¡Descarga Activación del complemento: mecanismos, componentes y funciones y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Inmunología solo en Docsity!
E L S I S T E M A D E C O M P L E M E N T O
José Angel Cova, MD. Instituto de Inmunología Clínica. ULA
Las primeras teorias acerca de la existencia del sistema de Complemento (C) aparecieron en el siglo XIX, mientras se estudiaban los efectos de los anticuerpos contra microorganismos y glóbulos rojos. Las descripciones iniciales de Grohmann, Nuttal, Buchner, Pfeiffer e Isayen en relación con el fenómeno de lísis señalaban que, además de los cuerpos inmunoespecíficos estables al calor (hoy conocido como anticuerpos), se requería la presencia de suero normal - no calentado - para la efectiva lísis de los microorganismos (1).
En 1889, Hans Buchner describió un principio bactericida lábil al calor, en la sangre, el cual fue posteriormente identificado como el sistema de C. En 1894, Jules Bordet trabajando en el laboratorio del Dr. Metchnikoff descubrió que la acción bactericida o lítica de la sangre fresca, la cual era destruida por calentamiento, era rapidamente restaurada cuando se añadía suero fresco, normal y sin calentar. Entonces, Bordet llamo a esta sustancia “Alexina”. Paul Ehrlich las llamo “das komplement” para definirlo como “la actividad del suero que completa la acción del anticuerpo”. En 1901, Bordet y Gengou desarrollaron el test de fijación de complemento para medir las reacciones antígeno-anticuerpo (1-3).
Ferrata en 1907 reconoció que el complemento era un sistema de múltiples componentes, un complejo de sustancias protéicas de la fracción de las globulinas presentes en el suero normal de muchas especies animales. Cuando los electrolitos fueron removidos del suero por diálisis contra agua destilada, la fracción euglobulina de proteínas séricas precipito. Una porción de la actividad del C estaba presente en esa fracción y una parte en el sobrenadante. Ferrata demostró que las fracciones de la euglobulina y seudoglobulina por separado eran hemoliticamente inactivas. La actividad hemolítica se restauraba cuando las dos fracciones se combinaban. El componente presente en la euglobulina se combinaba con el complejo antígeno-anticuerpo, pero no producia lisis. Por su parte la fracción soluble no podía combinarse con el complejo antígeno- anticuerpo, a menos que la fracción euglobulin se agregara al sistema. Fue así como en la literatura de la época se designó a la fracción euglobulin como la parte
media del complemento, en tanto que la otra fracción fue designada como pieza final de este sistema (4,5).
Bordet, hacia 1900, proponía que la alexina (hoy conocida como complemento) era un estado coloidal transitorio del suero. Por el contrario Ehrlich pensaba que el C representaba una sustancia específica, presente el suero, con capacidad de inducir la lisis (4).
En esa misma década, en la Universidad de Columbia, un grupo de investigadores dirigidos por Heidelberger, diseñaban una investigación para determinar si el C era en realidad una sustancia, distinta a las ya estudiadas y presente en la sangre, mediante las determinaciones de su peso y tamaño. Este grupo de investigadores demostró que aquellos sueros que contenian C poseian una mayor peso y que esto estaba relacionado con precipitados especificos constituidos por anticuerpos anti-polisacaridos o anti-proteína. Este experimento clásico demostró que el C era una sustancia o sustancias real, compuesta de nitrógeno y con un tamaño molecular especifico (6). Desde entonces la propuesta inical de Erlich prevaleció sobre la hipótesis de Bordet. Partiendo de esta premisa, el grupo de Pillemer y Ecker intentaron purificar y obtener la sustancia alexina y ya para 1941, estos investigadores reportaban la purificación del primer componente del C, actualmente denominado C1. Esta experiencia exitosa estimulo a otros investigadores para analizar y purificar las otras proteínas que constituían este sistema (7).
Coca et al. describieron el tercer componente del C, hoy denominado C3, y propusieron además la existencia de una vía alterna para la activación del C mediante experimentos usando la pared de las levaduras que no tenían C1 ni C (4,7).
La vía clásica de activación del C fue descrita usando glóbulos rojos de carnero sensibilizados con anticuerpos especificos, añadiendo complemento humano o de acures y midiendo la lisis de los glóbulos. Además de la lisis, el C tiene otras funciones y es importante en los mecanismos de amplificación biológica que nos confieren resistencia contra agentes infecciosos.
