Superfamilia de las inmunoglobulinas

Dominios inmunoglobulina de tres miembros diferentes de la superfamilia de las

inmunoglobulinas. Cada dominio se distingue por un círculo coloreado.

La superfamilia de las inmunoglobulinas (IgSF) es un extenso grupo de proteínas

solubles y de superficie celular que están implicadas en procesos de reconocimiento, unión

o adhesión celular de las células. La asignación de una molécula a esta superfamilia se basa

en que comparten rasgos estructurales con las inmunoglobulinas (también conocidas como

anticuerpos). Todas ellas poseen un dominio conocido como dominio o plegamiento

inmunoglobulina. Entre los miembros de la IgSF se incluyen receptores de antígenos en la

superficie celular, correceptores y moléculas de coestimulación del sistema inmunitario,

moléculas imlplicadas en la presentación de antígeno a los linfocitos, moléculas de

adhesión celular y ciertos receptores de citocinas. Habitualmente están asociadas con

funciones del sistema inmunitario.

Índice

1 Dominio inmunoglobulina

2 Miembros de la superfamilia de las inmunoglobulinas

o 2.1 Anotadores de antígeno y ligandos

o 2.2 Co-receptores y moléculas accesorias

o 2.3 Moléculas coestimuladoras o inhibidoras

3 Referencias

4 Enlaces externos

Dominio inmunoglobulina

El dominio inmunoglobulina de la tenascina (Código de acceso a PDB: 1TEN).

El criterio de clasificación de esta superfamilia es que posean un dominio estructural

conocido como Plegamiento de inmunoglobunina (dominio Ig). Los dominios Ig reciben su

nombre de las moléculas de inmunoglobulina, en donde fueron descubiertos por primera

vez. Constan de entre 70-110 aminoácidos y se clasifican en diferentes tipos de acuerdo a

su tamaño y función.1 Los dominios Ig poseen un plegamiento Ig característico que es una

estructura en forma de "sándwich" formada por dos láminas β antiparalelas. Las

interacciones entre los aminoácidos cargados en la cara interna del sándwich y los enlaces

disulfuro formados entre residuos de cisteína que están conservados en casi todos los

dominios Ig y que estabilizan los plieges Ig. Un extremo del dominio Ig alberga la sección

llamada región determinante de la complementariedad que es importante para la

especificidad de los miembros de la superfamilia para sus ligandos. Los tipos más

importantes de dominio Ig son los dominios variables (IgV) y los constantes (o IgC). Los

dominios IgV son generalmente más largos (con 9 cadenas beta) que los dominios IgC (7

cadenas beta). No obstante, hay algunos dominios Ig que entran dentro de categorías

distintas. Los dominios Ig de algunos miembros de la superfamilia recuerdan a los

dominios IgV en su composición de aminoácidos, aunque sean similares en tamaño a los

dominios IgC. Se llaman dominios IgC2, mientras que los dominios IgC habituales se

llaman IgC1. Existen otros dominios Ig que reciben el nombre de dominios intermedios o

dominios IgI.

Miembros de la superfamilia de las inmunoglobulinas

Anotadores de antígeno y ligandos

Los receptores de antígeno que se encuentran en la superficie de los linfocitos T y B en

todos los vertebrados con mandíbulas pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas.

Las moléculas de inmunoglobulina (los receptores de antígeno de los linfocitos B) son los

"miembros fundadores" de la superfamilia, en el sentido de que originaron la clasificación.

En humanos existen cinco tipos distintos de moléculas de inmunoglobulina, los cuales

contienen todos una cadena pesada con cuatro dominios Ig y una cadena ligera con dos

dominios

Ig. El

receptor de

antígeno

de los

linfocitos

T es el

receptor de

linfocitos

T (TCR),

que está

compuesto

por dos

cadenas,

que

pueden ser

o bien la

TCR-alfa y

la TCR-

beta, o

bien la

TCR-delta

y la TCR-

gamma.

Todas

estas

cadenas

TCR

contienen

dos

dominios

Ig en su

porción

Miembros de la superfamilia de las inmunoglobulinas

Molécula: función/categoría Ejemplos

Receptores de antígeno

Anticuerpos o inmunoglobulinas

Cadenas del Receptor de linfocitos

T.

Moléculas presentadoras de

antígeno

Clase I MHC

Class II MHC

beta-2 microglobulina

Co-receptores

CD4

CD8

CD19

Moléculas accesorias de

receptores de antígeno

CD3 cadenas -γ, -δ y -ε

CD79a y CD79b

Moléculas co-estimuladoras o

inhibidoras

CD28

CD80 y CD86 (También conocidas

como B7.1 y B7.2)

Receptores de célula asesina

natural

KIRs (receptores de NK semejantes

a inmunoglobulina)

Moléculas de adhesión

CD2

CD48

Familia SIGLEC family (p.ej.

CD22, CD83)

Familia CTX (p.ej. CTX, JAMs,

BT-IgSF, CAR, VSIG, ESAM)

moléculas de adhesión intercelular

(ICAMs)

Moléculas de adhesión de células

vasculares (p.ej. VCAM-1)

Molécula de adhesión de célula

neural (NCAM)

Receptores de citoquinas y

factores de

crecimientoCytokine and

growth factor receptors

receptor de la Interleucina-1 tipo I

Precursor d del receptor de la

interleucina-1 tipo II (IL-1R-2, IL-

1R-beta, antígeno CD121b)

Receptor del factor de crecimiento

derivado de plaquetas (PDGFR)

extracelular, un dominio IgV en el extremo N-terminal y un dominio IgC1 adyacente a la

membrana celular. Los ligandos de las TCRS son proteínas del complejo mayor de

histocompatibilidad Estas se presentan en dos formas: La clase MHC forma un dímero con

una molécula llamada beta-2 microglobulina (β2M) e interactúa con el TCR en linfocitos T

citotóxicos y las proteínas del MHC clase II tiene dos cadenas (alfa y beta) que interactúan

con el TCR en los linfocitos T colaboradores. Las MHC case I y II y las moléculas poseen

dominios Ig y por tanto son miembros de la superfamilia de las inmunoglobulinas.

Co-receptores y moléculas accesorias

precursor de la cadena alfa del

receptor de la interleucina-6 (IL-

6R-alpha, antígeno CD126)

Precursor del receptor del Factor

estimulador de colonias de

macrófagos-1 (CSF-1-R, antígeno

CD115)

Precursor del receptor del factor de

crecimiento de las células madre de

las células cebadas. (SCFR, c-kit,

antígeno CD117).

Precursor básico del receptor del

factor de crecimiento de

fibroblastos-1 (FGFR-1, receptor

tirosín quinasa CEK1)

Receptores tirosín-

quinasa/fosfatasas

Precursor Tie-1 del receptor tirosín-

kinasa

Precursor mu de la tirosín-proteín

fosfatasa semejante a receptores.

Receptores de unión a Ig

receptor polimérico de

inmunoglobulina (PIGR)

Algunos receptores de Fc

Otras

CD147

Antígeno de diferenciación de los

timocitos-1 (Thy-1), también

conocido como CD90

CD7

Butirofilinas

Precursor de la subunidad beta-1

del Canal de sodio

Otras moléculas de la superficie de los linfocitos T interactúan también con las moléculas

del del MHC durante el reconocimiento del TCR. Son conocidas como correceptores. En

las poblaciones de linfocitos, el correceptor CD4 se encuentra en los linfocitos T

colaboradores y el correceptor CD8 se encuentra en los linfocitos T citotóxicos. El CD4

tiene cuatro dominios Ig en su porción extracelular y funciona como un monómero. El

CD8, por el contrario, funciona como un dímero que posee o bien dos cadenas alfa

idénticas, o más normalmente, con una cadena alfa y otra beta. ambas cadenas alfa y beta

poseen cada una un dominio IgV en su porción extracelular. Se encuentra también una

molécula más en la superficie de los linfocitos T que también está implicada en la

señalización por el TCR, el receptor CD3. Ésta es una molécula que ayuda a trasmitir una

señal a partir del TCR después de su interacción con las moléculas del CMH. En humanos

el CD3 está compuesto por tres cadenas diferentes, la cadena gamma, la delta y la épsilon,

todas las cuales son moléculas de la superfamilia de las inmunoglobulinas con un único

dominio Ig.

De modo similar a lo que sucede en los linfocitos T, los linfocitos B también poseen

correceptores de superficie y moléculas accesorias que asisten en la activación de la

inmununoglobulina del receptor de los linfocitos B (BCR). Se utilizan dos cadenas en la

señalización, CD79a y CD79b que poseen un único dominio Ig. El BCR también utiliza un

complejo de correcepción, que contiene a CD19, una molécula de la familia de las

inmunoglobulinas con dos dominios IgC2.

Moléculas coestimuladoras o inhibidoras

Los receptores y ligandos coestimuladores e inhibidores de señalización controlan las

funciones efectoras y de expansión de las células. Un grupo importantes de receptores

coestimuladores de la superfamilia de las imunoglobulinas son las moléculas de la familia

CD28: CD28, CTLA-4, program death-1 (muerte programada-1 o PD-1), El atenuador de

los linfocitos B y T (BTLA, CD272), and the inducible T-cell co-stimulator (ICOS,

CD278);2 y sus ligandos de la superfamilia de las inmunoglobulinas pertenecen a la familia

B7: CD80 (B7-1), CD86 (B7-2), Ligando ICOS, PD-L1 (B7-H1), PD-L2 (B7-DC), B7-H3

y B7-H4 (B7x/B7-S1).3

El CD28 se expresa en los linfocitos T y se puede unir a los ligandos CD80 (B7-1) o CD86

(B7-2) que se expresan en las células presentadoras de antígenos "profesionales", como las

células dendríticas, macrófagos y linfocitos B activados.4 Estos mismos dos ligandos son

compartidos por el receptor CTLA-4 que inhibe las respuestas de los linfocitos T

dependientes de CD28 y son también miembros de la superfamilia de las

inmunoglobulinas.5 El CTLA-4 se expresa en la superficie de los linfocitos T activados.2

El PD-1 se encuentra en los linfocitos T activados, en los B y en monocitos, y así mismo

con mucha menor expresion en las células asesinas naturales, poseyendo también dos

ligandos de la familia B7, el PD-L1 y el PD-L2. PD-L1 se expresa en los linfocitos B y T,

en las células mieloides, las células dendríticas y las células endoteliales. También se

pueden encontrar en algunos órganos no linfoides como el pulmón, el corazón, el músculo,

el páncreas y la placenta.6

ICOS está presente en los linfocitos T y puede sobrerregularse tras la activación del TCR y

el CD28. También se expresa en las células asesinas naturales activadas. El único ligando

de ICOS es el ligando de ICOS (ICOSL) que se encuentra en los linfocitos B, macrófagos,

células dendríticas, algunos linfocitos T y en algunas células endoteliales y epiteliales.7

Referencias

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master superfamily of interaction molecules». Semin Immunol 15 (4): pp. 215–23.

doi:10.1016/S1044-5323(03)00047-2. PMID 14690046.

2. Peggs K, Allison J (2005). «Co-stimulatory pathways in lymphocyte regulation: the

immunoglobulin superfamily». Br J Haematol 130 (6): pp. 809–24.

doi:10.1111/j.1365-2141.2005.05627.x. PMID 16156851.

3. Greenwald R, Freeman G, Sharpe A. «The B7 family revisited». Annu Rev Immunol

23: pp. 515–48. doi:10.1146/annurev.immunol.23.021704.115611. PMID 15771580.

4. Borriello F, Sethna MP, Boyd SD, Schweitzer AN, Tivol EA, Jacoby D, Strom TB,

Simpson EM, Freeman GJ, Sharpe AH (1997). «B7-1 and B7-2 have overlapping,

critical roles in immunoglobulin class switching and germinal center formation».

Immunity 6 (3): pp. 303–13. doi:10.1016/S1074-7613(00)80333-7. PMID 16156851.

5. Bhatia S, Edidin M, Almo S, Nathenson S (2006). «B7-1 and B7-2: similar

costimulatory ligands with different biochemical, oligomeric and signaling

properties». Immunol Lett 104 (1-2): pp. 70–5. doi:10.1016/j.imlet.2005.11.019. PMID

16413062.

6. Greenwald R, Freeman G, Sharpe A (2005). «The B7 family revisited». Annu Rev

Immunol 23: pp. 515–48. doi:10.1146/annurev.immunol.23.021704.115611. PMID 15771580.

7. Nurieva RI, Mai XM, Forbush K, Bevan MJ, Dong C (2003). «B7h is required for T

cell activation, differentiation, and effector function». Proc Natl Acad Sci U S A 100

(24): pp. 14163–8. doi:10.1073/pnas.2335041100. PMID 14615582.

03 Inmunoglobulinas

(Ver capitulo actualizado en www.inmunologiaenlinea.es)

F. García-Cozar, E. Aguado y J. Peña

Estructura Isotipos Dominios Subclases Alotipos Idiotipos Distribución Función Propiedades Unión ag-ac IgG y otras

INTRODUCCION

A finales del siglo XIX, Von Behring observó que los sueros de animales que habían padecido difteria contenían sustancias que neutralizaban el efecto de la toxina diftérica. A estas sustancias, que se caracterizaban por ser termolábiles y no dializables, se les denominó anticuerpos, debido a su capacidad de reconcer a las toxinas bacterianas. En 1937 Tiselius descubre la electroforesis y aplica este nuevo método al fraccionamiento de proteínas plasmáticas, identificando así los anticuerpos como las proteínas del suero que se desplazan más lentamente. Esta fracción recibió el nombre de g-globulina, quedando así asociados temporalmente, los conceptos de anticuerpo y de g-globulina, como equivalentes (Figura 3.).Posteriormente, se comprueba que no todos los anticuerpos migran electroforéticamente con las g-globulinas, sino que muchos de ellos lo hacen con las a y b globulinas. Esto se observó analizando los niveles de las distintas fracciones de globulinas antes y después de la inmunización de animales con un antígeno (Figura 3. ). Se concluye entonces, que no todos los anticuerpos son gammaglobulinas, por lo que Hebermans propone el término de inmunoglobulinas para designar a todas las sustancias con capacidad de anticuerpo. Hoy se conocen cinco tipos de inmunoglobulinas: IgM, IgA, IgG, IgD e IgE, cada una de ellas con ciertas características distintas (Tabla 3.1).

ESTRUCTURA DE LAS INMUNOGLOBULINAS

Las inmunoglobulinas son glicoproteínas que, según ya indicó Porter en 1959, están formadas por cadenas polipeptídicas agrupadas, dependiendo del tipo de inmunoglobulina, en una o varias unidades estructurales básicas.

