Immunologia, introduzione e anticorpi

IMMUNITÀ ADATTIVA O SPECIFICA

L’immunità adattativa o specifica è mediata dalle cellule T e dalle cellule B: le cellule T partecipano

all’immunità cellula-mediata, cioè loro stesse eliminano le cellule infettate, mentre le cellule B partecipano

all’immunità mediata dagli anticorpi o immunoglobuline (Ig), fattori solubili proteici. Gli anticorpi si possono

trovare sulla membrana delle cellule dove costituiscono un recettore per l’antigene, oppure possono essere

secreti dalla cellula, mediando l’immunità cosiddetta umorale.

ANTICORPI

Gli anticorpi sono proteine prodotte dalle cellule B in grado dI legarsi in modo specifico agli antigeni.

Struttura catene pesanti

Gli anticorpi sono proteine a forma di Y, sono formati da due (heavy chain, catene H) e da

catene leggere

due (light chain, catene L): le due catene pesanti sono unite covalentemente tra di loro da

due ponti disolfuro in una regione detta di giunzione, mentre le catene leggere sono legate alle catene

pesanti da un ponte disolfuro ciascuna. regione variabile

Sia le catene leggere che quelle pesanti sono formate da una all’estremità N-terminale e

regione costante. sito di legame per l’antigene,

da una Le regioni N-terminali variabili costituiscono il ogni

anticorpo ha quindi due siti di legame per l’antigene formati ciascuno dalle due regioni variabili di una

catena pesante e di una leggera legate insieme. 9

domini immunoglobulinici

Le catene leggere sono formate da 2 di foglietti beta antiparalleli, le catene

pesanti sono formate da 4 o 5 domini immunoglobulinici, i diversi domini sono uniti tra di loro da ponti

disolfuro.

I domini immunoglobulinici sono molto resistenti all’attacco delle proteasi, in generale gli anticorpi sono

proteine molto stabili e difficilmente degradabili. In realtà ci sono delle particolari regioni degli anticorpi

che possono essere digerite da alcune proteasi, studiate in laboratorio:

- la papaina digerisce i legami peptidici subito al di sopra dei ponti disolfuro, come risultato si

frammento Fc

ottengono tre frammenti: il (frammento cristallizzabile), formato dalle regioni

frammenti Fab

costanti delle catene pesanti, e due ciascuno con un sito di legame per l’antigene,

per cui sono detti Fab monovalenti (Fab mono)

- la pepsina digerisce i legami peptidici al di sotto dei ponti disolfuro, si ottengono: due frammenti Fc

poi ulteriormente digeriti, mentre i due frammenti Fab rimangono uniti dai ponti disolfuro

formando il frammento F(ab)₂ bivalente con due siti di legame per l’antigene.

Le catene pesanti e leggere sono state chiamate così dopo i primi studi cromatografici sugli anticorpi: dopo

la rottura dei ponti disolfuro e la filtrazione, le catene polipeptidiche si separavano in base al peso

molecolare in catene “pesanti” e catene “leggere”.

Ogni dominio immunoglobulinico è formato da un certo numero di foglietti beta con andamento

regioni ipervariabili,

antiparallelo, nella regione variabile delle catene leggere e pesanti ci sono delle dette

cioè più variabili all’interno della regione variabile, formate dai loop che collegano alcuni foglietti beta.

CDR

All’interno di ciascuna regione variabile le regioni ipervariabili sono 3, anche dette (complementary

determing regions), perchè determinano appunto la complementarietà con l’antigene. Ogni sito per

l’antigene è formato da 6 CDR, 3 della catena pesante e 3 della catena leggera.

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Grafico

Distribuzione della variabilità all’interno delle regioni variabili delle catene H e L: si riconoscono 3 regioni

framework,

ipervariabili, le altre regioni, interposte tra le regioni ipervariabili, sono dette formate da

foglietti B e altri loops, numerate da 1 a 4.

Alcuni anticorpi scoperti recentemente presentano eccezionalmente dei siti per gli antigeni all’interno delle

regioni framework, es. virus HIV, motivo per cui è molto difficile sviluppare un vaccino efficace contro AIDS.

Complementarietà antigene-anticorpo

Le regioni variabili formano il sito di legame con l’antigene la cui specificità è determinata dalla

complementarietà fisica con l’antigene stesso. Il complesso formato da antigene e anticorpo è detto

immunocomplesso.

Le regioni di giunzione degli anticorpi sono flessibili e permettono il movimento dei bracci proteici, questo

porta alla formazione di numerosi tipi di immunocomplessi, ciascuno caratterizzato da una diversa

angolazione e disposizione degli anticorpi e degli antigeni legati. Es. 2 antigeni bivalenti legati da 2 anticorpi

con angoli di 0 gradi, 3 antigeni bivalenti legati da 3 anticorpi con angoli di 60 gradi, 4 antigeni bivalenti

legati da 4 anticorpi con angoli di 90 gradi. 11

Interazione tra anticorpo e antigene

Un anticorpo riconosce delle specifiche molecole nella loro forma nativa (non devono essere modificate per

essere riconosciute), queste molecole possono essere di natura molto diversa: proteine, acidi nucleici,

polisaccaridi, lipidi, piccole molecole chimiche di sintesi (apteni). In alcuni casi anticorpi diversi possono

riconoscere la stessa proteina quando si trova in conformazioni diverse o denaturata.

