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Medicina Molecular: Especial Presentación Antigénica
26 de diciembre de 2008
Boletín 8
26 de diciembre de 2008
1
Índice
Temas
2
Presentación Antigénica
2
Moléculas
6
DR52a
6
Glosario
8
Antígeno
8
Términos de Uso
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2
Temas
Presentación Antigénica
Resumen
La presentación antigénica es un proceso crucial en la activación específica de células inmunes ante un antígeno. En
la presentación antigénica se produce un proceso de reconocimiento molecular entre moléculas del sistema MHC (Major
histocompatibility complex: Complejo mayor de histocompatibilidad) que portan el péptido antigénico y moléculas TCR
(T cell receptor). Las células implicadas en el proceso son, por un lado, las células presentadoras que muestran el complejo MHC-antígeno en su membrana y, por otro, los linfocitos T que aportan sus receptores específicos de membrana
denominados TCRs. La activación de la célula T no sólo exige que exista un reconocimiento molecular entre el complejo
MHC-antígeno y el TCR sino que requiere un conjunto adicional de interacciones entre proteínas de membrana de ambas
células y factores solubles. La complejidad del proceso ha hecho que se llame sinapsis inmune al conjunto de interacciones
que tienen lugar en la interfaz entre la célula T y la célula presentadora.
Las células presentadoras de antígeno tienen la misión de procesar un patógeno y exponer sus antígenos en la superficie
de su membrana para activar a los linfocitos T de forma específica. Dependiendo del tipo de antígeno y de la ruta de
procesamiento los antígenos pueden presentarse vía clase I (MHC-I) o vía clase II (MHC-II) lo que desencadenará un
tipo de respuesta distinta. Casi todas las células del organismo expresan moléculas MHC-I en su membrana, pero sólo las
células presentadoras especializadas llamadas APC (Antigen Presenting Cells) presentan moléculas MHC-II. Son células
APC las células dendríticas, las células de Langerhans de la piel, los macrófagos y los linfocitos B.
Concepto
Los linfocitos T reconocen específicamente antígenos asociados a MHC mediante los receptores de membrana llamados
TCR (T-Cell Receptors). Los TCR son la base de la especificidad de la respuesta inmune celular interviniendo también en la
respuesta humoral. Cada individuo porta un variado repertorio de TCRs (compuesto por unos 2.5 x 107 receptores distintos)
con una secuencia y una topología especial que permite el reconocimiento específico de antígenos asociados a moléculas
MHC de clase I y de clase II localizadas en la membrana de las células que presentan los antígenos. Cada linfocito T tiene
un receptor TCR diferente que se activa por la interacción específica con un péptido antigénico. La base molecular de esta
variedad en los receptores TCR son los procesos de recombinación entre los diferentes genes del TCR.
Las moléculas MHC podríamos decir que de algún modo determinan la identidad de una célula, ya que la combinación
de alelos de los genes del MHC que tiene cada individuo es muy específica. El reconocimiento de las moléculas MHC en la
membrana de una célula supone para el sistema inmune el reconocimiento de lo propio. La razón de la enorme variedad de
moléculas MHC está en la gran variedad de alelos existentes y las múltiples combinaciones que pueden generarse, lo que
hace que cada individuo tenga un patrón muy específico. Probablemente un punto adicional de complejidad lo aportan los
péptidos propios que, en ausencia de antígenos extraños, rellenan las “binding-grooves” de las moléculas de MHC y que
se ha propuesto sean muchas veces péptidos de MHC. Esta variabilidad es la base de la dificultad de realizar un trasplante
sin que se produzca el rechazo ya que el órgano trasplantado no se reconoce como propio y es tratado como un elemento
extraño por el sistema inmune del receptor.
En el proceso de formación de los linfocitos T y de selección del repertorio de células T se produce la destrucción
del 98 % de las células debido a los procesos de selección positiva y negativa que se producen en el timo. La selección
positiva permite la supervivencia de las células T capaces de interactuar con células con receptores MHC de clase I o II. En
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la selección negativa se eliminan los linfocitos T autorreactivos capaces de reaccionar contra antígenos propios unidos a
MHC. Los linfocitos supervivientes se desarrollan expresando los receptores TCR/CD3 y uno de los dos coreceptores CD8
o CD4. El CD3 y bien el CD4 o el CD8 son las principales moléculas de membrana que se encargan del co-reconocimiento
para la activación de la célula en la sinapsis inmunológica, ya que no basta con el reconocimiento entre el TCR y el
complejo antígeno-MHC, sino que se precisa una interacción más compleja para que se produzca la activación.
