Anticorpos e antígenos

Prévia do material em texto

ANTICORPOS E ANTÍGENOS
· Os anticorpos podem existir sob duas formas: ligados a membranas na superfície de linfócitos B, atuando como receptores de antígenos, ou anticorpos secretados, que neutralizam toxinas na circulação, tecidos e mucosas; 
· A eliminação de antígenos geralmente demanda interação de anticorpos com outros componentes do sistema imune, como complemento e células fagocitárias; 
· Após a exposição ao antígeno, células B tornam-se plasmócitos secretores de anticorpos, que se acumulam no plasma, em secreção mucosas e no líquido intersticial; 
· Após a coagulação sanguínea, os anticorpos permanecem no soro; logo, quando encontrados neste fluido ele é denominado antissoro; soros com alta concentração de anticorpos específicos para determinado antígeno são ditos de alto título; 
· Um indivíduo adulto de 70 kg produz cerca de 2 a 3 g de anticorpos por dia, sendo quase 2/3 de IgA, produzido nas paredes dos tratos respiratório e gastrintestinal. 
ESTRUTURA DO ANTICORPO
· Características gerais da estrutura de anticorpos:
· A maioria dos anticorpos é encontrada no terceiro grupo de migração mais rápida na eletroforese de proteínas plasmásticas, nas gamaglobulinas, também podendo ser chamados de imunoglobulinas; 
· Todas as moléculas de anticorpos possuem as mesmas características estruturais básicas, porém, apresentam enorme variabilidade na região de ligação ao antígeno; 
· As funções efetoras são associadas a regiões não ligantes ao antígeno, que apresentam pouca variação entre as moléculas; 
· Possuem uma estrutura central simétrica, com duas cadeias leves idênticas (Light) e duas cadeias pesadas idênticas (Heavy); 
· As cadeias contêm uma série de unidades homólogas repetidas, cada uma com cerca de 110 resíduos de aminoácidos, que se dobra em uma forma globular denominada domínio Ig; 
· No domínio, aminoácidos em posições não sequenciais realizam uma ligação dissulfídica, de forma que a ligação encurte o espaço entre eles mas faça uma espécie de “alça” com os aminoácidos intermitentes.
· As cadeias são compostas por regiões aminoterminais variáveis (V), que participam do reconhecimento de antígenos, e regiões carboxiterminais constantes (C), que no caso das cadeias pesadas medeiam funções efetoras das moléculas; 
· Nas cadeias pesadas, a região V é composta por um domínio Ig e a região C, por três ou quatro; nas cadeias leves, há um domínio em V e um em C; 
· A região V de uma cadeia pesada e a da cadeia leve formam o sítio de ligação ao antígeno); devido à estrutura simétrica, cada molécula de anticorpo apresenta pelo menos dois sítios de ligação; 
· Cadeias pesadas podem apresentar duas formas, de acordo com sua extremidade carboxi: uma ancora anticorpos ligados à membrana de linfócitos B e a outra é secretada quando associada a cadeias leves de Ig; 
· Cadeias leves e pesadas são ligadas por pontes dissulfeto formados nas terminações carboxil da cadeia leve e do domínio CH1 da cadeia pesada; 
· As duas cadeias pesadas também são ligadas por pontes dissulfeto, nas regiões CH2, próximas à região conhecida como dobradiça; 
· A região composta por VH, CH1, VL, CL é denominada fragmento de ligação ao antígeno (Fab); 
· A região que compreende CH2 e CH3 é denominada fragmento cristalizável (Fc), pela sua propriedade de autoassociação e cristalização em treliça; 
· Muitas outras proteínas do sistema imune apresentam domínios com a estrutura dobrada da Ig, pertencendo à superfamília Ig; 
· Esses domínios são classificados como símile V ou símile a C.
· Características estruturais das regiões variáveis de anticorpos: 
· A maioria das diferenças de sequência e variabilidade entre diferentes anticorpos é confinada a três curtos segmentos na região V da cadeia pesada e a três curtos segmentos localizados na região V da leve; tais segmentos são conhecidos como segmentos hipervariáveis e correspondem às alças protrusas que conectam os domínios V das cadeias; 
· Em uma molécula de anticorpo, os três segmentos hipervariáveis das cadeias L e H são unidos, formando a superfície de ligação ao antígeno; 
· Uma vez que tais regiões formam uma complementaridade para a estrutura tridimensional do antígeno ligado, podem ainda ser chamadas de regiões determinantes de complementaridade (CDR); 
· Da porção aminoterminal de VL ou VH, as regiões são denominadas CDR1, CDR2, CDR3;
· As diferenças sequenciais entre os CDR de diferenças moléculas de anticorpos contribuem para a formação de superfícies de interação distintas, logo, para geração das especificidades; 
· Na ligação anticorpo-antígeno, há formação de múltiplos contatos, sendo o mais extenso feito com CDR3, a mais variável das CDR. 
