domingo, 18 de febrero de 2018

Anticuerpos: estructura y función



Los anticuerpos son unas moléculas producidas por los linfocitos B en una forma acoplada a la membrana. Tras su activación, los linfocitos B se diferencian en células plasmáticas, que son capaces de secretarlos.

Anticuerpos e inmunoglobulinas en biologia

El anticuerpo se sintetiza en el linfocito B. El linfocito B acaba con los anticuerpos como receptores BCR. Cuando el linfocito B se pone en contacto con un antígeno se activa y pasa a ser una célula plasmática con capacidad de soltar los anticuerpos.

- Estructura de los anticuerpos


Todas las moléculas de anticuerpo comparten las mismas características estructurales básicas, pero muestran una variabilidad importante en las regiones que se unen a los antígenos.

El anticuerpo tiene una estructura básica simétrica compuesta por 4 cadenas (2 cadenas pesadas idénticas y 2 ligeras idénticas). Las cadenas ligeras pueden ser Ϗo λ, pero nunca las cadenas mezcladas. Pesan 25KDa. Las cadenas pesadas pesan 50KDa y determinan los distintos isotipos de Inmunoglobulinas: γ-IgG, α-IgA, µ-IgM, ƌ- IgD, y ε- IgE.

Tanto las cadenas ligeras como las pesadas contienen una serie de unidades homólogas que se repiten, cada una de unos 110 aa de longitud, y que se repliegan de forma independiente en una estructura globular denominada dominio Ig. Las cadenas pesadas y ligeras se encuentran unidas covalentemente gracias a puentes disulfuro de los 5 aa.

Existe una región bisagra que permite la movilidad, permite abrirse o cerrarse más a los brazos de Ig. La zona que se une al antígeno es la zona Fab y la que se une a la célula (linfocito) Fc. Tanto las cadenas pesadas (H) como las cadenas ligeras (L), constan de regiones variables amino terminales (V) que participan en el reconocimiento del antígeno, y regiones constantes carboxi terminales (C); las regiones C de las cadenas pesadas son las que median las funciones efectoras.

+ Bases moleculares de las funciones de los anticuerpos


Las funciones dependen principalmente de la zona en la que nos fijemos. El anticuerpo es capaz de reconocer los antígenos o patógenos a través de la región variable (Fab). Por otro lado, es capaz de reclutar células y moléculas encargadas de matar al patógeno a través de la región constante (Fc).

En el interior de la zona variable tenemos una zona conocida como Marco o Framer FR1, FR2, FR3, FR4. Y otra zona con alta muy alta variabilidad: HV1/CDR1, HV2/CDR2, HV3/CDR3. De todas las regiones hipervariables, la más variable es la HV3. Estas regiones se encuentran en asas yuxtapuestas, más concretamente, en el extremo de la lámina β de la proteína que ha sufrido el plegamiento.

+ Plegamiento de anticuerpos formando dominios tipo inmunoglobulinas


Los sitios a través de los cuales se une al antígeno se forman por la yuxtaposición de los dominios variables de las cadenas ligera y pesada. Las regiones C de la cadena pesada terminan en colas. Las localizaciones de los lugares a través de los cuales estas Ig se unen al complemento, así como los receptores de Fc en las regiones constantes de la cadena pesada son aproximaciones.

Cada dominio Ig contiene 2 capas de láminas βeta antiparalelas, compuestas cada una por 3 a 5 hebras de cadenas polipeptídicas, también antiparalelas. Las dos capas se unen a través de un puente disulfuro, formando una especie de cilindro conocido como barril o sándwich β, teniendo las hebras adyacentes de cada lámina β conectadas a través de bucles cortos.

Los aminoácidos de algunos de estos bucles cortos son esenciales para que ocurra el reconocimiento de los antígenos. Otras muchas moléculas esenciales del sistema inmune contienen dominios en los que encontramos patrones similares de plegamiento, teniendo secuencias de aas muy similares a las encontradas en inmunoglobulinas. Todas las moléculas que poseen esta clase de plegamiento se agrupan en la súper familia de las inmunoglobulinas.

Las regiones hipervariables se encuentran en los lazos situados en los extremos de estas láminas β y son conocidos como CDRs. Estas CDRs son regiones determinantes de complementariedad, siendo las regiones variables las que dan especificidad a la molécula.

+ Bases estructurales de la especificidad del anticuerpo


La variabilidad en las secuencias de aminoácidos situada en la región variable es la clave de la especificidad de nuestros anticuerpos. El sitio a través del cual se une el antígeno a la estructura de un anticuerpo puede ofrecer diferentes conformaciones. Encontramos así conformaciones a modo de bolsillos para epítopos esféricos, hendiduras para epítopos cilíndricos y superficies extendidas para epítopos elípticos.

+ Naturaleza de los determinantes antigénicos para los linfocitos B


Cualquier estructura que se encuentre disponible en una molécula para ser reconocida por un anticuerpo constituye un determinante antigénico o epítopo. Existen determinantes antigénicos de forma lineal, los cuales se forman por una serie de aas unidos de forma lineal, y que son de difícil acceso en aquellos momentos en los que la proteína se encuentra plegada en su conformación original.

