imunologia molecular

imunologia molecular

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1. Introdução.

O sistema imune é composto por um conjunto de células hematopoiéticas e moléculas que se encontram na superfície destas células, ou que são secretadas transmitindo sinais entre as mesmas. O sistema apresenta uma atividade interna, constante, que é aumentada pelo contato com macromoléculas apresentadas em um ‘contexto de infecção’.

O sistema imunitário dos vertebrados é uma vasta rede de moléculas e células com uma só meta: distinguir entre o que é próprio do indivíduo e o que não é. Sua função primária é de proteger os vertebrados contra microorganismos – vírus, bactérias e parasitas. Suas características de destaque são a especificidade, adaptação e a memória. Os elementos de reconhecimento da resposta imunitária humoral são as proteínas solúveis, chamadas anticorpos, produzidas pelas células plasmáticas. Na resposta imunitária celular, os linfócitos T atacam as células que apresentam padrões estranhos em sua superfície. Também estimulam a resposta humoral ao ajudar as células B, as precursoras das células plasmáticas.

2. Sistema imune.

O sistema imune compreende dois sistemas, manifestados como imunidade celular ou imunidade humoral. O linfócito é a célula primária atuante em ambos os sistemas. A detecção dos vários marcadores imunológicos da membrana do linfócito, bem como suas características funcionais, permitiram a identificação de duas produções distintas de linfócitos: as células T e as células B. Os linfócitos T (células T) são derivados do timo ou influenciados pelo timo (timo-dependentes) durante seu desenvolvimento. As células T são responsáveis pela imunidade celular (isto é, processos imunológicos do tipo: reatividade cutânea retardada, rejeição aos aloenxertos, imunidade antitumor e defesa celular contra cogumelos, agentes parogênicos intracelulares e poxvírus). Os linfócitos (células B) desenvolvem-se na Bursa de Fabrício (Bursa-dependentes) nos pássaros e acredita-se que sejam derivados da medula óssea nos mamíferos. As células B são responsáveis pela imunidade humoral, que é

* Seminário apresentado na disciplina Bioquímica do Tecido Animal (VET00036) do Programa de Pós- Graduação em Ciências Veterinárias da UFRGS pela aluna LILIANE RUDNIK, no primeiro semestre de 2001.

expressa pela produção de proteínas plasmáticas circulantes específicas, denominadas anticorpos.

Após a apreensão a célula B que responde ao estímulo se alarga e começa a se dividir repetidamente. Após alguns dias, a progênie da célula original que responde ao estímulo gradualmente se diferencia em duas populações morfológicas e funcionalmente discretas. As células em uma destas populações adquirem a capacidade de produzir grandes quantidades de anticorpos e são chamadas plasmócitos. As células de outra população permanecem morfologicamente inalteradas e funcionam como células de memória.

3. Sítios de produção de anticorpos.

O sistema imune nos mamíferos é composto por células pertencentes ao sistema hematopoiético. As células principalmente envolvidas na imunidade adaptativa são os linfócitos T e B, e os fagócitos mononucleares.

Os anticorpos são produzidos nos tecidos linfóides secundários. Estes tecidos incluem não somente o baço e os linfonodos, mas também a medula óssea, as tonsilas e tecidos linfóides espalhados pelo corpo, principalmente nos tratos respiratórios, digestivo e urogenital.

Embora seja difícil mensuração devido à maneira como está espalhada, a medula óssea é a maior massa de tecido linfóide secundário do organismo (Figura 1). Assim, se um antígeno é injetado por via intravenosa ele será capturado e estimulará a produção de anticorpos não somente no baço, mas também na medula. Apesar do baço produzir uma maior quantidade de anticorpos em relação ao seu tamanho, a medula óssea produz uma maior quantidade em número absoluto, ou seja, 70% dos anticorpos produzidos numa resposta a algum antígeno.

