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Sistema Complemento Imunologia Clínica Sistema Complemento - Tópicos ❖ O que vamos estudar nesta aula de Sistema Complemento (SC)? ● Introdução do SC ● Ativação do SC ● Regulação do SC e seus receptores ● Funções do SC ● Deficiência do SC e efeitos patológicos ● Avaliação laboratorial do SC Introdução SC Histórico, Conceito e Nomenclatura Sistema Complemento - Introdução ❖ O que é o Sistema Complemento (SC)? ● Mecanismos efetores da imunidade inata e humoral ● São proteínas produzidas continuamente, principalmente no fígado ● Na ausência de infecção essas proteínas de fase aguda circulam de forma inativa O sistema complemento consiste em um conjunto de proteínas séricas e de superfície que interagem umas com as outras e com outras moléculas do sistema imune de maneira altamente regulada, para gerar produtos que atuam na eliminação dos microrganismos. Sistema Complemento - Introdução ❖ A descoberta do SC ● Jules Bordet (1870 - 1961) em 1890 fez uma série de experimentos envolvendo soro fresco e bactérias ● Soro fresco (37°C) - Lise de bactérias! ● Soro fresco (56°C) - Bactérias vivas! Jules Bordet Sistema Complemento - Introdução ❖ A descoberta do SC Soro (37°C) Cultura de bactérias Lise de bactérias Sistema Complemento - Introdução ❖ A descoberta do SC Soro (56°C) Cultura de bactérias Bactérias vivas Sistema Complemento - Introdução ❖ A descoberta do SC ● Qual a conclusão do experimento de Jules Bordet? Bordet concluiu que o soro contém algum outro componente termolábil que auxilia, ou complementa, a função lítica de anticorpos. O nome do sistema passou a ser chamado e conhecido como Sistema Complemento. Jules Bordet Sistema Complemento - Introdução ❖ A nomenclatura do SC ● As proteínas do SC são denominadas de ‘’C’’: - C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9 ● Outras proteínas estão envolvidas: - Fator B, Fator D, Lectina Ligadora de Manose (MBL), ficolinas, properdina ● Muitas proteínas do SC são clivadas e geram fragmentos designados por letras minúsculas - C3 : C3a + C3b - C4: C4a + C4b - C2: C2a + C2b Fragmentos ‘’a’’ - Inflamação Fragmentos ‘’b’’ - Opsonização Exceção - C2 (invertido) Ativação do SC Vias de Ativação Sistema Complemento - Vias de ativação ❖ As vias de ativação do SC VIA CLÁSSICA VIA ALTERNATIVA VIA DA LECTINA As diferenças entre as 3 vias de ativação do sistema complemento ocorre até a formação da C5 convertase! Sistema Complemento - Vias de ativação Sistema Complemento - Via Clássica ❖ A via clássica (VC) de ativação ● A numeração das proteínas relaciona-se a sua descoberta e não a sequência de ativação - Sequência de ativação da VC: C1 C4 C2 C3 C5 C6 C7 C8 C9 - A via clássica é a única via que usa do C1 a C9 - A proteína C1 é exclusiva da via clássica - A principal ativação da via clássica se dar por mediação de anticorpos (IgM / IgG) - Outras proteínas envolvidas na ativação da VC são as pentraxinas Sistema Complemento - Via Clássica ❖ A via clássica (VC) de ativação ● Ativação mediada por anticorpos (IgM / IgG) Sistema Complemento - Via Clássica (fase inicial) ❖ A via clássica (VC) de ativação Faz ativação? NÃO! SIM! Sistema Complemento - Via Clássica (fase inicial) ❖ A via clássica (VC) de ativação Sistema Complemento - Via Clássica (fase inicial) ❖ A via clássica (VC) de ativação Sistema Complemento - Via Clássica (fase inicial) ❖ A via clássica (VC) de ativação Sistema Complemento - Via Clássica ❖ A via clássica (VC) de ativação ● É possível ativar a via clássica do SC na ausência de IgM e IgG? - As