Imunoglobulinas: Tipos e Funções

Descrição Geral

Imunoglobulinas (Igs)

• Moléculas de glicoproteínas produzidas por células plasmáticas que atuam nas respostas imunes através do reconhecimento e ligação de antigénios específicos
• Componentes estruturais:
  • 2 cadeias pesadas (H) idênticas e 2 cadeias leves (L) idênticas (nomeadas de acordo com o seu peso molecular):
    • Cadeias leves: aproximadamente 25 kDa cada
    • Cadeias pesadas: aproximadamente 50 kDa cada
  • As ligações dissulfeto ligam as cadeias pesadas às cadeias leves (formando uma molécula em forma de Y).
  • Região da dobradiça (que confere flexibilidade)
  • Porções de hidratos de carbono (geralmente associadas à região constante)
• As cadeias são codificadas por diferentes cromossomas:
  • Cadeias pesadas (μ, δ, γ, α ou ε): codificadas pelo cromossoma 14
  • Cadeias leves (κ ou λ):
    • κ cadeia leve: cromossoma 2
    • λ cadeia leve: cromossoma 22

Regiões e fragmentos de Ig

• Ambas as cadeias pesadas e leves nas Igs têm regiões variáveis e constantes.
• Regiões:
  • Região variável (ligação ao antigénio):
    • Corresponde à sequência de aminoácidos nas pontas do “Y”, que inclui extremidades de cadeias leves e pesadas
    • Possui uma região hipervariável ou região determinante de complementaridade (CDR, pela sigla em inglês) em cada terminal
    • A CDR fornece especificidade ao antigénio, pois é estruturalmente complementar ao determinante antigénico (epítopo).
  • Região constante (funções efetoras):
    • Constitui o polipéptido restante
    • Liga-se a recetores Fc e complemento
• As regiões da cadeia pesada e da cadeia leve são dobradas em segmentos tridimensionais chamados domínios.
  • A cadeia leve tem 1 domínio variável e 1 domínio constante.
  • A cadeia pesada tem 1 domínio variável, mas possui diferentes números de domínios constantes:
    • IgG, IgA, IgD: 3 domínios constantes
    • IgM e IgE: 4 domínios constantes
• Fragmentos (determinados pelo local onde a enzima papaína divide a Ig):
  • Fab (fragmento de ligação ao antigénio):
    • Possui as regiões variáveis e partes da região constante das cadeias pesada e leve
    • Interage com o antigénio
  • Fc (fragmento cristalizável):
    • Constitui a parte restante (cauda) do anticorpo (apenas cadeia pesada)
    • Região constante, frações de hidratos de carbono
    • Complemento de ligação
    • Confere o isotipo de Ig (por exemplo, IgM, IgA)
• A composição da cadeia pesada (região constante e Fc) determina a classe/isotipo de Ig:
  • µ: IgM
  • δ: IgD
  • γ: IgG
  • α: IgA
  • ε: IgE

Genes de Imunoglobulinas

Segmentos de genes de Ig

• Os genes da cadeia pesada (situados num único locus génico, IgH), são constituídos a partir de 4 segmentos de genes:
  • Região variável (V)
  • Região de diversidade (D)
  • Região de junção (J)
  • Região constante (C)
• Os genes da cadeia leve (encontrados como 2 loci génicos separados – o locus κ (IgK) e o locus λ (IgL)) vêm de 3 segmentos de genes:
  • Região variável (V)
  • Região de junção (J)
  • Região constante (C)

Rearranjos genéticos

• Nos estadios de desenvolvimento das células B, ocorrem rearranjos de genes para formar a molécula de Ig.
  • Nas cadeias de IgH, o rearranjo começa com os segmentos D e J.
  • A recombinação do gene IgH VDJ (variable-diversity-joining, pela sigla em inglês) ocorre então, formando uma célula pré-B.
  • Seguem-se os rearranjos VJ da cadeia leve.
• A partir deste processo é expressa uma molécula de anticorpo IgM completa e forma-se uma célula B madura.
• Os rearranjos de genes contribuem para a diversidade de anticorpos.