Unidad estructural básica

Cada unidad está compuesta por cuatro cadenas polipeptídicas unidas entre sí por puentes disulfuro y otras uniones de tipo no covalente (Figura 3.). Para su estudio se han empleado diferentes procedimientos. Por ejemplo, tras la rotura de los puentes disulfuro por sustancias de carácter reductor, como el mercaptoetanol, se individualizan las cuatro cadenas polipeptídicas y éstos atendiendo a su tamaño, son de dos tipos: de bajo peso molecular (aproximadadamente 22 KD) y de alto peso molecular (50-70 KD, dependiendo del tipo de Ig). Los polipéptidos de bajo peso molecular reciben el nombre de cadenas ligeras o cadenas L (Light) y las de alto peso molecular, cadenas pesadas o cadenas H (Heavy) (Tabla 3.2). Dos cadenas ligeras y dos cadenas pesadas se agrupan de tal manera que existe una proximidad espacial entre los cuatro extremos amínicos de las cadenas ligeras y pesadas por una parte, y entre los dos extremos carboxílicos de las cadenas pesadas por otra. Esta estructura básica de las inmunoglobulinas puede ser fraccionada mediante la utilización de enzimas (papaína, pepsina, etc.), como fue efectuado por Porter en 1959, obteniéndose diferentes tipos de fragmentos (Figura 3 ). El tratamiento con papaína produce la ruptura específica de las cadenas H, en el espacio comprendido entre el puente disulfuro que las une entre sí y los que las unen a las cadenas ligeras. Se obtienen tres fragmentos: uno denominado Fc, que determina la actividad

biológica, contiene el alotipo y determina la clase y subclase de cadena pesada y dos denominados cada uno de ellos Fab, que contienen el idiotipo y es por donde la molécula se une al antígeno.

Cadenas Ligeras.

Hay dos tipos de cadenas ligeras, estructuralmente diferentes, que se conocen como cadenas ligeras tipo kappa (k) y cadenas ligeras tipo lambda (l). La familia de genes que codifica para la cadena ligera k se localiza en el cromosoma 2 y los loci de los genes homólogos que codifican para la cadena l, en el cromosoma 22. En cada molécula de inmunoglobulina las dos cadenas ligeras son del mismo tipo, k o bien l, pero nunca existe una de cada tipo en la misma inmunoglobulina. Las cadenas ligeras están formadas por unos 200 aminoácidos con la particularidad de que existen dos puentes disulfuro que unen grupos de unos cincuenta aminoácidos. Concretamente la IgG1 posee 214 aminoácidos y su estructura secundaria y terciaria están determinadas por dos puentes disulfuro intracatenarios que unen los aminoácidos 23 con el 88 y 134 con el 193, (Figura 3.) . A su vez, estas cadenas ligeras tienen otro puente disulfuro intercatenario, por el cual cada una de ellas se une a una cadena pesada para constituir la unidad básica de las inmunoglobulinas. Este puente se encuentra en el último aminoácido (214) de la parte carboxílica para el tipo k y en el penúltimo para el tipo l. Cadenas pesadas. Estas cadenas poseen unos cuatrocientos aminoácidos estableciéndose entre algunos de ellos puentes disulfuro (intracatenarios) que asocian unos 60 aminoácidos y que condicionan la estructura secundaria del polipéptido. Por ejemplo, las cadenas pesadas de la IgG1 poseen 440 aminoácidos y los puentes disulfuro unen el aminoácido 22 con el 96, el 144 con el 200, el 261 con el 321 y el 367 con el 425. Estas dos cadenas pesadas están unidas la una a la otra por puentes disulfuro intercatenarios, ya indicados anteriormente, y que pueden ser de uno a cinco dependiendo del tipo de inmunoglobulina. En estas cadenas pesadas, y a nivel de los puentes disulfuro intercatenarios, hay una zona de unos 15 aminoácidos, de gran flexibilidad debido a su estructura y constituye lo que se denomina zona bisagra por donde se deforma la molécula de inmunoglobulina cuando se produce la unión con el antígeno, facilitándose así su acoplamiento con éste. Los loci de los genes que codifican para la cadena pesada se localizan en el brazo largo del cromosoma 14. Parte variable y constante de las cadenas ligeras y pesadas. Estructuralmente, las cadenas ligeras poseen dos partes: una corresponde al extremo carboxílico que diferencia las cadenas ligeras en dos tipos k y l, y constituye la parte constante de las cadenas ligeras (CL). La otra corresponde al extremo amínico, que es muy variable y constituye la parte variable de las cadenas ligeras (VL) y corresponde a la zona de interacción con el antígeno. Las partes constante y variable son prácticamente de igual tamaño en las cadenas ligeras. También las cadenas pesadas poseen una parte variable y otra constante. Aproximadamente el tercio del extremo amínico de estas cadenas se caracteriza por ser estructuralmente muy variable, por lo que se conoce como parte variable de las cadenas pesadas (VH). La estructura de este fragmento, al igual que en las cadenas ligeras, depende del tipo de antígeno que reconoce, dado que este extremo también participa en la unión de la inmunoglobulina con el antígeno. Por el contrario, aproximadamente los dos tercios del extremo carboxílico de todas las cadenas pesadas de un mismo tipo de inmunoglobulinas poseen una estructura idéntica. De ahí que esta parte de las cadenas pesadas se conozca como parte constante de las cadenas pesadas (CH). Esta parte constante es diferente según la clase de inmunoglobulina que consideremos, determinando la existencia de cinco tipos de cadenas pesadas: g, a, m, d y e que definen a su vez las cinco clases de inmunoglobulinas: IgG, IgA, IgM, IgD e IgE respectivamente. (Figura 3. ). Características de los distintos tipos de inmunoglobulinas Debido a esta distinta estructura, las cadenas pesadas van a presentar distintas propiedades biológicas, tales como la capacidad de unirse entre sí, fijar complemento, fijar la pieza de secreción

y unirse a macrófagos, neutrófilos y células NK. En la tabla 3.1 se recogen las principales tipos de inmunoglobulinas y en la tabla 3.3 las principales propiedades de las mismas. Hemos de considerar que incluso entre moléculas de una misma clase existen, según a la subclase a la que pertenezcan, ciertas diferencias cómo se observa en la Tabla 3.4.

Isotipos

Si inmunizamos un animal de una especie con inmunoglobulinas procedentes de una especie distinta, la mayoría de los anticuerpos generados (antisuero heterólogo) irán dirigidos contra la región constante de la inmunoglobulina que hayamos inyectado, permitiendo definir lo que llamamos el isotipo de una inmunoglobulina determinada. Los genes que codifican para las distintas variantes isotipicas están presentes en todos los individuos sanos, es decir, todos los individuos sanos poseen los genes g1, g2, g3, g4, m, a1, a2, d, e, k y l; que codifican respectivamente para las regiones constantes G1, G2, G3, G4, M, A1, A2, D y E de las cadenas pesadas y para las regiones kappa y lambda de las cadenas ligeras. Existen cinco isotipos de cadena pesada (M, G, A, D y E) y dos de cadena ligera (k y l). Así diremos que el isotipo de una determinada inmunoglobulina es G1 o que esa inmunoglobulina es de la clase G y subclase 1, que a su vez puede tener unas cadenas ligeras del isotipo kappa o lambda. Dominios moleculares en las cadenas ligeras y pesadas. Tanto las cadenas pesadas como las ligeras poseen grupos de aminoácidos unidos por puentes disulfuro intracatenarios. Estos segmentos repetidos en las cadenas L y H se conocen como dominios. Los dominios de la parte constante de las cadenas pesadas presentan una gran homología secuencial no sólo entre ellos, sino también con la región constante de la cadena L. De forma similar, los únicos segmentos variables en las cadenas L y H presentan cierta homología entre ellos y en menor grado a los de la región constante. La cadena L tiene dos dominios, uno corresponde a la región variable (VL) y otro a la constante (CL). La cadena H tiene un dominio en la región variable (VH) y tres o cuatro en la constante dependiendo de la clase de inmunoglobulina que consideremos (tres en la IgG, IgA e IgD y cuatro en las IgM e IgE). Estos dominios de la región C se denominan CH1, CH2, CH3 y CH4 cuando aparece este último (Figura 3. ). Los dominios V son los responsables de la unión con el antígeno y los dominios C, con excepción del CH1, constituyen el fragmento Fc que, como ya se ha indicado, determina las propiedades biológicas de las inmunoglobulinas. Concretamente es por el dominio CH2 por donde se produce la unión a las proteínas del complemento y se establece el enlace con la cadena glicosilada que completa la molécula glicoproteica de las inmunoglobulinas. Es entre los dominios CH1 y CH2 donde se establece la zona bisagra.. Regiones hipervariables Las zonas variables, tanto de la cadena L como H, poseen a su vez unas regiones en donde se concentra fundamentalmente la variabilidad. Son tres pequeños segmentos que constituyen las denominadas regiones o segmentos hipervariables o región determinante de complementariedad CDR (Complementarity Determining Region), pues determinan la forma del centro activo que permite el reconocimiento y unión al antígeno. Cada una de estas regiones hipervariables se componen de 17 a 20 aminoácidos y cambios en muy pocos aminoácidos de estas zonas suponen una enorme diversidad de posibilidades de unión al antígeno sin variar el resto de la molécula (Figura 3. ). El resto de la parte variable es relativamente constante, de modo que sustituciones en los residuos que la constituyen, no afectan la especificidad de combinación; constituye un “sostén de trabajo” pues su misión es presentar adecuadamente en el espacio las regiones hipervariables al antígeno, por lo que los residuos que componen esta zona se denominan residuos FW (Framework).

Moléculas adicionales a la unidad estructural básica. En las inmunoglobulinas aparecen, además de las cuatro cadenas polipeptídicas básicas, un componente glucídico (que representa el 2-14 % del peso total de la molécula) y en algunas clases de

inmunoglobulinas, glicoproteínas adicionales conocidas como cadena J y pieza de secreción (Figura 3. ). La cadena J es una glicoproteína con un 12 % de azúcares y un peso molecular de 15 kD que une, mediante puentes disulfuro, extremos Fc en la IgA e IgM. La pieza de secreción es una glicoproteína de 58 kD de peso molecular que sintetizan las células epiteliales de las mucosas y glándulas exocrinas. Estructura espacial de las inmunoglobulinas. Una vez conocida la secuencia primaria de aminoácidos en las cadenas peptídicas de las inmunoglobulinas, la deducción de su estructura espacial permitió entender la forma en que millones de diferentes sitios de unión al antígeno son construidos sobre una estructura común. Las inmunoglobulinas pueden estar constituidas por unidades básicas simples, como es el caso de la IgG, IgD e IgE; en forma de dímeros (dos unidades básicas unidas), como es el caso de la IgA, o incluso por hasta cinco estructuras básicas unidas por sus extremos Fc como es el caso de la IgM. Esto se debe a la cualidad que tienen las cadenas m y a de unirse entre sí. Esta unión se realiza a través de la cadena J y mediante puentes disulfuro (Figura 3.). Las cadenas pesadas y ligeras están plegadas sobre si mismo, tal como se ha visto mediante análisis cristalográfico (Figura 3.). Cada uno de los dominios de las cadenas está constituido a modo de “cilindros” en los que se encuentran plegados en forma de sandwich dos grupos de cadenas proteicas, una con tres cadenas polipeptídicas y la otra con cuatro, que presentan estructuras secundarias es de hoja plegada b. Estas dos capas proteicas están alineadas paralelamente rodeando un espacio interior en el que predomina la presencia de aminoácidos hidrófobos (Figura 3) . La unión de esas dos capas se efectúa por puentes disulfuro. En las zonas constantes, las capas de cuatro segmentos están en el exterior de la molécula y las de tres en el interior, mientras que en las variables es al contrario; por lo demás, el modelo global de plegado guarda gran semejanza entre los dominios variables y constantes. Sin embargo, las regiones hipervariables constituyen tres bucles adicionales que no se someten al plegamiento del resto del dominio.

Subclases de Inmunoglobulinas.

Se sabe que no todas las Inmunoglobulinas de una misma clase tienen idéntica estructura, sino que dentro de las clases se pueden establecer subclases considerando la secuencia de aminoácidos de la región constante de las cadenas H y el diferente número y situación de los puentes disulfuro intercatenarios establecidos entre las cadenas pesadas. Así, la IgG humana se divide en cuatro subclases (IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4) y la IgA e IgM en dos (IgA1 e IgA2; IgM1 e IgM2) respectivamente. En la tabla 3.4 se exponen las distintas propiedades biológicas de las subclases de inmunoglobulinas G. Las regiones constantes de las cadenas pesadas de estas diferentes clases y subclases de inmunoglobulinas se conocen, como veremos en el apartado siguiente, con el nombre de variantes isotípicas y son las mismas en todos los individuos normales de la misma especie.

Alotipos

Las inmunoglobulinas, como proteínas que son, pueden actuar como antígenos. Esta propiedad se ha aprovechado para generar anticuerpos contra ellas, que posteriormente han sido utilizados como instrumentos para analizar su estructura y función. Mediante el uso de los anticuerpos generados contra las inmunoglobulinas se ha podido detectar la existencia de variaciones en las mismas. Si inmunizamos un animal con inmunoglobulinas de otro animal de la misma especie (Figura 3.) obtendremos antisueros homólogos. Estos antisueros homólogos pueden ir dirigidos contra las regiones constantes de las inmunoglobulinas, solo contra aquellas zonas que sean distintas entre ambos animales. Estas diferencias reflejan variaciones mínimas, a veces de un solo aminoácido debidas a diferencias en la secuencia de ADN de los genes que codifican para las inmunoglobulinas. Los genes que codifican para las inmunoglobulinas se heredan en forma de alelos mendelianos, por lo

que a cada uno de este tipo de variante se le denomina variante alélica y al conjunto de variantes alélicas, se le denomina alotipo. Los determinantes alotípicos o simplemente alotipos, se sitúan como hemos dicho en la región constante de las cadenas pesadas y ligeras. En el hombre se han descrito tres tipos de alotipos:

· Gm en las cadenas g de las IgG. · Am en las cadenas a de las IgA.

Km en las cadenas ligeras k que dan lugar a tres alotipos: Km (1’2), Km (1) y Km (3), cuyas diferencias estructurales se recogen en la tabla 3.5.

