Antígenos e Epítopos

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Antígenos
A palavra antígeno não se refere somente a estruturas estranhas. Um microorganismo não é um antígeno, mas sim um complexo antigênico. As diferentes porções que compõem esse microorganismo são partículas antigênicas. E cada porção, por exemplo, uma molécula de superfície, um peptídeo que esse microorganismo tenha é um epítopo, ou seja, uma porção desse antígeno. 
Os antígenos de uma maneira geral são as moléculas que são reconhecidas pelo sistema imunitário, e existem diferentes receptores capazes de reconhecer esses antígenos. 
Um conceito geral pra antígeno se encaixa no fato de que são moléculas que interagem com receptores das células B, e os receptores de células B são constituídos por imunoglobulinas de superfície, e é chamado de BCR (receptor de célula B), ou com os receptores de célula T, que são receptores de alta especificidade, chamados de TCR (receptor de célula T). Essas duas populações são células de alta especificidade porque são linfócitos e, portanto reconhecem através desses receptores específicos para antígenos. Esses receptores, no caso da célula T estão associados à moléculas que apresentam o antígeno para o linfócito T (o linfócito T só é capaz de reconhecer um antígeno se esse antígeno for apresentado a ele, e ele tem que ser apresentado pela célula correta e dentro de um contexto correto, esse contexto inclui que apenas um grupo de moléculas é capaz de apresentar os antígenos pro linfócito T que são as moléculas do complexo principal de histocompatibilidade, para as quais utilizamos a sigla MHC.
Os antígenos podem ter a propriedade de imunogenicidade e antigenicidade. Imunogenicidade é a capacidade que o antígeno tem de induzir uma resposta celular, então pra ser antígeno ele precisa ser reconhecido pelo TCR ou BCR, mas o fato de ser reconhecido não obrigatoriamente leva à indução de uma resposta por parte dessas células, então se o antígeno for capaz de ser reconhecido e, além disso, for capaz de induzir uma resposta celular, ou seja, a ativação do linfócito T ou humoral, ativação da célula B, ele além de ser antígeno tem a propriedade de imunogenicidade. Antigenicidade é a capacidade de combinar especificamente com os produtos finais das respostas descritas anteriormente. Ex: célula B através dos seus BCR foi capaz de reconhecer o antígeno, esse reconhecimento levou a ativação dessa célula que se diferenciou num plasmócito e passou a produzir anticorpos (resposta humoral). Se for capaz de ser reconhecido é um antígeno, e se esse reconhecimento levou a ativação dessa célula significa que ele tem imunogenicidade, e se essas moléculas produzidas (anticorpos) forem capazes de reconhecer esse mesmo antígeno que estimulou toda essa resposta significa que esse antígeno tem antigenicidade. 
Na maioria das vezes, dentro de um contexto de normalidade, é importante que o antígeno seja estranho. Existem antígenos que são reconhecidos pelo BCR e pelo TCR, mas que não tem imunogenicidade. Eles são reconhecidos, mas não produzem uma resposta contra eles em estado de normalidade, e aí nós encaixamos todas as nossas moléculas normais. Todos os nossos constituintes podem ser chamados de antígenos, mas são antígenos sem imunogenicidade, o que chamados de autoantígeno. Então existem os autoantígenos, que são nossos constituintes próprios, e os antígenos estranhos. Em situações normais, apenas os antígenos estranhos tem imunogenicidade e antigenicidade. 
Epítopo (determinante antigênico) é a porção do antígeno que é reconhecida e onde se liga o anticorpo ou a combinação TCR-MHC. TCR e BCR não reconhecem o microorganismo como um todo, e sim uma porção dele. 
