Resposta Imune Humoral

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Resposta Imune Humoral

T

I

C

Lavras/MG 2011

Espaço a ser preenchido pela biblioteca

Ficha catalográfica preparada pela Divisão de Processos Técnicos da Biblioteca Central da UFLA

[A ser preenchido posteriormente]

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Índice

UNIDADE 12 ... 5

12.1 Introdução ... 6

12.2 Neutralização de antígenos ... 7

12.3 Opsonização mediada por anticorpos ... 8

12.4 Citotoxidade celular dependente de anticorpos ... 10

12.5 Sistema complemento ... 12

12.5.1 Componentes do complemento ... 14

12.5.2 Via clássica do complemento ... 15

12.5.3 Via alternativa do complemento ... 18

12.5.4 Via das lecitinas do complemento ... 20

12.5.5 Complexo de ataque a membrana ... 21

12.6 Ativação de mastócitos, basófilos e eosinófilosErro! Indicador não definido. 12.7 Conclusão ... 25

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UNIDADE 12

OBJETIVO: Conhecer os mecanismos responsáveis pela resposta imune

6 | P á g i n a 4.1 Introdução

Moléculas de anticorpos produzidas pelo organismo são as responsáveis fundamentais na resposta imunológica humoral desenvolvida contra micróbios extracelulares e toxinas microbianas. Para serem efetivos contra patógenos os anticorpos não devem somente reconhecerem o antígeno, mas também devem invocarem respostas (funções efetoras) que irão resultar na remoção e morte dos patógenos.

Enquanto regiões variáveis nos anticorpos são responsáveis pelo reconhecimento e ligação destes aos antígenos, regiões constantes na cadeia pesada (CH) são

responsáveis por uma variedade de interações colaborativas com outras proteínas, células e tecidos, que resultam na ativação dos mecanismos efetores da resposta imune humoral.

São várias as formas como os anticorpos participam nos mecanismos efetores da resposta imune humoral, como na interação entre a resposta imune celular e humoral, dentre elas: neutralização de micróbios e toxinas, opsonização de micróbios, citotoxidade celular dependente de anticorpos, ativação do sistema complemento e ativação de mastócitos, basófilos e eosinófilos.

Leia o capítulo sobre anticorpos no livro texto, observando com atenção as estruturas responsáveis pela

indução dos mecanismos efetores da resposta imune humoral.

7 | P á g i n a 4.2 Neutralização de antígenos

Fundamentalmente, existem duas formas dos anticorpos neutralizarem (inibirem atuação) antígenos. Eles podem atuar através da ligação direta aos antígenos ou então, pela interação com os receptores celulares que seriam utilizados para ligação dos antígenos.

Quando anticorpos ligam-se a estruturas sobre os microrganismos, ele podem neutralizar estes por obstáculo estérico, ou seja, eles inibem a ligação das estruturas dos antígenos aos seus receptores sobre as células alvo, impossibilitando por exemplo a adesão de células bacterianas através da interação de seus pili com as células dos hospedeiros. Um outro mecanismo de neutralização conhecido como efeito alostérico, também pode ser desencadeado pela ligação dos anticorpos aos antígenos. Neste, a ligação do anticorpo sobre a partícula microbiana ou toxina leva a indução de uma alteração na conformação, o que inibe a interação da partícula com o receptor específico, dessa forma impossibilitando a atuação do patógeno ou toxina.

É interessante destacar que neste tipo de mecanismo efetor da resposta imune humoral apenas dois componentes são requeridos, o antígeno e o anticorpo. Além do mais, nenhum envolvimento da região constante do anticorpo também é necessária, sendo assim, a neutralização pode ser executada por qualquer isotipo de anticorpo presente na circulação ou secreções mucosas. Neste mecanismo o que importa é a afinidade do anticorpo pelo antígeno. Anticorpos de alta afinidade executam a função melhor do que anticorpos de baixa afinidade, sendo assim, IgGs que possuem em média

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maiores afinidades que outras imunoglobulinas funcionam como melhores agentes da neutralização de antígenos.

Figura 1. Neutralização de micróbio e toxinas por anticorpos (modificado de ABBAS et al., 2007).