Idiotipos

Los antisueros homólogos que referíamos anteriormente que se producen al inmunizar animales con inmunoglobulinas de otro animal de la misma especie, también pueden ir dirigidos contra las regiones hipervariables de las cadenas H y/o L de las inmunoglobulinas. Todas las inmunoglobulinas que poseen los mismos determinantes antigénicos en sus regiones hipervariables se dice que pertenecen al mismo idiotipo, o que poseen los mismos determinantes idiotipicos. Los determinantes idiotípicos son exclusivos para las moléculas producidas por un clon determinado de células productoras de anticuerpos. Todos los animales tienen una representación de todas las regiones hipervariables posibles, generadas por recombinación genética (como veremos en el capitulo 5). Estas en condiciones normales, no dan lugar a una masiva producción de anticuerpos al encontrarse cada una en cantidades muy pequeñas, cuando experimentalmente inyectamos una cantidad suficiente de inmunoglobulinas de una especificidad determinada, se desarrollara una respuesta de anticuerpos contra el idiotipo de esa inmunoglobulina en particular (Figura 3.). Los idiotipos parecen tener importancia fisiológica en la regulación del sistema inmune. Según la teoría de la red de Jerne, frente a los idiotipos se formarían anticuerpos que al unirse a los mismos formarían un entramado (“red”) de anticuerpos unidos a otros anticuerpos que tendrían como acción final la regulación del proceso de síntesis de nuevas inmunoglobulinas. Como decíamos anteriormente, cada uno de los idiotipos se encuentra representado en tan pequeña cantidad que pasa desapercibido para el sistema inmune, sin embargo, cuando un determinado clon de células B reconoce su antígeno especifico, prolifera, se diferencia a célula plasmática y produce una gran cantidad de inmunoglobulinas de una misma especificidad, sus determinantes idiotipicos pasaran a encontrarse en mucha mayor cantidad y ahora sí darán lugar a una respuesta de anticuerpos contra ellos, anticuerpos anti-idiotipo, que podrán unirse a las inmunoglobulinas que ocasionaron su generación. La unión de los anticuerpos anti-idiotipo al idiotipo que los origino podrá dar lugar al bloqueo de las inmunoglobulinas solubles que compartan ese idiotipo o unirse a las inmunoglobulinas de membrana presentes en linfocitos B de la misma especificidad, o incluso a las regiones hipervariables del receptor para el antígeno de la célula T que reconocen ese mismo antígeno, con efectos en cada uno de los casos inhibidores o estimuladores. Los idiotipos se encontraron mediante estudios serológicos, al observarse que cuando en un conejo se inyectaban anticuerpos antisalmonella de otro conejo del mismo alotipo, producían anticuerpos que reaccionaban con el anticuerpo inyectado, incluso aunque los dos conejos fueran genéticamente idénticos. Estos anticuerpos anti-idiotipo, en la mayoría de los casos, están dirigidos contra la estructura exclusiva de la porción fijadora de antígeno y por tanto solo reconocen a inmunoglobulinas de la misma especificidad, sin embargo en algunos casos, los anticuerpos anti-idiotipo pueden estar dirigidos contra zonas de la región hipervariable distintas de la porción fijadora del antígeno y en este caso podrán unirse a inmunoglobulinas de varias especificidades distintas regulando la respuesta inmune frente a varios antígenos.

DISTRIBUCIÓN DE LAS INMUNOGLOBULINAS.

Las inmunoglobulinas se encuentran distribuidas en todos los fluidos orgánicos de la economía de los vertebrados y en las membranas de los linfocitos B y células plasmáticas. Las cantidades relativas de cada una de las clases de inmunoglobulinas en los diferentes compartimentos del organismo son muy diferentes. En el torrente sanguíneo predomina la IgG mientras que en las secreciones (saliva, lágrimas, secreción bronquial, así como en el líquido cefalorraquídeo y mucosas) la IgA es la predominante. Los niveles de inmunoglobulinas séricas fluctúan ampliamente en función de diversos aspectos, tales como el estado nutricional, la edad, etc. Los valores normales en suero de un hombre adulto (entre 20 y 40 años) se recogen en la tabla 3.6. Ontogénicamente se producen múltiples cambios en los niveles de inmunoglobulinas desde el nacimiento hasta los 8 ó 10 años, en que estos se estabilizan. En la figura 3.17 se expresan las concentraciones de inmunoglobulinas desde antes del nacimiento hasta los 5 años de edad. Los niveles de Ig G son muy altos en la vida fetal y en las primeras semanas de vida extrauterina, debido a que esta inmunoglobulina es la única que pasa de la madre al feto a través de la placenta. Durante la lactancia, descienden los niveles de IgG por catabolismo de esas moléculas que no son repuestas por carecer el niño aún de la capacidad de síntesis de las mismas. También en la edad fetal se sintetizan pequeñas cantidades de IgM (Figura 3.). Cuando las inmunoglobulinas se encuentran insertas en la membrana de los linfocitos (inmunoglobulinas de membrana), actúan como receptores de las señales de activación antigénicas por su capacidad de reconocimiento del antígeno constituyendo el receptor para el antígeno del linfocito B.

SUPERFAMILIA DE LAS INMUNOGLOBULINAS

La estructura de las cadenas pesadas y ligeras de las inmunoglobulinas posee ciertas similitudes entre sí (por ejemplo, la estructura en dominios equivalentes). Esto hizo pensar que ambas cadenas procedían de una molécula ancestral común. Idéntica similitud se ha observado con la b-2-microglobulina y con una gran cantidad de moléculas, todas ellas agrupadas, por tanto, bajo el mismo epígrafe de superfamilia de las inmunoglobulinas. Estas moléculas son: el receptor T para el antigeno, las moléculas de histocompatibilidad clase I y II, LFA-3, ICAM-1 y otras muchas que irán siendo estudiadas en diferentes capítulos de este libro, especialmente en el capítulo 8, donde se estudian las moléculas de adhesión (Figura 3.).

FUNCIÓN DE LAS INMUNOGLOBULINAS.

La función esencial de las inmunoglobulinas es la de unirse al antígeno. De esta manera las inmunoglobulinas actúan como receptoras de señales antigénicas o bien pueden colaborar en la destrucción antigénica. La primera función se presenta cuando las inmunoglobulinas se encuentran insertas en la membrana de los linfocitos B (inmunoglobulinas de membrana), y para la segunda requieren la colaboración del complemento, macrófagos, neutrófilos y células NK, que tienen la propiedad de unir las inmunoglobulinas por su extremo Fc.

Unión antígeno anticuerpo.

Los epítopos de un antígeno pueden estar formados por aminoácidos consecutivos en la secuencia de la proteína, como las proteínas se encuentran normalmente dobladas sobre si mismas según lo que llamamos estructura terciaria, en la mayoría de los casos los anticuerpos generados contra este tipo de epítopos solo reconocerán a la proteína desnaturalizada o “linearizada” y por ello se les llama epitopos lineales. En la mayoría de los casos los epítopos suelen estar formados por aminoácidos del antigeno que solo se encuentran suficientemente cerca unos de otros en la proteína nativa, es decir en la proteína que tiene estructura terciaria conservada, es decir una conformación adecuada, por lo que

a estos epítopos se les llama epitopos conformacionales (Figura 3. ). Cuando inmunizamos un animal con una proteína, generaremos una serie de anticuerpos dirigidos contra los distintos epítopos de la misma, todos esos anticuerpos se encontraran circulando en el suero del animal al que, una vez extraido, llamaremos antisuero. El tipo de anticuerpos que compondrán ese antisuero dependerá en gran medida de la forma en que hayamos preparado la proteína para la inmunización, si la hemos preparado desnaturalizada, solo existirán epítopos lineales, mientras que si hemos inyectado la proteína en su estado nativo, coexistirán en el antisuero anticuerpos que reconozcan epítopos conformacionales con otros que reconozcan epítopos lineales. En el caso de anticuerpos monoclonales, todas los anticuerpos procederán de un clon de células plasmáticas y por tanto estarán dirigidos contra un solo epítopo que será de un tipo u otro. La importancia radica, en que dependiendo del tipo de epitopos que reconozcan los anticuerpos, las aplicaciones diagnosticas o de investigación serán distintas. En general, los anticuerpos que reconocen epitopos lineales serán útiles para técnicas de Western Blot (donde se analiza la proteína generalmente desnaturalizada) mientras los que reconocen epítopos conformacionales lo serán para técnicas de inmunofluoresencia, inmunoprecipitación, etc.

Paratopo. Las inmunoglobulinas se unen a los epitopos de los antígenos por sus sitios activos, constituidos como se ha indicado anteriormente, por los segmentos variables de las cadenas pesadas y ligeras (Figura 3. ) y donde intervienen principalmente las regiones hipervariables. Esta zona de unión al epítopo se conoce con el nombre de paratopo. Fuerzas de unión Ag-Ac La unión del antígeno (Ag) con el anticuerpo (Ac) o inmunoglobulina es semejante a la que se establece entre la enzima y su substrato o entre proteínas que pertenecen a cualquier vía de señalización intracelular. Estas interacciones se deben a la formación de múltiples enlaces no covalentes (enlaces de hidrogeno, interacciones electrostáticas, de Van der Waals e hidrófobas), cada uno de los cuales por si solos son débiles. Sin embargo, como se establecen múltiples interacciones, la fuerza total de la unión puede ser muy elevada. Para que las interacciones mencionadas lleguen a ser efectivas, los grupos entre los que se establece deben estar situados a distancias muy cortas, y para que esto sea posible y se puedan producir un gran numero de interacciones, el epítopo y el paratopo deben encajar perfectamente, dependiendo de ello la “fuerza” de la interacción que conocemos con el nombre de afinidad. La afinidad esta interacción es de vital importancia, por cuanto de ello dependerá tanto la utilidad diagnósitca y de investigación de un anticuerpo como su importancia fisiopatológica. Para cuantificar la afinidad de una interacción, deberemos entender primero una serie de conceptos de los que nos ocuparemos a continuación. Al tratarse de uniones no covalentes, la unión Ag/Ac será reversible de modo que cuando el antígeno y el anticuerpo se mezclan en solución, se estarán formando y disociaciando complejos constantemente de acuerdo con la siguiente ecuación:

KA Ag + Ac = == Ag-Ac KD

donde ka representa la constante de velocidad y kd la de disociación. Llegara un momento en que la velocidades de asociación y disociación se igualen, es decir, que el numero de complejos Ag/Ac que se formen sea el mismo que el que se disocie, entonces decimos que se ha llegado a una situación de equilibrio dinámico. Una forma indirecta de medir la afinidad de la interacción de una pareja Ag/Ac, será medir la velocidad de asociación y disociación antes de que se llegue al equilibrio, lo cual puede realizarse actualmente mediante biosensores. Cuanto mayor sea la velocidad de asociación y menor la de disociación mayor será la afinidad de la interacción de esa pareja Ag/Ac. Otra forma complementaria y más directa de cuantificar la afinidad de la interacción Ag/Ac, es hacerlo una vez que se ha alcanzado el equilibrio y utilizando concentraciones bajas de anticuerpo. En estas condiciones la concentración de antígeno que permite que la mitad de los anticuerpos estén unidos a ellos y la otra mitad libre, medida en molaridad, se denomina constante de disociación (KD) y es una medida directa de la afinidad de la interacción. Cuanto menor sea la KD mayor será la afinidad

puesto que indica que es necesaria una menor concentración de antígeno para que la mitad de los anticuerpos estén ocupados. La inversa de la KD es la constante de asociación (KA) cuyo valor es directamente proporcional a la afinidad de la interacción. Para determinar experimentalmente estas constantes tendremos que conocer las concentraciones de antígeno libre y unido, para lo cual existen varios métodos entre los que destacan análisis mediante dialisis de equilibrio (Figura 3.). Esta técnica se basa en la utilización de una membrana semipermeable de un poro tal, que permita el paso de un antígeno suficientemente pequeño (un hapteno) pero no del anticuerpo. A concentraciones bajas de antígeno, la concentración de anticuerpo libre ira bajando rápidamente hasta que se alcance el equilibrio, puesto que todo el antígeno que entre a través de la membrana semipermeable quedara retenido por el anticuerpo. Realizando el experimento anterior con varias concentraciones de antígeno, podremos encontrar aquella en la que la mitad del anticuerpo se encuentra unido al antígeno que como hemos dicho corresponde a la KD. La afinidad que hayamos calculado corresponderá exclusivamente a la de la interacción de esa pareja Ag/Ac. Un determinado anticuerpo podrá unirse a mas de un antígeno con afinidades distintas en cada caso.

Avidez de la unión Ab-Ac Como apuntábamos anteriormente, el fenómeno de la unión Ag/Ac es en realidad mucho más complejo, pues cada uno de los antígenos poseen varios epítopos distintos, por lo que podrán unir mas de un anticuerpo. Cada molécula de anticuerpo, por su parte, podrá unir al menos dos moléculas de antigeno, una por cada Fab y en el caso de la IgM hasta diez moléculas (como se comento anteriormente las inmunoglobulinas IgM se ensamblan en unidades funcionales constituidas por cinco moléculas de anticuerpo). Finalmente en un antígeno, un determinado epítopo puede estar representado varias veces siendo capaz de unir varias moléculas del mismo anticuerpo. La fuerza total de la interacción que considera todas las interacciones epítopo/paratopo que tienen lugar entre antígenos y anticuerpos multivalentes (con varios sitios de unión), se denomina avidez y es mucho mayor que la suma de las afinidades puesto que las distintas interacciones se estabilizan entre ellas. Estas interacciones multivalentes poseen una gran importancia fisiopatológica por cuanto cuando se encuentren Ag y Ac en solución, como es el caso del plasma o los tejidos, se formaran agregados constituidos por muchas moléculas que denominamos Inmunocomplejos. A concentraciones equivalentes de Ag y Ac estos inmunocomplejos serán de gran tamaño y podrán quedar atrapados en los tejidos, iniciando una respuesta inflamatoria y dando lugar a las llamadas enfermedades por deposito de inmunocomplejos. Especificidad de la unión Ag-Ac La unión entre el Ag y la Ig tiene una gran específicidad, de tal manera que una Ig se unirá fundamentalmente y con mayor avidez, a un antígeno determinado. En algunos casos la inmunoglobulina podrá unirse a antígenos con epítopos muy similares, aunque en este caso la afinidad de la unión es mucho menor (Tabla 3.7). También es posible que un mismo epítopo se encuentre con dos antígenos diferentes en cuyo caso el anticuerpo reaccionara con los dos antígenos, diciéndose entonces que existe una reactividad cruzada. La consecuencia final de la acción de las inmunoglobulinas es la de destruir al antígeno y/o neutralizar los efectos nocivos de los mismos. Para la consecución de estos objetivos todas las inmunoglobulinas poseen, como ya se ha indicado, una característica esencial y común, que es la de unirse específicamente al antígeno, caracteristica que depende como hemos dicho, de sus regiones hipervariables contenidas en el fragmento Fab. Sin embargo, tanto la neutralización como la destrucción del antígeno, lo consiguen de muy diversas formas, dependiendo del tipo y manera de encontrarse el antígeno y también del tipo de inmunoglobulina que interviene en cada caso utilizando para ello, las regiones constantes y concretamente sus extremos Fc. Tras la unión del antígeno y la inmunoglobulina, ésta puede anular la acción del antígeno por neutralización, precipitación o aglutinación del mismo. Así si la Ig es específica para una toxina bacteriana, cuando se produce la unión Ag-Ac (toxina-antitoxina), quedan neutralizados los efectos tóxicos de la toxina. De ahí que clásicamente, cuando no se conocía la estructura de las inmunoglobulinas, se las denominase antitoxinas, precipitinas o aglutininas, en función de la reacción que se detectaba en cada caso.

Propiedades biológicas de las inmunoglobulinas.

