La Bioquimica del Sistema del Complemento

 

La union del anticuerpo al antigeno muchas veces no es suficiente para brindar una proteccion efectiva contra el agente invasor, por lo que requiere de la accion complementaria de otro componente del sistema inmunologico que sea capaz de neutralizar o de conllevar  a la neutralizacion del agente.

 

Se denomina sistema del complemento a un conjunto de proteinas que constituyen  una cascada bioquimica que participa en los mecanismos de defensa inmunologico del organismo.  Este sistema, muchas veces, de hecho, actua complementariamente y como resultado de la interaccion antigeno-anticuerpo, pero en otras, como veremos mas adelante, puede actuar independientemente de la accion de los anticuerpos.

 

Las proteinas que forman este sistema son en su mayor parte enzimas proteoliticas en forma de zimogenos, que al ser iniciado este mecanismo de respuesta inmunologica se  van activando las unas a las otras desencadenando procesos de defensa que van desde la activacion de procesos de fagocitosis hasta la lisis de las bacterias invasores.  En este proceso, algunas proteinas del sistema actuan como cofactores, y otras como inhibidores.

 

Las proteinas que forman el sistema del complemento son sintetizadas en su mayor parte en el higado y constituyen aproximadamente el 5 % -10 %  de las globulinas plasmaticas. Ellas son componentes de la fase de respuesta aguda y aumentan su concentracion durante infecciones y traumas,  Muchas de esas proteinas se nombran con la letra C y se le asigna un numero relacionado con el orden en que fueron descubiertas.

 

Las funciones de este sistema incluyen:

 

1.- Lisis celular

2.- Estimulacion de la fagocitosis por opsonizacion.

3.- Atraccion de celulas fagociticas (quimotaxis)

4.- Contribucion a la respuesta inflamatoria y alergica ,estimulando la degranulacion celular y liberacion de enzimas intracelulares, histamina, etc.

5.- Facilitacion de la eliminacion de complejos inmunes.

 

La activacion del sistema del complemento puede producirse por tres mecanismos fundamentales:

 

1.- Activacion por la via clasica del complemento.

2.- Activacion por la via alternativa

3.- Activacion por via de la lectina-manosa.

 

En la via de activacion clasica, al interactuar los antigenos y los anticuerpos IgG o IgM especificos, se producen cambios alostericos en la inmunoglobulina que provocan que en la region constante 2 de las cadenas pesadas (HC2) se exponga un sitio de union con la proteina C1q, uno de los componentes del sistema del complemento. Al unirse la proteina C1q a la region constante de las cadenas pesadas, activa a otras dos proteinas del complemento, C1s y C1r. C1s es una serine proteasa que actua sobre C4 que al ser activada actua sobre C2. Los fragmentos activos de C4 y de C2 forman un complejo que se denomina C3 convertasa, porque puede hidrolizar a C3. (C1q tambien puede ser activado por micoplasmas, endotoxinas bacterianas, virus a RNA, y algunas membranas en ausencia de anticuerpos)

 

C3 es la proteina del complemento mas abundante, lo cual unido a la posibilidad de autoactivarse, amplifica extraordinariamente la senhal. La C3 b derivada de C3 se une a glicoproteinas de la superficie celular. Debido a que los macrofagos y neutrofilos tienen receptores para C3b, reconocen a las celulas recubiertas por esta proteina y se unen a ellas para fagocitarlas.

 

Otra parte de C3b se une a C5 y este complejo es hidrolizado por la C3 convertasa.

La hidrolisis de enlaces en C5 por la C3 convertasa (tambien llamada C3/c5 convertasa) produce C5a, que atrae a los neutrofilos, y C5b, que forma un complejo en la membrana celular con C6, C7 y C8. Este complejo, denominado Complejo de ataque a la membrana guia el ensamblaje de alrededor de 20 moleculas de C9 para formar un canal que atravesando la bicapa lipidica de la membrana, permite el paso de iones y pequenhas moleculas y agua, por lo que la celula experimenta lisis.

