Tema 8.- Antígenos TEMA 8 ANTÍGENOS - Concepto de Antígeno Características de los antígenos - Superantígenos - Antígenos timoindependientes - Antígenos timodependientes Concepto de Antígeno Originalmente, el concepto antígeno se identificaba con una sustancia extraña que provocaba la formación de anticuerpos, es decir, era capaz de inducir la respuesta inmunitaria. El avance en el conocimiento de la inmunología revelo que: 1.- Existen sustancias propias que inducen una respuesta inmunitaria. 2.- Existen sustancias extrañas que no inducen respuesta. 3.- Para que se produzca respuesta es necesario la interacción con los receptores de los linfocitos T o B. Ante esta situación se tuvo que revisar el concepto de antígeno, asi como a introducir nuevos conceptos que contemplaran estas situaciones. Así se han introducido los conceptos de Inmunógeno, Antígeno y Hapteno y, que se podrían definir del siguiente modo: INMUNOGENO: Toda sustancia capaz de inducir la respuesta inmunitaria. ANTÍGENO: Todas aquellas sustancias capaces de ser reconocidas por los receptores de los linfocitos T o B. Dentro de estos se encuadrarían los HAPTENOS:,Aquellas sustancias de bajo Pm que, aunque si son capaces de unirse a los anticuerpos, no son capaces, por si solas, de provocar la respuesta inmunitaria a no ser que se encuentran unidas a un portador proteico de un mayor Pm. De esta forma, todo inmunógeno es un antígeno, pero no todo antígeno es inmunógeno. Características de los antígenos Naturaleza química: 420310191.doc Son todas sustancias orgánicas, en su mayor parte proteínas. Los lípidos,y ácidos nucleicos solo son antigénicos cuando se hallan unidos a proteínas. Otras sustancias orgánicas con capacidad antigénica son los carbohidratos, especialmente los polisacaridos. Un ejemplo de este tipo de antígenos es el sistema ABO. En el caso de los lípidos existen algunos lípidos que son inmunogénicos por si mismos como ciertos 14/11/2015 Pág. 1 de 10 Tema 8.- Antígenos Tamaño: Complejidad Constitución genética Distancia génica Vía de administración 420310191.doc ácidos grasos lineales (eje. Ácidos micólicos). Asimismo también se ha comprobado que pueden actuar como inmunogénicos ciertos lípidos unidos a proteínas como BSA o la hemocianina de moluscos. Esto se ha utilizado para test diagnosticos de muchas moléculas lipídicas (Esteroides, derivados de acidos grasos, vitaminas..etc) El Pm mínimo para inducir la respuesta del sistema inmunitario es de 4 kDa, aumentando proporcionalmente su capacidad con el aumento del Peso molecular. Así entre 5 y 10 kDa son malos inmunogenos Ha de existir una cierta variación en los componentes moleculares. Así un péptido constituido por un solo aminoácido no es capaz de inducir respuesta. Por el contrario, la potencia antigénica aumentará con el número de componentes. De igual forma, los aminoácidos aromáticos aumentan considerablemente la capacidad inmunogénica. La complejidad química contribuye a la complejidad Cada especie esta predeterminada para responder a ciertos tipos de antígenos. Por ejemplo los lipopolisacaridos que son inmunogénicos para ratones y el hombre, no lo son, en cambio, para cobayas y conejos. Asimismo y dentro de una misma especie el genotipo (CMH, TCR y BCR) puede influir en que se produzca o no una respuesta a una determinada proteína La distancia génica entre el que produce y el que recibe la molécula es determinante para inducir la respuesta. La BSA es mas inmunogenica para las aves que para las cabras. Existen moléculas muy conservadas (citocromo c, colágeno) que son muy poco inmunogénicas para todas las especies. Dentro de esta apartado se conocen como ALOANTÍGENOS a las sustancias que son antigénicas para los individuos de la misma especie. XENOANTÍGENOS, cuando los son para individuos de distinta especie u AUTOANTIGENOS, cuando lo son para el propio individuo. El modo de penetración en el organismo de una misma sustancia puede provocar distintas respuestas. Así un alergeno, que penetra por vía 14/11/2015 Pág. 2 de 10 Tema 8.