Las proteínas del C cuando se activan desarrollan o favorecen un conjunto de acciones resumidas como:
- Incremento de la actividad fagocítica.
- Lisis de células blanco susceptibles y de microorganismos patógenos (bacterias o virus).
- Solubilización y eliminación de complejos inmunológicos.
- Regulación de la producción de anticuerpos.
La activación del C lleva a la eliminación de agentes agresores extraños, sin producir, en la mayoría de los casos, lesión de los tejidos propios.
1. - L a a c t i v a c i ó n d e l C o m p l e m e n t o p o r l a v í a c l á s i c a : Cuando el C se activa, independientemente de la vía implicada, se desarrollan tres etapas:
1.1.- Formación de la convertasa de C3: Es una de las etapas de mayor importancia en la activación del C, ya que constituye el evento central de la actividad del mismo: la fragmentación de C3. Las convertasas de C3 tienen estructuras diferentes en función de la vía por la cual se activa el sistema. Para el caso de la vía clásica, la convertasa de C3 esta formada por un dímero denominado C4b2a.
1.2.- Formación de la convertasa de C5: Se produce después que las convertasas de C3 actúan y generan los fragmentos C3a y C3b. El fragmento C3b formado se une a la convertasa de C3 para formar la convertasa de C5, es decir, C4b2a3b.
1.3.- Formación del Complejo de Ataque a la Membrana (CAM): Constituye la etapa final del fenómeno. Se inicia con la formación de C5b por acción de su convertasa. Una vez formado C5b se inicia la incorporación progresiva de los componentes finales del sistema, que son C6, C7, C8 y C9. El CAM final, ya formado, se designa como C5b-9.
El proceso de activación de la vía clásica se inicia con C1, la cual es un complejo trimolecular compuesto por las subunidades denominadas C1q ó unidad de
reconocimiento, C1r y C1s ó unidades catalíticas. C1q se une al complejo inmunológico (antígeno-anticuerpo) y sufre un cambio conformacional que da lugar a la activación enzimática del C1r asociado, este escinde y activa a C1s. El C1s activado escinde la siguiente proteína de la cascada, C4, originandose los fragmentos C4a y C4b. Este último permanece adherido a la membrana celular. Es importante destacar, que una sola molécula de C1s puede generar multiples moléculas de C4 activado. C1s también actúa sobre C2, el cual, es degradado en dos componentes denominados C2a y C2b. El primero de ellos permanece unido a C4b para formar la convertasa de C3 (C4b2a). Por acción de esta convertasa, C3 sufre una ruptura proteolítica generando dos fragmentos, uno corto llamado C3a y uno largo ó C3b. La gran mayoría de las moléculas C3b se unen, por enlaces covalentes, a las membranas celulares, en sitios muy cercanos a la convertasa de C3 y forman un nuevo complejo multimolecular denominado convertasa de C5 ó C4b2a3b (1,3).
La acción de esta convertasa de C5, escinde este compuesto en sus derivados C5a y C5b. El segundo fragmento permanece adherido a la membrana celular donde da inicio a la etapa final de la activación del C, la formación del CAM (1,3,5).
El siguiente gráfico esquematiza la activación del C a través de la vía clásica:
Esquema de la activación de la vía clásica del Complemento.
Los otros dos constituyentes de C1, C1r y C1s, son serina-proteasas con una organización estructural muy parecidas. En la forma de proenzima, C1r y C1s son glicoproteínas de una sola cadena compuestas por 688 y 673 aminoácidos (a.a), respectivamente (4,20). La forma activada se genera cuando un enlace entre una arginina y una isoleucina es cortado (Unidad catalitica). Las interacciones entre C1r y C1s son dependientes de calcio y en el modelo estudiado por microscopia electrónica las unidades se ensamblan formando un tetrámero (C1s-C1r-C1r-C1s). En el tetrámero, las regiones catalíticas carboxiterminal de ambos C1r se ubican en el centro y las de C1s en los extremos (21,22). Esta disposición espacial permite el contacto entre las regiones catalíticas de C1r y C1s y de esta manera el último puede ser escindido cuando el primero se activa.