Existen dos vías principales de presentación del antígeno: vía clase I y vía clase II.
Las moléculas MHC-I estimulan la acción de las células T citotóxicas CD8 positivas que son capaces de destruir a
las células que presentan el antígeno tras el reconocimiento específico entre TCR y el péptido antigénico presentado
en clase I. Las moléculas MHC de clase I se expresan en casi todas las células del organismo.
La vía MHC-II es propia de las APC. Cuando se produce el reconocimiento específico entre TCR y antígeno asociado
a clase II las células presentadoras APC estimulan la activación de linfocitos CD4, que a su vez disparan complejas
respuestas del sistema inmune. Estas respuestas suelen esquematizarse en los perfiles Th1 y Th2. En el perfil Th1
predomina la respuesta mediada por IL-2 e IFN-gamma que disparan especialmente la acción efectora de linfocitos T
citotóxicos y de macrófagos. En perfil TH2 predominan las interleuquinas IL4, IL5, IL6 e IL10 que hacen especiales
protagonistas de la respuesta a los linfocitos B y a los eosinófilos.
El sistema inmune ha evolucionado de forma paralela para reaccionar ante distintos tipos de patógenos. Esto se pone
de manifiesto en las diferentes vías de procesamiento que puede seguir un antígeno según su origen y su vía de entrada.
Unas vías de procesamiento acaban en la presentación vía clase I y otras en la presentación vía clase II.
En el interior de todas las células se produce una constante renovación de proteínas, así como la proteolisis de las
proteínas defectuosas. Este proceso se realiza fundamentalmente en el proteasoma. Algunas proteínas de origen vírico
también van a ser degradadas por esta vía. La destrucción de células infectadas por virus o de células tumorales (con
proteínas defectuosas) se produce al ser reconocidas por los linfocitos T citotóxicos CD8 positivos. Las células que expresan
MHC-I están constantemente expresando antígenos propios que provienen de la degradación de proteínas en el proteasoma.
Cuando aparecen antígenos que son reconocidos como extraños se produce el reconocimiento por parte del TCR/CD3 y
del CD8 de los linfocitos T citotóxicos que lisan a las células que presentan estos antígenos. Por un lado el reconocimiento
activa vías apoptóticas en el interior de las células y también las propias células T citotóxicas pueden formar poros en la
membrana de las células a destruir.
Los productos del proteasoma son péptidos y la mayoría de ellos son degradados por peptidasas citosólicas. Sólo una
pequeña parte de los péptidos son unidos a un transportador del retículo llamado TAP (Transporter associated with Antigen
Processing) y con gasto de energía son traslocados al interior del retículo endoplásmico. En el retículo existe una peptidasa
que limita la presentación antigénica a los péptidos con un tamaño óptimo para la unión a MHC-I. Citoquinas producidas durante la inflamación inducen el reemplazo de un proteasoma constitutivo por subunidades alternativas y dirigen el
ensamblaje de los inmunoproteasomas. De esta forma se aumenta la capacidad de presentación antigénica al originarse
un conjunto de péptidos cuantitativa y cualitativamente diferentes comparados con el conjunto de péptidos formado por el
proteasoma constitutivo. Una vez en el retículo se cargan los antígenos en la molécula MHC-I. Estas moléculas MHC-I,
ensambladas en el retículo, tras su carga con péptidos son exportadas por vesículas a la membrana.
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La molécula de MHC-II, se ensambla también en el retículo. La carga de antígeno se realiza a pH ácido en vesículas
de la ruta endosomal-lisosomal debido al origen de los péptidos a presentar que proceden principalmente de fagocitosis.
Las células APC endocitan material extracelular. Procesan en lisosomas todo lo que fagocitan generando péptidos. Estos péptidos alcanzan los compartimentos endosómicos específicos para clase II en los que el bajo pH induce cambios
conformacionales en la molécula de clase II que acopla en sus “binding-grooves” los péptidos antigénicos y adopta la conformación adecuada para interactuar con el TCR. Aquí el tamaño de los péptidos cargados no es un requisito tan restrictivo
como en la presentación vía clase I. Existen fenómenos de reciclado de moléculas MHC-II en los que desde la membrana
son internalizadas por vesículas.