pentraxinas são proteínas plasmáticas pentamericas estruturalmente homólogas de fase aguda que reconhecem estruturas microbianas e participam da imunidade inata - Produção principalmente hepática via estímulo de interleucinas (IL-6 / IL-1) - Algumas proteínas (Ex.: PTX3) são expressas por células, incluindo DCs, macrófagos e células endoteliais após estímulo via TLR e citocinas inflamatórias (TNF) Sistema Complemento - Via Clássica ❖ A via clássica (VC) de ativação por pentraxinas P en tr ax in as Pentraxinas Curtas Pentraxina Longa Proteína C Reativa (CRP) Amilóide Sérica P (SAP) Pentraxina 3 (PTX3) Reconhece moléculas diversas em bactérias, fungos e vírus. Liga em fosforilcolina Liga em fosfatidiletanolamina Membrana bacteriana e células apoptóticas. Sistema Complemento - Via Clássica ❖ A via clássica (VC) de ativação por pentraxinas Fosforilcolina Superfície do microrganismo CRP CRP CRP CRP CRP CRP C2 C4 Sistema Complemento - Via Clássica ❖ Proteínas da Via Clássica do ComplementoProteína Estrutura Concentração Sérica (μg/mL) Função C1 (C1qr2s2) 750 kDa - Inicia a Via Clássica C1q 460 kDa; hexâmero com três pares de cadeia (22, 23, 24 kDa) 50-150 Liga-se a porção Fc do anticorpo que está ligado ao antígeno, a células apoptóticas e a superfícies catiônicas C1r Dímero de 85 kDa 50 Serina protease, cliva C1 para torná-la ativa C1s Dímero de 85 kDa 50 Serina protease, cliva C4 e C2 C4 210 kDa; trímero com cadeias de 97, 75 e 33 kDa 300-600 C4b liga-se covalentemente à superfície de um microrganismo ou célula, onde o anticorpo está ligado e o complemento é ativado. C4b liga-se a C2 para clivagem por C1s. C4b estimula inflamação (anafilatoxina) C2 Monômero de 102 kDa 20 C2a é uma serina protease e atua como enzima ativa da C3 e C5 convertase para clivar C3 e C5 C3 Tabela anterior Sistema Complemento - Via Alternativa ❖ A via alternativa (VA) de ativação ● A via alternativa de ativação do complemento resulta na proteólise de C3 e na fixação estável de seu produto de degradação C3b nas superfícies microbianas, sem a participação de anticorpo. ● A C3 é continuamente e espontaneamente clivada no plasma (1-2%) - C3 tickover Sistema Complemento - Via Alternativa ❖ A via alternativa (VA) de ativação ● O fragmento C3b pode-se ligar a célula do hospedeiro? ● Sim, porém é regulada negativamente, a ausência de tal mecanismo em microrganismos permite a continuação da ativação do SC ● Além disso, a properdina (estabilização da C3bBb) tem sua ligação favorecida nos microrganismos e não nas células normais do hospedeiro ● A properdina é liberada por neutrófilos ativados, macrófagos e células T - feedback positivo da ativação do complemento Sistema Complemento - Via Alternativa ❖ A via alternativa (VA) de ativação Sistema Complemento - Via Alternativa ❖ A via alternativa (VA) de ativação Sistema Complemento - Via Alternativa ❖ A via alternativa (VA) de ativação Sistema Complemento - Via Alternativa ❖ Proteínas da Via Alternativa do Complemento Proteína Estrutura Concentração Sérica (μg/mL) Função C3 185 kDa 1.400 - 1.700 C3b liga-se a superfície do microrganismo, onde atua como uma opsonina e como um componente das C3 e C5 convertase. C3a estimula inflamação (anafilotoxina) Fator B Monômero de 93 kDa 200-400 Bb é uma serina protease e a enzima ativa de C3 e C5 convertase. Fator D Monômero de 25 kDa 1-3 Serina protease plasmática que cliva o fator B quando está ligado a C3b. Properdina Composta por até 4 subunidades de 56 kDa 20-35 A properdina estabiliza as C3 convertase (C3bBb) na superfície microbiana Sistema Complemento - Via das Lectinas ❖ A via das Lectinas (VL) de ativação ● A ativação do complemento pela via das lectinas é desencadeada pela ligação de polissacarídeos microbianos a lectinas circulantes, como a lectina ligante de manose plasmática (MBL - mannose-binding lectin) ou a ficolinas ● Algumas lectinas circulantes podem ser sintetizadas no fígado (MBL), outras por macrófagos ativados (M-ficolina). Outras colectinas específicas, como as proteínas surfactantes A e D fazem mediação da resposta imunológica em sítios anatômicos específicos ● As lectinas circulantes são proteínas do tipo colágeno estruturalmente semelhantes a C1q ● As lectinas circulantes também apresentam complexos de serina protease associadosem sua estrutura, são conhecidas como MASP’s (MASP 1, MASP 2, MASP 3) Sistema Complemento - Via das Lectinas ❖ A via das Lectinas (VL) de ativação Parede gram +: N-acetilglicosamina; Ác. lipoteicóico Manose na superfícies microbiana Antígeno de superfície microbiana Anticorpo IgM Sistema Complemento - Via das Lectinas ❖ A via das Lectinas (VL) de ativação Sistema Complemento - Via das Lectinas ❖ A via das Lectinas (VL) de ativação Sistema Complemento - Via das Lectinas ❖ Proteínas da Via das Lectinas do Complemento Proteína Estrutura Concentração Sérica (μg/mL) Função Lectina ligante de manose (MBL) Trímero helicoidal com cadeia de 32 kDa; dímeros a hexâmeros dessa tripla-hélice 1-8 Aglutinina, opsonina, fixação do complemento M/L/H-ficolina (ficolina-1/2/3) Trímeros helicoidais com cadeias de 34 kDa; um tetrâmero dessa tripla-hélice Indetectável/ 1-7 / 6-83 Aglutinina, opsonina, fixação do complemento MASP-1 Homodímero de 90 kDa; homólogo a C1r/C1s 2-13 Forma complexo com MASP-2 e com colectinas ou ficolinas e ativa MASP-3 MASP-2 Homodímero de 110 kDa; homólogo a C1r/C1s 2-13 Forma complexo com lectinas, especialmente ficolina-3 MASP-3 Homodímero de 76 kDa; homólogo a C1r/C1s 0,02-1,0 Associa-se a colectinas ou ficolinas e MASP-1 e cliva C4 Sistema Complemento - Etapas tardias ❖ Etapas tardias de ativação do Sistema Complemento ● As C5 convertases geradas pelas vias alternativa, clássica ou das lectinas iniciam a ativação dos componentes da via terminal do SC, que culmina na formação do complexo de ataque à membrana (MAC - membrane attack complex) ● Todos os passos das etapas tardias são comuns as 3 vias de ativação ● As etapas tardias envolvem a participação das demais proteínas do complemento: C6, C7, C8 e extensa polimerização da C9 ● Os poros formados pelo MAC são de aproximadamente 20 nm de diâmetro externo, 1 a 11 nm de diâmetro interno e com altura de 15 nm levam ao desequilíbrio osmótico com morte das células onde ocorre deposição do MAC ● Não ocorrem clivagens protéicas nas etapas tardias Sistema Complemento - Etapas tardias ❖ Etapas tardias de ativação do Sistema Complemento ● Formação do MAC Sistema Complemento - Etapas tardias ❖ Etapas tardias de ativação do Sistema Complemento Sistema Complemento - Etapas tardias ❖ Etapas tardias de ativação do Sistema Complemento Sistema Complemento - Etapas tardias ❖ Etapas tardias de ativação do Sistema Complemento Sistema Complemento - Etapas tardias ❖ MAC Sistema Complemento - Etapa tardia ❖ Proteínas das etapas tardias do complemento Proteína Estrutura Concentração Sérica (μg/mL) Função C5 Dímero de 190 kDa com cadeias de 115 e 75 kDa 80 C5b inicia a montagem do MAC. C5a estimula inflamação (anafilotoxina) C6 Monômero de 110 kDa 45 Componente do MAC: liga-se ao C5b e aceita C7 C7 Monômero de 110 kDa 90 Componente do MAC: liga-se a C5bC6 e insere-se na