Los fenómenos de neutralización, precipitación y aglutinación de los antígenos no son suficientes por sí solos para la destrucción y total eliminación de éstos. Para ello, además de las inmunoglobulinas se requiere de la colaboración de otros muchos elementos, tales como el sistema del complemento, macrófagos, polimorfonucleares o células NK. Podemos decir que las inmunoglobulinas, al detectar los antígenos y producirse la subsiguiente unión a ellos, actúan como trans-ductores de la información de la presencia de los mismos que serían destruidos por el complemento, macrófagos, los polimorfonucleares o células NK a los que dan especificidad. Opsonización. Cuando se produce la unión de antígeno e inmunoglobulina G se producen una serie de cambios alostéricos en el extremo Fc de la IgG que hacen que se una a receptores que se encuentran en la membrana de macrófagos y polimorfonucleares. A este fenómeno se le denomina opsonización (Figura 3.). Al producirse esta unión, los macrófagos se activan, iniciándose el fenómeno de fagocitosis y subsiguiente destrucción de los complejos antígeno anticuerpo por los procesos líticos intracelulares, propios de la acción de los enzimas contenidos en los lisosomas de estas células. Estos receptores pueden ser de distinta naturaleza, conociendose en la actualidad tres de estos receptores: FcgRI, FcgRII y FcgRIII, conocidos en la actualidad como CD64, CD32 y CD16 respectivamente. Además de en los macrófagos estos receptores se encuentran en otras células como plaquetas, linfocitos B y NK (Tabla 3.8). Cuando se produce la unión a células NK estas se activan y lisan a las células portadoras del antígeno por un mecanismo conocido como citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos (ADCC). Cuando la inmunoglobulina que se une a un antígeno es de las clases IgM o IgG, en sus extremos Fc se producen ciertos cambios alostéricos gracias a los cuales éstas adquieren la propiedad de fijar y activar uno de los componentes del complemento. Las fracciones activas del complemento poseen diferentes acciones muy importantes en la defensa del organismo, una de las cuales es la lisis celular. Este fenómeno se conoce con el nombre de citotoxicidad mediada por el complemento. Además de estas funciones, las inmunoglobulinas tienen la capacidad de ser esenciales en el fenómeno de reconocimiento del antígenos por parte de linfocitos B cuando se encuentran ligadas a la membrana celular de estas células como inmunoglobulinas de membrana constituyendo el receptor para el antígeno del linfocito B. Esta propiedad será estudiada extensamente en capítulos posteriores. En la actualidad y utilizando técnicas de Ingeniería Genética, podemos “construir” anticuerpos monoclonales que contengan una especificidad determinada y que sean del isotipo que deseemos para que predominen unas u otras funciones biológicas. Incluso podemos, con fines terapéuticos generar anticuerpos monoclonales de una determinada especificidad en ratones y posteriormente aislar el ADN que codifica para las regiones hipervariables que confieren la especificidad y fusionarlo con el ADN que codifica para las regiones constantes humanas, estos anticuerpos monoclonales “humanizados” tendrán indudables ventajas desde el punto de vista terapéutico al no ser considerados como extraños por el sistema inmune humano (ver capítulo 4).

Propiedades y función de cada una de las inmunoglobulinas

Aunque en los apartados anteriores se ha hecho mención a las propiedades y función de las inmunoglobulinas, a continuación estudiaremos brevemente y por separado las características funcionales más importantes de cada una de ellas (Figura 3.).

Inmunoglobulina G. Son las inmunoglobulinas más abundantes y representan más del 70 % de las Igs séricas totales; las diferentes subclases se presentan en proporciones muy diferentes. La IgG1 es la subclase más

frecuente (más del 60 %), seguida de la IgG2 (aproximadamente un 18 %), mientras que IgG3 e IgG4 se encuentran en mucha menor proporción. Esta Ig posee capacidad neutralizante, precipitante, de fijar complemento, de unirse a células NK y a macrófagos (opsonización) y son capaces de atravesar activamente las membranas biológicas. La propiedad de atravesar activamente las membranas biológicas es de sumo interés por lo que, además de ejercer esta inmunoglobulina, su efecto en toda la “economía del organismo”, lo hace también en el feto al atravesar la placenta desde la madre, merced a la existencia de receptores para la porción Fc en el sincitiotrofoblasto. Como el feto sólo sintetiza pequeñas cantidades de inmunoglobulinas, adquiere de este modo la posibilidad de defensa, no solamente mientras se encuentra en el seno materno, sino incluso durante la lactancia, período en el cual todavía no ha desarrollado la capacidad total de síntesis de inmunoglobulinas. Sin embargo, este paso de IgG desde la madre al feto no siempre es beneficioso para el feto. De todos es sabido que cuando hay incompatibilidad del tipo Rh entre la madre y el feto, se puede desarrollar el síndrome de eritroblastosis fetal como consecuencia de la destrucción de glóbulos rojos fetales, de nefastas consecuencias si no se acude a tiempo. Esto no se presentaría si la IgG no pasase de la madre al feto La IgG se sintetiza tardíamente tras un primer contacto con el antígeno, sin embargo, tras un segundo contacto la mayoría de las Igs formadas pertenecen a esta clase (Respuesta Secundaria) ( Tabla 3.9).

Inmunoglobulina M.

Los anticuerpos del tipo IgM son los que mas rápidamente se forman en respuesta a un estímulo antigénico (Respuesta primaria). Esta Ig se caracteriza también por poseer capacidad neutralizante, precipitante, aglutinante, fijar complemento, activar la respuesta inmune, sin embargo no atraviesa activamente las membranas biológicas. Esta última propiedad hace que esta inmunoglobulina ejerza su acción normalmente en los espacios intravasculares. Representa del 5 al 10 % de las Igs séricas totales y junto a la IgD es la más frecuentemente encontrada en la superficie de los linfocitos B como inmunoglobulina de membrana.

Inmunoglobulina A.

Esta inmunoglobulina posee capacidad neutralizante y precipitante, mientras que su capacidad de fijar complemento y de opsonización son muy débiles, limitándose su efecto a neutrófilos y no a macrófagos. La propiedad más importante de esta inmunoglobulina viene determinada por su capacidad de unirse por el extremo Fc a la pieza secretora, gracias a la cual puede ser secretada por las mucosas y glándulas exocrinas, ejerciendo su acción más importante en la superficie de mucosas y líquidos biológicos (sobre todo IgA2), tales como el liquido cefaloraquideo, secreción bronquial, lágrima, saliva, etc. Esto es importante porque así protegen precisamente los puntos más vulnerables del organismo, esto es, las puertas de entrada al mismo, como son ojos, boca, aparato digestivo, sistema respiratorio, vagina, etc. No olvidemos que, por ejemplo, si desplegamos la mucosa del aparato respiratorio, la superficie que cubriríamos es de unos 300 m2, superficie que se encuentra en contacto directo con el exterior a través del aire que se respira. Se deduce de ello que, sin duda, deben ser importantes los mecanismos de defensa local entre los cuales la IgA tiene un papel esencial. Esta inmunoglobulina se encuentra también en la leche materna. Los niveles de todas las inmunoglobulinas, a excepción de la IgG en recién nacidos son muy bajos, siendo por tanto de gran significación el hecho de que la IgA se transfiera desde la madre al lactante a través de la secreción láctea. De ahí que tengamos que insistir en que los lactantes se amamanten en el mayor grado posible directamente por las madres y no con leche de otros orígenes, a lo que actualmente existe excesiva tendencia. La IgA recibida de la madre ejerce un importante papel de defensa a nivel de todo el aparato digestivo. En ello parece que influyen las especiales características de pH gástrico del lactante que es menos ácido que en el adulto y una especial resistencia de esta inmunoglobulina frente al mismo, por lo que no se destruye a su paso por el estómago.

Inmunoglobulina D. .

La concentración de esta inmunoglobulina en suero es muy baja. Hasta fechas muy recientes no se había demostrado que esta inmunoglobulina poseía capacidad de unirse a antígenos, por lo que se dudaba de que actuase con función de anticuerpo. Sin embargo, aunque actualmente se ha demostrado su acción de anticuerpo, no se conoce con precisión cuáles son sus funciones específicas, aunque se piensa que colabora de forma importante en la activación de linfocitos B al actuar como receptor en la superficie de los mismos.

Inmunoglobulina E.

En muchos individuos alérgicos esta inmunoglobulina se presenta en grandes cantidades. El estímulo para su síntesis puede proceder de una gran variedad de antígenos, a los que en este caso se conocen como alergenos. Estos alergenos pueden penetrar en el organismo a través de la piel o de las mucosas respiratoria, ocular, del aparato digestivo, etc., así como por inyectables, como es el caso de la penicilina u otros medicamentos. La vida media de la IgE en sangre periférica es de 24-48 horas. No tiene capacidad de atravesar la placenta, por lo tanto, las reacciones de hipersensibilidad inmediata no pueden transferirse de manera pasiva de la madre al feto. Sin embargo, puede existir una predisposición de tipo familiar a padecer enfermedades de naturaleza alérgica. Esta predisposición parece estar relacionada con una tendencia a producir anticuerpos de tipo IgE en la respuesta secundaria frente a antígenos, en lugar de IgG que seria la respuesta normal en individuos no alérgicos. La IgE se encuentra en forma libre en sangre (Tabla 3.10) en donde se observa que los niveles cambian a lo largo de la edad. También la IgE se encuentra en otros líquidos biológicos así como unida a basófilos y células cebadas, gracias a la propiedad que tiene esta inmunoglobulina de unirse por su extremo Fc a receptores de superficie presentes en dichas células. Estas células se caracterizan por encontrarse en la piel y mucosas y por contener abundantes gránulos citoplasmáticos, ricos en sustancias vasoactivas que liberan una vez se activan. BIBLIOGRAFÍA.

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for the B-cell repertoire. Nat Rev Immunol., 5: 578-84.

CURSO DE INMUNOLOGÍA GENERAL:

5. Inmunoglobulinas y otras moléculas de células B

Enrique Iáñez Pareja

Departamento de Microbiología

Universidad de Granada

España

ÍNDICE:

5.1 INTRODUCCIÓN A LAS MOLÉCULAS QUE RECONOCEN ANTÍGENOS *

5.2 APROXIMACIÓN HISTÓRICA AL ESTUDIO DE LAS INMUNOGLOBULINAS *

5.3 ESTRUCTURA DE LAS INMUNOGLOBULINAS *

5.3.1 Estructura general de las cadenas de las inmunoglobulinas *

5.3.1.1 Cadenas L *

5.3.1.2 Cadenas H *

5.3.2 Estructura en detalle de las Inmunoglobulinas *

5.3.2.1 Estructura en detalle de un dominio típico de inmunoglobulina *

5.3.2.2 Estructura y función de los dominios variables *

5.3.2.3 Estructura y función de los dominios constantes *

5.4 INMUNOGLOBULINAS DE MEMBRANA Y COMPLEJO RECEPTOR-CORRECEPTOR DE

CÉLULAS B *

5.5 VARIANTES ANTIGÉNICAS DE LAS INMUNOGLOBULINAS *

5.5.1 Isotipos y determinantes isotípicos *

5.5.2 Alotipos y determinantes alotípicos *

5.5.3 Idiotipos y determinantes idiotípicos *

5.6 ESTUDIO DE LOS ISOTIPOS HUMANOS DE INMUNOGLOBULINAS *

5.6.1 Inmunoglobulina G (IgG) *

5.6.2 Inmunoglobulina A (IgA) *

5.6.3 Inmunoglobulina M (IgM) *

5.6.4 Inmunoglobulina D (IgD) *

5.6.5 Inmunoglobulina E (IgE) *

5.7 RECEPTORES CELULARES PARA Fc DE LAS Ig *

5.7.1 Receptores para Fc *

5.7.1.1 Fc IR (=CD64) *

5.7.1.2 Fc RII (=CD32) *

5.7.1.3 Fc RIII (=CD16) *

5.7.1.4 Fc Rn *

5.7.2 Receptores para Fc *

5.7.2.1 Fc RI *

5.7.2.2 Fc RII *

5.8 LA SUPERFAMILIA GÉNICA DE LAS INMUNOGLOBULINAS *

5.1. INTRODUCCIÓN A LAS MOLÉCULAS QUE RECONOCEN ANTÍGENOS

El punto clave del sistema inmune adaptativo es su capacidad de

reconocimiento específico de cualquier tipo de molécula o partícula extraña. Para ello, el sistema inmune cuenta con las inmunoglobulinas

(Ig) y con los receptores de los linfocitos T (TCR), los cuales exhiben tres importantes propiedades:

diversidad

heterogeneidad

procedencia a partir de reordenaciones de genes.

Las inmunoglobulinas funcionan como

1. la parte específica del complejo de las células B, a nivel de membrana, que reconoce al antígeno;

2. moléculas circulantes, es decir anticuerpos secretados por las células plasmáticas procedentes de activación, proliferación y diferenciación de células B. Estos anticuerpos se localizan en el suero, en los líquidos

tisulares (intersticiales) y recubriendo ciertos epitelios internos. Estas Ig circulantes son los efectores de la rama humoral del sistema inmune

específico (de hecho inician la fase efectora, pero como veremos, la eliminación definitiva del Ag no suelen hacerla directamente los anticuerpos).

Los receptores de células T aparecen sólo como moléculas de membrana de los linfocitos T. Reconocen al antígeno restringido por el MHC de la

célula diana o de la célula presentadora. Suministran la base de la inmunidad celular específica (en el caso de los linfocitos TC) y del

mecanismo de los linfocitos T colaboradores (TH).

5.2 APROXIMACIÓN HISTÓRICA AL ESTUDIO DE LAS INMUNOGLOBULINAS

Porter sometió la IgG a digestión breve con la enzima papaína, tras de lo cual realizó con

los fragmentos resultantes una separación cromatográfica en carboximetil-celulosa.

Dedujo que cada molécula de IgG había sido escindida por la papaína en dos fragmentos

idénticos, capaces de unir antígeno (fragmentos Fab) y un fragmento cristalizable (Fc).

Experimentos de Kabat & Tiselius (1939): demostraron que la llamada

fracción -globulínica de las proteínas del suero era la responsable de la

actividad anticuerpo (por eso, a los anticuerpos se les ha denominado

durante mucho tiempo como -globulinas).

Porter y Edelman (por separado, en los años 50 y 60) realizaron diversos

experimentos usando ultracentrifugación para separar las -globulinas,

obteniendo una fracción que poseía un coeficiente de sedimentación de 7S,

a la que llamaron IgG, con un peso molecular de unos 150.000 Da.

Nisonoff realizó experimentos parecidos a los de Porter, pero en lugar de

digerir la IgG con papaína, empleó pepsina. Del ulterior análisis

cromatográfico dedujo que la pepsina había roto cada molécula de IgG en

un fragmento capaz de unir Ag pero con doble valencia [fragmento F(ab’)2],

y una serie de pequeños fragmentos pequeños no cristalizables, procedentes

del Fc original.

Edelman sometió la IgG a un tratamiento reductor con mercaptoetanol (que

provoca la rotura de los puentes disulfuro), con posterior electroforesis

desnaturalizante de los péptidos resultantes. Sus resultados indicaban que

la IgG estaba compuesta de dos tipos de cadenas polipeptídicas, una pesada

(cadena H) y otra ligera (cadena L).

Ensamblando todos estos resultados se obtenía el primer modelo de la estructura de una inmunoglobulina: cada molécula de IgG está compuesta de

Dos cadenas H, cada una de unos 50.000 Da.

Dos cadenas L, cada una de unos 25.000 Da.

Cada cadena L está unida a una H por un puente disulfuro.

A su vez, las dos cadenas H está unidas entre sí por puentes disulfuro.