4.3 Opsonização mediada por anticorpos

Opsoninas são substâncias que aumentam as funções de fagócitos ativados. Entre as opsoninas os anticorpos se destacam, pois ligam-se com alta afinidade a antígenos específicos colaborando assim com o processo de fagocitose realizados por células do sistema imunológico.

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O mecanismo de atuação dos anticorpos como opsoninas inicia quando esses se ligam aos antígenos através de suas porções Fabs. Quando muitos anticorpos complexam com o mesmo antígeno alvo, como a parede bacteriana, eles produzem uma interação que resulta na ligação do patógeno à membrana das células fagocitárias.

Células fagocitárias possuem em sua membrana receptores chamados Fc (FcR), os quais são específicos na ligação com a porção Fc das moléculas de imunoglobulinas. Muitos diferentes tipos de receptores Fc têm sido identificados sendo que oito deles são conhecidos em participar nos mecanismos efetores da fase humoral da resposta imune. Entretanto, alguns isotipos de anticorpos são melhores opsoninas que outros. Geralmente, anticorpos IgGs funcionam como melhores opsoninas.

A ligação cruzada entre os FcR das células fagocitárias e a porção Fc dos anticorpos inicia uma via de transdução de sinal, iniciada pela cadeia γ do FcR. A cadeia γ como a cadeia ζ do TCR, contém motivos de ativação baseados em imunoreceptores de tirosina (ITAMs) em sua porção citoplasmática, os quais são requeridos para a transdução do sinal. O agrupamento de FcRs por agregados de anticorpos ligados ao antígeno resulta na ativação da família de Src-quinases que fosforilam os resíduos de tirosina sobre os ITAMs presentes na porção citoplasmática da cadeia γ dos FcRs. Assim, ocorre o recrutamento e ativação de SyK tirosinas quinases e consequentemente várias outras sinalizações, que resultam na fagocitose do complexo antígeno anticorpo. Dentro dos fagócitos, o patógeno torna-se alvo

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para uma variedade de processos destrutivos que incluem a digestão enzimática, dano oxidativo e efeitos de ruptura na membrana.

Figura 2. Via fagocítica em macrófagos – fagocitose mediada por FcRs. (a) Opsonização via anticorpos; (b) Ligação do FcRs inicia cascata sinalizadora que resulta na polimerização da actina e extensão da membrana plasmática, até completo englobamento do antígeno; (c) Fusão do endossomo precoce resulta em um ligeiro abaixamento do pH provocando o desacoplamento dos ligantes aos seus receptores facilitando a reciclagem dos receptores pela proteína Rab; (d) Fusão com o endossomo tardio provoca acumulo de fofoslipídeos resistentes ao ambiente ácido e uma queda no pH; (e) que resulta na ativação de um número de enzimas proteolíticas; (e) Sob certas condições o fagossomo pode conter marcadores de superfície para o retículo endoplasmático,o qual contribui diretamente para criação da membrana fagocítica em algumas circunstâncias (modificado de WILLIAM et al., 2008).

4.4 Citotoxidade celular dependente de anticorpos

A ligação dos anticorpos aos seus antígenos alvo, como células do hospedeiro infectadas por vírus, através dos FcRs de um número de células, particularmente

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células Natural Killers (NK), podem direcionar atividades citotóxicas de células efetoras contra células alvo. Este processo é chamado citotoxidade celular dependente de anticorpos (ADCC), no qual o anticorpo atua como um receptor possibilitando o reconhecimento e a morte das células alvo. Ente as células que medeiam a ADCC além das células NK, os macrófagos, monócitos, neutrófilos e eosinófilos também executam essa função.

Quando macrófagos, neutrófilos, ou eosinófilos ligam-se a células alvo por uma via do receptor Fc, eles tornam-se mais ativos, e como resultado, enzimas líticas dos seus lisossomos como os grânulos no seu citoplasma aumentam. Posterior liberação dessas enzimas e grânulos contendo perfurinas e granzimas no sítio de contato mediado pelo FcR, resulta em danos a célula alvo, que pode ser uma célula infectada por um patógeno.