2.2.- C4 : Es un complejo formado por tres cadenas polipeptídicas, llamadas α, β y γ. La estructura de su cadena α se asemeja a la del C3, por la presencia de un enlance tioéster.
Este componente es codificado en el brazo corto del cromosoma 6 y forma parte de las moléculas clase III del complejo mayor de histocompatibilidad. Es el primer componente sobre el cual ejerce su acción C1s activado fragmentandolo, a nivel de la cadena α, dando orígen a una porción pequeña ó C4a y un fragmento grande ó C4b. Esta proteólisis descubre un sitio para la unión con C2, localizado en C4b (23).
2.3.- C2 : Esta molécula contiene la subunidad catalítica de la llamada “convertasa de C3” de la vía clásica de activación del C. Esta formada por una cadena polipeptídica de 732 a.a y al igual que el C4 es una molécula clase III del complejo mayor de histocompatibilidad (24,25).
Los estudios realizados con microscopia electrónica han revelado que C2 presenta tres dominios globulares. Cada uno de esos dominios tiene propiedades funcionales relacionadas con su estructura. Asi encontramos que el dominio N- terminal contiene el principal sitio de unión a la proteína C4b y está formada por tres secuencias cortas que se repiten (SCRs). El dominio medio presenta un sitio adicional para la unión de esta molécula, completa o fragmentada, a C4b. El último
dominio, el carboxiterminal, representa la porción catalítica de la molécula, que actua rompiendo a C3. Este dominio tiene homología estructural con la familia de las proteasas serina (24-26).
La molécula C2 es escindida en dos fragmentos, C2a y C2b. El primero permanece unido a la superficie celular, muy cerca de C1 y el segundo queda en la fase fluida (3).
3. - L a a c t i v a c i ó n d e l C o m p l e m e n t o p o r l a v í a a l t e r n a : La vía alterna es evolutivamente más antigua que la vía clásica, ya que esta presente en organismos inferiores como el erizo de mar. Esta forma alterna de activación del complemento no requiere de la presencia de complejos antígeno-anticuerpo en la superficie del patógeno. El C3, en la fase fluida, sufre una hidrólisis basal y espontánea en presencia del agua formando un intermediario inestable llamado C3i ó C3H 2 0, el cual tiene una vida media muy corta a menos que sea estabilizado mediante la unión con el factor B, formando el C3iB. Un nuevo elemento, el factor D, actúa sobre este complejo C3iB, específicamente sobre el factor B, degradándolo en Bb y Ba. El Bb sigue unido a C3i (C3iBb) en tanto que Ba es liberado al intersticio. El complejo C3iBb, aún en la fase fluida, actúa como una convertasa inicial sobre nuevas moléculas de C3, las cuales son escindidas en los componentes C3a y C3b. El C3b se une a las membranas de los patógenos y atrae nuevas moléculas de factor B y factor D; estas dos últimas interactúan y generan más componentes Bb, el cual se une de manera estable al C3b recién formado, originando C3bBb. Algunos C3bBb, unidos a la membrana, se asocian con el factor P o properdina transformándose en la convertasa de C3 de la vía alterna (C3bBbP) en la fase sólida. Esta nueva convertasa genera más fragmentos C3a y C3b.
En este sistema de recambio, transformación y expansión algunas de las moléculas de C3b se unen a algunos dimeros de C3bBb y forman el complejo C3bBb3b, que actúa como convertasa de C5. La acción de esta convertasa genera los fragmentos C5a y C5b; este último inicia la secuencia de eventos de la formación del complejo de ataque a la membrana.
La lectina de unión a la manosa (MBL) pertenece a la familia de las colectinas; esta MBL es capaz de unirse a una gran variedad de hidratos de carbono como manosa, N-acetil glucosamina, L-lactosa, entre otros; presentes en la superficie de muchos microorganismos, principalmente: Bifidobacterium, Candida albicans,
Staphylococcus aureus, Streptococcus β -hemolitico grupo A, Propionibacterium
acnes, Neisseria, Salmonella, Listeria, Criptococcus neoformans, entre otros.
