El receptor antigénico

5.2. ANTICUERPOS.

5.2.1. UNIÓN Ag-Ac.

5.2.2. AFINIDAD DEL ANTICUERPO.

5.2.2.1. DEFINICIÓN DE AFINIDAD INTRÍNSECA.

5.2.2.2. DETERMINACIÓN DE LA AFINIDAD.

5.2.2.3. EFECTOS DE LA TEMPERATURA, pH Y CONCENTRACIÓN SALINA.

5.2.2.4. AFINIDAD Y AVIDEZ.

5.2.2.5. ESPECIFICIDAD.

5.2.2.6. SIGNIFICADO FISIOLÓGICO DE LOS ANTICUERPOS DE ALTA AFINIDAD Y BAJA AFINIDAD.

5.3. RECEPTOR DE LOS LINFOCITOS T

5.3.1. LOS LINFOCITOS T RECONOCEN EL Ag PROCESADO JUNTO AL MHC.

5.3.2. EL RECEPTOR CLONOTÍPICO T ES UN COMPLEJO MOLECULAR QUE NO PUEDE SECRETARSE AL MEDIO EXTERNO.

5.3.3. LIGANDOS DE LA POBLACIÓN T alfa-beta.

5.3.4. FORMACIÓN DEL COMPLEJO TRIMOLECULAR TcR/péptido/MHC.

5.3.4.1. CONTACTOS MHC-péptidos.

5.3.4.2. CONTACTOS PÉPTIDO-TCR.

5.3.4.3. CONTACTOS TCR-MHC.

5.3.5. PAPEL DE LAS CÉLULAS ACCESORIAS.

5.3.6. CARACTERÍSITICAS DE LOS LIGANDOS DE LOS LT gamma-delta.

5.3.7. INTERACCIÓN TCR-ANTÍGENO

5.4. TIPOS DE ANTÍGENOS.

5.4.1. ANTÍGENOS TIMO-INDEPENDIENTES DE TIPO 1 (TI-1)

5.4.2. ANTÍGENOS TIMO-INDEPENDIENTES DE TIPO 2 (TI-2)

5.2. ANTICUERPOS.

Anticuerpos Receptor de células T (TcR)
Modo de reconocer el antígeno El Ac reconoce el Ag en solución o sobre la superficie celular. El TcR reconoce al Ag sólo sobre la superficie celular.
Dependencia de MHC Reconocen al Ag por un mecanismo independiente de MHC (el Ag no está procesado). Reconocen los determinantes antigénicos formando parte del Ag en su forma original. Los TcR reconocen a los Ag asociados al MHC que hay sobre la superficie celular. Los Ag están degradados y procesados, por lo que el determinante antigénico que reconocen es un pequeño fragmento polipeptídico del Ag original.
Producción El Ac puede producirse como Rc en la superficie celular o como forma secretada. El TcR es una proteína integrante de membrana. No aparece en forma secretada.
5.2.1. UNIÓN Ag-Ac.

Los dominios V de los Ac y los TcR forman el sitio de fijación para el Ag. Estas regiones de contacto pertenecen a las zonas hipervariables que están al final del brazo Fab (interactua específicamente con el Ag). El Ag establece contacto con 10-12 aminoácidos de las regiones hipervariables, pero no forma enlaces covalentes con el antígeno. Los aminoácidos de la región FR son esenciales para el plegado del dominio V y mantener la integridad del sitio de unión al Ag.

Se forman múltiples puentes no covalentes entre Ac-Ag que en conjunto dan una unión fuerte. Estos enlaces dependen de la distancia entre los grupos que interactuan:

Enlace Características
Uniones de hidrógenos Se deben a la formación de puentes de hidrógeno entre grupos -NH2 y -OH del Ag y Ac. La energía libre de un enlace de hidrógeno es de 4.5 Kcal/mol.
Fuerzas electrostáticas Se deben a la atracción de grupos ionizados con carga eléctrica opuesta situados en el Ag y Ac. La fuerza es proporcional a 1/d2
Fuerzas de Van de Walls Son generadas por la interacción entre nubes de electrones (dipolos oscilantes) de Ag y Ac. La fuerza es proporcional a 1/d7.
Fuerzas hidrófobas Se basan en la asociación de grupos hidrofóbicos no polares, de forma que llega a hacerse mínimo el contacto con moléculas de agua. Pueden ser responsables de la mitad de la fuerza total de unión Ag-Ac.

