Questo post partecipa alla 26esima edizione del carnevale della chimica;(al presente link trovate il bando di questaa edzione) questa tornata sarà ospitata dal blog di teresa celestino Pensieri in provetta. Invito tutti i lettori a visitare il suo blog, dove saranno esposti e presentati tutti i contributi scitti dai vari blogger per questo carnevale. Buona lettura.
Il sistema immunitario viene comunemente suddiviso in innato e acquisito. Per innato ci si riferisce a quell'insieme di cellule e molecole immediatamente attive nella difesa dell'organismo contro invasioni esterne, ma che non possied i cosidetti meccanismi della memoria tipici dell'immunita acquisita.
Tra i protagonisti dell'immunità innata abbiamo il gruppo delle cellule comunemente indicate con il termine di fagociti, anche se bisogna sottolineare che le componenti del sistema immunitario innato non sono rappresentate solo da tali cellule ma annoverano tante altre componenti dell'organismo, tra cui gli epiteli, enzimi (lisozima, fosfolipasi A ecc...) lo stesso ambiente acido dello stomaco e via discorrendo...solo se un agente infettivo riesce ad oltrepassare queste difese innate, ad eludere le cellule fagocitarie e a replicarsi silenziosamente per poi "sovraccaricare di lavoro" tali difese intervengono altri meccanismi, tipici dell'immunità acquisita; con formazione di cellule effetrici antigene specifiche, i cui prodotti cellulari, come gli anticorpi saranno diretti contro specifiche componenti dei patogeni favorendone la distruzione e di cellule della memoria in grado di prevenire future infezioni da parte degli stessi patogeni.
Vi è anche un altra componente del sistema immunitario che svolge un ruolo importante nella difesa dell'organismo ed è il sistema del complemento.
Venne chiamamato così in quanto si scopri che le molecole che lo componevano erano in grado di legarsi agli immunocomplessi, facilitando l'opsonizzazione e l'uccisione dei batteri da parte degli anticorpi, in realtà il complemento può operare anche senza la presenza di anticorpi specifici diretti contro uno specifico antigene, quindi svolgendo anche un ruolo fondamentale e attivo nell'immunita innata.
Il sistema del complemento è composto da diverse proteine presenti nel plasma, che interagiscono tra di loro per opsonizzare (detto in soldoni è una specie di etichettatura molecolare, le componenti del complemento si associano al patogeno rivestendolo e facilitandone l'eliminazione da parte delle componenti del sistema immunitario) i microrganismi patogeni e di indurre una serie di risposte infiammatorie fondamentali nel combattere l'infezione.
Il sistema del complemento è composto da diverse proteine presenti nel plasma, che interagiscono tra di loro per opsonizzare (detto in soldoni è una specie di etichettatura molecolare, le componenti del complemento si associano al patogeno rivestendolo e facilitandone l'eliminazione da parte delle componenti del sistema immunitario) i microrganismi patogeni e di indurre una serie di risposte infiammatorie fondamentali nel combattere l'infezione.
Molti enzimi del complemento sono appartenenti ad una particolare classe di enzimi noti come zimogeni. distribuiti ampiamente nei fluidi corporei, ma la loro funzionalità è inibita. Qualora si verifichi una infezione, questi zimogeni vengono attivati localmente e si innesca quella che in biochimica viene definita "una cascata di enzimi".
Alcuni zimogeni del complemento vengono attivati, ciò può verificarsi in vari modi, tra questi abbiamo una modifica delle strutture di queste proteine che si ripercuote sulla loro funzionalità. In casi come questo la modifica è rappresentata da un vero e proprio taglio della proteina. La proteina così attivata legherà a sua volta un subtrato, rappresentato in questo caso da un'altra proteina del complemento inattiva, tagliandola e attivandola, a sua volta questa proteina legherà un altro substrato portando avanti lo stesso processo di quella precedente e via dicendo. In questo modo l'attivazione di un piccolo gruppo di proteine porterà ad una risposta che sarà enormemente amplficata.
Tre sono i meccanismi distinti tramite i quali il complemento porta avanti la sua azione di difesa dell'organismo.
1) Genera un grande numero di molecole che si legano alla superficie dei patogeni, rivestendoli ed etichettandoli, in modo che possano essere facilmente riconosciuti dai fagociti del sistema immunitario innato.
2) I piccoli frammenti di alcune proteine del complemento hanno proprietà chemiotattiche in grado di reclutare nel sito di attivazione del complemento numerosi fagociti.
