CURS 1

PAGE 6

2. ANTIGENULSistemul imun are capacitatea fundamental de a deosebi structurile proprii ale organismului (self) de cele strine (non-self). Structurile non-self sunt eliminate prin mecanismele aprrii imune.

Termenul de non-self nu implic obligatoriu originea exogen a substantei respective. Exist molecule sau celule proprii ale organismului, care au facut parte din self, dar au suferit modificri si au devenit non-self. Antigenul este o substan recunoscut ca non-self de ctre sistemul imun al organismului.

In definitia clasic, termenul de antigen desemna orice substant de origine exogen capabil s induc formarea de anticorpi si s reactioneze n mod specific cu acestia. Aceast definitie a fost considerat prea restrictiv, pe msura ce s-a observat ca exist antigene de origine endogen sau antigene care nu induc sinteza de anticorpi, desi sunt recunoscute de sistemul imun.ntr-o definitie folosit n prezent, termenul de antigen denumeste o substant de origine endogen sau exogen capabil s determine un rspuns imun si s reactioneze specific cu moleculele rezultate n urma declansrii acestuia (anticorpi sau receptori celulari). Aceast definitie subliniaz cele doua proprietti fundamentale ale antigenului: imunogenitatea (capacitatea de a induce un rspuns imun) si specificitatea (capacitatea de a reactiona specific cu produsele sistemului imun activat). Imunogenele sunt antigene complete, avnd att capacitatea de a elicita rspuns imun umoral sau celular, ct si de a se lega de produsele rezultate. Antigenele incomplete (numite si haptene) sunt capabile s reactioneze cu anticorpii sau receptorii de membran, dar nu pot declansa un rspuns imun, dect daca sunt cuplate cu o alta molecul (numit carrier). Au fost descoperite antigene care, desi ndeplinesc caracteristicile fundamentale de imunogenitate, nu produc raspuns imun umoral sau celular. Acestea au fost denumite tolerogene, iar semnificatia lor imunologic este diferit. Spre desebire de haptene, pe care le putem aprecia ca fiind indiferente sistemului imun, tolerogenele activeaz anumite mecanisme de inhibitie activ a sistemului imun. Rspunsul imun adaptativ poate fi reprezentat schematic astfel:

Raspuns imun umoral (RIU)Antigen + Limfocit B = Plasmocit + Limfocit B cu memorie.Rspuns imun celular (RIC)Antigen + Limfocit T = Limfocit T efector + Limfocit T cu memorie.Este important de subliniat c sistemul imun are un repertoriu exhaustiv de limfocite care exist nainte de ptrunderea unui antigen n organism. Aceste limfocite, inactive metabolic, exprim pe membrana celular receptori care sunt specifici unui singur antigen inductor. Se estimeaz c numrul receptorilor identici structural de pe suprafata unui limfocit B este de aproximativ 105.

Antigenul care ia contact cu sistemul imun va selecta limfocitele capabile s-l recunoasc (proces numit selectie clonal). n urma semnalelor intracelulare transmise, limfocitele sunt activate metabolic si se vor multiplica rapid (expansiune clonal).Etapa final o reprezina sinteza unor molecule care se combin specific cu antigenul declanator. Moleculele de recunoatere a antigenului sunt anticorpii (imunoglobulinele) i anumite tipuri de receptori de pe membranele limfocitelor, numii BCR (B-Cell Receptor) i TCR (T-Cell Receptor).

Antigenele cu care organismul vine n contact pot fi solubile sau corpusculate:

Antigenele solubile sunt molecule recunoscute ca non-self. De obicei antigenele solubile sunt proteine cu greutate molecular mare, peste 10 kDa. Uneori antigenele solubile sunt polizaharide, acizi nucleici sau glicolipide.

Antigenele corpusculate sunt structuri non-self mai complexe: virusuri, bacterii, protozoare, celule strine, celule infectate, celule neoplazice. De fapt, antigenele corpusculate sunt formate dintr-un numr foarte mare de molecule antigenice. Dintre ele, cele mai importante pentru recunoaterea i distrugerea antigenului corpusculat sunt antigenele de suprafa.

Rspunsul imun nu apare obligatoriu dup contactul cu un antigen:

Antigenele care induc un rspuns imun se numesc imunogene.

Antigenele care induc n mod activ supresia rspunsului imun se numesc tolerogene.

