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Capitulos de Inmunología - Apuntes -


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#301 Ge. Pe.

Ge. Pe.

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Publicado el 28 septiembre 2017 - 04:28

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Inmunología en línea
Coordinador: José Peña Martínez

 

 

 

 

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01. Introducción a la inmunología

 

Escrito por J. Peña, I.E. Molina, B. Manzanares y L Goncálvez | Visitas: 103152

 

 

La integridad biológica de los individuos tiene que ser permanentemente defendida frente a posibles agresiones externas, sobre todo de microbios patógenos. Para ello cada organismo disponen de barreras naturales de aislamiento, como son la piel y las mucosas y de un sistema inmunológico que está precisamente especializado en identificar y destruir todo lo extraño e incluso

aquello interno que se deteriora.

 

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(Figura 1: Sistema inmune).

 

La inmunología es la ciencia que estudia los procesos moleculares y celulares propios del sistema inmune en su acción defensiva. El sistema inmune se ubica en los órganos linfoides entre los que destacan el timo, médula ósea, bazo, ganglios linfáticos y tejidos linfoides asociados a mucosas. En estos órganos es donde se agrupan las células inmunocompetentes, entre las que destacan los linfocitos, monocitos y células dendríticas. A su vez las células inmunocompetentes interactúan entre si y con las sustancias extrañas (antígenos) a través de múltiples moléculas, como son las inmunoglobulinas(anticuerpos), citocinas, sistema de complemento, moléculas de histocompatibilidad y de adherencia y otras (Figura: Principales componentes del sistema inmune).

 

La acción defensiva del organismo se articula a través de la respuesta inmune que es la manera de responder ante agresiones tanto externas como internas. Esta respuesta se realiza de diferentes maneras, pero sustancialmente se hace a través de la respuesta innata y la respuesta adaptativa, que actúan de manera coordinada

 

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(Figura 2: Tipos de respuesta inmune)

 

¿Qué es lo propio para el sistema inmune?

 

El principal objetivo del sistema inmune es el reconocimiento del propio organismo lo que le permite la identificación selectiva de lo extraño con el fin de neutralizarlo mediante una estrategia de defensa que no es rígida; sino adaptable y flexible. De este modo, en algunas circunstancias, ciertas bacterias son identificadas como extrañas y destruidas, y en otras, el sistema inmune decide que puede convivir con ellas e incluso utilizarlas en beneficio propio. Los conocimientos actuales indican que el sistema inmune de cada individuo entiende por propio todos aquellos componentes naturales presentes en el cuerpo que lo alberga. No resulta sencillo entender cómo el sistema inmune, ya desde el seno materno, comienza a diferenciar los componentes propios de los que no lo son. Todo ello a pesar de la compleja estructura individual formada por miles de millones de moléculas y de células distintas. Este proceso de reconocimiento es dinámico, se inicia por el feto en el seno materno y continúa durante toda la vida, aunque a partir de los 20 años esta función va declinando. Así pues podemos decir que el sistema inmune no “nace maduro” con el individuo, sino que va haciendo (madurando) progresivamente a través de las experiencias a lo largo de toda la vida.

 

¿Qué es lo extraño para el sistema inmune?

 

Se entiende por extraño todo aquello que no es reconocido como propio por el sistema inmune. Comienza durante el desarrollo fetal y dura toda la vida. A los componentes extraños se denominan antígenos y pueden formar parte de los millones de microorganismos existentes en forma de bacterias, virus, parásitos y hongos incluso tejidos u órganos que se trasplantan de un individuo a otro. En este sentido, todas las sustancias que tienen la capacidad de estimular al sistema inmune y generar una respuesta inmune, se conocen como antígenos.

Sabemos que prácticamente cualquier tipo de molécula biológica, incluyendo lípidos, hormonas, carbohi­dratos complejos, fosfolípidos, ácidos nucleicos y proteínas pueden actuar como antígenos. Las múltiples partes del antígeno que pueden actuar induciendo la respuesta inmune son generalmente péptidos pequeños y se conocen como grupos determinantesó epítopos (Figura: Ag-Ac).

 

¿Qué son las barreras naturales de defensa?

 

Son esencialmente la piel y las mucosas que actúan aislando al individuo del exterior .Sin embargo, también poseen capacidad bactericida y otros elementos defensivos propios debido a la presencia en estos tejidos de factores y células inmunocompetente.

 

Efectivamente la piel representa casi el 20 % del peso corporal, consta de tres capas con funciones bien diferenciadas. La piel tiene capacidad impermeable y parcialmente antiséptica, gracias a la lubricación que aportan las glándulas sebáceas de los folículos pilosos, lo que impide que gérmenes patógenos penetren en el interior y provoquen infecciones (Figura: Piel). Además, en la epidermis, que es la más superficial, abundan los queratocitos, importantes por su capacidad de producción de linfocinas proinflamatorias, y células de Langerhans, que poseen capacidad transportadora y presentadora de antígenos. En la dermis y la hipodermis existe una importante red de vasos linfáticos y sanguíneos y además se encuentran células con funciones inmunocompetentes, como linfocitos, macrófagos, etc.

Las mucosas ocupan una enorme extensión en el organismo humano (más 500 m2) y actúan como puesto fronterizo entre el interior y exterior de la cavidad ocular, oral, vaginal, intestinal, pulmonar, etc. Según su localización, contienen numerosas glándulas que segregan moco capaz de atrapar gérmenes, así como sustancias protectoras tales como: lisozimas, defensivas, aglutininas, histamina bajo en pH, e incluso, ciertas citocinas y quimiocinas. Además, las células que tapizan los conductos respiratorios poseen cilios que conducen los gérmenes atrapados hacia el exterior. Sus secreciones presentan un poder antiséptico y microbicida.

 

 ¿En qué consiste la respuesta innata?

 

 La defensa activa del organismo se lleva a cabo a través de la respuesta inmune, la cual puede realizarse de dos formas distintas pero relacionadas: la respuesta innata y la respuesta adaptativa. (Figura: Tipos de respuesta inmune).

 

La respuesta inmune innata interviene de manera inmediata, como primera línea de defensa inmune, frente a una gran variedad de agresiones. No requiere de un aprendizaje previo y en ella intervienen diversas moléculas tales como elcomplemento, citocinas así como un conjunto de células, entre las que destacan monocitos, células dendríticas y células NK.

La respuesta innata, además, actúa de forma inespecífica, esto es frente a todos los gérmenes patógenos por igual . Esto es de especial importancia en la protección del organismo frente a infecciones, ya sean de tipo bacteriano o viral en la misma puerta de entrada de la piel y mucosas.

 

Entre las moléculas y factores que intervienen en la respuesta inmune innata se encuentran: las citocinas, principalmente de los tipos IL-1, 6. 7 y 15 que con sus acciones moduladoras influyen en los inflamatorios; las quimiocinas como son la IL-8 y el RANTES que intervienen atrayendo nuevas células al foco inflamatorio y el complemento, que se encuentra preformado en cada individuo y puede intervenir en los procesos de destrucción de microorganismos con una gran eficacia al poseer una capacidad destructiva directa sobre los mismos o servir de inductor de su destrucción por células fagocíticas.

 

 

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A su vez entre las células de la respuesta inmune innata, muchas de ellas presentes en la piel y mucosas, destacan los fibroblastos, las células dendríticas, monocitos, neutrófilos, macrófagos y células NK. Estas células, se caracterizan por su capacidad para actuar de manera inmediata sin requerir de un aprendizaje previo siempre que cualquier patógeno sobrepase las barreras naturales. Esto es por ejemplo lo que ocurre, tras una herida de piel como consecuencia de una caída en la que se puede producir una entrada de microorganismos patógenos o la llegada de gérmenes a las mucosas de los pulmones

 

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(Figura: Inflamación local).

 

Cuando se produce una invasión local de microorganismos o incluso un trauma mecánico se activan una serie de componentes de la respuesta innata localmente produciendo lo que se conoce como inflamación. El proceso inflamatorio es como la síntesis de todas las actuaciones de la inmunidad innata a nivel de un foco de infección. En la inflamación se ponen en marcha elementos que interfieren con el invasor y además generan señales encaminadas a atraer nuevas células al foco al objeto de contribuir de manera más eficiente a la destrucción del invasor.

 

Entre los procesos de lisis en la respuesta inmune innata, resaltan los llevados a cabo por las células NK, neutrófilos y macrófagos que destruyen a los invasores en una batalla célula a célula. También puede intervenir el complemento que ejerce una acción destructiva directa o a través de los macrófagos principalmente,

 

Los mecanismos de defensa innata aportan un buen sistema de protección. Sin embargo, en muchas ocasiones no son suficientes para defender eficazmente al organismo, pero por fortuna, éste dispone de la respuesta inmune adaptativa que puede actuar reforzando a la respuesta innata o supliéndola en caso de que ésta falle eliminando a los patógenos.

 

¿Cómo es la respuesta inmune adaptativa?

 

Este tipo de respuesta representa una tercera línea de defensa y se caracteriza por desarrollarse y específicamente frente a las sustancias extrañas que la han inducido. Generalmente, estas sustanciasson aquellas que no han sido previamente eliminadas por la respuesta innata. Los linfocitos que participan en esta respuesta son de dos tipos: linfocitos y linfocitos B, de ahí que existan dos modalidades de respuesta adaptativa, de tipo celular y de tipo humoral. En la primera intervienen los linfocitos T prioritariamente y en la segunda los linfocitos B, aunque ambos tipos de respuestas se complementen e interactúan (Figura: Activación linfocitos).

 

 

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Respuesta inmune celular

 

La respuesta inmune celular cubre una importante función en la defensa, actuando frente a virus y células tumorales.

En este tipo de respuesta intervienen los linfocitos T, que reconocen a los antígenos a través de sus receptores T (TCR) cuando son presentados porcélulas que exponen sus determinantes antigénicos (péptidos) junto con las moléculas de histocompatibilidad (HLA) (Figura: Respuesta celular y humoral). Las moléculas de histocompatibilidad (HLA, en humanos) son glicoproteínas presentes en las membranas de la mayoría las células nucleadas y son esencialmente de dos tipos, I y II.

Para que la activación antigénica se inicie, además de la unión TCR-péptido, se requiere que se acerquen e interacciones las células presentadoras de Ags y los linfocitos T respondedores. Este fenómeno se lleva a cabo por las moléculas de adhesión, un grupo heterogéneo de sustancias que se encuentran en la superficie de células inmunocompetentes (Figura: Moléculas HLA).

 

Los linfocitos que intervienen en este tipo de respuesta son de tipo Th y Tc. Los linfocitos Tc reconocen los antígenos presentados en superficie por molé-culas HLA de clase I, mientras que los linfocitos Th lo hacen por moléculas HLA de clase II (Figura: Activación Th y Tc).

 

Después se desencadena una cascada de reacciones bioquímicas en el citoplasma celular T en las que participan elementos conocidos comosegundos mensajeros, dando así lugar al proceso de activación, proliferación y diferenciación celular. La consecuencia final es la formación de células Tc activas con capacidad destructiva de los gérmenes invasores o de células blanco.