El determinante antigénico y el sitio de combinación del Ac deben tener estructuras complementarias para que encajen y se combinen. Así:

– Deben existir grupos atómicos adecuados en partes opuestas del Ag y Ac.

– El sitio de combinación debe encajar con el Ag de forma que puedan formarse varias uniones no covalentes simultáneas y resistan la disrupción termodinámica.

Pero sí las nubes de electrones del Ag y Ac se solapan, entran en juego fuerzas estéricas repulsivas que dependen de la distancia (1/d12). Estas fuerzas son vitales para determinar la especificidad del Ac frente a un Ag particular, y su poder de disrupción entre varios Ag. Cualquier variación con respecto a la forma complementaria ideal, y la fuerza de repulsión es mayor que la de atracción (el Ag y Ac se separan). Todas las regiones hipervariables contribuyen a formar el sitio de unión al Ag, aunque la CDR3 es la que más contribuye.

Parece que existen indicios de que durante la maduración de la respuesta humoral de producción de anticuerpos se produce no sólo una selección de anticuerpos con mayor afinidad (selección termodinámica), sino con mayor rapidez (selección cinética).

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5.2.2. AFINIDAD DEL ANTICUERPO.
5.2.2.1. DEFINICIÓN DE AFINIDAD INTRÍNSECA.

Afinidad es la fuerza de unión Ag-Ac individual (un sólo sitio de unión y un sólo determinante antigénico). Viene dada por la suma de las fuerzas de atracción y repulsión (número de enlaces y clase de estos enlaces):

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F atracción >>> F repulsión (afinidad alta)F atracción <<< F repulsión (afinidad baja)

Para medir la afinidad de un sólo sitio de combinación es necesario emplear Ag monovalente y un Ac monovalente. Sí se aplica la ley de acción de masas, se obtiene la K de afinidad (inverso de la Kd).

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5.2.2.2. DETERMINACIÓN DE LA AFINIDAD.

Los métodos que se usan son diálisis, cromatografía de filtración en gel, centrifugación, precipitación selectiva. Se establece un sistema que permita el equilibrio de unión entre Ag y Ac para medir las concentraciones de Ag y Ac en el equilibrio.

Ka elevada: [Ag] pequeña para conseguir el equilibrio
Ka pequeña: [Ag] alta para conseguir el equilibrio
5.2.2.3. EFECTOS DE LA TEMPERATURA, pH Y CONCENTRACIÓN SALINA.

a) Temperatura:

– Muchas interacciones Ag-Ac tienen una Ka mayor a 4ºC que a 25ºC o 37ºC. Si se aumenta la temperatura, la afinidad decrece porque se rompen los puentes de hidrógeno y las uniones iónicas.

– Otras interacciones Ag-Ac dependen más de las interacciones hidrofóbicas. En este caso hay menos dependencia de la temperatura en Ka.

b) pH y concentración salina. La mayoría de las reacciones Ag-Ac necesitan pH neutro y concentración salina fisiológica (0.15M NaCl).

5.2.2.4. AFINIDAD Y AVIDEZ.
Afinidad intrínseca Afinidad funcional
ANTICUERPO Fab IgG IgG IgM
Valencia efectiva del Ac 1 1 2 superior a 10
Valencia del Ag 1 1 n n
Constante de equilibrio 1011 104 107 1011
Ventaja de la multivalencia 103 veces 107 veces
Definición de la unión Afinidad Afinidad Avidez Avidez

Cada Ac tiene dos sitios de unión para el Ag y son potencialmente multivalentes. Además, el Ag puede ser mono o multivalente.