Células natural killers expressam o receptor FcγRIII (CD16) através do qual podem executar a ADCC em células marcadas com imunoglobulinas G (IgGs). As moléculas transmembranas FcγRIII são fisicamente associadas com FcεRIγ e menos comumente com CD3ζ, além de se associarem com heterodímeros γ –ζ. A associação com essas moléculas são necessárias para uma ótima expressão superficial do receptor como também para uma boa indução da via sinalizatória que ativará os mecanismos celulares necessários para a ADCC. Após a ligação com o anticorpo o receptor FcγRIII ativa eventos bioquímicos que levam a exocitose dos componentes presentes nos grânulos das células NK, além de ativar a produção de citocinas como IFN-γ. Assim apesar das células NK serem consideradas células do

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sistema imune inato, através de sua ativação pelos receptores CD16 elas também constituem uma parte da resposta imune adaptativa contra patógenos.

Figura 3. Citotoxidade celular dependente de anticorpos. Receptores sobre células natural killers (a) e eosinófilos (b) permitem a eles aderirem e destruírem células infectadas e parasitas sobre os quais os anticorpos se ligaram (modificado de DOAN et al., 2007).

Procure e revise junto aos seus colegas quais são os tipos celulares envolvidos nas respostas imunológicas inata e

adquirida.

4.5 Sistema complemento

A quase um século atrás, o pesquisador Jules Bordet identificou componentes protéicos no soro livre de anticorpos importantes na atividade bactericida. A estes

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constituintes foi dado o nome de complemento, pois eles completavam os efeitos de anticorpos específicos na lise de bactérias e células vermelhas do sangue.

A origem do sistema complemento é muito anterior aquela da imunidade adaptativa, a qual foi encontrada somente em vertebrados mandibulados. Um sistema complemento foi identificado em alguns invertebrados deuterostômios, constituindo nesses animais um dos sistemas imune inato mais organizado.

O sistema complemento representa uma família de mais de 35 proteínas do soro e receptores de superfície celular que atuam em cascata de forma a ativar tanto funções da imunidade inata como da imunidade adaptativa. Uma variedade de estímulos pode ativar o sistema complemento, como a presença de complexos imunes, células apoptóticas, presença de tecidos não próprios, como a que ocorre após transplantes, e padrões moleculares antigênicos. Um grande espectro de funções efetoras são executas após estímulo do complemento, como retirada “limpeza” dos imune-complexos e células apoptóticas, aumento da inflamação e cooperação com outros mecanismos de defesa do hospedeiro, bem como direto ataque antimicrobiano com subsequente opsonização e/ou lise.

Três vias metabólicas ativam o sistema complemento, elas são conhecidas como, via clássica, alternativa e das lecitinas. Todas as três vias compartilham um passo comum, que é correspondente a ativação do componente central C3. Contudo, cada via é diferenciada essencialmente de acordo com a natureza do

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reconhecimento. Assim, a via clássica é ativada pela liberação de anticorpos após a resposta imune humoral, ou por anticorpos naturais na resposta inata. A via das lecitinas é ativada após o reconhecimento e ligação de PAMPs pelas proteínas lecitinas. Já a via alternativa, contrasta com ambas as vias citadas, pois nela a ativação do componente C3 ocorre espontaneamente.

Dadas as múltiplas vias de ativação e a natureza catalítica dos vários passos envolvidos no metabolismo do sistema complemento observa-se que a regulação desse sistema é complexa. Para limitar a atuação do complemento na atuação sobre o patógeno são requeridas variadas proteínas regulatórias. Quase todas as células de mamíferos expressam proteínas reguladoras que as protegem contra o ataque de seu próprio sistema complemento. O conhecimento da atuação dessas proteínas contribuiu para o entendimento na participação delas na regulação da imunidade adaptativa. Assim, o sistema complemento corresponde a uma ligação entre os mecanismos metabólicos envolvidos na resposta imune inata e aqueles relacionados na reposta adaptativa.

4.5.1 Componentes do complemento

A maioria dos componentes do sistema complemento são sintetizados pelos hepatócitos no fígado, exceto a proteína C1 (produzida pelo epitélio intestinal) e o fator D (produzido na tecido adiposo). Esses componentes constituem 5% (p/p) da fração das globulinas do soro sanguíneo. Sendo que a maioria deles

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circulam como proenzimas, ou seja, na forma inativa. Após uma clivagem proteolítica, que remove um fragmento inibitório, a forma inativa se torna ativa expondo seu sítio ativo.

