Classi e sottoclassi di anticorpi

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1 Classi e sottoclassi di anticorpi ATTENZIONE: questi file compresi testo ed immagini in essi contenuti sono destinati esclusivaemnte agli studenti del corso per favorirne lo studio. Nessun file, che potrebbe contenere materiale soggetto a copyright, può essere utlizzato per altri fini senza autorizzazione Anticorpi: classi e sottoclassi In base alla catena pesante gli anticorpi sono divisi in classi e sottoclassi Classi o isotipi IgA, IgD, IgE, IgG, IgM Sottoclassi IgA1 e IgA2 nel topo una sola IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 nel topo, IgG1, IgG2a, IgG2b, IgG3 Le catene pesanti sono identificate con lettere greche IgA, a - IgG, g - IgD, d - IgE, e - IgM, m Anticorpi di classi e sottoclassi diverse svolgono funzioni effettrici diverse 1

2 Anticorpi: classi e sottoclassi 2 classi o isotipi di catene leggere k (kappa) l (lamba) Ciascun anticorpo ha o 2 catene k o 2 catene l Nell uomo, circa il 60% degli anticorpi hanno k Nel topo, anticorpi con k 10 volte più frequenti di quelli con l Non sono note funzioni diverse tra i 2 isotipi di catene leggere 2

3 IgM (pentamero) IgM ponte disolfuro J IgM rappresentano 5-10% delle Ig del siero Secrete come pentameri Monomeri legati da ponti disolfuro tra Cm3 e tra Cm4 Catena J (joining) aggiunta prima di secrezione necessaria per polimerizzazione IgM Prima classe di anticorpi a essere prodotta in risposta primaria già espresse prima del processo di ipermutazione somatica bassa affinità per antigene prima classe a essere sintetizzata nei neonati Valenza 10 una IgM può legare 10 piccoli apteni a causa dell ingombro sterico in genere solo 5 molecole di antigeni più grandi vengono legati più efficace di altri isotipi nel legare antigeni con epitopi ripetuti es. polisaccaridi capsulari batterici alta avidità Molto efficace nell attivazione del complemento IgM >> IgG 3

4 IgG Monomeriche Principale isotipo presente nel sangue e nei fluidi interstiziali 80% delle Ig del siero Alta affinità generalmente espresse dopo ipermutazione somatica / maturazione affinità Opsonizzazione patogeno per fagocitosi Attivazione complemento Sottoclassi IgG Numero e posizione ponti disolfuro diversi Dimensione regione cerniera diversa Diversa capacità di attivare complemento IgG3 >>IgG1>IgG2, (IgG4 no) Protezione feto (passano placenta) IgG1, IgG3 4

5 IgA (dimero) IgA 10% delle Ig del siero Catena J ponte disolfuro Largamente presente nelle secrezioni saliva, lacrime, latte muco apparato uro-genitale, bronchiale, digerente Nel siero generalmente monomeri Nelle secrezione dimeri catena J (joining) necessaria per polimerizzazione Funzione neutralizzante scarsa capacità opsonizzante e di attivazione del complemento Sottoclassi IgA nell uomo Nell uomo esistono 2 sottoclassi di IgA IgA1 80% delle IgA sieriche IgA2 20% in siero 35% in secrezioni differenze soprattutto in regione cerniera (maggiore in IgA1) Hinge = cerniera 5

6 Sottoclassi IgA nell uomo Esistono 2 varianti allotipiche di IgA2 IgA2m(1), IgA2m(2) IgA2m(1) no ponti disulfuro tra H e L ponti S-S tra 2 catene L H e L associate non covalentemente Distribuzione delle diverse classi di anticorpi In vivo serum half life (days)