 

 

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Respuesta inmune humoral

 

La ausencia de este tipo de respuesta deja al individuo tan indefenso frente a toda clase de patógenos y otras agresiones, que es incompatible con la vida si no se instaura a tiempo un tratamiento adecuado. En ésta respuesta intervienen, como pieza central, los linfocitos B, que como se ha dicho anteriormente reconocen el antígeno a través de las inmunoglobulinas presentes en su membrana. Sin embargo este estímulo no es suficiente para que se inicie la respuesta inmune humoral. Para ello es necesario que los linfocitos B, además, reciban ayuda de citocinas producidas por los linfocitos T colaboradores (Figura: Respuesta celular y humoral).

Sólo cuando confluyen estos estímulos, se produce la activación, proliferación y diferenciación de los linfocitos B hasta la formación decélulas plasmáticas, productoras por excelencia de Igsy las células memoria, preparadas para actuar ente un estímulo igual en el futuro (Figura: Respuesta innata y adaptativa).

 

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¿Qué caracteriza la respuesta inmune adaptativa?

 

La respuesta inmune adaptativa posee cuatro cualidades que la hacen diferente a la respuesta inmune innata. Son las de reconocer específicamente a los antígenos, ser de carácter clonal, poseer memoria y ser autorregulable. Veamos con detalle el significado y la transcendencia de cada una de ellas.

 

Especificidad. Es el fenómeno mediante el cual los péptidos que componen a cada antígeno son reconocidos exclusivamente por un solo tipo de receptor. Esto quiere decir que debe de existir el mismo número de receptores distintos como antígenos posibles. De esta manera, el organismo pose un número extraordinariamente grande de los receptores posibles, ya sean inmunoglobulinas (en el caso de los linfocitos B), o TCRs (en el caso de los linfocitos T).

 

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Clonalidad. Proceso de selección, activación y maduración de linfocitos para un antígeno determinado. Este fenómeno fue originariamente descrito por Burnet, por lo que hoy se conoce como la teoría de selección clonal de Burnet (Figura Selección clonal).

 

Memoria inmunológica. La repuesta inmune adaptativa mantiene memoria de los estímulos recibidos. Esto se debe a la permanencia de células memoria (linfocitos),sensibilizados de larga vida después de un estímulo antigénico. A la respuesta primera frente a un antígeno se le conoce como respuesta primaria, mientras que la respuesta producida cuando un mismo antígeno estimula el sistema inmune con posterioridad, se conoce como respuesta secundaria. Esta última es más rápida, duradera y eficiente debido a la presencia de las células memoria. Ésta es la base de las vacunas (Figura: RI primaria y secundaria).

 

Autorregulación. Mecanismos internos de control que regulan el tipo y la intensidad de la respuesta inmune . En ello interviene diversas elementos, entre las que destacan: las citocinas células T reguladoras.

Las citocinas, que son sustancias producidas mayoritariamente por linfocitos intervienen regulando la respuesta inmune facilitando la activación, proliferación y diferenciación de las células implicadas en la respuesta inmune (Figura: Citocinas y respuesta inmune).

Las células T reguladoras son linfocitos que poseen la cualidad de influir en otras células inmunocompetentes modulando la intensidad de las señales de activación que reciben.

 

 

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¿Qué ha aportado la Inmunología?

 

La Inmunología ha contribuido de forma notoria al mantenimiento de la salud y lucha frente a las enfermedades. Primero, con aportaciones sobre bases empíricas y después sobre fundamentos sólidos. Todo ello como fruto del esfuerzo desplegado en el estudio de los mecanismos de acción del sistema inmune.

En la fase empírica, anterior al comienzo del pasado siglo XX, la inmunología ofreció soluciones a uno de los grandes problemas que afectaron a la humanidad,las pandemias. Ello fue posible gracias a Jenner quien a finales del siglo XVIII y a Pasteur quien a su vez a finales del siglo XIX, consiguieron elaborar las vacunas de la viruela y de la rabia respectivamente. Posteriormente se desarrollarían, entre otras, como la vacuna antitifoidea (1898), anticólera (1892) y antidiftérica (1913), etc.

 

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En el siglo XX, en la fase científica, y debido a un mejor conocimiento de las bases biológicas y celulares del sistema inmune, la inmunología se ha desarrollado ampliamente. Esto ha hecho que sea una de las ciencias que más ha evolucionado en los últimos años. Al principio los aspectos inmunológicos conocidos aparecieron en el contexto de la Microbiología, como el sistema capaz de defender al organismo frente a las infecciones. Después, los continuos avances en el conocimiento de los mecanismos implicados en la respuesta inmune han dotado a esta disciplina de un sólido cuerpo de conocimientos. A este desarrollo han contribuido de manera especial la puesta a punto de técnicas modernas, como cultivos celulares, la posibilidad de obtener híbridos celulares, animales transgénicos, anticuerpos monoclonales y disponibilidad de las técnicas de biología molecular, como clonaje de genes y técnica de PCR.

 

En consecuencia, hoy día laInmunología puede ser considerada como ciencia independiente al tiempo que hace posible el desarrollo de otras áreas gracias a la aplicación de reactivos y técnicas inmunológicas como el inmunoenzimoensayo, en el que se utilizan anticuerpos monoclonales.

 

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Podemos decir que la Inmunología ha influido en las siguientes áreas:

 

Enfermedades infecciosas, hacen posible la prevención mediante un progresivo y espectacular perfeccionamiento de las técnicas de vacunoterapia durante los últimos años. Es de destacar, a modo de ejemplo, el descenso drástico que se observa en las tasas de morbilidad declaradas por poliomielitis, sarampión, etc., o el hecho de que la viruela haya sido completamente erradicada.

 

Transfusiones sanguíneas, gracias a la inmunología fue posible el descubrimiento de los grupos sanguíneos y los anticuerpos séricos frente a los mismos. Esto permitió realizar las transfusiones sanguíneas sin riesgo para las personas que las necesiten.

 

Trasplantes de órganos sólidos y de médula, han sido posible tras cómo evitar el rechazo inmunológico de los órganos trasplantados. Ello fue posible por el descubrimiento de los antígenos de histocompatibilidad, responsables del rechazo.

 

Oncología, este área de la medicina se está beneficiando de los conocimientos de la interrelación célula cancerosa-huésped y de los nuevos conocimientos de cómo el sistema inmune se encuentra en permanente vigilancia frente al desarrollo de células tumorales. Además, el descubrimiento reciente de los oncogenes responsables de la malignización celular y la posibilidad del uso de anticuerpos monoclonales en el tratamiento de muchos tumores ofrecen una amplia esperanza a la terapia.

 

Métodos analíticos, Una gran variedad de métodos analíticos de gran precisión y sensibilidad se han desarrollado gracias a los conocimientos inmunológicos. Entre ellos destacan la inmunoelectroforesis, inmunoenzimoensayo, etc. Por ejemplo, la endocrinología moderna se ha podido desarrollar gracias a la aparición del radioinmunoensayo el cual es un método que usando anticuerpos permite medir los niveles hormonales en sangre, a pesar de encontrarse en muy bajas cantidades.

 

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Biotecnología, industria y farmacia, el espectacular avance en estas áreas está siendo realmente posible gracias al extraordinario grado de cooperación existente entre los inmunólogos y científicos dedicados a la bioquímica, biología molecular y genética. Muchos de los métodos tales como la tecnología del DNA recombinante, hibridaciones celulares, etc., están permitiendo la obtención de manera industrial, de sustancias de gran interés farmacológico, como los anticuerpos monoclonales (AcMo).

 

Inmonopatología, desde la inmunología se ha venido estudiando el funcionamiento del propio sistema inmune, lo que ha permitido descubrir sus fallos y como éstos pueden, en muchos casos, ser causa de enfermedades de muy diversa naturaleza.

 

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Una de estas patologías, son lasenfermedades alérgicas y el asma que aparecen cuando el individuo reacciona de forma exacerbada frente a sustancias que en principio son inocuas, como es el polen de plantas, polvo de casa, etc.

Otras son las enfermedades por inmunodeficiencia (inmunodeficiencias), que aparecen cuando el sistema inmune es incapaz de actuar o lo hace de manera defectuosa. En este caso el individuo se hace muy vulnerable a infecciones de todo tipo.

Además existen otras patologías como las enfermedades por autoinmunidad, en las que por razones todavía no muy bien entendidas, el sistema inmune no reconoce como propio alguno de los componentes del cuerpo donde asienta. En este caso, la respuesta inmunológica trata de destruirlo por considerarlo extraño y ocasiona lesiones que pueden incluso llevar a la muerte del individuo. Esto es, por ejemplo, lo que ocurre en la esclerosis múltiple, la artritis reumatoide, la diabetes tipo 1, etc., en las que el sistema inmune devasta la mielina, articulaciones o las células beta del páncreas respectivamente.

 

 ¿Cuáles son los desafíos futuros de la Inmunología?

 

El reto futuro de la inmunologia es la supresión de enfermedades infecciosas a escala global. Para ello, se requiere un esfuerzo importante, especialmente en la formación de nuevas vacunas que son esenciales, por ejemplo, en el caso de la gripe aviar, SIDA y malaria, para las cuales no se dispone de remedios verdaderamente preventivos.

 

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Todas estas infecciones están causando numerosas muertes y, en consecuencia, son un problema serio y preocupante para la humanidad y la inmunología. En unos casos, la dificultad se debe a la aparición de mutantes de los microbios, ya que el sistema inmune ha aprendido a luchar contra el patógeno, éste cambia y ya no le sirve de nada el aprendizaje realizado. De esta manera, se evita una respuesta más eficaz del sistema inmune.

 

En otros casos, se debe a la aparición de resistencias de los patógenos a los antibióticos y antivirales que se toman normalmente para combatirlos. De este modo, el remedio deja de ejercer el efecto curativo deseado y hay que utilizar otro contra esos microbios que se han hecho resistentes, lo cual, además de caro, no siempre es posible.

 

Otro de los objetivos de la inmunología del siglo XXI se centra enprevenir las alergias. Los investigadores están mirando la posibilidad de desarrollar vacunas contra la mayoría de alergias. Por ejemplo, se podría inyectar a modo de vacunas (a muy bajas dosis) las proteínas del polen o los cacahuetes, que son las responsables de causar alergia. Aunque es importante señalar que, en este caso, sería una vacuna que enseñaría al sistema inmune a "no responder" en vez de a "responder" como hacen las vacunas actuales contra las enfermedades infecciosas.

 

Encontrar mejores remedios para las enfermedades autoinmunes, figura también entre los programas destacados de trabajo. En esta área se esperan nuevos inmunomediadores de gran capacidad de acción, por ejemplo, en la artritis reumatoide y otras enfermedades de tipo autoinmune.

