La risposta immunitaria può consistere di una, due o tre fasi a seconda della gravità dell’infezione

2

L’immunità innata fornisce segnali che agiscono di concerto con l’Ag per attivare i linfociti

3

Segnale 1 = non selfSegnale 2 = pericolo

4

5

Anticorpi

Anticorpi = Ac = Immunoglobuline = Ig

La loro struttura

Le classi o isotipi

Le funzioni dei diversi isotipi

L’interazione tra anticorpo e antigene

7

Gli anticorpi prodotti dalla plasmacellula hanno la stessa specificità antigenica di quelli espressi sulla membrana della

cellula B

BCR: B cell receptor

Repertorio anticorpale = insieme complessivo anticorpi con differenti specificità

8

Anticorpi = Immunoglobuline - Une famiglia di proteine

Nella maggior parte dei mammiferi superiori: 5 classi distinte (o isotipi) di immunoglobuline (Ig): IgM, IgD, IgG, IgE, IgA

Differiscono fra di loro per - dimensioni- carica elettrica- composizione aminoacidica- contenuto carboidrati

9

globuline

Ig = frazione delle gammaglobuline che conferisce immunità

Valori normali proteine totali circolanti: 6,4 - 8,2 g/dl

Protidogramma: elettroforesi sieroproteica

10

010203040506070

0 20 40 60 80migrazione elettroforetica

asso

rban

zadopo immunizzazione

prima dell'immunizzazione

albumina

a b

g

Valori normali

(%)

Albumina 55-68

Alpha 1 2-4.5

Alpha 2 6-12

Beta 7-14

Gamma 9-20

I pazienti con mancanza di anticorpi hanno agammaglobulinemia

•Diminuzione: varie malattie genetiche del sistema immunitario, immunodeficienza secondaria

•Aumento:• Policlonale: malattie infiammatorie croniche, infezioni acute e croniche, malattie

autoimmuni (artrite reumatoide, lupus eritematoso sistemico),• Monoclonale: alcuni tumori, mieloma multiplo, linfoma, macroglobulinemia di

Waldenström

11

Le immunoglobuline sono molecole bifunzionali:Duplice compito

1. Legame con l’antigene: legareun’ ampia gamma di antigeni

2. Reclutare molecole/celluleeffettrici

Funzioni effettrici : capacità dilegarsi ai tessuti dell’ospite, allevarie cellule immunocompetenti,alle cellule fagocitarie, alcomplemento

12

Anticorpi (Ig)

La loro struttura: catene pesanti e leggere

Le classi o isotipi

Le funzioni dei diversi isotipi

L’interazione tra anticorpo e antigene

13

2

Anticorpi = 4 catene:

2 pesanti (H) e 2 leggere (L) legate tra di loro da ponti disolfuro

IgG

14

3

Fab = Frammento legante

l’antigene (Ag)

Fc = Frammento cristallizzabile

Premio Nobel 1972 assegnato a Gerald M. Edelman e Rodney R. Porter “per le loro scoperte sulla struttura chimica degli anticorpi"

15

Ogni catena = 1 regione variabile (V) + 1 regione costante (C)

� Catene H e L divise in regioni secondo sequenza� Regione Variabile (V)� Regione Costante (C)

� Regioni V delle catene H e L responsabili del legame ai determinanti antigenici. L'epitopo è la regione specifica dell'antigene (Ag) riconosciuta dall’anticorpo (Ac).

� Ogni molecola di Ac ha 2 siti di legame all'Ag (siti combinatori o paratopi)

� Regioni C delle catene H coinvolte nel reclutamento delle cellule/molecole effettrici

Struttura flessibile

16

4Microscopia elettronica(X 300.000)

Gli anticorpi sono molecole flessibili, soprattutto nella regione cerniera

Antigene = 2 molecole di aptene unite (piccole

molecole in grado di legare l’anticorpo ma non di

stimolare da solo la risposta immunitaria)

17

Struttura di base degli anticorpi

Catena pesante Catena leggera

Regione cerniera

Regione variabile = V

Regione costante = C

VL = regione variabile catena leggera

CL = regione costante catena leggera

VH = regione variabile catena pesante

CH = regione costante catena pesante

Organizzazione a domini Immunoglobulinici (Ig)