Quando a célula B reconhece um antígeno, esse reconhecimento envolve um complexo binário, formado pelo BCR, que são as imunoglobulinas de superfície, e o antígeno. Antígenos solúveis ligam-se e são reconhecidos pelo BCR, então a célula B é muito boa em reconhecer moléculas solúveis. O envolvimento das moléculas de MHC apresentando os antígenos pra célula B não é necessário, o linfócito B diferente do linfócito T interage diretamente com o antígeno, pode reconhecê-lo e ser ativado contra ele. A célula B responde às proteínas, responde muito bem aos polissacarídeos e responde também a lipídeos. Os epítopos que são reconhecidos pela célula B precisam estar acessíveis, na superfície, ser de fácil contato com o BCR, e na maioria das vezes é hidrofílico, se for hidrofóbico a célula B tem dificuldade de interagir com ele, são peptídeos móveis e que contem aminoácidos sequenciais ou não sequenciais. Já quando a célula T está reconhecendo o antígeno, observamos características diferentes. A interação com o antígeno envolve agora um complexo terciário, que envolve o antígeno e as moléculas de MHC sendo reconhecidas pelo TCR: o linfócito T tem seu TCR, e o linfócito T não reconhece o antígeno diretamente, ele precisa ser apresentado, por um macrófago por exemplo, e quando ele apresenta, é através de uma molécula chamada MHC, e dentro dela tem um peptídeo que vai ser apresentado para o TCR. Esse peptídeo é apresentado pela molécula MHC e reconhecido pelo TCR, isso é um complexo terciário. O linfócito T não faz ligação a antígenos solúveis, apenas responde para antígenos particulares. O envolvimento da molécula MHC é indispensável para que o linfócito T possa se ativar. Os peptídeos na grande maioria são proteínas, mas alguns lipídeos e glicolipídeos podem ser apresentados, todos eles por moléculas de MHC ou semelhantes à ela. Esses epítopos que as células T reconhecem são epítopos internos, são lineares e podem ser produzidos através do processamento antigênico ligado às moléculas de MHC: o linfócito T não reconhece peptídeos in natura, quando o macrófago captura o material, esse material geralmente vem por endocitose, seja por pinocitose ou fagocitose, passa pela via digestiva dessa célula, essas proteínas são transformadas em peptídeos, e estes são apresentados ao linfócito T, portanto o antígeno precisa ser processado para ser apresentado. 
Existem diferentes níveis de organização das estruturas das proteínas, a primária tem apenas um peptídeo, e é nessa estrutura que o antígeno deve estar para que seja reconhecido pelo receptor. A célula é capaz de responder à uma proteína quaternária, desde que tenha sido processada e esteja linear. 
Os epítopos apresentados podem ser sequenciais, seguindo a linha de uma mesma fita proteica, ou não sequenciais, em diferentes fitas proteicas, quando temos duas cadeias polipeptídicas. A posição dos epítopos é fundamental para que ocorra uma resposta adequada. Quando um linfócito B produz um anticorpo, é para uma estrutura que está exposta, disponível. Lizosima mantem as pontes de dissulfito, mantendo a estrutura da proteína, ao lado um grupo sintético onde o epítopo está distante do outro, e um grupo sintético fechado. Determinante conformacional: epítopos de uma proteína compostos por aminoácidos que se aproximam na estrutura tridimencional da proteína, mas podem não estar próximos na sequência de aminoácidos. O loop sintético aberto perde a capacidade de se ligar aos anticorpos, e os outros dois não, porque são epítopos sequenciais que vão ser reconhecidos. 
A principal interação que faz um anticorpo reconhecer um antígeno é a especificidade (interação chave-fechadura), onde o antígeno tem sequência de aminoácidos que é reconhecida pelo anticorpo. Além da especificidade, existem forças covalentes que mantem a ligação entre eles. As forças eletrostáticas são importantes pra manter o antígeno ligado ao anticorpo. As ligações de hidrogênio são importantes pelo compartilhamento de hidrogênio por dois átomos com cargas negativas, mantendo a união; as forças de van der waals compostas por nuvens de elétrons de cargas diferentes também mantem essa interação mais fortalecida, e as forças hidrofóbicas onde observamos o posicionamento dessa moléculas, fazendo com que haja um núcleo protegido das moléculas de água, ajudando na interação.