Estudios de secuenciación de las inmunoglobulinas.

El abordaje de la secuenciación de las Ig se encontró con un problema de

base: aunque la estructura general de las todas las inmunoglobulinas es

parecida, existe una enorme diversidad de secuencias y especificidades

frente a distintos antígenos. ¿Cómo obtener y purificar una Ig concreta

homogénea que permitiera la secuenciación de sus aminoácidos?

En principio hubo que recurrir a muestras de pacientes aquejados de

mieloma múltiple: en esta enfermedad un tipo concreto de células

plasmáticas (con una especificidad concreta) se ha vuelto canceroso, y

secretan grandes cantidades de la correspondiente Ig, que llega a

representar el 95% del total de inmunoglobulinas del individuo. Otra ventaja

es que los pacientes presentan en la orina las llamadas proteínas de Bence-

Jones, que son cadenas L en exceso procedentes del mieloma. De esta

forma fueron posibles los primeros análisis de secuencia de las

inmunoglobulinas.

Recientemente la secuenciación se ha facilitado notablemente por la

disponibilidad de los anticuerpos monoclonales.

5.3 ESTRUCTURA DE LAS INMUNOGLOBULINAS

5.3.1 Estructura general de las cadenas de las inmunoglobulinas

5.3.1.1 Cadenas L

Cuando se comparan distintas proteínas de Bence-Jones se observa que los 100 a 110 primeros aminoácidos difieren entre unas y otras,

mientras que los 100-110 últimos son prácticamente idénticos. Ello permite distinguir dos regiones claramente diferenciables en las cadenas

ligeras:

región carboxi-terminal, constante (región C)

región amino-terminal, variable (región V)

Además, existen dos posibles versiones de cadenas L, según dos variantes en la región C:

cadenas (kappa)

cadenas (lambda)

En una misma Ig existen dos cadenas o dos cadenas , pero nunca

una de cada tipo.

Porcentaje de cadenas y en humanos y en ratón

cadenas cadenas

Humanos 60 40

Ratones 95 5

Comparando diversas cadenas se ha visto que existen varios subtipos

según la especie:

en la especie humana, existen cuatro subtipos, denominados 1 a 4.

En ratones, existen tres subtipos (diferentes a los humanos): 1 a 3.

5.3.1.2 Cadenas H

La cadena pesada posee unos 440 aminoácidos (menos dos tipos, que poseen unos 550). Cada cadena pesada posee una región amino-

terminal de 100 a 110 aminoácidos, cuya composición es variable (VH). El resto de la cadena H muestra en humanos cinco patrones básicos de

secuencia, distinguibles entre sí, que configuran cinco tipos de cadenas pesadas según la porción constante (CH). La longitud de esta porción

constante suele ser de 330 aminoácidos, salvo en dos tipos, que poseen

440 aminoácidos.

Cada uno de los tipos de cadena pesada recibe una denominación a base de una letra griega, y determinan lo que se denomina clases o

isotipos de inmunoglobulinas:

cadena H

según la porción C

longitud de la porción C

(en aminoácidos)

clase o isotipo de Ig

330 IgG

440 IgM

330 IgA

330 IgD

440 IgE

En el caso de las IgG e IgA, se pueden distinguir, además, pequeñas diferencias de secuencias dentro de cada clase, que dan origen a

subclases, que en humanos son

IgG1, IgG2, IgG3, IgG4

IgA, IgA2.

En otras especies de mamíferos también se han detectado subclases de IgG e IgA, pero las subclases de las diferentes especies son distintas

entre sí. Esto nos sugiere que las subclases han ido apareciendo tardíamente durante la evolución dentro de cada línea filogenética, por

lo que no son comparables entre distintas especies.

Cada tipo (o en su caso, cada subclase) de cadena pesada H puede

combinarse por separado con cada una de las dos versiones ( o ) de

cadenas L.

5.3.2 Estructura en detalle de las Inmunoglobulinas

Al ser proteínas formadas por dos tipos de cadenas polipeptídicas, en las

inmunoglobulinas podemos distinguir estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria:

1. La estructura primaria (la secuencia lineal de aminoácidos) explica que

existan regiones V y regiones C tanto en cadenas H como en L.

2. Estructura secundaria: existen abundantes láminas antiparalelas, cada

una de ellas formadas por 3 o 4 cadenas antiparalelas, mantenidas por

puentes de hidrógeno entre grupos -NH- y -CO-. 3. La estructura terciaria es a base de dominios globulares compactos.

Cada dominio globular consta de dos capas (láminas) conectadas entre sí por un puente disulfuro característico. Dos dominios globulares consecutivos se conectan entre sí por secuencias cortas de aminoácidos

sin estructura especial. 4. Estructura cuaternaria: los dominios globulares de cadenas L y H

adyacentes interectúan dando la conformación global característica de

las inmunoglobulinas.

Cada cadena L se conecta con la H adyacente por un puente disulfuro, a

nivel de la parte C-terminal de la cadena L.

Las dos cadenas H se conectan entre sí por al menos un puente

disulfuro (como veremos, hay clases y subclases con abundantes puentes disulfuro enlazando las dos cadenas pesadas).

Además, muchas Ig poseen cadenas de polisacáridos unidos

covalentemente a algun(os) dominio(s), lo cual evidentemente colabora a la estructra global tridimensional de la molécula.

La estructura cuaternaria de la Ig es la que permite sus dos funciones características: unión al Ag y actividad biológica efectora.

A continuación vamos a describir en detalle la estructura de los dominios

de las inmunoglobulinas, comenzando con un estudio general, y continuando con la caracterización de los diferentes dominios o parejas

de dominios.

5.3.2.1 Estructura en detalle de un dominio típico de inmunoglobulina

Cada tipo de cadena (H y L) de Ig se puede considerar formado a partir de dominios globulares elongados. Cada dominio consta de unos 110

aminoácidos, y sus dimensiones son de 2,4 x 4,2 nm. Cada dominio está mantenido por un puente disulfuro que enlaza dos cisteínas invariantes,

que en la secuencia lineal están separadas entre sí por unos 60 aminoácidos.

Las cadenas L poseen un dominio variable (VL) y un dominio constante (CL).

Las cadenas H poseen un dominio variable (VH) y 3 o 4 (según clase)

dominios constantes (CH1, CH2, CH3, y en su caso, CH4).

La estructura en detalle de los dominios pudo ser puesta de manifiesto empleando la cristalografía y difracción de rayos X: cada dominio

presenta una estructura compacta característica, denominada pliegue de inmunoglobulina. El hecho de que existan determinados aminoácidos

conservados que guardan su posición relativa implica que la estructura terciaria esté conservada en las distintas inmuglobulinas.

Esta estructura terciaria peculiar consiste en un "sandwich" de dos láminas paralelas respecto del eje longitudinal del dominio. Una de las

láminas consta de 3 cadenas antiparalelas, y la otra de 4 cadenas

antiparalelas. Entre dos cadenas consecutivas existe un bucle, de

longitud variable según los casos. Las dos capas están estabilizadas

entre sí por un puente disulfuro conservado (que une dos cys separadas

en la secuencia por otros 60 aminoácidos aproximadamente), y por

interacciones hidrofóbicas entre grupos químicos de las cadenas laterales de aminoácidos.

Alguien ha comparado acertadamente esta estructura con un bollo de pan, partido longitudinalmente en dos rebanadas, pegadas entre sí por mantequilla (enlaces hidrófobos) y atravesadas por un palillo de dientes (enlace disulfuro).

El pliegue típico de la Ig condiciona a su vez interacciones no covalentes

entre dominios emparejados de dos cadenas diferentes:

entre dominios idénticos: CH2-CH2 y CH3-CH3.

entre dominios no idénticos: VH-VL y CH1-CL.

5.3.2.2 Estructura y función de los dominios variables

La variabilidad de secuencia de los dominios variables no está repartida uniformemente, sino en varias regiones denominadas regiones

hipervariables:

tres regiones en el dominio VL: L1, L2 y L3

tres regiones en el dominio VH: H1, H2 y H3.

En cada caso, la suma de estas tres regiones no representa más que el 15-20% del total del dominio. El restante 80-85% es mucho menos

variable.

Las regiones hipervariables se denominan CDR (iniciales en inglés de

regiones determinantes de complementariedad, ya que conjuntamente

forman el sitio de unión al epitopo). Cada CDR consta de unos 10

aminoácidos. La CDR3 suele ser la más variable de las tres.

Las regiones más constantes se denominan regiones FR, es decir, regiones

de armazón o de entramado. Ellas son las que en este caso de los dominios

V constituyen la estructura característica de dos láminas unidas entre sí.

Las regiones CDR de las cadenas L y H están situadas espacialmente de

modo que se proyectan hacia afuera, y están cercanas una a otra en la

configuración global. Esto crea la estructura tridimensional adecuada para la

unión con el antígeno.

Obsérvese que la cadena L presenta dos cadenas adicionales (c’ y c’’),

pero su organización global es como acabamos de describir.

Así pues, la región de entramado (FR) suministra un "andamio" que

soporta las 6 regiones CDR (tres de cada cadena). Este andamio rígido es el que constituye el dominio globular carácterístico, mientras que el

conjunto de las seis CDR de cada brazo Fab suministra una enorme variedad de tipos de Ac, cada uno de ellos con una especificidad

antigénica diferente. Dicha especificidad depende de la longitud de las CDR y de la composición de aminoácidos de estas CDRs.

La cristalografía de rayos X de alta resolución se ha aplicado hasta ahora a unos 20 complejos Fab-Ag, lo que ha permitido extraer varias

generalizaciones sobre el sitio de unión al Ag:

En el caso de Ag globulares, el Ac contacta con el Ag a través de una superficie amplia (de unos 700-900 Å2), relativamente plana y

suavemente ondulada. Obsérvese en las imágenes cómo cada protrusión del Ac se corresponde con una depresión del Ag, y cada depresión del Ac

lo hace con una protrusión del Ag.

En estos casos, 15-20 aminoácidos del Ac contactan con un número similar de aminoácidos de la proteína globular antigénica. Entre 6 y 14% del epitopo se encuentra "enterrado" en alguna hendidura del Ac.

En el caso de antígenos pequeños (p. ej., fosforilcolina, angiotensina-II),

el sitio de unión en el anticuerpo es más pequeño (200-700 Å2) y presenta alguna hendidura profunda, donde queda enterrada buena

parte del epitopo (70-90%).

De las 6 regiones CDR, al menos cuatro contactan con el epitopo, y

frecuentemente lo hacen las seis. En general, parece que la contribución de las CDR de VH es más importante que las de VL.

En algunos casos, la unión Ac-epitopo se produce con cambios

conformacionales en uno o en ambos, lo que permite un mejor ajuste entre los dos.

5.3.2.3 Estructura y función de los dominios constantes

Los dominios constantes de la porción Fc de las Ig están relacionados con diversas funciones biológicas de los anticuerpos. Los dominios

constantes se asocian por parejas:

CL-CH1

CH2-CH2

CH3-CH3

Dominios CL-CH1

La interacción no covalente entre ambos dominios es más débil que la que existe entre VL y VH. Sin embargo, CL y CH1 se unen covalentemente

entre sí por un enlace disulfuro situado a nivel del extremo C-terminal de la cadena L.

La interacción entre estos dos dominios confiere una serie de

propiedades a las moléculas de anticuerpos:

La interacción CL-CH1 sirve a su vez para mantener unidos mejor a VL y VH

entre sí.

La existencia de esta pareja de dominios hace que el brazo Fab (cuya parte

esencial para unirse al Ag estriba en los dominios V) sea más largo, lo cual

facilita la rotación del brazo, que a su vez mejora la capacidad de

interacción del brazo Fab con el Ag.

Pueden contribuir a aumentar aún más la diversidad de Ac, al permitir más

posibles asociaciones entre VH y VL.

Región bisagra

Las cadenas pesadas de tipo , y presentan entre el primer y

segundo dominios constantes una secuencia de aminoácidos sin homología con otros dominios, denominada región bisagra o región Fx.

Se trata de una zona rica en prolina, que confiere flexibilidad, y que

hace que los dos brazos Fab puedan rotar independientemente uno respecto del otro, formando ángulos variados respecto a Fc.

Véase el experimento que demuestra esto: se tiene una molécula lineal de unos 25 Å , con dos

moléculas de dinitrofenol (DNP), una en cada extremo. Si mezclamos esta molécula con anticuerpos anti-DNP, al microscopio electrónico se pueden ver trímeros, tetrámeros y pentámeros de anticuerpos unidos entre sí por puentes de esa molécula. Obviamente, el ángulo de los brazos Fab de cada molécula de Ac es diferente en cada tipo de multímeros, lo que demuestra que el brazo Fab puede girar debido precisamente a la región bisagra.

Se recomienda volver a consultar las figuras de la estructura tridimensional de los Ac para comprobar la naturaleza extendida de esta región bisagra.

De esta forma los brazos Fab se pueden mover y girar para alinear

mejor las regiones CDR con respecto a los epitopos a los que se van a

unir. Igualmente esto permite que la porción Fc se pueda mover para

mejorar sus diversas funciones efectoras.

En la región bisagra existen abundantes prolinas, lo cual determina su

estructura desplegada, flexible y sensible al ataque por proteasas (recuérdese la actuación de la papaína y la pepsina). Igualmente existen

algunas cisteínas, lo cual permite la formación de puentes disulfuro entre las dos cadenas pesadas a este nivel.

Las cadenas pesadas y carecen de región bisagra, pero en su lugar

poseen un dominio adicional (CH2) 110 aminoácidos, que cumple un

papel semejante.

Dominios CH2 de IgG, IgA e IgD (y los equivalentes CH3 de IgM e IgE)

La pareja de dominios CH2 (o su equivalente) suele ser rica en carbohidratos, que suelen estar dispuestos de modo que separan entre

sí a cada miembro de la pareja. Es decir, al contrario que las otras parejas de dominios globulares de las Ig, estos dominios no están

superpuestos entre sí, sino uno adyacente al otro. Esto supone que estos dominios están más accesibles al entorno acuoso, lo cual explica

en parte sus papeles biológicos: en el caso de la IgG y de la IgM activan el complemento por la ruta clásica.

Dominios carboxiterminales (CH3 en IgG, IgA e IgD; CH4 en IgM e IgE)

Aquí hay que distinguir entre las dos posibles versiones en que podemos encontrar cada inmunoglobulina: libre (es decir, anticuerpos circulantes)

o Ig de membrana.

Los Ac circulantes, tras el típico dominio globular poseen una pequeña

porción hidrófila C-terminal. El dominio CH3 (o su equivalente), junto con el

dominio anterior, es reconocido por receptores para Fc presentes en

diversas células fagocíticas. De este modo, un fagocito puede reconocer y

fagocitar fácilmente un microorganismo recubierto por Ac (fenómeno de

opsonización).

Las Ig de membrana, tras el dominio globular, presentan otro tipo de

secuencia más compleja que en la versión circulante, y en la que podemos

distinguir tres zonas:

un espaciador extracelular (yuxtamembrana), de carácter hidrófilo;

una secuencia transmembranal, hidrófoba, de unos 26 aminoácidos,

probablemente en configuración de -hélice.

finalmente, una cola intracitoplásmica, hidrófila.

