
CMH-1: en todas las células nucleadas y leucocitos
CMH2: solo en células presentadoras de antígenos (linfocitos B, macrófagos, células dendríticas)
CMH-3: no se encuentra en células, si no, en sangre.
Moléculas de Clase I y II El MHCI y el MHCII son glicoproteínas que se expresan en la membrana de las células en un sistema citoplasmático de anclaje, donde tiene lugar el reconocimiento del antígeno.
F UNCIONES DE MHC 1 Y 2:
Diferenciar entre lo propio y lo extraño
Presentación y reconocimiento del antígeno (proteína) a las células T
Determinan la capacidad de la respuesta inmune del individuo frente a patógenos (que epitopos pueden ser reconocidos).son proteínas muy variables dentro de la población de ahí la variabilidad y la posibilidad de que unos individuos sean inmunes a una enfermedad y otros no.
También sirve para determinar la paternidad, origen de las especies, enfermedades….
Moléculas de clase I: Se componen de dos cadenas diferentes:
Cadena α pesada: es una glicoproteína polimórfica codificada por los genes del CMH. Se divide en tres dominios externos: o
Dominios α1 y α2: son muy polimorficos, interaccionan y forman un surco, hendidura o plataforma abierto, donde se unirá el péptido antigénico que será presentado a los linfocitos Tc. El fondo del surco esta formado por una conformación β laminar, mientras que las paredes tienen una conformación α hélice. En este surco se pueden unir entre 7-11 aa del antígeno.
o
Domino α3: esta muy conservado entre individuos de la misma especie y reconoce el CD8 de los linfocitos Tc.
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
8
Inmunología
Veternaria UCM
Cadena ligera β inmunoglobulina 2: es necesaria para estabilizar la molécula. Se codifica en un cromosoma separado. Es similar a los dominios α y tiene una considerable homología con el dominio α3.
La asociación de ambas cadenas es imprescindible para que las moléculas de clase I se expresen n la superficie de la membrana celular. La molécula de clase I se ancla en la membrana plasmática mediante su segmento hidrofóbico transmembrana y el tallo hidrofílico citoplasmático.
Moléculas de Clase II Es similar al CMHI; son glicoproteínas unidas a membrana, con dominios externos, segmento transmembrana y un segmento de anclaje citoplasmático. Están compuestas de dos cadenas polipeptídicas diferentes, codificadas por genes del CMH:
Cadena α: tiene dos dominios externos (α1 y α2)
Cadena β: tiene dos dominios externos (β1 y β2).
Los dominios α1 y β1 forman el surco o hendidura de unión al péptidos antigénico. En este caso pueden unirse de 10 a 30 aa del antígeno por lo que se unirán antígenos mayores que al CMH-I. El fondo del surco esta formado por una conformación β laminar, mientras que las paredes tienen una conformación α hélice En un momento de la síntesis hay alojada en ese surco una cadena invariante (CD74) que participa en la asociación transitoria a noseque…. Las moléculas de clase II sirven para presentar antígenos procesados por las CPAs a los linfocitos Th.
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
9
Inmunología
Veternaria UCM
Moléculas de clase III Las moléculas de clase II incluyen varios componentes del complemento (C2, C4A, C4B y factor B) y los factores de necrosis tumoral α y β (TNF-α y TNF-β). A diferencia de las moléculas de clase I y II, éstas no son proteínas de membrana y no juegan ningún papel en la presentación de antígeno. Se especula que la asociación genética de algunos alelos del CMH con ciertas enfermedades puede, en algunos casos, reflejar desórdenes en la regulación de la región de clase III
Presentación del Antígeno por moléculas CMH I y CMH II Para que una proteína extraña sea reconocida por un linfocito T, debe ser degradada en péptidos pequeños que luego tienen que formar complejos con moléculas de clase I y/0 II. Esta transformación de las proteínas en péptidos asociados al CMH es denominada “procesamiento antigénico”. El que un antígeno sea procesado junto a una molécula de clase I o una molécula de clase II está determinado por la ruta por la que el antígeno penetra en la célula (de manera que diferenciamos entre “antígeno endógeno” y antígeno exógeno”
Hay dos tipos de linfocitos:
Th: tienen CD4 en su receptor y por lo tanto actuaran con el CMH-II
Tc: tienen CD8 en su receptor y por lo tanto actuarán con el CMH-I
Las moléculas de CMH se sintetizan en polisomas asociados al retículo endoplasmático rugoso (RER) y pueden presentar antígenos endógenos (se lo presentan a Tc) y exógenos (se lo presentan a Th). Las moléculas de clase I se unen a los péptidos antigénicos en el RER mientras que las de clase II no Los péptidos se unen a las moléculas del CMH de forma no covalente. Está unión carece de la especificidad de la unión antígeno-anticuerpo. Una molécula dada del CMH puede unirse selectivamente a una variedad de péptidos diferentes, pero con estructuras similares.
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
10
Inmunología
Veternaria UCM
Existen dos formas de procesar el antígeno la ruta endógena y la ruta exógena
Ruta endógena: En la ruta endógena actúan antígenos sintetizados por células del individuo hospedador infectadas o tumorales (antígeno endógeno). Las células expresan continuamente péptidos propios unidos al CMH-I, pero los linfocitos T no reaccionan frente a estos péptidos debido a los fenómenos de tolerancia. Sin embargo, las células alteradas expresan Ag diferentes:
Ag vírico: presenta las proteínas víricas en una célula infectada por un virus
Ag tumoral: presenta las proteínas sintetizadas por una célula tumoral.