 

También se está trabajando en mejorar los resultados en trasplantes, en donde dos de los grandes problemas son: la escasez de donantes y alcanzar mejores resultados a largo plazo. Hasta ahora, para evitar que el individuo destruya el órgano trasplantado, se le trataba con inmunosupresores que actúan disminuyendo la capacidad del sistema inmune de destruir el trasplante, pero también debilita las defensas frente a las infecciones. Por ello, uno de los objetivos futuros es ayudar al sistema inmune para que tolere el trasplante, al igual que lo hace la madre frente al feto. En definitiva, se trataría de copiar lo que la naturaleza ya realiza en la mujer gestante, quien acepta de manera selectiva a su feto (trasplante natural). Esto permite que éste sea tolerado aunque lleva el componente paterno que es extraño a la madre desde el punto de vista biológico.

 

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Una mayor contribución a la nueva biotecnología, figura también en la agenda de trabajo del inmunólogo ya que, por ejemplo, produciendo factores bloqueadores de citocinas, interferones, etc., sería posible seguir produciendo nuevos agentes biológicos que protejan a las personas contra muchas enfermedades. También se ha comenzado a producir vacunas empleando DNA, lo cual tiene un futuro prometedor.

 

Como conclusión, debemos insistir en el hecho de que el sistema inmune constituye el elemento de control de todo el universo bioquímico interno, tomando en cuenta el hecho de que la piel nos sirve de primera barrera para aislar lo interior de lo exterior y las mucosas actúan como puestos fronterizos a fin de permitir la necesaria interacción entre ambos medios. No obstante, hay que considerar que a veces toleramos incluso bacterias que nos son útiles a pesar de que no son propias, lo cual se explica porque el organismo es mucho más receptivo a lo extraño cuando no hay una señal de alarma. En definitiva, parece que no estamos ante un sistema exclusivamente centrado en la autodefensa frente a la amenaza de “contrarios”, sino que más bien se trata de un sistema dedicado a la protección de la integridad biológica vital de cada individuo para que éste pueda sobrevivir de manera independiente en un universo altamente biodiversificado.

 

 

 

 

 

02. Organización del sistema inmune

 

Escrito por F. Borrego, M. Frias, R. Aguado y J. Peña | Visitas: 41386

 

 

El Sistema  Inmune actúa  gracias a la parti­cipación de diferentes poblaciones celulares conocidas como células inmunocompetentes. Estas células, que mayoritariamente son leucocitos, que encuentran en todo el organismo y principalmente en los órganos linfoideos.

 

Estos órganos linfoides, se comunican entre sí a través de la circulación sanguínea y linfática que es por donde circulan estas células de unos lugares a otros. Esto hace posible el encuentro de las células inmunocompetentes con los antígenos y además que  ellas mismas interactúen, aspectos éstos  que son  necesarios para una respuesta inmune adecuada.

 

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Células inmunocompetentes:

 

Las células con función inmune más relevante son los leucocitos o células blancas entre los cuales se encuentran diferentes subtipos dependiendo de su estructura y función. Entre ellos destacan los neutrófilos, eosinófilos, basófilos, mastocitos, monocitos, macrófagos, linfocitos B, linfocitos T, células NK, células NKT y células dendríticas. De todas ellas veremos cómo se diferencian y sus  principales características funcionales.

 

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Diferenciación células inmunocompetentes.

 

Las células con función inmune proceden por diferenciación de las células madre CD34+ presentes en la médula ósea.  Este proceso se conoce como  hematopoyesis.

 

En concreto de las células madre pluripotentes, se diferencian, hacia dos tipos distintos de células algo más maduras. Son losprogenitores mielomonocíticos y los progenitores de leucocitos o glóbulos blancos. Estos procesos de diferenciación no ocurren al azar, sino que están estrechamente regulados por sustancias conocidas como factores estimuladores de colonias que producidos por el estroma y macrófagos de la médula ósea.

Los progenitores mielo-monocíticos, se diferencian a su vez en siete líneas celulares que, tras diferentes grados de maduración, terminan formando los eritrocitos, plaquetas, basófilos, eosinófilos, neutrófilos, monocitos y  células dendríticas mielomonocíticas.

 Por otra parte los progenitores linfocíticos, se diferenciaran en  linfocitos T,  linfocitos B, células NK y células dendríticas entre otras (Figura: Hematopoyesis).  A continuación haremos referencia tanto a las células con función inmune como a la organización y funciones de los órganos linfoideos.

 

Tipos de células inmunocompetentes

 

Entre las células con función inmune mas relevante destacan los neutrófilos, eosinófilos, basófilos, mastocitos, monocitos, macrófagos, linfocitos B, linfocitos T; células NK, células NKT y células dendríticas. Vemos algunos de sus aspectos diferenciales. 

 

 

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Neutrófilos.

 

Estas células,  que pertenecen al grupo de leucocitos polimorfonucleares,  tienen como función principal la de fagocitar y destruir patógenos. Se encuentran en continua renovación debido a que su vida media es de tan sólo varios días. Son células de  gran tamaño con un núcleo segmentado en varios lóbulos y gran cantidad de gránulos en su citoplasma con enzimas líticas con capacidad de destruir  microrganismos.Tienen un origen similar a los macrófagos ya que proce­den de un precursor común, la unidad formadora de colonias granulocítico-macrofágicas CFU-GM, presente en la médula ósea (Figura: Leucocitos polinucleares).  

 

Eosinófilos

 

Pertenecen  la familia de los polimorfonucleares, están recubiertos de IgE e IgG y son muy ricos en gránulos repletos de histamina que la vierten al exterior produciendo fuertes respuestas inflamatorias. Cuando son estimulados pueden dañar la membrana de los parásitos debido a la propiedad que tienen estas células de unirse a ellos (Figura: Leucocitos polinucleares).

 

 Basófilos y Mastocitos

 

Los basófilos suelen encontrarse en la  circulación,  mientras que los mastocitos esencialmente se ubican en los tejidos. Ambos tipos celulares poseen receptores para el extremo Fc de las Igs y participan en reacciones alérgicas, como consecuencia de la liberación de sus gránulos el mediadorhistamina Figura: Leucocitos polinucleares).

 

Monocitos y Macrófagos

 

Los monocitos normalmente se encuentran circulando en  sangre, mientras que los macrófagos se encuentran en los tejidos. Los monocitos son células grandes con un solo núcleo, expresan CD14, poseen un aparato de Golgi muy desarrollado, gran cantidad de lisosomas muy ricos en enzimas, tales como proteasas, peroxidasas y lipasas.

Cuando los monocitos se encuentran en los tejidos, sufren ciertas modificaciones y se les conoce como macrófagos, aunque pueden recibir distintos nombres según el tejido donde se encuentran (Tabla: Leucocitos en sangre). 

La función principal de estas células es la de fagocitar cuerpos extraños  como bacterias y sustancias de desecho de los tejidos. También en ciertas circunstancias actuar como células presentadoras de antígenos y produciendo citocinas pro inflamatorias TNF-a, IL-1 e IL-6. Así mismo, estas células poseen capacidad de adherirse a los tejidos, de moverse sobre los mismos (quimiotaxis) y pueden sobrevivir al menos durante meses (Figura: Macrófago).

 

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 Tanto los monocitos como los macrófagos proce­den de un precursor común, la CFU-GM y normalmente se forman primero como monocitos circulantes y después en los tejidos se diferencian  a macrófagos.

 

Linfocitos

 

 Estas  células que poseen un núcleo muy voluminoso y sufren un proceso muy complejo de maduración desde lascélulas madre progenitoras. En humanos, maduran bien en médula ósea (los linfocitos B) o  bien en el timo (los linfocitos T) (Figura: Linfocito).

 

Linfocitos B. estas células se caracterizan por producir inmunoglobulinas y las moléculas  CD19, CD35, CD21 y MHC II.  Cuando los linfocitos B se activan se transforman en células plasmáticas que son más grandes, muy ricas en retículo endoplásmico y están especializadas en la síntesis y secreción de grandes cantidades de Igs. También se  , mientras que las células memoria, preparadas para actuar en caso de una nueva entrada del agente causante de la activación anterior (Figura: Célula plasmática). 

 

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Las Igs  producidas por estos linfocitos B, pueden quedar unidas a la membrana donde actúan como receptores específicos de antígenos o bien ser secretadas, en cuyo caso  actúan  identificando y neutralizando antígenos.

Linfocitos  T. Estos linfocitos  poseen receptores de células T (TCR) que reconocen  péptidos antigénicos unidos a moléculas de histocompatibilidad. Fenotípicamente se caracterizan por expresar la CD3, CD2 y CD7 y son los responsables más directos de la respuesta inmune celular. Estas células maduran en el timo donde van adquiriendo una serie de moléculas en su superficie que después tendrán aspectos funcionales de relevancia. Los linfocitos T en sangres representan alrededor del 40-60% del total de linfocitos periféricos y  son una población celular muy heterogénea formada por varios  tipos celulares con funciones diferenciadas. Entre ellas destacan:


 Linfocitos T de colaboración (Th),  que se caracterizan por  producir citocinas participando por ello de manera importante en el desarrollo de la respuesta inmune. Estas células pueden ser de dos tipos Th1 y Th2. El tipo Th1 promueve la respuesta celular (IFN, IL-2 e IL-12), mientras que el tipo Th2 promueven la respuesta humoral, (IL-4, IL-5, IL-6, IL-10). Fenotípicamente son CD3+ y CD4+ y su receptor reconocen moléculas HLA de tipo II.

Linfocitos T citotóxicas (Tc o CTL),  poseen capacidad destructora de otras células (citotoxicidad). Son pues importantes en la respuesta inmune celular destruyendo células infectadas por virus, células tumorales, etc. Fenotípicamente son CD3 + y CD8+ y sus reconocen HLA de tipo I. También se les conoce como CTLs y 

Linfocitos T reguladoras (Tr), Como su nombre indica, su función principal es la de regular la activación y funcionalidad de otros linfocitos regulando así la respuesta inmune. Son, por ello, de gran relevancia en los procesos de tolerancia y en el desarrollo de enfermedades autoinmunes. Pueden ser de varios tipos, siendo las más comunes CD4+, CD25+ FoxP3+. 

 

 

 

Células NK

 

Recientemente se observó que ciertos linfo­citos obtenidos de individuos sanos eran capaces de destruir células tumorales sin que existiera sensibilización previa. A esta capacidad destructiva mediada por estas células se denominócitotoxicidad natural y a las células responsables en desarrollar esta actividad se las denominó natural killer (NK) océlulas asesinas naturales.

 
Morfológicamente son células grandes  con abundantes gránulos contenedores de sustancia citotóxcas (Figura: Célula NK). Tiene la capacidad para actuar frente al crecimiento de células tumorales impidiendo su expansión así como destruir células infectadas por virus. Ello se debe a su alta capacidad destructora, que puede ser directa, 
citotoxicidad celular directa  o bien mediada por anticuerpos como citotoxicidad mediada por anticuerpos (ADCC).

