Antigénios antigenicidade e imunogenicidade

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1 Faculdade de Medicina da Universidade do Porto Aula desgravada de Imunologia nº 12 2 de Novembro de 2006 Antigénios antigenicidade e imunogenicidade Aula leccionada pela Prof. Doutora Cristina Guimarães Vamos falar sobre antigénios. Até aqui já ouvimos falar da maturação dos linfócitos B e T e do receptor para o antigénio da superfície dos linfócitos B e T (a imunoglobulina de membrana como um receptor para o antigénio dos linfócitos B e o TCR como um receptor para o antigénio na superfície dos linfócitos T). É no Timo que ocorre a maturação dos linfócitos B e T e uma das propriedades da célula madura é a tolerância para os antigénios do próprio (proteína do próprio, com constituintes celulares do próprio e que os linfócitos B e T aprendem a tolerar, a reconhecer como self). O antigénio que vamos falar hoje é o antigénio que vai ser alvo da resposta imunológica que vamos ter que eliminar no decorrer de uma resposta imunológica para que o estado de saúde de homeostasia do indivíduo regresse. Antigénio A primeira característica que a substância tem que ter é não fazer parte do próprio (porque para isso nós temos tolerância) e, portanto, ser estranho ao organismo, sendo reconhecido como tal. Assim, o antigénio é uma substância que é reconhecida como não própria, por uma imunoglobulina, anticorpo ou TCR, e que vai desencadear uma resposta imunológica (uma resposta imune inata e posteriormente uma resposta adaptativa, do tipo celular ou do tipo humoral). Desta capacidade que a substância estranha tem de desencadear esta resposta imune, decorre uma outra propriedade que é a de ser um imunogénio. Imunogénio É uma substância capaz de desencadear uma resposta imune (específica) de tipo humoral ou celular e tem também a capacidade de desencadear memória imunológica. Um imunogénio é um antigénio. Mas por sua vez a antigenicidade não significa inerentemente a outra propriedade (imunogenicidade). Existem substâncias que são reconhecidas como um antigénio mas que não são capazes de desencadear memória imunológica e, portanto, não são imunogénios (ex.: Hapteno ver slide 1 da pág. 3 que é uma substância que por si só não desencadeia resposta imune e que, portanto, precisa de se ligar a uma proteína transportadora chamada carrier, passando então a ter capacidade de desencadear uma resposta imunológica. Outro exemplo é o caso de Antigénios antigenicidade e imunogenicidade 1

2 determinados antigénios designados timo-independentes independentes que não são capazes de desencadear memória imunológica e portanto estes também não são imunogénios). A substância tem que ser um antigénio e com capacidade de desencadear memória imunológica para que haja imunogenicidade. No conceito em si de anticorpo, podemos considerar substâncias com diferente capacidade de antigenicidade sendo que esta está relacionada com a complexidade química da substância (ex.: um bom imunogénio é uma proteína e um mau imunogénio é um açúcar. Uma proteína, com a sua estrutura complexa terciária ou quaternária é uma substância química com uma complexidade estrutural que a leva a ser uma substância com uma antigenicidade reconhecida e que vai desencadear por parte do sistema imunológico uma resposta). Quando pensamos num antigénio, pensamos na capacidade que ele tem de ser reconhecido, ou pela imunoglobulina ou pelo TCR. Considerando a globalidade de uma proteína, nem todas as sequências de aminoácidos, nem todos os epítopos da proteína vão ser alvo da resposta imune portanto, da produção de anticorpos. Nessa mesma proteína, há determinadas sequências de aminoácidos que vão desencadear a produção de 1, 10, 20, n anticorpos de acordo com os epítopos que essa proteína tiver. O anticorpo produzido para essa sequência de aminoácidos é um anticorpo específico para esse segmento. Epítopo Assim, na proteína vamos poder definir locais de ligação à imunoglobulina que se chamam epítopos ou determinantes antigénicos. Se fizéssemos a experiência com uma mesma proteína e uma população de animais da mesma espécie, veríamos que há determinados epítopos que são sempre alvo da produção de anticorpos. Nessas proteínas, esses epítopos (sequências de aminoácidos), de acordo com os genes ou a capacidade genética de determinados indivíduos, são imunodominantes. Se fizéssemos um estudo da nossa capacidade de produção de imunoglobulinas para uma determinada proteína, provavelmente haveria epítopos específicos para determinado local da proteína que estariam presentes em todos nós. Esses epítopos são epítopos imunodominantes. É evidente que, de indivíduo para indivíduo, a capacidade de produzir imunoglobulinas perante determinado epítopo antigénico vai mudar. Geneticamente, produzimos anticorpos para determinados epítopos da proteína e a nossa variabilidade genética também nos concede a capacidade, ou não, de produção de anticorpos para determinados epítopos antigénicos. Então, vamos ter uma molécula que é reconhecida por uma imunoglobulina ou por TCR, com capacidade de desencadear memória imunológica, que lhe confere a propriedade de imunogenicidade. Como vimos anteriormente, um exemplo de uma substância que não tem essa imunogenicidade é o Hapteno. Quimicamente, é uma substância pequena, com baixo peso molecular e bem definida. Isoladamente é não imunogénica logo, precisa de se ligar a uma proteína transportadora ( carrier ). O conjunto formado já tem capacidade de se ligar a um anticorpo ou ao TCR. Então, Antigénios antigenicidade e imunogenicidade 2

