CURS 1

PAGE 2

3. ANTIGENULSistemul imun are capacitatea fundamental de a deosebi structurile proprii ale organismului (self) de cele strine (non-self). Structurile non-self sunt eliminate prin mecanismele aprrii imune.

Termenul de non-self nu implic obligatoriu originea exogen a substanei respective. Exist molecule sau celule proprii ale organismului, care au facut parte din self, dar au suferit modificri i au devenit non-self. Antigenul este o substan recunoscut ca non-self de ctre sistemul imun al organismului.

In definiia clasic, termenul de antigen desemna orice substan de origine exogen capabil s induc formarea de anticorpi i s reacioneze n mod specific cu acetia. Aceast definiie a fost considerat prea restrictiv, pe msura ce s-a observat ca exist antigene de origine endogen sau antigene care nu induc sinteza de anticorpi, dei sunt recunoscute de sistemul imun.ntr-o definitie folosit n prezent, termenul de antigen denumete o substan de origine endogen sau exogen capabil s determine un rspuns imun i s reacioneze specific cu moleculele rezultate n urma declanrii acestuia (anticorpi sau receptori celulari). Aceast definiie subliniaz cele dou proprieti fundamentale ale antigenului: imunogenitatea (capacitatea de a induce un rspuns imun) i specificitatea (capacitatea de a reaciona specific cu produsele sistemului imun activat). Imunogenele sunt antigene complete, avnd att capacitatea de a induce un rspuns imun umoral sau celular, ct i de a se lega de produsele rezultate. Antigenele incomplete (numite i haptene) sunt capabile s reacioneze cu anticorpii sau receptorii de membran, dar nu pot declana un rspuns imun, dect daca sunt cuplate cu o alta molecul (numit carrier). Au fost descoperite antigene care, dei ndeplinesc caracteristicile fundamentale de imunogenitate, nu produc raspuns imun umoral sau celular. Acestea au fost denumite tolerogene, iar semnificaia lor imunologic este diferit. Spre desebire de haptene, pe care le putem aprecia ca fiind indiferente sistemului imun, tolerogenele activeaz anumite mecanisme de inhibiie activ a sistemului imun. Rspunsul imun adaptativ poate fi reprezentat schematic astfel:

Raspuns imun umoral (RIU)Antigen + Limfocit B => Plasmocit + Limfocit B cu memorie.Rspuns imun celular (RIC)Antigen + Limfocit T => Limfocit T efector + Limfocit T cu memorie.Este important de subliniat c sistemul imun are un repertoriu exhaustiv de limfocite care exist nainte de ptrunderea unui antigen n organism. Aceste limfocite, inactive metabolic, exprim pe membrana celular receptori care sunt specifici unui singur antigen inductor. Se estimeaz c numrul receptorilor identici de pe suprafaa unui LB este de aproximativ 105.

Antigenul care ia contact cu sistemul imun va selecta limfocitele capabile s-l recunoasc (proces numit selecie clonal). n urma semnalelor intracelulare transmise, limfocitele sunt activate metabolic i se vor multiplica rapid (expansiune clonal).Etapa final o reprezina sinteza unor molecule care se combin specific cu antigenul declanator. Moleculele de recunoatere a antigenului sunt anticorpii (imunoglobulinele) i anumite tipuri de receptori de pe membranele limfocitelor, numii BCR (B-Cell Receptor) i TCR (T-Cell Receptor).

Antigenele cu care organismul vine n contact pot fi solubile sau corpusculate:

Antigenele solubile sunt molecule recunoscute ca non-self. De obicei antigenele solubile sunt proteine cu greutate molecular mare, peste 10 kDa. Uneori antigenele solubile sunt polizaharide, acizi nucleici sau glicolipide.

Antigenele corpusculate sunt structuri non-self mai complexe: virusuri, bacterii, protozoare, celule strine, celule infectate, celule neoplazice. De fapt, antigenele corpusculate sunt formate dintr-un numr foarte mare de molecule antigenice. Dintre ele, cele mai importante pentru recunoaterea i distrugerea antigenului corpusculat sunt antigenele de suprafa.

Rspunsul imun nu apare obligatoriu dup contactul cu un antigen:

Antigenele care induc un rspuns imun se numesc imunogene.

Antigenele care induc n mod activ supresia rspunsului imun se numesc tolerogene.

Capacitatea unei substane de a induce un rspuns imun depinde att de proprietaile intrinseci ale acesteia, ct i de anumite caracteristici ale sistemului biologic cu care aceasta vine n contact. Chiar dac o anumit molecul indeplinete toate condiiile pentru a fi imunogen, abilitatea ei de a declana un rspuns imun va depinde in egal masur de caracteristicile genetice ale organismului.Cele mai importante proprieti ce influeneaz capacitile imunogenice ale unei molecule sunt: heterogenitatea structural, solubilitatea, mrimea, complexitatea chimic, concentraia, capacitatea de a fi procesat de ctre APC, administrarea concomitent a unor adjuvani. Cele mai importante trsturi individuale sunt genotipul i calea de administrare.