Recombinação de troca de classe (CSR, pela sigla em inglês)

• Também denominada troca de classe
• Mecanismo biológico pelo qual a produção de Igs pelas células B muda de uma classe para outra.
  • IgM para outras Igs → a região constante da cadeia pesada (C) altera o segmento μ (IgM) para γ (IgG), ε (IgE) ou α (IgA).
  • A comutação é influenciada por citocinas.
    • Fator de transformação do crescimento β (TGF-β): muda preferencialmente para IgA
    • IL-4: IgE
    • Interferão IFN-γ, IL-4: IgG
• A região constante da cadeia pesada de Ig é alterada, mas a região variável permanece inalterada.
• Como a região variável está intacta, a especificidade do anticorpo não muda.

Processos de recombinação de troca de classe

• Excisão de exões:
  • Quando os antigénios são encontrados, as células B maduras IgM-positivas sofrem CSR.
  • Os exões que codificam o segmento de gene de codificação constante (Cμ) da IgH são excisados.
  • Estes exões são substituídos por um novo segmento de gene constante (por exemplo, Cγ, Cε ou Cα).
  • Resulta numa célula B (que expressa originalmente IgM) que produz IgG, IgE ou IgA
• Reação de recombinação-deleção de DNA:
  • As áreas repetitivas de DNA, também conhecidas como regiões de comutação:
    • As enzimas modificadoras de DNA (citidina desaminase induzida por ativação (AICDA) e uracilo nucleosídeo glicosilase (UNG, pela sigla em inglês)) criam quebras da cadeia dupla de DNA (DSBs, pela sigla em inglês)
    • Determinam onde o segmento VDJ e a nova região constante são unidos por uma enzima de reparação
  • As novas moléculas de Ig são geradas com uma região constante diferente (mas com a mesma afinidade/especificidade para o antigénio, uma vez que a região variável está intacta).

Diversidade e Especificidade de Anticorpos

Os anticorpos criados possuem propriedades importantes (diversidade e especificidade) e essenciais na resposta imune.

Diversidade de anticorpos

Existem mecanismos específicos, que originam a grande diversidade de anticorpos existentes, tais como:

• Vários segmentos V, D e J:
  • Como previamente mencionado, no início do desenvolvimento das células B, as cadeias pesadas e leves têm vários segmentos:
    • V, D, J e C para a cadeia pesada
    • V, J e C para a cadeia leve
• Rearranjos dos segmentos V, D e J:
  • Sequências de DNA (chamadas sequência de sinal de recombinação (RSS, pela sigla em inglês)) que envolvem cada segmento de gene.
  • Estas sequências são locais de reconhecimento para o processo de junção.
  • Os complexos enzimáticos de recombinase RAG1 e RAG2 (genes ativadores de recombinação 1 e 2) reconhecem o RSS e catalisam o processo de união.
  • O défice de RAG1 ou RAG2 pode levar à produção de células B não funcionais.
  • Os segmentos de cadeia leve são recombinados após os segmentos de cadeia pesada.
• Diversidade juncional:
  • A união de segmentos de genes de anticorpos é imprecisa.
  • Podem ser removidos e/ou inserido vários nucleótidos, a partir das extremidades dos segmentos de genes recombinados.
• Diversidade combinatória:
  • A diversidade é criada pelo emparelhamento aleatório das cadeias pesada e leve.
• Hipermutação somática:
  • As mutações pontuais ocorrem com a estimulação repetida do antigénio (das respostas primárias às secundárias).
  • Aumenta a afinidade ao antigénio
  • Contribui para a diversidade do anticorpo

Especificidade

• A hipermutação somática leva à maturação da afinidade (na região variável), reforçando a capacidade de reconhecer e ligar o antigénio.
• A mudança de classe (que afeta a região constante) também contribui para a especificidade do anticorpo.