18

COO-

cisteina cisteina cisteina cisteina

NH3+ Catena leggera

STRUTTURA PRIMARIA DEGLI ANTICORPI

regione variabile (VL) regione costante (CL)

STRUTTURA SECONDARIA DEGLI ANTICORPI

filamenti b antiparalleli

Ogni dominio ~ 110 amino acidi

19

COO-

Domini Ig

cisteina cisteina cisteina cisteina

NH3+

NH3+ COO-

Catena leggera

STRUTTURA TERZIARIA DEGLI ANTICORPI

filamenti b antiparalleli formano 2 foglietti b

20

5

I diversi domini hanno strutture

simili

Proteine che appartengono alla

superfamiglia delle Ig hanno lo stesso tipo di

ripiegamento “immunoglobulinico”

STRUTTURA TERZIARIA DEGLI

ANTICORPI

21

1

3 regioni globulari a forma di Y

Cristallografia a raggi X

1

Organizzazione a domini

STRUTTURA QUATERNARIA DEGLI ANTICORPI

22

Monomero delle Ig

Sito combinatorio

= paratopoRegione variabile

VH

VL

Regione costante

CL

CH1

STRUTTURA QUATERNARIA DEGLI ANTICORPI

Glicosilazione

23

6

Le 3 regioni ipervariabili delle due catene determinano la specificità nei confronti di un Ag sono dette anche regioni che determinano la complementarità (CDR)

Nei domini V esistono regioni di ipervariabilità

FR = framework= cornice

HV = HyperVariable = CDR = ComplementarityDeterminingRegion

24

Le regioni ipervariabili (CDR) sono collocate in anse che fuoriescono dalla struttura ripiegata

25

7

Le regioni ipervariabili (CDR) sono collocate in anse che fuoriescono dalla struttura

ripiegata

26

Il sito di legame = paratopo

I CDR sono collocati in anse che fuoriescono dalla struttura ripiegata e sono le regioni principalmente coinvolti nel legame all'antigene

27

Anticorpi (Ig)

La loro struttura: catene pesanti e leggere

Le classi o isotipi

Le funzioni dei diversi isotipi

L’interazione tra anticorpo e antigene

28

ISOTIPI

Determinanti isotipici

Nell’uomo tra le catene pesanti sono state identificate 5 classi o isotipidi Ig, IgM (µ), IgG (g), IgA (a), IgD (d), IgE (e); per le catene leggere 2 tipi,detti k, l.

2 tipi di catene leggere: k e l

5 tipi di catene pesanti: µ, d, g, a, e= classi immunoglobuline= isotipo= IgM, IgD, IgG, IgA, IgE

29

5 diversi classi (isotipi) attivano differenti funzioni effettrici

Catena L (25 Kd) = 1 dominio V e 1 dominio CCatena H (55-70 Kd) = 1 dominio V, e 3 o 4 domini C

Isotipo catena H = classe Ac = g, µ, d, a, e Isotipo catena L = k e l

~150Kda no regione cerniera

30

5 classi (isotipi) attivano differenti funzioni effettrici

IgM nel siero = pentamero = 5 monomeri +

catena J

IgA nelle secrezioni mucose = dimero +

catena J + componente secretorio

31

ALLOTIPI

Determinanti allotipici

Nell’uomo si conoscono gli allotipi della catena pesante g(GM), a (AM), e (EM) e della catena leggera k (KM).

Polimorfismi allelici, variazione genetica nell’ambito della stessa specie

32

IDIOTIPI

Deteminanti idiotipici

Variazione a livello del sito di legame dell’anticorpo in particolare nelle regioni ipervariabili

33

Anticorpi (Ig)

La loro struttura: catene pesanti e leggere

Le classi o isotipi

Le funzioni dei diversi isotipi

L’interazione tra anticorpo e antigene

35

9

Insieme dei legami = energia > singolo legame covalente

Gli anticorpi formano molteplici legami reversibili non covalenti con l’antigene

Ab + Ag ⬌ Ab-Ag

36

8

Gli epitopi si possono legare in tasche, solchi, nicchie oppure su superfici del sito combinatorio

37

Legame dell’Anticorpo (Ac) con un epitopo

(Antigene = Ag) lineare o conformazionale

- Affinità= forza della singolo legame fra anticorpo (Ac) e antigene(Ag)- Avidità = somma totale della forza di legame fra Ac e Ag

