Inmunoglobulinas por: Gereliz Acevedo 2015-0621 y Kiosi Tanioka 2015-0760

Inmunoglobulinas.

Proteínas de estructura globular sintetizadas por células del sistema inmune (Linfocitos B y células plasmáticas derivadas de ellos.

Presentes en la sangre (plasma) y otros fluidos biológicos (saliva, lagrimas, secreción mucosa intestinal, liquido sinovial, liquido intersticial etc.)

Son capaces de reconocer a otras moléculas (antígenos) de manera muy específica, y formar complejos estables con ellos (inmunocomplejos).

Su aparición en plasma forma parte de la respuesta inmunológica adaptativa, en lo que se conoce como respuesta humoral especifica.

Los anticuerpos tienen una vida media en el organismo relativamente larga (varias semanas).

Constituyen una defensa muy eficaz contra agentes patógenos.

Existen 5 tipos de inmunoglobulinas: IgG, IgM, IgA, IgD e IgE. Son sintetizadas por os linfocitos B (IgM, IgD) y por las células plasmáticas derivadas de ellos (IgG, IgA, IgE).

IgM e IgG se detectan principalmente en el plasma sanguíneo y en el líquido intersticial.

Las IgA aparecen fundamentalmente en secreciones (saliva, lágrimas, secreción intestinal, etc.), recubriendo mucosas expuestas al ataque de agentes patógenos externos.

La IgD es una inmunoglobulina asociada a la membrana de los linfocitos B. Su función primaria de ellas es la de servir como detectores de antígenos para las células B. Se detecta marginalmente en el plasma.

Los IgE son anticuerpos que, si bien inicialmente se liberan al plasma por las células plasmáticas, son integrados en la membrana de otras células (mastocitos), participando en las reacciones de hipersensibilidad.

                Estructuras generales de las cinco clases principales de anticuerpo secretado.

Funciones efectoras mediadas por anticuerpo

Además de fijar antígeno, los anticuerpos participan en una ex- tensa gama de otras actividades biológicas. Cuando se considera la función del anticuerpo en las defensas contra una enferme- dad, es importante recordar que los anticuerpos casi nunca destruyen o eliminan patógenos con sólo unirse a ellos. Para que sean e caces contra los microorganismos, los anticuerpos no sólo deben reconocer antígeno, sino también activar reacciones —funciones efectoras— que tienen como resultado la eliminación del antígeno y la muerte del patógeno. Si bien las regiones variables del anticuerpo son los únicos agentes de unión a antígenos, la región constante de la cadena pesada (CH) tiene a su cargo una diversidad de interacciones colaboradoras con otras proteínas, células y tejidos, que dan por resultado las funciones efectoras de la reacción humoral.

Debido a que estas funciones efectoras son consecuencia de interacciones entre regiones constantes de cadena pesada y otras proteínas séricas o receptores de membrana celular, no todas las clases de inmunoglobulinas poseen las mismas propiedades funcionales. Aquí se presenta una revisión general de cuatro funciones efectoras principales mediadas por dominios de la región constante. Más adelante se describe una quinta función única de la IgE, la activación de células cebadas, eosinófilos y basófilos.

El anticuerpo promueve la opsonización

La opsonización, que es la promoción de la fagocitosis de antígenos por macrófagos y neutrófilos, es un factor importante en las defensas antibacterianas. En las superficies de macrófagos y neutrófilos, así como de otras células que no intervienen en la fagocitosis, se encuentran moléculas proteínicas llama- das receptores Fc (FcR), que pueden unir la región constante de moléculas de inmunoglobulina (Ig).

Los anticuerpos activan el complemento.

La IgM, y en el ser humano casi todas las subclases de IgG, pueden activar un conjunto de glucoproteínas séricas llamado sistema del complemento, que incluye un grupo de proteínas ca- paces de perforar membranas celulares. Un subproducto importante de la vía de activación del complemento es un fragmento proteínico denominado C3b, que se une de manera inespecífica a complejos célula-anticuerpo y antígeno-anticuerpo cerca del sitio en que se activó el complemento. Muchos tipos celulares —por ejemplo, glóbulos rojos y macrófagos— tienen receptores para C3b y de esa manera fijan células o complejos a los cuales se adhirió C3b. La unión de C3b adherente por macrófagos da lugar a la fagocitosis de las células o complejos moleculares unidos a C3b. La unión de complejos de antígeno y anticuerpo por los receptores C3b de un glóbulo rojo posibilita que el eritrocito lleve los complejos al hígado o el bazo, donde los macrófagos residentes los eliminan sin destruir el glóbulo rojo. Para la desactivación y eliminación de antígenos y la destrucción de patógenos es importante la colaboración entre el anticuerpo y el sistema del complemento. En el capítulo 7 se describe con detalle el pro- ceso de activación del complemento.