- Antígenos Dosis respiratoria (pulmón), provoca la producción de IgE y la alergia correspondiente. Pero si esa misma sustancia es inoculada por vía intramuscular induce la producción de IgG (anticuerpos bloqueantes), que no sólo no provocan alergia, sino que curan la establecida. De todas las vías de penetración, las parenterales se consideran en general como vías artificiales, mientras que la aerógena, oral y sexual serian las naturales. De entre las primeras, los antígenos que penetren por vía intradérmica, subcutánea e intramuscular, llegarán a los ganglios linfáticos adyacentes, y los que penetren por vía intravenosa e intraperitoneal llegarán al bazo. La vía de administración condiciona las poblaciones celulares que intervienen en la respuesta. Para cada vía y para cada antígeno, existe una dosis óptima, que será aquella para la cual la respuesta será máxima. Dosis muy por encima o muy por debajo de la dosis máxima provocan lo que se conoce como una parálisis inmunitaria, caracterizada por la ausencia de respuesta. El sujeto presentaría en este caso lo que se conoce como una “Tolerancia de zona baja”, para el caso de exposición debil, o “tolerancia de zona alta” en caso contrario Como hemos visto, la mayoría de los antígenos son proteínas y la respuesta adaptativa reconoce los caracteres estructurales de estos compuestos. Por ejemplo, los anticuerpos pueden reconocer características estructurales de una proteína, tales como las estructuras: Primaria (secuencia de los aminoácidos en la cadena) Secundaria (plegamientos de la cadena primaria, que pueden ser en hélices alfa o en estructuras planas beta) Terciaria (formada por los plegamientos de la estructura secundaria mantenidos por puentes disulfuro, puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, etc.) Cuaternaria (formada por la yuxtaposición de varias subunidades proteicas) Para que los antígenos interaccionen con las células T (que son las que ponen en marcha la respuesta adaptativa) tienen que ser capaces de unirse a las moléculas CMH que se expresan sobre las CPAs. Estas células primero degradan mediante enzimas a los antígenos (procesamiento) y luego unen los fragmentos (epitopos) a las moléculas CMH para enseñar el conjunto sobre la superficie (presentación). Las 420310191.doc 14/11/2015 Pág. 3 de 10 Tema 8.- Antígenos sustancias que no se degradan enzimáticamente (tales como los carbohidratos) ni se procesan ni se presentan, por lo que no son capaces de activar a las células T (aunque si pueden activar a las células B). Asimismo las enzimas naturales actúan sobre L-aminoacidos. Esto ahce que los D-aminoacidos, estereoisomeros de los anteriores no pueden procesarse y no actúna como inmunógenos Fuerzas de unión del antígeno a los anticuerpos específicos En ella no interviene, en ningún caso, uniones covalentes sino: Interacciones electrostáticas Interacciones hidrofóbicas Puentes de hidrógeno Fuerzas de van der Waals Como estas interacciones son bastante débiles la unión complementaria epitopo-CDR debe producirse a lo largo de un área lo suficientemente grande como para que se sume el efecto de todas las interacciones disponibles. Esta necesidad es la base de la exquisita especificidad que se observa en las interacciones inmunológicas. La suma de todas estas pequeñas fuerzas que mantiene unido el epitopo y el paratopo se conoce como AFINIDAD. Mientras que el termino AVIDEZ es la fuerza total de unión del antígeno y el anticuerpo Epitopos Ya mencionamos anteriormente, que el receptor del linfocito, sólo se unirá a una parte de la molécula antigénica, que se denomina determinante antigénico o epitopo. De esta forma, lo que reconocen los receptores del sistema inmunitario son estas pequeñas porciones que forman parte de la molécula que sería el antígeno. El sitio de unión de un anticuerpo o del receptor de un linfocito al epitopo presenta una estructura única que es complementaria del mismo. Esta situada en una zona hipervariable de la molécula, que forma la llamada región determinante de la complementariedad (CDR) o paratopo. Lo que reconoce el receptor del linfocito T son secuencias pequeñas de aminoácidos asociados en forma no covalente a proteínas del Complejo Principal de Histocompatibilidad (CMH) en la superficie de las CPAs (células presentadoras de antígenos). En función del tipo de receptor que se une al antígeno, los epitopos ó determinantes antigénicos se clasifican en: Epitopos B, aquellos reconocidos por el BCR (Linfocitos B) Epitopos T, aquellos reconocidos por el TCR El receptor TCR reconocerá una serie de secuencias de aminoácidos (entre 3 y 20 aa) que se corresponderán con la estructura 420310191.doc 14/11/2015 Pág. 4 de 10 Tema 8.