Corso di Immunologia

A.A. 2009-10

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Il Sistema del Complemento

IL COMPLEMENTO: BackgroundIl plasma dei vertebrati contiene diverse proteine che,

attivandosi sequenzialmente, svolgono una determinata

funzione (sistemi di attivazione). Particolarmente

importanti per lo sviluppo e controllo di una risposta

infiammatoria sono il sistema della coagulazione (in cui

una serie di proteine plasmatiche si attivano con

conseguente formazione del coagulo che blocca il flusso

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ematico in tessuti danneggiati), il sistema fibrinolitico (che

scioglie il coagulo che non e' più necessario e che

potrebbe danneggiare la circolazione sanguigna per la

formazione di piccoli trombi), il sistema delle bradichinine

(che aumenta la permeabilità vasale agendo sulla

muscolatura liscia dei piccoli vasi), ed il sistema

complementare (per la distruzione di microrganismi in

collaborazione diretta o indiretta con gli anticorpi). .

Proprietà sistemi di attivazione

Tutti questi sistemi hanno in comune tre proprietà:

• sequenzialità di attivazione dei vari componenti,

• inattivazione a causa di inibitori,

• amplificazione da parte di un singolo componente

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di numerosi componenti sequenziali dello stesso e

di altri sistemi.

Storia (1)

Alla fine del 1800 Nuttal aveva capito che era presente

qualcosa di litico nel siero degli animali o delle

persone immunizzate contro qualche agente

patogeno. Si è però dovuto aspettare un po’ di tempo

per capire che nel siero c’era un’attività termolabile, in

grado di lisare i batteri, quando gli animali erano

sensibilizzati contro quei batteri. Termolabile significa

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sensibilizzati contro quei batteri. Termolabile significa

che, prendendo il siero, e scaldandolo, ad esempio,

per mezz’ora a 56°C, veniva persa la capacità di

uccidere i batteri. Ciò significa che nel siero è

presente una componente termolabile, unitamente ad

una componente termostabile (ovvero gli anticorpi)

Storia (2)

L’esperimento era più o meno fatto in questo modo:

venivano presi dei batteri, e del siero iperimmune

(ovvero da un animale immunizzato più volte) verso i

batteri, tale siero uccideva i batteri. Tale siero perdeva

la sua attività litica con un riscaldamento a 56°C per

mezz’ora. Un altro siero proveniente da un animale

non immunizzato non uccide ovviamente i batteri, ma

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non immunizzato non uccide ovviamente i batteri, ma

è capace di "complementare" l’attività litica del siero

scaldato.

Storia (3)

Questo dimostrava come nel siero fossero presenti due

componenti:

- termolabile, aspecifica

- termostabile, specifica

Quella termolabile è data appunto dalle proteine del

complemento, quella termostabile è data invece dagli

anticorpi.

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anticorpi.

Il complemento

Il termine Complemento deriva dal concetto classico di

"fattore complementare all'azione degli anticorpi". Il

Complemento e' composto da una serie di molecole

che si attivano a cascata. Alcuni dei componenti

complementari (C4, C2 e fattore B) sono codificati

all'interno del MHC (antigeni di classe III). I componenti

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all'interno del MHC (antigeni di classe III). I componenti

complementari hanno alcune caratteristiche in comune:

• interagiscono a livello delle membrane cellulari;

• posseggono attivita' localizzata nella zona di innesco;

• hanno una emivita nell'ordine dei millisecondi;

• sono regolati da inibitori.

Nomenclatura

I componenti della via classica sono designati con una C seguita

da un numero (p. es. C1, C3). A causa dell'ordine con il

quale sono stati via via identificati, i primi quattro

componenti sono numerati come C1, C4, C2 e C3.

I componenti della via alternativa sono designati con una lettera

(p. es. B, P, D). Alcuni componenti vengono denominati

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fattori (p. es. fattore B, fattore D).

I frammenti di clivaggio sono designati con una lettera minuscola

dopo il nome del componente da cui derivano (p. es. C3a e

C3b sono frammenti del C3). Il C3b inattivo è designato

come iC3b.

I recettori della membrana cellulare per il Complemento sono

abbreviati come CR1, CR2, CR3 e CR4.

Le vie del complemento

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La via classica (1)

La Via Classica (specifica) di attivazione del complemento

richiede l'intervento del complesso immune (Ag + 2 IgG

o 1 IgM) o complessi formati da Ig aggregate o

denaturate. Il meccanismo iniziale di attivazione

consiste nell'aggregazione di più molecole Ig che

quindi presentano più punti recettoriali per i filamenti di

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quindi presentano più punti recettoriali per i filamenti di

C1q con conseguente modificazione conformazionale

e attivazione di tale proteina. L'alto contenuto di

aminoacidi "collageno-simili" (glicina-prolina) di C1q

facilita la formazione di un complesso con le altre due

molecole C1r e C1s.