Un hapteno tiene sólo un determinante antigénico y sólo reacciona con un sitio de unión (monovalentes), pero muchos Ag tienen más de un determinante antigénico (Ag multivalente). Cuando un Ag multivalente se une a más de un sitio de combinación de un Ac multivalente, la energía de unión es mayor que la suma de todos los sitios de unión, ya que para separarse, tendrían que romperse todos los lazos entre Ag y Ac simultáneamente.

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AVIDEZ o AFINIDAD FUNCIONAL es la fuerza con la que un Ac multivalente se une a un Ag multivalente. Depende de la afinidad de cada uno de los sitios de unión. Aunque depende de las afinidades individuales de cada uno de los determinantes individuales de ese antígeno, su valor es mucho mayor que la suma de afinidades. La diferencia entre estas dos Keq es la ventaja en la unión y se la conoce como EFECTO BONUS DE LA MULTIVALENCIA.

Los Ag naturales suelen tener más de un tipo de determinante antigénico. Cuando un antígeno de este tipo entra en un individuo, éste produce un antisuero, que presenta varios tipos de anticuerpos, cada uno de ellos dirigidos a un tipo diferente de determinante antigénico del Ag original. En esta caso se habla de AVIDEZ DEL ANTISUERO, que es la fuerza conjunta de los distintos anticuerpos de ese antisuero que reconocen al antígeno multivalente complejo.

Los factores que contribuyen a la avidez del antisuero son complejos, pero uno muy interesante es el derivado de la MULTIVALENCIA DEL ANTÍGENO. La fuerza de unión de un antígeno complejo multivalente a varios tipos de Ac es mucho mayor que la suma aritmética de las fuerzas de unión de cada anticuerpo.

La avidez refleja mejor la situación fisiológica, pero la afinidad nos caracteriza lo que ocurre con cada tipo de anticuerpo concreto en su interacción con el epitopo.

5.2.2.5. ESPECIFICIDAD.

a) Las reacciones Ag-Ac suelen ser específicas de una parte del Ag (determinante antigénico). El Ac está dirigido contra determinadas nubes electrónicas tridimensionales. Los Ac son capaces de expresar una especificidad notable y pueden distinguir pequeñas diferencias, como:

– Estructura primaria.

– Carga.

– Configuración óptica.

– Conformación estérica (estructura terciaría).

b) Hay casos en los que se dan REACCIONES CRUZADAS porque dos Ag comparten algún determinante antigénico.

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c) Los SITIOS DE UNIÓN POLIFUNCIONALES puede darse el caso de que una misma molécula de anticuerpo pueda ser complementaria de varios determinantes antigénicos distintos. En este caso, la unión de cada epitopo al anticuerpo es competitiva, aunque existen lugares distintos para cada epitopo dentro del paratopo del anticuerpo. Cuando inducimos una respuesta humoral frente al Ag “A”, se produce una población de Ac polifuncionales, que tienen en común el tener un sitio para “A” (aunque en dicha población se dan subpoblaciones, que, además podrían reconocer parte de otros Ag). La reactividad neta del antisuero es alta frente a “A” (el Ag inductor), pero baja frente a los demás Ag.

5.2.2.6. SIGNIFICADO FISIOLÓGICO DE LOS ANTICUERPOS DE ALTA AFINIDAD Y BAJA AFINIDAD.

La afinidad y avidez afectan a las especificidades fisiológicas y patológicas de los Ac. El Ac de alta afinidad es superior al de baja afinidad en varias reacciones biológicas:

– Hemaglutinación y hemolisis.

– Fijación del complemento.

– Anafilaxia cutánea pasiva.

– Eliminación inmunológica del Ag.

– Lesión de la membrana.

– Neutralización del virus.

– Capacidad protectora contra bacterias.

– Inactivación enzimática.

Los inmunocomplejos con Ac de baja afinidad persisten en la circulación durante más tiempo y pueden provocar glomerulonefritis e HPS III.