- Antígenos primaria. Por su parte el receptor BCR reconocerá los nuevos epitopos surgidos del plegamiento proteico que da lugar a la estructura secundaria1. Así existirán unos epitopos que serán propios de la estructura primaria, denominados por eso estructurales o continuos, y otros determinantes antigénicos propios de la estructura secundaria y que serán denominadas conformacionales o discontinuos. De esta manera, si se utiliza una proteína plegada (sin desnaturalizar) como inmunógeno se obtendrá una respuesta inmunitaria completa. Sin embargo, si rompemos, por ejemplo con calor, los enlaces responsables del plegamiento (desnaturalizada), el reconocimiento que se obtiene es sólo de linfocitos T, es decir solamente se reconocerán los epitopos estructurales. El número de epitopos diferentes, lógicamente, aumenta con el tamaño de la molécula, produciéndose por la tanto, varias respuestas del Sistema inmunitario, específicas para cada determinante antigénico diferente existente en la molécula.2 No todos los epitopos estimulan de igual manera al sistema inmunitario. De esta forma, existirán algunos que serán más inmunodominantes y que son los que prevalecen. En cambio otros denominados "crípticos" pueden no provocar respuesta. Dentro de los antígenos inmunodominantes nos encontramos con dos tipos: 1.- Estimuladores: Son aquellos epitopos, que cuando se reconocen en las condiciones adecuadas provocan la respuesta. 2.- Supresores: Son aquellos otros que cuando son reconocidos por el linfocito T provocan un estado de falta de respuesta. (Comprobar este termino) La respuesta inmunitaria exige la cooperación entre varios tipos de células, sobre todo entre los linfocitos T/B, para la producción de anticuerpos. Esto ocurre, casi al 100%, pero en ciertos casos, como son ciertas clases de proteínas y sobre todo hidratos de carbono, se pueden provocar la formación de anticuerpos sin que tenga lugar esa cooperación. En función de esta característica, los antígenos se dividen en dos categorías: 1.- Antígenos Timo-dependientes. Agrupa a la mayoría de los antígenos (90-95 %) 1La razón de ese distinto comportamiento, se debe a que los linfocitos B no necesitan que les procesen la información, como ha de ocurrir forzosamente con los T, y que por tanto han de ser previamente endocitados y parcialmente degradados (desnaturalizados). 2La tiroglobulina provoca la formación de 40 tipos de Ac diferentes. 420310191.doc 14/11/2015 Pág. 5 de 10 Tema 8.- Antígenos Se caracterizan principalmente por: - Provocar la aparición de IgM (respuesta primaria), pero se produce el cambio de clase al poco tiempo, y va siendo sustituida por IgG. Para esto, es necesario que intervengan citoquinas. - Generar memoria inmunitaria, es decir en un segundo o sucesivos contactos, el SI reacciona antes y con más efectividad (respuesta secundaria). 2.- Antígenos Timo-independientes. A su vez estos se subdividen en dos categorías Tipo I. Tipo II Constituidos por aquellos que estimulan a los linfocitos B por un lugar distinto al receptor. Esto provoca la aparición de una respuesta POLICLONAL E INESPECÍFICA, ya que no se estimula el clon del linfocito que posea el receptor que encaja. A estos antígenos se les conoce como mitógenos. Un ejemplo de estos lo constituyen los lipopolisacaridos de la pared bacteriana. La respuesta de anticuerpos es siempre del tipo IgM. Una característica de estos antígenos es que pueden estimular tanto células B maduras como inmaduras Son aquellos que se unen al receptor. Se da en aquellas sustancias con moléculas muy repetitivas en su secuencia. Por ejemplo los polisacáridos. Activan solo a linfocitos B maduros, probablemente (CD5+). Entre las características de estos últimos destacaríamos, que solo se producen IgM e IgG, y que no hay memoria ante un segundo contacto, circunstancia que si se produce en la respuesta frente a los antígenos Timo-dependientes.3 Por ello este tipo de antígenos no se pueden emplear como vacunas. La importancia de la respuesta a este tipo de antígenos radica en que muchas bacterias extracelulares presentan polisacáridos en su superficie. La presencia de estos restos, hace que sean resistentes a la fagocitosis por parte de los macrófagos. Sin embargo al inducir la formación de anticuerpos, que recubren a las bacterias favoreciendo su ingestión y destrucción. 