Las células dendríticas que también presentan antígenos vía MHC-II migran a los ganglios linfáticos y al timo. Allí
es donde se produce el reconocimiento por parte de los linfocitos T CD4 positivos. Este reconocimiento no está aún
completamente comprendido y desencadena una respuesta u otra dependiendo de la naturaleza del antígeno que se presenta
vía MHC-II. Para activar a los linfocitos T CD4 positivos se precisan dos señales. Una es el reconocimiento del MHCII por parte del TCR. La otra señal es compleja y proviene de sustancias como la interleuquina-1 (IL-1) producida por
macrófagos o de señales coestimuladoras como la producida por el reconocimiento entre B7 (de la APC) y CD28 (del
linfocito). La doble señal (TCR+CD28) activa al linfocito T helper para proliferar y segregar gran variedad de interleuquinas
como la IL-2, que tiene un efecto de autoestimulación en el propio linfocito T helper. También se activan mecanismos de
insensibilización de otras señales.
La activación de una célula T CD4 positiva implica su diferenciación en uno de los dos subtipos posibles, Th1 o Th2.
La diferenciación está mediada por las células dendríticas entre otros factores. Los linfocitos T de tipo Th1 secretan IL-2 e
interferon-gamma (IFN-gamma) y están implicados en la activación de linfocitos T citotóxicos y macrófagos. Los linfocitos
Th2 secretan IL-4, IL-5, IL-6 e IL-10 y activan a eosinófilos y linfocitos B, que pasan a ser células plasmáticas productoras
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de anticuerpos. La IL-4 es la responsable del cambio de isotipo de las inmunoglobulinas producidas.
Los lifocitos B expresan en su membrana los receptores BCR (B-cell receptor) que pueden reconocer específicamente
un antígeno. Los anticuerpos que producirá una célula B una vez activada son la versión secretada de los BCR y reconocen
el mismo antígeno. Además los linfocitos B son células APC por lo que pueden internalizar, degradar y presentar los
antígenos asociados a las moléculas de MHC de clase II que expresan en su membrana. De esta forma los linfocitos B
también pueden presentar antígenos a la célula T CD4 positiva conectando ambos sistemas de respuesta.
Bibliografía
Diversity & overlap in the mechanisms of processing protein antigens for presentation to T cells
(Ver página Web)
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Moléculas
DR52a
Resumen
DR52a es una molécula DR del complejo mayor de histocompatibilidad de clase II (MHC-II) también conocido en
humanos como HLA (Human Leukocyte Antigen). DR52a está formada por una cadena alfa codificada por un gen DRA y
una cadena beta en este caso codificada por el gen DRB3*0101.
La mayoría de las variantes de moléculas DR están codificadas por un gen DRA que codifica la cadena alfa y un gen
DRB1 que codifica la cadena beta. Pero existen personas que cuentan con un gen adicional también capaz de codificar una
cadena beta. Estos genes adicionales son los genes DRB3, DRB4 y DRB5. Este es el caso de DR52a que está formado por
una cadena alfa codificada por un gen DRA y una cadena beta codificada por un gen DRB3.
Las cadenas alfa y beta presentan regiones constantes y regiones variables de cuyo polimorfismo depende la diversidad
de antígenos que pueden presentar. Estas regiones variables se localizan en las regiones extracelulares expuestas de ambas
cadenas y existen posiciones concretas con una especial variabilidad en sus aminoácidos.
La estructura cristalina muestra que la unidad asimétrica está formada por dos moléculas de DR52a cada una con
un péptido acoplado a su “binding-groove”. Así la molécula DR52a aparece en este cristal como un tetrámero (también
llamado dímero de dímeros) alfa-beta como ya aparecía en otros cristales anteriores (Véanse referencias). Para acceder
al modelo 3D del a estructura del tetrámero pinche aquí. Los 2 péptidos que aparecen en el cristal derivan de un péptido
derivado de una integrina de plaquetas humanas denominada (alfaIIb/betaIII). El péptido abarca desde la posición 24 a la
35 y en este caso tiene una leucina en la posición 33. En el cristal existe una sutil diferencia entre los 2 péptidos, ya que
uno de los dos tiene un aminoácido menos. Otra característica del péptido es una mutación artificial en la posición 26 (de
Cys a Arg), introducida por motivos técnicos y que parece no afectar a la afinidad de DR52a por el péptido. Pinche aquí
para acceder al modelo 3D de la “binding-groove”.