La interacción entre MBL y el patógeno induce la unión y la activación de enzimas con actividad proteasa-serina, denominadas serina-proteasas asociadas a MBL ó MASP-1 y MASP-2. Al activarse MASP-2 escinde a los componentes C4 y C2, lo que origina la formación de la convertasa para C3. El resto de la activación se corresponde con lo descrito para la vía clásica, como lo señala este esquema:
Esquema de la vía de las lectinas.
5. - L a v í a f i n a l c o m ú n d e l C o m p l e m e n t o : En la última etapa C6 se une directamente a C5b. Luego se incorpora una molécula de C7 y se forma un complejo trimolecular, el C5b67. Este complejo tiene gran capacidad para insertarse en las membranas celulares que forman los tejidos y en los microorganismos, por lo que puede favorecer la formación del CAM en células diferentes a aquellas donde está ocurriendo la activación del C, originando el fenómeno de lisis reactiva o de células “inocentes”. Posterior a este evento el siguiente componente, C8 se une al complejo C5b67, insertandose por su cadena γ en la membrana de la célula. Este complejo inicia el daño de esta membrana y la célula comienza a perder, mediante “goteo”, el contenido de su citoplasma. La molécula C9 con su alta capacidad de polimerizar permite que, un número variable de moléculas (de 4 a 18 unidades de C9), se inserten en la membrana celular formando poros o canales que facilitan la entrada de agua, sodio extracelular y otros iones, con perdida del potasio y calcio intracelular. El arrastre de sodio permite el paso de agua al interior de la célula y en consecuencia esta célula blanco se hincha y sufre un fenómeno de lisis osmótica (1,3,5). El gráfico siguiente resume los eventos que llevan a la formación del CAM:
Esquema de la vía final común del complemento.
C5 es un heterodimero, con un peso molecular de aproximadamente 180 kD, formado dos cadenas, una α y otra β que están unidas por enlaces disulfuro. Los estudios moleculares en el cerdo han demostrado que la proteína precursora de C5 consta de aprox. 1.677 a.a. (31).
C5 tiene una región no enzimática que se une al componente C3b. Esta unión acerca la región catalítica de C3b al C5, produciendose una ruptura del extremo aminoterminal de la cadena α generandose los dos fragmentos, C5a y C5b. La fragmentación de C5 es la última etapa enzimática de la activación del C. El componente C5b es extremadamente lábil e inestable y requiere de la unión de C para estabilizarse. Se estima que una molécula de C5b debe unirse a una molécula de C6 dentro de los 2 minutos posterior a su formación. Después de este breve tiempo, si la unión no ocurre, C5b se inactiva y sale de la membrana celular.
En relación con C5a, este fragmento parece actuar a distancia del sitio donde se origina, interactuando con un receptor presente en los macrófagos hepáticos para inducir mensajes pirogénicos al cerebro (32).
6.3.- C6 y C7 : Son componentes del C, formados por una única cadena polipeptídica, de 128 y 121 kD, respectivamente.
6.4.- C8 : Es un trímero, de 150 kD, formado por las cadenas α, β, y γ. La incorporación de C8 al CAM inicia la lesión de la membrana celular induciendo una perdida pequeña del contenido intracelular.
6.5.- C9 : Es el componente final de la cascada del C. Es una proteína formada por una sola cadena polipeptídica (79 kD), con capacidad de polimerización y que al incorporarse a la célula completa la lisis iniciada por C8. En general, se incorporan entre 4 y 18 cadenas de C9 para la formación del poro en la membrana celular.
El complejo C5b-9 puede, bajo determinadas condiciones rescatar a la célula de la muerte y se cree que los mecanismos implicados para esto incluyen incremento del flujo de calcio, activación de fosfolipasas, aumento del diacilglicerol y de las ceramidas, activación de protein-kinasa C, entre otros (34).
7. - P a r t i c i p a c i ó n d e l C o m p l e m e n t o e n l a h o m e o s t a s i s y l a e n f e r m e d a d : Las funciones biológicas del C son de gran importancia para la acción y la regulación del sistema inmunológico, especialmente, en los aspectos relacionados con la respuesta inflamatoria, de la cual, es el más poderoso efector humoral. La acción del C va más alla de lo dicho en las líneas anteriores y el sistema participa en procesos fisiológicos como la opsonización, fagocitosis, transporte y eliminación de los complejos inmunológicos y regulación de la respuesta inmunológica. Desde hace varios años, se han venido señalado nuevos roles para este sistema, que incluyen la modulación de la muerte celular programada en células diferenciadas, el daño tisular por isquemia- reperfusión y la acción facilitadora en la propagación del virus de la inmunodeficiencia humana, entre otros (35-39).