 

El siguiente video es una buena ilustracion de este proceso:

 

 

La via alternativa ocurre en ausencia de complejo antigeno anticuerpo. Normalmente, una cierta cantidad de C3 es hidrolizada espontaneamente liberando 3ª y 3b. En condiciones normales, 3b es inactivada, pero en presencia de bacterias o particulas o moleculas invasoras (virus, hongos, bacterias, parasitos, veneno de serpiente o  Ig A)  3b puede unirse a la membrana bacteriana e interactuar entonces con otra proteina del plasma llamada Factor B, formando un complejo C3bB, el cual al ser hidrolizado por otra proteina (Factor D) libera Ba y se convierte en un complejo C3bBb, que tiene actividad de C3 convertasa y desencadena ulteriores cambios que desembocan en la formacion del Complejo de Ataque a Membrana  y la lisis de la celula invasora. (las proteinas Factor H y factor I tienen enfecto inhibitorio sobre la C3 convertasa, mientras la properdina estabiliza su conformacion activa)

 

 

 Una tercera forma de activacion del complemento es la via de la Lectina-Manosa. En esta via, una proteina serica, capaz de enlazarse a la manosa (Manose-Binding Lectine o MBL) y otros monosocararidos de los glicocomplejos (glicolipidos y glicoproteinas) en la superficie del organismo invasor, forma un complejo con dos serin proteasas en forma de zimogeno (Manosa-binding lectin Associated Serin Proteasas)  MASP-I y MASP-II. Cuando la MBL se une a los oligosacaridos de la superficie de bacterias, virus u hongos, se activan las serin proteasas las cuales  hidrolizan y activan las proteinas C4 y C2, desencadenando la cascada del complemento.

 

Cualquiera de los tres mecanismos que sean desencadenados, ellos convergen en la formacion de un complejo con actividad de C3 convertasa,  la formacion de 3b y la continuacion de la cascada que culmina con la lisis de la celula invasora.

 

 

Aunque muchos  textos difieren en algunos detalles especificos,  lo cierto es que el sistema del complemento tiene como funciones principales:

 

1.- Opsonizacion (marcar a las celulas extranhas para la fagocitosis mediante formacion de proteinas que recubren a dicha celula. Ej. C3b)

2.- Quimotaxis (atraccion de neutrofilos hacia el agente invasor Ej. C5a)

3.- Lisis de la celula invasora (Ej C5, C6, C7, C8, C9)

4.- Contribucion a la respuesta inflamatoria y alergica, estimulando la degranulacion celular y liberacion de enzimas intracelulares, histamina, etc (Ej. C3a, C4a, C5a)

5.- Facilitar la eliminacion de complejos inmunes (Ej. C3b )

 

Se conocen diversas enfermedades relacionadas con el malfuncionamiento  sistema del complemento, que incluyen deficiencias congenitas o adquiridas de componentes individuales del complemento, que se manifiestan generalmente como susceptibilidad aumentada a infecciones piogenas o a Neisseria.  Es importante tambien la asociacion entre deficiencia de factores del complemento y enfermedades  inmunologicas del tipo del Lupus Eritematoso Sistemico y otras enfermedades colageno-vasculares,  asi como en nefritis cronicas, angioedemas a repeticion, y otras.  

 

Informacion adicional en idioma castellano:

 

Sistema del Complemento

Complejo de Ataque a Membrana

Complemento. Lab tests on line.

 Patino, P.J. :

El papel del complemento y los anticuerpos en la inflamacion

 

Salgado, H. Et al:

Guia de estudio y manejo del paciente sospechoso de presentar alteraciones en el sistema del complemento

Berron-perez, R. Et al:

El sistema del complemento: Vias clasica y de la lectina que se une a la manosa

 

Excelentes revisiones en ingles sobre enfermedades del complemento:

 

Moore, E.:

Complement Deficiencies. When the Immune System has Inadequate Levels of Complement Proteins.

