PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA MADRE Y MAESTRA PUCMM
Dra. Katia Diaz
Materia:
Inmunología y Ecosistema
Santiago de los Caballeros, Rep. Dom.
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
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·
Heterogeneidad
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·
Procedencia a partir de
reordenaciones de genes.
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Las inmunoglobulinas
funcionan como
- la parte específica del complejo de las
células B, a nivel de membrana, que reconoce al antígeno;
- 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 T. Reconocen al antígeno restringido por el MHC de la célula diana o de la célula presentadora 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) ydel mecanismo de los linfocitos T colaboradores (TH).
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)
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·
región amino-terminal,
variable (región V)
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Además, existen dos
posibles versiones de cadenas L, según dos variantes en la región C:
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cadenas k (kappa)
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·
cadenas l (lambda)
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En una misma Ig existen dos
cadenas k o dos cadenas l , pero nunca una de cada tipo.
Comparando diversas
cadenas l se ha visto que existen varios subtipos según la especie:
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En la especie humana,
existen cuatro subtipos, denominados l 1 a l 4.
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·
En ratones, existen tres
subtipos (diferentes a los humanos): l 1 a l 3.
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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:
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
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IgG1, IgG2, IgG3, IgG4
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·
IgA, IgA2.
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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 (k o l ) de cadenas L.
Al ser proteínas formadas
por dos tipos de cadenas polipeptídicas, en las inmunoglobulinas podemos
distinguir estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria:
- La estructura primaria (la secuencia lineal de
aminoácidos) explica que existan regiones V y regiones C tanto en cadenas
H como en L.
- Estructura secundaria: existen abundantes
láminas b antiparalelas, cada una de ellas formadas por 3 o 4
cadenas b antiparalelas, mantenidas por puentes de hidrógeno
entre grupos -NH- y -CO-.
- La estructura terciaria es a base de dominios
globulares compactos. Cada dominio globular consta de dos capas
(láminas) b conectadas entre sí por un puente disulfuro
característico. Dos dominios globulares consecutivos se conectan entre sí
por secuencias cortas de aminoácidos sin estructura especial.
- 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.
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).
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·
Las cadenas H poseen un
dominio variable (VH) y 3 o 4 (según clase) dominios constantes (CH1,
CH2, CH3, y en su caso, CH4).
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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 b paralelas respecto del eje longitudinal del dominio. Una de
las láminas consta de 3 cadenas bantiparalelas, y la otra de 4
cadenas b antiparalelas. Entre dos cadenas b consecutivas
existe un bucle, de longitud variable según los casos. Las dos
capas b 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:
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entre dominios idénticos:
CH2-CH2 y CH3-CH3.
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·
entre dominios no
idénticos: VH-VL y CH1-CL.
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La variabilidad de
secuencia de los dominios variables no está repartida uniformemente, sino en
varias regiones denominadas regiones hipervariables:
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tres regiones en el
dominio VL: L1, L2 y L3
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tres regiones en el
dominio VH: H1, H2 y H3.
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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.
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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 b unidas entre sí.
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·
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.
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Obsérvese que la cadena L
presenta dos cadenas b 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.
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:
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CL-CH1
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·
CH2-CH2
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·
CH3-CH3
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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.
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·
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.
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·
Pueden contribuir a
aumentar aún más la diversidad de Ac, al permitir más posibles asociaciones
entre VH y VL.
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Región
bisagra
Las cadenas pesadas de
tipo g , a y d 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 m y e 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).
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·
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:
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Ø
un espaciador
extracelular (yuxtamembrana), de carácter hidrófilo;
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Ø
una secuencia
transmembranal, hidrófoba, de unos 26 aminoácidos, probablemente en
configuración de a -hélice.
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Ø
finalmente, una cola
intracitoplásmica, hidrófila.
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Los papeles biológicos
condicionados por este par de dominios son:
el ya comentado de servir para el reconocimiento por parte de
receptores de fagocitos:
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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.
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Ø La IgE
se une por este dominio a receptores adecuados de la membrana de basófilos y
mastocitos (véase el tema de la alergia).
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Ø Como
veremos, la IgA (y la IgM) interactúan con receptores de células epiteliales
durante su proceso de secreción (receptor de poli-Ig).
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Ø 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.
Ø
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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;
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·
las células B maduras
vírgenes (en reposo) poseen mIgD y menos cantidad de mIgM;
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·
las células B de memoria
pueden tener diversas combinaciones de diversas clases: mIgM, mIgG, mIgA y
mIgE.
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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
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·
dos heterodímeros
Iga -Igb , en los que las dos cadenas (a y b ) están
unidas entre sí por puentes disulfuro.
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Parece que los dos dominios
más C-terminales de la mIg establecen contactos con sendas
cadenas a de cada uno de los heterodímeros Iga -Igb .
Las
cadenas a y b presentan su correspondiente segmento
tranmembranal, así como largas colas citoplásmicas (61 aminoácidos en el caso
de la cadena a y 48 la cadena b ).
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 a y b 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;
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·
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;
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·
CD81 (=TAPA-1): consta de
cuatro segmentos transmembranales.
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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 Iga/Igb 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.
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:
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determinantes isotípicos
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determinantes alotípicos
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·
determinantes idiotípicos
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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 k o l .
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-isotípicosfrente 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.
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 g , 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 k : k m(1), k m(2)
y k 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.
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.
Vamos ahora a abordar el
estudio de la estructura y papeles biológicos de los distitintos isotipos
(clases) de inmunoglobulinas de la especie humana.
·
Es el isotipo más
abundante en suero (8-16 mg/ml), constituyendo el 80% de las Ig totales.
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·
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.
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Algunos datos sobre las
subclases de IgG
·
Estas distintas subclases
se deben a que en la línea germinal existen cuatro genes Cg , 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.
