IMUNOLOGIE

Curs 1Antigenul

Definiţia clasică: Antigenul reprezintă orice substanţă de origine exogenă care din momentul pătrunderii sale în organism pe de-o parte induce sinteza de anticorpi şi pe de altă parte interacţionează specific cu aceştia.

Figura 1Se susţin patru idei fundamentale:

1. antigenele sunt numai de origine exogenă2. orice contact antigen anticorp se soldează cu răspuns imun, răspuns imun ce are

următoarele caracteristici: este obligatoriu, constant ca intensitate şi mărime3. întotdeauna este vorba despre un răspuns imun umoral4. anticorpul ce se formează ar avea întotdeauna efect protector pentru organism, ar

contribui la neutralizarea, îndepărtarea şi distrugerea antigenului.Critici:

1. Se iau în considerare numai antigenele exogene, nu şi cele endogene:- antigenele exogene sunt reprezentate de cele bacteriene, parazitare,

alergenii(polenuri, praful de casă, alimente, medicamente), substanţe chimice de origine industrială

- antigenele endogene sunt autoantigenele: orice organism normal elaborează în mod continuu şi cantităţi mari de autoantigene, dar care, în condiţii normale sunt sechestrate de anumite bariere morfofuncţionale ce împiedică contactul acestora cu sistemul imunitar. În condiţii de patologie , ca urmare deteriorării acestor bariere, se realizează recunoaşterea lor de către sistemul imun şi elaborarea unor răspunsuri imune autoreactive faţă de propriile structuri antigenice, acest fenomen stând la baza bolilor autoimune.

- antigenele tumorale sau neoantigenele . orice organism normal produce celule tumorale sau canceroase într-o cotă redusă ce sunt recunoscute de sistemul imun în funcţie de antigenul , neoantigenul exprimat pe suprafaţa lor şi se produce astfel o distrugere continuă sau o supraveghere imunologică

- antigenele virale: marea majoritate a virusurilor îşi includ propriul genom în genomul gazdă, iar antigenele sunt secretate ca structuri proprii ale organismului

2. Orice contact antigen se soldează obligatoriu cu un răspuns imun, dar avem excepţii: - nu este obligatoriu pentru că există anumite antigene care singure nu sunt capabile să

declanşeze un răspuns imun(haptenele)

1

- există o anumită categorie de antigene ce au ca proprietate fundamentală inhibarea activă a răspunsului imun aşteptat şi se numesc tolerogene, ele activează limfocitele T supresor (LyTs)

3. Răspunsul imun nu este constant ca intensitate: are un grad foarte mare de variabilitate ce depinde de natura antigenului(Ag), cale a de pătrundere în organism, gradul de maturaţie a organului receptor: de exemplu în cazul unor organisme adulte: răspunsuri imune intense , în cazul unor organisme de tip embriofetal se observă diminuarea intensităţii răspunsului imun(R.I.); depinde de condiţionarea genetică: intensitatea depinde de haplotip: Ir – genele răspunsului imun, genele MHC(HLA)

4. Răspunsul imun nu se face exclusiv prin anticorpi(Ac), neglijează răspunsul imun celular(RIC) ce are funcţii deosebite: eliminarea şi distrugerea celulelor somatice infectate cu microorganisme cu habitat sau dezvoltare intracelulară, supravegherea şi apărarea antitumorală, anticanceroasă, respingerea sau rejecţia grefelor de organe

5. Ac nu au întotdeauna un efect de protecţie. Funcţia Ac este de recunoaştere şi nu de distrugere. Distrugerea e obţinută în urma activării sistemului complement sau a unor celule cu potenţial citotoxic. Ac au efect distructiv doar uneori şi anume doar Ac citotoxici.

Definiţia actuală : Antigenul este orice substanţă de origine exogenă sau endogenă, capabilă să

declanşeze un RI ce constă în două aspecte: - stimularea şi proliferarea limfocitelor antigen specifice - sinteza unor molecule de recunoaştere antigenică (anticorpi şi / sau receptori membranari) ce au capacitatea de a se combina specific in vitro sau în vivo cu Ag inductor

Limfocitele antigen specifice sunt : limfocitele B (Ly B) ce participă la răspunsul imun umoral(RIU), limfocitele T citotoxice (Ly Tc) ce participă în răspunsul imun celular, limfocitele T supresor (Ly Ts) tolerogene cu rol în toleranţa imunologică.

Anticorpii au două funcţii, aceea de structură de recunoaştere antigenică şi faptul că au în structura lor anumite componente antigenice numite idiotopi, de unde paradoxul antigen = anticorp.