membrana lipídica C8 Trímero de 155 kDa com cadeias de 64, 64 e 22 kDa 60 Componente do MAC: liga-se a C5bC6C7 e inicia a ligação e polimerização do C9 C9 Monômero de 79 kDa 60 Componente do MAC: liga-se a C5bC6C7C8 e polimeriza-se para formar poros na membrana Regulação do SC e seus receptores Necessidade do equilíbrio na modulação imunológica Regulação da ativação do SC e seus receptores ❖ A atividade biológica do SC são mediadas pela ligação de fragmentos do complemento a receptores de membrana expressos em vários tipos celulares Receptor Especificidade Funções Tipos celulares CR1 (CD35) C3b > C4b > iC3b Promove decaimento de C3b (Reg.), C4b / Estimula fagocitose / Transp. dos complexos imunes Eritrocitos, macrófagos, monócitos, leucocitos polimorfonucleares, células B, FDC CR2 (CD21) C3d, iC3b > C3dg Parte do co-receptor de células B / Receptor p/ EBV (inf. Cel. B) Células B, FDC CR3 (CD11b/CD18) iC3b, ICAM-1 Estimula fagocitose; Integrina Macrófagos, monócitos, leucocitos polim., FDC CR4 (p150, 95, CD11c/CD18) iC3b Estimula fagocitose; Integrina Macrófagos, monócitos, leucocitos polim., FDC Receptor C5a / Receptor C3a C5a / C3a A ligação do C5a / C3a ativa a proteína G Células endoteliais, mastócitos, fagócitos Regulação da ativação do SC e seus receptores ❖ Qual a importância em regular a ativação do Sistema Complemento? ● Impedir que o SC se ative em células do hospedeiro (elas se ligam em nossas células também) ● Controlar e modular o tempo de ativação do SC ❖ Como é feita a regulação do complemento? ● Vários mecanismos asseguram que a ativação do complemento ocorrerá somente na superfície de um patógeno e em células danificadas ● Diversas proteínas regulam a atividade do SC, proteínas circulantes e de membrana celular, essas proteínas pertencem a uma família denominada RCA (Regulators of complement activity) Regulação da ativação do SC e seus receptores ❖ C1-INH (inibidor de serino-proteases, família das serpinas) ● Mimetiza os substratos normais de C1r e C1s, se tornando alvo da atividade enzimática proteolítica de C1r-C1s ● Limita o tempo de atuação da serina protease Dissociação de C1r e C1s de C1q Impedimento de ativação da via clássica Regulação da ativação do SC e seus receptores ❖ Inibidores de C3b e C4b Inibidores de C3b e C4b Proteína de Cofator de Membrana (MCP ou CD46) Receptor do Complemento do tipo 1 (CR1) Fator de Aceleração do Decaimento (DAF) Fator H Proteína ligadora de C4 (C4BP) Inibe somente C3b Inibe somente C4b(proteína plasmática) (proteína plasmática) Fator I Depende dessas proteínas reguladoras (cofatores) para sua atividade biológica (proteínas de membrana) Regulação da ativação do SC e seus receptores ❖ DAF ● Sem as proteínas de regulação plasmáticas ou de membrana, como a proteína DAF, a ativação do SC continuaria por meio da atividade das C3 convertases de outras vias de ativação do SC, danificando células saudáveis do hospedeiro. Inibição da formação do MAC e diminuição da inflamação Regulação da ativação do SC e seus receptores ❖ Fator I ● Degradação de C3b e C4b. As demais proteínas reguladoras servem como cofator para sua atividade. ● O Fator I pode fragmentar ainda mais o iC3b em C3f (liberado) e C3dg (ligado a célula) ● Os fagócitos e células B possuem receptores para o C3dg ‘’i’’ = Inativa Regulação da ativação do SC e seus receptores ❖ Inibição da formação do MAC (Regulação das etapas finais) - CD59 e Proteína S ● O CD59 está presente nas células normais do hospedeiro ● Essa proteína de membrana (CD59) não faz parte da bioquímica de microrganismos ● A proteína