Los papeles biológicos condicionados por este par de dominios son:

el ya comentado de servir para el reconocimiento por parte de receptores de

fagocitos:

algunas subclases de IgG se unen a receptores para Fc de la superficie de

células de la placenta, lo cual les permite atravesar la barrera materno-fetal

y conferir inmunidad pasiva al feto.

La IgE se une por este dominio a receptores adecuados de la membrana de

basófilos y mastocitos (véase el tema de la alergia).

Como veremos, la IgA (y la IgM) interactúan con receptores de células

epiteliales durante su proceso de secreción (receptor de poli-Ig).

En la IgA e IgM existen ciertas cisteínas en este dominio C-terminal, lo cual

condiciona la formación de puentes disulfuro entre dos o más monómeros

de estas inmunoglobulinas, creándose formas multiméricas que cumplen

papeles especiales.

5.4 INMUNOGLOBULINAS DE MEMBRANA Y COMPLEJO RECEPTOR DE CÉLULAS B

Como ya dijimos, las Ig de membrana (mIg) se diferencian de sus correspondientes versiones circulantes en los respectivos extremos C-

terminales. La versión de membrana posee una larga cola en la que existe un segmento extracelular, seguido de una zona transmembranal,

de unos 26 aminoácidos, terminando en una secuencia intracitoplásmica

de longitud variable, según la clase de inmunoglobulina.

En las distintas fases de maduración de los linfocitos B existen distintos isotipos o combinaciones de isotipos de Ig (todos con la misma

especificidad antigénica para cada clon de linfocitos):

las células B inmaduras sólo poseen mIgM;

las células B maduras vírgenes (en reposo) poseen mIgD y menos cantidad

de mIgM;

las células B de memoria pueden tener diversas combinaciones de diversas

clases: mIgM, mIgG, mIgA y mIgE.

Ahora bien, la Ig de membrana va acompañada de otras moléculas, formando el denominado complejo receptor de células C (BCR). Dicho complejo está formado por:

una molécula de mIg, unida no-covalentemente a

dos heterodímeros Ig -Ig , en los que las dos cadenas ( y ) están

unidas entre sí por puentes disulfuro.

Parece que los dos dominios más C-terminales de la mIg establecen contactos con sendas cadenas de cada uno de los heterodímeros Ig -

Ig .

Las cadenas y presentan su correspondiente segmento

tranmembranal, así como largas colas citoplásmicas (61 aminoácidos en

el caso de la cadena y 48 la cadena ).

Cuando un antígeno se entrecruza con las mIg de dos complejos (es

decir, uno de los brazos Fab de una mIg se une al Ag y otro brazo Fab de otra mIg se enlaza con el mismo Ag), se inicia una serie secuencial

de eventos moleculares en el citoplasma que finalmente conducen a la activación de la célula B: al unirse el Ag a la mIg, parece que ocurren

cambios a nivel de la cola citoplásmica de dicha Ig, así como cambios en las colas citoplásmicas de las moléculas invariantes y del BCR,

poniéndose en marcha una cascada de fosforilaciones y defosforilaciones que finalmente activan una serie de genes, cuya actividad redundará en

la activación de las células B.

Recientemente se ha identificado un nuevo complejo de membrana de

células B, que puede intensificar la señal de activación transmitida por el BCR. Este grupo de moléculas, que recibe el nombre de complejo

correceptor, consta de 3 proteínas:

CD19: pertenece a la superfamilia de las inmunoglobulinas, y posee una

larga cola citoplásmica y tres dominios extracelulares de tipo Ig;

CD21 (también conocida como CR2): se puede unir a C3b (un componente

del complemento) y al CD23 de la superficie de las células dendríticas

foliculares de los ganglios;

CD81 (=TAPA-1): consta de cuatro segmentos transmembranales.

El linfocito B se une por medio del CD21 del complejo correceptor al antígeno acomplejado con C3b o C3d, y por medio de la Ig del BCR al epitopo del antígeno. De este modo el BCR se entrecruza con el

correceptor (a través de antígeno unido al componente del

complemento). Entonces, este evento provoca que el CD19 del correceptor interaccione con los Ig/Ig del BCR, de modo que se

fosforilan varias tirosinas de la cola citoplásmica del CD19. A su vez ello provoca la unión de la quinasa Lyn, que se activa, interviniendo en una

cascada de fosforilaciones y desfosforilaciones celulares que finalmente activará una serie de genes del linfocito B.

5.5 VARIANTES ANTIGÉNICAS DE LAS INMUNOGLOBULINAS

Las inmunoglobulinas son glucoproteínas; por lo tanto, se pueden

comportar como antígenos al ser inyectados a receptores adecuados. El estudio de las Ig en su faceta de antígenos revela la existencia de tres

tipos de determinantes antigénicos, cada uno de ellos localizado en partes características de la molécula:

determinantes isotípicos

determinantes alotípicos

determinantes idiotípicos.

5.5.1 Isotipos y determinantes isotípicos

Se denominan isotipos al conjunto de variantes de inmunoglobulinas comunes a todos los miembros sanos de una determinada especie.

Los isotipos dependen de las regiones constantes tanto de cadenas pesadas como de cadenas ligeras. Los isotipos también reciben el

nombre de clases, y en determinados casos se pueden diferenciar subclases. Como ya vimos, en humanos se distinguen cinco isotipos

según características de las porciones constantes de cadenas pesadas (IgG, IgA, IgM, IgD e IgE). Cada isotipo puede encontrarse en dos

versiones distintas, según que las cadenas ligeras sean de tipo o .

Cada isotipo (y en su caso, cada subclase) viene determinado por un

gen correspondiente de región constante. Todos los individuos de una especie cuentan con el mismo juego básico de genes de regiones

constantes.

¿Cómo se ponen de manifiesto experimentalmente los isotipos? Se inyecta un Ac de una especie A en una especie B; esta última reconoce como "extraño" (antígeno) al Ac-A, y produce anticuerpos anti-isotípicos frente a los anticuerpos de la especie A.

Los anticuerpos anti-isotípicos se emplean, obviamente, para determinar la clase y subclase de un Ac problema de una especie, así como para caracterizar las Ig de membrana de las células B.

5.5.2 Alotipos y determinantes alotípicos

Los alotipos son el conjunto de variantes alélicas presentes en las poblaciones de una especie: hay individuos que para cada clase o

subclase presentan una variante alélica distinta de otros individuos.

Se deben a pequeñas diferencias (de uno a cuatro aminoácidos) que

afectan a las regiones CH y CL.

Obviamente, los individuos pueden ser homozigóticos o heterozigóticos para cada variante, siendo estos alelos de expresión codominante.

Ejemplo: si tenemos dos razas de ratón una homozigótica b4b4, y otra homozigótica b5b5, y las cruzamos, la F1 será heterozigota b4b5, y en ella se expresarán ambas versiones alotípicas de Ig de la misma clase.

En humanos se han identificado 25 alotipos de cadenas , que se denominan con la letra G seguida del número de la subclase, de la letra m, y finalmente, entre paréntesis, una cifra alusiva al alotipo. Ejemplos: G1m(1), G2m(23), G3m(11), G4m(4 a).

Existen dos variantes de IgA2 llamadas A2m(1) y A2m(2).

Se han identificado tres variantes de cadenas : m(1), m(2) y m(3).

¿Cómo detectar los alotipos? Se inyecta anticuerpo de una clase o subclase de un individuo (A) a otro individuo (B) con distinto alotipo de la misma especie: éste produce anticuerpos anti-alotípicos frente a las variantes alotípicas del individuo A.

Algunas veces, la madre gestante puede producir Ac anti-alotípicos en respuesta a determinantes alotípicos paternos heredados por el feto.

5.5.3 Idiotipos y determinantes idiotípicos

Se define como idiotipo el conjunto de variantes antigénicas

características de cada anticuerpo de un mismo individuo, debidas a las secuencias de aminoácidos de las porciones VH y VL. A su vez, cada uno

de los determinantes características de un anticuerpo concreto se

denomina idiotopo. El conjunto de los idiotopos es lo que define a cada idiotipo. El idiotopo puede coincidir o no con un paratopo (con un sitio

de unión a un epitopo).

Obviamente, los Ac producidos por un determinado clon de linfocitos B y

las células plasmáticas derivadas de ellos llevan el mismo idiotipo.

Normalmente, los distintos clones de linfocitos B producen idiotipos distintos entre sí, no compartidos entre ellos, a los que se llama

idiotipos privados.

Pero también puede ocurrir que determinados determinantes idiotípicos

sean comunes a dos o más clones, por lo que en este caso se habla de idiotipos públicos o de reacción cruzada (a veces llamados idiotipos

recurrentes). Ello se debe a que distintos clones de linfocitos B de un mismo individuo (o de la misma raza pura) pueden usar la misma región

génica variable de la línea germinal para construir sus porciones variables.

¿Cómo detectar los idiotipos? En el caso de animales de laboratorio, se usan razas singénicas (para minimizar diferencias iso- y alotípicas). Se inyectan anticuerpos monoclonales o anticuerpos de mieloma en un animal singénico; pasado un tiempo, de éste se recuperan anticuerpos anti-idiotípicos.

Durante una respuesta inmune normal se producen anticuerpos anti-autoidiotípicos, que como veremos en el capítulo sobre regulación (tema 15), tienen un papel importante en el control de la respuesta inmune.

5.6 ESTUDIO DE LOS ISOTIPOS HUMANOS DE INMUNOGLOBULINAS

Vamos ahora a abordar el estudio de la estructura y papeles biológicos de los distitintos isotipos (clases) de inmunoglobulinas de la especie

humana.

5.6.1 Inmunoglobulina G (IgG)

Es el isotipo más abundante en suero (8-16 mg/ml), constituyendo el 80%

de las Ig totales.

Existen cuatro subclases en humanos,que se diferencian estructuralmente

entre sí por el tamaño de la región bisagra y el número de puentes disulfuro

entre las cadenas pesadas.

Algunos datos sobre las subclases de IgG

Subclase

de IgG nº de

puentes S-S concentración

en suero (en

mg/ml)

opsoninas Activación

del

complemento

IgG1 2 9 +++ ++

IgG2 4 3 +/- +

IgG3 11 1 +++ +++

IgG4 4 0.5 - -

Estas distintas subclases se deben a que en la línea germinal existen cuatro

genes C , si bien éstos comparten 90-95% de sus secuencias. Ello nos

indica, además, que han divergido hace poco tiempo en la escala evolutiva a

partir de un gen ancestral común.

Las IgG poseen gran capacidad de desarrollar elevada afinidad de unión al

antígeno.

Son las mayoritarias durante la respuesta secundaria.

Difunden más fácilmente que los demás isotipos al espacio extravascular

(hasta el 50% de las IgG se encuentran en los fluidos tisulares), donde son

las principales responsables de neutralizar toxinas bacterianas (de hecho,

son las únicas que funcionan como antitoxinas).

Las IgG1 e IgG3 funcionan muy bien como opsoninas: se unen a receptores

para Fc de la superficie de células fagocíticas (sobre todo macrófagos),

ayudándolas a fagocitar y destruir el microorganismo.

La IgG3 > IgG1 > IgG2 activan el complemento por la ruta clásica: el

dominio C 2 de dos moléculas de IgG se une al componente C1q del

complemento, para iniciar la activación de éste.

En humanos la IgG1, IgG3 e IgG4 cruzan fácilmente la placenta.

En otras especies no humanas (como en el cerdo), las IgG del calostro de la

madre es absorbida por el recién nacido desde la luz intestinal hasta la

sangre. Ello se debe a que las crías poseen unos receptores únicos en sus

células del epitelio intestinal, que reconocen la Fc de la IgG, y la transportan

a circulación sanguínea, lo cual confiere inmunidad pasiva durante las

primeras semanas de vida.

5.6.2 Inmunoglobulina A (IgA)

En humanos existen dos subclases: IgA1 e IgA2. En el suero predomina la subclase IgA1, constituyendo del 10 al 15% de las Ig totales (1.4-4

mg/ml), y allí aparece como monómeros (sin embargo, en otros animales, la IgA suele ser dimérica.

Pero en las secreciones seromucosas es muy abundante la IgA2, que

aparece como dímero.

Para dar una idea de la abundancia de la IgA de las seromucosas, bastará decir que cada día se secretan unos 40 mg/Kg de peso corporal, frente a los 30 mg/Kg de IgG.

Las secreciones donde aparece la IgA secretoria (sIgA) son:

saliva

lágrimas

fluido nasal

tracto bronquial

tracto genitourinario

tracto digestivo

leche materna y calostro

La estructura de la sIgA dimérica consta de dos monómeros de IgA2 unidos "cola con cola" por medio de un péptido conocido como pieza de

unión (J), y recubiertos por la llamada pieza secretora.

Cada monómero presenta una cola adicional con 18 aminoácidos. La

cola de cada monómero se une por un puente disulfuro a la pieza J. Esta pieza J es un polipéptido de 15 kDa sintetizado en la misma célula

plasmática que está produciendo la IgA2. Dicha célula plasmática termina secretando el complejo de las dos unidades de IgA unidas cola

con cola por la pieza J.

El complejo {IgA-J-IgA} es entonces reconocido por el llamado

receptor de poli-Ig, situado en la membrana basal de las células epiteliales. Este receptor de poli Ig pertenece a la superfamilia de las

inmunoglobulinas, y está constituido por 5 dominios típicos de Ig, y anclado a la membrana basal epitelial. Parece que reconoce a la pieza J

ya engarzada a los dos monómeros de IgA.

El receptor de poli-Ig se une entonces a cada monómero de IgA,

probablemente formando puentes disulfuro con los respectivos dominios C 2, con lo cual comienza un fenómeno de endocitosis mediada por

receptor: se forma una vesícula membranosa recubierta de clatrina, en

cuyo interior se encuentra el complejo {IgA-J-IgA} unido a su vez al receptor de poli-Ig. Esta vesícula intracitoplásmica viaja por el

citoplasma, desde el extremo basal hasta el apical, y termina fusionándose con la membrana que da a la luz del conducto.

Entonces el receptor de poli-Ig se rompe a nivel del tramo que hay entre

el último de sus dominios Ig y la membrana, con lo que queda libre la forma madura de la IgA secretada: un complejo de dos monómeros de

IgA unidos por la pieza J, y todo ello recubierto del componente secretor, que como se ve, no es más que la porción mayor escindida del

receptor de poli-Ig.

La pieza secretoria recubre buena parte de los dos monómeros de IgA,

enmascarando sus respectivas regiones bisagra. Ello hace que la sIgA esté mejor protegida contra las proteasas, lo que se manifiesta en que

posea una alta vida media en el entorno del conducto al que ha sido secretada. Además, la IgA2 es intrínsecamente más resistente que otras

inmunoglobulinas al ataque de las proteasas bacterianas.

La sIgA cumple una misión importantísima en la protección del

organismo frente a la entrada de numerosos agentes patógenos:

al tener tetravalencia, es capaz de unirse a epitopos repetitivos de la

superficie de virus y bacterias, inhibiendo la colonización por estos de las

mucosas.

