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Lezione 18: Il Sistema del Complemento - Componenti, Vie e Regolazione, Appunti di Immunologia

Questa lezione spiega il sistema del complemento, il maggiore effettore dell'immunità umorale, composto da oltre 30 componenti suddivise in famiglie principali: via classica e via alternativa. La via classica, più recente e attiva, richiede l'innesco con anticorpi, mentre la via alternativa, biologicamente più antica, non richiede anticorpi. La via comune conduce alla formazione del membrane attack complex (mac), che uccide la cellula bersaglio. Vengono descritte le fasi e le componenti di entrambe le vie, incluse le proteine regolatrici.

Tipologia: Appunti

2014/2015

Caricato il 20/03/2022

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cara-lucy 🇮🇹

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Lezione 18
Il sistema del complemento
Il sistema del complemento è il maggiore effettore dell’immunità umorale.
Sono oltre 30 le componenti che compongono questo sistema: vengono suddivise in famiglie principali.
Distinguiamo, le componenti della via classica, da una parte, e quelle coinvolte invece nella via alternativa.
La via alternativa, contrariamente a quanto si può pensare, è quella biologicamente più antica, mentre la
classica è di molto più recente formazione ed è quella principale impiegata degli esseri umani.
La componente C3 definisce la via comune . Sia l’attivazione mediata da anticorpi che non, il sistema del
complemento daprocede attraverso una via comune che conduce alla formazione del “Membrane Attack
Complex” (MAC), che è la struttura che alla fin fine uccide la cellula.
L’efficacia della via classica, quella più recente, è mediata dagli anticorpi ed è 1000-10000 volte più attiva
ed efficace dell’alternativa.
La via classica (anticorpo-dipendente)
Per l’innesco della via classica occorre che un anticorpo si leghi ad alcune componenti del sistema
complemento. Non tutte le classi di anticorpi sanno attivare il complemento: solo alcune classi di IgG
(soprattutto le 3) e le IgM (tutte molto attive, 10000 volte di più). Quindi gli anticorpi IgG3 e IgM reclutano
il complemento.
Ora immaginiamo la situazione in cui l’anticorpo si è legato all’antigene.
L’IgM esiste in forma monometrica (dominio CH4 soprannumerario) ma quando sono in soluzione queste
proteine si associano a formare strutture pentameriche a stella. Ci sono, come aveva detto la prof.ssa Claudia,
dei peptidi che saldano tra loro le catene pesanti. I complessi tra anticorpi e IgM (o IgG) non si formano
in circolo, ma solo quando gli anticorpi sono legati all’antigene. In circolo le IgM hanno una struttura a
stella planare. Quando l’IgM lega l’antigene, c’è una profonda variazione conformazionale della molecola: la
molecola perde la planarità e ciò consente ai frammenti cristallizzabili delle IgM di legare con ottima affinità
del sistema complemento. Ciò consente al complemento di interagire l’anticorpo legato (che è variato
conformazionalmente) e non con quello in circolo.
Quando l’anticorpo si lega alle prime frazioni del complemento, attiva la via classica. Precisiamo che tutte
queste reazioni a cascata si svolgono sulla superficie della cellula con l’antigene cui l’anticorpo è legato e
che è quindi da lisare, da uccidere.
Le componenti che legano l’anticorpo legato all’antigene sulla cellula bersaglio attivando così la via classica
sono quelle della frazione C1: C1q-C1r-C1s, tre catene polipeptidi che associate tra loro e ad un complesso
ternario identico, creano una struttura a fungo (costituita quindi da 6 catene).
C1q è strutturalmente importante ma non ha attività enzimatica.
C1r e C1s sono proteasi seriniche. Come tutte le proteine catalitiche del complemento, sono prodotte
inizialmente come precursori inattive, e lo sono quando si associano al C1. Il legame con l’anticorpo legato
all’antigene (complesso anticorpo-antigene) provoca una variazione conformazionale trasformanti i
precursori in enzimi attivi.
Il complesso si lega al complesso antigene e viene attivata, e promuove una reazione che “taglia” le
componenti C2 e C4. Sono queste, infatti, substrati specifici della proteinasi C1s. La reazione trasforma:
- C2 C2a
- C4 si scinde in due componenti attive:
C4a
C4b
pf3
pf4