 Estas células representan el 10% de las células mononucleares de sangre periférica y no poseen marcadores, ni de los linfocitos T ni de los linfocitos B. Fenotípicamente las células NK se definen como linfocitos CD3-, CD56+, CD16+ y poseen receptores de varios tipos. Uno es el CD16, responsable de la citotoxicidad ADCC antes mencionada, y otros poseen  capacidad reguladora de la citotoxicidad, como KIRs (Killer immunoglobulins- like receptors) y los NCRs (Natural citotoxicity receptors).

Según los niveles de expresión de CD56 se pueden diferenciar dos poblaciones NK, NKdim y NKbright. Las primeras poseen una función predominantemente citotóxica y las segundas poseen mayor capacidad secretora de citocinas. Se cree que el  proceso de maduración de las células  NK se efectúa  en parte en el timo y en parte fuera del mismo en órganos lin­foides periféricos.

 

Células NKT

 

Las células NKT (Natural Killer T cells) son un tipo especial de linfocitos que desempeñan funciones parecidas tanto a las células T colaboradoras como a las T citotóxicas y además, presentan marcadores específicos de células NK y de células T. A diferencia de los linfocitos T, las células NKT reconocen glicolípidos presentados por la molécula CD1d.

 

Células Dendríticas

 

Las células dendríticas (DC) son las células presentadoras de antígenos (APCs) por excelencia y  además poseen la capacidad de trasportar  estos antígenos desde los tejidos hasta los ganglios. Se encuentran distribuidos por todos los tejidos. Las células dendríticas derivan de progenitores de la medula ósea y circulan por la sangre como precursores inmaduros hasta que migran a los tejidos donde maduran y se diferencian  (Figura: Célula dendrítica).

 

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Hay dos categorías de células CD según su origen y función: DC mieloides que facilitan la respuesta T mediada por Th1 y requieren GM-CSF para sobrevivir y  las DC plasmacitoides que inducen respuestas T de tipo Th2.  Las CD interviene en  mecanismos involucrados tanto en la respuesta innata como en la adquirida, por lo que son de interés  debido a su papel clave en las respuestas anti-cáncer y anti-virus. De ahí que exista gran expectativa en  su uso en vacunas así como por su participación en mecanismos de tolerancia inmunológica.  

 

Órganos linfoideos

 

Las células que componen el sistema linfoide se agrupan en órganos discretamente encapsulados que reciben en su conjunto el nombre desistema linfoide. Estos órganos desde el punto de vista funcional se dividen en órganos linfoideos primarios,  en los que se producen la diferenciación de linfocitos  y en  órganos linfoideos secundarios en los que se agrupan células de diferentes tipos para desarrollar la respuesta inmune.

 

Órganos linfoides primarios

 

 Los órganos linfoides primarios son la médula ósea y el timo, donde maduran los linfocitos B y T respectivamente y aprenden a discriminar entre antígenos propios (auto antígenos), que serán tolerados y antígenos extraños en cuya destrucción colaborarán una vez maduros.

  

Médula ósea

 

La médula ósea está formada por un tejido esponjoso de color rojizo que se encuentra en el interior de los grandes huesos y  albergan una gran cantidad de células madre de donde derivan las restantes células de la sangre, entre ellas los leucocitos. Aquí maduran los linfocitos B a través de n proceso conocido como linfopoyesis B que es independiente de los estímulos antigénicos. En este proceso, que se inicia a partir de las células progenitoras B (CFU-B), se van formando progresivamente células pre-pre-B, células pre-B, células B inmaduras y finalmente de linfocitos B maduros (Figura: Linfopoyesis B).

 

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El Timo

 

El timo es un órgano situado en la parte superior del me­diastino anterior y es donde maduran los linfocitos T. El timo presenta su máximo desarrollo en el feto a partir de los últimos meses de gestación  y hasta la adolescencia.  A partir de los 18-20 años comienza un proceso atrófico y degenerativo con gran invasión grasa, de tal forma que en las personas mayores de 65 años sólo quedan residuos funcionales del mismo (Figura: Evolución tímica).

El timo está constituido por una malla de células epiteliales rellena de células, timocitos, que es como se denominan a los linfocitos en fase de maduración en el timo. El timo se organiza en  lobulillos tabicados por trabéculas conjuntivas y dentro de cada uno de ellos se  distingue una zona externa o corteza, que contiene la gran mayoría de los timocitos, y una zona interna o medular que es pobre en timocitos.  (Figura: Folículos tímicos).

 

En la médula existen, además, unas estructuras denominadas corpúsculos de Hassal forma­dos por células epiteliales y macrófagos dispuestos de forma concéntrica. Las células epiteliales del timo, tanto de la corte­za como de la médula, expresan altas cantidades de moléculas de histocompatibilidad, imprescindibles para el reconocimiento de antígenos propios por los linfocitos T.

La  maduración de los linfocitos T en el timo o linfopoyesis T comienza con la llegada de sus  precursores al timo procedentes de la médula ósea.  Durante este proceso mueren la mayoría de los timocitos, aprox. el 95 % de  ellos. Estos timocitos que mueren son precisamente los que reconocen  a los antígenos propios del organismo,  mientras que el resto, 3-4%,  abandonarán el timo, vía sanguínea, como linfocitos T maduros. Todo ello se realiza mediante un doble proceso conocido como selección positiva y negativa que estudiaremos en el capítulo dedicado al receptor de los linfocitos T.

 

 

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Durante el proceso de maduración intratímico, los timocitos adquieren una serie de moléculas nuevas en su superficie. Así los timocitos más inmaduros no expresan CD3, CD4 ni CD8, por lo que son conocidos como células triples negativas.

 

A medida que van madurando, en estas células se produce la reorganización del TCR y expresan CD3 y las moléculas CD4 y CD8 conjuntamente (células dobles positivas), para después perder una u otra quedando bien como CD4-CD8+ o como CD4+CD8- (Figura: Selección tímica).

 

Todavía en el  timo ocurre una especialización funcional de células que expresan el receptor CD4,  y serán los precursores inmediatos de los linfocitos T, y de otras que expresará el recetor CD8 y que dará origen a los linfocitos T citotóxicos circulantes.

Estos linfocitos colonizan los órganos linfoideos secundarios, situándose en la zona paracortical de los ganglios linfáticos y vainas paracorticales linfocíticas del bazo.

 

Por último, hemos de decir que a lo largo de la vida, en el ser humano van cambiando las proporciones de linfocitos en sangre. Así en los primeros meses hay un predominio de las células vírgenes, mientras que la proporción de linfocitos memoria aumenta en edades avanzadas (Figura: Niveles linfocitos T). También se observa un aumento progresivo en sangre de células CD8 a lo largo de la vida y un leve descenso de CD4 (Figura: Ratio)

 

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Órganos linfoides secundarios

 
Entre los órganos linfoides secundarios se encuentran el bazo, los ganglios linfáticos y 
tejido linfoideo asociado a mucosas (MALT, que proporcionan el medio idóneo en el que las células del sistema inmune (macrófagos, células presentadoras de antígenos, linfo­citos T y B) pueden interaccionar entre sí y con los antígenos.

 

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Una vez que los linfocitos B y T abandonan los órganos primarios donde han madurado, pasan al torrente circulatorio, a través del cual se mueven por todos los tejidos del organismo, y alcanzan de nuevo los ganglios linfáticos, y así sucesivamente.

Si se analiza la cantidad de linfocitos en cada uno de los compartimentos, se observa que la mayor parte de los linfocitos se encuentran en los órganos linfoides, mientras que en la sangre y el bazo se encuentra una proporción baja de los mismos. Esto hace que, por su gran importancia en el desarrollo de la defensa del organismo, estudiemos brevemente cada uno de estos órganos.

 
El Bazo

 

 Se trata de un órgano situado en el hipocondrio izquierdo, detrás del estómago y cerca del diafragma. En el bazo se distingue la pulpa roja que es un reservo­rio de hematíes y la pulpa blanca que contiene el tejido linfoide, el cual se dispone alrededor de una arteriola central, presentando áreas mas ricas en linfocitos T y otras en linfocitos B. 

 

Las áreas T se disponen más próximas y alrededor de la arteriola central, mientras las áreas B se disponen exteriores a la misma. También son frecuentes las células reticulares dendríticas y macrófagos en el centro germinal, así como macrófagos especializados en la zona marginal (área que rodea a los folículos lin­foides) que junto a las células foliculares dendríticas de los folículos primarios (folículos no estimulados sin centro claro germinal) se ocupan de la presentación del antígeno al linfocito B (Figura: Bazo).

 

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Ganglios linfáticos

   
Los ganglios linfáticos conforman, junto a los vasos linfáticos, una compleja red corporal cuya función es filtrar los antígenos procedentes del espacio extracelular y la linfa durante su circulación desde la periferia hasta el conducto torácico. Los ganglios linfáticos, en el humano, son redondeados y presentan un hilio donde los vasos sanguíneos entran y salen. Básicamente, se distingue un área B denominada córtex, un área T denominada paracórtex y un área medular central (Figura: Ganglio).

 

La corteza contiene agregados de linfocitos B dispuestos formando folículos primarios y secundarios, según que posean centros geminares o no en función de que hayan recibido estímulos antigénicos.

La paracorteza, contiene linfocitos T y abundantes células presentadoras de antígeno (células dendríticas), quienes presentan abundantes antígenos MHC clase II en superficie. La zona medular presenta algunos cordones lin­foides separados por espacios vasculares (senos medulares) que contienen la mayor parte de las células plasmáticas y los macró­fagos sinusales de los ganglios linfáticos.  

 

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Tejido linfoide asociado a mucosas (MALT)

 

 En áreas submucosas gastrointestinales, respiratorias y urogenitales se observan acúmulos dispersos de tejido linfoide no encapsulado que es el tejido linfoide asociado a mucosas (MALT) (Figura: Tejido MALT). En el intestino, se observan estos elementos linfoides difusos en la submucosa formando folículos linfoides con centro germinal en áreas denominadas placas de Peyer.

 

Los antígenos pueden atravesar los epitelios de las mucosas transportados por las células dendríticas y a través de las células M. En sentido contrario, se trasporta la IgA secretora producida por las células plasmáticas muy abundantes en los tejidos MALT (Figura: Mucosa Intestinal). En humanos, además se encuentra abundante tejido linfoide con centros germinales en las amígdalas faríngeas y también en paredes bronquiales y a lo largo del tracto urogeni­tal.

 

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#302 Ge. Pe.

Ge. Pe.

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Publicado el 20 octubre 2017 - 06:46

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Capítulo 03. Inmunoglobulinas

 

 

Escrito por M. Frías, I. J. Molina, L. Castro y J. Peña 

 

 

Las inmunoglobulinas  son de gran importancia en la defensa del organismo ya que  tienen la capacidad de identificar y neutralizar sustancias extrañas. De ahí que históricamente las inmunoglobulinas (Igs) se conociesen con el nombre de anticuerpos (ACs), por su función de anteponerse a lo extraño. Son las principales sustancias responsables de la respuesta inmune humoral y su correcto funcionamiento es esencial para la defensa frente a microbios. Su carencia hace que el individuo muera por infecciones si no se instaura un tratamiento adecuado y a tiempo.