3) Alcune componenti terminali della via del complemento sono in grado di poter costruire dei veri e propri pori nella membrana batterica danneggiandole gravemente e causandone la lisi.
L'azione del complemento si può esplicare attraverso tre vie.
- la via classica
- la via della lectina che lega il mannosio
- la via alternativa.
L'ostacolo più grande nella comprensione del suo funzionamento è rappresentato dalla nomenclatura delle componenti proteiche.
La via classica.
Tale complesso proteico è costituito da 3 componenti: C1q; C1r; C1s.
C1q ha sei domini globulari in grado di legarsi a strutture molecolari presenti sulla superficie dei patogeni o all'immunocomplesso (antigene + anticorpo). Il legame alla superficie di un patogeno o ad un immunocomplesso, provoca una alterazione strutturale che si ricpercuote sulla funzionalità delle altre proteine associate. La modifica strutturale di C1q causa l'attivazione enzimatica autocatalitica in C1r che sarà a sua volta in grado di eseguire un taglio a livello della struttura di C1s, portando alla formazione di una serina proteasi attiva. Una serina proteasi attiva è un enzima in grado di ....
Il complesso C1 legato alla superficie del patogeno potrà, grazie all'attività catalitica di C1s eseguire dei tagli a livello delle successive componenti della via classica C4 e C2.
Verranno tagliate portando alla formazione di frammenti grandi (C4b e C2b) e di frammenti più piccoli (C4a e C2a).
Come riassunto nell'immagine sotto il proceso lo possiamo suddividere per comodità in più stadi:
Stadio 1: C1s taglia C4, producendo due frammenti di dimensioni differenti. Il frammento maggiore (C4b) si associerà alla superficie del patogeno, una volta che tale legame sarà avvenuto potrà avvenire il legame con C2, (stadio 2) il legame causerà una modifica strutturale e funzionale in C2 che ne determinerà l'attivazione della azione autocatalitica che ne determinerà la suddivisione in due frammenti; quelo più grande noto come C2b rimarrà legato a C4 portando alla formazione del complesso proteico noto come C3 convertasi della via classica (C4b2b).
L'attività di questo complesso sarà quello di tagliare numerose molecole di C3, il taglio anche in questo caso comporterà formazione di frammenti grandi e piccoli. I frammenti grandi noti come C3b si legeranno alla superficie del patogeno etichettandolo, mentre C3a fungerà da mediatore infiammatorio.
La via della lectina che lega il mannosio.
Questa proteina lega specificamente residui di mannosio e altri zuccheri, presenti sulla superficie dei patogeni, e disposte in determinati schemi, nelle cellule dei vertebrati tali residui sono ricoperti da altri zuccheri (acido sialico), quindi la lectina che lega il mannosio è in grado di legarsi solo alle strutture dei patogeni evitando in questo modo di dare l'avvio al complemento sulle strutture dell'ospite.
Come C1q ha 6 domini globulari tramite i quali interagisce con le strutture del patogeno. Inoltre ad essa strettamente associata troviamo due complessi (MASP1 e MASP2) con funzioni strettamente omologhe a quelle di C1r e C1s della via classica. Anche in questo caso il legame del complesso più grande alla superficie del patogeno induce un cambiamento strutturale che si ripercuote sulla funzionalità di MASP1-2 i quali taglieranno C4 e C2 e portando alla formazione della C3 convertasi.
L'attivazione del complemento deve essere confinata alla superficie sulla quale viene originata.
Una delle funzioni principali del complemento è quella di reclutare fagociti nei siti di infezione, i quali avendo sulla loro superficie recettori proteici sono in grado di riconoscere il complemento e fagocitare i patogeni.
Il complemento si attiva a partire da poche molecole che a lro volta legano altre componenti inattive del complemento modificandole e attivandole e via dicendo, la risposta viene quindi amplificata enormemente con il risultato che migliaia di molecole rivestono le superfici dei patogeni. Un processo simile deve necessariamente essere tenuto sotto controllo e varie devono essere le modalità di controllo, in quanto una attivazione incontrollata che per caso coinvolgesse anche le strutture dell'ospite porterebbe ad enormi danni.
Se rileggiamo quanto scritto sopra, noteremo che la via classica e della lectina che lega il mannosio sono attivate dal legame con la superficie del patogeno e che tutte le reazioni che ne conseguono avvengono in strettissima vicinanza con la superficie del patogeno e come il taglio di C3 e successivo rivestimento da parte di C3b della superficie del patogeno avvengano solo sulla superficie del patogeno e non nel plasma o altrove, con il rischio di interazione con le cellule dell'ospite.