7 Transcitosi Il passaggio di anticorpi attraverso tessuti epiteliali è detto transcitosi La principale classe di anticorpi che va incontro a transcitosi è quella delle IgA mucose del tratto respiratorio, gastrointestinale e urogenitale latte materno In molti mammiferi diverse sottoclassi di IgG passano dalla madre al feto gli Ab sono trasportati attraverso il tessuto placentare nella specie umana avviene nell ultimo trimestre di gravidanza fornisce al feto il repertorio di anticorpi della madre come protezione contro i patogeni infezioni e vaccinazioni pregresse della madre Secrezione IgA Le plasmacellule che secernono IgA migrano preferenzialmente nei tessuti sotto-epiteliali delle mucose Plasmacellula Cellule epiteliali Le IgA secrete sono legate dal recettore per molecole immunoglobuliniche polimeriche (poly-ig) presente su superficie baso-laterale di cellule epiteliali mucosali riconosce catena J IgA secretoria 7

8 Secrezione IgA (segue) Il complesso IgA/poly-Ig viene internalizzato e trasportato al lume Plasmacellula Cellule epiteliali Il recettore poly-ig viene tagliato e rilasciato legato al dimero di IgA costituisce il componente secretorio protegge cerniera da proteasi attraverso carboidrati lega mucine presenti nel muco e trattiene IgA adese IgA secretoria Anche le IgM possono essere secrete con questo meccanismo catena J Interazione antigene-anticorpo 8

9 Domini immunoglobulinici catena leggera Ponte disolfuro a.a. 212 Ponte disolfuro a.a. 112 Variabilità degli aminoacidi nelle regioni V delle Ig Figure 3-6 Regione V catena pesante Regione V catena leggera Variabilità Variabilità Residuo Residuo FR, frame region HV, hyper-variable region 9

10 Complementary-Determing Figure 3-7 part 2 of 2 Regions Le 3 regioni HV corrispondono ai 3 CDR Ciascun dominio VL e VH presenta 3 CDR I 3 CDR di ciascuna catena sono organizzati spazialmente in modo da costituire una superficie complementare all antigene I 3 CDR di ciascuna catena sono giustapposti per formare il sito di legame con l antigene 10

11 Gli antigeni possono legarsi in tasche, grondaie, superfici estese,.. V L V H Antigene Anticorpo 11

12 V L V H Antigene Anticorpo Determinanti antigenici riconosciuti da anticorpi Determinante conformazionale Epitopo discontinuo Determinante lineare Epitopo continuo determinante accessibile denaturazione determinante inaccessibile denaturazione Determinante perso da denaturazione Ab lega il determinante solo dopo denaturazione Ab lega il determinante sia nella proteina nativa che denaturata 12

13 Cambio conformazionale di Fab Coinvolte diverse forze in interazione antigene-anticorpo 13

14 Forza dell interazione antigene-anticorpo Queste interazioni operano a distanze molto brevi nm (1-2 Å) Ciascuna interazione è relativamente debole richiesto numero elevato di interazioni per avere un interazione forte tra antigene e anticorpo sebbene singole interazioni possano contribuire maggiormente Una forte interazione Ag-Ab richiede quindi un elevato grado di complementarità tra Ag e Ab Affinità L affinità degli anticorpi è una misura quantitativa della forza di legame L insieme della forza dei legami non covalenti tra un singolo sito di legame di un determinato anticorpo e un singolo epitopo è l affinità di quello anticorpo per quello epitopo kd M anticorpi a bassa affinità legano l antigene debolmente, tendono a dissociarsi velocemente anticorpi ad alta affinità legano l antigene più efficacemente, rimangono legati più a lungo 14

15 Valenza e avidità nell interazioni antigene-anticorpo Valenza Avidità Monovalente Bassa Bivalente Alta Polivalente Molto alta Avidità L avidità degli anticorpi comprende l affinità di siti di legame (Fab) multipli L affinità di un sito di legame (Fab) non sempre riflette la reale forza dell interazione Ag-Ab Quando antigeni complessi contenenti epitopi ripetuti interagiscono con anticorpi dotati di siti multipli di legame, l interazione di una molecola di anticorpo con una molecola di antigene in un sito, aumenta la probabilità di reazione tra queste due molecole in un secondo sito La forza di queste interazioni multiple tra un anticorpo multivalente e l antigene è detta avidità. Un alta avidità può compensare una bassa affinità le IgM hanno una bassa affinità (generalmente) ma un elevata valenza (sono pentameriche) 15