S também inibe a formação do MAC, trata-se de uma proteína plasmática ● A proteína S liga-se aos complexos C5b, C6, C7 solúveis ● Ambos os inibidores atuam por meio de um impedimento alostérico Regulação da ativação do SC e seus receptores ❖ Inibição da formação do MAC (Regulação das etapas finais) - CD59 e Proteína S Regulação da ativação do SC e seus receptores ❖ Inibição da formação do MAC (Regulação das etapas finais) - CD59 e Proteína S Regulação da ativação do SC e seus receptores ❖ Inibição da formação do MAC (Regulação das etapas finais) - CD59 e Proteína S Regulação da ativação do SC e seus receptores ❖ Resumo dos reguladores do SC Inibidor Descrição C1-INH Inibidor de C1 (C1r-C1s) Inibidores de C3b e C4b Membrana: MCP, CR1, DAF / Plasma: Fator H, C4BP Fator I Degradação direta de C3b e C4b. Necessita de outros inibidores atuando como cofatores. CD59 Proteína de membrana - Inibe formação do MAC Proteína S Proteína plasmática - Inibe formação do MAC Regulação da ativação do SC e seus receptores ❖ Evasão microbiana ao Sistema Complemento ● Neisseria meningitidis - Expressão de ácido siálico inibe C3 e C5 convertase ● Estreptococos - Proteína M bloqueia a ligação de C3 ao organismo, e a ligação de C3b aos receptores de complemento ● Tripanossomos e Schistosoma - Produção de moléculas DAF similis ● Vírus como Epstein-Baar e Measles morbillivirus- Usam receptores do complemento para infectar nossas células Funções do SC Importância imunológica em condições fisiológicas Funções do Sistema Complemento ❖ As principais funções do SC na imunidade inata e na imunidade adaptativa humoral: ● Opsonização e fagocitose ● Estimulação das reações inflamatórias ● Citólise mediada pelo complemento ● Depuração dos complexos imunes Funções do Sistema Complemento ❖ Opsonização e fagocitose ● Os microrganismos sobre os quais o complemento é ativado tornam-se recobertos com C3b ou C4b, e são fagocitados pela ligação dessas proteínas e receptores específicos em macrófagos e neutrófilos. Funções do Sistema Complemento ❖ Estimulação das Respostas Inflamatórias ● Os fragmentos proteolíticos C5a, C4a e C3a do complemento induzem inflamação aguda pela ativação de mastócitos, neutrófilos e células endoteliais. Funções do Sistema Complemento ❖ Citólise mediada pelo complemento ● A lise de organismos estranhos mediada pelo complemento é realizada pelo MAC e se torna eficiente principalmente em bactérias com paredes celulares mais delgadas (Ex.: Neisseria) Funções do Sistema Complemento ❖ Depuração de imunocomplexos ● Por se ligarem aos complexos antígeno-anticorpo, as proteínas do complemento promovem a solubilização desses complexos e sua remoção por fagócitos. Pequenos complexos antígeno-anticorpo se formam na circulação e ativam o complemento Muitas moléculas de C3b são ligadas covalentemente ao complexo Funções do Sistema Complemento ❖ Depuração de imunocomplexos CR1 C3b ligado une-se ao receptor CR1 nas superfícies de hemácias No baço e no fígado, células fagocitárias removem os complexos imunes Deficiência do SC e efeitos patológicos Disfuncionalidades envolvendo o SC Deficiência do SC e efeitos patológicos ❖ Deficiência na C2 e C4 - Lúpus Eritematoso Sistêmico (LES) ● 50% dos pacientes com deficiências em C1q, C2 e C4 desenvolvem LES ● Remoção inadequada de imunocomplexos circulantes decorrentes de defeitos na ativação do complemento é uma das possíveis causas e deposição nos glomérulos renais, articulações, junção derme epiderme ● Deficiência na remoção de corpos apoptóticos, isso é observado por meio da presença