 

Las inmunoglobulinas son glicoproteínas que se producen por los linfocitos B o sus células derivadas, las células plasmáticas. En el organismo se pueden encontrar de  dos formas:

  • De forma soluble en líquidos biológicos,  donde actúan neutralizando y colaborando en la destrucción de antígenos.
  • Unidas a la membrana de los linfocitos B que las producen, donde actúan como receptores de antígenos. 

Existen cinco isotipos de inmunoglobulinas: IgM, IgA, IgG, IgD e IgE, cada una de ellas con ciertas características diferenciales, pero todas ellas con capacidad de unirse a antígenos de manera específica. En este capítulo analizaremos su estructura, su función y el control genético de su síntesis.

 

Estructura  de las Inmunoglobulinas

 

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Las inmunoglobulinas están formadas por cuatro cadenas polipeptídicas. Dos son de mayor tamaño y se denominan cadenas pesadas, y dos, de menor tamaño y se denominan cadenas ligeras. Las cadenas ligeras y pesadas se agrupan de tal manera que existe una proximidad espacial entre los cuatro extremos amínicos por una parte, y los extremos carboxílicos por otra. Las inmunoglobulinas pueden ser fraccionadas mediante la utilización de enzimas (papaína, pepsina, etc.), obteniéndose diferentes tipos de fragmentos. Esto permitió no sólo conocer la estructura de estas moléculas sino también deducir la función de cada una de sus partes (Figura: Estructura unidad básica).

Al tratar con papaína la inmunoglobulina, se produce la ruptura específica de las cadenas pesadas y se obtienen tres fragmentos: uno denominado Fc, que define la actividad biológica, la clase y subclase de cadenas pesadas y otros dos fragmentos denominados cada uno de ellos Fab, que es por donde la molécula se une a los antígenos (Figura: Fragmentos Igs).

 

 

Cadenas ligeras

 

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Hay dos tipos de cadenas ligeras diferentes: tipo kappa (κ) y lambda (λ) que poseen unos 200 aminoácidos cada una y se unen a las pesadas por un puente disulfuro intercatenario (entre cadenas). En cada molécula de inmunoglobulina las dos cadenas ligeras que la forman son del mismo tipo, o bien  κ o bien  λ (Figura: Fragmentos Igs).

 

Cadenas pesadas

 

Están formadas por unos 400 aminoácidos y están unidas entre sí por puentes disulfuro intercatenarios, que pueden ser distintos en número dependiendo del tipo de inmunoglobulina. Esta zona, donde se encuentran los puentes intercatenarios, es muy flexible y constituye lo que se denomina zona bisagra, que es por donde se deforman estas moléculas cuando se unen al antígeno.

 

Parte variable y constante de las cadenas ligeras y pesadas

 

Las cadenas ligeras poseen dos partes: una corresponde al extremo carboxílico que es constante (CL) y otra que  ubicada al extremo amínico, que es muy variable (VL). También las cadenas pesadas poseen una parte variable  (VH) y otra constante (CH). Por las partes variables, tanto de las cadenas ligeras como de las pesadas, es por donde se produce la unión al antígeno.

La parte constante de estas cadenas es diferente según la clase de inmunoglobulina que consideremos. Así, estas cadenas pueden ser de tipo: γ, α, μ, δ y ε, que definen a su vez las cinco clases de inmunoglobulinas: IgG, IgA, IgM, IgD e IgE respectivamente. (Figura: Cadenas Igs).

 

 Características de las distintas clases de Inmunoglobulinas

 

Las cadenas pesadas son las responsables de las pro­pie­­dades biológicas, tales como la capa­cidad de unirse entre sí, fijar complemento, fijar la pieza de secreción y unirse a macrófagos, a neutrófilos o a células NK.  Incluso  entre moléculas de una misma clase existen diferencias en función de la subclase a la que pertenezcan.(Tabla: Características Igs).

 

 Dominios moleculares en las cadenas ligeras y pesadas

 

Tanto las cadenas pesadas como las ligeras poseen grupos de aminoácidos unidos por puentes disulfuro intracatenarios (entre elementos de una misma cadena), conocidos como dominios. La cadena L tiene dos dominios, uno corresponde a la región variable (VL) y otro a la constante (CL).

La cadena H tiene un dominio en la región variable (VH) y tres o cuatro en la constante, dependiendo de la clase de inmunoglobulina que consideremos (3 en la IgG, IgA e IgD y 4 en las IgM e IgE). 

 

Regiones hipervariables

 

Las zonas variables, tanto de la cadena L como H, poseen a su vez unas regiones de mayor grado de variabilidad. Son tres pequeños segmentos muy variables, por lo que se les conoce como regiones hipervariables, cuya importancia radica en que conforman  el centro activo de las Igs, que es por donde se produce el reconocimiento y unión al antígeno.

Cada una de estas regiones hipervariables se compone de 17 a 20 aminoácidos, de tal manera que pequeños cambios suponen una enorme fuente de variabilidad de posibilidades de unión al antígeno sin cambiar el resto de la molécula (Figura: IgG).

 

 Moléculas adicionales a la estructura básica

 

En las inmunoglobulinas, además de las cuatro cadenas polipeptídicas básicas, existe un componente glucídico (que representa aproximadamente el 10% de la molécula), y ciertas  inmunoglobulinas contienen una glicoproteína adicional conocida como cadena J.

La cadena J se une, mediante puentes disulfuro, al extremo Fc tanto de la  IgA como de la  IgM haciendo posible la formación de complejos diméricos o pentaméricos, respectivamente.

 

 

Estructura espacial de las Inmunoglobulinas

 

Las inmunoglobulinas pueden estar constituidas por unidades básicas simples, como es el caso de la IgG, IgD e IgE; en forma de dímeros (dos unidades básicas unidas), como es el caso de la IgA, o incluso formadas por hasta cinco estructuras básicas unidas por sus extremos Fc como es el caso de la IgM (Figura: Pentámero IgM).

Las cadenas pesadas y ligeras están plegadas sobre sí mismas, en forma de hoja plegada β, gracias a sus dominios  (Figura: Dominios Igs).

 

Subclases de Inmunoglobulinas

 

Se sabe que no todas las inmunoglobulinas de una misma clase tienen idéntica estructura, sino que dentro de cada isotipo se pueden establecer subtipos considerando la secuencia de aminoácidos de la región constante de las cadenas H y el diferente número y situación de los puentes disulfuro intercatenarios establecidos entre las cadenas pesadas, es decir, que dentro de una misma inmunoglobulina, se pueden  encontrar diferentes tipos atendiendo a la secuencia de aminoácidos de la región constante de cadenas pesadas y a la situación y número de los puentes disulfuro que se establecen entre estas cadenas pesadas. Así, la IgG humana se divide en cuatro subclases (IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4) y la IgA  (IgA1 e IgA2).

 

 

Alotipos de Igs

 

Si se inmuniza un animal con inmunoglobulinas de otro animal de la misma especie, se pueden obtener antisueros que van dirigidos contra ciertas regiones constantes de las inmunoglobulinas que son distintas entre ambos animales (Figura: Antialotipo).

Esto se debe a la presencia de alotipos,  definidos por  pequeños cambios en las zonas constantes de las cadenas pesadas y ligeras que hacen que las Igs de unos individuos a otros de la misma especie sean diferentes. En humanos se han descrito tres tipos de alotipos.

 

Idiotipos de Igs

 

Se entiende por idiotipo el conjunto de determinantes antigénicos situados en las regiones variables de las cadenas ligeras y pesadas de un determinado anticuerpo. Esta zona es precisamente por donde se produce su acoplamiento al antígeno que indujo su formación. Es pues una zona de estructura complementaria al antígeno y que a su vez puede actuar, cuando se van formando como antígeno, induciendo nuevos anticuerpos en el individuo  (Figura: Idiotipos).

 

Los idiotipos, según la Teoría de Jerner, parecen tener importancia en la regulación del sistema inmune. Frente a  los idiotipos de las Igs más recientemente secretadas en un individuo, se formarían anticuerpos por el mismo individuo que al unirse a los mismos formarían una red de anticuerpos. Todo ello en cascada, de tal manera que la acción final contribuiría a la regulación del proceso de síntesis de nuevas anticuerpos.

 

 Distribución de las Inmunoglobulinas

 

Las inmunoglobulinas se encuentran distribuidas por todo el organismo. Las cantida­des relativas de cada una de las clases de inmunoglobulinas en los diferentes compartimentos son muy diferentes. En el torrente sanguíneo predomina la IgG mientras que en las secreciones (saliva, lágrimas, secreción bron­quial, líquido cefalorraquídeo y mucosas) predomina la IgA. Los niveles de inmunoglobulinas séricas fluctúan ampliamente en función del estado nutricional,edad, enfermedades, infecciones y otras muchas situaciones.

Se producen cambios en los niveles de inmunoglobulinas en sangre desde el nacimiento hasta los 8 o 10 años,  momento en el que se estabilizan. Así, los niveles sanguíneos de IgG son muy altos en el feto y en las primeras semanas de vida extrauterina, aunque el feto no la sintetiza. Esto se debe a que esta inmunoglobulina es la única que pasa de la madre al feto a través de la placenta (Figura: Niveles séricos).

Durante la lactancia, descienden los niveles de IgG, ya que ésta procedía de la madre y el niño todavía carece de la capacidad de sintetizarla. También en la edad fetal se sintetizan pequeñas cantidades de IgM   (Figura: Niveles séricos).

 

 

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Superfamilia de las Inmunoglobulinas

 

Existe un gran número de moléculas que poseen una estructura organizada en dominios, equivalente a la que poseen las Igs. A estas sustancias se les conoce como miembros de la familia de las inmunoglobulinas. Entre las diferentes moléculas de esta superfamilia, se encuentran, además de las propias inmunoglobulinas.

  1. Muchos de los componentes moleculares que conforman los receptores de los linfocitos T y B.
  2. Las moléculas de histocompatibilidad.
  3. Muchas de las moléculas de adhesión celular.
  4. Ciertas moléculas involucradas en la circulación y tráfico de los leucocitos.
  5.  

Función de las Inmunoglobulinas

 

La función esencial de las inmunoglobulinas es la de unirse a antígenos. De esta manera las inmunoglobulinas a) pueden colaborar en la destrucción de los mismos cuando las inmunoglobulinas se encuentran de forma soluble o b) puede actuar como receptoras de señales antigénicas cuando se encuentran formando parte de los receptores de los linfocitos B.

