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Sistema de complemento

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1.1. INTRODUCCIÓN.

1.1.1. NOMENCLATURA.

1.1.2. ACTIVIDADES DE LAS PROTEÍNAS DEL SISTEMA DE COMPLEMENTO (SC).

1.1.3. FAMILIAS DE LAS PROTEÍNAS DEL COMPLEMENTO.

1.2. ACTIVACIÓN DEL COMPLEMENTO.

1.2.1. C3 Y PROTEÍNAS QUE CONTIENEN TIOESTER.

1.2.2. COMPARACIÓN DE LAS VÍAS CLÁSICA Y ALTERNATIVA.

1.2.3. VÍA CLÁSICA.

1.2.4. REGULACIÓN DE LA VÍA CLÁSICA.

1.2.5. ACTIVACIÓN POR LA VÍA ALTERNATIVA.

1.2.6. CIRCUITO DE AMPLIFICACIÓN INDEPENDIENTE DE ANTICUERPOS (común a las dos vías).

1.2.7. REGULACIÓN DE LA VÍA ALTERNATIVA Y DE LA ACTIVACIÓN DEL CICLO DE AMPLIFICACIÓN.

1.3. COMPLEJO DE ATAQUE A MEMBRANA (MAC).

1.3.1. FORMACIÓN DEL MAC.

1.3.2. REGULACIÓN DE LA ACTIVACIÓN.

1.3.2.1. FASE LÍQUIDA

1.3.2.2. SOBRE LA MEMBRANA CELULAR

– Las proteínas del complemento aparecen durante el desarrollo fetal, y pueden detectarse antes que la IgM circulante.

– Su concentración en el recién nacido es del 50-60% de los niveles séricos del adulto.

– Apareció antes que los Ac durante el desarrollo evolutivo.

1.1. INTRODUCCIÓN.

1.1.1. NOMENCLATURA.

a) El orden de reacción es: C1q, C1r, C1s, C4, C2, C3, C5, C6, C7, C8, C9.

b) Muchas de las proteínas son zimógenos (proenzimas) que requieren la excisión proteolítica para adquirir la actividad enzimática. La forma activada se distingue con una barra en la parte superior.

c) Los productos de excisión se distinguen por sufijos con letras minúsculas (a, b, c, etc).

d) Convencionalmente al fragmento pequeño se le da la letra “a” y al grande la letra “b”.

e) A las proteínas de la vía alternativa se les asigna de una letra F.

f) Las proteínas reguladoras se simbolizan mediante abreviatura, derivada de un nombre relacionado con la actividad funcional.

g) Los Rc del complemento se denominan:

– Por ligando (Rc C5a)

– Por un sistema de numeración para los Rc de los fragmentos mayores de C3, es decir, Rc de complemento de los tipos 1 a 4 (CR1, CR2, CR3, CR4).

– Por el sistema CD.

1.1.2. ACTIVIDADES DE LAS PROTEÍNAS DEL SISTEMA DE COMPLEMENTO (SC).

El SC es una de las principales vías efectoras del proceso inflamatorio. Los individuos con carencias en el SC tienen:

– Mayor incidencia de infecciones recurrente por bacterias piógenas.

– Enfermedades con producción de auto-Ac e inmunocomplejos.

De esto se deduce la participación del SC en la defensa frente a bacterias y eliminación de inmunocomplejos. Las consecuencias de la activación del SC son:

– Opsonización de partículas por fagocitos y CPA.

– Activación celular (macrófagos y PMN) y quimiotaxis.

– Lisis de células dianas por la inserción de un embolo hidrofóbico en la bicapa lipídica (fragmentación osmótica de la diana).

clip image002 thumb Sistema de complemento

1.1.3. FAMILIAS DE LAS PROTEÍNAS DEL COMPLEMENTO.

Muchas proteínas pueden asignarse a superfamilias, cuyos miembros comparten estrechas homologías estructurales, funcionales y genéticas. Parece probable que durante la evolución, los exones se hallan duplicados y barajado entre los diferentes genes, que después han evolucionado en paralelo manteniendo estructuras y funciones estrechamente relacionadas.

La proteína FH, CR1, CR2, proteína copuladora de C4 (C4BP), proteína cofactor de membrana (MCP) y el factor acelerador de decaimiento (DAF) son proteínas de distinta estructura, pero comparten funciones que se superponen y se codifican en una zona del cromosoma 1. El andamio estructural son repeticiones en tandem de un dominio de 60 aminoácidos, cuya secuencia se conserva firmemente. Su papel es inhibir la formación estable de la C3 convertasa (C4b2b y C3bBb), además de otras funciones.