Clasificarea antigenelor n funcie de origine

Majoritatea antigenelor sunt exogene: bacteriile, paraziii, unele substane chimice industriale, alergenele ca polenul, praful de cas, alergenele alimentare. O alt categorie important este reprezentat de antigenele endogene: autoantigenele, antigenele virale i antigenele tumorale.

Autoantigenele sunt antigene proprii care n mod normal sunt sechestrate prin bariere anatomice. Aceste antigene sunt situate n aa-numitele situsuri imunologice privilegiate, protejate prin bariere hemato-tisulare cu permeabilitate sczut pentru substanele hidrosolubile. n mod normal autoantigenele nu vin niciodat n contact cu celulele sistemului imun i nu induc un rspuns imun. Exemple de astfel de autoantigene sunt: sperma, cristalinul, esutul cerebral i unele structuri din celulele miocardice. Pentru c autoantigenele nu sunt cunoscute de ctre sistemul limforeticular, pentru ele nu exist toleran imun nnscut, ca pentru celelalte structuri self cu care limfocitele vin n contact n cursul traficului lor prin organism. n condiii patologice se produce desechestrarea acestor autoantigene. Autoantigenele vin n contact cu sistemul imun i se produce un rspuns imun fa de ele, deci fa de nite structuri self. Aceste rspunsuri imune autoreactive dau o patologie autoimun. Antigenele virale fac parte din categoria antigenelor endogene pentru c virusurile i includ genomul n genomul gazdei. Celula gazd sintetizeaz proteinele virale antigenice pe aceleai ci metabolice ca proteinele proprii. Antigenele tumorale se gsesc pe membranele i n citoplasma celulelor canceroase. Ele nu se gsesc pe membranele sau n citoplasma celulelor normale din care a derivat tumora. Orice organism normal produce un numr mic de celule canceroase, care sunt distruse rapid de sistemul imun. Prevenirea apariiei tumorilor se face prin distrugerea celulelor tumorale izolate, n cadrul unui proces de imunosupraveghere. Dac o celul neoplazic izolat reuete s se divid i apare o tumor constituit, rspunsul imun mpotriva tumorii seamn cu cel din respingerea grefelor. n ambele situaii acioneaz n special mecanismele rspunsului imun celular.

Proprietile de baz ale antigenelor

Proprietile fundamentale ale antigenelor sunt imunogenitatea i antigenitatea.

Imunogenitatea este proprietatea unei substane de a declana ntr-un organism un rspuns imun specific de tip RIU sau RIC.

Specificitatea sau antigenitatea este proprietatea unei substane de a se combina specific cu moleculele de recunoatere a antigenelor, adic cu anticorpii i cu receptorii de membran.

Imunogenitatea

Imunogenitatea este proprietatea unui antigen de a declana un rspuns imun. Declanarea rspunsului imun este un proces complex care cuprinde obligatoriu trei etape succesive: selecia clonal, activarea metabolic i proliferarea limfocitelor din clona selectat.Figura 1 Selecia clonal

Limfocit 1

activare i

proliferare

APC Ag

Limfocit 2

Limfocit 3

Selecia clonal reprezint selecia dintr-o mare varietate de limfocite, deja existente i prezente n organele limfoide, numai a limfocitelor antigen-specifice. Dup ce intr n organism, antigenul este transportat prin snge sau limf n organele limfoide periferic: ganglioni limfatici i splin. Acolo antigenul este prezentat de unele celule specializate (APC antigen presenting cell) spre un numr foarte mare de LT i LB. Antigenul este recunoscut doar de limfocitele antigen-specifice, adic de acele limfocite care au pe suprafa receptori care se potrivesc cu antigenul, pe principiul cheie-broasc. Antigenul este recunoscut de receptorii TCR de pe suprafaa LT sau de receptorii BCR de pe suprafaa LB.

n exemplul prezentat cele trei limfocite difer prin receptorii de suprafa pentru antigen. Receptorii au situsurile de recunoatere a antigenului cu structur diferit, ceea ce nseamn c cele trei limfocite aparin unor clone diferite, care recunosc antigene diferite. Limfocitele care aparin aceleiai clone au pe suprafa acelai tip de receptor pentru antigen. Dintre cele trei limfocite, numai limfocitul 2 este antigen-specific, adic are pe membran receptori care recunosc antigenul prezentat de APC i se combin cu el. Activarea clonal este procesul prin care limfocitele din clona selectat (numai limfocitul 2 din figura de mai sus) se activeaz metabolic.

Proliferarea sau expansiunea clonei activate este procesul prin care limfocitele din clona activat se divid prin mitoze i astfel crete foarte mult numrul de limfocite identice. n figur, cele patru limfocite rezultate prin proliferare sunt identice cu limfocitul 2, au pe suprafa acelai tip de receptor de recunoatere a antigenului (BCR), deci fac parte din aceeai clon.

Antigenitatea sau specificitatea

Antigenitatea sau specificitatea este proprietatea antigenului de a reaciona specific numai cu receptorii antigenici sintetizai special pentru el. Receptorii pot fimolecule solubile sau molecule legate de membranele limfocitelor: Receptorii solubili sunt anticorpii sau imunoglobulinele. Receptorii membranari de recunoatere a antigenului care se afl pe membrana LB se numesc BCR (B-cell Receptor), iar cei care se afl pe membrana LT se numesc TCR (T-cell Receptor).