Capacitatea unei substante de a induce un rspuns imun depinde att de proprietatile intrinseci ale acesteia, ct si de anumite caracteristici ale sistemului biologic cu care aceasta vine n contact. Chiar dac o anumit molecul indeplineste toate conditiile pentru a fi imunogen, abilitatea ei de a declansa un rspuns imun va depinde in egal masur de caracteristicile genetice ale organismului.Cele mai importante proprietti ce influenteaz capacittile imunogenice ale unei molecule sunt: heterogenitatea structural, solubilitatea, mrimea, complexitatea chimic, concentratia, capacitatea de a fi procesat de ctre APC, administrarea concomitent a unor adjuvanti. Cele mai importante trsturi individuale sunt genotipul si calea de administrare.

Clasificarea antigenelor n funcie de origine

Majoritatea antigenelor sunt exogene: bacteriile, paraziii, unele substane chimice industriale, alergenele ca polenul, praful de cas, alergenele alimentare. O alt categorie important este reprezentat de antigenele endogene: autoantigenele, antigenele virale i antigenele tumorale.

Autoantigenele sunt antigene proprii care n mod normal sunt sechestrate prin bariere anatomice. Aceste antigene sunt situate n aa-numitele situsuri imunologice privilegiate, protejate prin bariere hemato-tisulare cu permeabilitate sczut pentru substanele hidrosolubile. n mod normal autoantigenele nu vin niciodat n contact cu celulele sistemului imun i nu induc un rspuns imun. Exemple de astfel de autoantigene sunt: sperma, cristalinul, esutul cerebral i unele structuri din celulele miocardice. Pentru c autoantigenele nu sunt cunoscute de ctre sistemul limforeticular, pentru ele nu exist toleran imun nnscut, ca pentru celelalte structuri self cu care limfocitele vin n contact n cursul traficului lor prin organism. n conditii patologice se produce desechestrarea acestor autoantigene. Autoantigenele vin n contact cu sistemul imun i se produce un rspuns imun fa de ele, deci fa de nite structuri self. Aceste rspunsuri imune autoreactive dau o patologie autoimun. Antigenele virale fac parte din categoria antigenelor endogene pentru c virusurile i includ genomul n genomul gazdei. Celula gazd sintetizeaz proteinele virale antigenice pe aceleai ci metabolice ca proteinele proprii. Antigenele tumorale se gsesc pe membranele i n citoplasma celulelor canceroase. Ele nu se gsesc pe membranele sau n citoplasma celulelor normale din care a derivat tumora. Orice organism normal produce un numr mic de celule canceroase, care sunt distruse rapid de sistemul imun. Prevenirea apariiei tumorilor se face prin distrugerea celulelor tumorale izolate, n cadrul unui proces de imunosupraveghere. Dac o celul neoplazic izolat reuete s se divid i apare o tumor constituit, rspunsul imun mpotriva tumorii seamn cu cel din respingerea grefelor. n ambele situaii acioneaz n special mecanismele rspunsului imun celular.

Proprietile de baz ale antigenelor

Proprietile fundamentale ale antigenelor sunt imunogenitatea si antigenitatea.

Imunogenitatea este proprietatea unei substane de a declana ntr-un organism un rspuns imun specific de tip RIU sau RIC.

Specificitatea sau antigenitatea este proprietatea unei substane de a se combina specific cu moleculele de recunoatere a antigenelor, adic cu anticorpii i cu receptorii de membran.

Imunogenitatea

Imunogenitatea este proprietatea unui antigen de a declana un rspuns imun. Declanarea rspunsului imun este un proces complex care cuprinde obligatoriu trei etape succesive: selecia clonal, activarea metabolic i proliferarea limfocitelor din clona selectat.Figura 1 Selecia clonal

Limfocit 1

activare i

proliferare

APC Ag

Limfocit 2

Limfocit 3

Selecia clonal reprezint selecia dintr-o mare varietate de limfocite, deja existente i prezente n organele limfoide, numai a limfocitelor antigen-specifice. Dup ce intr n organism, antigenul este transportat prin snge sau limf n organele limfoide periferic: ganglioni limfatici i splin. Acolo antigenul este prezentat de unele celule specializate (APC antigen presenting cell) spre un numr foarte mare de LT i LB. Antigenul este recunoscut doar de limfocitele antigen-specifice, adic de acele limfocite care au pe suprafa receptori care se potrivesc cu antigenul, pe principiul cheie-broasc. Antigenul este recunoscut de receptorii TCR de pe suprafaa LT sau de receptorii BCR de pe suprafaa LB.

n exemplul prezentat cele trei limfocite difer prin receptorii de suprafa pentru antigen. Receptorii au situsurile de recunoatere a antigenului cu structur diferit, ceea ce nseamn c cele trei limfocite aparin unor clone diferite, care recunosc antigene diferite. Limfocitele care aparin aceleiai clone au pe suprafa acelai tip de receptor pentru antigen. Dintre cele trei limfocite, numai limfocitul 2 este antigen-specific, adic are pe membran receptori care recunosc antigenul prezentat de APC i se combin cu el. Activarea clonal este procesul prin care limfocitele din clona selectat (numai limfocitul 2 din figura de mai sus) se activeaz metabolic.