Característica estructural Familia Moléculas relacionadas
Serin-proteasas FI, C1r, C1s, FB, C2 Tripsina, quimiotripsina
Cortas repeticiones consenso C1r, C1s, FB, C2, FH, DAF, MCP Rc IL-2, factor XIII,
Grupo tioester C3, C4, C5(*) Alfa-macroglobulina
Porinas C6, C7, C8, C9 Poliperforinas, proteína catiónica eosinófila
Rc de adherencia CR3, CD18, P150, P95 LFA1
Dominios del Rc LDL FI, C1r, C1s, C6, C7, C8, C9 Rc de LDL
Inhibición de serinproteasas Inh-C1 Antitrombina, alfa1-antitripsina, alfa1-antiquimiotripsina

1.2. ACTIVACIÓN DEL COMPLEMENTO.

El punto clave para la distinción entre lo propio y no propio por parte del SC es la unión covalente de C3 a las partículas, actuando como opsonina y nido para la deposición del complejo lítico de ataque a la membrana (MAC).

Las superficies propias contienen moléculas que limitan la unión de C3 y las superficies extrañas al huésped actúan como un sitio que permiten el rápido depósito de muchas moléculas de C3. La activación de C3 genera un sitio de unión metaestable (a partir del enlace tioester), que permite la unión de C3 a restos nucleofílicos adyacentes del Ag (OH y NH).

clip image004 thumb Sistema de complemento

1.2.1. C3 Y PROTEÍNAS QUE CONTIENEN TIOESTER.

C3 es el principal constituyente del SC y el que está en mayor concentración (1 mg/ml). Su activación es la etapa clave en el proceso de activación del SC, y se produce por hidrólisis espontanea o por excisión proteolítica por la C3 convertasa.

C3 pertenece a una familia que tiene una modificación post-transduccional poco corriente. Es un enlace tioester interno que consiste en una glutamina cuyo grupo carboxilo terminal está unido al grupo SH de una cisteina cercana. En está modificación se pierde el grupo amino de la Gln.

Cuando se produce la excisión de C3 y se libera C3a (extremo N-terminal de la cadena alfa); el fragmento C3b sufre un cambio conformacional que hace más inestable el enlace tioester interno (C3b* metaestable) que reacciona con grupos nucleofílicos (H2O, OH, NH3) del Ag. un pequeño porcentaje de estos grupos nucleofílicos atacan al grupo carboxilo del enlace tioester del C3b* y se quedan unidos; pero la mayor parte del C3b* metaestable reacciona con el agua, inactivandose.

.                              C3 convertasa

C3 ————————————————–> C3b* + C3a

.                                    Ag

C3b* ———————————————–> C3b-Ag

.

C3b* + H2O—————————————> C3bi

El enlace tioester es susceptible de hidrólisis espontanea y lenta en el plasma por la acción del agua. Esta es la base para el mecanismo de activación de la RUTA ALTERNATIVA:

.                                        FB, Mg                                       FD

C3 + H2O —> C3i———————–> C3i.FB.Mg ——————> C3i.Bb.Mg (C3 convertasa) + Ba

La molécula de C4 tiene también enlace tioester (C4 es el segundo componente en importancia ). Existen dos isotipos de C4 codificados por genes situados dentro del MHC-III:

C4A se une preferentemente a grupos aminos de las proteínas y forma enlaces amida.

C4B se une preferentemente a grupos hidroxilos de los azucares y forma enlaces éster.

1.2.2. COMPARACIÓN DE LAS VÍAS CLÁSICA Y ALTERNATIVA.
Vía clásica Vía alternativa
Activación por complejos Ag-Ac Activación por microorganismos
Adaptativa Innata
Más reciente Más primitivo

clip image006 thumb Sistema de complementoclip image0081 thumb Sistema de complemento

Ambas rutas generan una C3 convertasa que forma C3b* metaestable.

clip image010 thumb Sistema de complemento

1.2.3. VÍA CLÁSICA.

Es el principal mecanismo dirigido por Ac. Se inicia con la unión de dos o más de los seis dominios globulares de C1q.C1q a sus ligandos: CH2 de la IgG agregadas (IC) o las CH3 de IgM unida a un Ag. C1q se puede unir directamente a cierto microorganismos, incluidos retrovirus (no HIV) y micoplasma. C1 es un complejo pentamolecular dependiente de calcio que se compone de:

a) Una molécula de C1q: está formada por 18 cadenas polipeptídicas, agrupadas de tres en tres para dar seis subunidades. Cada subunidad esta formada por un brazo en disposición de triples hélices (se dispone igual que el colágeno) y acaban en una cabeza globular (Rc de la región Fc de los Ac). C1q pertenece a una familia de proteínas que incluye a:

– Proteína copuladora de manano (MBP): proteína del suero que se une a grupos manosa terminales (de bacterias) y es capaz de activar el complemento por la vía clásica independientemente de los Ac, por interacción (análoga a C1q) con C1r y C1s.