Clasificarea antigenelor n funcie imunogenitate i specificitate

n practic nu toate antigenele au ambele proprieti. n funcie de imunogenitate i de specificitate, antigenele pot fide dou categorii:

Antigenele complete sunt acele antigene care au specificitate i imunogenitate.

Antigenele incomplete sunt unele antigene, de dimensiuni foarte mici, care au doar specificitate. Ele se numesc haptene.

Antigenele complete sau imunogene

Antigenele complete au ambele proprieti: imunogenitate i specificitate. Ele sunt capabile s declaneze un rspuns imun i apoi s reacioneze specific cu anticorpii produi. Majoritatea antigenelor din natur, n special cele cu structur proteic, sunt antigene complete.

Antigenele complete pot s declaneze rspunsul imun prin mecanisme diferite, cu sau fr participarea limfocitelor T (LT).Din punct de vedere al necesitaii participrii limfocitelor T helper n cadrul RIU, antigenele se mpart n:

timoindependente - antigene care pot declana RIU n absena LT helper (mai ales antigenele polizaharidice bacteriene). Rspunsul este rapid, fapt important n infeciile cu microorganisme agresive. Dezavantajul este c aceti anticorpi nu sunt la fel de funcionali ca cei rezultai prin participarea LT helper i nu exist mecanismul de comutarea izotipica, care permite sinteza a diferite clase de imunoglobuline. In plus, nu se formeaz limfocite B cu memorie.

timodependente - reprezint majoritatea antigenelor. Rspunsul imun declanat de aceste antigene este mai puin rapid, dar mai versatil i mai eficient. n plus, apar limfocite B cu memorie, care permit un rspuns mult mai rapid i intens la un nou contact cu antigenul (rspunsul imun umoral secundar).

Antigenele incomplete sau haptenele

Haptenele au numai specificitate. Ele reacioneaz specific, adic se combin cu receptorii antigen-specifici, respectiv cu anticorpii anti-hapten, dac acetia exist.

Haptenele nu au imunogenitate din cauz c au o greutate molecular foarte mic i nu pot declana singure un rspuns imun. Haptenele pot declana un rspuns imun doar dac se cupleaz cu macromolecule imunogene numite purttor sau carrier.

O serie de substane chimice industriale sau medicamente pot s aib rol de hapten, combinndu-se cu proteine normale ale organismului, care au rol de carrier. Complexele astfel formate sunt antigene complete i determin rspunsuri imune patologice numite reacii de hipersensibilizare, cu formarea de anticorpi anti-hapten i anti-carrier.

Moleculele de haptene ca atare nu sunt imunogene, adic nu pot s declaneze singure rspunsul imun. Moleculele individuale de hapten sunt recunoscute de receptorii BCR, dar aceast recunoatere intereseaz receptori aezai la distan pe suprafaa LB, astfel c stimulii activatori au intensitate slab i nu declaneaz activarea metabolic a LB. Activarea LB se declaneaz numai cnd haptenele sunt prezentate spre LB ntr-o form multivalent, adic un numr mare de haptene identice sunt prezentate grupat i sunt recunoscute de mai muli receptori BCR aezai n apropiere pe membran.

Antigenele complete cuprind structuri cu rol de carrier i de hapten. Componenta haptenic d specificitatea antigenului, n timp ce ansamblul carrier-hapten d imunogenitatea. n funcie de hapten se face selecia clonal. Determinanii antigenici sau epitopii

Determinanii antigenici sunt segmentele imunologic active ale moleculei de antigen care se leag de anticorpii sau de receptorii limfocitari specifici. Raportat la noiunile precedente, determinanii antigenici ar cuprinde haptena i o mic parte din molecula carrier.

Antigenul este, de obicei, o macromolecul cu suprafaa neregulat. O molecul de anticorp are contact doar cu un anumit fragment din structura acestuia. Situsul combinativ al anticorpului i suprafaa de antigen pe care o recunoate sunt complementare din punct de vedere al conformaiei n spaiu i al structurii chimice. Regiunea din antigen care se combin cu anticorpul (sau cu receptorul de membran) se numete determinant antigenic sau epitop.

Structura i funciile determinanilor antigenici

Determinanii antigenici au compoziii chimice variate i conin grupri hidrofile (polare) i hidrofobe. Dup structur determinanii antigenici i epitopii pot fi liniari sau conformaionali. Determinanii liniari sunt formai dintr-un lan de aminoacizi sau de monozaharide n cadrul structurii primare, n timp ce determinanii conformaionali apar n cadrul structurii secundare sau teriare a moleculei proteice sau glicoproteice.

Determinanii antigenici sunt recunoscui strict de anumite seturi de limfocite, cu rol efector (LB, LTC) sau imunomodulator (LTH). n funcie de tipul de limfocite responsive, i determinanii antigenici au rol efector sau imunomodulator.