Inmunógenos, antígenos y haptenos

FYTI.
Tema 07. ANTIGENOS
Curso 07-08
Tema 7
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Inmunógenos, antígenos y haptenos.
Adyuvantes
La respuesta inmune adaptativa se produce como consecuencia de la exposición a
moléculas extrañas. Estas sustancias extrañas se definen del siguiente modo:
Inmunógeno, sustancia que induce la respuesta inmune adaptativa.
Antígeno, cualquier agente capaz de unirse específicamente a los componentes de la
respuesta adaptativa (receptor del linfocito B [BCR] y anticuerpos solubles, así como al
receptor del LT [TCR]) Hay compuestos que no son capaces de inducir una respuesta
adaptativa pero, en cambio, reaccionan con los componentes de la respuesta elaborada
frente a ellos. Es decir, todos los inmunógenos son antígenos, pero no todos los
antígenos son inmunógenos.
Hapteno. Esta diferencia se hace obvia en el caso de las sustancias de bajo peso
molecular (grupo en el que se incluyen muchos antibióticos y drogas), que no son
capaces, por si mismos, de inducir una respuesta inmune pero que cuando se unen a
moléculas de peso molecular alto (tales como las proteínas) forman conjugados capaces
de inducir una respuesta inmune. Estas moléculas, de peso molecular bajo, se
denominan Haptenos y la molécula a la que se acoplan Portadores (“carrier”). Por tanto,
un Hapteno es un compuesto incapaz, por si mismo, de inducir una respuesta inmune
pero que reacciona con los componentes de la respuesta que se induce cuando se
conjuga con una molécula portadora.
Se ha comprobado que se puede producir respuesta inmune frente a todas las familias de
compuestos bioquímicos conocidas, incluyendo carbohidratos, lípidos, proteínas y
ácidos nucleicos. También se pueden inducir la respuesta a drogas, antibióticos, aditivos
alimentarios, cosméticos y pequeños péptidos sintéticos, pero solo cuando se acoplan a
un portador.
Características de los inmunógenos
Para que una sustancia sea inmunogénica debe tener las siguientes características:
• Ser extraña (1)
• Peso molecular alto (2)
• Complejidad química (3)
• Estructura (4)
• Poderse degradar a péptidos que interaccionen con las proteínas del CMH (5)
(1) El organismo normalmente no responden frente a lo propio; esta es la es la primera
condición para que un compuesto sea inmunogénico. Cuanto más extraña sea la
sustancia (más distancia génica) mayor será su inmunogenicidad.
(2) Las sustancias necesitan un peso molecular mínimo para ser inmunogénicas; 5-6
KDa se consideran el peso mínimo para la inmunogenicidad y esta aumenta en función
del peso molecular.
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(3) Un inmunógeno debe tener una complejidad química mínima. Homopolímeros de un
solo aminoácido con peso molecular alto (p.e. poli-lisina de Pm 30 KDa) es muy raro
que sean inmunogénicos. Pero si se les unen moléculas pequeñas o se introducen otros
aminoácidos (sobre todo si son aromáticos), la molécula se torna inmunogénica. En
general, el aumento de la complejidad química es directamente proporcional al aumento
de la inmunogenicidad.
(4) La mayoría de los inmunógenos son proteínas y la respuesta adaptativa reconoce
muchos 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)
(5) Para que los antígenos interaccionen con las células T (que son las que ponen en
marcha y coordinan 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
producidos (epitopos) a las moléculas CMH para enseñar el conjunto sobre la superficie
(presentación).
Otros requerimientos
Hay, además, otros factores que influyen en la inmunogenicidad, tales como la base
genética (genotipo) del hospedador, la dosis, vía de administración, etc. Las dosis
insuficientes y las demasiado abundantes no provocan la puesta en marcha de la
respuesta adaptativa, ya que inducen la tolerancia de los linfocitos. Pero además de la
dosis adecuada también influye en la respuesta el número de dosis administradas (pauta
de inoculación).
En cuanto a la vía de administración, la subcutánea da normalmente muy buenos
resultados, ya que el antígeno se deposita en la vecindad de las células de Langerhans
(DCs inmaduras de la piel), que son las CPAs más potentes del organismo. Estas células
emigran a los ganglios linfáticos próximos, donde se elabora la respuesta adaptativa.
Los antígenos administrados por vía intravenosa llegan al bazo, donde pueden inducir
tolerancia o, si se presentan por CPAs, inducir respuesta. La vía oral induce respuestas
locales de anticuerpos en la lámina propia del intestino y, con frecuencia, provoca
tolerancia sistémica a tal antígeno. La vía respiratoria (intranasal) es frecuente que
provoque respuestas alérgicas.
Como la respuesta adaptativa depende de las interacciones celulares, el tipo y la
intensidad de la respuesta refleja la población celular presente en el órgano al que llega
finalmente el antígeno.
Respuestas primaria y secundaria
El primer contacto con un inmunógeno provoca una respuesta primaria, tras una serie
de interacciones entre células T, CPAs y células B. La curva de anticuerpos que se
produce es característica.
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El siguiente contacto con el mismo inmunógeno induce una respuesta secundaria que
difiere de la primaria (más rápida, más amplia, más eficaz), como si el organismo
“recordara” que ya había estado expuesto a ese inmunógeno antes. De hecho, la
respuesta secundaria y las subsecuentes explotan el aumento del número de linfocitos
específicos para el inmunógeno producidos durante la respuesta primaria. Esta respuesta
también se llama “respuesta de memoria o anamnésica” y los linfocitos que participan
en ella se denominan células de memoria.
