Fisiopatologia del Sistema Immunitario
Modulo di Biochimica
 1 e 2 – Le molecole del sistema immunitario: Ig,
MHC, TCR
3–
Il Complemento
4–
Citochine e Recettori
Tiziana Alberio
[email protected]
c/o Lab. di Biochimica e Proteomica Funzionale, 1° piano
Le molecole del Sistema Immunitario
Regioni variabili
Riconoscimento dell’antigene
Nucleo strutturale simmetrico:
2 catene leggere 24 kDa
2 catene pesanti 55 o 70 kDa
Ponti disolfuro
Regioni costante
funzione effettrice
Catena
leggera
Catena
pesante
Catene leggere (L) e pesanti (H)
CL
VL
hinge
CH1
C H2
La struttura della molecola
è garantita da:
Interazioni non covalenti
tra domini Ig
Ponti disolfuro tra L e H
e tra le regioni C di H
(cerniera)
CH3
VH
Struttura generale di un anticorpo
Riconoscimento
dell’antigene e
funzioni effettrici:
funzioni
spazialmente
separate e
indipendenti
Esperimenti di clivaggio proteolitico
cerniera: zona più suscettibile
all’attacco proteolitico (tra Cγ1
e Cγ2)
La proteolisi con papaina
genera:
Fab antigen-binding, mantiene
la capacità di legare l’Ag
Fc, frammento cristallizzabile
La proteolisi con pepsina
interessa la regione C-term
della cerniera e genera:
Fab’ (Fab+cerniera)
F(ab’)2 se vengono mantenuti
S-S
Fab e F(ab’)2 utili
sperimentalmente: legano l’Ag
ma non hanno funzione
effettrice
Il dominio immunoglobulinico
≈ 110 a.a. che ripiegano in maniera indipendente
 2 strati di foglietto β planare (β sandwich)
 ciascuno composto da 3-5 β-strands (5-10 a.a.)
antiparalleli motivo a chiave greca
Stabilizzato da:
 ponti disolfuro
 interazioni idrofobiche tra i due foglietti β
Conservazione di specifici residui (es. Cys e Trp)
La superfamiglia delle immunoglobuline
 tutte le molecole che contengono
il dominio Ig; mediano funzioni di
riconoscimento, adesione e legame
omologia di sequenza
 tutti i geni che codificano per
domini Ig si sono evoluti da un gene
ancestore comune
Evento precoce: duplicazione
genica, con divergenza esoni V e C.
Evoluzione: 1) Divergenza “V e C” e
TCR (sequenza). 2- Capacità di
riarrangiare il DNA (per
riconoscimento Ag)
La funzione dipende
dall’interazione tra domini Ig
Ab
MHC
TCR
C e V in catene leggere (L) e pesanti (H)
V= N-term
C= C-term
H: V → 1 dominio
C → 3 o 4 domini
L: V → 1 dominio
C → 1 dominio
V: la sequenza a.a.
differenzia gli Ab
prodotti da un clone
di linfociti B
Segmenti ipervariabili o CDR
Complementarity Determining Region: ≈ 10 a.a.
CDR3 il più variabile
N-term
C-term
Regioni ipervariabili o CDR
Le CDR formano delle
anse esposte sulla
superficie, strutture
chimiche uniche →
SPECIFICITA’
Sequenze conservate
adiacenti →
ripiegamenti del
dominio Ig
Cause della diversificazione
1) Ricombinazione somatica del DNA: diversità combinatoria
Organizzazione genomica nei geni delle catene leggere e pesanti nell’uomo
Diversi esoni per i
diversi domini H
L
H
Cause della diversificazione
2) Diversità giunzionale
Catena H
Catena L
Segmenti
regione V
1000
300
Segmenti
regione D
15
-
Segmenti
regione J
4
4
Diversità
giunzionale
+++
+
Inserzione
regione N
++
-
+
+
Rottura del DNA
Mutazione
Somatica
TdT inserisce nucleotidi
totale
1000x15x4
= 6 x 104
300x4=
1.2 x 103
Elisione di nucleotidi
(nucleasi)
3) Inserzione della regione N
V
V
J
J
OH
J
GTCAATG
V
V
GTCAATG
J
+
associazione
Ligazione
Introne
7.2 x 107
Classi o isotipi delle Ig
5 classi, che si differenziano per la regione C della catena
pesante:
IgM
IgD
IgG
IgA
IgE