 

 

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Unión antígeno-anticuerpo

 

La  unión del antígeno (Ag) con el anticuerpo (Ac) es semejante a la que se establece entre una enzima y su substrato. Estas interacciones se deben a enlaces no covalentes (enlaces de hidrógeno, interacciones electrostáticas, de Van der Waals e hidrófobas). La unión entre el Ag y el Ac es específica, de tal manera que un Ac se unirá preferentemente con gran  avidez a un solo antígeno. En algunos casos la inmunoglobulina podrá unirse a antígenos con epítopos muy similares, aunque en este caso la afinidad de la unión es mucho menor. Los anticuerpos se unen al antígeno por lugares determinados conocidos como epítopos. Los procesos moleculares y celulares implicados en cada mecanismo de defensa desarrollado por el sistema inmune, son fundamentales para la salud y por ende para la supervivencia del individuo. En ausencia de un sistema inmune eficaz y competente, muchos microorganismos pueden producir diversas infecciones que en la mayoría de los casos pueden resultar mortales. Cuando el individuo, a pesar de poseer un sistema inmune eficiente, desarrolla cuadros clínicos asociados a infecciones, generalmente es debido a que necesita tiempo para construir una respuesta fuerte contra los microorganismos invasores, lo que favorece que estos patógenos tomen ventaja sobre todo durante la infancia o la vejez, épocas en las que el individuo es más vulnerable inmunológicamente.

 

 Epítopos y parátopos

 

 

Los epítopos de un antígeno pueden estar formados por aminoácidos consecutivos de la proteína (epítopos lineales)  o por zonas de confluencia (epítopos conformacionales) de varias cadenas (Figura: Tipos de epítopos).

Las inmunoglobulinas se unen a los epítopos de los antígenos por sus sitios activos, constituidos como se ha indicado anteriormente, por los segmentos variables de las cadenas pesadas y ligeras, donde intervienen principalmente las regiones hipervariables. Esta zona de unión de una inmunoglobulina al epítopo  de un antígeno se conoce con el nombre de parátopo.

 

 

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Fuerzas de unión Ag-Ac

 

 

La unión ag-ac es la consecuencia de múltiples interacciones entre unos y otros, de tal manera que la fuerza total de la unión puede ser muy elevada. Para que las interacciones mencionadas lleguen a ser efectivas, los grupos entre los que se establece deben estar situados a distancias muy cortas, y para que ésto sea posible y se puedan producir un gran número de interacciones, el epítopo y el parátopo deben encajar perfectamente, dependiendo de ello la “fuerza” de la interacción que conocemos con el nombre de afinidad.

 

Afinidad de la unión Ag-Ac

 

La afinidad en la interacción ag-ac es de gran importancia, ya que de ella depende la utilidad diagnóstica y de investigación de un anticuerpo y su importancia fisiopatológica. Para cuantificar la afinidad de una interacción, debemos de entender primero una serie de conceptos de los que nos ocuparemos a continuación. Al tratarse de uniones no covalentes, la unión Ag/Ac será reversible de modo que, cuando el antígeno y el anticuerpo se mezclan en solución, se estarán formando y disociando complejos constantemente de acuerdo con la siguiente ecuación:     

 

                                                     no se da                      

 

 Donde ka representa la constante de velocidad y kd la de disociación. Llegará un momento en que las velocidades de asociación y disociación se igualen, es decir, que el número de complejos Ag/Ac que se formen sea el mismo que el que se disocie, entonces decimos que se ha llegado a una situación de equilibrio dinámico. Una forma indirecta de medir la afinidad de la interacción de una pareja Ag/Ac, será medir la velocidad de asociación y disociación antes de que se llegue al equilibrio, lo cual puede realizarse actualmente mediante biosensores.

 

Cuanto mayor sea la velocidad de asociación y menor la de disociación mayor será la afinidad de la interacción de esa pareja Ag/Ac. Otra forma complementaria y más directa de cuantificar la afinidad de la interacción Ag/Ac, es hacerlo una vez que se ha alcanzado el equilibrio y utilizando concentraciones bajas de anticuerpo. En estas condiciones la concentración de antígeno que permite que la mitad de los anticuerpos estén unidos a ellos y la otra mitad libre, medida en molaridad, se denomina constante de disociación (KD) y es una medida directa de la afinidad de la interacción.

Cuanto menor sea la KD mayor será la afinidad puesto que indica que es necesaria una menor concentración de antígeno para que la mitad de los anticuerpos estén ocupados.  La inversa de la KD es la constante de asociación (KA) cuyo valor es directamente proporcional a la afinidad de la interacción.

Para determinar experimentalmente estas constantes tendremos que conocer las concentraciones de antígeno libre y unido, para lo cual existen varios métodos entre los que destacan análisis mediante diálisis de equilibrio (Figura: Moléculas difusibles).

Esta técnica se basa en la utilización de una membrana semipermeable de un poro tal, que permita el paso de un antígeno suficientemente pequeño (un hapteno) pero no del anticuerpo. A concentraciones bajas de antígeno, la concentración de anticuerpo libre irá bajando rápidamente hasta que se alcance el equilibrio, puesto que todo el antígeno que entre a través de la membrana semipermeable quedará retenido por el anticuerpo.

Realizando el experimento anterior con varias concentraciones de antígeno, podremos encontrar aquella en la que la mitad del anticuerpo se encuentra unido al antígeno que, como hemos dicho corresponde a la KD. La afinidad que hayamos calculado corresponderá exclusivamente a la de la interacción de esa pareja Ag/Ac. Un determinado anticuerpo podrá unirse a más de un antígeno con afinidades distintas en cada caso.

 

Avidez de la unión Ag-Ac

 

Como apuntábamos anteriormente, el fenómeno de la unión Ag/Ac es en realidad mucho más complejo, pues cada uno de los antígenos poseen varios epítopos distintos, por lo que podrán unir más de un anticuerpo. Cada molécula de anticuerpo, por su parte, podrá unir al menos dos moléculas de antígeno, una por cada Fab y en el caso de la IgM hasta diez moléculas, ya que se ensamblan en unidades funcionales constituidas por cinco moléculas de anticuerpo.

Finalmente en un antígeno, un determinado epítopo puede estar representado varias veces siendo capaz de unir varias moléculas del mismo anticuerpo. La fuerza total de la interacción que considera todas las interacciones epítopo/parátopo que tienen lugar entre antígenos y anticuerpos multivalentes (con varios sitios de unión), se denomina avidez y es mucho mayor que la suma de las afinidades, puesto que las distintas interacciones se estabilizan entre ellas.

Estas interacciones multivalentes poseen una gran importancia fisiopatológica ya que cuando se encuentran Ag y Ac en solución, como es el caso del plasma o tejidos, se forman agregados inmunocomplejos constituidos por muchas moléculas. A concentraciones equivalentes de Ag y Ac estos inmunocomplejos serán de gran tamaño y podrán quedar atrapados en los tejidos, iniciando una respuesta inflamatoria y dando lugar a las llamadas enfermedades por depósito de inmunocomplejos.

 

 

Propiedades biológicas de las Inmunoglobulinas

 

Tras la unión del antígeno y la inmunoglobulina, ésta puede anular la acción del antígeno por neutralización, precipitación o aglutinación. Así si la Ig es específica para una toxina bacteriana, cuando se produce la unión Ag-Ig (toxina-antitoxina) quedan neutralizados los efectos tóxicos de la toxina. De ahí que clásicamente cuando no se conocía la estructura, se le denominase antitoxinas, precipitinas o aglutininas en función de la reacción que se detectaba en cada caso.

Estos fenómenos no son suficientes por sí solos para la destrucción y total eliminación de los antígenos. Para ello, además de las inmunoglobulinas se requiere de la colaboración de otros muchos elementos, tales como el sistema del complemento, los macrófagos, los polimorfonucleares o las células NK. Podemos decir que las inmunoglobulinas, al detectar los antígenos y producirse la subsiguiente unión a ellos, actúan como transductores de la información de la presencia de los mismos que serían destruidos por el complemento, los macrófagos, los polimorfonucleares o las células NK.

 

Opsonización

 

La unión de un antígeno a la inmunoglobulina produce una serie de cambios alostéricos en su extremo Fc que hacen que adquiera la propiedad de unirse a receptores que se encuentran en la membrana de macrófagos y polimorfonucleares. A este fenómeno se le denomina opsonización. Al producirse esta unión, los macrófagos se activan, iniciándose el fenómeno de fagocitosis y subsiguiente destrucción de los complejos antígeno-anticuerpo por los procesos líticos intracelulares, propios de la acción de los enzimas contenidos en los lisosomas de estas células (Figura: Acciones de las Igs)

Estos receptores pueden ser de distinta naturaleza, conociéndose en la actualidad tres: FcgRI (CD64), FcgRII (CD32) y FcgRIII (CD16). Además de en los macrófagos estos receptores se encuentran en otras células como plaquetas, linfocitos B y NK.

Cuando se produce la unión a células NK, éstas se activan y provocan la destrucción de las  células portadoras del antígeno  por un mecanismo conocido como citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos (ADCC). Algunos de estos receptores se encuentran en los mastocitos y basófilos, en cuyo caso a ellos se puede unir la IgE activándolos y produciendo su degranulación con liberación de histamina y otras sustancias vaso activas que darán lugar a procesos de hipersensibilidad que pueden ser graves.

 

Lisis por complemento

 

Cuando la inmunoglobulina que se une a un antígeno es IgM o IgG, en sus extremos Fc se producen ciertos cambios alostéricos gracias a los cuales éstas adquieren la propiedad de fijar y activar uno de los componentes del complemento. Las fracciones activas del complemento poseen diferentes acciones de gran importancia en la defensa del organismo, una de las cuales es la lisis celular. Este fenómeno se conoce como citotoxicidad mediada por el complemento, será estudiada en el capítulo dedicado al complemento.

 

Inmunoglobulinas en la respuesta primaria y secundaria

 

La respuesta primaria, producida cuando el Ag toma contacto con el organismo por primera vez,  y secundaria, producida cuando el mismo Ag vuele a activar al sistema inmune, son  cualitativa y cuantitativamente, diferentes.  Este fenómeno, que se basa en la especificidad y memoria de la respuesta inmune, es de gran importancia para el individuo y también es el fundamento de las vacunas.  Las diferencias esenciales son:

1. En la respuesta primaria los niveles máximos de inmunoglobulinas se alcanzan tras un largo período de latencia después del estímulo antigénico, mientras que en la respuesta secundaria se alcanza más rápidamente. Ello se debe a que cuando un antígeno activa por primera vez a los linfocitos B, éstos necesitan tiempo para diferenciarse en las células plasmáticas responsables de la síntesis de inmunoglobulinas, mientras que cuando se trata de la respuesta secundaria, gracias a la permanencia de las células memoria, se alcanza en menor tiempo el nivel de células plasmáticas.

2. La respuesta primaria predomina la IgM, mientras que en la secundaria predomina la IgG.

3. La respuesta primaria es de menor intensidad que la secundaria. Ello se debe al tipo de inmunoglobulina predominante y a la presencia de células memoria predominantemente en la respuesta secundaria.

4. La respuesta secundaria, al predominar en ella la IgG, de vida media más larga que la IgM, y además por el predominio antes indicado de células memoria, es más permanente y duradera en su acción que la primera.