La via classica (2)

A parte C1q, tutte le proteine complementari svolgono attività

enzimatica: nella forma inattiva (proenzima) il sito

dell'enzima che si deve legare al substrato é nascosto

all'interno della molecola, ma viene esposta in seguito al

taglio della catena peptidica determinato dal fattore

precedente. Il C1s attivato taglia un piccolo frammento di

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C4 (C4a) mentre il rimanente C4b rimane attaccato alla

membrana (tramite ponte tioestere, C4A:proteine,

C4B:carboidrati). In assenza di Ig o di membrane C4b si

inattiva con l’H2O (mC4b).Contemporaneamente il C1s

agisce su C2 tagliandolo in C2b e C2a che si attacca al

C4b formando il complesso C4b2a (C3 convertasi della

via classica).

La via classica (3)

Questo complesso attiva la molecola C3 (la più importante

e rappresentativa del Complemento, legata da C4b e

clivata da C2a) che quindi forma il complesso

C4b2a3b che rappresenta la C5 convertasi della via

classica (tagliando il C5 in C5a e C5b). In assenza di

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classica (tagliando il C5 in C5a e C5b). In assenza di

Ig o di membrane C4b si inattiva con l’H2O (mC3b).

La via classica

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La via alternativa (1)

La Via Alternativa (aspecifica) dipende dall'azione diretta di

molecole microbiche (LPS, polisaccaridi) con azione diretta

sul C3 mediante attivazione sequenziale dei Fattori D, B e

P. Il Fattore B lega il C3b basale e viene scisso dal Fattore

D in Ba e Bb, formando il complesso C3bBb (C3 convertasi

della via alternativa). Il Fattore P (properdina) ha consentito

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della via alternativa). Il Fattore P (properdina) ha consentito

di scoprire la via alternativa ma non svolge un ruolo

importante, essendo la sua funzione di stabilizzare il

complesso C3bBb sulla membrana.

La via alternativa (2)

In particolare, C3 può attivarsi spontaneamente a bassi livelli

(per idrolisi del tioestere con H2O) formando C3i. Questo

lega il fattore B formando una C3 convertasi iniziale (in fase

liquida) della via alternativa (C3iBb) stabilizato dal fattore P.

Il complesso C3iBb cliva il C3 formando mC3b, il quale in

soluzione si inattiva con H2O ma in presenza di membrane

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soluzione si inattiva con H2O ma in presenza di membrane

si lega alle proteine di membrana e lega a sua volta il fattore

B dando origine al complesso C3bBb (C3 convertasi della

via alternativa).

In seguito, il complesso C3bBb cliva il C3 e lega un nuovo

frammento di C3b, dando origine al complesso C3bBb3b

(C5 convertasi della via alternativa)

La via delle lectine

La via della lectina legante il mannano (MBL) dipende

per la sua attivazione dal riconoscimento innato di

sostanze estranee (cioè, carboidrati). Questa via

presenta analogie strutturali e funzionali con la via

classica. La MBL è simile al C1q e la MASP-1 e la

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classica. La MBL è simile al C1q e la MASP-1 e la

MASP-2 sembrano essere simili rispettivamente al

C1r e al C1s della via classica. Pertanto, la MASP-

2 potrebbe clivare il C4 e portare alla formazione di

una C3 convertasi derivata dalla via della MBL.

Le tre vie

1.1.1.1. LaLaLaLa ViaViaViaVia ClassicaClassicaClassicaClassica: Prende origine dal complesso antigene-

anticorpo.

2.2.2.2. LaLaLaLa ViaViaViaVia AlternativaAlternativaAlternativaAlternativa: Innescata da molecole presenti sulla

superficie di agenti patogeni.

3.3.3.3. LaLaLaLa ViaViaViaVia delladelladelladella MBLMBLMBLMBL: Ovvero: MANNAN BINDING LECTINE,

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3.3.3.3. LaLaLaLa ViaViaViaVia delladelladelladella MBLMBLMBLMBL: Ovvero: MANNAN BINDING LECTINE,

ovvero lectine che legano il mannosio. Tali lectine, che

sono normali costituenti del siero, sono capaci di legare

in maniera specifica il mannosio, presente in alcuni

batteri capsulati.

Convergenza delle tre vie: C5b e MAC

Le vie di attivazione del complemento portano alla formazione di

quello che viene definito “Complesso di Attacco alla

Membrana": MAC.

La fase litica del complemento inizia con la produzione del

fattore C5b da parte delle C5 convertasi e la formazione del

complesso C5bC6C7 che si lega alla membrana e fissa una

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complesso C5bC6C7 che si lega alla membrana e fissa una

molecola di C8 e sei molecole di C9. Il complesso

C5bC6C7C8C9 forma un cilindro con zone in grado di

legare ed inserirsi nel doppio strato lipidico causando dei

fori di circa 10 nm di diametro che permettono il passaggio

di acqua e sali con conseguente lisi osmotica della cellula o

del batterio.

Convergenza delle tre vie: C5b

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Convergenza delle tre vie: MAC

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Attività biologiche del complemento (1)

Innanzitutto, la capacità di provocare la lisi delle cellule

bersaglio.