Tale controllo avviene durante il taglio di C4 nelle componenti grandi e piccole, C4b associato alla struttura dell'ospite espone un legame tioestere estremamente reattivo che permette di legare molecole nell'immediato sito di reazione. C4 viene tagliato a livello della superficie del patogeno dalle componenti della via classica o di MBL, ciò permette un suo rapidissimo legame alle strutture del patogeno.
Se C4b non forma rapidamente un legame con queste strutture viene inattivato tramite una idrolisi spontanea del legame tioestere, l'idrolisi avviene grazie all'ambiente acquoso circostante, e rende C4 incapace di potersi legare a qualsiasi struttura cellulare. Di conseguenza anche il legame di C2 a C4 deve necessariamente avvenire a livello della superficie del patogeno, e di conseguenza una volta che si è formata la C3 convertasi , il tglio di C3 e la successiva opsonizzazione avviene a livello della superficie del patogeno.
L'idrolisi di C3 e la via alternativa del complemento.
La via alternativa del complemento è chiamatain questo modo perchè fu scoperto com secondo meccanismo alternativo alla via classica. Questa via può avere luogo sulla superifcie di diversi microbi anche in assenza di anticorpi specifici. La via alternativa porta alla formazione di una C3 convertasi differente da quella della via classica, costituita dalle componenti (C3bBb).
Altra differenza è che in questo caso la via alternativa non inizia tramite complessi proteici associati alla superficie del microrganismo, ma in prosimità di esso grazie ad una reazione di idrolisi di C3.
C3 è una proteina particolarmente abbondante nel plasma, un frmmento grande (C3b) viene prodotto spontaneamente mediante taglio proteolitico spontaneo del legame tioestere in C3; tale taglio porta alla formazione di un frammento grande idrato (C3bH2O). La conformazione alterata di tale proteina favorice l'imediato legame del fattore B, proteina plasmatica, il legame di questa proteina a C3bH20 favorirà a sua volta il legame del fattore D il quale taglierà il fattore B in due frammenti, dei quali quello più grande rimane legato alla C3bH20. Questo complesso è noto come C3 convertasi di fase fluida.
Viene prodotto in basse quantità ma è in grado di poter tagliare molte molecole di C3 in frammenti grandi e piccoli, i frammenti grandi (C3b). Molti frammenti C3b vengono inattivati mediante idrolisi, con un meccanismo analogo a quello descritto sopra, un parte si associerà al patogeno e sarà legato dal fattore B, che diventerà substrato per il fattore D portando alla formazione della C3 convertasi (C3bBb) della via alternativa).
Quando C3b lega la cellula ospite, molte proteine regolatorie del cmplemento presenti nel plasma e sulla membrana cellulare della cellula ospite, si combinano per prevenire la continuazione dell'attivazione del complemento. Queste proteine interagiscono con C3b, sia preveendo la formazione della convertasi sia promuovendo la sua rapida dissociazione. Infatti, abbiamo proteine e molecole che competono con le componenti del complemento. Un esempio è rappresentato dalla proteina di membrana CR1 e dal fattore di accelerazione di decadimento (DAF) competono con il fattore B per il legame a C3b sulla superficie cellulare e possono spiazzare Bb da una convertasi appena formata, ancora C3b può essere inattivata dal fattore I, tutte queste proteine inibitorie le troviamo in genere sulla superficie delle cellule dell'ospite, mentre i microrganismi non possiedono tali meccanismi.
La C3 convertasi di membrana deposita un grande numero di frammenti C3b sulla superficie dei patogeni generando la C5 convertasi.
L'effetto principale della formazione della C3 convertasi è di ricoprire le superfici dei patogeni con grandissime quantità di molecole di C3b. In seguito si avrà la formazione della C5 convertasi. Nella via classica e nella via della lectina che lega il mannosio la C5 convertasi sarà formata dal legame di C4b2b3b, nella via alternativa dal legame di C3b2Bb. La molecola C5 viene catturata dal complesso di convertasi medinte un legame ad un sito accettore su C3b ed è quindi reso sensibile al taglio proteolitico da parte dell'attività proteasica di C2b o Bb. La produzione di C5b determinerà l'inizio dell'attività delle coponenti terminali del complemento.
La formazione dei pori sulla superficie cellulare.
