Immunologia

STRUTTURA DEGLI ANTICORPI:

Un anticorpo ha una struttura simmetrica composta da due catene leggere (fra loro identiche)

e due catene pesanti (fra loro identiche). Nelle catene, sia leggere sia pesanti, abbiamo delle

unità omologhe ripetute di circa 110 aminoacidi che si ripiegano a formare una struttura

globulare definita dominio Ig nel quale abbiamo due foglietti β-planari ciascuno composto da

3-5 nastri polipeptidici ad andamento antiparallelo; i due foglietti sono tenuti insieme da un

ponte disolfuro e i nastri adiacenti a ogni foglietto β sono connessi da brevi anse. Ci sono altre

proteine appartenenti al sistema immunitario e, nonostante non abbiano alcuna funzione

immunologica, contengono il dominio Ig e appartengono alla superfamiglia delle Ig; si ritiene

che i geni che codificano per i domini Ig derivino tutti da un unico gene ancestrale. Le catene

pesanti e leggere hanno:

 una regione variabile (V) aminoterminale (la sua sequenza aminoacidica varia fra gli anticorpi

prodotti dai vari cloni di linfociti B). Le regioni V sono formate da 1 dominio Ig sia nelle catene

pesanti sia in quelle leggere. In particolare, le maggiori differenze nella sequenza si

concentrano in 3 segmenti della regione VH e in 3 segmenti della regione VL (sono segmenti

brevi, di 10 aminoacidi) che sono detti regioni ipervariabili e formano le tre anse che

fuoriescono dalla struttura e connettono i nastri adiacenti dei foglietti β dei domini VH e VL.

Le regioni ipervariabili si associano formando una struttura tridimensionale: il sito di legame

per l’antigene che è complementare alla struttura tridimensionale dell’antigene. Per cui le

regioni ipervariabili sono anche dette regioni che determinano la complementarietà (CDR) e

i loro residui formano contatti multipli con l’antigene; partendo dalle estremità

aminoterminali dei domini VH e VL, abbiamo CDR1, 2 e 3 (le 3 sono quelle a maggiore grado

di variabilità e formano il contatto più esteso con l’antigene). La strategia di limitare la

variabilità a tre brevi sequenze permette alle Ig di avere una struttura comune e tuttavia una

grande diversificazione della specificità. Anche alcuni residui delle regioni conservate che

vengono a contatto con l’antigene possono partecipare al legame con quest’ultimo. La

capacità della regione V di ripiegarsi nel dominio Ig è determinata dalle sequenze altamente

conservate dei tratti adiacenti alle regioni CDR.

** Bilancio: fra i CDR ci sono delle regioni frame-work

 una regione costante ( C ) carbossiterminale. Le regioni C sono formate da 3 (nelle IgA, IgD,

IgG) o 4 domini (nelle IgM e IgE) Ig nelle catene pesanti (numerati a partire dall’estremità

aminoterminale dalla quale avremo CH1,2,3,4); e da 1 dominio Ig nelle catene leggere. Le

regioni C della catena pesante interagiscono con molecole e cellule effettrici quindi sono

responsabili delle funzioni effettrici dell’anticorpo. Inoltre, in base alla sequenza C-terminale

dell’ultimo dominio della regione CH la catena pesante può ancorare l’anticorpo alla

membrana plasmatica dei linfociti B (grazie a una regione àncora idrofobica transmembrana

ad α-elica, e una regione intracellulare di aminoacidi carichi positivamente che si legano alle

teste cariche negativamente dei fosfolipidi del layer interno della membrana plasmatica),

l’altra guida la secrezione di anticorpi (grazie alla sequenza carbossiterminale idrofila). Le IgG

ed IgE secrete e tutte le Ig di membrana sono monomeriche, mentre le IgM e IgA secrete si

legano covalentemente fra loro a livello delle sequenze di coda all’estremità

carbossiterminale delle catene pesanti α e μ formando complessi multimerici: le IgM danno

pentameri o esameri, le IgA dimeri.Questi complessi contengono anche la catena J,

polipeptide addizionale legato da ponti disolfuro alla sequenza di coda e serve a stabilizzare

il complesso e trasportarlo dalla parte basolaterale a quella luminale degli epiteli. I complessi

multimerici legano l’antigene con maggiore avidità rispetto alle forme monomeriche.

Gli anticorpi sono distinti in isotipi in base alle differenti regioni CH. Gli isotipi sono IgA

(ulteriormente distinte in IgA1 e 2) , IgD, IgE, IgG (distinte in IgG1, 2, 3, 4), IgM. Le catene

pesanti vengono indicate da una lettera dell’alfabeto greco e un numero che richiamano

l’isotipo anticorpale, ad esempio per IgA1 avremo la catena pesante α seguite dal numero

dell’isotipo (1 o 2), per le IgD le catene δ, per le IgE le catena ε, per le IgM le catene μ e per

le IgG le catene ϒ seguite dal numero (1,2,3,4). Le regioni C delle catene pesanti dello stesso

isotipo hanno la stessa sequenza e svolgono la stessa funzione effettrice, dovuta al legame

della regione CH al recettore per il frammento Fc (FcR) dei fagociti, cellule NK e mastociti, e a

proteine plasmatiche come le frazioni del complemento. La sequenza delle regioni CH e

dunque le funzioni effettrici differiscono invece fra i diversi isotipi anticorpali.

Le regioni C delle catene leggere non partecipano alle funzioni effettrici degli anticorpi e

nemmeno all’ancoraggio. Esistono due isotipi di catene leggere che differiscono per la

regione C: κ e λ che nello stesso anticorpo sono dello stesso tipo (cioè troviamo o 2 κ o 2 λ).