Ovviamente non si tratta solo di cellule batteriche, ma il

complemento interviene soprattutto nei meccanismi di

citotossicità anticorpo-mediata (ADCC): ad esempio,

nella glomerulo-nefrite, nelle cardiopatie post-

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nella glomerulo-nefrite, nelle cardiopatie post-

streptococciche, o nella miastenia grave. In tutti

questi casi si ha l’attivazione del complemento, e il

problema è dato dal fatto che in questo caso l’anticorpo

reagisce contro componenti proprie dell’organismo, e si

parlerà, come vedremo, di auto-immunità. Nella

emoglobinuria parossistica notturna l’emolisi è

dovuta ad assenza di DAF.

Attività biologiche del complemento (2)

Alcune componenti del complemento, poi, sono in grado di

indurre attivazione di alcune cellule come neutrofili, o

fagociti mononucleati.

Altre componenti del complemento sono in grado di

opsonizzare o gli immuno-complessi o i batteri e

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indurre la rimozione o la fagocitosi, rispettivamente.

Quindi, possiamo riassumere le tre attività espresse

finora, che sono:

1. Lisi

2. Attivazione

3. Opsonizzazione

Attività biologica dei fattori complementari

Le attivita' biologiche dei vari fattori complementari

possono essere cosi' riassunte:

- aumento della permeabilita' vasale (C2b, C4b)

- opsonizzazione (C3b, C4b)

- neutralizzazione virale (C4b)

- chemiotassi (C5a, C5b,6,7)

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- chemiotassi (C5a, C5b,6,7)

- attivita' anafilotossinica (C3a, C4a, C5a)

- liberazione enzimi lisosomiali (C5,6,7)

- attivita' litica (C8 e C9)

Va ricordato che sia linfociti B, i macrofagi ed i neutrofili

hanno recettori per alcuni componenti complementari. I

più conosciuti sono quelli che legano il C3.

Molecole inibitorie del complemento

Esistono alcune molecole inibitorie del Complemento:

• C1r-INH e C1s-INH agiscono al livello del C1 (esche);

• C4bp (C4 binding protein) si lega al C4b;

• C3b-INA (o fattore I) blocca il legame del fattore B al C3b;

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• il fattore H inibisce la C3 convertasi;

• Il DAF (membrana) accelera il processo degradativo delle

C3/C5 convertasi;

• CD59 (membrana) previene l’inserimento e la

polimerizzazione di C9

• fattore S si lega al complesso C5b-9 bloccando l'attivita'

litica.

Recettori per il complemento (CR)CR1: lega il C3b e C4b, rappresenta un sistema di "clearance" dei

complessi immuni ed é presente con alta densità sui

monociti, neutrofili, eosinofili e linfociti B e con bassa densità

sui linfociti T, macrofagi tissutali ed eritrociti. Il ruolo

fisiologico di tale recettore può essere così suddiviso:

1. come recettore ad attività opsonizzante favorisce

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l'endocitosi;

2. la presenza sugli eritrociti o piastrine può favorire il trasporto

dei complessi immuni o dei batteri dal circolo alle sedi delle

cellule fisse mononucleari fagocitiche (milza);

3. sui linfociti B, può servire insieme al CR2 per l'attivazione

linfocitaria.

Recettori per il complemento (2)

CR2 conosciuto anche come CD21, é il recettore per

il virus di Epstein Barr, lega il iC3b ed é distribuito

sui linfociti B e sulle cellule dendritiche follicolari.

Per quanto il suo ruolo non sia ben caratterizzato,

sembra essere importante per l'attivazione e

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sembra essere importante per l'attivazione e

sintesi delle Ig dei linfociti B.

Recettori per il complemento (3)

CR3 (CD11b/CD18) lega il C3b ed é presente sui

neutrofili, eosinofili, monociti, linfociti T citotossici e

cellule NK. Il CR3 interviene nella fagocitosi,

mediando l'adesione delle particelle rivestite di C3b

destinate a essere fagocitate.

CR4 lega il C3b, è distribuito sulle cellule della linea

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CR4 lega il C3b, è distribuito sulle cellule della linea

mieloide e linfoide con la massima espressione sui

monociti tissutali dove può funzionare da recettore per

le particelle opsonizzate con C3b (fagocitosi).

Recettori per il complemento (4)

C5a-R e C3a/C4a-R presenti sui mastociti, sui

neutrofili e monociti giocano un ruolo importante

nelle risposte infiammatorie e nel danno tissutale ad

esse legato.

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Controllo genico del complementoC'e' almeno un locus per ogni componente

complementare. I loci complementari sono suddivisi in

almeno quattro gruppi di cui il più interessante è quello

inserito nel MHC come molecole di classe III (fattore B,

C2 e C4).

Le singole catene di molti componenti polipeptidici (C3,

C4, C5) sono codificati dal medesimo locus, trascritti in

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C4, C5) sono codificati dal medesimo locus, trascritti in

un singolo mRNA e tradotti in una singola catena che

viene successivamente scissa in due o tre catene.

Delezione o inattivazione di un particolare gene

complementare puo' causare la non produzione di un

fattore complementare con conseguente

immunodeficienza.