En su conjunto podemos decir que el sistema inmune funciona de forma secuencial, enviándose información entre los diferentes compartimentos con objeto de aumentar la eficiencia entre ellos para eliminar los patógenos.

 

 

Propiedades individuales de las inmunoglobulinas

 

Aunque en los apartados anteriores se ha hecho mención a las propiedades y función de las inmunoglobulinas, a continuación estudiaremos brevemente y por separado las características funcionales más relevantes de cada una de ellas.

 

Inmunoglobulina G

 

Es la inmunoglobulina más abundante y representa más del 70 % de las Igs séricas totales. Las diferentes subclases se presentan en proporciones muy diferentes, así la IgG1 es la subclase más frecuente seguida de la IgG2. Esta Ig posee capacidad neutralizante, precipitante, de fijar complemento, de unirse a células NK y a macrófagos (opsonización) y es capaz de atravesar activamente las membranas biológicas, incluida la placenta materna.

La propiedad de atravesar activamente las membranas biológicas es de sumo interés, especialmente la de atravesar la placenta desde la madre al feto.

Como el feto sólo sintetiza pequeñas cantidades de inmunoglobulinas, adquiere de este modo la posibilidad de defensa, no solamente mientras se encuentra en el seno materno, sino después del nacimiento, durante la lactancia, período durante el cual todavía no sintetiza inmunoglobulinas en cantidades significativas.

Sin embargo, este paso de IgG desde la madre al feto no siempre es beneficioso para el feto. Cuando hay incompatibilidad del tipo Rh entre la madre y el feto, se puede desarrollar el síndrome de eritroblastosis fetal como consecuencia de la destrucción de glóbulos rojos fetales, pudiendo ocasionar nefastas consecuencias si no se trata a tiempo.

 

 

Inmunoglobulina M

 

 

Los anticuerpos del tipo IgM son los que más rápidamente se forman en respuesta a un estímulo antigénico (Respuesta primaria). Esta Ig se caracteriza también por poseer capacidad neutralizante, precipitante, aglutinante, fijar complemento, activar la respuesta inmune, sin embargo no atraviesa activamente las membranas biológicas. Esta última propiedad hace que esta inmuno­globulina ejerza su acción, normalmente en los espacios intravasculares. Representa del 5 al 10 % de las Igs séricas totales y junto a la IgD es la más encontrada en la superficie de los linfocitos B como inmunoglobulina de membrana.

 

Inmunoglobulina A

 

Esta inmunoglobulina posee capacidad neutralizante y precipitante, mientras que su capacidad de fijar complemento y de opsonización es muy débil.  La propiedad más importante de la IgA es la de unirse por su extremo Fc a la pieza secretora, gracias a la cual puede encontrarse en mucosas y glándulas exocrinas. Esto hace  que ejerza su acción más importante en la superficie de mucosas y líquidos biológicos (sobre todo IgA2), tales como el líquido cefalorraquídeo, secreción bronquial, lágrimas, saliva, etc.

Esto es importante porque así protegen precisamente los puntos más vulnerables del organismo, esto es, las puertas de entrada al mismo, como son ojos, boca, aparato digestivo, sistema respiratorio, vagina, etc. No olvidemos que, por ejemplo, si desplegamos la mucosa del aparato respiratorio, la superficie que cubriríamos sería de unos 300 m2, superficie que se encuentra en contacto directo con el exterior a través del aire que se respira. Se deduce de ello que, sin duda, deben ser importantes los mecanismos de defensa local, entre los cuales la IgA tiene un papel esencial. Esta inmunoglobulina se encuentra también en la leche materna.

Los niveles de todas las inmunoglobulinas, a excepción de la IgG en recién nacidos son muy bajos, siendo por tanto de gran significación el hecho de que la IgA se transfiera desde la madre al lactante a través de la lactancia. De ahí que tengamos que insistir en que los niños se amamanten en el mayor número posible directamente por las madres y no con leche de otros orígenes. La IgA recibida de la madre ejerce un importante papel de defensa a nivel de todo el aparato digestivo. En ello parece que influyen las especiales características de pH gástrico del lactante que es menos ácido que en el adulto y permite que la IgA no sea degradada en el estómago.

 

 

Inmunoglobulina D

 

La concentración de esta inmunoglobulina en suero es muy baja. Hasta fechas muy recientes no se ha conocido su función aunque según los datos existentes colabora de forma importante en la activación de linfocitos B al actuar como receptor en la superficie de los mismos.

 

Inmunoglobulina E

 

En muchos  individuos alérgicos esta inmunoglobulina se presenta en grandes cantidades. El estímulo para su síntesis puede proceder de una gran variedad de antígenos, a los que en este caso se denominan alérgenos. Los alérgenos pueden penetrar en el organismo a través de la piel o de las mucosas respiratoria, ocular, del aparato digestivo, etc., así como por  sustancias inyectables, como es el caso de la penicilina u otros medicamentos. La vida media de la IgE en sangre periférica es de varios días.

No tiene capacidad de atravesar la placenta, por lo tanto, las reacciones de hipersensibilidad inmediata no pueden transferirse de manera pasiva de la madre al feto. También la IgE se encuentra en otros líquidos biológicos así como unida a basófilos y células cebadas, gracias a la propiedad que tiene esta inmunoglobulina de unirse por su extremo Fc a receptores de superficie presentes en dichas células. Estas células se caracterizan por encontrarse en la piel y mucosas y por contener abundantes gránulos citoplasmáticos, ricos en sustancias vasoactivas que se liberan una vez se activan y son responsables de inflamaciones y alergias.

 

Genética de las Inmunoglobulinas

 

¿Cómo explicar que se sinteticen millones de anticuerpos distintos con el limitado material genético que posee cada individuo? Este dilema lo ha solucionado el organismo utilizando genes que poseen multitud de segmentos génicos internos, todos ellos presentes en las células más primitivas (embrionarias) de tipo B. En el proceso madurativo, estos segmentos de genes se recombinan de manera diferente para dar lugar a la formación de millones de linfocitos B diferentes y así se pueden sintetizar inmunoglobulinas diferentes.

Todo esto se conoció por los estudios realizados por Tonegawa en 1976, en los que además se demostró que la síntesis de las cadenas ligeras y pesadas se regula por genes que se encuentran en cromosomas distintos (Figura: Genes). Esto fue puesto de manifiesto empleando técnicas de digestión enzimática del DNA de células B y posterior hibridación con sondas de DNA complementario (cDNA), mediante la técnica de Southern Blot (ver capitulo Métodos). Mediante esta técnica, se pudo observar que las sondas marcaban de manera distinta si se aplicaban en células inmaduras que cuando se hacía en células maduras.

 

 

Tipos de segmentos génicos

 

Los segmentos génicos que codifican la parte variable de las cadenas de Igs son V, D y J; mientras que  otros segmentos codifican la parte constante.

 

Reordenamiento de los segmentos génicos de las Igs

 

A lo largo del proceso madurativo de los linfocitos B, se produce un reagrupamiento de segmentos de genes para la síntesis de las diferentes cadenas ligeras y pesadas de las Igs. A este fenómeno se denomina recombinación intracromosómica.

Efectivamente, a medida que se produce el proceso madurativo de los linfocitos B, ciertos segmentos V, D y J de forma aleatoria cambian de sitio en el cromosoma de tal manera que se colocan juntos. Posteriormente, este conjunto V/D/J se reagrupa con el segmento C correspondiente quedando constituido, en consecuencia, un gen con toda la información de la cadena. Cuando cada linfocito B ha madurado, posee ya reagrupados los genes correspondientes a sus cadenas ligeras y pesadas y sólo podrá producir un determinado tipo de anticuerpo.

 

 

Reordenamiento de  genes  de cadenas ligeras

 

En la síntesis de cadenas ligeras participan los segmentos V, J y C (no hay genes D para la cadena ligera).

Así pues, en el proceso de recombinación de los genes de cadenas ligeras en cada uno de los linfocitos se acopla un segmento V con un segmento J. Estos a su vez  se recombina con el segmento correspondiente a la parte constante C. El proceso de transcripción se hace de tal manera que el RNA mensajero contiene información secuenciada V, J y C y no del resto se segmentos existentes en el DNA embrionario (Figura: Transcripción cadenas ligeras).

 

Reordenamiento de genes de cadenas pesadas

 

En este caso  participan los segmentos V, D, J, y C. Primero se produce la recombinación entre un segmento D y un segmento J. En la segunda fase, este conjunto D/J se recombina con un segmento V. El complejo V/D/J se recombinan con cada uno de los segmentos que codifican las regiones constantes, según el isotipo de la inmunoglobulina a formar.

En el caso de la figura (Figura: Transcripción cadenas pesadas), la recombinación se ha producido entre VH3, D1, JH2, responsables de la parte variable de la cadena pesada. Estos se recombinan con la parte constante del segmento del gen Cg3, que originará la cadena pesada correspondiente a la IgG3. En el caso de los genes V de las cadenas pesadas, al igual que hemos visto en las cadenas ligeras, junto a cada segmento génico se encuentran los segmentos líder (L).

 

 

Segmentos líder y promotores

 

 Los segmentos líder codifican un péptido pequeño que servirá de guía tanto para las cadenas ligeras como pesadas a su paso por el  retículo endoplásmico pero que se separa de ellas antes de que las mismas se unan entre sí para formar la molécula completa.

Junto a estos segmentos génicos se sitúan otros conocidos como promotores y que son responsables de iniciar la señal del proceso de transcripción del DNA. Dentro de los promotores, se encuentran  secuencias del DNA a las que se van a unir de manera específica ciertas proteínas nucleares conocidas como factores transcripcionales, que son las que van a regular su función.

Debido a la complejidad de estos procesos de recombinación, han de tener necesariamente un mecanismo de regulación muy estricto, no solo para los genes de las Igs sino también para los genes del TCR,  en el que sabemos que participan los genes RAG-1 y RAG-2 (genes activadores de la recombinación 1 y 2).

 

 

 

Fenómenos de aproximación de regiones

 

Para el proceso de reordenamiento génico, se deberán juntar los segmentos de genes que formarán la estructura de las futuras cadenas ligeras y pesadas. Este acercamiento implica la formación de un bucle en la estructura espacial del DNA, de manera que se aproximan las partes por donde se producirá el corte (Figura: Eliminación).

 

 

Cambio de isotipo de las inmunoglobulinas.

 

Cuando los linfocitos B reconocen al antígeno y se activan, las células plasmáticas formadas producen IgM, dando lugar a la respuesta primaria. Si el estímulo persiste, otras células pueden comenzar a producir IgG, IgA e IgE. Esto quiere decir que las células B tienen la propiedad de ajustar el isotipo de las inmunoglobulinas que producen. Por tanto, en la respuesta a un mismo antígeno se van a generar anticuerpos que van a mantener su parte variable, pero van a ser diferentes en los segmentos constantes que van a ensamblar, dando lugar a varios isotipos.