Quando um linfócito T reconhece um antígeno, esse antígeno precisa ser apresentadopor moléculas MHC. Algumas células apresentam moléculas de MHC. Existem dois grupos, o MHC de classe 1 e o MHC de classe 2. O de classe 1 é encontrado na superfície de todas as células nucleadas, mas o de classe 2 é encontrado em células APC (células apresentadoras de antígenos). Existem três grupos de células apresentadoras de antígenos: macrófagos, células dendríticas e linfócitos B. Quando uma APC vai apresentar o antígeno para o linfócito T, ele apresenta um peptídeo antigênico, ou seja, uma estrutura estranha é capturada pelo macrófago, que vai digerir essa estrutura, vai transformar em pequenos peptídeos, lá dentro da célula, um desses peptídeos vai acoplar à molécula de MHC, e essa molécula de MHC vai mostrar esse peptídeo antigênico pro linfócito T, que reconhece através do TCR, e juntamente com ele existe uma outra molécula chamada de CD3 e um correceptor, que pode ser uma molécula de CD4 ou uma molécula de CD8. A apresentação do antígeno representa o primeiro sinal pra ativação do linfócito T, pra ele se ativar, ele precisa que a apresentação ocorra da maneira correta e essa célula precisa ser específica para esse peptídeo. Se ele não for específico, interage com essas moléculas e se solta dessa célula. Se a célula for específica pra esse peptídeo antigênico, não basta apenas isso, ela precisa receber dois sinais para ser capaz de se ativar: o primeiro é dado pela apresentação do antígeno que deve ser feita de maneira correta. Não é qualquer célula que é capaz de apresentar, ela tem que ser uma APC, que precisa expressar todas as moléculas necessárias para a apresentação. Primeiro ela tem que expressar uma molécula de MHC pela qual ela vai mostrar o peptídeo e o receptor vai reconhecer. E num segundo momento ela tem que expressar um outro grupo de moléculas chamadas de moléculas coestimulatórias. Se essa APC por algum motivo não expressar as moléculas coestimulatórias, o primeiro sinal não é suficiente para ativar o linfócito T, e é péssimo, porque na ausência do segundo sinal ele desenvolve o estado chamado de anergia, e fica incapaz de se ativar para sempre. Ex: um fagócito, que é um APC, fagocitou um material, que está sendo processado no seu citoplasma, e depois uma parte desse material, um peptídeo, é apresentado via molécula de MHC, o MHC apresenta e é reconhecido pelo TCR do linfócito T junto com seu complexo CD3 e seu correceptor. Se esse MHC que está apresentando for de classe 2, o correceptor vai ser uma molécula de CD4, aí esse linfócito recebeu o sinal para ativação, mas precisa receber o segundo sinal dado por moléculas coestimulatórias que vão estar tanto na superfície do macrófago quanto na superfície do linfócito T. Se ele receber os dois sinais, ele vai entrar no estado de ativação, vai produzir citocinas, depois proliferar, diferenciar e exercer seu papel. 
Normalmente o antígeno é processado pelo macrófago pra ser apresentado para a célula T. Mas existem antígenos chamados de superantígenos que se ligam diretamente aos receptores e ao MHC, enganando o linfócito T, forçando-o a se ativar, independente de ser específico para esse antígeno ou não. Existem superantígenos de origem bacteriana e de origem viral. Os de origem bacteriana não são processados pela célula, o que eles fazem é interagir do meio extracelular com a molécula de MHC de classe 2 e com o TCR, aproximando os dois e inserindo uma porção dos seus aminoácidos entre as duas moléculas e forçam a célula a entrar num estado de ativação, começando a produzir citocinas, proliferando e gerando resposta inflamatória. Só que esse linfócito T tem uma especificidade irrelevante para esse antígeno, levando a uma resposta inflamatória generalizada que pode levar à morte do indivíduo. Alguns superantígenos virais ligam no MHC, ligam no TCR, aproximam os dois e força o linfócito T a se ativar. Nesse caso, ele nem chega a inserir uma porção de aminoácidos entre as duas moléculas, ele interage apenas na parte externa da molécula, ativando o linfócito T inespecificamente, levando a intensa produção de citocinas. A vantagem é que alguns microorganismos crescem melhor num ambiente pró-inflamatório (mecanismo adaptativo aproveitando-se de mecanismo do hospedeiro). 