Os tecidos linfóides do pulmão também contribuem significativamente na resposta imune contra antígenos injetados intravenosamente. Os antígenos administrado via oral, se conseguir penetrar na parede intestinal sem ser degradado, pode estimular os tecidos linfóides intestinais. A estimulação antigênica de uma parte do intestino pode provocar a produção de anticorpos na superfície do trato digestivo, bem como o pulmão, nas mamas e trato urogenital. A introdução direta de antígenos nas glândulas mamárias não-lactantes estimula a síntese local de anticorpos nos linfonodos destas glândulas e nos linfonodos para qual são drenados. Desta forma, encontram-se anticorpos em níveis relativamente altos no leite, durante a subseqüente lactação.

Os plasmócitos são ovóides, e estão amplamente distribuídos pelo organismo mas, são concentrados na polpa vermelha do baço, na medula de gânglios linfáticos e na medula óssea. Possuem núcleo, cuja cromatina está distribuída irregularmente. Possui um citoplasma extenso e fortemente basofílico e pironifílico, correspondente a uma célula rica em ribossomos que produz os anticorpos. Como estes anticorpos devem ser sintetizadas rapidamente, estas células também possuem um grande aparelho de Golgi. Os plasmócitos são capazes de sintetizar 300 moléculas de anticorpos por segundo, e este anticorpo pode acumular-se dentro das células formando vesículas conhecidas como corpúsculos de Russel. Entretanto, normalmente os anticorpos são secretados por pinocitose reversa logo após sua formação. A especificidade da imunoglobulina produzida por estes plasmócitos é idêntica à do receptor de antígeno original da célula B precursora.

Quando completamente diferenciados, os plasmócitos morrem após três a seis dias e portanto, esta população desaparece. Este desaparecimento é refletido nos níveis séricos de anticorpos, quando as imunoglobulinas produzidas por estas células declinam gradualmente através de catabolismo.

Figura 1. Sítios de produção de anticorpos. 3

4. As imunoglobulinas.

As regiões constantes nas imunoglobulinas são formadas pela metade C- terminal de cada cadeia leve e dos três quartos finais de cada cadeia pesada. A região constante da cadeia leve (CL) tem aproximadamente 110 aminoácidos, enquanto a região constante da cadeia pesada (CH) possui 330 aminoácidos. Sequenciando-se a região CH de um IgG, nota-se que esta região é formada por três subunidades similares, ou regiões homólogas, chamadas CH1, CH2 e CH3 (IgM e IgE possuem uma quarta região homóloga nas suas regiões chamadas CH4). Cada região é constante e possui, tanto nas cadeias leves quanto nas cadeias pesadas, uma única ligação dissulfeto intracadeia, a qual dobra a cadeia formando uma alça. Região CL. As cadeias leves são divididas em dois tipos, com base na antigenicidade e na seqüência de aminoácidos. Estes tipos são denominados Kappa (K) e Lambda (λ). As duas cadeias leves de uma única molécula de imunoglobulina devem ser idênticas. A proporção entre cadeias K e λ varia grandemente entre as espécies. Cães, gatos, bovinos e ovinos possuem 90% das cadeias lambda. Suínos tem quantidades iguais de cada tipo, enquanto cavalos e martas possuem somente cadeias leves do tipo lambda. Região CH. Além de se ligarem especificadamente aos antígenos, as imunoglobulinas possuem diversas outras atividades biológicas, a maioria das quais iniciando-se após sua ligação com o determinante antigênico. Dentre estas atividades, encontram-se a ativação em cascata do complemento e a formação de imunecomplexos como preparação para ingestão por células fagocitárias. Estas e outras funções são mediadas por sítios existentes na região constantes das cadeias pesadas. Assim, uma pequena área existente na região CH2 de IgG e responsável pelo início do processo de ativação do sistema complemento, ao passo que uma região similar, a CH4 da IgM, desempenha a mesma função nesta molécula. A razão de fracionamento catabólico da IgG também é controlada por um sítio na região CH2, enquanto que a aderência a macrófagos é mediada por um sítio na região CH3. A transferência placentária de IgG em humanos e a citotoxidade mediada por células e anticorpos também são controlados por sítios existentes na região Fc de cadeia pesada, mas provavelmente não por uma única região homóloga.