· Características estruturais das regiões constantes de anticorpos:
· Com base nas diferenças estruturais das regiões constantes de cadeias pesadas, os anticorpos podem ser divididos em classes ou isótipos, denominados IgA (α), IgD (δ), IgE (ε), IgG (γ) e IgM (µ); 
· Em seres humanos, IgA pode ser subdividido em 1 (α1) e 2 (α2); e IgG em 1 (γ1), 2 (γ2), 3 (γ3) e 4 (γ4);
· As regiões C da cadeia pesada de todas as moléculas envolvendo uma classe apresentam a mesma sequência de aminoácidos, mas diferente entre as classes; 
· Em IgE e IgM, as regiões C contêm quatro domínios Ig sequenciais, enquanto nas demais classes há três; 
· Em cada isótipo, as regiões podem ser designadas de forma mais específica, como Cγ1, Cγ2, etc;
· Diferentes classes ligam-se a diferentes células e/ou moléculas e executam funções efetoras diversas; 
· Muitas moléculas de anticorpos podem orientar seus sítios de ligação, de forma que duas moléculas de antígeno em uma superfície possam ser engajadas de uma só vez;
· Tal flexibilização deve-se à região de dobradiça, local em que se encontram algumas das maiores diferenças entre as subclasses de IgG, levando à geração de diferentes formatos. 
· Existem duas classes de cadeias leves, denominadas κ e λ, diferenciadas por suas regiões carboxiterminais constantes; 
· Uma molécula de Ig apresenta duas kappas idênticas ou duas lambdas idênticas; em humanos, há prevalência de 60% pelas κ e de 40% pelas λ; 
· Diferenças nessa proporção estão associadas clinicamente ao diagnóstico de linfomas de células B (expansão monoclonal envolvendo um tipo de cadeia leve). 
· Na forma secretada, a porção carboxiterminal é hidrofílica; na forma ligada à membrana, tal porção apresenta uma hélice hidrofóbica e um segmento de carga positiva que auxilia na ancoragem; 
· IgG e IgE secretadas e todas as moléculas Ig de membrana são monoméricas; por outro lado, IgA forma dímeros, já IgM forma pentâmeros e hexâmetros; 
· Esses complexos são formados por interações entre as regiões terminais da cauda, localizadas nas porções carboxiterminais das cadeias pesadas mi e alfa;
· Moléculas multiméricas de IgA e IgM também apresentam uma cadeia de junção (J), que forma pontes dissulfeto com as caudas e estabiliza os complexos;
· As formas multiméricas ligam-se aos antígenos com maior avidez do que as monoméricas.
· Quando moléculas de Ig de uma espécie são introduzidas em outra espécie, o aceptor monta uma resposta imune e sintetiza anticorpos às regiões C da Ig administrada – doença do soro; 
· Quando uma variante polimórfica encontrada em indivíduos da mesma espécie pode ser reconhecida por um anticorpo, denomina-se alótipo (e o anticorpo, antialotípico);
· Diferenças observadas entre regiões V nos CDR dos anticorpos constituem os idiótipos dos anticorpos (e o anticorpo, anti-idiotípico). 
· Anticorpos monoclonais:
· São anticorpos específicos para um único epítopo de um antígeno, ou mistura de antígenos, usado na identificação de células secretoras de Ig; 
· Algumas de suas aplicações são:
· Identificação de marcadores fenotípicos únicos a determinados tipos celulares: grupamentos de diferenciação; 
· Imunodiagnóstico; diagnóstico de muitas doenças infeciosas e sistêmicas é baseado na detecção de determinados antígenos ou anticorpos na circulação ou em tecidos; 
· Detecção de tumores; 
· Terapia: os anticorpos monoclonais podem ser direcionadosa células e moléculas envolvidas na patogênese de diversas doenças; ex: anticorpos contra TNF, no tratamento da artrite reumatoide;
· Análise funcional de moléculas secretadas ou ancoradas à superfície celular.
SÍNTESE, MONTAGEM E EXPRESSÃO DE MOLÉCULAS DE IG
· O enovelamento adequado das cadeias pesadas e sua montagem com as cadeias leves são regulados por proteínas residentes no retículo endoplasmático denominadas chaperoninas, como a calnexina e a BiP (proteína de ligação); 
· Tais proteínas ligam-se aos polipeptídeos e garantem que sejam degradados ou retidos em caso de não formação correta. 