3 En ratones a los que se les ha provocado la depleción de todas las células T no hay respuesta frente a este tipo de antígenos. Por ello se ha postulado que es posible que estos antígenos puedan activar a los linfocitos T por medio de moléculas de superficie presentes en todas las células T. Probablemente a la población de linfocitos T primitiva T γδ. 420310191.doc 14/11/2015 Pág. 6 de 10 Tema 8.- Antígenos Especificidad y reacción cruzada La complementariedad existente entre epítopo y paratopo condiciona la relación específica entre antígeno y anticuerpo. Dicha complementariedad afecta tanto a una relación espacial entre los grupos químicos reaccionantes, a la relación complementaria de cargas netas como a la relación estérica entre las estructuras. En general los anticuerpos son altamente específicos, siendo capaces de discernir entre pequeñas variaciones del antígeno, tanto a nivel de estructura primaria como de conformación estérica o configuración óptica del mismo. No obstante en ciertas ocasiones se presentan epitópos comunes en moléculas distintas. En otras ocasiones la similitud molecular, provoca, que los anticuerpos generados para el antigeno A, puedan unirse, aunque con menor afinidad al antígeno B. A estas situaciones se les denomina reacciones cruzadas4. Hay otros casos de reactividad cruzada donde las sustancias que reaccionan no están relacionadas, excepto en que tienen una o más áreas con características tridimensionales similares. A estas sustancias se las llama antígenos heterófilos5. Por ejemplo el antígeno sanguíneo 4 Dichas interacciones se definen como inespecíficas (señal de fondo) y pueden soslayarse modificando las condiciones del ensayo. Así, un incremento en la fuerza iónica o la presencia de detergentes a bajas concentraciones sólo permiten el establecimiento de interacciones de alta afinidad. La utilización de agentes saturantes, por ej. soluciones de proteínas o aminoácidos pueden actuar como bloqueantes de grupos reactivos presentes en la preparación. 5 Los anticuerpos heterófilos pueden ser definidos como un grupo de autoanticuerpos que reaccionan con múltiples antígenos, con baja afinidad; estas reacciones son inespecíficas y están presentes en pacientes con enfermedades autoinmunes como lupus, diabetes tipo 1, artritis reumatoidea etc., pueden reaccionar contra sus propias inmunoglobulinas; un ejemplo de este tipo de anticuerpos es el factor reumatoideo (IgM humana que tiene afinidad por IgG 420310191.doc 14/11/2015 Pág. 7 de 10 Tema 8.- Antígenos A reacciona con los anticuerpos formados frente al antígeno capsular (polisacárido) de un tipo de neumococo. Potenciadores de la respuesta inmunitaria La mayoría de las proteínas son poco inmunogénicas cuando se administran ellas solas. Para provocar un respuesta adecuada se necesita, casi siempre, administrar el antígeno junto con unas sustancias que se denominan adyuvantes. Así pues se pueden definir a estos como “cualquier sustancia que aumenta la inmunogeneicidad de cualquier antígeno que se mezcla con él. Los adyuvantes se diferencian de las proteínas portadoras (Haptenos), en que no forman enlaces estables con el antígeno. Además los haptenos son necesarios tanto para la respuesta primaria como secundaria, mientras que los adyuvantes lo son solamente para la primaria. En general el mecanismo de los adyuvantes incluye: Aumento de la vida media biológica o inmunológica de los antígenos de las vacunas Aumento de la producción local de citocinas inflamatorias Mejora en la liberación del antígeno y en su procesamiento y presentación por las CPAs, especialmente por las células dendríticas. Se sabe de modo empírico que los mejores adyuvantes son los que contienen componentes microbianos (p.e. extractos de mycobacterias). Estos componentes de patógenos inducen la expresión de moléculas coestimuladoras en las CPAs (macrófagos y DCs) así como la producción de citocinas. Ahora se ha comprobado que tal inducción por los componentes microbianos se debe a que contienen patrones moleculares (PAMPs); su unión a los TLRs de las CPAs genera las señales que llevan a la expresión de moléculas coestimuladoras y a la síntesis de citocinas. Los adyuvantes autorizados hasta ahora para uso humano son los que se basan en hidróxido de aluminio o fosfato de aluminio (alúmina). La alúmina