Proliferarea sau expansiunea clonei activate este procesul prin care limfocitele din clona activat se divid prin mitoze i astfel crete foarte mult numrul de limfocite identice. n figur, cele patru limfocite rezultate prin proliferare sunt identice cu limfocitul 2, au pe suprafa acelai tip de receptor de recunoatere a antigenului (BCR), deci fac parte din aceeai clon.

Antigenitatea sau specificitatea

Antigenitatea sau specificitatea este proprietatea antigenului de a reaciona specific numai cu receptorii antigenici sintetizati special pentru el. Receptorii pot fimolecule solubile sau molecule legate de membranele limfocitelor: Receptorii solubili sunt anticorpii sau imunoglobulinele. Receptorii membranari de recunoatere a antigenului care se afl pe membrana LB se numesc BCR (B-cell Receptor), iar cei care se afl pe membrana LT se numesc TCR (T-cell Receptor).

Clasificarea antigenelor n funcie imunogenitate i specificitate

n practic nu toate antigenele au ambele proprieti. n funcie de imunogenitate i de specificitate, antigenele pot fide dou categorii:

Antigenele complete sunt acele antigene care au specificitate i imunogenitate.

Antigenele incomplete sunt unele antigene, de dimensiuni foarte mici, care au doar specificitate. Ele se numesc haptene.

Antigenele complete sau imunogene

Antigenele complete au ambele proprieti: imunogenitate i specificitate. Ele sunt capabile s declaneze un rspuns imun i apoi s reacioneze specific cu anticorpii produi. Majoritatea antigenelor din natur, n special cele cu structur proteic, sunt antigene complete.

Antigenele complete pot s declaneze rspunsul imun prin mecanisme diferite, cu sau fr participarea limfocitelor T (LT).Din punct de vedere al necesitaii participrii limfocitelor T helper n cadrul RIU, antigenele se mpart n:

timoindependente - antigene care pot declana RIU n absena LT helper (mai ales antigenele polizaharidice bacteriene). Rspunsul este rapid, fapt important n infeciile cu microorganisme agresive. Dezavantajul este c aceti anticorpi nu sunt la fel de funcionali ca cei rezultai prin participarea LT helper i nu exist mecanismul de comutarea izotipica, care permite sinteza a diferite clase de imunoglobuline. In plus, nu se formeaz limfocite B cu memorie.

timodependente - reprezint majoritatea antigenelor. Rspunsul imun declanat de aceste antigene este mai puin rapid, dar mai versatil i mai eficient. n plus, apar limfocite B cu memorie, care permit un rspuns mult mai rapid si intens la un nou contact cu antigenul (rspunsul imun umoral secundar).

Antigenele incomplete sau haptenele

Haptenele au numai specificitate. Ele reacioneaz specific, adic se combin cu receptorii antigen-specifici, respectiv cu anticorpii anti-hapten, dac acetia exist.

Haptenele nu au imunogenitate din cauz c au o greutate molecular foarte mic i nu pot declana singure un rspuns imun. Haptenele pot declana un rspuns imun doar dac se cupleaz cu macromolecule imunogene numite purttor sau carrier.

Administrarea la animalul de experien a haptenei nu determin apariia anticorpilor, pe cnd administrarea complexului hapten-carrier induce formarea a trei tipuri de anticorpi:

anticorpi anti-hapten se pot lega att de haptene libere, ct si de cele cuplate cu moleculele carrier anticorpi anti-carrier

anticorpi care se leag doar de complexele hapten-carrier

n acest mod, o serie de substane chimice industriale sau medicamente pot s aib rol de hapten, combinndu-se cu proteine normale ale organismului, care au rol de carrier. Complexele astfel formate sunt antigene complete i determin rspunsuri imune patologice numite reacii de hipersensibilizare, cu formarea de anticorpi anti-hapten i anti-carrier.