A célula B reconhece o antígeno pelas moléculas de superfície que compõem o BCR. O BCR é formado por várias moléculas de imunoglobulinas associadas. A imunoglobulina que forma o BCR é parecida com a que forma os anticorpos. A diferença é que as moléculas de imunoglobulinas que ficam na superfície da célula B para compor o BCR tem uma porção C terminal que é hidrofóbica, e por isso ela fica inserida na bicamada lipídica como uma proteína integral de membrana. Já os anticorpos produzidos pelos plasmócitos mais tarde, tem uma porção hidrofílica, por isso a célula consegue liberar pro seu meio extracelular como proteína solúvel. Essa molécula tem duas porções: uma inferior chamada de Fc, e uma superior chamada de Fab. Nas duas extremidades da porção Fab é onde ocorre a ligação com o antígeno. Quando o antígeno é identificado pela imunoglobulina de membrana, pelo BCR, é preciso emitir um sinal para dentro da célula para que ela seja informada de que o antígeno foi encontrado. Pra emitir esse sinal, ao lado de cada imunoglobulina de superfície existem duas proteínas chamadas de cadeias acessórias Ig alfa e Ig beta, elas não tem especificidade para o antígeno, são ligadas ao BCR de maneira não covalente, mas tem a importante função de transduzir o sinal para dentro da célula, porque elas tem uma porção intracitoplasmática muito maior, com um domínios ativadores. Portanto a imunoglobulina se liga ao antígeno específico e as cadeias acessórias emitem um sinal pra dentro da célula, e ela pode iniciar seu processo de ativação. 
Quando o antígeno que estiver ativando for de natureza proteica, vai ser chamado de timo-dependente. Quando uma célula B interage com uma proteína, muito embora haja uma sinalização intracelular, esse sinal não é forte o suficiente para levar a ativação da célula B. Apesar dessa célula ser um linfócito, vai endocitar o BCR e o peptídeo antigênico, e ela começa a digerir esse material e funciona então como uma APC, e processa esse peptídeo antigênico e como ela tem MHC do tipo 2 ela apresenta pro linfócito T, através da MHC do tipo 2, ela apresenta todas as moléculas necessárias coestimulatórias, fornecendo para o linfócito T todos os sinais para ele ser ativado. Se ele for específica para esse peptídeo, ele vai entrar num estado de ativação e produzir citocinas. Agora a célula B vai ter condições de se ativar, porque ela interagiu diretamente com a célula T, e recebeu citocinas dele, e consegue se ativar para o antígeno. Os linfócitos T são maturados na glândula tímica. Por isso os antígenos proteicos são chamados de timo-dependentes, porque para ativar a célula B, precisa haver interação com o T e fornecimento de citocinas. A célula B vai proliferar após ativação, e parte dessas células que proliferaram vão se tornar células de memória e vão compor um estoque para encontros futuros com esse mesmo antígeno, e a outra parte se diferencia em plasmócito, que é a célula secretora de anticorpos, que tem a mesma especificidade do BCR que reconheceu esse antígeno. 
Quando se tratar de um antígeno timo-independente, que são os polissacarídeos e lipopolissacarídeos, eles interagem diretamente com o BCR, fornecem sinais fortes o suficiente para ativar a célula B. Existe a participação de citocinas como segundo sinal, mas elas não precisam obrigatoriamente serem do linfócito T, podem ser produzidas por exemplo pela célula NK. A célula B se ativa, prolifera, se diferencia em plasmócito e produz seus anticorpos. A diferença é que agora não há produção de células de memória, a resposta não é duradora, diferente da resposta a antígeno timo-dependente. Pra ter célula de memória, o antígeno precisa ser timo-dependente. 