se fija a las proteínas y las hace precipitar, induciendo así una respuesta inflamatoria que potencia de forma inespecífica la inmunogenicidad del antígeno. El antígeno precipitado se libera más humana). Estos anticuerpos heterófilos también pueden unirse por reacción cruzada, con anticuerpos de origen animal, que son utilizados en los radioinmunoensayos; esto no es sorprendente, ya que diferentes especies tienen similares fracciones Fc. La interferencia ocurre con mayor frecuencia en los ensayos inmunométricos, tipo sándwich, no competitivos, ya que estos Ac pueden unirse simultáneamente a los Ac de captura y de detección, generando una señal en ausencia del antígeno. Y como en estos sistemas, la señal es directamente proporcional a la concentración del antígeno, se está en presencia de un resultado falsamente elevado. 420310191.doc 14/11/2015 Pág. 8 de 10 Tema 8.- Antígenos despacio en el sitio de inyección, lo que unido al aumento de tamaño que se genera en la precipitación genera una mayor probabilidad de que el antígeno se fagocite por una célula presentadora. En los animales de experimentación se han usado muchos adyuvantes, siendo uno de los más corrientes el Adyuvante Completo de Freud (FCA), consistente en mycobacterias muertas suspendidas en aceite mineral. Al añadir la solución acuosa del antígeno se genera una emulsión que, inyectada, libera lenta y continuamente al antígeno con lo que mantiene constante la estimulación durante mucho más tiempo. Otros microorganismos usados como adyuvantes son el bacilo de Calmette-Guerin (BCG), que es una micobacteria atenuada, Corynebacterium parvum y Bordetella pertussis. En realidad, todos utilizan las propiedades estimuladoras de las moléculas asociadas al microbio cuando se fijan sobre los TLRs de las células presentadoras (especialmente las DCs). Por ejemplo para la vacuna triple DPT, se utilizan como adyuvantes componentes de Bordetella pertusis, agente etiológico de la tosferina. Los ISCOM (complejos inmuno-estimuladores) son unas mezclas de colesterol y saponinas que forman unas estructuras similares a jaulas en las que queda atrapada la solución acuosa del antígeno. Esta “jaulas” se funden con los lípidos de las membranas celulares y depositan así su contenido en el citosol. El resultado es una vacuna que induce una respuesta celular mediada por linfocitos T citotóxicos, en lugar de los anticuerpos que inducen las restantes vacunas. Los inmunoestimulantes también potencian la respuesta, pero de forma transitoria, inespecífica y sin necesidad de mezclarse con el Ag. Es el caso de las lectinas: proteínas de origen animal o vegetal que se fijan específicamente a hidratos de Carbono que hay sobre la membrana de linfocitos y provocan su multiplicación; son, por tanto, mitógenos, ya que obligan a los linfocitos de forma inespecífica a multiplicarse y a producir mediadores solubles de la inmunidad. Superantígenos Son de conocimiento reciente. Según la vía clásica, una CPA enseña un péptido unido a la molécula CMH al TCR. Los superantígenos son capaces de establecer la unión CMH-TCR por un mecanismo distinto, uniéndose por los lados (se unen a la región V de la cadena β del TCR) y produciendo la misma señal que si hubiese habido ese reconocimiento antigénico. Las consecuencias de ello, pueden llegar a ser desastrosas. Un Ag normal puede estimular del 0,01 al 0,1% del total de linfocitos T, un superantígeno puede estimular hasta al 20% de los linfocitos T. Un 420310191.doc 14/11/2015 Pág. 9 de 10 Tema 8.- Antígenos superantígeno que estimula a los linfocitos T induce su proliferación, que se traduce en: - producción elevada de citoquinas, que se traduce en una toxicidad sistémica6 y una supresión de la respuesta adaptativa - autoinmunidad: se pueden activar algunas células autorreactivas y dar productos de autoinmunidad - muerte celular (apoptosis): esa población que ha proliferado muere al poco tiempo, lo que implica la muerte de gran cantidad de linfocitos T que pueden hacer falta para otros fines. 6 la producción de estas cantidades de citoquinas da lugar a alteraciones similares a las que se producen en el shock séptico, que se caracteriza por colapso circulatorio, alteraciones metabólicas y coagulación intravascular diseminada, y cuyos mediadores principales son el TNF y la IL-1. 420310191.doc 14/11/2015 Pág. 10 de 10