Complemento El sistema del complemento es el mejor efector de la inmunidad humoral. El sistema involucra mas de 30 proteÃ-nas algunas de ellas son efectoras (Como las del componente de ataque a la membrana −MAC−), otras tienen actividad enzimática y están involucradas en la generación de MAC, otras facilitan la eliminación de complejos inmunes y finalmente, otras que tienen actividad reguladora. El sistema del complemento consiste en una serie de proteÃ-nas que sirven para "complementar" la función de los anticuerpos para destruir las bacterias. Las proteÃ-nas del complemento circulan en la sangre en una forma inactiva. El fenómeno conocido como "cascada del complemento" se inicia cuando la primera molécula del complemento, C1, se encuentra con un anticuerpo unido a un antÃ-geno en un complejo antÃ-geno−anticuerpo. Cada una de las proteÃ-nas del complemento, a su vez, lleva a cabo su trabajo especializado, actuando en la molécula siguiente de la lÃ-nea. El producto final es un cilindro que perfora la membrana celular y, al permitir que los fluidos y las moléculas fluyan dentro y fuera, sentencia a muerte a la célula blanco. Los componentes del complemento y sus funciones se enlistan a continuación: Complement components and their activity) Early components Mr Subunits (classical pathway) C1q 410K 6x3 (a,b,c) C1r 85K 1 C1s 85K 1 C4 210K 3 (a,b,g) C2 Early components (alternative pathway) Factor D 25K 1 Factor B

93K

1

Properdin 220K 1 Common to classical and alternative pathway C3

190

Membrane attack complex (MAC) C5 190K C6 120K C7 110K C8 150K C9 70K Regulatory components C1 inhibitor 105K C4b−BP 560K

2 (a,b)

Function Binds Fc region of IgM and certain Ig subclasses Serine proteinase, cleaves C1s Serine proteinase, cleaves C4 and C2 Key component of the C4b2a (C3 convertase) complex

Serine proteinase, activates factor B Serine proteinase, the larger fragment (Bb) has both C3 convertase activity (as a C3bBb complex) and C5 convertase activity upon association with a second molecule of C3b Stabilizes the C3bBb complex Key component of the amplification step and for generation of C5 convertase activity The first component (C5b) of the MAC Binds C5b and C7 Binds C7 and C8 Binds C8 and C9 Polymerizes to form large membrane pore Promotes dissociation of C1r2s2 from C1q Blocks formation of C3 convertase in classical pathway 1

Factor H 150K Membrane cofactor 60K protein (MCP) (CD46) Decay accelerating factor (DAF) Factor I Homologous restriction factors (HRF) Membrane inhibitor of reactive lysis (MIRL) (CD59)

90K 65K

Blocks formation of C3 convertase in alternative pathway Cell bound. Blocks C3 convertase in both classical and alternative pathway Membrane anchored, promotes dissociation of the C3 convertase Cleaves both C4b and C3b using several other inhibitors (for example C4b−BP or MCP as cofactors Cell bound. Binds C5b678 and blocks binding of C9 Cell bound. Binds C5b678 and blocks binding

VÃ-a Clásica (dependiente de anticuerpo.) Para la activación de esta vÃ-a se requiere de un Anticuerpo unido a la superficie de un antÃ-geno. Los isotÃ-pos que activan el complemento son: IgM, IgG1, IgG2 e IgG3. La activación del complemento ocurre cuando el Ac está unido al Ag y ocurren cambios estructurales en la porción Fc y principalmente en CH2, como resultado de la unión al Ag. Se necesita solo una molécula de IgM para activar el complemento, pero en el caso de IgG son necesarias dos o mas dependiendo de la densidad del Ag o del Ac. Los componentes del complemento que se unen a los Ac son un complejo de proteÃ-nas llamadas C1q, C1r y C1s. C1q es un examero de tres unidades, el cual está compuesto de cadenas polipeptidicas llamadas A,B y C; tiene dos regiones una región tubular y otra globular (figura).

Otros dos components que se unen al complejo son dos serin proteasas llamadas C1r y C1s. La acción de éstas consisten en una interacción reguladora y catalÃ-tica, se unen a las regiones rubilares de C1q. Hoy dos moléculas de C1r y dos de C1s. 2

Al unirse el complejo C1q,r,s, Fc convierte a la proenzima C1r en una serin proteasa activa, la cual a su vez convierte a c1s proenzima. La forma activa del complejo actúa sobre dos substratos: C2 y C4. El complejo parte en dos a C4, produciendo dos fracmentos: uno pequeño (C4a) y uno mas grande (C4b). De la misma manera cortan C2, produciendo C2a y C2b. Éstos últimos producen el complejo: C4b2a (convertasa de C3). El complejo C4b2a también es una serin proteasa que actúa sobre C3 del cual se obtienen dos fragmentos uno grande que se une a la superficie del patógeno y otra pequeña C3a (que es una anafilotoxina). El fragmento grande se une al complejo C4b2a para formar C4b2a3b, que ésta es la convertasa de C5. Al actual el complejo C4b2a3b sobre C5 se obtienen dos fragmentos C5b (fragmento más grande que se une a la membrana del patógeno y una más pequeña (C5a) que actúa como anafilotoxina. Complejo de ataque a la mambrana C5 es una proteÃ-na inestable la cual se estabiliza con la unión de el siguente componente del complemento C6, como resultado de la unión entre C5b y C6, se atraen C7 y C8 formando el complejo C5b,6,7,8, que tiene como caracterÃ-stica ser hidrofóbico y puede insertarse dentro de la membrana generando poros de 10 A de diámetro. Multiples fragmentos de C9 (una molécula similar a las perforinas) se unen al complejo C5b678 dando como resultado la formación de MAC, una estructura tubular de 70 o mas A de diámetro, que puede inducir lisis.