10

Monovalente

Bivalente

Polivalente

Valenza interazione

Avidità interazione

Bassa

Alta

Moltoalta

10

- Affinità= forza della singolo legame fra anticorpo (Ac) e antigene(Ag)- Avidità = somma totale della forza di legame fra Ac e Ag

Risposta umorale tipica: Kd < 10-7 , up to 10-11 M, 10-12 M

Affinità anticorpo espressa da Kd = costante di dissociazione

Minore è la Kd, maggiore è l’affinità

- Affinità= forza della singolo legame fra anticorpo (Ac) e antigene(Ag)- Avidità = somma totale della forza di legame fra Ac e Ag

Ac cross-reattività

Affinità per Ag2 è maggiore

Risposta umorale tipica: Kd < 10-7 , up to 10-11 M, 10-12 M

Le concentrazioni relative di Ag e Ac regolano le dimensioni e le proprietà biologiche degli

immunocomplessi.

42

43

Anticorpi (Ig)

La loro struttura: catene pesanti e leggere

Le classi o isotipi

Le funzioni dei diversi isotipi

L’interazione tra anticorpo e antigene

44

Immunità umorale = immunità mediata dagli anticorpiMidollo osseo Organi secondari

Modificazioni nella struttura anticorpale durante la risposta umorale

mIgM

sIgM

51

Immunità umorale = immunità mediata dagli anticorpi

� Adulto di corporatura media produce ogni giorno ~ 2g-3g dianticorpi.

� 60-70% sono IgA, presenti a livello delle mucose.

� Gli anticorpi che entrano in circolo hanno una emivita breve.

� IgG sono principalmente nel siero e hanno una emivita di circa 3 settimane.

Midollo osseo Organi secondari

Immune responsekinetics

54

ADCC

Immunità umorale = immunità mediata dagli anticorpi

1

2

3

4

55

Neutralizzazione dei virus

1. NeutralizzazioneNeutralizzazione dei batteri

Ac neutralizzanti IgG e IgA : vaccino contro virus poliomielite e virus epatite A o B

1. Neutralizing Abs limit pathogen spreading

IgG and IgA can neutralize

1. Gli anticorpi possono neutralizzare le tossine batteriche

Ac neutralizzanti IgG: vaccino contro tossoide

tetano e difterite

58

2. Opsonizzazione e fagocitosi

IgG fungono da opsonine

Ac IgG e IgM : vaccino per Haemophilus influenzae, Neisseria meningitidis

3. Citotossicità cellulare anticorpo dipendente (ADCC)

Antibody-mediated clearance of helminths: IgE

IgG1 and IgG3

3. Many innate cells are capable of ADCC

61

4. Attivazione complemento

Immunoglobulina M (IgM)

agglutinante (es. le isoemoagglutinine:anticorpi diretti contro componenti delgruppo sanguino);capace di attivare il complemento attraversola via classica;molto efficiente come prima linea di difesanei confronti di infezioni batteriche, mentre èpoco efficiente nel neutralizzare le tossine e ivirus.

nel siero = molecola pentamerica, di 900 KDa,tenuta insieme da ponti disolfuro e dallacatena J; circa il 10% delle Ig totali;Ha 4 domini CH ;

prima immunoglobulina prodotta durante unarisposta immunitaria primaria; elevati livelli diIgM indicano un recente esposizione ad unantigene;

L’IgM (monomerica) si trova sullamembrana dei linfociti B maturi insiemeall’IgD e costituiscono il recettore per l’Ag;

prima immunoglobulina prodotta dal feto;elevati livelli di IgM alla nascita sono indicedi un’infezione intrauterina;

(X 900000)

63

Immunoglobulina G (IgG)

monomero di 150 KDa, con distribuzioneintravascolare ed extravascolare.

Ig più numerose: 70-75% delle Ig nel siero. Vi sono 4sottoclassi;

64

Le quattro sottoclassi di IgG

66% 23% 7% 4%

65

Immunoglobulina G (IgG)

monomero di 150KDa, con distribuzioneintravascolare ed extravascolare.