– Conglutamina.

– Proteína A del surfactante pulmonar.

b) Dos moléculas de C1r: actividad serinproteasa (proenzima).

c) Dos moléculas de C1s: actividad serinproteasa (proenzima).

clip image012 thumb Sistema de complemento

Las moléculas de C1r y C1s se unen a C1q. La unión multivalente (dos o más cabezas globulares) de los dominios globulares de C1q provoca la activación de C1r por un cambio conformacional. Después se activa C1s. Los pasos siguientes son amplificación de la respuesta y concentración en el sitio de activación (partícula que lo inicio).

clip image014 thumb Sistema de complemento

C1s ataca a C4 dando C4a y C4b metaestable. Sólo el 1% de C4b se une a material biológico y el resto se inactiva con el agua para dar iC4b que se cataboliza rápidamente. C4b unido a la superficie actúa como sitio de unión para C2 y se convierte en sustrato de C1s, para dar C2a y C2b.

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C1s + C4 ——————–> C1s + C4b + C4a

.                                                                   C1s

C4b + C2 ——————–> C4b2 ————————-> C4b2b (C3 convertasa) + C2a

El complejo C4b2b formado es la C3 convertasa, y la C2b es una serinproteasa que actúa sobre C3 para dar C3a y C3b (se fija la superficie extraña).

C4b.2b + C3 —————–> C4b.2b + C3b* + C3a

C3b* + Ag ——————-> C3b-Ag

C4b.2b + C3b-Ag ————-> C4b.2b.3b (C5 convertasa)-Ag

clip image018 thumb1 Sistema de complemento

clip image020 thumb1 Sistema de complemento

1.2.4. REGULACIÓN DE LA VÍA CLÁSICA.

Está regulada en la fase líquida por:

a) Inhibidor de serinproteasas (serpina), C1-inh, que se une a C1r y C1s, y los inactivan.

C1 + C1-inh —————————–> C1.C1-inh

b) Inhibidor de la enzima C3 convertasa (proteína fijadora de C4 o C4BP). Promueve la disociación de C2b de la C3 convertasa, en fase líquida. C4b es degradado después por FI.

C4b.2b + C4BP —————————> C4b + C2b + C4BP

c) Moléculas de superficie de las células autólogas que regulan la activación de la vía clásica:

Factor activador de la degeneración (DAF) y CR1: inhiben la interacción de C2b a C4b. También promueve la separación de C2b y C4b, promoviendo su catabolismo por FI.

CR1 y proteína cofactor de membrana (MCP) favorecen la excisión de C4b mediada por FI (actividad de cofactor).

1.2.5. ACTIVACIÓN POR LA VÍA ALTERNATIVA.

El C3 nativo del plasma sufre un proceso lento de hidrólisis del enlace tioester y el producto de está hidrólisis (C3i) actúa como sitio de unión para el FB, que es hidrolizado por FD en Ba y Bb.

.                                                   FD, FB

C3 + H2O ——-> C3i ———————————> C3i.Bb + Ba

La C3i.Bb formada actúa como C3 convertasa, generando C3b que se une al cuerpo extraño, donde después se puede unir FB para generar C3bBb (C3 convertasa). Bb actúa como C2b (proteasa que escinde C3). Esta C3 convertasa puede unir y activar a otra molécula de C3 sobre la superficie extraña.

C3b.Bb + C3 ——————-> C3b.C3b.Bb (C5 convertasa) + C3a

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También se puede activar por unión a lectinas bacterianas como los polisacaridos con grupos manosa.

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1.2.6. CIRCUITO DE AMPLIFICACIÓN INDEPENDIENTE DE ANTICUERPOS (común a las dos vías).

Se aumenta el número de C3b en la zona y se une a la superficie de las células extrañas. El FB es estructural y funcionalmente homólogo a C2, y se une a C3b, constituyendo el sustrato del FD (serinproteasa que circula por la sangre en forma activa y en baja concentración).

.                   Mg                    FD                                      P (properdina)

C3b + FB ———–> C3b.B ——————–> C3b.Bb ——————————-> C3b.Bb.P

El complejo C3b.Bb se disocia con facilidad, a menos que se una la properdina (P) para formar un complejo estable que actúa como C3 convertasa. Este ciclo de retroalimentación positiva está regulado por el FI que lo puede detener al separar el complejo C3b.Bb.P.

1.2.7. REGULACIÓN DE LA VÍA ALTERNATIVA Y DE LA ACTIVACIÓN DEL CICLO DE AMPLIFICACIÓN.

La vía alternativa está regulada por proteínas similares a la vía clásica:

a) En fase líquida: FH es una proteína homóloga a la C4BP que promueve la separación de Bb de la C3 convertasa y actúa como cofactor de FI en el catabolismo de C3i y C3b.