Existem algumas moléculas que apesar de serem antígenos, não tem antigenicidade. Então algumas estruturas chamadas de haptenos, que são muito pequenas,não conseguem estimular uma resposta específica. Existem estratégias de fazer com que um antígeno ganhe imunogenicidade e consequentemente antigenicidade. Os haptenos que por si só não conseguem estimular a resposta imunitária, quando são acopladas a carreadores, normalmente proteínas, elas ganham capacidade de estimular a resposta, ou seja, ganham imunogenicidade e antigenicidade. Ex: um hapteno acoplado à proteína carreadora, então passamos a ter um conjugado hapteno-carreador, que vai ser usado para imunizar um coelho por exemplo, depois de 14 dias encontramos no soro anticorpos que reconhecem apenas o hapteno, o carreador, e a porção de combinação carreador-hapteno. Ex de hapteno: DNP. Ex de carreador: BSA. O hapteno é uma molécula de baixo peso molecular que pode tornar-se imunogênica quando conjugada a um carreador adequado. Isso é importante quando trabalhamos por exemplo com moléculas que são estratégicas na construção de uma vacina mas não tem imunogenicidade, então ocorre a associação com um carreador para que ela seja capaz de provocar imunogenicidade e então uma resposta no indivíduo. 
O reconhecimento do antígeno pelo anticorpo é muito refinado. Pequenas modificações em uma molécula leva a resposta apenas para a molécula inserida no animal. Ex: inoculação de aminobenzeno leva a resposta apenas para ele, e não para moléculas com pequenas alterações. 
Quais são as propriedade de um imunógeno que contribuem para sua especificidade? Ou seja, o anticorpo produzido ser altamente específico para o antígeno. Quanto mais diferente das nossas estruturas, mais especificamente a resposta vai ser produzida. O tamanho da molécula é fundamental, moléculas extremamente pequenas tendem a não ter imunogenicidade, tendem a não estimular bem o organismo. A composição e heterogeneidade química, onde moléculas que são uma repetição sequencial muito grande, no caso dos polissacarídeos até estimulam bem a resposta humoral que é de curta duração, portanto a heterogenicidade química e composição é fundamental. Quando o antígeno é proteico a resposta é mais efetiva. A susceptibilidade ao processamento e apresentação, onde se eu tenho uma molécula que não consegue ser processada pelas APCs, ela não vai poder ser apresentada pelas moléculas de MHC, então um bom antígeno tem que ser passível de ser processado e se encaixar bem na molécula de MHC para poder ser apresentado. O próprio genótipo do animal que estamos estimulando contribui, e isso é observado também na vacinação de humanos, onde uns respondem melhor que outros. Entre camundongos, o BALB, o DBA, uns respondem melhor e outros pior. O rato é refratário a algumas doenças infecciosas. A via e dose de administração dos antígenos também faz toda a diferença: antígenos inoculados por via sanguínea tendem a induzir tolerância e não uma boa resposta no indivíduo; já antígenos inoculados por via intramuscular e subcutânea parecem estimular muito bem a resposta, talvez porque o microambiente e as células nessas regiões façam uma captura e processamento dos antígenos de maneira mais eficiente. Antígenos estimulam as vias respiratórias, por isso é utilizada a inalação em animais. Também a gavagem, e a intraperitoneal, muito usada, onde o antígeno é jogado na cavidade abdominal, onde existem muitos macrófagos residentes e os antígenos vão ser capturados e rapidamente processados por esses fagócitos. 
Quando temos um antígeno que mesmo com peso molecular adequado, mas ele não estimula tão bem o sistema imunitário, podemos melhorar a performance desse epítopo antigênico utilizando substâncias chamadas de adjuvantes, que quando misturados a determinados antígenos aumentam sua imunogenicidade. Os possíveis efeitos que os adjuvantes geram: o adjuvante prolonga a permanência do antígeno no ponto de inóculo e impede a difusão, então as células residentes tem tempo hábil de captura-lo e iniciar o processamento; além disso aumentam os sinais coestimulatórios, portanto a apresentação é feita de maneira mais eficiente; monócitos se diferenciam em macrófagos e ajudam na captura dos antígenos na resposta inflamatória, e os adjuvantes aumentam a inflamação local; estimula a proliferação inespecífica dos linfócitos. O sulfato de potássio e alumínio (alum) é o adjuvante aprovado pelo FDA. Algumas vacinas utilizam esses adjuvantes. O adjuvante completo de Freud é utilizado em pesquisas, ele é um macerado de bactérias produzido por um congelamento e descongelamento e centrifugação, associado a uma emulsão de óleo e água, que tem consistência insolúvel e isso é inoculado no animal associado ao antígeno de interesse. Só que o completo incita uma resposta muito forte no animal, e a partir do segundo inóculo é utilizado o adjuvante incompleto de Freud, que é só uma emulsão de óleo e água mais o antígeno de interesse. Existem novos adjuvantes sendo testados, como moléculas ligantes de TLRs, que vão se ligar a superfície do macrófago e induzir a ativação dele e rapidamente ele se torna uma célula apresentadora de antígenos. 