· O processo de estabilização do anticorpo (pontes dissulfeto) também é realizado no reticulo endoplasmático; depois da montagem, as chaperoninas se desligam dos polipeptídeos; 
· As moléculas de Ig são, então, deslocadas até o complexo de Golgi, empacotadas em vesículas e enviadas à membrana plasmática, onde podem ser ancorados à bicamada ou secretados; 
· A primeira célula na linhagem dos linfócitos B a produzir Ig é chamada pré-linfócito B e sintetiza a cadeia pesada µ; 
· Essas cadeias se associam a cadeias leves substitutivas, formando o receptor do pré-linfócito B, expresso em pequenas quantidades na superfície celular;
· Linfócitos B imaturos ou maduros produzem cadeias leves kappa ou lambda, que se associam às cadeias pesadas mi para formar moléculas de IgM;
· Linfócitos maduros expressam IgM e IgD em suas membranas, que atuam como receptores de superfície celular que reconhecem antígenos e iniciam o processo de ativação; 
· O receptor do pré-linfócito e o do linfócito B propriamente dito associam-se a duas proteínas integrais de membrana, Igα e Igβ, que desempenham funções de sinalização essenciais para a expressão de IgM e IgD. 
· Quando ativados por antígenos, os linfócitos passam a produzir mais a forma secretada de Ig, em detrimento da ancorada à membrana; além disso, há produção de outros isótipos que não IgM e IgD (processo de mudança ou switching);
· Meia vida de anticorpos: 
· Diferentes isótipos apresentam meias veias variáveis; 
· IgE apresenta meia vida de cerca de 2 dias, quando na circulação, embora a forma ancorada à membrana apresente meia vida muito longa; 
· IgA circulante apresenta meia vida de cerca de 3 dias e IgM, 4 dias;
· IgG circulantes têm meia vida de cerca de 21 a 28 dias; sua longa meia vida é atribuída à sua capacidade de ligação a receptores Fc específicos, os receptores neonatais de Fc - FcRn (também envolvidos no seu transporte pela barreira placentária, durante a vida fetal, e intestinal durante o início da vida no meio externo); 
· O FcRn é estruturalmente similar à MHC de classe 1 e é encontrado na superfície de células endoteliais (e outros tipos celulares) e se liga à IgG micropinocitada em endossomos ácidos; 
· O receptor “sequestra” a IgG e, então, a devolve à circulação; tal processo impede sua degradação rápida assim como as demais Igs;
· Esta “vantagem” pode ser utilizada de modo terapêutico, como no caso da administração de TNFR-Ig (há fusão da região Fc da IgG a um domínio extracelular do receptor tipo 2 de TNF), molécula empregada no tratamento de artrite reumatoide e psoríase, pelo bloqueio das ações inflamatórias do TNF. 
LIGAÇÃO ENTRE ANTICORPOS E ANTÍGENOS
· Características dos antígenos biológicos:
· Anticorpos podem reconhecer como antígenos praticamente todos os tipos de moléculas biológicas, como açúcares, lipídios autacoides e hormônios, assim como macromoléculas, como carboidratos complexos, fosfolipídios, ácidos nucleicos e proteínas; 
· Linfócitos T, por sua vez, reconhecem principalmente peptídeos; 
· Somente macromoléculas são capazes de estimular linfócitos B, iniciando respostas imunes humorais, pois a ativação dessas células requer a ligação cruzada (cross-linking) de múltiplos receptores de antígenos com seus respectivos antígenos proteicos, para estimulação de linfócitos T helper; 
· Para geração de anticorpos específicos, cópias dessas pequenas moléculas (haptenos) são ligadas a uma proteína ou um polissacarídeo (carreadores) antes da imunização; assim, um complexo hapteno-carreador pode atuar como imunógeno (molécula que estimula resposta imunológica). 
· Macromoléculas são geralmente maiores que a região de ligação ao antígeno dos anticorpos, sendo a molécula ligante parte de sua estrutura e denominada epítopo ou determinante;
· A presença de múltiplos epítopos em um antígeno é referida como polivalência ou multivalência; muitas proteínas globulares não apresentam múltiplos epítopos idênticos e não são polivalentes, a não ser que estejam agregadas. 
· A disposição espacial de diferentes epítopos em uma molécula proteica pode influenciar a ligação dos anticorpos de diferentes formas; 
· Quando os epítopos são bem separados, dois anticorpos podem se ligar a um mesmo antígeno mas sem influenciar os demais – não sobrepostos; 
· Quando estejam próximos, a ligação do primeiro anticorpo pode provocar interferência na ligação do segundo – sobrepostos; 
· Em casos raros, a ligação de um anticorpo pode determinar mudanças conformacionais no antígeno, facilitando ou dificultando a ligação de um segundo a outro sítio – efeito alostérico.
· Epítopos formados por diversos resíduos de aminoácidos adjacentes são denominados determinantes lineares, que podem ser acessíveis caso estejam na superfície externa ou região estendida de uma proteína dobrada, ou inacessíveis, surgindo somente na desnaturação; 
· Determinantes conformacionais são aqueles que não estão em sequência linear, mas passam a ser justapostos na proteína dobrada;
· Modificações em proteínas, como glicosilação, fosforilação, acetilação, podem gerar novos epítopos, denominados determinantes neoantigênicos. 