Os componentes do sistema complemento são designados por numerais (C1-C9), por letras (ex.: fator D), ou por nomes comuns (ex.: fator de restrição homólogo). Quando ocorre a clivagem para ativação de um determinado componente, o pequeno fragmento formado é designado por letras minúsculas e é responsável pelo início da resposta inflamatória local através de sua ligação com receptores específicos. Já o fragmento maior gerado liga-se a molécula alvo e através de interações com outras moléculas forma complexos protéicos que possuem atividade enzimática. Eles são designados por números ou símbolos contendo uma barra acima (ex.: C4b2a, C3bBb).

4.5.2 Via clássica do complemento

O início da via clássica normalmente requer a interação (ligação) do anticorpo com o antígeno alvo, formando complexos imunes. Em humanos, as imunoglobulinas IgM e algumas subclasses de IgGs podem ativar esta via. Várias moléculas estão envolvidas nesta via sendo que C1, C4, C2 e C3 nesta ordem, representam a cascata de ativação; já C1-INH, C4bp, CR1, fator 1, DAF e MCP são proteínas regulatórias.

Durante a ativação da via a formação do complexo antígeno-anticorpo induz uma alteração conformacional

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na porção Fc do anticorpo que expõe o sítio de ligação para a proteína C1 do sistema complemento.

C1 consiste de uma molécula C1q ligada não covalentemente a duas duplas de outras proteínas chamadas C1r e C1s. Elas mantêm-se unidas em um complexo estável que necessita de íons de cálcio para estabilização. Cada C1q é constituída de 6 subunidades idênticas. Cada subunidade consiste de três cadeias homólogas (A, B, C) que possuem um domínio globular na sua porção C- terminal, seguida de uma estrutura em forma de “pescoço” e talo (figura 4). As estruturas em forma de talo interagem com o tetrâmero C1r2C1s2. Cada

C1s e C1r possuem um domínio catalítico (serina protease) e um domínio de contato.

Figura 4. Montagem do complexo C1 (modificado de WILLIAM

et al., 2008).

No início da ativação da via clássica, cada molécula de C1 deve ligar seu domínio globular à no mínino dois sítios Fcs para formar uma interação estável C1-anticorpo. Para isso, C1q liga-se ao domínio CH2 da

molécula do anticorpo. Quando a ativação da via inicia-se com moléculas de IgGs, que possuem apenas um sítio de ligação para a C1q, é necessário que duas moléculas de

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IgGs estejam a uma distância ideal de 30-40nm, ou em complexos imune, de maneira a prover dois sítios de ligação para C1q.

Lembrem-se que as moléculas que IgGs e IgM possuem estruturas diferentes. Reveja o capítulo sobre estrutura dos anticorpos.

A ligação de C1q a porção Fc do anticorpo induz uma mudança conformacional de C1r convertendo-a na sua forma ativa. Ela então cliva C1s que se torna ativa para atuar sobre duas moléculas, C4 e C2. C4 é convertida em duas moléculas C4a e C4b pela ação da C1r. O fragmento C4b adere-se sobre a superfície do antígeno alvo, próximo ao local onde se encontra C1. Então, C2 na sua forma de proenzima, adere-se a C4b formando o complexo C4b2a, pois após a adesão, C2 é clivado por C1s em C2a e C2b, sendo que a primeira molécula mantém-se aderida e a segunda é liberada. O complexo C4b2a também é conhecido como C3 convertase.

Duas cadeias polipeptídicas fazem parte da molécula C3 chamadas α e β. A convertase C3 cliva a porção amino terminal da cadeia α gerando dois

fragmentos, C3a e C3b. C3b, então, liga-se ao complexo C4b2a formando C4b2a3b também conhecido com C5 convertase. Uma única molécula de C3 convertase pode gerar mais de 200 moléculas de C3b, dessa forma, este passo significa uma grande amplificação na via metabólica envolvida. O componente C3b do complexo da C5

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convertase liga-se a C5 alterando a sua conformação. Posteriormente, C4b2a cliva C5 em C5a e C5b que prende-se a C6 e inicia a formação do complexo de ataque a membrana.