 

Gupta, R.; Agraharkar, M.

Complement Related Disorders

Chaganti, K.R. et al:

Complement Deficiencies

 

Glovski, M. et al:

Complement determinations in human disease

Inmunoglobulinas: estructura y funcion.

 

 

 

 Las inmunoglobulinas son glicoproteinas que actuan como anticuerpos. Pueden encontrarse circulando en sangre, en las secreciones o unidas a la superficie de las membranas de los linfocitos B.

 

Las inmunoglobulinas se producen como respuesta a la deteccion de moleculas extranhas en nuestro cuerpo. Estas moleculas extranas que desencadenan la produccion de anticuerpos se denominan antigenos.

 

Las inmunoglobulinas circulantes aparecen en una electroforesis del plasma  formando parte de la fraccion de las proteinas plasmaticas de las gamma globulinas.

 

 

Se distinguen diversos tipos de inmunoglobulinas: IgG, IgM, IgA, IgD e IgE. Desde el punto de vista estructural, todas ellas tienen en comun que su unidad basica esta formada por dos pares de cadenas peptidicas: un par de cadenas ligeras (cadenas L) con unos 220 aminoacidos cada una,  y un par de cadenas pesadas (cadenas H) formadas por unos 440 aminoacidos cada una.

 

Estas cuatro cadenas estan ligadas por enlaces disulfuro entre residuos de cisteinas que forman parte de las cadenas peptidicas. Cada cadena L esta enlazada por este tipo de enlaces  a una cadena H y cada cadena H esta ligada por ellos a una cadena L y a la otra cadena H.

 

El siguiente grafico muestra a las cadenas H en azul, a las cadenas L en verde y a los enlaces disulfuro entre las cadenas como lineas rojas (no se representan en el grafico otros enlaces disulfuro intracatenarios)

 

 

Observe tambien en el grafico que pueden distinguirse dos regiones o dominios diferentes en las cadenas L: VL y CL,  mientras en las cadenas H pueden encontrarse 4 regiones: VH, CH1, CH2 y CH3. Cada una de esas regiones esta compuesta por 70 a 110 aminoacidos.

 

Las regiones o dominios V se denominan Variables: la secuencia de aminoacidos en esas regiones (las porciones amino terminales de las cadenas L y H) es altamente variable,  y dentro de ellas, tanto en la cadena L como en la H, hay regiones hipervariables, los CDRs o regiones determinantes de complementareidad  (Complementarity-determining regions) que forman los sitios de enlace con el antigeno que son complementarios a la topologia del antigeno especifico.

 

Este video (narrado en ingles) muestra la estructura de una tipica inmunoglobulina IgG. 

 

 

Como pueden observer, hay dos sitios de enlace para antigenos en cada unidad (LH)₂ . Cuando una unidad (LH)₂  es hidrolizada con papaina, se liberan tres fragmentos: dos denominados Fab y uno llamado Fc.

 

 

Los fragmentos Fab contienen la estructura que es capaz de enlazarse al antigeno  (Fab = Fragment antigen-binding), mientras el fragmento Fc (c significa cristalizable) no puede unirse al antigeno, pero contiene un sitio (o sitios) que se enlaza(n) a proteinas del  complemento y que es expuesto cuando ocurre la interaccion entre el anticuerpo y el antigeno. La union antigeno:anticuerpo se realiza a traves de interacciones no covalentes (fuerzas de van der waals, puentes de hidrogeno, interacciones hidrofobicas) y  produce  cambios conformacionales similares a los observados en el mecanismo de ajuste inducido en la interaccion enzima:substrato. Ese efecto alosterico expone, en las regiones constantes de la cadena pesadas, sitios relacionados con la union y activacion de proteinas del sistema del complemento.

 

El sistema del complemento esta formado por al menos 11 proteinas diferentes que son activadas secuencialmente para asociarse a la membrana de la celula invasora  y causar su lisis y  muerte.