Classes e Características

Classes

• IgG:
  • Principal classe de Ig no sangue e espaços extravasculares
  • Subclasses: IgG1 (65% de IgG), IgG2, IgG3, IgG4
  • Atravessa a placenta, sendo a Ig mais abundante em recém-nascidos
• IgM:
  • 1º anticorpo produzido em resposta a um antigénio
  • A estrutura pentamérica da IgM possui 10 locais de ligação, tornando-a a Ig com maior capacidade de ligação.
  • Não atravessa a placenta
• IgA:
  • Principal Ig da imunidade da mucosa (encontrada nas secreções dos tratos respiratório, GI e genitourinário)
  • Cerca de 10%–15% do total de Igs no sangue
  • Subclasses: IgA1, IgA2
• IgE:
  • Ig em menor quantidade no sangue
  • A região Fc liga-se aos seus recetores em basófilos, eosinófilos e mastócitos.
• IgD:
  • Baixas quantidades no sangue
  • Principal Ig de superfície em células B “naive” maduras

Monómeros e Polímeros

• A unidade do anticorpo é uma pequena molécula (um monómero).
• As imunoglobulinas IgA e IgM formam polímeros de anticorpos (formados a partir de monómeros quimicamente ligados).
  • IgA:
    • Monómero semelhante à IgG
    • Nas secreções mucosas, a IgA secretada forma dímeros, 2 monómeros com a cadeia J (molécula estabilizadora) e um componente secretor.
  • IgM:
    • Polímeros secretados de 5 anticorpos (pentâmero), unidos pela cadeia J
    • Possui 10 locais de ligação idênticos ao antigénio
    • A estrutura contribui para a eficiência do anticorpo, fixação do complemento e outras interações anticorpo-antigénio

Interação antigénio-anticorpo

• A área do antigénio reconhecida pelo anticorpo corresponde ao epítopo.
  • Um antigénio pode ter vários epítopos.
  • Cada epítopo pode ser ligado por um anticorpo diferente.
• O anticorpo liga-se ao antigénio de forma não covalente (reversível):
  • Ligações de hidrogénio
  • Interações eletrostáticas
  • Interações de Van der Waals
  • Interações hidrofóbicas
• A afinidade é a força da ligação formada entre o local de ligação ao antigénio do anticorpo e o epítopo do antigénio (entre 2 moléculas).
• A avidez é a força geral ou combinada das interações anticorpo-antigénio (já que o antigénio pode ter vários epítopos) e depende de:
  • Número de locais de ligação ao antigénio do anticorpo (valência do anticorpo)
  • Afinidade do antigénio aos locais de ligação
  • Arranjo estrutural de partes interativas do anticorpo-antigénio

Funções

Funções gerais

• Neutralização de toxinas e infeciosidade de agentes patogénicos:
  • As toxinas bacterianas são neutralizadas e os seus efeitos são inativados.
  • Os anticorpos neutralizantes usam a porção Fab (que forma uma ligação altamente específica nos locais ou recetores de fixação alvo) → impede a adesão do agente patogénico
  • Algumas Igs fazem com que os microorganismos se agreguem (IgA → aglutinação → aprisionamento no muco)
  • Após a fixação, pode ocorrer inibição da fusão com as membranas do hospedeiro.
• Ativação do complemento e produção do complexo de ataque à membrana (MAC, pela sigla em inglês) levando à lise celular e inflamação
  • Os anticorpos (sobretudo IgM e IgG) ativam o sistema complemento.
  • MAC:
    • Os componentes ativados do complemento são C5b, C6, C7, C8 e C9.
    • Introduz grandes poros na superfície do agente patogénico, provocando a sua morte
• Opsonização (com ou sem complemento) para fagocitose
  • Envolve o revestimento de agentes patogénicos por moléculas que aumentam a fagocitose
  • Alguns anticorpos, sobretudo IgG, podem atuar como opsoninas (como C3b).
• Citotoxicidade celular dependente de anticorpos (ADCC, pela sigla em inglês):
  • Envolve células imunes portadoras de Fc (por exemplo, células natural killer) capazes de produzir moléculas tóxicas
  • Estas células são estimuladas através de recetores Fc por Igs (particularmente IgG).
  • A ativação da célula imune liberta moléculas tóxicas, causando a lise da célula alvo.
  • A IgE também desencadeia ADCC:
    • O eosinófilo (com o recetor Fc) reconhece a IgE.
    • A IgE ligada a helmintas estimula a desgranulação de eosinófilos e os grânulos citotóxicos matam os parasitas que são grandes demais para serem fagocitados.
• Depuração de complexos imunes:
  • Os complexos antigénio-anticorpo ativam o sistema complemento:
    • As regiões Fc do anticorpo em IgM e IgG ligam-se a C1q.
    • Os complexos imunes são opsonizados com fragmentos C3b.
  • Os complexos imunes, que contêm fragmentos C3b, ligam-se ao recetor 1 do complemento (CR1) nos eritrócitos.
  • Os eritrócitos levam os complexos imunes para o fígado e baço, onde são fagocitado pelos macrófagos.