Uno de los mecanismos que pueden intervenir en este fenómeno es el conocido como de splicing alternativo, así una las líneas celulares B, pueden cambiar de isotopo de Ig (Figura: splicing alternativo). Estos fenómenos pueden ser influenciados por ciertas citocinas, como es la IL-4.

 

 

Causas de diversidad de las Inmunoglobulinas

 

La diversidad de las inmunoglobulinas se debe a múltiples factores, entre ellos destacan.

 

1.    La variabilidad de las cadenas ligeras y pesadas existentes. Como se sabe esto  se debe  al alto número de segmentos V, D y J existentes, y a la multiplicidad de formas de combinación tanto en cadenas pesadas como ligeras. Así, si consideramos que para la cadena pesada de las inmunoglobulinas del ratón existen unos 300 genes VH, 12 genes DH y 4 genes JH, las posibilidades de combinación diferentes son como mínimo de (300x12x4) =1.4x104. A esto hay que añadir las provenientes de las cadenas ligeras que para una sola cadena puede ser del orden 1.2x103. Por otra parte, al necesitarse la unión de cadenas pesada y ligera, las posibilidades combinatorias son las resultantes de multiplicar los valores obtenidos del cálculo de variabilidad de cada una de las cadenas.

2.    Otro generador de diversidad es la imprecisión de las uniones de los segmentos V, D y J debido posiblemente a desequilibrios en la unión entre los intrones y exones correspondientes. 

3.     Además, la diversidad puede verse amplificada por la aparición de mutaciones puntuales en el gen responsable de una determinada cadena de inmunoglobulinas. La presencia de  hipermutaciones somáticas como vía de generación de diversidad se ha demostrado al encontrarse cadenas de Igs que, obtenidas del mismo tipo de mieloma, poseían secuencias de aminoácidos ligeramente diferentes a pesar de estar codificadas por un mismo gen. Hoy sabemos, además, que este tipo de  mutaciones somáticas son de gran importancia en el aumento de afinidad del anticuerpo al antígeno. Efectivamente sabemos que conforme se produce en el tiempo la respuesta de inmunoglobulinas, ésta no sólo incrementa el número de moléculas producidas, sino que igualmente lo hace de  la afinidad de las mismas con sus antígenos.

 

Exclusión alélica en la síntesis de Inmunoglobulinas

 

Cada célula productora de anticuerpos sólo expresa un tipo de cadena pesada y de cadena ligera. Este fenómeno se produce a pesar de que los genes que codifican estas cadenas se encuentran presentes tanto en el cromosoma de origen paterno como materno. Es decir, a pesar de que existan dos copias para cada una de las cadenas pesadas y ligeras, sólo una es expresada. De no ser así se generaría un serio problema en el individuo porque una misma célula podría producir anticuerpos con especificidades diferentes.

Este fenómeno se conoce como exclusión alélica y se debe a que una vez que se ha producido una unión productiva V/D/J, los procesos de recombinación son bruscamente detenidos en el otro cromosoma.

 

Fases finales de las síntesis de Inmunoglobulinas

 

El RNAm codificante de las cadenas de Igs abandonará el núcleo para alcanzar los ribosomas en donde se producirá la síntesis de los péptidos mediante el proceso de traducción (figura: secreción de Igs).

En el proceso de traducción en los  ribosomas se sintetizan los péptidos, que después se glicosilan y se ensamblan para la formación de la inmunoglobulina completa. 

Una vez que se ha producido el ensamblaje de la inmunoglobulina, éstas tienen dos opciones. Una es la de permanecer anclada en la membrana de las células B, convirtiéndose de esta forma en el receptor de estas células B para el antígeno. La otra es la de ser secretada al medio exterior celular con la función de interaccionar con los antígenos y conseguir su neutralización o en su caso su destrucción.

La única diferencia entre ambas es que las formas de Igs de membrana tienen además un péptido añadido que le vale para unirse a la membrana.

 

Anticuerpos monoclonales 

 

Cuando un antígeno induce la producción de anticuerpos se forman una gran variabilidad de éstos frente a cada uno de los diferentes epítopos del antígeno. Por ello decimos que estos anticuerpos son policlonales debido a que  son muchos y muy diversos clones linfocitarios los que se activan y diferencian (Figura: Producción AcMo).  Este fenómeno es de gran utilidad biológica ya que ofrecen una amplia barrera de protección del organismo.

Sin embargo, los antisueros así obtenidos, ofrecen serias dificultades para su uso en el laboratorio. Esto se debe a la gran heterogeneidad estructural y funcional que poseen. Este problema se ha solucionado desde que Georges Kholer y Cesar Milstein consiguieron la producción de anticuerpos monoespecíficos, conocidos como anticuerpos monoclonales (AcMo) (Figura: Cesar Milstein).

Con ello se  abrió un amplio campo en Biología y Medicina puesto que estos anticuerpos son de gran utilidad debido a la capacidad de reconocer a tan solo uno de los  epítopos de un antígeno. Veamos cómo se producen y después su utilidad.

 

Fundamentos de la producción de AcMo

 

El método seguido para la producción de estos anticuerpos consiste en la unión (fusión) de una célula B productora de anticuerpos, con una célula de gran capacidad de crecimiento (células tumoral de  mieloma). Con ello se forma un híbrido (hibridoma) que posee la información genética necesaria para la síntesis  del anticuerpo deseado, que le aporta la célula B, y una activa capacidad de síntesis proteica y de multiplicarse que le aporta las células del mieloma(Figura: Síntesis AcMo).

De esta manera, se pueden producir innumerables tipos de hibridomas de acuerdo con el tipo de anticuerpo que interese. Al ser cada uno de los anticuerpos así producidos homogéneos, ofrecen patrones de reacción de gran especificidad con los antígenos utilizados en la  inmunización. 

De esta manera se pudieron desarrollar cultivos continuos de hibridomas que segregaban un anticuerpo monoclonal de especificidad predefinida. Una vez seleccionado el clon de hibridoma adecuado, éste puede conservarse largo tiempo congelado. En cualquier momento el clon puede hacerse crecer  para la producción de anticuerpos por inyección a ratones o siembra en cultivo. Cuando el clon se inyecta se hace intraperitonealmente con lo que genera una  ascitis extraordinariamente rica en anticuerpos, que son fácilmente purificables. Cuando el clon se ha cultivado in vitro el anticuerpo se recolecta a partir del sobrenadante del cultivo.

 

Tecnología de la obtención de AcMo

 

Generalmente se comienza por inmunizar a ratones con el antígeno frente  al cual se desea obtener el anticuerpo. Comprobada la presencia de anticuerpos se procede al aislamiento de las células B productoras de los mismos del bazo de los animales, en condiciones de esterilidad.

La fusión celular entre el bazo del ratón inmunizado y la línea mielomatosa  se realiza en presencia de polietilénglicol (PEG), que es un detergente capaz de disolver parte de las membranas celulares permitiendo así la formación de células que contienen dos núcleos. Posteriormente se procede a la selección de los híbridos.

Terminado este proceso se estudian los sobrenadantes de los híbridos para determinar si producen anticuerpos. Los hibridomas productores de anticuerpos se expanden y si siguen siendo positivos se clonan cuando se estabiliza el cultivo. La clonación tiene como objetivo aislar el hibridoma productor del anticuerpo deseado.  Después y dado que los hibridomas productores de anticuerpos se encuentran mezclados se procede a su aislamiento, para lo cual se diluyen y dispensan en tubos distintos en donde se calcula hay, al menos  un solo hibridoma por pocillo. Después los hibridomas seccionados se expanden para la producción de AcMo. 

 

 

Utilidad de los anticuerpos monoclonales

 

 

Los AcMo, son de gran utilidad en múltiples circunstancias.  A continuación se relacionan algunas de ellas.

• En la caracterización y cuantificación de sustancias de interés biológico que se encuentran en cantidades muy pequeñas, tales como hormonas, enzimas, interferones, etc. (Tabla: Utilidad de los AcMo).

• En la identificación de antígenos presentes en las membranas celulares, como son  las moléculas CD3, CD4, CD8 y otras muchas. Esto ha permitido no solamente la cuantificación de subpoblaciones celulares, sino también su fraccionamiento y aislamiento.

• En trasplantes de órganos y enfermedades autoinmunes en donde los AcMo dirigidos contra los linfocitos T se utilizan frecuentemente  en casos de amenaza de rechazo agudo.

• En oncología para la localización de células tumorales  y/o su destrucción. Para ello los anticuerpos monoclonales específicos frente a antígenos tumorales tales como el antígeno carcinoembrionario pueden ser marcados con sustancias radioactivas, como por ejemplo In111 o Tc99. De esta manera es posible localizar su situación en el organismo mediante una gamma cámara especial cuando son  administrados a individuos afectados por tumores. También los AcMo pueden ser utilizados en la destrucción de células tumorales en oncología, para lo cual los anticuerpos son marcados con drogas citostáticas y citotóxicas antes de su administración.

 

 

AcMo quiméricos humanizados

 

Al ser los AcMo  en su mayoría de origen murino, cuando administran a individuos, éstos  pueden producir anticuerpos frente a los mismos, lo que hace  que disminuya su eficacia o incluso aparezcan problemas de tipo alérgico cuando se usan de manera reiterada.

Sin embargo, sería deseable que, para su aplicación terapéutica, los anticuerpos procedieran de linfocitos humanos y no de ratón o rata. Contrariamente a lo que se esperaba en un comienzo, la utilización de linfocitos humanos ha resultado difícil, en tanto que los intentos de inmortalizar hibridomas humanos mediante su fusión con células de mielomas de ratón o rata, han sido, hasta la fecha, decepcionantes.

El problema reside en que, cuando se fusionan células humanas con células animales, hay una rápida pérdida preferencial de los cromosomas humanos en las células híbridas resultantes. En la actualidad se comienza a producir AcMo humanos empleando linfocitos B a los que se transforma en tumorales mediante su infección con el virus de Epstein Barr, obteniéndose así linfocitos B productores de AcMo que pueden ser clonados y, por consiguiente, anticuerpos monoclonales homogéneos en su composición y especificidad (Figura: Hibridoma).

 Para evitar este problema se están ya obteniendo mediante técnicas de ingeniería genética anticuerpos humanizados de tipo quimérico. Estos anticuerpos se preparan mediante la creación de una molécula híbrida en la que se mantienen las partes del anticuerpo monoclonal de ratón que le confieren la especificidad (regiones V, D y J), y sustituir la región constante del anticuerpo de ratón por una región igualmente constante del mismo isotipo pero de procedencia humana.

De acuerdo con esto, es posible eliminar de un anticuerpo de ratón (al menos parcialmente) sus regiones más inmunógenas, de manera que no sea reconocido como extraño por el organismo de la persona a la que se inyecta(Figura: AcMo quiméricos). Un paso más adelante en la humanización de los anticuerpos monoclonales producidos en ratón ha sido dado mediante la realización de los llamados anticuerpos hiperquiméricos.

 

 

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