 

 

Otra function importante del sistema del complemento es  el de generar opsoninas, proteinas que estimulan la fagocitosis de la celula o bacteria invasora por neutrofilos y macrofagos.

 

Ademas de activar al sistema del complemento, las regiones constantes de las cadenas pesadas definen la habilidad de la estructura basica  (LH)₂ de asociarse a otras unidades (LH)₂ units y determinan la clase de inmunoglobulina, asi como su capacidad de atravesar la placenta confiriendo inmunizacion pasiva al feto.

 

Hay cuatro clases de cadenas pesadas: gamma,  alfa, delta, epsilon y mu.

Estas cadenas difieren en el tipo de  regiones constantes que cada una tiene; por ejemplo, las cadenas gamma  son similares en sus regiones constantes, pero estas son diferentes a las regiones constantes de las otras clases de cadenas pesadas.

 

Las inmunoglobulinas que contienen cadenas gamma se denominan IgG.  Las moleculas de IgG  estan formadas por una unidad (LH)₂ . Las Inmunoglobulinas G son las inmunoglobulinas mas abundantes en el suero (600-1800 mg/dL). Estas inmunoglobulinas promueven la facocitosis en el plasma y activan al sistema del complemento. Las IgG son el unico tipo de anticuerpos que puede cruzar la placenta.

 

Observe en el siguiente diagrama de una molecula de IgG  las dos cadenas pesadas (en rojo y azul) y las dos ligeras (en verde y amarillo)

 

 

En el diagrama que se muestra a continuacion pueden observarse las regiones variables y constants de la igG asi como los enlaces disulfuro intercartenarios e intracatenarios presentes la estructura (LH)₂.

 

 

Las inmunoglobulinas que contienen cadenas alfa se denominan IgA. Las IgA se encuentran principalmente en las secreciones mucosas, en las lagrimas, el colostro y la leche materna. Estas inmunoglobulinas son la defensa inicial de las mucosas contra los agentes patogenos. Ellas aparecen usualmente como dimeros de unidades (LH)₂.

 

Las IgM contienen cadenas pesadas mu. Los anticuerpos tipo IgM se expresan en la superficie de los linfocitos B y se encuentran fundamentalmente en el plasma. Estos son los primeros anticuerpos producidos en cantidades signficativas contra un antigeno. Las IgM promueven la fagocitosis y activan al sistema del complemento. Aparecen usualmente como pentameros de unidades (LH)₂ con sus cadenas pesadas unidas por un pequenho peptido.  

 

 

Las Ig E contienen cadenas pesadas tipo epsilon. La IgE, un monomero (LH)₂ , juega un importante papel en las reacciones alergicas y posiblemente en la defense contra infestaciones por algunos parasitos intestinales, ya que se encuentra aumentada en esas situaciones.

 

El papel fisiologico de las IgD (inmunoglobulinas con cadena pesada) se desconoce. Reconoce a los antigenos en los linfocitos B que no han sido expuestos. La estructura de las IgD corresponde tambien a un monomero (LH)₂ .

 

En base al tipo de regiones constantes, las cadenas ligeras tambien se clasifican en dos subclases:   Lambda y Kappa. Cada molecula de inmunoglobulina contiene cadenas kappa o cadenas lambda, pero no ambas.

 

En resumen, las inmunoglobulinas son proteinas que actuan como anticuerpos. Ambos terminos se usan indistintamente: inmunoglobulinas para expresar estructura y anticuerpos para expresar funcion. La estructura basica de las inmunoglobulinas es una unidad formada por dos cadenas ligeras y dos cadenas pesadas. Estas unidades contienen dominios variables y dominios constantes. Los dominios variables de las cadenas L y H son responsables de la union al antigeno, mientras que las regiones constantes de las cadenas pesadas son responsables de la activacion del complemento y de la capacidad de algunas de estas unidades de formar polimeros.

 

Una excelente revision sobre las inmunoglobulinas puede encontrarse aqui:

 

http://es.wikipedia.org/wiki/Anticuerpo