The complement system is an important component of the innate immunity involved in host defence against infection agents and altered self

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Gilberto Gagliardi
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2 The complement system is an important component of the innate immunity involved in host defence against infection agents and altered self

3 Rimozione cellule apoptotiche e necrotiche

4 Glicoproteine (più di 30 proteine presenti nel plasma o sulla superficie cellulare) 5% globuline sieriche le molecole solubili, in grado di raggiungere i bersagli presenti nei tessuti. Vengono prodotte come proenzimi o zimogeni principalmente dal Fegato

solubili, in grado di raggiungere i bersagli presenti nei

5 Extrahepatic synthesis of complement proteins macrophages fibroblasts keratinocytes Synovial cells Endothelial cells Epithelial cells (Kidney, lung, intestine) Complement components Kidney glomerular mesangial cells adypocytes Brain cells (astrocytes, microglia and neurons) Laufer et al, MI 2001

lung, intestine) Complement components Kidney glomerular mesangial cells

6 THE COMPLEMENT SYSTEM Components Receptors Regulators Serum proteins C1q C1r C1s gc1q R cc1q R C1q-RP C1-INH C4BP CD55 (DAF) Cell surface proteins MBL CR1 (CD35) Factor H MASP1/3 CR2 (CD21) CR1 (CD35) MASP2 CR3 CD46 (MCP) C4 CR4 Factor I C2 properdin C3 CD59 D B C5 C6 C7 C8 C9

proteins MBL CR1 (CD35) Factor H MASP1/3 CR2 (CD21) CR1 (CD35) MASP2

7 Nomenclatura C1-C9 Fattore B, D, H, I MASPs, MBL, DAF, MCP CR1, CR2, CR3, CR4 I componenti attivati sono identificati con una barra sul numero ed i prodotti di attivazione con la C seguita dal numero e da una lettera minuscola, come per esempio C4a e C4b oppure C3bi e C3dg.

numero ed i prodotti di attivazione con la C seguita dal numero e da

8 Attivazione del C riconoscimento del bersaglio attivazione a cascata, che è simile al processo di attivazione di altri sistemi biologici, come quelli della coagulazione, della fibrinolisi e delle chinine. Nell attivazione a cascata, la reazione prosegue in sequenza con i primi componenti, che, per effetto dell attivazione, acquisiscono proprietà enzimatiche nei confronti dei componenti successivi.

9 I componenti successivi vanno incontro a proteolisi limitata scindendosi in due frammenti di dimensioni diverse. I frammenti più grandi fanno proseguire la reazione legandosi al bersaglio cellulare ed acquisendo attività enzimatica, i frammenti più piccoli vengono liberati in fase fluida e svolgono altre funzioni biologiche.

I frammenti più grandi fanno proseguire la reazione legandosi al bersaglio

10 Recognition phase

11 ALTERNATIVE PATHWAY LECTIN PATHWAY CLASSICAL PATHWAY Activating surfaces C3 B D P Carbohydrates MBL MASP C4 C2 Immune complexes C1q C1r C1s C4 C2 C 3 The binding of the recognition molecules to the target initiates the three different pathways of the C cascades

C1q C1r C1s C4 C2 C 3 The binding of the recognition molecules to

13 Ca 2+ C1 è un complesso di tre glicoproteine C1q, C1r e C1s. C1r e C1s interagiscono per formare un complesso proenzimatico tetramerico Ca2+ dipendente (C1r 2 -C1s 2 ) che interagisce con la porzione collagenica del C1q

15 Modelli del pentamero di IgM nella forma planare e a pinza Fotografie al ME di IgM legata a flagelli

16 Altri attivatori della via Classica La via classica può però essere messa in moto anche da molti attivatori non immunoglobulinici. proteina C reattiva, (una pentraxina formata da 5 subunità uguali e capace di legare con legame Ca++-dipendente il polisaccaride C del pneumococco, la fosfocolina dello streptococco e molti altri ligandi) virus e batteri gram-negativi senza essere rivestiti da anticorpi. Cellule apoptotiche

proteina C reattiva, (una pentraxina formata da 5 subunità uguali e capace di legare con legame