Función de esta molécula
Las moléculas del MHC-II se expresan en ciertos tipos celulares que participan en la presentación antigénica de antígenos de origen extracelular. Estas células captan y degradan proteínas extracelulares de forma indiscriminada y acoplan
los péptidos derivados a las moléculas MHC-II al ensamblarse. En este caso, se muestra la molécula DR52a unida a un
péptido derivado de una la integrina de plaquetas (alfaIIb/betaIII). El reconocimiento como extraño por parte de los linfocitos T del péptido presentado desencadenará una respuesta inmune ante todo elemento que contenga dicho péptido. Para
acceder al modelo 3D de las cadenas laterales de la “binding-groove” que interaccionan con el péptido pinche aquí.
Patologías relacionadas con esta molécula
En el caso del péptido del cristal existe un dimorfismo natural de un solo nucleótido (SNP: Single Nucleotide Polymorphism) en el gen que codifica la integrina alfaIIb/betaIII de plaquetas. Esto provoca que unos individuos tengan una
leucina en la posición 33 y otros una prolina. A este dimorfismo corresponden los llamados antígenos de plaqueta humanos
HPA-1a (Leu), y HPA-1b (Pro). La distribución alélica del dimorfismo Pro33/Leu33 en la población guarda una proporción
de 15:85 % en europeos y 30:70 % en africanos.
El antígeno con 33:Leu es el epítopo capaz de desencadenar una aloinmunización en la madre homocigota para la
variante 33:Pro. En el caso de producirse la aloinmunización en la madre debido a pequeñas transfusiones feto-maternas
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los anticuerpos de la madre sintetizados frente a la variante 33:Leu pueden atravesar la placenta y causar daños al niño.
Este tipo de aloinmunización es la causa de la trombocitopenia aloinmune neonatal y de la púrpura postransfusional que
aparece en individuos homocigotos para la variante 33:Pro tras recibir una transfusión sanguínea con el antígeno 33:Leu.
Bibliografía
Crystallographic structure of the human leukocyte antigen DRA, DRB3*0101: models of a directional alloimmune
response and autoimmunity
Three-dimensional structure of the human class II histocompatibility antigen HLA-DR1
Crystal structure of HLA-DR2 (DRA*0101, DRB1*1501) complexed with a peptide from human myelin basic protein
Structural basis for the binding of an immunodominant peptide from myelin basic protein in different registers by
two HLA-DR2 proteins
(Ver página Web)
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Glosario
Antígeno
Definición
Un antígeno es una molécula capaz de producir una respuesta del
sistema inmune adaptativo mediante la activación de linfocitos. Esta
definición amplía el concepto de antígeno más allá del concepto clásico
que definía antígeno como la sustancia que desencadena la producción
de anticuerpos. Así dentro de esta definición de antígeno se incluyen
las moléculas que, previa presentación antigénica, son capaces de desencadenar la activación de células T citotóxicas capaces de destruir las
células diana sin la participación de anticuerpos.
La mayoría de los antígenos son de naturaleza peptídica, aunque
también pueden actuar como antígenos moléculas de distintos tipos
como lipopolisacáridos e incluso ADN. Los antígenos pueden ser
moléculas enteras pero generalmente son el resultado del procesamiento por células presentadoras de antígenos. A las regiones específicas de
los antígenos que son reconocidas por los anticuerpos o por los receptores de células T (TCRs) se les conoce como epítopos o determinantes
antigénicos. Los anticuerpos reconocen epítopos conformacionales que
deben ser accesibles en la proteína original. Los TCR reconocen la estructura que adopta un antígeno, ya procesado, dentro de la bindinggroove de las moléculas MHC. En el proceso de presentación antigénica las células presentadoras de antígeno procesan y presentan tanto proteínas propias como extrañas a las células T. A los péptidos propios que son reconocidos como extraños por el sistema inmune se les llama autoantígenos. La respuesta descontrolada frente a autoantígenos puede ocasionar procesos patológicos.
(Ver página Web)
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