Ig più numerose:70-75% delle Ig nel siero. Vi sono 4sottoclassi;

anticorpo agglutinante;anticorpo opsonizzante

Attiva il complemento attraverso la via classica(eccetto IgG4) ;

Neutralizza efficacemente sia i virus che le tossinebatteriche;

Media la reazione di citotossicità cellulare anticorpo-dipendente (ADCC) da cellule NK e macrofagi.

E’ l’unico anticorpo che passa attraverso la placenta (poco IgG4) e quindi è importante perché conferisce l’immunità al feto e al neonato;

66

Recettori per regioni Fc diversi = diverse funzioni

67

Passaggio attraverso la placenta tramite recettore FcRn

FcRn= recettore neonatale per Fc, omologo molecola

MHC classe I

Adulti: FcRn nelle cellule endoteliali, nei macrofagiFunzione = mantenere i livelli IgG nel plasma

Transcitosi

68

Adulti: FcRn presente nelle cellule endoteliali, nei macrofagi

FcRn contribuisce a prolungare l’emivita delle IgG

micropinocitosi

Passaggio negli spazi extracellulari

69

Immunoglobulina E (IgE)

monomero di 200 KDa, con 4 domini CH;

È presente nel siero in bassissimeconcentrazioni (0,00003 mg/ml), perché lamaggioranza delle IgE si trova legata sullasuperficie dei basofili e delle mast-celluletramite il recettore per il frammento Fc.

È attivo nella difesa contro alcuni parassiti(vermi); infatti, elevate concentrazioni di IgE nel siero sono presenti in corso d’infezioni da parassiti;

70

33

Larva di Schistosoma opsonizzata dagli IgE di un paziente infettato e

attaccata da eosinofili

Eosinofili uccidono cellule bersaglio opsonizzate da IgE

71

Mastociti e basofili attivati rilasciano mediatori dell’infiammazione

72

Immunoglobulina A (IgA)

nel siero sono monomeriche (circa 15-20%) conun peso di 160 KDa

presenti soprattutto a livello delle secrezioni (saliva,lacrime, latte materno, muco); come dimeri, tenutiinsieme dalla catena J, con un peso di 400 KDa;

prodotte dalle plasmacellule presenti nel MALT,insieme alla catena J;Le IgA sono necessarie nella difesa delleinfezioni a livello della mucosa respiratoriaed intestinale;

Hanno un efficiente attività antivirale, in quantoprevengono il legame dei virus alle celluleepiteliali (neutralizzazione)

(X 900000)

73

Le IgA dimeriche per passare attraverso le cellule epitelialisi legano ad una glicoproteina prodotta ed espressa sullamembrana di tali cellule e che funge da recettore (recettorepoli-Ig).

Componente o frammento secretorio

Catena J

Immunoglobulina A (IgA)

74

Transcitosi: trasporto delle IgA attraverso la barriera epiteliale

Taglio proteolitico di poli-Ig

componente secretorio

Componente secretorio:

• Legame al muco

• Protezione controproteasi dell’intestino

75

IgA1 e IgA2

Nonostante livelli significativi di IgA nel siero umano, è la forma secretoria è la più importante in senso funzionale

Nel siero la sottoclasse predominante è IgA1 (circa 90% delle IgA complessive)

Nelle secrezioni nasali, le lacrime, la saliva e il latte le IgA1 sono circa il 70-95% del totale

Nel colon predominano le IgA2 (circa il 60% delle IgA complessive)

76

Immunoglobulina D (IgD)

Nel siero è presente in quantità piccola (<1%di tutte le Ig plasmatiche), maggiormentesuscettibile alla degradazione.

monomero di 180KDa, presente quasiesclusivamente sulla superficie dei linfociti Bmaturi vergini (naïve), dove costituisceinsieme alle IgM il recettore per l’Ag;

Cellula B matura vergine

77

1.4 - 4

0.5 - 2

8 - 16

Tot: 18.59.9 - 22

Ab effector functions

81

30

Recettori per regioni Fc diversi = diverse funzioni

DC

Feedback anticorpale: regolazione dell’attivazione dei linfociti B da parte di FcgRIIB

82

§ FcgRIIB KOmice:incontrollataproduzione di Ac

§ Nell’uomo,polimorfismi diFcgRIIB =aumentataincidenza diLupusEritematosoSistemico (LES)

Meccanismo fisiologico di controllo delle risposte umorali

FcgRIIB(CD32)

19

Totale = 1713.5