Por otro lado, encontramos los determinantes antigénicos tridimensionales, que están constituidos por aminoácidos que no se encuentran en secuencia, sino que quedan yuxtapuestos en el espacio al darse el plegamiento de la proteína. Las proteínas pueden sufrir modificaciones que alteren su estructura covalentemente, generando así nuevos epítopos. Dichos epítopos se reconocen determinantes neoantigénicos, pudiendo también ser reconocidos por anticuerpos específicos.

- Características y diferencias entre isotipos de anticuerpos


Diferentes isotipos y subtipos de anticuerpos realizan diferentes funciones efectoras. Los subtipos e isotipos de anticuerpos difieren en sus regiones C y, por consiguiente, en las moléculas a las que se fijan y en las funciones efectoras que realizan.

Las diferencias entre isotipos son que algunos como IgM o IgE tienen la parte constante más larga. Además, IgM e IgE no tienen regiones bisagras, son más rígidas. Otra diferencia se encuentra en el número de residuos oligosacáridos unidos, en el número y localización de puentes disulfuro. También difieren en la longitud de la región bisagra y el nº de dominios constantes son distintos. Algunos tienen más puntos de glicosilación que otros.

Los anticuerpos se pueden presentar de diversas formas: monomérica (IgD, IgE, IgG), dimérica (IgA) o pentamérica (IgM). De forma dimérica solo se presenta la IgA que se unen por puentes disulfuro y por puente J. En sangre IgA va en forma de monómero, pero al pasar a la mucosa pasa a ser dimérica para que cueste más degradarla.

Cuando pusieron un anticuerpo de ratón en conejo, el conejo rechazó la parte constante del anticuerpo, debido a diferencias isotópicas. Cuando entre la misma especie se rechaza el anticuerpo son diferencias alotípicas, se rechazan zonas de la parte constante. Cuando se mete el anticuerpo de gemelos univitelinos, de uno en el otro, también se rechaza debido a diferencias idiotípicas, que son en las regiones variables de la cadena ligera y pesada. Nuestro sistema inmunológico rechaza nuestros propios anticuerpos, pero depende de la cantidad. Así se consigue frenar la respuesta de anticuerpos.

- Retroinhibición de las respuestas inmunes mediada por igG


Se trata de la regulación de la activación de los linfocitos B por los receptores Fc (retroalimentación por anticuerpos). El proceso ocurre de la siguiente manera: en primer lugar, el anticuerpo secretado forma complejos con el antígeno.

El complejo antígeno-anticuerpo se une a las Ig y al receptor de la Fc de los linfocitos B. Por último, una fosfatasa asociada al receptor de la Fc elimina los fosfatos del complejo receptor de los linfocitos B. Se produce un bloqueo de la señalización por el receptor de los linfocitos B.

- Anticuerpos monoclonales


Son producidos a partir de un solo clon de linfocito B y reconocen un solo epítopo o determinante antigénico. Son herramientas que se usan mucho en investigación, ya que pueden generarse en el laboratorio, en diagnóstico y tratamiento. Es una Ig que procede de una única clona y es muy específico en contra del antígeno que ha provocado su creación.

El primer método para producir anticuerpos homogéneos o monoclonales de especificidad conocida fue descrito en Cambridge (Reino Unido) por Georges Köhler y César Milstein en 1975.

Esto se consigue mediante la fusión celular, o hibridación somática celular entre un linfocito B normal productor de anticuerpos y una célula de un mieloma (de médula ósea), seguido de la selección de las células fusionadas que secretan anticuerpos con la especificidad deseada derivados del linfocito B normal. Estas líneas celulares productoras de anticuerpos, inmortalizadas y derivadas de la fusión se denominan hibridomas, y los anticuerpos que sintetizan anticuerpos monoclonales.

La técnica de producción de hibridomas precisa líneas celulares de mieloma cultivadas que crecen en un medio de cultivo normal, pero no en un medio de “selección” definido, ya que no poseen los genes funcionales que se necesitan para la síntesis de ADN en este medio de selección. La fusión de células normales con las células de mieloma defectuosas proporciona los genes necesarios a las células normales, de manera que solo los híbridos celulares somáticos crecerán en el medio de selección.

La ingeniería genética también se está empleando para crear moléculas parecidas a anticuerpos monoclonales con una especificidad definida sin la necesidad de producir hibridomas. Un método es el que emplea colecciones aleatorias de ADNc que codifica las regiones de unión al antígeno de los anticuerpos. Estos ADNc se generan a partir de ARN aislados de brazos de ratones inmunizados, mediante la tecnología de la reacción en cadena de polimerasa (PCR). A continuación, se coloca el ADNc en bacteriófagos para formar bibliotecas de fagos.

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Artículo redactado por Pablo Rodríguez Ortíz, Graduado en Biología por la Universidad de Málaga.