Função das imunoglobulinas.

As imunoglobulinas exercem funções fundamentais nas duas fases da resposta imune:

9 Na fase indutora, localizam-se na membrana de linfócitos B e agem como receptores antigênicos; 9 Na fase efetora, são secretadas e como proteínas solúveis efetuam a remoção do antígeno.

As imunoglobulinas devem: (a) ligar-se a antígenos, que compõem um universo imensamente variável, e (b) induzir sua remoção, através da execução de vários tipos de funções.

5. Classificação das imunoglobulinas.

Todas as imunoglobulinas são proteínas, mas o conteúdo de carboidrato varia de 2-3% para IgG e 12-14% para IgM, IgD e IgE.

Assim como outras proteínas, as moléculas de anticorpos podem ser classificadas fisioquimicamente com base em sua solubilidade nas soluções de sais fortes, carga eletrostática, peso molecular e estruturas antigênicas.

5.1 Imunoglobulina G.

A IgG é a classe de imunoglobulina que aparece em maior concentração no soro (Tabela 1) e por esta razão desempenha um papel principal nos mecanismos de defesa dependentes de anticorpos. É uma imunoglobulina 7 S com peso molecular

180.000d e com determinantes antigênicos tipo γ em suas cadeias pesadas (Figura 2).

Devido ao seu tamanho relativamente pequeno, ela pode sair dos vasos sanguíneos mais facilmente que outras classes de imunoglobulinas e, por isso, participa prontamente na defesa dos espaços teciduais e superfícies corpóreas. A IgG pode opsonizar, aglutinar e precipitar antígenos, mas só ativa a cascata do complemento se houver acúmulo suficiente e numa configuração correta sobre a superfície do antígeno. Algumas subclasses de IgG ligam-se a mastócitos e por isso participam da hipersensibilidade do tipo I.

Tabela 1. Níveis séricos de imunoglobulinas (mg/100 ml) em animais domésticos e no homem.

Espécie IgG IgM IgA IgG(T) IgG(B) IgE Cavalo 1000 – 1500 100 – 200 60 – 350 100 – 1500 10 – 100 - Bovino 1700 – 2700 250 – 400 10 – 50 - - - Carneiro 1700 – 2000 150 – 250 10 – 50 - - - Suíno 1700 – 2900 100 – 500 50 – 500 - - - Cão 1000 – 2000 70 – 270 20 – 150 - - 2,3 – 4,2 Galinha 300 – 700 120 – 700 30 – 60 - - - Homem 800 – 1600 50 – 200 150 – 400 - - 0,002 – 0,05

Figura 2 - Estrutura da imunoglobulina G.

5.2 Imunoglobulina M.

A IgM é a imunoglobulina com a segunda maior concentração no soro da maioria dos animais. É uma molécula 19 S com peso molecular de 900.0 d, constituída por sete subunidades (Figura 3). Cada uma destas moléculas é estruturalmente similar à molécula básica de imunoglobulina em formato de Y, com a diferença de que possuem quatro e na três unidades homólogas CH e carrega determinantes antígenos tipo µ. Os monômeros de IgM são ligados por ligação dissulfeto de uma maneira circular, formando uma estrela, e um pequeno polipeptídeo rico em cisteína, chamado cadeia J, liga duas das unidades. Moléculas de IgM são secretadas de maneira intacta pelos plasmócitos e a cadeia J deve ser, por isso, considerada como parte integrante desta molécula. IgM é a principal classe de imunoglobulina produzida numa resposta primária. É também produzida na resposta secundária, mas é sobrepujada pela maciça produção de IgG nesse tipo de resposta. Embora produzida em quantidades relativamente pequenas, as moléculas de IgM são

consideravelmente são mais eficientes que as moléculas de IgG, seja na ativação do complemento, opsonização, neutralização de vírus ou aglutinação. Devido seu grande tamanho, as moléculas de IgM estão basicamente confinadas ao sistema vascular e são, em decorrência disto, de menor importância de fluidos teciduais ou secreções do organismo. Monômeros de IgM também funcionam como receptores de antígenos na superfície das células B.