Parece que el componente secretor también tiene el efecto de evitar la

adherencia de los microorganismos al epitelio (a esto se le ha llegado a

llamar efecto Teflón™.

Los complejos de sIgA y antígeno son atrapados eficazmente en el fluido

mucoso del epitelio, y eliminados por el movimiento ciliar del tracto

respiratorio o por el peristaltismo del intestino.

5.6.3 Inmunoglobulina M (IgM)

Supone del 5 al 10% de las Ig séricas (1.5 mg/ml de media).

Se secreta como pentámeros, con las Fc hacia adentro y los brazos Fab

hacia afuera.

Cada monómero lleva un dominio constante adicional (el C 2). Las

unidades del pentámero están unidas entre sí por puentes disulfuro entre

dominios C 3 adyacentes y entre C 4 adyacentes, exceptuando dos de las

5 unidades, que usan unión mediante una pieza J similar a la ya vista para

la IgA.

Es la primera inmunoglobulina que sintetiza el neonato por sí mismo, y

también es la primera en aparecer durante la respuesta primaria.

Al ser un pentámero, tiene una gran valencia teórica (10), pero dicha

valencia sólo se usa al máximo con pequeños haptenos. En el caso de

haptenos o epitopos mayores sólo llega a usar 5 de esas valencias, debido a

impedimentos estéricos.

El tener gran valencia significa que posee una mayor capacidad que otras Ig

para unirse a antígenos particulados multidimensionales: (p. ej., partículas

de virus, eritrocitos de otro individuo), entrecruzándolos y provocando

aglutinación, por lo que las IgM son típicas aglutininas (son de 100 a 1.000

veces más eficaces que las IgG en este papel).

Al unirse a este tipo de Ag particulados con epitopos repetitivos cambia de

conformación: pasa de su configuración plana (forma de estrella) a una en

forma de grapa o de cangrejo. Ello parece que a su vez sirve para que se

pueda activar eficazmente el complemento por la ruta clásica.

De hecho, fijan y activan muy bien el complemento (debido a que para

activar el componente C1q se requieren dos moléculas de inmunoglobulinas

cercanas, cosa que la pentamérica IgM logra "por definición"). Por ello, la

IgM es muy buena citolítica.

Están confinados en el torrente circulatorio (no se extravasan a tejidos), por

lo que son muy buenos frente a bacteriemias.

5.6.4 Inmunoglobulina D (IgD)

Supone el 0.2% de las inmunoglobulinas séricas (20 g/ml).

Presenta una región bisagra bastante amplia, lo que puede ayudar a explicar

el hecho de que es muy susceptible a proteolisis, siendo muy baja su vida

media en sangre (unos tres días).

En su forma libre en plasma, su función es desconocida.

Aparece como Ig de membrana, junto con la mIgM, en los linfocitos B

maduros vírgenes, donde parece que su función es constituir un receptor

antigénico, tanto en activación como en supresión de los linfocitos B.

5.6.5 Inmunoglobulina E (IgE)

Es la menos abundante en suero (0.3 g/ml)

Presenta un dominio adicional (el que pasa a ser el C 2).

Es la mediadora de las reacciones de hipersensibilidad inmediata (alergias),

como la fiebre del heno, asma extrínseco o el choque anafiláctico. Para ello,

las moléculas de IgE se unen a receptores específicos para Fc de IgE

situados en las membranas de mastocitos tisulares y de basófilos

sanguíneos. Cuando dos moléculas de IgE unidas a sus respectivos

receptores en estas células se entrecruzan con el alergeno específico, se

produce la desgranulación, lo que libera extracelularmente mediadores

farmacológicamente activos, como histamina y ciertas citoquinas. También

se provoca la síntesis de novo de eicosanoides (prostaglandinas y

leucotrienos). Todo ello colabora en los síntomas de alergia.

Pero la IgE también juega un papel fisiológico, beneficioso: confiere

protección local frente a ciertos patógenos grandes, como helmintos: sirve

para reclutar células plasmáticas y efectoras a través de una reacción de

inflamación aguda. Si el parásito ha logrado atravesar la barrera de las

mucosas y la de la sIgA, puede ser reconocido por moléculas de IgE

específicas previamente unidas a receptores de mastocitos. Ello

desencadena una reacción de inflamación aguda en la que las aminas

vasoactivas (histamina) y los factores quimiotácticos atraen a

polimorfonucleares neutrófilos; a continuación entran en el tejido moléculas

de IgG, componentes del complemento, granulocitos y eosinófilos. Estos

últimos reconocen al parásito recubierto por IgG, y colaboran en su

destrucción.

5.7 RECEPTORES CELULARES PARA Fc DE LAS Ig

En apartados anteriores hemos venido aludiendo a diversos receptores de la superficie de distintas células que sirven para engarzar

inmunoglobulinas a través de las porciones Fc de éstas. Son moléculas ancladas a membrana, y la mayoría de ellos poseen dominios de tipo

inmunoglobulina.

5.7.1 Receptores para Fc

5.7.1.1 Fc IR (=CD64)

Posee tres dominios de tipo Ig.

Presenta una alta afinidad hacia la IgG monomérica y la IgG agregada (en

inmunocomplejos).

Está presente en monocitos, y algo menos en macrófagos sin estimular. La

unión de inmunocomplejos {IgG-Ag} al Fc RI se produce por el dominio C

2 del Ac, y elloestimula la muerte extracelular de la célula diana (en un

mecanismo conocido como citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos,

ADCC).

5.7.1.2 Fc RII (=CD32)

Posee dos dominios de tipo Ig.

Presenta baja afinidad hacia la IgG.

Aparece en la superficie de monocitos, macrófagos, neutrófilos, eosinófilos,

células B y plaquetas.

No es capaz de unir IgG monomérica, pero es muy efectivo para captar

inmunocomplejos (IgG agregada). El entrecruzamiento de varios de estos

receptores con inmunocomplejos provoca la activación de la célula

respectiva, que en el caso de las células fagocíticas supone un aumento de

esa actividad fagocitadora, y en el caso de las plaquetas, un aumento de la

trombosis.

Por otro lado, los linfocitos B presentan una isoforma diferente (conocida

como Fc RIIB), que cuando se une a inmunocomplejos provoca la

regulación negativa de estas células B (retrorregulación negativa sobre la

capacidad de producción de Ac).

5.7.1.3 Fc RIII (=CD16)

Es un receptor con dos dominios de tipo Ig.

De baja afinidad.

Presente en macrófagos, células NK, neutrófilos y eosinófilos.

Responsable del mecanismo ADCC de las células NK y de la eliminación de

los inmunocomplejos por parte de los macrófagos.

5.7.1.4 Fc Rn

A diferencia de los anteriores, no pertenece a la familia de las

inmunoglobulinas, sino a la del MHC-I (posee incluso 2-microglobulina).

Presente en la cara luminal de las células del epitelio intestinal de neonatos

de ciertas especies de mamíferos.

Sirve para captar IgG de la leche materna en crías de ratones y de otros

animales, y transportarlos al lado basal, de donde irán a la circulación.

Existe otro receptor, aún mal caracterizado, en las células del sincitiotrofoblasto (en la placenta), que permite el paso de IgG al feto.

5.7.2 Receptores para Fc

5.7.2.1 Fc RI

Consta de tres tipos de cadenas polipeptídicas: una (con dos dominios de

tipo Ig), una y dos cadenas unidas por puentes disulfuro.

Está presente en mastocitos.

La cadena se une muy ávidamente al dominio C 2 (es decir, el dominio

adicional de la IgE). La cadena y las dos parecen intervenir en la

transducción intracelular de la señal.

El entrecruzamiento de dos receptores Fc IR (cada uno con su

correspondiente molécula de IgE) con un mismo alergeno provoca la

desgranulación del mastocito, iniciando la reacción de hipersensibilidad de

tipo I (alergia).

5.7.2.2 Fc RII

No pertenece a la familia de las Ig, sino que presenta homología con varias

lectinas animales, como la proteína de unión a la manosa (MBP).

Tiene baja afinidad hacia la IgE.

Presente en células inflamatorias y linfocitos B.

Se une al dominio C 3.

5.8 LA SUPERFAMILIA GÉNICA DE LAS INMUNOGLOBULINAS

A lo largo de este capítulo (y de sucesivos) estamos viendo aparecer en

escena distintas moléculas (no sólo inmunoglobulinas) que poseen al menos un dominio típico de Ig. Estas proteínas están codificadas por

genes que presentan homologías entre sí. Estos diferentes genes probablemente se originaron a partir de un gen ancestral que codificaba

algo parecido al dominio de Ig. En el pasado, dicho gen debió de sufrir sucesivas duplicaciones, y partir de entonces, cada copia del gen original

evolucionó de modo independiente; incluso algunas de las copias debieron fusionarse con genes o partes de genes diferentes. El resultado

evolutivo es que hoy, sobre todo en los mamíferos, cada especie posee múltiples genes derivados del ancestral, que no están ligados

genéticamente (localizados en sitios distintos del genoma), y que en cada caso cumplen misiones diferenciadas. Por todo ello, se habla de

una superfamilia de genes que tienen en común el codificar al menos un

dominio de tipo Ig.

A nivel de proteína, el dominio de Ig posee, como ya hemos estudiado, de 100 a 110 aminoácidos, con un bucle característico entre dos

cisteínas conservadas y separadas entre sí por unos 50 a 70 aminoácidos, y que forma en el espacio una estructura terciaria globular

elongada a base de dos láminas antiparalelas.

La evolución molecular, a partir del dominio ancestral de tipo Ig ha

generado tres tipos de variantes:

dominios de tipo V: se parecen al dominio variable de las inmunoglobulinas;

dominios de tipo C1: su prototipo es el dominio constante de las

inmunoglobulinas;

dominios de tipo C2: poseen rasgos intermedios entre los dominios V y C1.

Son muy abundantes los ejemplos de proteínas codificadas por miembros de esta superfamilia génica:

Cadenas H y L de las inmunoglobulinas.

Cadenas Ig e Ig del complejo BCR.

Cadenas del receptor de linfocitos T (TCR).

Cadenas del complejo CD3, que acompaña al TCR.

2-microglobulina, que forma parte del MHC-I.

Dominio proximal del MHC-I.

Dominios proximales del MHC-II.

CD2, CD4, CD8, CD28 de los linfocitos T.

Receptor de poli-Ig (y su versión "recortada" componente secretor de la

sIgA).

Varias moléculas de adhesión celular (VCAM, ICAM, etc.).

PDGF (factor de crecimiento derivado de plaquetas).

Se ha lanzado la hipótesis de que ya los invertebrados (al menos desde los artrópodos) poseen moléculas de adhesión celular con dominios de

tipo Ig. Probablemente en los primitivos vertebrados se produjeron repetidas duplicaciones y diversificaciones evolutivas del gen ancestral,

de modo que la selección natural encontró una nueva utilidad a algunas

de las moléculas resultantes en ese gran logro evolutivo que ha sido el sistema inmune de los vertebrados. Un rasgo común de todas estas

proteínas (incluidas las inmunoglobulinas) es que, al igual que la proteína primitiva ya existente en invertebrados, son capaces de facilitar

interacciones y contactos entre proteínas ancladas a membrana de distintas células (una reminiscencia de su papel original como moléculas

de adhesión celular). Como ejemplos de interacciones entre distintos miembros de proteínas o dominios de estas superfamilia tenemos

(algunos ya los hemos visto, y otros serán tratados más adelante):

VH-VL

CH1-CL

CH3-CH3

poli Ig-Fc de IgA e IgM

CD4-MHC II

CD8-MHC I

TCR-MHC

Ig /Ig -mIg

Copyright (C) 1999 Enrique Iáñez Pareja. Prohibida la reproducción con fines comerciales.

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Inmunoglobulinas

Concepto: Son glicoproteínas que actuan como

anticuerpos.

Las inmunoglobulinas. Estas pueden encontrarse circulando en sangre, en las secreciones

o unidas a la superficie de las membranas de los linfocitos B. Se producen como respuesta a

la deteccion de moleculas extranhas en nuestro cuerpo. Estas moleculas extranas que

desencadenan la produccion de anticuerpos se denominan antigenos. Aparecen en una

electroforesis del plasma formando parte de la fraccion de las proteinas plasmaticas de las

gamma globulinas.

Contenido

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1 Origen

2 Estructura

o 2.1 Unidad estructural básica

o 2.2 Cadenas Ligeras

o 2.3 Cadenas pesadas

3 Distribución

4 Superfamilia de las inmunoglobulinas

5 Propiedades y función de cada una de las inmunoglobulinas

o 5.1 Inmunoglobulina G

o 5.2 Inmunoglobulina M

o 5.3 Inmunoglobulina A

o 5.4 Inmunoglobulina D

o 5.5 Inmunoglobulina E

6 Diversidad de las inmunoglobulinas

7 Fuente

Origen

A finales del siglo XIX, Von Behring observó que los sueros de animales que habían

padecido difteria contenían sustancias que neutralizaban el efecto de la toxina diftérica. A

estas sustancias, que se caracterizaban por ser termolábiles y no dializables, se les

denominó anticuerpos, debido a su capacidad de reconocer a las toxinas bacterianas.

Estructura

Las inmunoglobulinas son glicoproteínas formadas por cadenas polipeptídicas agrupadas,

dependiendo del tipo de inmunoglobulina, en una o varias unidades estructurales básicas.

Unidad estructural básica

Cada unidad está compuesta por cuatro cadenas polipeptídicas unidas entre sí por puentes

disulfuro y otras uniones de tipo no covalente

Para su estudio se han empleado diferentes procedimientos. Por ejemplo, tras la

rotura de los puentes disulfuro por sustancias de carácter reductor, como el

mercaptoetanol, se individualizan las cuatro cadenas polipeptídicas y éstos

atendiendo a su tamaño, son de dos tipos: de bajo peso molecular

(aproximadadamente 22 KD) y de alto peso molecular (50-70 KD, dependiendo del

tipo de Ig). Los polipéptidos de bajo peso molecular reciben el nombre de cadenas

ligeras o cadenas L (Light) y las de alto peso molecular, cadenas pesadas o cadenas

H (Heavy)

Dos cadenas ligeras y dos cadenas pesadas se agrupan de tal manera que existe una

proximidad espacial entre los cuatro extremos amínicos de las cadenas ligeras y

pesadas por una parte, y entre los dos extremos carboxílicos de las cadenas pesadas

por otra.

Esta estructura básica de las inmunoglobulinas puede ser fraccionada mediante la

utilización de enzimas (papaína, pepsina, etc.)

El tratamiento con papaína produce la ruptura específica de las cadenas H, en el espacio

comprendido entre el puente disulfuro que las une entre sí y los que las unen a las cadenas

ligeras. Se obtienen tres fragmentos: uno denominado Fc, que determina la actividad

biológica, contiene el alotipo y determina la clase y subclase de cadena pesada y dos

denominados cada uno de ellos Fab, que contienen el idiotipo y es por donde la molécula se

une al antígeno.