                  

                       Clases de anticuerpos y actividades biológicas:

Inmunoglobulina G (IgG)

La IgG, la clase más abundante en el suero, constituye alrededor de 80% del total de las inmunoglobulinas séricas. La molécula de IgG consta de dos cadenas pesadas y dos ligeras. Existen cuatro subclases de IgG humana, que se reconocen por diferencias en la secuencia de la cadena y se numeran conforme a sus concentraciones séricas promedio decreciente: IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4.

Diferentes genes CH de la línea germinal, cuyas secuencias de DNA son 90 a 95% homólogas, codifican las secuencias de aminoácidos que caracterizan a las cuatro subclases de IgG. Los rasgos estructurales que diferencian a estas subclases entre sí son el tamaño de la región de bisagra y el número y la posición e los enlaces disulfuro intercadenas entre las cadenas pesadas. Las sutiles diferencias de aminoácidos entre las subclases de IgG afectan la actividad biológica de la molécula:

▪    IgG1, IgG3 e IgG4 cruzan con facilidad la placenta y tienen un papel importante en la protección del feto en desarrollo. 


▪    IgG3 es el activador del complemento más e caz, seguida por IgG1; la IgG2 es menos e ciente y la IgG4 no es capaz de activar complemento en absoluto. 


▪    IgG1 e IgG3 se unen con gran afinidad a receptores Fc en células fagocíticas y, por consiguiente, median la opsonización. La IgG4 tiene afinidad intermedia por receptores Fc, y la IgG2 tiene afinidad en extremo baja. 
 


Inmunoglobulina M (IgM) 


La IgM representa 5 a 10% del total de la inmunoglobulina sé- rica, con concentración sérica promedio de 1.5 mg/ml. La IgM monomérica (180 000 Da) se expresa como un anticuerpo unido a membrana en células B. Las células plasmáticas secretan IgM en la forma de un pentámero en el cual cinco unidades monómero se conservan unidas entre sí por enlaces disulfuro que unen sus dominios de cadena pesada carboxilo terminal (C 4/C 4) y sus dominios C 3/C 3 . Las cinco sub- unidades monoméricas están dispuestas con sus regiones Fc en el centro del pentámero y los 10 sitios de unión a antígeno en la periferia de la molécula. Cada pentámero contiene un polipéptido adicional unido a Fc llamado cadena J (del inglés joining, de unión), que enlaza el disulfuro al carboxilo terminal del residuo cisteína de dos de las 10 cadenas. Al parecer, la cadena J es necesaria para la polimerización de los monómeros a n de formar IgM pentamérica; se añade inmediatamente antes de la secreción del pentámero.

La IgM es la primera clase de inmunoglobulina que se pro- duce en una respuesta primaria a antígeno y también es la primera inmunoglobulina que sintetiza el recién nacido. Debido a su estructura pentamérica con 10 sitios de unión a antígeno, la IgM sérica tiene valencia más alta que los otros isótopos. Una molécula de IgM puede unir 10 moléculas de hapteno pequeñas; sin embargo, debido al impedimento estérico, sólo suelen unirse de modo simultáneo cinco o menos moléculas de antígenos más grandes. En virtud de su alta valencia, la IgM pentamérica es más eficiente que otros isótopos para unir antígenos con muchos epítopos repetidos, como partículas víricas y glóbulos rojos. Por ejemplo, cuando se incuban eritrocitos con un anticuerpo específico, se agrupan entre sí en grandes agregados en un proceso llamado aglutinación. Se requieren 100 a 1 000 veces más moléculas de IgG que de IgM para lograr el mismo grado de aglutinación. Se observa un fenómeno similar con partículas víricas: se necesita menos IgM que IgG para neutralizar la infectividad vírica. La IgM también es más eficiente que la IgG para activar complemento. La activación del complemento requiere dos regiones Fc en proximidad cercana, y la estructura pentamérica de una molécula aislada de IgM satisface este requerimiento.