Figura 3. Estrutura da imunoglobulina M.

5.3 Imunoglobulina A.

A IgA é uma imunoglobulina rica em carboidratos de estrutura convencional.

Ela tende a formar polímeros tais como dímeros 1 S, trímeros 13 S ou polímeros ainda maiores, além de achar também na forma básica 7 S (Figura 4). É a imunoglobulina com segunda maior concentração no soro humano, geralmente é a imunoglobulina de menor concentração nos soro de animais. Entretanto, a IgA é encontrada em secreções externas, e também de proteção do trato intestinal, respiratório e urogenital, úbere e olhos contra a invasão microbiana. Pode, porém aglutinar antígenos e neutralizar vírus. Sabe-se que seu principal modo de ação é a prevenção de aderência de antígenos às superfícies corpóreas.

Figura 4. Estrutura da imunoglobulina A.

5.3.1 Imunoglobulina A secretora (IgAS).

É a mais concentrada nas secreções exócrinas (saliva, lágrima, colostro, leite, esperma, secreção vaginal), protegendo pele, mucosa gastrintestinal, mucosa respiratória, mucosa urinária, mucosa ocular, etc. É a que confere a imunidade local, atuando como barreira contra vírus, micróbios e alérgenos e a imunidade gastrintestinal passiva da mãe para o lactente, através da amamentação.

5.4 Imunoglobulina E.

A IgE é uma imunoglobulina típica, com quatro cadeias em forma de Y. Tem peso molecular de 196.0 d e uma constante de sedimentação igual a 8 S (Figura 5). É encontrada em concentrações extremamente baixas no soro de muitas espécies, sendo importante pois, media as reações de hipersensibilidade tipo I (alergias e anafilaxia), e está associada a resposta imune a muitas infestações helmínticas. A IgE é a única imunoglobulina que possui uma região Fc que permite sua ligação a determinadas células nos tecidos, principalmente mastócitos e basófilos e, juntamente com o antígeno, provoca a liberação de agentes vasoativos por estas células. Também é a única, entre todas as classes de imunoglobulinas, que é destruída por aquecimento a 56ºC por 30 minutos.

Figura 5. Estrutura da imunoglobulina E.

5.5 Imunoglobulina D.

A IgD é uma imunoglobulina 7S, encontrada principalmente na superfície de alguns linfócitos B, onde funciona como receptor para antígeno. É encontrada no homem, em animais de laboratórios e galinhas. Ainda não se conseguiu demonstrar sua presença na maioria dos animais domésticos.

6. Anticorpos e a presença do antígeno.

A resposta imune pode ser dividida em duas grandes fases: (a) uma fase indutora, que é composta por uma etapa cognitiva, na qual um agente (normalmente estranho ao organismo, e denominado antígeno ou Ag) é apresentado ao sistema imune, e por uma etapa de ativação, durante a qual o antígeno provoca uma série de reações de ativação, proliferação e diferenciação celular; e (b) uma fase efetora, na qual o sistema imune gera processos humorais/celulares que levam à eliminação do antígeno.

Os anticorpos (ou imunoglobulinas) são proteínas sintetizadas por um animal em resposta a presença de uma substância estranha. São secretados pelas células plasmáticas, que são derivadas dos linfócitos B (células B) (Figura 6). Essas proteínas solúveis são os elementos de reconhecimento da resposta imunitária humoral. Cada anticorpo tem afinidade específica para o material estranho que estimulou sua síntese. Uma molécula estranha é capaz de promover a formação do anticorpo é chamada de antígeno (ou imunogênico). Proteínas, poliosídeos e ácidos nucléicos são, em geral, antígenos eficazes. A atividade específica de um anticorpo não é para toda a macromolécula do antígeno, mas um local particular nela, chamado de determinante antigênico (ou epitopo).

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