17 C4b Si lega in maniera covalente alle membrane cellulari

22 1-18 molecole di C9 Crea un buco di 100Amstrong all interno della membrana

23 Membrane Attack Complex (MAC). Si tratta di un poro cavo transmembranario con una superficie esterna idrofobica, che stabilisce rapporti fisici con il doppio strato fosfolipidico di membrana, mentre la superficie interna è idropica consentendo liberamente il passaggio di ioni. Se il poro attraversa la membrana cellulare a tutto spessore, ioni Na+ e H2O entrano liberamente nell interno della cellula, mentre ioni K+ fuoriescono. Questo porta al rigonfiamento della cellula con fuoriuscita di proteine endocellulari, come l emoglobina nel caso dei globuli rossi e lisi cellulare. Va sottolineato il fatto che non sempre l assemblaggio del MAC sulla membrana cellulare porta a lisi cellulare. Questo può dipendere dal fatto che il MAC non sempre si inserisce perpendicolarmente a tutto spessore nel doppio strato fosfolipidico evitando di causare lisi cellulare.

26 L, M, H ficoline MASP= serin proteasi associate a MBL CRD Mannosio Fucosio N-acetilglucosamina

29 Il C3 sierico che contiene un legame tioestere instabile è soggetto a una lenta idrolisi spontanea con formazione di C3a e C3b che può legarsi ad antigeni di superficie estranei. Bassi livelli di acido sialico sulle superfici antigeniche estranee permette al C3b di rimanere attivo più a lungo Se un simile legame non si forma allora il gruppo attivo si decompone rapidamente per idrolisi

30 Mg 2+

31 (30 ) (5 )

34 Self tissues are protected from inappropriate complement deposition by fluid phase and cells bound regulators

35 CLASSICAL PATHWAY immunocomplexes DAF C1qr 2 s 2 (C1) C1qr 2 s 2 MCP CR1 FACTOR I C1-INH LECTIN PATHWAY Microbic surfaces C4 C4a C2b C2 C4b2a (C3 convertase) MBL MBL-MASPs complex MASP C3 C3a C4b2a3b (C5 convertase) C3bBb3b (C5 convertase) C5 C5a C5b C6 C7 ALTERNATIVE PATHWAY microbic surfaces Factor D C3a C3 B Ba C3bBb (C3 convertase) DAF CR1 PROPERDIN FACTOR I CD59 S protein C8 C9 C5b6789 MAC

36 Complement regulators CLASSICAL PATHWAY LECTIN PATHWAY C1qr 2 s 2 (C1) C1qr 2 s 2 MBL MBL-MASPs complex C1-INH MASPs C1-INH

38 CD55 o DAF Complement regulators Decay-accelerating activity for C3 convertase C3bBb DAF, CR1, Factor H C3b Bb C4bC2a DAF, CR1, C4BP C2a C4b

40 CD46 o MCP Fattore I = serin proteasi Complement regulators Cofactor activity C3b CR1, MCP, Factor H Factor I ic3b CR1 Factor I C3c C3dg C4b CR1 o MCP o C4bp Factor I C4c C4d

41 Fattore I = serin proteasi

42 Proteina S (vitronectina) clasterina

43 CD59 CD59 (GPI) Homologous Restriction Factor, HRF/CD59

44 Emoglobulinuria parossistica notturna (PNH) Malattia cronica con sopravvivenza media di anni. Mancanza di CD55 e CD59 per difetto del gene pig-a che lega ai residui aa delle proteine delle strutture glicolipidiche (GPI) che le ancorano alla superficie cellulare) emissione di urine scure (emoglobinuria), spesso al mattino