S-au descris o categorie aparte de antigene numite superantigene ce au alte caracteristice de declanşare a răspunsului imun . Definiţia stabileşte de fapt anumite criterii de definire a antigenului, şi anume: o substanţă este antigen dacă declanşează răspunsul imun, dacă reacţionează specific cu produsele rezultate în urma elicitării răspunsului imun.

Proprietăţile antigenului:

1. Declanşarea răspunsului imun:

Este un proces complex ce presupune 3 etape:

A. Selecţia – de către antigen, dintr-un repertoriu de limfocite, a acelora care sunt antigen specifice, adică cele care exprimă pe membrana lor receptori capabili să se combine cu antigenul şi să-l recunoască.

Antigenul pătrunde în organism, ajunge în organele limfoide: ganglioni, splină, etc; unde întâlneşte miliarde de tipuri distincte de limfocite.

Pentru următoarea figură se iau în considerare trei tipuri de limfocite B cu aceleaşi dimensiuni, acelaşi raport citoplasmă / nucleu, dar diferite din punct de vedere al receptorilor

2

membranari de recunoaştere antigeni

Figura 2.Aceste limfocite sunt reprezentantele unor familii / populaţii celulare denumite clone

limfocitare.Toate limfocitele aparţinând aceleaşi clone exprimă pe suprafaţa lor acelaşi tip unic de

receptori de recunoaştere antigenică, deci se poate face asocierea: o clonă – un antigen. Astfel prima etapă în declanşarea RI se numeşte Selecţia clonală. Limfocitele sunt în faza G0 a ciclului mitotic.

B. Activarea metabolică a limfocitelor antigen specifice:Se produc modificări morfologice şi limfocitele se transformă în limfoblaşti, ele trec

de fapt din faza G0 în interfază, această etapă numindu-se Activarea clonală .

C. Expansiunea clonalăLimfocitele ajung în faza M a ciclului şi prin diviziuni repetate se produce creşterea

numărului de limfocite per clonă activată.Limfocitele se transformă în plasmocite ce vor secreta anticorpi antigen specifici,

aceştia au un situs combinativ pentru antigen ce cel al receptorilor de pe membrana limfocitului B.

Declanşarea RI defineşte termenul de Imunogenitate.

2. Specificitatea

Este proprietatea antigenului de a reacţiona specific numai cu receptorii specifici, fie ei solubili sau membranari, a căror producţie a fost stimulată de antigen (???).

Nu toate antigenele se caracterizează prin ambele proprietăţi, şi se împart în :A. Imunogenele: antigene complete

Acestea se pot împărţi în:a) antigene timo-independente – categorie minoritară, declanşează de regulă RIU pentru

că au capacitatea de activare directă a Ly B, nefiind necesară prezenţa Ly Tb) antigene timo-dependente – pot declanşa fie RIU fie RIC numai ca urmare a unei

cooperări celulare la care este necesară prezenţa Ly Th . ele pot fi proteine B. Haptenele antigene incomplete

Sunt substanţe cu greutate moleculară mică sau foarte mică, structură simplă, ele sunt capabile să interacţioneze cu receptorii antigenici, dacă există, dar ele singure nu pot declanşa RI decât dacă sunt cuplate natural sau artificial cu macromolecule imunogene ce se numesc purtător = carrier

Exemplu:

3

Dinitrofenol = DNP, BSA = serum albumina bovină

DNP nu induce Ac anti DNP

DNP + BSA induce Ac anti DNP

Deci haptenele au doar specificitate, nu şi imunogenitate.

Figura 3

Imunogenitatea este capacitatea de a satisface o condiţie necesară şi anume concentrarea într-o arie restrânsă a membranei celulare a tuturor cuplurilor antigen anticorp, se mai numeşte şi cross-linkare interreceptorială.

Astfel, imunogenele realizează cross-linkarea, deci declanşează RI, pe când haptenele nu pot declanşa RI tocmai datorită imposibilităţii de cross-linkaj.

Figura 4

În cazul haptenelor, avem stimuli cu intensitate mică, ce se exercită la mare distanţă unul de altul, dar nu se pot însuma şi genera un stimul activator, de aici paradoxul: recunoaşterea nu înseamnă şi declanşarea RI.

Teoretic s-ar putea declanşa dacă toate cuplurile s-ar concentra într-o arie, iar stimulii s-ar putea însuma. Haptenele singure nu se pot concentra într-o arie.