Un buon anticorpo stabilisce delle interazioni ad alta affinità con l’antigene, spesso talmente elevata che

l’interazione antigene-anticorpo risulta essere irreversibile in condizioni fisiologiche, come pH neutro. Si

tratta sempre di interazioni non covalenti, quindi deboli, con un basso contenuto energetico se prese

singolarmente, l’ affinità antigene-anticorpo è garantita da un’elevata complementarietà fisica tra

l’antigene e la superficie del sito di legame.

Per questo motivo gli anticorpi sono utilizzati in diverse tecniche di laboratorio, di diagnostica e

terapeutiche, perchè legano un determinato antigene con altissima specificità e affinità (assenza di

competizione con altre molecole che legano lo stesso antigene).

Epitopo

Spesso gli anticorpi non riconoscono l’intera molecola che costituisce l’antigene ma solo una specifica

determinante antigenico epitopo.

regione, detta o L’epitopo è per definizione una regione dell’antigene

riconosciuta da uno specifico anticorpo, ogni anticorpo è specifico per un determinato epitopo.

Una proteina nella sua conformazione nativa può avere diversi epitopi, ciascuno riconosciuto da un

anticorpo diverso, in questo caso anticorpi con una regione variabile diversa possono essere specifici per

epitopi diversi dello stesso antigene.

Esistono epitopi di sequenza, cioè sequenze di specifici aa, oppure di conformazione, come una particolare

struttura tridimensionale di una proteina, un epitopo di conformazione si forma solo dopo il corretto

folding proteico e dopo la denaturazione non esiste più. Esistono anche antigeni poli o multivalenti in cui lo

stesso epitopo è ripetuto più volte, ad es. antigene O della parete batterica dei batteri gram - .

Affinità

L’ffinità di un anticorpo per il proprio antigene è la forza di legame, di interazione tra il sito di legame

dell’anticorpo e l’antigene stesso. Alcuni anticorpi sono così affini per il proprio antigene che l’interazione

risulta irreversibile a pH fisiolgico, questi anticorpi hanno un sito di legame con più siti di interazione con

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un’altissima complementarietà con l’antigene, di conseguenza l’affinità è più elevata. Altri anticorpi hanno

un’affinità piu bassa.

Avidità

E’ un parametro che rappresenta la forza complessiva di interazione dell’anticorpo con il suo antigene.

Esistono delle soglie di avidità al di sopra delle quali si verifica un certo effetto biologico, una certa soglia di

avidità può essere raggiunta con un solo anticorpo ad altissima affinità, è il caso degli anticorpi secreti come

monomeri, oppure con più anticorpi, alcuni infatti sono secreti ad es. come pentameri, ciascuno con una

bassa affinità per l’antigene, ma che stabiliscono tantissime interazioni (pentamero ha 10 siti di legame per

l’antigene), così che viene comunque raggiunta la soglia, in più ci sono tutte le situazioni intermedie.

Specificità e anticorpi cross reattivi

La specificità è la capacità di un anticorpo di legare un singolo antigene, si tratta quindi di un anticorpo

molto specifico che riconosce solo un determinato antigene.

Alcuni anticorpi sono invece cross reattivi, cioè possono riconoscere più epitopi presenti su diversi antigeni,

ciascun epitopo può essere riconosciuto con un’affinità diversa. Ad es. un anticorpo può essere specifico

per un particolare sito catalitico, presente in due proteine diverse, per cui lo stesso anticorpo riconoscerà

entrambe le proteine, oppure un anticorpo può riconoscere epitopi non molto simili, uno con alta affinità e

un altro con affinità molto più bassa.

In natura sono prodotti sia anticorpi specifici sia cross reattivi, quelli usati in laboratorio, in diagnostica o in

terapie invece devono essere molto specifici.

Classi di anticorpi o isotipi

Esistono 5 diverse classi di anticorpi, dette anche isotipi, determinati da porzione costante della catena

pesante:

- IgD: sono solo di membrana e vengono espresse sulla superficie delle cellule B.

- IgG: sono secrete come monomeri, sono prodotte nell’immunità secondaria, sono secrete nel

sangue e attivano il sistema del complemento, si legano a macrofagi e neutrofili inducendo la

fagocitosi, sono le uniche a passare dalla madre al feto attraverso la placenta e sono secrete nel

latte materno.

- IgE: sono secrete come monomeri, ma non si trovano in circolo, si associano ai mastociti.

- IgM: secrete come pentameri, hanno dieci siti di legame per l’antigene, hanno una bassa affinità

per l’antigene ma avendo 10 siti di legame possono raggiungere un’alta avidità per gli antigeni

multivalenti.

- IgA: secrete come dimeri, sono tetravalenti e sono secrete soprattutto nelle mucose, per esempio

dalla mucosa intestinale, da qui attraversano l’epitelio e si riversano nel lume.

Le cellule del sistema immunitario innato presentano i recettori per le porzioni costanti delle catene pesanti

Fc degli anticorpi, sono in grado di riconoscere i diversi isotipi, grazie a questa interazione la cellula si attiva.

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GENERAZIONE DELLA DIVERSITÀ DELLE CATENE VARIABILI: RICOMBINAZIONE VDJ

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Le regioni variabili sono tantissime, gli anticorpi possono raggiungere 10 specificità, non ci può essere un

gene per ogni anticorpo. I meccanismi che generano variabilità, sono gli stessi per la catena pesante e per la

catena leggera.

Nel locus che codifica per le catene, sia