En virtud de su gran tamaño, la IgM no se difunde bien y por tanto se encuentra en concentraciones muy bajas en los líquidos intercelulares de los tejidos. La presencia de la cadena J permite que la IgM se una a receptores en células secretorias, que la transportan a través de recubrimientos epiteliales para penetrar en las secreciones externas que bañan superficies mucosas. Aun- que la IgA es el isótopo mayor que se halla en estas secreciones, la IgM tiene una función accesoria de importancia como inmunoglobulina secretoria.

                                               Inmunoglobulina A (IgA)

·      Pese a que la IgA sólo constituye 10 a 15% del total de las inmunoglobulinas séricas, es la clase de inmunoglobulina que predomina en secreciones externas, como leche materna, saliva, lágrimas y moco de las vías bronquiales, genitourinarias y digestivas. En el suero, la IgA existe sobre todo como un monómero, pero en ocasiones se observan formas poliméricas (dímeros, trímeros y algunos tetrámeros), y todas incluyen un polipéptido de cadena J. La IgA de secreciones externas, llamada IgA secretoria, consta de un dímero o tetrá- mero, un polipéptido de cadena J y una cadena polipeptídica llamada componente secretorio Como se explica más adelante, el componente secretorio deriva del receptor que tiene a su cargo transportar la IgA polimérica a través de membranas celulares. El polipéptido de cadena J en la IgA es idéntico al que se encuentra en la IgM pentamérica y tiene la función similar de facilitar la polimerización de la IgA sérica y la IgA secretoria. El componente secretorio es un polipéptido de 70 000 Da producido por células epiteliales de las mucosas. Consiste en cinco dominios parecidos a inmunoglobulina que se unen a los dominios de región Fc del dímero de inmunoglobulina A (IgA). Esta interacción es estabilizada por un enlace disulfuro entre el quinto dominio del componente secretorio y una de las cadenas de la IgA dimérica.

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

	=  saliva

·          = lágrimas

·               =   fluido nasal

·               =  tracto bronquial

·               =    tracto genitourinario

·               =   tracto digestivo

·                =   leche materna y calostro

                                                          Inmunoglobulina E (IgE)

La actividad biológica potente de la IgE permitió identificarla en el suero a pesar de su concentración sérica promedio en ex- tremo baja (0.3 g/ml). Los anticuerpos IgE median las reacciones de hipersensibilidad inmediata que causan los síntomas de fiebre del heno, asma, urticaria y choque anafiláctico. En 1921 K. Prausnitz y H. Kustner demostraron por primera vez la presencia de un componente sérico que provoca reacciones alérgicas; estos investigadores inyectaron por vía intradérmica suero de una persona alérgica a un individuo no alérgico. Cuando se inyectó después el antígeno apropiado en el mismo sitio, se pre- sentó una reacción de roncha y rubor (como en la urticaria). Esta reacción, denominada reacción P-K (en honor de sus descubridores), fue la base para la primera valoración biológica de la actividad de IgE.

La IgE se une a receptores Fc en las membranas de basó los sanguíneos y células cebadas de los tejidos. El enlace cruzado por antígeno (alérgeno) de moléculas de IgE unidas al receptor induce a los basó los y las células cebadas a llevar sus gránulos a la membrana plasmática y liberar su contenido en un ambiente extracelular, un proceso que se conoce como desgranulación. Como resultado, se libera una diversidad de mediadores farmacológicamente activos y aparecen manifestaciones alérgicas. La desgranulación de células cebadas localizadas inducida por la IgE también suele liberar mediadores que facilitan la acumulación de diversas células necesarias para la defensa antiparasitaria.

                                                       Inmunoglobulina D (IgD)

La IgD se descubrió por primera vez cuando un paciente desarrolló un mieloma múltiple cuya proteína de mieloma no reaccionó con antisuero antiisotipo contra los isótopos conocidos entonces: IgA, IgM e IgG. Cuando se inmunizó a conejos con esta proteína del mieloma, los antisueros resultantes se utilizaron para identificar la misma clase de anticuerpo a concentraciones bajas en suero humano normal. La nueva clase, denominada IgD, tiene una concentración sérica de 30 μg/ml y constituye alrededor de 0.2% de la inmunoglobulina total en suero. Junto con la IgM, la IgD es la principal inmunoglobulina unida a membrana que expresan células B maduras, y se investiga su función en la fisiología de las células B. Aún no se identifica una función biológica efectora de la IgD.