3 curiosamente, vai ocorrer produção de uma resposta para o hapteno, para a proteína transportadora e para o conjunto. É isso mesmo que nos ilustra esta imagem. Temos o hapteno e a proteína transportadora. Se averiguarmos a capacidade de produção de anticorpos, vemos anticorpos específicos para o hapteno, para a proteína transportadora e para o conjugado. Sob o ponto de vista de nomenclatura, na proteína definimos epítopos ou determinantes antigénicos e por sua vez, no anticorpo, o local de combinação com o epítopo vai designar-se por parátopo ver slide 2 da pág. 4. O parátopo é o local da imunoglobulina, localizado na sua porção hipervariável, que tem a capacidade única de ligação ao peptídeo antigénico, com especificidade de ligação. Entre o epítopo e a região Fab da imunoglobulina vão-se desencadear forças de ligação não covalentes que permitem a ligação entre os dois. Cada imunoglobulina também é considerada, pelo menos, bivalente. As forças de ligação entre o parátopo e o epítopo são o somatório das forças atractivas e das forças repulsivas que estão presentes em determinada situação na ligação da imunoglobulina com o epítopo antigénico. Podemos definir uma constante de dissociação dessa ligação com o conceito de afinidade e avidez. Epítopo conformacional O antigénio penetra no nosso organismo e é processado e apresentado ao sistema imunológico. A proteína pode ser processada mas tem que manter a sua estrutura nativa conservada para poder ser alvo de ligação com a imunoglobulina. Portanto, o epítopo antigénico que se liga à imunoglobulina é dito conformacional (tem que manter a estrutura nativa da proteína para que a imunoglobulina tenha capacidade de se ligar a este epítopo antigénico). Epítopo sequencial Por sua vez, o epítopo antigénico que se vai ligar ao TCR pressupõe que a proteína seja processada e degradada e que uma sequência de aminoácidos seja apresentada, com o MHC de classe I ou de classe II, ao TCR. A célula T está restrita ao MHC e precisa da apresentação do epítopo antigénico no contexto do MHC. Então, este epítopo que se liga ao TCR chama-se epítopo sequencial. Assim, aquilo para que responde o linfócito B não é o mesmo para que responde o linfócito T. Da mesma proteína, a sequência de aminoácidos que constituem o epítopo a que se liga a imunoglobulina é diferente daquela a que se liga o TCR. Um é um epítopo conformacional e outro é um epítopo sequencial (mais ou menos de 7, 9, 10 aminoácidos que são apresentados no contexto do MHC), respectivamente. Antigénios antigenicidade e imunogenicidade 3

4 Se nós fizéssemos a imunização de um indivíduo ou de um animal de experiência com uma determinada proteína, e depois fossemos averiguar a especificidade de ligação das imunoglobulinas produzidas perante essa mesma proteína, veríamos que a nossa resposta é habitualmente policlonal. Ou seja, nós vamos ter um determinado número de clones de linfócitos B a produzir imunoglobulinas todas diferentes entre si, cada uma delas com especificidade de ligação para um determinado epítopo antigénico daquela proteína. ver slide 2 da pág. 5 As nossas proteínas têm uma estrutura considerada terciária ou quaternária; vamos ter uma sequência de aminoácidos que se vão dobrar (digamos assim) sucessivamente, estabelecer ligações entre si até manter (à custa de hélices α e β) uma estrutura quaternária. E vamos então ter a nossa proteína, com os respectivos epítopos, que vai ser alvo da resposta imune. Em princípio, qualquer local da estrutura quaternária da proteína pode ser alvo de ligação por um anticorpo; ou seja, pode ser um epítopo antigénico para o linfócito B. Se passarmos de uma estrutura quaternária para uma estrutura terciária certas sequências podem passar a ser um epítopo porque passam a estar disponíveis à ligação à imunoglobulina ou a um anticorpo. Por sua vez, nós precisamos de ter um processamento do antigénio até uma estrutura primária, para termos sequências de aminoácidos que são capazes de se ligar ao MHC e fazer a sua apresentação ao TCR do linfócito. O processamento do antigénio é necessário para desencadear encadear uma resposta imune. Na imunoglobulina nós consideramos o parátopo, com capacidade de ligação ao epítopo. A ligação seria um conjunto das forças interactivas não covalentes entre a imunoglobulina e o antigénio. Definimos sempre uma constante de dissociação. Se víssemos de topo, veríamos então a cadeia leve, a cadeia pesada (aleatoriamente qualquer uma delas), com as suas porções hipervariáveis e a capacidade de ligação ao epítopo. Portanto, mantendo sempre a estrutura nativa do antigénio. Antigénios antigenicidade e imunogenicidade 4