A todo momento entramos em contato com moléculas de potencial antigênico. Microorganismos e metazoários são fontes e respondemos para a maioria deles, e a resposta é muito eficiente que eles não são capazes de desenvolver doença, então não são considerados patógenos. Moléculas inertes como produtos de ácaros, como as fezes de ácaros que causam alergia. Produtos eliminados por insetos, descamação de pelos de animais, toxinas liberadas por fungos, substâncias químicas, geram resposta específica, por isso são antígenos. Também existem os antígenos próprios dos indivíduos, que são reconhecidos mas em situações normais não tem imunogenicidade. 
Na superfície das nossas hemácias existem moléculas que nem todos compartilhamos. As hemácias são classificadas em sistemas de classificação de hemácias, e existem vários, mas a mais utilizada é o sistema ABO, baseada na presença de açúcares de superfície, associado ao fator Rh, que é uma proteína chamada de proteína D, que pode estar presente ou ausente nas hemácias. No contexto dos carboidratos, as hemácias são classificadas da seguinte maneira: hemácias que tem N-acetilgalactosamina na superfície são do tipo A, as que tem galactose são do tipo B, as que tem ambos são AB, e aquelas sem açúcares são chamadas de O. Ex: tipo sanguíneo O, se entrar em contato com hemácia com um dos dois açúcares na superfície, o sistema vai encarar esses açúcares como antígenos e será montada uma resposta específica contra eles, podendo produzir anticorpos específicos contra esses açúcares. Quem tem proteína D não pode doar hemácias para quem tem fator Rh negativo, porque essa proteína vai representar um antígeno e desafiar esse organismo. ‘’Não se pode introduzir num sistema uma estrutura que esse sistema não possui, porque o que ele não possui, ele vai reconhecer como estranho e atuar contra ele’’. A pode doar para A, AB. O pode doar para todos (doador universal). AB (não doa para A, porque B vai ser encarado como estranho) só doa para AB, mas recebe de todos (receptor universal). O O não tem os açúcares, mas tem anticorpos anti-N-acetil e anticorpos anti-galactose (anticorpos que reconhecem N-acetil e galactose) que foram adquiridos durante o estabelecimento da microbiota intestinal, onde as bactérias criam seus nichos. Muitos desses microorganismos da microbiota intestinal tem açúcares semelhantes ao N-acetil e galactose, e como o indivíduo não as tem, reconhece como estranhas e produz anticorpos contra elas. AB não tem esses anticorpos, porque os açúcares são parecidos e o organismo pensa que são os próprios. A tem anticorpo anti-galactose, hemácia B tem anticorpo anti-N-acetil, AB sem anticorpo. O doador universal é importante quando a transfusão for inferior à 500mL, ele será a primeira escolha para a transfusão. Grandes volumes não podem ser transferidos de indivíduo O porque ele tem anticorpos contra os açúcares, então o ideal é que cada um receba exatamente o tipo sanguíneo que ele possui. Para todos os açúcares já temos anticorpos pré-formados,para o fator Rh não. O recebimento de transfusão sanguínea incompatível pela primeira vez não causa problemas (indivíduo sem fator Rh recebendo sangue com a proteína), mas a partir daí é montada uma resposta e não pode mais receber, porque pode levar à morte por choque.