Nell’uomo il 60% degli anticorpi ha catene leggere κ e il 40% catene leggere λ. Nei pazienti

con linfomi delle cellule B questo rapporto è alterato perché il tumore deriva da un solo clone

di linfociti B quindi con un solo tipo di catena. A differenza delle catene pesanti, non ci sono

differenze funzionali fra gli anticorpi coi due isotipi di catene leggere.

** Ig di membrana: la costante di dissociazione indica quante molecole servono per legare il

-6 -7 -7 -12

recettore. La costante di dissociazione dell’MHC è 10 , il TCR 10 , le Ig da 10 a 10 (le IgG

-11 -7 -12

10 ). Quindi le Ig hanno bisogno di pochissime molecole (10 a 10 ) per essere legate e

attivate quindi sono i recettori ad affinità più alta.

Abbiamo detto che anticorpi degli individui della stessa specie hanno differenze di sequenza

dovute ai polimorfismi dei geni che codificano le regioni C. Le varianti polimorfe (antigeni

allotipici) dei soggetti di una specie che vengono riconosciute dagli anticorpi (detti dunque

anticorpi antiallotipo) sono chiamate allotipi. Le differenze fra le regioni variabili sono

concentrate nelle CDR e formano gli idiotipi degli anticorpi; un anticorpo anti-idiotipo

riconosce alcuni punti delle CDR di un altro anticorpo.

Invece anticorpi di specie animali diverse differiscono nelle regioni C e in quelle intorno alle

regioni V, quindi se gli anticorpi di una specie sono inoculati in un’altra (come anticorpi da

siero di cavallo o anticorpi monoclonali di topo trasferiti nell’uomo) il ricevente li riconosce

come estranei e produce anticorpi soprattutto contro le loro regioni C. Si sviluppa la malattia

da siero.

Le catene leggere e pesanti sono legate fra loro covalentemente da ponti disolfuro fra i residui

di cisteina della parte carbossiterminale della catena leggera e il dominio Ch1 della catena

pesante. Anche le due catene pesanti sono legate da ponti disolfuro, che nelle IgG si trovano

fra i residui di cisteina dei domini CH2 vicino alla regione cerniera, mentre in altri isotipi questi

ponti hanno posizioni diverse. Abbiamo anche interazioni non covalenti, fra i domini CH3 delle

catene pesanti; altre interazioni non covalenti sono fra i domini VL e VH e fra i domini CL e

CH1 contribuendo all’associazione delle catene pesanti e leggere.

Per studiare la struttura degli anticorpi, le IgG di coniglio sono state sottoposte a taglio

proteolitico ad opera dell’enzima papaina. La papaina taglia queste IgG a livello della regione

cerniera (infatti questa regione non ripiegata e flessibile fra i domini CH1 e CH2 della catena

pesante è il segmento più sensibile al taglio) ottenendo tre frammenti:

- due frammenti identici fra loro dati dalle catene leggere intere (VL e CL) associate al

frammento VH-CH1 della catena pesante. Questa parte mantiene la capacità di legare

l’antigene e si chiama frammento con il sito di legame per l’antigene (Fab)

- il terzo frammento è dato da due polipeptidi identici legati da ponti disolfuro, ognuno

contenente i domini CH2 e CH3 della catena pesante. Questi frammenti si aggregano fra loro

e cristallizzano formando un reticolo. Sono chiamati frammenti cristallizabili (Fc).

Invece usando l’enzima pepsina al posto della papaina, la proteolisi avviene in un punto

distale rispetto alla regione cerniera (per cui questa regione e i ponti disolfuro fra le catene

restano intatti) originando un frammento F(ab’) con due identici siti di legame all’antigene.

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Questi esperimenti hanno dimostrato che il riconoscimento dell’antigene e le funzioni

effettrici dipendono da parti distinte dell’Ig.

La regione cerniera le Ig possono orientare i siti di legame dell’antigene in modo che due

antigeni posti sulla superficie cellulare possano essere legati contemporaneamente. Questa

regione, lunga 10-60 aminoacidi a seconda dell’isotipo, è flessibile e permette una torsione

fra i domini CH1 e CH2. Alcune delle principali differenze fra le regioni costanti delle

sottoclassi di IgG si concentrano a livello della regione cerniera, determinando varie

conformazioni di queste sottoclassi. La flessibilità delle Ig è anche dovuta alla capacità di ogni

dominio VH di ruotare rispetto al dominio CH1 adiacente.

REGIONE CERNIERA: solo le IgG, A, D sono dotate della regione cerniera; le IgM ed E non hanno

la regione cerniera (e sono quindi meno flessibili) perché hanno un dominio costante in più (CH4)

rispetto alle altre classi di immunoglobuline.

** Imparare bene questa tabella, anche le concentrazioni e le forme secrete. Le IgG sono le

più concentrate nel siero (la numerazione IgG1,2,3,4 va dal sottotipo più al meno concentrato;

le 1,3,4 passano attraverso la placenta e attivano la via classica del complemento) e hanno

l’emivita più lunga (possono provocare più danno), le IgE le meno concentrate nel siero e con

l’emivita più corta.

- IgM: danno la prima risposta, attraversano la placenta e attivano sotto forma pentamerica il

complemento meglio delle IgG

- IgA: sono le più abbondanti nelle secrezioni (latte, saliva, lacrime, muco) dove ne troviamo fino

a 15 g. Le IgA sono dimeriche e traslocano attraverso l’epitelio grazie alla catena J e questa Ig

protegge dai batteri dai batteri saprofiti intestinali, e dai virus del colera e delle poliomielite

(per questo il vaccino viene dato per via orale, per stimolare le IgA mucosali). Le IgA sieriche

sono monomeriche

- IgE: al primo contatto con l’allergene vengono prodotte, al secondo contatto sono già legate

ai recettori su