16 Fine specificità degli anticorpi Animali immunizzati con meta-azobenzenesulfonate coniugato a una proteina Raccolta del siero Reazione siero con: Legame degli anticorpi con aptene Funzioni effettrici degli anticorpi 16

17 Funzioni effettrici mediate da anticorpi Gli anticorpi inducono risposte effettrici che risultano nella rimozione/uccisione del patogeno in genere il semplice legame dell anticorpo non rimuove/uccide il patogeno La funzione effettrice dell anticorpo è determinata dal tipo di catena pesante che costituisce lo Fc Fc interagisce con proteine presenti nel siero o recettori presenti sulla membrana di alcune cellule (v. lezioni successive) Meccanismi effettori degli anticorpi Neutralizzazione Opsonizzazione ADCC Attivazione complemento Fagocitosi patogeni opsonizzati con frammenti complemento Infiammazione Lisi patogeno 17

18 Neutralizzazione Il patogeno infetta la cellula L anticorpo blocca il legame del patogeno alla cellula e l infezione IgG e IgA ad elevata affinità possono inibire l infettività di virus ed altri patogeni IgA presenti sulla superficie mucosale di tratto intestinale, respiratorio e riproduttivo prevengono le infezioni inibendo l adesione di batteri, virus ed altri patogeni Neutralizzazione Effetto patologico della tossina L anticorpo blocca il legame della tossina al recettore cellulare IgG e IgA ad elevata affinità possono neutralizzare tossine batteriche inibendone la capacità di legarsi a recettori cellulari vaccinazione anti-tetanica 18

19 Opsonizzazione Promozione della fagocitosi di antigeni da parte di macrofagi e neutrofili Importante nella difesa da infezioni batteriche Recettori per Fc sono presenti sulla membrana di macrofagi e neutrofili Il legame dei recettori per Fc con complessi Ab-Ag attiva la fagocitosi All interno del fagocita il patogeno diventa il bersaglio di diversi processi distruttivi (digestione enzimatica, danno ossidativo) Recettori per Fc I leucociti esprimono recettori Fc che legano la regione costante degli anticorpi esistono FcR per i diversi isotipi di catene pesanti promuovono fagocitosi trasmettono segnali che attivano processi antimicrobici o regolativi delle funzioni cellulari 19

20 FcgRI (CD64) principale recettore che promuove fagocitosi espresso su macrofagi e neutrofili lega IgG1 e IgG3 ad alta affinità nell uomo in topo lega IgG2a e IgG2b presenta 3 domini immunoglobulinici è associato a un dimero di catene g contengono 1 sequenza ITAM ciascuna Recettori Fcg (FcgR) Opsonizzazione fagocitosi Opsonizzazione Legame patogeno opsonizzato a FcgRI (CD64) FcgRI (CD64) attiva fagocitosi Fagocitosi Eliminazione patogeno FcgRI lega con alta affinità gli anticorpi che sono legati ad un antigene 20

21 Opsonizzazione mediata da IgG e da elementi del Complemento Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity (ADCC) FcgRIII-A (CD16) Le cellule NK riconoscono le IgG legate ad antigeni presenti sulla superficie delle cellule Tale riconoscimento attiva i meccanismi di lisi della cellula bersaglio L anticorpo quindi permette di riconoscere specificamente la cellula bersaglio e di attivare il meccanismo effettore svolto dalla cellula NK 21

22 Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity (ADCC) FcgRIII-A (CD16) Alcuni anticorpi usati in immunoterapia anti-tumorale sfruttano (anche) la ADCC es: anticorpi anti-cd20 (Rituximab) nella terapia dei linfomi B Recettore per la catena e ad alta affinità (FceRI) Lega IgE con domini immunoglobulinici catene b e g trasducono segnali contengono sequenze ITAM associano chinasi Syk e Lyn 22

23 Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity (ADCC) Gli eosinofili esprimono recettori ad alta affinità per il Fc delle IgE (FceRI) l anticorpo permette di riconoscere specificamente il parassita bersaglio e di attivare il meccanismo effettore svolto dagli eosinofili rilascio di granuli 23