4

Imunogenele

Ele pot realiza cross-linkarea interreceptorială, concentrarea receptorilor într-o anumită arie. Cross-linkarea se realizează diferit în funcţie de tipul de antigen.

a) Antigenele timo-independente Au o structură de bază: carrier, cuplată cu numeroşi determinanţi antigenici, cuaceeaşi structură şi repetitivi, denumiţi haptene.

Figura 5Stimulii, fiind situaţi aproape se însumează, componenta responsabilă de cross-linkare

fiind carrierul, deşi nu este recunoscută de limfocite.b) Antigenele timo-independente

Au două componente: o parte carrier de natură peptidică cu greutate moleculară mică şi structură mai simplă decât precedenta , şi o singură haptenă.

Figura 6Acestea determină RI numai ca urmare a unei cooperări celulare între LyTh şi Ly B,

astfel Ly B recunoaşte partea haptenică, Ly T recunoaşte partea carrier, rezultând concentrarea, cross-linkarea dată de Ly Th .

Concluzii :

- nu toate antigenele sunt imunogene- cei doi termeni de antigenitate şi imunogenitate nu sunt sinonime- toate antigenele complete sunt constituite din cele două părţi distincte: carrier şi haptena,

cu funcţii diferite, ansamblul celor două este responsabil de imunogenitate, partea haptenică este responsabilă de specificitate

- in vivo partea haptenică realizează o dublă specificitate: de răspuns imun şi de reacţie imună

5

Figura 7

Haptena se numeşte determinant antigenic, subcomponent al structurii antigenice care din punct de vedere funcţional se împart în:

1) determinanţi antigenici liniari, secvenţiali – peptidici, cu 8-15 aminoacizi dispuşi în serie unii după alţii.

Sunt recunoscuţi numai de Ly T, sunt structuri amfipatice, secvenţe peptidice interiorizate în structura antigenului nativ ce pot fi eliberate numai în urma prelucrării de APC(Antigen Presenting Cells).

2) determinanţi antigenici conformaţionali - 8-15 aminoacizi ce pot proveni din regiuni diferite ale lanţului peptidic / lanţurilor peptidice , ei fiind aduşi în apropriere ca urmare a unor legături disulfurice sau necovalente inter / intracatenare . Sunt recunoscuţi numai de Ly B sau produşii acestora : anticorpii. Sunt constituiţi numai din aminoacizi hidrofili, sunt dispuşi la suprafaţa moleculei de antigen nativ, în porţiunile de maximă flexiblilitate / mobilitate.

Împărţirea ar fi de fapt în antigeni predominant secvenţiali şi antigeni predominant conformaţionali. Cea care contează foarte mult este conformaţia moleculară.

Importanţa conformaţiei moleculare în determinanţii antigenici secvenţiali

Este pentru prezentarea antigenului şi recunoaşterea antigenului.

Exemplu:Figura 8

Un fragment din mioglobină liniar, 132-146, cu structură amfipatică, este recunoscut numai de Ly T, prin TCR(T cell receptor), doar dacă sunt prezentaţi Ag de APC(de exemplu

6

macrofagele) . APC au numai legături cu aminoacizii hidrofobi prin MHC , Ly T au legături numai cu aminoacizii hidrofili prin TCR.

În timpul formării legăturilor, antigenul capătă o conformaţie helicoidală în care aminoacizii hidrofobi trec către MHC, iar aminoacizii hidrofili trec către TCR.

Importanţa conformaţiei moleculare în determinanţii antigenici conformaţionali

Este pentru recunoaşterea antigenului, nefiind necesară prezentarea antigenului.Exemplu: antigenul HEL (Hen Egg Lyzozime)

Figura 9HEL are în structura sa o ansă internă ce este porţiunea cea mai imunogenă.Prin fragmentarea HEL anticorpii dau reacţie cu ansa internă, dacă se rup legăturile ce ţin ansa internă, deci ansa este derulată, reacţia este compromisă.

Anticorpii recunosc determinanţii antigenici conformaţionali după principiul conformaţional „cheie în broască”

Soarta antigenelor în organism

Antigenele timo-independente pătrund în ţesuturi, antrenate în circulaţia limfatic, ajung în ariile burso-dependente unde declanşează RIU din Ly B.

Antigenele timo-dependente pătrund în ţesuturi, preluate de APC, ajung în ariile timo-dependente ale ţesuturilor limfoide unde fie cooperează cu Ly B şi rezultă RIU, sau cu Ly Tc şi rezultă RIC.

7