Sottoclassi
Diverse funzioni
EFFETTRICI
Catena m
Catena d
Catena g
Catena a
Catena e
4C
3C
3C
3C
uguale sequenza a.a.
all’interno della
stessa classe o
sottoclasse
4C
IgG1
IgG2
IgG3
IgG4




Catena g1
Catena g2
Catena g3
Catena g4
 IgA1
 IgA2


Catena a1
Catena a2




Classi delle Ig
Funzioni Effettrici
Porzione Fc
1- viene riconosciuta da specifici R
2-può attivare il complemento
3- permette il trasporto attivo dell’Ab (latte, secrezioni, circolo fetale...)
IgM e IgA formano polimeri
IgM e IgA possono formare
multimeri
 Le IgM formano pentameri nel
plasma
 Le IgA formano dimeri nelle
secrezioni mucose (necessario
per il trasporto attraverso gli
epiteli)
Contengono una coda C-term di
18 a.a. con un residuo Cys
necessario alla polimerizzazione
Un polipeptide aggiuntivo (J:
joining) di 15 kDa favorisce la
polimerizzazione legando la Cys
Lo switch isotipico
Nel corso delle risposte
umorali, il clone di linfociti B
stimolato dall’Ag può produrre
anticorpi di isotipo diverso
(switch isotipico):
CH cambia
V, e quindi la specificità, no
VDJ riarrangiato si collega ad
un gene C più a valle e il DNA
frapposto viene eliminato
Regioni di scambio, 5’
di ciascun locus CH con
sequenze
ripetute
altemente conservate
Lo switch isotipico
Linfocita B maturo: contemporanea espressione sulla membrana di IgM e IgD,
mediante splicing alternativo e poliadenilazione selettiva
Occupazione di CD40
Citochine
Linfocita B attivato: a seconda dello stimolo potrà produrre IgE, IgA o IgG
Classi o isotipi delle Ig
2 classi (o isotipi), che si differenziano per la regione Cterm della catena leggera:
κ
 λ
Ogni molecola anticorpale possiede o 2κ o 2λ
Cκ e Cλ sono omologhe tra loro e omologhe a Vκ e a Vλ
Non sono note differenze funzionali
60% κ e 40% λ nell’uomo
Sito di legame per l’antigene
Ag
VL+ VH
VL
2 per ogni molecola
di anticorpo
VH
Ab
Legame all’antigene
La flessibilità degli anticorpi (grazie alla regione
CERNIERA) permette il legame a porzioni di
antigeni multivalenti distanti
Cerniera: ≈ 10/60+ a.a.
La sequenza assume una
conformazione
casuale;
la
molecola fa una torsione tra CH1
E CH2
La flessibilità è influenzata anche
dalla capacità di VH di ruotare
attorno a CH1
Legame all’antigene
Legame reversibile e
non covalente
Il contributo di ciascuna
forza dipende dalla
struttura del sito di
legame e da quella del
determinante antigenico
AFFINITA’: forza di legame tra un singolo sito combinatorio e un epitopo
antigenico. Si esprime come costante di dissociazione (Kd). Tra 107 e 10-11 M.
AVIDITA’: forza di legame complessiva tra Ag e Ab (aumento geometrico)
(rilevante per IgM)
L’Ab come Ag
isotipi: Riconosciute da Ab anti-isotipo le
immunoglobuline dello stesso isotipo di una
specie
allotipi: L’Ab riconosce in modo specifico solo
alcune Ig dello stesso isotipo della stessa specie.
Le differenze sono dovuti a diversi alleli per la
regione C (polimorfismi)
idiotipi: L’Ab riconosce in modo specifico la
regione V dell’Ig