5.3. RECEPTOR DE LOS LINFOCITOS T

La respuesta de LB y LT frente a Ag son diferentes:

– LT: responden a Ag nativos y desnaturalizados (reconocen estructuras primarias y secundarias).

– Ac: responden a Ag nativos (reconocen estructuras terciarias).

5.3.1. LOS LINFOCITOS T RECONOCEN EL Ag PROCESADO JUNTO AL MHC.

Los LT no detectan el Ag libre y sólo lo hacen sobre las CPA (LTh) y en cualquier célula infectada por un virus o transformada (LTc). El repertorio de los LT alfa-beta está sesgado al reconocimiento de peptidos que se enclavan en una hendidura presente en las moléculas ce MHC, que se comportan como moléculas transportadoras de peptidos. Estos peptidos proceden de proteínas extra e intracelulares que son procesadas por digestión enzimática en compartimentos intracelulares (procesamiento de Ag). Los LT gamma-delta parecen haberse especializado en el reconocimiento de productos moleculares que sólo se producen cuando las células o los tejidos del animal han sido dañados o alterados.

5.3.2. EL RECEPTOR CLONOTÍPICO T ES UN COMPLEJO MOLECULAR QUE NO PUEDE SECRETARSE AL MEDIO EXTERNO.

El TcR es un complejo multimolecular donde la variabilidad de secuencia recae en dos proteínas integrales de membrana denominadas Ti, asociadas de forma no covalentemente a una serie de proteínas invariantes que facilitan su transporte a membrana y que son responsable de la transducción de señales al interior de la célula.

La agregación del TcR tras su unión al ligando específico induce una serie de señales intracelulares vitales para la activación del linfocito T. Para producir factores solubles y proliferar requieren señales coestimuladoras proporcionadas por unas células especializadas denominadas células accesorias.

5.3.3. LIGANDOS DE LA POBLACIÓN T alfa-beta.

Hay una serie de características del TcR que los hacen muy diferentes del de las Ig:

a) El repertorio de TcR alfa-beta está sesgado al reconocimientos de proteínas.

b) Este TcR reconoce en las proteínas determinantes lineales y no conformacionales, que se conservan después de la digestión enzimática.

c) Este TcR reconoce proteínas intracelulares y extracelulares.

d) El reconocimiento del Ag por parte del TcR alfa-beta requiere la presencia de CPA, que expresan los peptidos antigénicos asociados a MHC-I y II.

e) El repertorios TcR alfa-beta parece sesgado hacia el reconocimiento de moléculas de MHC alogénicos. Es una interacción restringida genéticamente porque los LT sólo reconocen al Ag asociado a su haplotipo de MHC. Dentro de un mismo haplotipo de MHC existen varias clases diferentes de locis génicos y cada uno interactua de forma diferente con un Ag.

Todos los autores coinciden en que está afinidad es baja, siendo su constante de disociación próxima a 10-6 M, muy inferior a la encontrada en Ig que han sufrido procesos de mutación.

5.3.4. FORMACIÓN DEL COMPLEJO TRIMOLECULAR TcR/péptido/MHC.

Para que una determinada proteína induzca la activación de un determinado linfocito se requiere que se produzca en dos condiciones:

– El procesamiento del Ag debe péptidos que se enclaven en algunas de las moléculas de MHC.

– El TcR debe reconocer la estructura formada por el péptido/MHC. El Ag procesado se halla asociado físicamente a las moléculas de MHC, y los LT reconocen al Ag y al MHC a la vez (hay una triple interacción entre TcR, MHC y Ag).

5.3.4.1. CONTACTOS MHC-péptidos.

Las características de está interacción son:

a) El número de residuos del péptido que rigen la unión a un determinado alelo MHC es pequeño:

– 8-10 residuos en los péptidos que se asocian a MHC-I.