Como citado anteriormente, C1-INH está envolvida na regulação da via clássica do complemento controlando finamente C1s e C1r. Essa proteína é um membro da família das serpinas (inibidores de serinas proteases) e inativa estas enzimas através da formação de uma ligação covalente com o aminoácido serina no sítio ativo das proteases. Normalmente C1-INH já encontra-se associada com a forma nativa de C1, que tende-se para uma auto-ativação. C1r e C1s ativados são rapidamente ligados à C1-INH de forma que existe uma relação proporcional de 2:1 nas concentrações de moléculas C1rC1s(C1-INH)2 e C1 não ligada, respectivamente. Dessa forma ocorre a regulação na quantidade de moléculas ativas disponíveis. Outros inibidores como C4bq, DAF e CR1 atuam na regulação de C1 em passos posteriores a ativação dessa molécula. A molécula de C4b2a desmonta-se espontaneamente, contudo seu decaimento é acelerado por CR1 ou DAF. C4b é inativada pelo Fator I.

4.5.3 Via alternativa do complemento

A via alternativa do sistema complemento recebe este nome, por ser uma via com passos peculiares quando comparada a via clássica. Para sua ativação, nenhum anticorpo é requerido, logo esta via é parte do sistema imune inato. A via alternativa é iniciada na

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maioria dos casos por constituintes da superfície celular que são estranhos para o hospedeiro. Quatro componentes do soro estão envolvidos nesta via: C3, fator B, fator D e properdina.

Na via alternativa o componente C3 do soro contém uma ligação tio-ester instável, a qual é susceptível a uma hidrólise lenta espontânea, produzindo C3a e C3b. Por causa dessa hidrólise, uma pequena quantidade de C3b está sempre disponível na circulação, e uma pequena fração dessas moléculas liga-se as superfícies microbianas. Após a ligação de C3b covalentemente ao seu alvo, a ligação tio-ester é estabilizada e C3b torna-se ativado. Na sua forma ativada C3b se liga a uma proteína do plasma chamada Fator B. Após essa ligação o Fator B é então clivado por uma enzima do soro chamada Fator D. Um pequeno fragmento do clivagem do Fator B chamado Bb, continua aderido ao C3b ativado resultando no complexo C3bBb que é a C3 convertase da via alternativa de ativação do complemento. A C3 convertase possui um tempo médio de atividade de somente 5 minutos a menos que a proteína properdina ligue-se a ela estabilizando-a elevando seu tempo médio para 30 minutos.

A C3bBb gerada na via alternativa pode ativar C3 não hidrolizados para gerar mais C3b autocataliticamente. Como resultado, o passo inicial é repetido e amplificado, podendo ocorrer o depósito de mais de 2 x 106 _moléculas

de C3b sobre a superfície antigênica em menos de 5 minutos. A atividade da C3 convertase gera o complexo C3bBb3b,o qual exibe atividade C5 convertase, análogo ao complexo C4b2a3b na via clássica. O componente C3b

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liga-se a C5, e o componente Bb subseqüente hidrolisa o C5 ligado para gerar C5a e C5b que posteriormente liga a superfície antigênica.

Devido a sua auto capacidade de amplificação, o C3b circulante no plasma está sujeito a um fino controle. O decaimento espontâneo da C3 convertase é acelerado pelas moléculas CR1, Fator H e DAF. Considerável redundância no controle das proteínas existe para esses passos, embora CR1 pode ser substituída por todas outras proteínas regulatórias RCA. O fator I e seus cofatores são responsáveis pela inativação por clivagem do C3b, após a ligação do fator H. Assim, a degradação de C3b elimina C3b ativo, mas os fragmentos produzidos por esse processo irão desempenhar novas funções.

4.5.4 Via das lecitinas do complemento

A via das lecitinas de ativação do complemento é muito similar a via clássica de ativação, embora ela se desenvolva na ausência de anticorpos. A essência dessa via constitui-se no fato que uma lecitina do plasma, chamada lecitina ligada a manose (MBL), é estruturalmente e funcionalmente homóloga a C1q.