                    Determinantes antigénicos en inmunoglobulinas

Debido a que los anticuerpos son glucoproteínas, pueden funcionar por sí mismos como inmunógenos potentes para inducir una reacción de anticuerpo. Estos anticuerpos anti-Ig son instrumentos potentes para el estudio del desarrollo de la célula B y las respuestas inmunitarias humorales. Los determinantes antigénicos o epítopos en las moléculas de inmunoglobulina corresponden a tres categorías principales: los determinantes isotípico, alotípico e idiotípico, que se localizan en porciones características de la molécula.

Isotipo

Los isotípicos son determinantes de región constante que en conjunto definen cada clase y subclase de cadena pesada y cada tipo y subtipo de cadena ligera dentro de una especie. Un gen de región constante separado codifica cada isotipo, y todos los miembros de una especie llevan los mismos genes de región constante (que pueden incluir múltiples alelos). Dentro de una especie, cada individuo normal expresa todos los isotipos en el suero. Las diferentes especies heredan genes de región constante distintos y por consiguiente expresan diferentes isotipos. Así, cuando se inyecta el anticuerpo de una especie a otra, se reconocen los determinantes isotípicos como extraños e inducen una reacción de anticuerpo a los determinantes isotípicos del anticuerpo extraño. El anticuerpo antiisotipo se emplea de manera sistemática con fines de investigación para precisar la clase o subclase de anticuerpo sérico que se produce durante una respuesta inmunitaria o con el n de caracterizar la clase de anticuerpo unido a membrana que se encuentra en células B.

Alotipo

Aunque todos los miembros de una especie heredan el mismo conjunto de genes de isotipo, existen múltiples alelos para algunos de los genes. Estos alelos codifican diferencias sutiles de aminoácidos, llamadas determinantes alotípicos, que ocurren en algunos miembros de una especie. La suma de los determinantes alotípicos individuales que muestra un anticuerpo establece su alotipo. En el ser humano se han caracterizado los alotipos para las cuatro subclases de IgG, una subclase de IgA y la cadena ligera. Los alotipos de cadena se denominan marcadores Gm. Se han identificado cuando menos 25 diferentes alotipos Gm; se designan por la clase y subclase seguidas por el número de alelo, por ejemplo G1m(1), G2m(23), G3m(11), G4m(4a). De las dos subclases de IgA, sólo la IgA2 tiene alotipos, A2m(1) y A2m(2). La cadena ligera tiene tres alotipos, que se designan m(1), m(2) y m(3). Cada uno de estos determinantes alotípicos posee diferencias en uno a cuatro aminoácidos que codifican distintos alelos del mismo gen.

Es posible producir anticuerpo contra determinantes alotípicos al inyectar anticuerpos de un individuo a otro de la misma especie que tiene diferentes determinantes alotípicos. En ocasiones, la madre produce durante el embarazo anticuerpo contra determinantes alotípicos en respuesta a determinantes alotípicos paternos en las inmunoglobulinas fetales. Los anticuerpos contra determinantes alotípicos también pueden formarse por una transfusión sanguínea.

Idiotipo

La secuencia de aminoácidos única de los dominios VH y VL de un anticuerpo determinado puede funcionar no sólo como un sitio de unión de antígeno, sino también como un grupo de determinantes antigénicos. Los determinantes idiotípicos se forman a partir de la secuencia de las regiones variables de las cadenas pesada y ligera. Cada determinante antigénico individual de la región variable se conoce como idiotopo. Cada anticuerpo presentará múltiples idiotopos, algunos de los cuales son el verdadero sitio de unión de antígeno, mientras que otros comprenden secuencias de región variable fuera del sitio de unión. La suma de los idiotopos individuales se denomina idiotipo del anticuerpo.

Debido a que los anticuerpos producidos por células B individuales derivadas de la misma clona tienen secuencias de región variable idénticas, todos poseen el mismo idiotipo. El anticuerpo antiidiotipo se forma al inyectar anticuerpos que tienen una variación mínima en sus isotipos y alotipos, de tal manera que es factible reconocer la diferencia idiotípica. Con frecuencia se utiliza un anticuerpo homogéneo, como la proteína de mieloma o un anticuerpo monoclonal. La inyección de dicho anticuerpo a un receptor genéticamente idéntico al donador induce la formación de anticuerpo antiidiotipo contra los determinantes idiotípicos.