de autoanticorpos contra antígenos nucleares presente nestas células ● Não está associada à suscetibilidade aumentada a infecções (outras vias) Deficiência do SC e efeitos patológicos ❖ Deficiência de C3 ● A proteína C3 é a mais abundante do SC e sua deficiência está associada a infecções graves bacterianas fatais ❖ Deficiência nas demais proteínas do complemento (C5-C9) ● Está associado a aumento de susceptibilidade a infecções disseminadas por Neisseria meningitidis e Neisseria gonorrhoeae ❖ Deficiência na C1-INH ● Angioedema hereditário - indivíduos sensíveis cujo organismo inflama facilmente ● Consumo de C4 e C2 não controlada ● Principais manifestações clínicas: Edema agudo intermitente na pele e mucosas, dor abdominal, vômitos, diarréia, obstrução das vias respiratórias Avaliação laboratorial do SC Aplicações em imunologia clínica Avaliação laboratorial do SC ❖ Avaliação geral do SC (funcionalidade das vias) - Fase 1 da triagem ❖ Complemento Total - CT (CH50/CH100) - Quantificação da atividade hemolítica da via clássica ● O soro do paciente é incubado com eritrócitos pré-sensibilizados de carneiro com anticorpos de coelho, servindo assim como iniciador da ativação da via clássica ● O ensaio verifica a quantidade do complemento requerida para lisar 50% das hemácias (Hb livre), sendo o resultado expresso em unidades hemolíticas ● Valores normais neste ensaio implica em preservação da função da via clássica Avaliação laboratorial do SC ❖ Avaliação geral do SC (funcionalidade das vias) - Fase 1 da triagem ❖ CH50 - Imuno-hemólise Avaliação laboratorial do SC ❖ Avaliação geral do SC (funcionalidade das vias) - Fase 1 da triagem ❖ CH50 - Imuno-hemólise Normal: 60,0 a 145,0 U CAE Baixo.: Inferior a 60,0 U CAE Alto..: Superior a 145,0 U CAE U CAE.: Atividade do Complemento Avaliação laboratorial do SC ❖ Avaliação geral do SC (funcionalidade das vias) - Fase 1 da triagem ❖ APH50 - Quantificação da atividade hemolítica da via alternativa ● O procedimento laboratorial é semelhante ao da CT, com exceção da adição do uso de reagentes que bloqueiam a VC de ativação do complemento ● Este ensaio é útil para screening de deficiências homozigóticas dos componentes da via alternativa como C3, Fator B, Fator D, Properdina ● Valores normais neste ensaio implica em preservação da função da via alternativa Avaliação laboratorial do SC ❖ Avaliação da fase 1 da triagem ● CH50 e APH50 com valores normais significam em integridade do SC, diminui-se a suspeita sobre determinada doença ou elimina ● CH50 reduzido e APH50 normal indicam problemas de ativação na VC (C1, C2, C4, C3) ● CH50 normal e APH50 reduzido indicam problemas de ativação na VA (C3, Fator B, Fator D, Prop.) ● CH50 e APH50 reduzidas indicam problemas em proteínas da fase tardia (MAC) ou C3 ● Valores reduzidos em tais ensaios podem ter como possível causa a deficiência de um ou mais componentes das proteínas do SC Avaliação laboratorial do SC ❖ Avaliação específica do SC - Fase 2 triagem ● Os ensaios nesta fase se tornam mais específicos a fim de detectar a origem da deficiência ● Avaliação quantitativa de C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9 ● Os métodos mais utilizados para avaliação dos componentes da cascata são: ELISA, Nefelometria, Turbidimetria ou Imunodifusão Avaliação laboratorial do SC ❖ Avaliação específica do SC - Fase 2 triagem ● A imunoturbidimetria é um dos métodos mais utilizados para dosagem de frações do complemento por quantificação fotométrica (absorbância) de luz não difundida de imunoprecipitados Fonte: Labtest Obrigado