Estos antígenos endógenos se degradan e péptidos que se unen a las moléculas de clase I dentro del retículo endoplasmático, y después serán transportados (el complejo antígeno-CMM-I) a la superficie celular, dónde son presentados a los linfocitos T. **Los linfocitos T (poseen CD8) reconocen antígenos asociados a moléculas de clase I y por ello se refiera a ellos como restringidos a CMH-I. Un péptido procedente del procesamiento citosólico (en complejos de tipo proteosoma) entra también al lumen del RER, y allí logra la estabilización definitiva de la molécula de clase I del CMH, por asociación de la cadena α con la microglobulina β2.
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
11
Inmunología
Veternaria UCM
Si analizamos lo anterior paso por paso tenemos:
La cadena α del CMH se asocia en el RER con la proteína calnexina, que mantiene dicha cadena en una conformación parcialmente plegada
La microglobulina β2 entra en el lumen del RER y se une a la cadena α , desplazando a la calnexina.
Mientras tanto, los antígenos (péptidos) se procesan en el citosol (proteosoma) y entran al RER. Este viaje se hacen por la unión a la proteína tapnexina (subunidades tap1 y tap2) que los lleva desde el citoplasma al RER.
El complejo α-microglobulina β2: se une a la porción intraluminal del tap1. Entonces el péptido (antígeno) se une al CMH-I y adquiere la configuración definida.
El complejo formado por el CMH-I y el péptido abandona el REP en forma de vesículas. De esta manera llega a la superficie celular quedando expuesto al exterior.
Piquitrina se maraca para que sea digerida en aa y esto pasa en el complejo denominado proteosoma…..
Ruta exógena: El antígeno exógeno penetra en la célula presentadora de Ag por fagocitosis o endocitosis. Las células presentadoras de antígeno procesan este antígeno exógeno en péptidos, a través de la ruta de procesamiento endosómico. Los péptidos producidos se unen a la hendidura del CMH-II y este complejo (CMH II-péptido) es exportado a al superficie celular para ser presentado a los linfocitos Th.
*Como la expresión del CMH de clase II está limitada a las CPAs, la expresión de estos complejos está limitada a este tipo de células *Los linfocitos T (poseen CD4) reconocen el antígeno asociado al CMH II, y por ello se refiere a ellos como restringidos a CMH de clase II. Como se dijo anteriormente el CMH II tiene un surco para unos 20-30 aa de unión al antígeno y además las CPAs expresan moléculas de clase I y de clase II, así que podrían unirse antígenos pequeños de la clase I al CMH II. Esto, sin embargo, no sucede, gracias a la cadena invariable Cd74.
Cuando las moléculas de clase II se sintetizan en el RER se asocian con otra molécula denominada cadena invariable que interacciona con la hendidura de unión al antígeno de la molécula de clase II, y por lo tanto impide la unión de péptidos “endógenos”. La cadena invariable es escindida por proteasas, de modo que la molécula de CMH-II queda unida a un fragmento (llamado CLIP), que sigue cubriendo su surco. En algún momento de este proceso la vesícula “ascendente” que contiene CLIP-CMH II se fusiona con una vesícula “descendente” que contiene péptidos procedentes de endocitosis o fagocitosis de antígenos exógenos.
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
12
Inmunología
Veternaria UCM
Posteriormente se produce el desplazamiento de CLIP y la estabilización de la molécula.
CMH y enfermedad: Ciertas enfermedades se asocian con determinados alelos del CMH. Entre ellas se incluyen numerosos procesos autoinmunes, susceptibilidad a virus, alteraciones neurológicas y del sistema del complemento y algunos tipos de alergias. No obstante, en casi todos los casos están implicados otros genes no situados en el complejo CMH, además de factores ambientales.
En el caso de las enfermedades infecciosas, la susceptibilidad a un patógeno dado puede relejar el papel de unos determinados alelos del CMH en la repuesta o ausencia de respuesta frente a ese patógeno.
La importancia adaptativa del polimorfismo CMH en una población radica en que tiene a proteger a la especie frente a agentes infecciosos, ya que amplía la variedad de antígenos que se pueden reconocer. Cuando, por alguna circunstancia, disminuye el grado de polimorfismo del CMH, aumentan los riesgos de enfermedades infecciosas en las poblaciones. Por ejemplo, la población actual de guepardo (amenazado de extinción) posee poca variedad de haplotipos de CMH, ya que proceden de un número muy limitado de animales. Esto limita el rango de péptidos procesados con los que esas moléculas del CMH pueden interactuar, por lo que los guepardos actuales (y otros félidos salvajes) son más susceptibles a los ataques de ciertos virus que otros grandes felinos. Por lo tanto, el elevado grado de polimorfismo del CMH observado en varias especies puede ser ventajoso al proporcionar un amplio espectro de moléculas del CMH para la presentación de antígeno.
En ciertos casos se ha llegado a determinar qué alelos son los responsables de la susceptibilidad o resistencia; así, por ejemplo: pollos con el alelo B19 son susceptibles al virus de la enfermedad de Marek, mientras que sus parientes con el alelo B21 no son susceptibles.
Por Manuel Gómez Diez e Isabel García Arroyo – Segundo de Veterinaria 2008/2009
13