Antigenicidad y sitio de unión al antígeno
La respuesta inmune genera anticuerpos y/o linfocitos que reaccionan específicamente
con alguna porción del antígeno, a la que se denomina epitopo (también se le llama
determinante antigénico). El sitio de unión de un anticuerpo o del receptor de un
linfocito al epitopo presenta una estructura única que es complementaria del mismo.
La porción del anticuerpo (Ig) que se une específicamente al epitopo está situada en una
zona hipervariable de la molécula, que forma la llamada región determinante de la
complementariedad (CDR). El tamaño del epitopo del antígeno que se combina con el
CDR de un anticuerpo es de 5-7 aminoácidos. Lo que reconoce el receptor del linfocito
T son secuencias de 8-12 aminoácidos asociados en forma no covalente a proteínas del
Complejo Principal de Histocompatibilidad (CMH) en la superficie de las CPAs
(células presentadoras de antígenos).
Reconocimiento antigénico por parte de los linfocitos B y T
Características
Linfocitos B
Linfocitos T
El receptor B (Ig de
El receptor T fija al conjunto
Interacción con el Ag
membrana) fija al Ag
Ag-CMH
Proteínas, hidratos de
Péptidos
Naturaleza del Ag
carbono, lípidos
NO
Fijación Ags solubles SI
Epitopos reconocidos Accesibles (secuenciales Secuenciales, procedentes del
o conformacionales)
procesamiento
Los epitopos que reconocen las células B y T.
Como se ve en la tabla, los epitopos reconocidos por las células B difieren de los que
reconocen las células T. En general, los receptores de los linfocitos B reconocen y fijan
antígenos libres, en solución. Por tanto, los epitopos tienen que estar en la superficie de
la molécula antigénica donde son accesibles al receptor B. La parte terminal de las
cadenas laterales de polisacáridos y las porciones hidrofílicas de las moléculas de
proteína generalmente forman los epitopos B, aunque también los hay procedentes de
los plegamientos (epitopos conformacionales).
Las células T no son capaces de fijar a los antígenos solubles. La interacción de un
epitopo con el receptor T requiere que una CPA procese enzimáticamente al antígeno
(lo degrade a péptidos pequeños) para que las porciones se asocien a las moléculas
CMH. Por tanto, los receptores T solo pueden reconocer epitopos lineales
(secuenciales), pues los conformacionales se destruyen durante el procesamiento de la
proteína. Normalmente, estos epitopos lineales son porciones hidrofóbicas internas de la
proteína.
El resultado de todo esto es que los polisacáridos solo contienen epitopos reconocibles
por los linfocitos B, mientras que las proteínas contienen epitopos reconocible tanto por
las células B como por las células T.
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El número de epitopos de una molécula puede ser solo uno (hapteno) o múltiple y en
una proteína normalmente hay muchos y distintos, mientras que en los azúcares suelen
ser iguales (repetitivos).
Clases de antígenos
Polisacáridos. Son inmunógenos cuando se asocian a portadores proteicos, como ocurre
con los que forman parte de moléculas más complejas (glicoproteínas), que inducen una
respuesta inmune parte de la cual es específica para la parte hidrocarbonada de la
molécula. Pero también se puede inducir una respuesta inmune de anticuerpos frente a
muchos tipos de polisacáridos, como los que forman parte de microorganismos y células
eucariotas. El ejemplo clásico de antigenicidad de los polisacáridos es la respuesta a los
antígenos sanguíneos del sistema ABO, que son polisacáridos de la superficie de los
glóbulos rojos.
Lípidos. Son normalmente poco inmunogénicos, pero pueden inducir respuesta si se
unen a proteínas portadoras. Los lípidos de las mycobacterias se reconocen por un
subtipo especial de células T; los Tgd, que forman parte de la respuesta ancestral.
Ácidos nucleicos. No son muy inmunogénicos, salvo que se asocien con proteínas
portadoras. Los anticuerpos anti-DNA son característicos de varios procesos
autoinmunes.
Proteínas. Virtualmente, todas las proteínas son inmunogénicas y la gran mayoría de los
inmunógenos son proteínas. Cuanto mayor es la complejidad de la proteína más fuerte
es la respuesta. Normalmente contienen muchos epitopos.
Reacciones cruzadas
Se producen por la presencia de epitopos comunes en moléculas distintas. Un ejemplo
es la toxina diftérica que puede manipularse para que pierda su toxicidad conservando la
capacidad inmunogénica; se ha transformado en toxoide. La inmunización con el
toxoide (inocuo) da lugar a la formación de anticuerpos que neutralizan a la toxina
diftérica cuando se produce la infección. Estamos usando determinantes comunes para
vacunar, sin usar la toxina.
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 heterófilos. Por ejemplo el antígeno
sanguíneo A reacciona con los anticuerpos formados frente al antígeno capsular
(polisacárido) de un tipo de neumococo.
Adyuvantes
Son los “aditivos” que se usan para aumentar la respuesta a un inmunógeno dado. El
nombre viene del latín adjuvare (ayudar). Aunque su uso viene de antiguo, el interés
actual se debe a que los inmunógenos que se están desarrollando para hacer nuevas
vacunas (sobre todo las basadas en péptidos sintéticos) presentan una inmunogenicidad
muy pobre.
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.
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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 despacio en el sitio de inyección, lo que unido al aumento de tamaño que se genera
en la precipitación propicia 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 Freund (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).
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.
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