Funções das diferentes classes de Ig

• IgG:
  • Anticorpo principal na resposta imune secundária
  • As suas funções dependem da subclasse, mas, no geral:
    • Fixa o complemento
    • Participa no ADCC (ligação de recetores Fc)
    • Aumenta a fagocitose (opsonina)
  • Capacidade de atravessar a placenta, mediado por recetores nas células placentárias para IgG Fc.
    • Os anticorpos IgG produzidos na mãe contra agentes patogénicos passam para o feto.
    • Os níveis de IgG materna nos recém-nascidos diminuem 6-12 meses após o nascimento.
• IgM
  • A forma de monómero atua como um recetor de células B (BCR) em células B “naive”.
  • Facilita a ativação das células B, ligando-se às células T auxiliares
  • Produzida na resposta imune primária
  • Fixa o complemento, levando à lise dos microorganismos
  • Aglutinina: pode aglutinar agentes patogénicos, facilitando assim a sua eliminação
• IgA:
  • A IgA apresenta uma componente secretora, que permite o seu transporte através de membranas mucosas.
  • A forma secretora (dímero) previne a colonização bacteriana das superfícies mucosas.
  • Principal Ig nas secreções: lágrimas, saliva, colostro/leite materno e muco
• IgE:
  • A ligação do alergénio à IgE desencadeia a libertação de mediadores inflamatórios dos mastócitos e basófilos (resposta alérgica)
  • Importante na eliminação de parasitas (os eosinófilos ligam-se aos helmintas revestidos de IgE, levando à morte do parasita)
• IgD:
  • Juntamente com IgM, constitui o BCR das células B “naive”

Relevância Clínica

• Agamaglobulinemia ligada ao X: resulta de mutações no gene do cromossoma X que codifica a tirosina quinase de Bruton (BTK, pela sigla em inglês), essencial para o desenvolvimento e maturação das células B. A doença é caracterizada pela ausência de células B e consequentes infeções recorrentes, sobretudo por bactérias e vírus encapsulados, envolvendo os pulmões, seios da face e pele, e também SNC. O tratamento envolve a administração de imunoglobulina.
• Imunodeficiência comum variável (ICV): caracterizada por células B fenotipicamente normais que não conseguem produzir anticorpos. A imunodeficiência comum variável pode estar associada a vários defeitos moleculares que afetam a produção de anticorpos. A doença manifesta-se em adultos com infeções sinopulmonares recorrentes. O tratamento envolve terapêutica de reposição de imunoglobulinas.
• Síndrome de hiper-IgM: grupo heterogéneo de patologias de herança genética ligada ao X ou autossómica recessiva. As formas ligadas ao X são caracterizadas por células T auxiliares defeituosas que não podem ativar as células B para efetuar a recombinação de troca de classe. Como resultado, as células B produzem apenas IgM. Os pacientes apresentam neutropenia e infeções sinopulmonares recorrentes desde a infância e estão mais suscetíveis a pneumonia por Pneumocystis jiroveci e infeções por Cryptosporidium. As formas autossómicas recessivas são caracterizadas por níveis de IgM muito mais elevados, estando os indivíduos mais predispostos ao desenvolvimento de linfomas de células B e a autoimunidade. A síndrome de hiper-IgM pode ainda estar associada à síndrome da rubéola congénita e a fármacos como a fenitoína. O tratamento inclui terapêutica de reposição de imunoglobulina e antibioterapia profilática.
• Défice de IgA: caracterizada por baixos níveis de IgA com níveis normais de IgG e IgM. O défice de IgA é a imunodeficiência primária mais comum. A maioria dos indivíduos é assintomática; contudo, existe risco de infeções recorrentes, assim como predisposição para doenças autoimunes. Os indivíduos podem estar mais propensos a reações transfusionais anafiláticas devido à presença de IgA nos produtos sanguíneos. Alguns destes casos podem evoluir para ICV. O tratamento envolve antibioterapia profilática e evicção de produtos sanguíneos que contenham IgA.