Moleculele de haptene ca atare nu sunt imunogene, adic nu pot s declaneze singure rspunsul imun. Moleculele individuale de hapten sunt recunoscute de receptorii BCR, dar aceast recunoatere intereseaz receptori aezai la distan pe suprafaa LB, astfel c stimulii activatori au intensitate slab i nu declaneaz activarea metabolic a LB. Activarea LB se declaneaz numai cnd haptenele sunt prezentate spre LB ntr-o form multivalent, adic un numr mare de haptene identice sunt prezentate grupat i sunt recunoscute de mai muli receptori BCR aezai n apropiere pe membran.

Antigenele complete cuprind structuri cu rol de carrier i de hapten. Componenta haptenic d specificitatea antigenului, n timp ce ansamblul carrier-hapten d imunogenitatea. n funcie de hapten se face selecia clonal. Prezentarea haptenelor spre o zon mic din membrana LB se realizeaz atunci cnd haptenele fac parte din structura unui antigen complet:

Antigenele timoindependente bacteriene (de ex. flagelina i lipopolizaharidul) au un carrier cu greutate molecular foarte mare. De carrier se leag multe grupri haptenice identice, care sunt recunoscute de muli receptori BCR grupai n aceeai regiune a membranei LB. De aceea antigenele timoindependente pot activa direct LB.

Antigenele timodependente au un carrier cu greutate molecular mai mic, de care se leag haptena. Aceste antigene au nevoie de LTH, care recunosc partea carrier i prezint antigenul cu partea haptenic spre receptorii LB. LTH prezint haptenele pe o zon mic de pe suprafaa LB, reuind s stimuleze un mare numr de BCR din aceeai regiune a membranei LB.

Determinanii antigenici sau epitopii

Determinanii antigenici sunt segmentele imunologic active ale moleculei de antigen care se leag de anticorpii sau de receptorii limfocitari specifici. Raportat la noiunile precedente, determinanii antigenici ar cuprinde haptena i o mic parte din molecula carrier.

Antigenul este, de obicei, o macromolecul cu suprafaa neregulat. O molecul de anticorp are contact doar cu un anumit fragment din structura acestuia. Situsul combinativ al anticorpului i suprafaa de antigen pe care o recunoate sunt complementare din punct de vedere al conformaiei n spaiu i al structurii chimice. Regiunea din antigen care se combin cu anticorpul (sau cu receptorul de membran) se numete determinant antigenic sau epitop.

Structura i funciile determinanilor antigenici

Determinanii antigenici au compoziii chimice variate i conin grupri hidrofile (polare) i hidrofobe. Dup structur determinanii antigenici i epitopii pot fi liniari sau conformaionali. Determinanii liniari sunt formai dintr-un lan de aminoacizi sau de monozaharide n cadrul structurii primare, n timp ce determinanii conformaionali apar n cadrul structurii secundare sau teriare a moleculei proteice sau glicoproteice.

Determinanii antigenici liniari sau secvenialiDeterminanii antigenici liniari sau secveniali sunt caracterizai prin succesiunea aminoacizilor n lanul proteic sau a monozaharidelor n lanurile glicoproteice, n cadrul structurii primare. Acetia sunt recunoscui doar de receptorii TCR ai LT.

Determinanii liniari sunt interiorizai, adic sunt aezai n interiorul moleculei de antigen. Ei sunt expui la exteriorul moleculei numai dup procesarea antigenului nativ, prin aciunea enzimelor proteolitice ale APC. Pentru recunoaterea epitopilor liniari de ctre LT este obligatorie prelucrarea i prezentarea lor de ctre APC.

Determinanii antigenici conformaionali

Determinanii antigenici conformaionali, tridimensionali sau spaiali sunt formai din mai multe grupri de aminoacizi sau monozaharide situate n regiuni diferite ale lanului proteic sau glicoproteic, sau chiar pe dou lanuri diferite. Lanurile sunt aduse n apropiere prin puni disulfurice sau legturi necovalente, intra sau intercatenare. Aceste puni fac bucle n molecul. Uneori determinanii conformaionali iau natere la limita de contact dintre dou uniti repetitive n cadrul structurii cuaternare a proteinelor.

Determinanii conformaionali sunt recunoscui de receptorii pentru antigen ai LB (BCR) i de anticorpi. Recunoaterea determinanilor conformaionali se face prin complementaritate spaial, pe principiul cheie broasc.

Determinanii conformaionali sunt aezai la suprafaa moleculelor de antigen, de aceea nu este obligatorie procesarea i prezentarea lor de ctre APC.

Determinanii antigenici sunt recunoscui strict de anumite seturi de limfocite, cu rol efector (LB, LTC) sau imunomodulator (LTH). n funcie de tipul de limfocite responsive, i determinanii antigenici au rol efector sau imunomodulator.