· Base estrutural e química da ligação ao antígeno:
· Superfícies amplas similares de ligação são características de sítios de ligação de linfócitos T; por sua vez, moléculas de MHC contêm fendas de ligação ao antígeno que acomodam pequenos peptídeos; 
· O reconhecimento do antígeno pelo anticorpo envolve a formação de uma ligação não covalente e reversível; 
· A força de ligação entre um único sítio de combinação de um anticorpo e um epítopo do antígeno é chamada afinidade do anticorpo, expressa pela constante de dissociação (Kd), que indica a facilidade de separação do complexo antígeno-anticorpo de seus constituintes; 
· A Kd de anticorpos produzidos em respostas humorais comuns geralmente varia de 10-7 M a 10-11 M. 
· Devido à flexibilidade da região de dobradiça, um anticorpo pode se ligar a um único antígeno multivalente por mais de um sítio de ligação (IgE e IgG, no máximo 2; IgM, até 10);
· A avidez é a força geral de ligação de todos os sítios a todos os epítopos disponíveis e é muito maior que a afinidade de cada sítio; assim, uma molécula de IgM de baixa afinidade ainda é capaz de se ligar intensamente ao antígeno polivalente; 
· A interação de um antígeno polivalente a um anticorpo específico pode formar um complexo imune; 
· Em concentrações corretas, antígenos e anticorpos formam uma extensa rede de ligações cruzadas, de modo que muitas ou até todas as moléculas são reunidas; 
· Esses complexos podem ser dissociados em agregados menores, seja por aumento da concentração de antígeno (zona de excesso de antígeno) ou de anticorpo (zona de excesso de anticorpo), em que as moléculas livres deslocam seus semelhantes de seus ligantes. 
RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E FUNÇÃO EM MOLÉCULAS DE ANTICORPOS
· Características relacionadas ao reconhecimento do antígeno:
· Especificidade: aplica-se ao reconhecimento de todas as classes de moléculas, podendo, por exemplo, distinguir dois determinantes lineares proteicos que diferem somente uma única substituição aminoácida que pouco interfere na estrutura secundária; 
· Alguns anticorpos podem se ligar a antígenos diferentes, mas estruturalmente similares, processo chamado reatividade cruzada. 
· Diversidade: capacidade de ligação específica de anticorpos a um grande número de diferentes antígenos, sendo a coleção total denominadarepertório total de anticorpos; 
· A recombinação de sequências de DNA de linhagem germinativa em linfócitos forma genes que codificam as regiões variáveis de cadeias pesadas e leves. 
· Maturação de afinidade: o mecanismo de geração de anticorpos de alta afinidade envolve a ocorrência de modificações delicadas na estrutura das regiões V durante respostas imunológicas humorais dependentes de linfócitos T a antígenos proteicos;
· Tais alterações são provocadas por um processo de mutação somática em linfócitos B estimulados, gerando novas estruturas nos domínios V, de forma que alguns se ligam com maior afinidade (ex: na resposta secundária) que os domínios originais (ex: na resposta primária).
· Características relacionadas às funções efetoras: 
· A IgG recobre micro-organismos, tornando-os alvo da fagocitose por neutrófilos e macrófagos; isso é possível devido a receptores específicos para a cadeia pesada expressos nessas células; 
· IgE, por sua vez, se liga a mastócitos, desencadeando sua desgranulação, devido a receptores específicos;
· A via clássica do sistema complemento é iniciada pela ligação de C1q a porções Fc de IgG ou IgM complexadas ao antígeno; 
· As funções efetoras são iniciadas apenas por moléculas que já se ligaram a antígenos, não por Ig livres; 
· A ligação de duas ou mais regiões Fc de anticorpos adjacentes é necessária ao desencadeamento de sistemas efetores; assim, as funções efetoras são especificamente direcionadas à eliminação dos antígenos reconhecidos;
· Anticorpos livres circulantes desencadeiam respostas efetoras ineficientes e inadequadas.
· Após a estimulação, um único clone de linfócitos B pode produzir anticorpos de diferentes isótipos que apresentam domínios V idênticos, logo especificidade idêntica; 
· Devido à mudança de classe, diferentes progênies de linfócitos B que inicialmente expressavam IgM e IgD podem sintetizar isótipos mais adequados à eliminação do antígeno;
· Uma resposta de anticorpo contra muitas bactérias e vírus é dominada por IgG, enquanto a resposta a helmintos é dominada por IgE.
· As regiões C da cadeia pesada de anticorpos podem determinar a distribuição tecidual das moléculas; ex: IgA pode ser secretada de forma eficiente através de epitélios de mucosa e é a principal classe encontrada no leite materno.