45 Aumentata fragilità degli eritrociti che determina lo sviluppo di anemia emolitica cronica, pancitopenia (riduzione del numero di tutti i tipi di cellule del sangue) e trombosi venose. Presenza di emoglobina nelle urine (emissione di urine scure (emoglobinuria), spesso al mattino) Morte causata da trombosi venose a carico delle vene epatiche ed esaurimento della funzione midollare Terapia con Ab anti C5 (Eculizumab)

46 VH VL MB12/22 human anti C5 antibody VH CH1 CL VL CH2 CH3 CH2 CH3 ScFv CH2 CH2 CH3 CH3 CH2-3-Minibody Marzari et al, Eur J Immunol. 2002; 32:2773 Patent n : MI2002A July 2002

47 Rimozione cellule apoptotiche e necrotiche

48 C4a Mastcellule, Basofili, N, E Mastcellule, Basofili, N, E, Mo, Mφ, EC, piastrine degranulazione di mastcellule e basofili, eosinofili Stravaso e chemiotassi di leucociti Aggregazione piastrinica

49 CR1 (CD35) C4b C3b C1q GR, N, Mo, Mφ, E, B, T, DC follicolari Lega gli immunocomplessi Blocca la formazione della C3 convertasi Il CR1 contiene 30 brevi repliche di consenso allineate in fila e raggruppate in quattro lunghe repliche omologhe (LHR-A, B, C, D) e si estende dalla membrana plasmatica per circa 90aa

50 Recettori presenti sui fagociti CR1 (CD35) CR3 (MAC-1) α m β 2 CD11b/CD18 C3b ic3b C4b C3b C1q CR4 α x β 2 CD11c/CD18 ic3b Il CR1 contiene 30 brevi repliche di consenso allineate in fila e raggruppate in quattro lunghe repliche omologhe (LHR-A, B, C, D) e si estende dalla membrana plasmatica per circa 90aa

51 CR2 (CD21) C3d funziona da adiuvante naturale diminuendo la soglia per l attivazione della cellula B

52 52

53 L'angioedema ereditario (HAE) è una malattia genetica caratterizzata dalla comparsa di edemi sottomucosi e/o sottocutanei ricorrenti e transitori, che sono responsabili di gonfiori e dolori addominali. La prevalenza è stata stimata in 1/ Il C1-INH è la principale proteina che regola l attivazione dei mediatori della permeabilità vascolare, inclusa la bradichinina. In assenza di un trattamento adeguato, l'edema laringeo può causare il decesso del paziente. (Le cure dentali possono causare l'edema laringeo) gli attacchi gravi (che implicano l'edema laringeo) devono essere trattati con la somministrazione sottocutanea di icatibant (un antagonista del recettore della bradichinina) o per via endovenosa di un concentrato di C1-INH.

54 FREQUENCY OF INFECTIONS AND AUTOIMMUNE DISEASES ASSOCIATED WITH INHERITED C DEFICIENCIES % INFECTIONS AUTOIMMUNE DISEASES BOTH C1 C4 C2 C3 C5 C6 C7 C8 C9 P I

55 C1q, C1s, C1r, C4 C2 (frequente) C3 (raro) Patologie da immunocomplessi (LES,Glomerulonefriti, vasculiti) Patologie da immunocomplessi Infezioni ricorrenti batteriche gravi da batteri piogeni (streptococchi e stafilococchi Gram+) (bambini, meningiti, otiti, polmoniti) Infezioni batteriche ricorrenti batteri piogeni, che comprendono stafilococco, streptococco, emofili e neisserie, con particolare riguardo alla Neisseria meningitidis (difetto primitivo o secondario= mancanza di controllo per C3b) C5-C9 Properdina Meningiti, episodi ripetuti ogni 3-4 anni, primo episodio anni Meningite fulminante (Neisseria) C1-INH Angioedema ereditario

56 MBL MBL deficient children have a higher risk for severe meningococcal or pneumococcal infections it was proposed to be useful to include the examination of the MBL status in the clinical work-up of children with recurrent upper respiratory tract infection. In case MBL levels are low, vaccination against pneumococci and meningococci, using conjugated vaccines, is commonly strongly recommended.

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