3

Alternative pathway (antibody−independent) VÃ-a alterna (independiente de Ac) La vÃ-a independiente de Ac involucra 4 proteÃ-nas. Éstas son: C3, factor B, Factor D y properdina. Sobre las superficies de Ac (tÃ-picamente bacterias y algunos virus) se unen C3b formado de la vá clásica del complemento o por degradación espontánea. El C3b puede unir factor B, que es una serin proteasa que, unida a C3b es fraccionada por factor D produciendo Ba y Bb. Y se forma el complejo C3bBb (que es la convertasa de C3, fraccionándolo en C3a y C3b. El fragmento C3b se une al complejo C3bBb para formar: C3bBb3B (convertasa de C5). Posteriormente se forma MAC igual que el la vÃ-a clásica. ProteÃ-nas Reguladoras: Existen diferentes niveles de regulación del sistema del copmplemento. La primera proteÃ-na reguladora es el inhibidor de C1q. El cual se une al complejo Ag−Ac que se encuentra sobre la superficies de las células.

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There are several levels of regulation of the complement system. A first has already been discussed above, namely the specific binding of the C1qr2s2 complex to antigen−bound (cell−bound) antibody. This ensures that complement is not activated by random contatcs between soluble antibodies and complement components. A second level of regulation elates to the short half life and limited stability of a number of the complement components once they have been produced in their active form. Thirdly, a number of specific regulator proteins exist which block defined steps of the activation pathways or MAC activity. The most important regualtory proteins are listed in the Table above and are C1 inhibitor, a group of proteins (C4b−BP, factor H, CD46, CD55 and complement−receptor type type 1 (CD35) and 2 (CD21) related both genetically (a single locus on chromosome 1) and structurally (presence of a common 60 aa binding motif) that regulate the activity of the C3 convertase. Regulation is at multiple levels and involves both inhibition of assembly or dissociation of assembled and functional C3 convertase. Finally, other proteins such as HRF and MIRL (CD59) block the final assembly of the pore by preventing binding of C9. These proteins thus constitute the last level of regulation and have an interesting property, namely they exhibit species−specific activity. The implications of this for xenotransplantation and attempts to prevent complement−dependent hyperacute rejection of xenografts will be discussed in another lecture. Fig 3 below summarizes the main pathways and regulatory steps of the complement system. Immunity to infection is mediated by two general systems, acquired (or adaptive) and innate (or natural). Innate immunity was formerly thought to be a nonspecific immune response characterized by phagocytosis. However, innate immunity has considerable specificity and is capable of discriminating between pathogens and self and between different classes of pathogen. Recognition of pathogens is mediated by a set of pattern recognition molecules which recognize conserved pathogen−associated molecular patterns (PAMPs) shared by broad classes of microorganisms, thereby successfully defending invertebrates and vertebrates against infection. Ficolins are a group of proteins containing both a collagen−like and fibrinogen−like domain. Plasma ficolins are lectins with a common binding specificity for N−acetylglucosamine (GlcNAc). The fibrinogen−like domain is responsible for the carbohydrate binding. Mannose−binding lectin (MBL) is also a serum collagenous lectin specific for GlcNAc and mannose whose domain organization is similar to that of ficolins except that MBL has a carbohydrate−recognition domain instead of a fibrinogen−like domain. MBL is one of the pattern recognition molecules and activates complement in association with MBL−associated serine protease (MASP) via the lectin pathway. Investigations of two types of human plasma ficolins, L−ficolin/P35 and H−ficolin (Hakata antigen), revealed that they are associated with MASPs 5

and sMAP, a truncated protein of MASP−2, and activate the lectin complement pathway. These findings indicate that, plasma ficolins are structurally and functionally similar to MBL with capacity to discriminate pathogens from self and thus play a role in innate immunity. LECTIN PATHWAY C4 activation can be achieved without antibody and C1 participation by the lectin pathway (Figure 2). This pathway is initiated by three proteins: a mannan−binding lectin (MBL), also known as mannan−binding protein (MBP) which interacts with two mannan−binding lectin−associated serine proteases (MASP and MADSP2), analogous to C1r and C1s. This interaction generates a complex analogous to C1qrs and leads to antibody −independent activation of the classical pathway. C1q can also bind to a number of agents including some retroviruses, mycoplasma, poly−inosinic acid and aggregated IgG, and initiate the classical pathway.

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