– 12-24 residuos en los péptidos que se asocian a MHC-II.

b) La conformación del péptido es variable y no existe una estructura secundaria preferente.

c) La interacción péptido/MHC es específica. Sólo los péptidos que tengan unos residuos de anclaje específico se unirán a un determinado MHC-I. Para seguir dotando al individuo de la capacidad de unir péptidos con estructuras diferentes, el sistema MHC ha evolucionado generando múltiples loci con diferentes alelos.

d) La interacción péptido-MHC es degenerada. Una determinada estructura puede unirse a un número relativamente amplio de ligandos que difieren en su secuencia. Un mismo péptido se puede unir a distintos alelos de MHC y un mismo alelo de MHC puede unir distintos péptidos.

5.3.4.2. CONTACTOS PÉPTIDO-TCR.

Las zonas del péptido no involucradas en el contacto con las moléculas de MHC afectan al reconocimiento de LT (interacciona con el TcR). Las regiones CDR3 del TcR interacciona con el péptido enclavado en el MHC.

5.3.4.3. CONTACTOS TCR-MHC.

Clones con idénticas regiones V interaccionan con diferentes moléculas del MHC, y clones con distintas regiones V interaccionan con el mismo alelo del MHC.

5.3.5. PAPEL DE LAS CÉLULAS ACCESORIAS.

Los linfocitos T requieren la presencia de células que cumplan las siguientes funciones:

a) Generación de péptidos y transporte a membrana unidos al MHC.

b) Generación de señales accesorias por medio de moléculas de membrana y factores solubles.

c) Optimización de la interacción entre el Rc clonotípico y el complejo MHC-péptidos:

– Una primera interacción es inespecífica y es mediada por moléculas de adhesión. Permite al TcR inspeccionar la superficie de la membrana de la CPA, buscando al ligando.

– nteracción específica después que el TcR encuentre a su ligando. Aumenta la afinidad de las moléculas de adhesión, posibilitando la formación de nuevas interacciones, hasta que se produce la agregación de TcR y se activa el LT.

5.3.6. CARACTERÍSITICAS DE LOS LIGANDOS DE LOS LT gamma-delta.

a) Su repertorio no está limitado por el reconocimiento de las moléculas del MHC. Suelen reconocer Ag de histocompatibilidad no convencionales; no reconoce el MHC alogénico.

b) Los LT gamma-delta interaccionan con moléculas vacías de péptidos.

c) Muchos LT gamma-delta reaccionan con Ag de origen procariota o eucariota inducidos por situaciones de estrés celular, como las hsp.

d) No parece requerirse ni procesamiento ni tampoco presencia de moléculas de MHC en la célula presentadora, por lo que no hay restricción de MHC.

e) Algunos ligandos de LT gamma-delta no son susceptibles a proteasas y podrían ser hidratos de carbono.

f) El tamaño y la variabilidad del CDR3 se parece más a las de las cadenas pesadas y ligeras de las Ig que a las del TcR alfa-delta. Se cree que puede reconocer los Ag de la misma forma que las Ig.

5.3.7. INTERACCIÓN TCR-ANTÍGENO

El TCR tiene una Kd hacia {péptido-MHC} de sólo 4 a 6·10-5M (frente a 10-7 a 10-11M para la interacción Ac-Ag). Ello sugiere que aunque la interacción específica depende del TCR, el aumento de la afinidad que realmente se observa se debe al papel de moléculas accesorias y de adhesión.

Se piensa que en principio, el primer contacto entre la célula T y la célula presentadora o célula diana se produce por moléculas de adhesión mutuamente interactuantes, y entonces el TCR del linfocito T puede “rastrear” la superficie de la membrana de la célula que tiene enfrente en busca de complejos específicos {péptido-MHC}. A su vez, cuando se ha efectuado el contacto ternario TCR-péptido-MHC se induce un incremento transitorio en las moléculas de adhesión (CD2, LFA-1) que permite un contacto más estrecho y más prolongado, durante el cual la célula T ejecuta su papel (liberar ciertas citoquinas en el caso de la TH y excretar sustancias citolíticas en el de la TC). Finalmente, la célula T se desliga de la célula presentadora o de la célula diana.