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Lezione 18

Il sistema del complemento

Il sistema del complemento è il maggiore effettore dell’immunità umorale. Sono oltre 30 le componenti che compongono questo sistema: vengono suddivise in famiglie principali. Distinguiamo, le componenti della via classica, da una parte, e quelle coinvolte invece nella via alternativa. La via alternativa, contrariamente a quanto si può pensare, è quella biologicamente più antica, mentre la classica è di molto più recente formazione ed è quella principale impiegata degli esseri umani. La componente C3 definisce la via comune. Sia l’attivazione mediata da anticorpi che non, il sistema del complemento da lì procede attraverso una via comune che conduce alla formazione del “Membrane Attack Complex” (MAC), che è la struttura che alla fin fine uccide la cellula. L’efficacia della via classica, quella più recente, è mediata dagli anticorpi ed è 1000-10000 volte più attiva ed efficace dell’alternativa.

La via classica (anticorpo-dipendente)

Per l’innesco della via classica occorre che un anticorpo si leghi ad alcune componenti del sistema complemento. Non tutte le classi di anticorpi sanno attivare il complemento: solo alcune classi di IgG (soprattutto le 3) e le IgM (tutte molto attive, 10000 volte di più). Quindi gli anticorpi IgG3 e IgM reclutano il complemento. Ora immaginiamo la situazione in cui l’anticorpo si è legato all’antigene. L’IgM esiste in forma monometrica (dominio CH4 soprannumerario) ma quando sono in soluzione queste proteine si associano a formare strutture pentameriche a stella. Ci sono, come aveva detto la prof.ssa Claudia, dei peptidi che saldano tra loro le catene pesanti. I complessi tra anticorpi e IgM (o IgG) non si formano in circolo, ma solo quando gli anticorpi sono legati all’antigene. In circolo le IgM hanno una struttura a stella planare. Quando l’IgM lega l’antigene, c’è una profonda variazione conformazionale della molecola: la molecola perde la planarità e ciò consente ai frammenti cristallizzabili delle IgM di legare con ottima affinità del sistema complemento. Ciò consente al complemento di interagire l’anticorpo legato (che è variato conformazionalmente) e non con quello in circolo. Quando l’anticorpo si lega alle prime frazioni del complemento, attiva la via classica. Precisiamo che tutte queste reazioni a cascata si svolgono sulla superficie della cellula con l’antigene cui l’anticorpo è legato e che è quindi da lisare, da uccidere. Le componenti che legano l’anticorpo legato all’antigene sulla cellula bersaglio attivando così la via classica sono quelle della frazione C1: C1q-C1r-C1s, tre catene polipeptidi che associate tra loro e ad un complesso ternario identico, creano una struttura a fungo (costituita quindi da 6 catene). C1q è strutturalmente importante ma non ha attività enzimatica. C1r e C1s sono proteasi seriniche. Come tutte le proteine catalitiche del complemento, sono prodotte inizialmente come precursori inattive, e lo sono quando si associano al C1. Il legame con l’anticorpo legato all’antigene (complesso anticorpo-antigene) provoca una variazione conformazionale trasformanti i precursori in enzimi attivi. Il complesso si lega al complesso antigene e viene attivata, e promuove una reazione che “taglia” le componenti C2 e C4. Sono queste, infatti, substrati specifici della proteinasi C1s. La reazione trasforma:

  • C2 C2a
  • C4 si scinde in due componenti attive:  C4a  C4b

Le frazioni C4b e C2a hanno una buona affinità di legame e tra loro si associano a formare il complesso C4b2a.. Questo complesso è esso stesso capace di attività catalitica: “C3 convertasi”. Esso effettua clivage della proteina C3 in due componenti: C3a e C3b. La C3b governa le fasi successive del sistema in quanto si associa all’enzima che l’aveva prodotta. Si forma quindi un complesso ternario: il complesso C4b2a3b, che è una “C5 convertasi”. Quindi, come pare ovvio, scinde la C5 in C5a e C5b. C5b è la componente più instabile di tutte le frazioni di complemento che abbiamo trovato, ed è quindi pure la più reattiva. Alla C5b si legano in modo subitaneo le C6, C7 e C8 in pochi millisecondi. A tale complesso, inoltre, si aggiunge il più delle volte C9. Il complesso che si forma è quindi o un C5b678 o un C5b6789. Il primo è efficace nell’uccidere eritrociti, il complesso, fisicamente, forma un piccolo poro che ha come conseguenza ovvia lisi osmotica. Il secondo, con l’inserimento di C9, cambia architettura completamente formando un cilindro di diametro molto maggiore, efficacissimo per lisare le cellule batteriche. Questi complessi sono il prima definito MAC = Membrane Attack complex

La via alternativa di attivazione del sistema complemento (non anticorpo-dipendente)

Come detto sopra, le frazioni del complemento con attività proteinasica sono originariamente prodotte, e si trovano tipicamente in soluzione sottoforma di precursori inattivi. Tipicamente, non in modo esclusivo. Infatti c’è sempre una ridotta quantità di proteasi che si attiva mediante meccanismi a-specifici. In condizioni normali, questa quantità è comunque trascurabile per attivare il sistema. I batteri, tuttavia, legano e stabilizzano le protasi nate per proteolisi spontanea (C3 C3b). Non c’è un enzima che l’abbia trasformata, non c’è anticorpo. Ma questa proteasi a questo punto è in grado comunque di interagire con un’altra componente del sistema complemento, il “fattore B”. Quando queste due si legano, interviene il Fattore D che ricava dal fattore B, mediante un processo di clivaggio, il frammento attivo Bb. Pertanto si forma il complesso C3bBb. C3bBb si può formare solo sulla superficie del batterio, in soluzione le molecole avrebbero un’afinità di legame troppo bassa, e non si assocerebbero. Il complesso C3bBb ha attività C3 convertasica: catalizza il clivaggio di molte C3 e ricava molte C3b (che vanno ad amplificare l’attivazione del C’). Associandosi a una seconda copia di C3b (tra le numerose prodotte dalla sua catalisi), il complesso diventa C3bBb3b. Tale complesso C3bBb3b è una C5 convertasi: dalle C5 ricava le reattivissime C5b che vanno a creare il MAC. L’efficacia di questo patta è minore, ma non ha bisogno dell’anticorpo ed è il primo sistema con cui la Natura ha creato un’azione effettrice con molecole solubili. Molte di queste frazioni sono state cristallizzate con mille difficoltà (le strutture sono complesse, non le facciamo tutte).

proteine del complemento possono agire come regolatori in varie fasi del processo del sistema complemento, volto a costituire il MAC contro la cellula. Una tappa regolata da proteine del complemento regolatrici è l’azione di CD1. In particolare ricordiamo la CD46 (Membrane cofactor protein) e il DAF (Decay accelerating factor) che agiscono entrambi sulla C3 convertasi, o bloccandone l’assemblaggio o facilitandone lo scomposizione. Queste due frazioni del complemento sono importanti per possibili azioni terapeutiche nello xenotrapianto: organi di altri esseri viventi per gli esseri umani. Perché? Lo vedremo nella lezione sui trapianti. Gli xenotrapianti risolverebbero la grave carenza di organi a fronte della crescente domanda di pazienti bisognosi. Altre, come HRF e MIRL (CD59) bloccano l’assemblaggio finale del poro prevenendo il legame di C9.