Cadenas Ligeras

Hay dos tipos de cadenas ligeras, estructuralmente diferentes, que se conocen como

cadenas ligeras tipo kappa (k) y cadenas ligeras tipo lambda (l).

La familia de genes que codifica para la cadena ligera k se localiza en el cromosoma 2 y los

loci de los genes homólogos que codifican para la cadena l, en el cromosoma 22. En cada

molécula de inmunoglobulina las dos cadenas ligeras son del mismo tipo, k o bien l, pero

nunca existe una de cada tipo en la misma inmunoglobulina.

Las cadenas ligeras están formadas por unos 200 aminoácidos con la particularidad de que

existen dos puentes disulfuro que unen grupos de unos cincuenta aminoácidos.

Concretamente la IgG1 posee 214 aminoácidos y su estructura secundaria y terciaria están

determinadas por dos puentes disulfuro intracatenarios que unen los aminoácidos 23 con el

88 y 134 con el 193, A su vez, estas cadenas ligeras tienen otro puente disulfuro

intercatenario, por el cual cada una de ellas se une a una cadena pesada para constituir la

unidad básica de las inmunoglobulinas. Este puente se encuentra en el último aminoácido

(214) de la parte carboxílica para el tipo k y en el penúltimo para el tipo l.

Cadenas pesadas

Estas cadenas poseen unos cuatrocientos aminoácidos estableciéndose entre algunos de

ellos puentes disulfuro (intracatenarios) que asocian unos 60 aminoácidos y que

condicionan la estructura secundaria del polipéptido. Por ejemplo, las cadenas pesadas de la

IgG1 poseen 440 aminoácidos y los puentes disulfuro unen el aminoácido 22 con el 96, el

144 con el 200, el 261 con el 321 y el 367 con el 425.

Estas dos cadenas pesadas están unidas la una a la otra por puentes disulfuro

intercatenarios, ya indicados anteriormente, y que pueden ser de uno a cinco dependiendo

del tipo de inmunoglobulina.

En estas cadenas pesadas, y a nivel de los puentes disulfuro intercatenarios, hay una zona

de unos 15 aminoácidos, de gran flexibilidad debido a su estructura y constituye lo que se

denomina zona bisagra por donde se deforma la molécula de inmunoglobulina cuando se

produce la unión con el antígeno, facilitándose así su acoplamiento con este.

Distribución

Las inmunoglobulinas se encuentran distribuidas en todos los fluidos orgánicos de la

economía de los vertebrados y en las membranas de los linfocitos B y células plasmáticas.

Las cantidades relativas de cada una de las clases de inmunoglobulinas en los diferentes

compartimentos del organismo son muy diferentes.

En el torrente sanguíneo predomina la IgG mientras que en las secreciones (saliva,

lágrimas, secreción bronquial, así como en el líquido cefalorraquídeo y mucosas) la IgA es

la predominante. Los niveles de inmunoglobulinas séricas fluctúan ampliamente en función

de diversos aspectos, tales como el estado nutricional, la edad, etc.

Ontogénicamente se producen múltiples cambios en los niveles de inmunoglobulinas desde

el nacimiento hasta los 8 ó 10 años, en que estos se estabilizan.

Los niveles de Ig G son muy altos en la vida fetal y en las primeras semanas de vida

extrauterina, debido a que esta inmunoglobulina es la única que pasa de la madre al feto a

través de la placenta. Durante la lactancia, descienden los niveles de IgG por catabolismo

de esas moléculas que no son repuestas por carecer el niño aún de la capacidad de síntesis

de las mismas. También en la edad fetal se sintetizan pequeñas cantidades de IgM.

Cuando las inmunoglobulinas se encuentran insertas en la membrana de los linfocitos

(inmunoglobulinas de membrana), actúan como receptores de las señales de activación

antigénicas por su capacidad de reconocimiento del antígeno constituyendo el receptor para

el antígeno del linfocito B.

Superfamilia de las inmunoglobulinas

La estructura de las cadenas pesadas y ligeras de las inmunoglobulinas posee ciertas

similitudes entre sí (por ejemplo, la estructura en dominios equivalentes). Esto hizo pensar

que ambas cadenas procedían de una molécula ancestral común.

Idéntica similitud se ha observado con la b-2-microglobulina y con una gran cantidad de

moléculas, todas ellas agrupadas, por tanto, bajo el mismo epígrafe de superfamilia de las

inmunoglobulinas. Estas moléculas son: el receptor T para el antigeno, las moléculas de

histocompatibilidad clase I y II, LFA-3, ICAM-1 y otras muchas.

Propiedades y función de cada una de las

inmunoglobulinas

Inmunoglobulina G

Son las inmunoglobulinas más abundantes y representan más del 70 % de las Igs séricas

totales; las diferentes subclases se presentan en proporciones muy diferentes. La IgG1 es la

subclase más frecuente (más del 60 %), seguida de la IgG2 (aproximadamente un 18 %),

mientras que IgG3 e IgG4 se encuentran en mucha menor proporción.

Esta Ig posee capacidad neutralizante, precipitante, de fijar complemento, de unirse a

células NK y a macrófagos (opsonización) y son capaces de atravesar activamente las

membranas biológicas. La propiedad de atravesar activamente las membranas biológicas es

de sumo interés por lo que, además de ejercer esta inmunoglobulina, su efecto en toda la

“economía del organismo”, lo hace también en el feto al atravesar la placenta desde la

madre, merced a la existencia de receptores para la porción Fc en el sincitiotrofoblasto.

Como el feto sólo sintetiza pequeñas cantidades de inmunoglobulinas, adquiere de este

modo la posibilidad de defensa, no solamente mientras se encuentra en el seno materno,

sino incluso durante la lactancia, período en el cual todavía no ha desarrollado la capacidad

total de síntesis de inmunoglobulinas.

Sin embargo, este paso de IgG desde la madre al feto no siempre es beneficioso para el

feto. De todos es sabido que cuando hay incompatibilidad del tipo Rh entre la madre y el

feto, se puede desarrollar el síndrome de eritroblastosis fetal como consecuencia de la

destrucción de glóbulos rojos fetales, de nefastas consecuencias si no se acude a tiempo.

Esto no se presentaría si la IgG no pasase de la madre al feto.

La IgG se sintetiza tardíamente tras un primer contacto con el antígeno, sin embargo, tras

un segundo contacto la mayoría de las Igs formadas pertenecen a esta clase (Respuesta

Secundaria)

Inmunoglobulina M

Los anticuerpos del tipo IgM son los que mas rápidamente se forman en respuesta a un

estímulo antigénico (Respuesta primaria). Esta Ig se caracteriza también por poseer

capacidad neutralizante, precipitante, aglutinante, fijar complemento, activar la respuesta

inmune, sin embargo no atraviesa activamente las membranas biológicas. Esta última

propiedad hace que esta inmunoglobulina ejerza su acción normalmente en los espacios

intravasculares.

Representa del 5 al 10 % de las Igs séricas totales y junto a la IgD es la más frecuentemente

encontrada en la superficie de los linfocitos B como inmunoglobulina de membrana.

Inmunoglobulina A

Esta inmunoglobulina posee capacidad neutralizante y precipitante, mientras que su

capacidad de fijar complemento y de opsonización son muy débiles, limitándose su efecto a

neutrófilos y no a macrófagos.

La propiedad más importante de esta inmunoglobulina viene determinada por su capacidad

de unirse por el extremo Fc a la pieza secretora, gracias a la cual puede ser secretada por las

mucosas y glándulas exocrinas, ejerciendo su acción más importante en la superficie de

mucosas y líquidos biológicos (sobre todo IgA2), tales como el liquido cefaloraquideo,

secreción bronquial, lágrima, saliva, etc.

Esto es importante porque así protegen precisamente los puntos más vulnerables del

organismo, esto es, las puertas de entrada al mismo, como son ojos, boca, aparato digestivo,

sistema respiratorio, vagina, etc. No olvidemos que, por ejemplo, si desplegamos la mucosa

del aparato respiratorio, la superficie que cubriríamos es de unos 300 m2, superficie que se

encuentra en contacto directo con el exterior a través del aire que se respira. Se deduce de

ello que, sin duda, deben ser importantes los mecanismos de defensa local entre los cuales

la IgA tiene un papel esencial.

Esta inmunoglobulina se encuentra también en la leche materna. Los niveles de todas las

inmunoglobulinas, a excepción de la IgG en recién nacidos son muy bajos, siendo por tanto

de gran significación el hecho de que la IgA se transfiera desde la madre al lactante a través

de la secreción láctea. De ahí que tengamos que insistir en que los lactantes se amamanten

en el mayor grado posible directamente por las madres y no con leche de otros orígenes, a

lo que actualmente existe excesiva tendencia.

La IgA recibida de la madre ejerce un importante papel de defensa a nivel de todo el

aparato digestivo. En ello parece que influyen las especiales características de pH gástrico

del lactante que es menos ácido que en el adulto y una especial resistencia de esta

inmunoglobulina frente al mismo, por lo que no se destruye a su paso por el estómago.

Inmunoglobulina D

La concentración de esta inmunoglobulina en suero es muy baja. Hasta fechas muy

recientes no se había demostrado que esta inmunoglobulina poseía capacidad de unirse a

antígenos, por lo que se dudaba de que actuase con función de anticuerpo.

Sin embargo, aunque actualmente se ha demostrado su acción de anticuerpo, no se conoce

con precisión cuáles son sus funciones específicas, aunque se piensa que colabora de forma

importante en la activación de linfocitos B al actuar como receptor en la superficie de los

mismos.

Inmunoglobulina E

En muchos individuos alérgicos esta inmunoglobulina se presenta en grandes cantidades. El

estímulo para su síntesis puede proceder de una gran variedad de antígenos, a los que en

este caso se conocen como alergenos. Estos alergenos pueden penetrar en el organismo a

través de la piel o de las mucosas respiratoria, ocular, del aparato digestivo, etc., así como

por inyectables, como es el caso de la penicilina u otros medicamentos.

La vida media de la IgE en sangre periférica es de 24-48 horas. No tiene capacidad de

atravesar la placenta, por lo tanto, las reacciones de hipersensibilidad inmediata no pueden

transferirse de manera pasiva de la madre al feto. Sin embargo, puede existir una

predisposición de tipo familiar a padecer enfermedades de naturaleza alérgica. Esta

predisposición parece estar relacionada con una tendencia a producir anticuerpos de tipo

IgE en la respuesta secundaria frente a antígenos, en lugar de IgG que seria la respuesta

normal en individuos no alérgicos.

La IgE se encuentra en forma libre en sangre en donde se observa que los niveles cambian a

lo largo de la edad. También la IgE se encuentra en otros líquidos biológicos así como

unidos a basófilos y células cebadas, gracias a la propiedad que tiene esta inmunoglobulina

de unirse por su extremo Fc a receptores de superficie presentes en dichas células. Estas

células se caracterizan por encontrarse en la piel y mucosas y por contener abundantes

gránulos citoplasmáticos, ricos en sustancias vasoactivas que liberan una vez se activan.

Diversidad de las inmunoglobulinas

Prácticamente todos los microorganismos pueden desencadenar la respuesta de los

anticuerpos. El reconocimiento y la erradicación con éxito de tipos muy distintos de estos

últimos requiere que los anticuerpos posean una enorme diversidad.

Su composición de aminoácidos varía para permitirles interactuar con antígenos muy

diferentes. Se ha estimado que los seres humanos generan unos 10 mil millones de

anticuerpos diferentes, cada uno de ellos capaz de unirse a un epítopo distinto.

Aunque se genera un enorme repertorio de diferentes anticuerpos en un mismo individo, el

número de genes disponible para fabricar estas proteínas es limitado. En los vertebrados

han evolucionado diferentes mecanismos genéticos complejos para permitir que los

linfocitos B generen esta diversidad a partir de un número relativamente pequeño de genes

de anticuerpos.

Fuente

Abzima

Una abzima (de antibody, anticuerpo en inglés y enzima) también llamada catmab (de

catalytic monoclonal antibody, ‘anticuerpo catalítico monoclonal’), es un anticuerpo

monoclonal con actividad catalítica. Las moléculas que se modifican para adquirir nuevas

actividades catalíticas se llaman sinzimas. Las Abzimas son normalmente constructos

artificiales, pero también se encuentran en los organismos normales y en humanos, como en

el caso de los autoanticuerpos antipéptido vasoactivo intestinal, y en el caso del lupus

eritematoso en el que los autoanticuerpos se pueden unir al ADN e hidrolizarlo. Las

abzimas son potenciales herramientas de biotecnología, por ejemplo, para efectuar

determinadas manipulaciones en el ADN.

Las enzimas funcionan disminuyendo la energía de activación del estado de transición y

catalizando así la formación de un intermediario que de otro modo sería menos favorable

entre reactivos y productos. Si se desarrolla un anticuerpo contra una molécula estable que

es semejante a un intermediario inestable de otra reacción (que potencialmente no está

relacionada), el anticuerpo desarrollado se unirá enzimáticamente a él y estabilizará el

estado intermediario, catalizando de ese modo la reacción. De este modo se produce un tipo

nuevo de enzimas.

Dímero

Dímero de ácido carboxílico.

Dímero (formado de dos partes) tiene varios significados:

En física y química, un dímero es una molécula compuesta por dos unidades

similares o monómeros enlazados, tanto por enlaces covalentes como no covalentes

como los puentes de hidrógeno.

En biología un dímero es una proteína compuesta por dos subunidades. En un

homodímero las dos subunidades son idénticas, y en un heterodímero son

diferentes.

Dímero (biología)

Para otros usos de este término, véase Dímero.

Diagrama de un dímero de galactosa-1-fosfato uridiltransferasa (GALT) de Escherichia coli

en un complejo con UDP-galactosa. Iones de potasio, cinc, y hierro se ven como esferas

violeta, gris, y bronce respectivamente.

En bioquímica, un dímero es un complejo macromolecular formado por dos

macromoléculas, como proteínas y ácidos nucleicos, usualmente mediante enlaces no

covalentes. Es un tipo de estructura cuaternaria de las proteínas.

Un homodímero estaría formado por dos moléculas idénticas (proceso llamado

homodimerización). Un heterodímero estaría formado por dos diferentes macromoléculas

(proceso llamado heterodimerización).

La mayor parte de los dímeros en bioquímica no están unidos mediante enlaces covalentes

a excepción de los puentes disulfuro. Un ejemplo sería la enzima transcriptasa inversa, que

está compuesta por dos diferentes cadenas de aminoácidos.1

Algunas proteínas contienen dominios específicos para la dimerización (dominios de

dimerización).

Índice

1 Ejemplos

2 Véase también

3 Referencias

4 Enlaces externos

Ejemplos

Anticuerpos

Factores de transcripción

o Cremallera de leucina

o Receptores nucleares

Proteína 14-3-3

Receptores acoplados a proteínas G

Dímero de proteína G subunidad βγ

Kinesina

Triosa fosfato isomerasa (TPI)

Alcohol deshidrogenasa

Factor XI

Factor XIII

Receptor de tipo Toll

Fibrinógeno

heterodímero Molécula formada por dos componentes diferentes, pero estrechamente

relacionados, como una proteína compuesta por la unión de dos cadenas

separadas.