                   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 b 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 IgA e IgB del complejo BCR.
	Cadenas del receptor de linfocitos T (TCR).
	Cadenas g d e del complejo CD3, que acompaña al TCR.
	b 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
	Iga /Igb -mIg

                                                 Conclusión:

La respuesta efectora humoral está a cargo de las inmunoglobulinas o anticuerpos que son moléculas secretadas por células plasmáticas. Existen cinco clases de inmunoglobulinas: IgM, IgG, IgA, IgE e IgD, formadas por una unidad básica compuesta de dos cadenas polipetídicas globulares pesadas y dos cadenas livianas unidas entre sí por puentes disulfuro . Ambas cadenas presentan una zona constante y una zona variable . En esta última, se encuentra una zona hipervariable formada por 10 a 15 aminoácidos que conforman el receptor idiotípico  responsable de la unión con el epitopo presente en el antígeno.

Al ser sometida a digestión por papaína , esta molécula genera dos fragmentos, el fragmento Fab responsable de la unión con antígeno y el fragmento Fc que determina diversas funciones biológicas en las diferentes inmunoglobulinas. El fragmento Fab está formado por una región constante y una región variable de una cadena pesada y de una cadena liviana. El fragmento Fc está formado sólo por regiones constantes de cadenas pesadas.

Las clases de inmunoglobulinas están determinadas por los diferentes isotipos de las cadenas pesadas. Estas pueden ser mu, gamma, alfa, delta o epsilon. Las cadenas livianas pueden ser kappa o bien lambda. Las distintas clases de inmunoglobulinas presentan diversas funciones biológicas.

La IgM (1) está formada por cinco unidades básicas de inmunoglobulina unidas entre si por una pieza J y se encuentra presente en el plasma. Tiene diez sitios de unión con antígeno y es secretada principalmente en respuestas humorales primarias timodependientes y en respuestas timoindependientes. Es de baja afinidad pero presenta gran avidez por antígenos multivalentes especialmente bacterianos. Es una potente fijadora del complemento, al presentar cinco fragmentos Fc que unen al factor del complemento C1q. La IgM se encuentra también en la membrana de linfocitos B en forma de monómero, constituyendo los receptores idiotípicos de estas células.

La IgG (2) es la inmunoglobulina más abundante en el plasma, es monomérica y es producida en grandes cantidades durante respuestas secundarias a antígenos timodependientes. Sus principales funciones biológicas incluyen fijación del complemento, unión a receptores para Fc en células fagocíticas al opsonizar partículas durante la fagocitosis y unión a receptores en células NK durante la citotoxicidad mediada por anticuerpos (ADCC). Esta inmunoglobulina atraviesa la placenta confiriendo protección al feto durante el embarazo.

La IgA (3) se encuentra en lágrimas, leche, saliva y mucosa de los tractos intestinal y digestivo. Está formada por dos unidades básicas unidas por una pieza secretora sintetizada por las células epiteliales de las mucosas. Esta pieza secretora es un polipéptido responsable del trasporte de la IgA a través del epitelio. Ademas la proteje de la acción de enzimas proteolíticas presentes en las secresiones. Es sintetizada en grandes cantidades por acúmulos linfoides y placas de Peyer del intestino. No fija complemento ni es opsonina, sin embargo, su importancia es enorme al impedir el ingreso de microorganismos y macromoléculas al organismo.

La IgE (4) se encuentra en muy bajas concentraciones en el suero de personas normales, y en mayores concentraciones en individuos atópicos. En estos últimos es responsable de los cuadros de hipersensibilidad mediada por un mecanismo de daño inmunológico tipo I de la clasificación de Gell y Coombs. El fragmento Fc de estas inmunoglobulinas presenta gran afinidad por receptores para Fc épsilon en células cebadas y basófilos. Al estar ubicada en su superficie y recibir el estímulo antigénico, la IgE induce su degranulación iniciando un proceso inflamatorio y produciendo la contracción del músculo liso. En condiciones normales, esta inmunoglobulina interviene en la respuesta inmune protectora contra parásitos especialmente helmintos.

La IgD (5) es una inmunoglobulina unida a membrana de los linfocitos B. Su presencia en conjunto con IgM confiere inmunocompetencia a estos linfocitos. Está prácticamente ausente en el suero.