7.1.- Adherencia opsónica y actividad fagocitica : La activación del C, por cualquiera de sus vías, genera moléculas, como C3b, iC3b y C4b, que actúan como opsoninas (marcadores) que facilitan la fagocitosis de los microorganismos recubiertos por ellas. Las células fagocíticas reconocen a estos invasores, por la expresión de receptores para el C (CR1, CR4) y capturan a estos agentes, iniciando así el fenómeno de la fagocitosis. La fagocitosis mediada por fragmentos del C es uno de los mecanismos más importantes de eliminación de agentes bacterianos, algunos hongos y virus (35).
7.2.- Actividad lítica : Cuando el C se activa, por cualquiera de sus vías, sobre las membranas de un microorganismo, se produce, generalmente la formación del CAM. La inserción de la cadena γ de C8, seguida de la polimerización de C9 en la membrana celular, determina la formación de canales que llevan a la lisis osmótica del patógeno. Este mecanismo es de suma importancia en la defensa contra las enfermedades infecciosas (23).
Las bacterias más susceptibles a la acción del CAM son las del género Neisseria. Algunos patógenos han desarrollado mecanismos de resistencia a la lisis, inactivando el CAM en alguno de sus constituyentes (40).
Por otra parte, componentes propios de las vías clásica y alterna, interactúan con los CI y los solubilizan, es decir, los transforman en CI de menor tamaño molecular disminuyendo su depósito en los tejidos.
7.5.- Regulación de la respuesta inmunológica adaptativa : El C participa en la regulación de la respuesta inmunológica de tipo humoral. La síntesis de anticuerpos, así como la activación del linfocito B requieren de algunas señales coestimuladoras donde participan el C3d (unido al antígeno) y el complejo CD21- CD19-CD81 (presente en la célula B) (41,42).
CD21 pertenece a la familia de receptores para complemento (tambien designado CR2), es una proteína de 145 kDa expresada en las células B y en las células dendríticas foliculares. Su porción extracelular esta formada por 15 a 16 unidades repetidas de aminoácidos (Short consensus repeats, SCR). Los ligandos para CD21 son iC3b, C3dg, C3d (todos fragmentos de C3), la proteína de envoltura gp350/220 del virus Epstein-Barr y CD23. CD21 por si solo no induce activación celular pero al estar asociado a la IgM de membrana (sIgM), presente en la célula B, incrementa transitoriamente los niveles de calcio inducidos por la sIgM y facilita la activación de estas células para transformarlas en células plasmáticas productoras de anticuerpos. Esta señal también parece participar en el desarrollo de los centros germinales en los órganos linfoides secundarios (43).
La importancia del C en las respuestas de inmunidad humoral queda reflejada por la grave afectación de la producción de anticuerpos y de la formación de centros germinales en ratones con inhibición génica selectiva de C3, C4 o del receptor CR2 (44,45).
Por otra parte, la relación entre las deficiencias genéticas de los componentes del C y el desarrollo de enfermedades autoinmunes, como el lupus eritematoso sistémico, sugiere que el C juega un papel importante en el desarrollo de la tolerancia frente a los autoantígenos.
Nuevas funciones han sido añadidas al C en los últimos años y un breve resumen de las más inportantes serán señaladas en las próximas líneas.
7.6.- El Complemento en el fenómeno de isquemia-reperfusión : La isquemia- reperfusión es un evento que ocurre cuando un tejido sometido a una isquemia, por trauma, infarto de miocardio, cirugia o accidente cerebro-vascular, sufre una reperfusión trayendo como consecuencia una daño tisular severo. En 1990, Weisman et al demostraron la participación del C en la injuria por reperfusión. Ellos evidenciaron que una forma soluble del receptor del C, denominado sCR1, el cual inhibía la activación del C a nivel de C3b, tenía un efecto protector en el daño crónico que ocurre en el infarto de miocardio después de la isquemia (46).