Modelo hipotético de interacción TCR-péptido-MHC:

– De los tres CDR de cada cadena del TCR, CDR1 y CDR2 deben contactar con MHC, probablemente interactuando con las dos hélices en alfa, y CDR3 debe hacerlo con la porción hidrófila de los péptidos. Es decir, la variabilidad del TCR complementa la variabilidad del complejo MHC-péptido.

– Se ha propuesto la siguiente nomenclatura: la parte del TCR que interacciona con el péptido, por analogía con la de la Ig, se llamaría paratopo (y según el modelo anterior, residiría sobre todo en la zona de CDR3); las porciones de TCR que se ligan al MHC se llamarían histotopos.

– En cuanto al MHC, el sitio de unión al antígeno (que algunos llaman desetopo) reside, como vimos, en el surco que queda entre las dos alfa-hélices. El péptido (que como estudiamos, suele ser anfipático), mostraría su lado hidrófobo (el agretopo) al surco del MHC, mientras que por su porción hidrófila (epitopo) se uniría con el paratopo del TCR.

5.4. TIPOS DE ANTÍGENOS.

Para la puesta en marcha de una respuesta inmune humoral, en la mayor parte de los casos no es suficiente la única participación de los linfocitos B. Los linfocitos T también juegan un papel determinante. A las células T que ayudan a los linfocitos B en su activación se les denomina células T cooperadoras, y proporcionan ayuda –una vez reconocido el antígeno presentado por la propia célula B-mediante moléculas de membrana que se unen a ligandos de los linfocitos B o mediante la liberación al medio de factores solubles (citocinas), que se unen a receptores en los linfocitos B. A este tipo de antígenos se les denomina T-dependientes. Pero no todos los Ag inducen respuestas B de tipo T-dependiente, hay algunos que pueden desencadenar dicha respuesta en ausencia de células T: son los denominados Ag T-independientes. Antígenos timo-independientes (TI o Tind) son aquellos que inducen respuesta humoral en ausencia de contactos con linfocitos TH.

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5.4.1. ANTÍGENOS TIMO-INDEPENDIENTES DE TIPO 1 (TI-1)

Provocan respuesta humoral en ratones scid carentes de timo. Esto significa que son totalmente independientes de ninguna función de linfocitos TH.

– A altas concentraciones se comportan como activadores policlonales de linfocitos B (mitógenos de B), debido a que interaccionan con moléculas de la célula B diferentes de la mIg, eludiendo las dos señales tradicionales (contactos entre moléculas de membrana de T y B, y citoquinas de TH).

– Inducen la secreción de IgM, pero sin provocar maduración de afinidad, ni memoria, ni cambio de clase.

– A bajas concentraciones provocan una respuesta específica rápida, anterior a la respuesta timo-dependiente.

– El ejemplo típico de antígeno TI-1 es el lipopolisacárido (LPS) de bacterias Gram-negativas.

5.4.2. ANTÍGENOS TIMO-INDEPENDIENTES DE TIPO 2 (TI-2)

– Suelen ser moléculas poliméricas con epitopos repetitivos como las de la cápsula del neumococo, flagelos bacterianos, etc.). Al ser multivalentes provocan un gran entrecruzamiento de muchos receptores BCR del linfocito B, que junto con citoquinas de un TH cercano (pero sin contactos directos) provocan la activación monoclonal de un tipo de linfocitos llamados células B CD5+.

– La mayoría son no proteicos (lipopolisacárido, polisacáridos), y por lo tanto no pueden ser procesados y expuestos en el surco de MHC. Juegan un papel importante contra bacterias capsuladas (Haemophilus, Streptococcus pneunomiae) que suelen ser difíciles de ingerir por los fagocitos de forma directa.

– Suelen ser resistentes a la degradación. En los ganglios quedan retenidos en las membranas de macrófagos de los senos subcapsulares.

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