As lecitinas são proteínas que reconhecem e ligam-se a moléculas de carboidratos alvo. Resíduos de manoligam-se sobre glicoproteínas ou carboidratos estão presentes sobre as superfícies de vários microrganismos incluindo certas linhagens de Salmonella, Listeria, e Neisseria, bem como Cryotococcus neoformans e Candida albicans. MBL é uma proteína da fase aguda produzidas por respostas

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inflamatórias. Após a ligação da MBL sobre a superfície dos patógenos, serinas proteases associadas a MBL, MASP-1 e MASP-2, ligam-se ao MBL. O complexo ativado formado pela associação causa clivagem de C4 e C2. A MASP-1 e -2 possuem uma estrutura similiar a C1r e C1s e mimetizam suas atividades. Isso implica na ativação dos componentes C2 e C4 na formação da C5 convertase sem a necessidade, como dito anteriormente, da presença de anticorpos. Dessa forma, a via das lecitinas de ativação do complemento representa um importante mecanismo de defesa do sistema imune inato.

O controle da via das lecitinas mostra ser executado através da ligação covalente de C1-INH às MASPs ativas. Em geral, o mecanismo é muito similar àquele para a via clássica. A ativação do complemento parece não ser somente uma atividade da MBL. Um receptor MBL ou receptor das colecitinas têm sido postulado estar envolvido nessa ativação, porém ainda não foram identificados. Um receptor de MBL também tem sido sugerido mediar um efeito opsonisante independente de C3b em fagócitos.

Agora que já estudamos as três formas de ativação do sistema complemento, no quadro abaixo, descreva as principais diferenças entre as vias de ativação que você observou.

22 | P á g i n a Via Clássica

Via alternativa

Via das lecitinas

4.5.5 Complexo de ataque a membrana

O passo final da ativação do complemento envolve as moléculas C5b, C6, C7, C8 e C9, as quais interagem sequenciamente para formar uma estrutura macromolecular chamada complexo de ataque a membrana (MAC). Este complexo forma um grande canal através da membrana da célula alvo, possibilitando que íons e outras pequenas moléculas se difundam livremente através da membrana o que provoca a morte celular.

A ativação da via final do sistema complemento é iniciada com a clivagem da proteína C5 pelas C5 convertases C3bBb3b, formada na via alternativa, C4b2a3b, formada na via clássica e pela via das lecitinas. Após a clivagem de C5, a molécula C5b gerada

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se a alterações conformacionais e expões sítio de ligação para C6. Uma vez ligado, C6 estabiliza a formação do complexo C5b6. Esse por sua vez liga a C7 resultando na exposição de sítios de ligação a membrana e incorporação nas membranas alvo. Se a concentração de C7 próximo ao local de ativação do complemento for limitada, o complexo C5b6 se dissocia e é acumulado em solução. Caso contrário ele liga-se a C8 e então submete-se a uma transição estrutural hidrofílica-amfipática expondo uma região hidrofóbica, a qual interage com a membrana. O complexo C5b678 cria um pequeno poro que pode lisa células vermelhas do sangue contudo é incapaz de lisar células anucleadas. O passo final na formação do MAC consiste na ligação e polimerização de C9 (molécula parecida com a perfurina) com C5b678.

O controle da formação do complexo de ataque a membrana é executado na fases anteriores à associação de C8 e polimerização de C9. Várias proteínas são capazes de ser associarem ao complexo C5b7 impossibilitando a formação do MAC. Dentre elas pode-se citar: proteína S, clusterina, lipoproteínas, antitrobina III, proteoglicanos como heparina e protamina. Quando o MAC já está firmemente inserido na bicamada lipídica, uma proteínas chamada CD59 é capaz de interferir na polimerização de C9, assim protegendo a célula alvo contra a lise mediada pelo complemento.

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Figura 5. Vias de ativação do sistema complemento. Da esquerda para direita, via alternativa,, via clássica e via das lecitinas (modificado de ABBAS et al., 2007).

Figura 6. Via terminal do sistema complemento – Formação do complexo de ataque a membrana (modificado de WILLIAM et

25 | P á g i n a 4.7 Conclusão

Destaque as principais funções da resposta imune humoral:

26 | P á g i n a 4.7 Bibliografia

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