.                                                            FI

C3b + FH ———> C3b.FH ——————————–> C3bi + FH

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b) Sobre la membrana: presencia de DAF y CR1 que promueven la disociación de C3b.Bb, y la liberación de C3b. También, CR1 y MCP actúan como cofactores de FI para el desdoblamiento de C3b. Estas acciones son análogas a las de la vía clásica.

.                                                                FI

C3b + CR1 ——–> C3b.CR1 ——————————–> C3bi + CR1

.                                                                FI

C3bi + CR1 ——-> C3bi.CR1 ——————————–> C3c + C3dg + CR1

La regulación del destino de C3b es la etapa clave para distinguir lo propio de lo extraño. Los dos posibles destinos son:

– C3b actúa como sitio de unión para FB y hay amplificación.

– C3b es catabolizado por FI con ayuda FH, CR1 o MCP. El FI escinde a C3b en tres lugares y libera iC3b, C3c y C3dg (unido al sustrato).

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DAF, CR1 y MCP limitan de manera efectiva la formación de C3-convertasa sobre las células autólogas. Las superficies de los microorganismos actúan como sitios protegidos para C3b, dado que hay mayor afinidad por FB que por FH. Así se forma la C3BbP que favorece la formación de más C3b. Los inmunocomplejos también actúan como sitios protegidos para C3b.

El ácido siálico de las membranas autólogas protege contra la implantación de C3b.

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1.3. COMPLEJO DE ATAQUE A MEMBRANA (MAC).

1.3.1. FORMACIÓN DEL MAC.

La fase inicial de la formación del MAC es la excisión de C5, que es una proteína homóloga a C3 y C4, pero sin enlace tioester interno. C5 tiene que estar unido a C3b para ser susceptible a la hidrólisis por la C5 convertasa, que esta formada por:

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– Un complejo trimolecular (C4b3b2b) en la vía clásica, en la que C3b y C4b están unidos por enlace covalente.

C3b3bBb en la vía alternativa y contiene un dímero covalente de C3b.

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C5 se une a C3b y es hidrolizado por C2b o Bb, formando C5a y C5b. C5b permanece unido a C3b hasta que se une C6, liberándose después C5b6.

C5 + C3b3bBb —————> C5-C3b3bBb ————–> C5b-C3b3bBb + C5a

C5b-C3b3bBb + C6 ————————————–> C5b-C6 + C3b3bBb

Los siguientes pasos no tienen carácter enzimático y son consecuencia de la unión sucesiva de C6 y C7 a C5b para formar el complejo C5b67, que se transforma de hidrófilo a hidrófobo y se inserta en la bicapa lipídica. A continuación se inserta C8 sobre C5b del complejo y después inserta en la membrana, en donde se produce el ensamblaje polimérico de C9 para generar un embolo lítico.

.                                                                C8                                        C9

C5b-C6 + C7 ———-> C5b67 ———————–> C5b678 ——————-> C5b6789

El embolo lítico esta formado por 14 monómeros de C9 y es el que ocasiona la lisis más intensa. Los LTc usan la PERFORINA (homólogo estructural de C9) para lisar las células diana. Los eosinófilos usan la proteína catiónica eosinófila.

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1.3.2. REGULACIÓN DE LA ACTIVACIÓN.

La liberación de C5b6 a partir de C3b unido a la membrana y la unión de C7 para dar C5b67, permiten que el MAC se pueda insertar en otras membranas situadas en la vecindad de la superficie primaria, produciéndose una lisis inocente o reactiva sobre las células autólogas.

1.3.2.1. FASE LÍQUIDA

– Existen varias proteínas que inhiben este proceso por unión a C5b67 en la fase líquida (antes de la unión a membrana). La mas abundante es la proteína S o VITRONECTINA, que forma el complejo SC5b67 incapaz de insertarse en la bicapa lipídica. En la superficie de las membranas celulares hay Rc de proteína S que aclaran los complejos formados.

SP40,40 (Clusterina): acción similar a la proteína S.

La unión de la cadena beta de C8 en fase líquida a C5b67 forma un complejo que no se inserta en la membrana, al igual que la unión de LDL.

1.3.2.2. SOBRE LA MEMBRANA CELULAR

CD59 MIRL: proteína anclada por un enlace glucofosfolípido a la membrana. Inhibe la inserción y polimerización de C9 en las membranas celulares portadoras de C5b-8.

El factor de restricción homólogo/proteína fijadora de C8 (HRF/C8bp) protege a la membrana del SC autólogo, pero no del heterólogo. HRF inhibe la inserción de C8 y C9 en las membranas.

– Las células nucleadas son más resistentes que los eritrocitos porque eliminan por endocitosis el MAC.

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