Weiser et al usaron un modelo experimental para demostrar la partcipación del C en este fenómeno, el cual consistió en inducir isquemia, colocando un torquinete en una extremidad inferior, en ratones deficientes en C3 y en ratones no deficientes, durante 2 horas. Previo a la liberación del torniquete para inducir reperfusión, a los animales les fue inyectado albumina marcada con un radioisótopo y el grado de edema e inflamación fue medido determinando la cantidad del albumina marcada, en el tejido y en la sangre. Los animales deficientes en C3 presentaron una reducción importante en el grado de inflamación, comparado con los animales no deficientes. El mismo experimento usando ahora ratones deficientes en C4 mostró igual resultado. Este hecho permitió establecer que, en ausencia de la activación del C, los ratones estaban protegidos del daño post-reperfusión. La similitud de los resultados usando ratones deficientes en C4, señala la participación de la vía clásica de activación del C en el daño por isquemia-reperfusión, ya que esta vía de activación requiere de C4 (47).
Los anticuerpos, de la clase IgM e IgG, son necesarios para la activación de la vía clásica y por ende participan en el fenómeno de isquemia-reperfusión. La IgM es la inmunoglobulina involucrada en esta forma de inducción de daño tisular (48,49). Al parecer, la IgM reconoce neo-antígenos, expresados en el endotelio, tras la reperfusión. El complejo neo-antígeno-IgM activa a C1, luego se activa C4 y C2, iniciando de esta forma el daño tisular por activación de la vía clásica y vía final común del C (49).
El C5b-9 sublítico es capaz de inhibir la apoptosis de los OLG, en cultivos sin suero. La inhibición de la apoptosis por este complejo involucra una detención en la liberación del citocromo-c mitocondrial, inhibición de la activación de la caspasa –9 y de la caspasa-3, procesos involucrados en la señal de la muerte celular programada (57).
7.8.- El C como facilitador de la enfermedad : Dada la importancia del C en los mecanismos iniciales de defensa contra los patógenos bacterianos, parasitarios y virales, parece lógico suponer que dichos patógenos evolucionan y desarrollan mecanismos, que le permiten burlar la acción del C, o peor aún, le permiten su entrada a la célula y su diseminación en el huésped. El ejemplo más claro lo constituye, la infección por el virus de la inmunodeficiencia humana (HIV), ya que este virus es capaz de usar el C, en los diferentes compartimientos corporales (mucosas, tejido linfoide, sangre periférica, cerebro y otros) para protegerse del ataque inmunológico.
Cuando la infección ocurre por contacto sexual, el C a nivel del fluido vaginal y seminal se activa, esto produce opsonización, por los fragmentos de C3 adheridos al virus, y fagocitosis por células dendríticas y macrófagos. De esta forma, el HIV puede ser transportado desde la mucosa hasta el tejido linfoide y pasar de esta célula dendrítica a una célula T permisiva para la replicación (58-61). Desde el nodo linfoide, el virus puede diseminarse a otros órganos linfoides y a la sangre periférica.
En el tejido linfoide, nodo linfático y centros germinales, el C contribuye con el atrapamiento del HIV en la red de células dendríticas foliculares (FDC) favoreciendo la formación del reservorio viral más importante en sujetos bajo terapia supresora altamente efectiva (HAART). Una vez que el virus se une a anticuerpos específicos o a fragmentos del C, principalmente C3d, es capaz de interactuar con los receptores para complemento expresados en la superficie de las FDC, especialmente CR2. El virus atrapado en estos reservorios es infeccioso y puede pasar a una célula T que interactúa con las FDCs en este sitio anatómico. Más aún, se estima que el C puede facilitar la infección de células CD4-negativas
asi como de los linfocitos B usando el mecanismo anteriormente descrito, ya que las células B expresan receptores para el complemento (62-65).
Otros patógenos como el Trypanosoma cruzi, Leishmania sp y el Shistosoma mansoni han desarrollado mecanismos para evadir la lisis inducida por el C y así poder diseminar la infección (66).
Este breve recorrido por los aspectos más resaltantes de la biología del Complemento, permiten inferir que este sístema multifuncional, multimolecular y ancestral juega un papel importante en los mecanismos de defensa innato y en el control de diversas funciones celulares, por lo que las mediciones adecuadas serían de utilidad para definir los trastornos del C y sus consecuencias en la salud y la enfermedad.
B I B L I O G R A F I A
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