5 Os epítopos conformacionais dependem sempre da manutenção da estrutura terciária. Se fizermos a degradação de uma determinada proteína para proceder à imunização de um determinado animal e se mantivermos a estrutura terciária, conseguimos estabelecer a produção de anticorpos policlonais para aquela estrutura; se a molécula eventualmente estiver mais degradada nós só vamos conseguir estabelecer a presença de linfócitos T (vamos obter na mesma uma resposta, mas à custa de linfócitos T). Portanto o processamento subsequente da proteína só vai conseguir levar à presença de uma imunidade de tipo celular. Nunca conseguiremos identificar num animal de experiência uma imunidade do tipo humoral. Um determinado antigénio tem epítopos. A vantagem do antigénio considerado em número dois (Ag2) ter epítopos semelhantes pode em determinadas situações ser benéfico ou prejudicial para o organismo. Se pensarmos que dois microrganismos diferentes partilham um epítopo comum e que em alturas subsequentes nos infectam, no momento em que este segundo microrganismo nos infectar já temos memória imunológica para este epítopo antigénico e vamos rapidamente produzir uma resposta secundária. Portanto rapidamente vamos proceder à eliminação do microrganismo. Isso para nós é benigno! Mas se por acaso um terceiro antigénio (Ag3) entrar no nosso organismo (por exemplo um antigénio alimentar) e produzirmos este tipo de anticorpo, que tem uma capacidade de ligação porque o epítopo é semelhante, vamos desencadear fenómenos de alergia alimentar para um determinado alimento que tínhamos ingerido até aí sem nos causar qualquer tipo de problema e que em determinada altura passou a causar. Pode-se falar de um alimento, de um antigénio inalado ou um antigénio qualquer que em determinada altura nos possa causar uma resposta para o qual nós produzimos sinais, sintomas e doença. Esta substância passa a causar problemas, provavelmente porque o epítopo levou a uma reacção cruzada por semelhança, ou uma reacção cruzada por identidade de ligação. A imunoglobulina tem capacidade de ligação a um epítopo conformacional; o TCR tem capacidade de ligação a um epítopo sequencial; e perante uma imunização a uma determinada proteína nós podemos produzir uma resposta de tipo humoral ou uma resposta de tipo celular. O TCR tem uma homologia com a organização estrutural das imunoglobulinas: definimos 2 cadeias, uma α e uma β, e nesta cadeia definimos uma porção constante e uma porção variável, sendo a porção variável a que se liga ao epítopo antigénico apresentado no contexto do MHC. Se pelo lado do TCR há uma especificidade de ligação, pelo lado do MHC não há essa especificidade de ligação. Podemos ter a mesma molécula de MHC a apresentar epítopos sequenciais diferentes. A especificidade de ligação é dada pelo Antigénios antigenicidade e imunogenicidade 5