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·
Las IgG poseen gran
capacidad de desarrollar elevada afinidad de unión al antígeno.
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·
Son las mayoritarias
durante la respuesta secundaria.
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·
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).
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·
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.
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·
La IgG3 > IgG1 >
IgG2 activan el complemento por la ruta clásica: el dominio Cg 2 de dos
moléculas de IgG se une al componente C1q del complemento, para iniciar la
activación de éste.
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·
En humanos la IgG1, IgG3
e IgG4 cruzan fácilmente la placenta.
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·
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.
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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:
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Saliva
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Lágrimas
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fluido nasal
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tracto bronquial
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tracto genitourinario
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·
tracto digestivo
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leche materna y calostro
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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 Ca 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.
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·
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™.
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·
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.
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·
Supone del 5 al 10% de
las Ig séricas (1.5 mg/ml de media).
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·
Se secreta como
pentámeros, con las Fc hacia adentro y los brazos Fab hacia afuera.
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·
Cada monómero lleva un
dominio constante adicional (el Cm 2). Las unidades del pentámero están
unidas entre sí por puentes disulfuro entre dominios Cm 3 adyacentes y
entre Cm 4 adyacentes, exceptuando dos de las 5 unidades, que usan unión
mediante una pieza J similar a la ya vista para la IgA.
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·
Es la primera
inmunoglobulina que sintetiza el neonato por sí mismo, y también es la
primera en aparecer durante la respuesta primaria.
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·
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.
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·
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).
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·
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.
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·
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.
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·
Están confinados en el
torrente circulatorio (no se extravasan a tejidos), por lo que son muy buenos
frente a bacteriemias.
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Supone el 0.2% de las
inmunoglobulinas séricas (20 m g/ml).
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·
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).
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·
En su forma libre en
plasma, su función es desconocida.
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·
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.
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·
Es la menos abundante en
suero (0.3 m g/ml)
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Presenta un dominio
adicional (el que pasa a ser el Ce 2).
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·
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.
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·
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.
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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.
·
Posee tres dominios de
tipo Ig.
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·
Presenta una alta
afinidad hacia la IgG monomérica y la IgG agregada (en inmunocomplejos).
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·
Está presente en
monocitos, y algo menos en macrófagos sin estimular. La unión de
inmunocomplejos {IgG-Ag} al Fcg RI se produce por el dominio Cg 2
del Ac, y elloestimula la muerte extracelular de la célula diana (en un
mecanismo conocido como citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos,
ADCC).
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·
Posee dos dominios de
tipo Ig.
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·
Presenta baja afinidad
hacia la IgG.
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·
Aparece en la superficie
de monocitos, macrófagos, neutrófilos, eosinófilos, células B y plaquetas.
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·
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.
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·
Por otro lado, los
linfocitos B presentan una isoforma diferente (conocida como FcgRIIB), que
cuando se une a inmunocomplejos provoca la regulación negativa de estas
células B (retrorregulación negativa sobre la capacidad de producción de Ac).
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·
Es un receptor con dos
dominios de tipo Ig.
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·
De baja afinidad.
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·
Presente en macrófagos,
células NK, neutrófilos y eosinófilos.
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·
Responsable del mecanismo
ADCC de las células NK y de la eliminación de los inmunocomplejos por parte
de los macrófagos.
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·
A diferencia de los
anteriores, no pertenece a la familia de las inmunoglobulinas, sino a la del
MHC-I (posee incluso b 2-microglobulina).
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·
Presente en la cara
luminal de las células del epitelio intestinal de neonatos de ciertas
especies de mamíferos.
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·
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.
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Existe otro receptor, aún
mal caracterizado, en las células del sincitiotrofoblasto (en la placenta), que
permite el paso de IgG al feto.
·
Consta de tres tipos de
cadenas polipeptídicas: una a (con dos dominios de tipo Ig),
una b y dos cadenas g unidas por puentes disulfuro.
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·
Está presente en
mastocitos.
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·
La cadena a se
une muy ávidamente al dominio Ce 2 (es decir, el dominio adicional de la
IgE). La cadena b y las dos g parecen intervenir en la
transducción intracelular de la señal.
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·
El entrecruzamiento de
dos receptores Fce 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).
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·
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).
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·
Tiene baja afinidad hacia
la IgE.
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·
Presente en células
inflamatorias y linfocitos B.
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·
Se une al dominio
Ce 3.
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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;
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·
dominios de tipo C1: su
prototipo es el dominio constante de las inmunoglobulinas;
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·
dominios de tipo C2:
poseen rasgos intermedios entre los dominios V y C1.
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Son muy abundantes los
ejemplos de proteínas codificadas por miembros de esta superfamilia génica:
·
Cadenas H y L de las
inmunoglobulinas.
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·
Cadenas Iga e
Igb del complejo BCR.
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·
Cadenas del receptor de
linfocitos T (TCR).
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·
Cadenas g d e del
complejo CD3, que acompaña al TCR.
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·
b 2-microglobulina,
que forma parte del MHC-I.
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·
Dominio proximal del
MHC-I.
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·
Dominios proximales del
MHC-II.
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·
CD2, CD4, CD8, CD28 de
los linfocitos T.
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·
Receptor de poli-Ig (y su
versión "recortada" componente secretor de la sIgA).
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·
Varias moléculas de
adhesión celular (VCAM, ICAM, etc.).
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|
·
PDGF (factor de
crecimiento derivado de plaquetas).
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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
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·
CH1-CL
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·
CH3-CH3
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·
poli Ig-Fc de IgA e IgM
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·
CD4-MHC II
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·
CD8-MHC I
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|
·
TCR-MHC
|
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·
Iga /Igb -mIg
|
Sin conclusiones
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