Le componenti terminali del complemento possono portare alla formazione di pori sulla superficie dei microrganismi, causando in questo modo la lisi delle cellule. Nell'immagine sotto è mostrato in sintesi il processo.
In questo caso si viene a creare un vero e proprio complesso di attacco alla membrana. Il primo passo nella formazione del taglio di C5 attraverso una C5 convertasi che rilascia C5b. Nello stadio successivo C5b sarà fondamentale nel dare inizio all'assemblaggio dei succesivi componenti del complemento e la loro inserzione all'interno dela membrana cellulare. Saranno legare in successione le molecole di C6, formando un complesso noto come C5b6 che lega C7, il quale interagirà successivamente con C8 e C9, tali proteine come riassunto nell'immagine si immeteranno all'interno del doppio strato lipidico portando alla formazione di pori danneggiando le membrane cellulari dei microrganismi.
La fissazione del complemento.
La fissazione del complemento. In alcuni casi l’avvenuta formazione di un immunocomplesso può essere individuata indirettamente attraverso la dimostrazione dell’avvenuta “fissazione” di una quantità nota di complemento ad un immunocomplesso. Come abbiamo visto nei precedenti post, il complemento è un complesso sistema di molecole e proteine che svolgono un ruolo di fondamentale importanza nella risposta immunitaria, con l’importante compito di innescare una serie di risposte infiammatorie notevolmente imponenti in grado di scatenare una risposta immunitaria forte ed efficace nei confronti delle componenti estranee dell’organismo che vengono opsonizzate e quindi etichettate molecolarmente da tali componenti. Le componenti del complemento possono interagire direttamente con gli antigeni, o legarsi agli con anticorpi legati ad un antigene, quindi interagire con un immunocomplesso. Nel caso della via alternativa abbiamo visto come le componenti del complemento una volta legatesi ad un immunocomplesso, davano il via ad una serie di reazioni che permettevano ad altre componenti del complemento di inserirsi all’interno delle membrane cellulari di microrganismi estranei e indurre la formazione di veri e propri pori, la cui formazione alterava irrimediabilmente l’omeostasi cellulare portando alla morte il microrganismo per “lisi” cellulare. Nel caso si debba utilizzare la reazione di fissazione del complemento per individuare la formazione di un immunocomplesso, ad esempio nel caso di anticorpi e antigeni solubili e quindi di complessi non in grado, come nel caso degli antigeni corpuscolati, di formare aggregati visibili ad occhio nudo e facilmente rilevabili, si utilizzeranno cellule di cui sia facile apprezzare la lisi cellulare, in tal caso si utilizzano i globuli rossi. Quindi la reazione di fissazione del complemento la possiamo definire come una reazione in cui un siero immune o presunto tale viene in contatto con un antigene , in presenza di quanità nota di complemento e dove la formazione dell’immunocomplesso non si accompagna a fenomeni visibili, viene evidenziata indirettamente dimostrando la fissazione del complemento all’immunocomplesso. Primo passaggio fondamentale è quello di eliminare il complemento presente in quantità ignota dal siero che vogliamo esaminare. Ciò viene eseguito tramite incubazione del siero a temperature superiori ai 50°C (in genere 56°C per 20-30 minuti), le componenti del complemento sono termolabili, quindi vengono denaturate a temperature elevate. Vengono eseguite varie diluizioni del siero in esame, le quali sono poi mescolate ad una quantità di antigene noto. A ciascuna diluizione viene aggiunto una piccola quantità nota di siero di cavia di cui si è precedentemente titolata l’attività complementare. In seguito le provette contenenti il siero in esame vengono incubate a temperature e tempi necessari a permettere il legame tra gli antigeni e gli eventuali anticorpi diretti contro quest’ultimo presenti nel siero in esame. Ora non rimane che scoprire se è avvenuta o meno la reazione di formazione dell’immunocomplesso e la fissazione del complemento, oppure se non erano presenti anticorpi se il complemento è libero. A tale scopo si aggiunge una quantità standard di emazia di montone o pecora trattate con anticorpi anti-globuli rossi. Se il siero esaminato conteneva anticorpi per l’antigene presente in soluzione si sarà formato l’immunocomplesso che avrà permesso al complemento di fissarsi sequestrandolo, quindi non avverrà lisi delle emazie in quanto non vi sarà complemento disponibile per legarsi agli anticorpi anti globuli rossi. In caso contrario avverrà la lisi. La comparsa di lisi dunque avrà esito negativo, esito positivo nel caso non avvenga.
Nessun commento:
Posta un commento