6 TCR, e não pela apresentação pelo MHC. A ligação do MHC a um epítopo sequencial não é uma ligação constante a (digamos assim) especificidade, como acontece com a ligação entre a imunoglobulina e o seu epítopo, ou o TCR e o seu epítopo. Processamento antigénico: Processamento de antigénios endógenos e exógenos (ver esquemas dos slides pág. 10) Os antigénios endógenos são processados no citoplasma e serão posteriormente apresentados na superfície da célula, no contexto do MHC de classe I. Os epítopos exógenos serão endocitados, processados e posteriormente apresentados no contexto do MHC de classe II. A activação dos linfócitos T CD-8 ou CD-4 é restrita a um MHC de classe I ou MHC de classe II, respectivamente. Então o processamento antigénico pressupõe (se nós quiséssemos fazer uma estimulação de um animal de experiência e depois averiguar essa resposta imune) que nós saibamos as propriedades das células apresentadoras de antigénios, sendo que a célula apresentadora do antigénio fundamental para a nossa resposta imune será a célula folicular dendrítica, que passará de célula imatura para uma célula madura quando faz o seu caminho até o órgão linfóide secundário para proceder à apresentação antigénica. Nessa fase inicial é uma célula caracteristicamente fagocítica; posteriormente (no órgão linfóide secundário) deixa de o ser, e faz a apresentação antigénica no centro germinativo aos linfócitos T e B presentes no local, levando portanto ao desenvolvimento de uma resposta imune de tipo celular ou do tipo humoral. A apresentação antigénica convencional faz-se no contexto do MHC classe I e classe II. Embora não seja uma definição exacta, antigénios endógenos são apresentados no contexto do MHC classe I (há excepções), antigénios exógenos são apresentados no contexto do MHC classe II (há excepções). Isto é a apresentação antigénica convencional, no entanto podemos ter uma apresentação antigénica dita não-convencional com moléculas chamadas CD-1, com uma homologia à constituição do MHC classe I. A cadeia α é constituída por moléculas CD-1, e a cadeia β na mesma pela β2 microglobulina e fazem essencialmente apresentação dos antigénios de tipo dos lípidos. ver slides da pág. 12 O MHC de classe II também vai apresentar o peptídeo antigénico no local de ligação e vai fazê-lo às células T CD-4. A capacidade de apresentação do peptídeo antigénico entre o MHC de classe I e o MHC de classe II, permite a apresentação de epítopos I ligeiramente maiores outros ligeiramente mais pequenos, porque as fendas de ligação são diferentes. A fenda de ligação do MHC I é fechada nas pontas, permite uma ligação do epítopo antigénico diferente a estes locais de ligação. O local de ligação do MHC II é aberto, tem este (digamos) fechar das pontas, o que alguns autores dizem ser semelhante a um cachorro com a sua face. (estamos abertos a sugestões sobre o significado desta frase...) Portanto estes epítopos são apresentados no contexto do MHC, fazem a apresentação antigénica ao TCR, e isto será o primeiro sinal de activação de um Antigénios antigenicidade e imunogenicidade 6

7 linfócito T CD-8 e o sinal co-estimulatório será dado pela ligação da molécula CD-8 ao MHC, às suas porções invariáveis. Falámos de antigénios timo-dependentes, antigénios timo-independentes, falamos do processamento de antigénios endógenos e exógenos, falta falar do contexto do superantigénio. ver slides da pág. 14 O superantigénio é um antigénio que não sofre processamento, que vimos que se dá para os antigénios exógenos e endógenos. Pode ser apresentado ao linfócito T (não no contexto da fenda de ligação do MHC, porque ele não é processado), e ligase à porção variável da cadeia β do TCR, mas para fazer essa ligação é preciso que uma determinada sequência de aminoácidos esteja nesta cadeia β. Portanto significa que nós temos que ter geneticamente aquela porção variável da cadeia β do TCR disponível para podermos fazer ligação do superantigénio. Então a ligação é feita fora da fenda de ligação, o que significa que não há especificidade do TCR para o superantigénio, portanto todos os linfócitos T que contenham na porção variável da cadeia β uma determinada sequência de aminoácidos podem ser estimulados por aquele antigénio. Vai ser uma estimulação policlonal dos linfócitos T não específicos para o antigénio ou seja, um determinado conjunto de linfócitos T vai ser estimulado e vai responder dando uma resposta imunológica exacerbada/aumentada para um determinado antigénio. Então um determinado peptídeo antigénico (superantigénio) é apresentado fora da fenda de ligação e é preciso que a cadeia β do TCR proponha um conjunto de aminoácidos capazes de ligação ao superantigénio. O exemplo do superantigénio característico é o antigénio que está presente em determinadas intoxicações alimentares com sinais e sintomas habitualmente muito rápidos após a entrada em contacto com este mesmo superantigénio. E pronto era só isto que eu tinha para vos dizer Está aqui mais uma aulita desgravada (apesar do típico atraso). Não se esqueçam de lavar os dentes antes de ir prá cama porque depois de tanta matéria colada a cuspo as glândulas salivares ressentem-se e diz que o ph acidifica o que provoca cáries e isso dá mau hálito Pois (fardo de palha) Bom NATAL!! (já que não temos férias de jeito, pelo menos que descansem nesse dia) e um Próspero Ano Novo (nesses 10 segundos os 5 antes da meia-noite, e os 5 segundos após mas NADA de álcool meus amigos, que isso diz que dá esteatose... ou cirrose... biopat o dirá Mas pronto, festejem pelo menos esses escassos momentos na passagem de ano antes de voltarem a mergulhar em Fármaco). Já agora... Queríamos agradecer a nós. Aos que gostam de nós e aos cromos do costume! E também a todos aqueles que desgravam estas preciosas aulas a pensar no curso! Se encontrarem algum erro já sabem, contactem-nos em qualquer uma das esquinas da FMUP (mas não prometemos que vá adiantar alguma coisa) Patrícia Fernandes Nuno Couto Turma 16 Antigénios antigenicidade e imunogenicidade 7