PROPIEDADES GENERALES
Se definen como antígenos aquellas sustancias capaces de inducir una repuesta inmune específica.
Los antígenos exhiben (o pueden mostrar) una serie de propiedades inmunológicas:
 | inmunogenicidad: capacidad de inducir una respuesta inmune específica, humoral y/o celular. En este sentido, antígeno sería sinónimo de inmunógeno. |
 | células B + Ag à células plasmáticas + células B de memoria |
| células T + Ag à células T efectoras + células T de memoria. |
antigenicidad: capacidad de combinarse con anticuerpos y/o con receptores de células T (TCR). | si una molécula es inmunogénica, también es antigénica; |
| sin embargo, la inversa no siempre es verdad: p. ej., más adelante en este capítulo hablaremos de los haptenos, que por sí mismos no desencadenan respuesta inmune, pero que pueden ligarse a Ac preformados. |
alergenicidad: capacidad de inducir algún tipo de respuesta alérgica. Los alergenos son inmunógenos que tienden a activar ciertos tipos de respuestas humorales o celulares que dan síntomas de alergia. tolerogenicidad: capacidad de inducir una falta de respuesta específica en la rama celular o en la humoral.
4.2 FACTORES QUE CONDICIONAN LA INMUNOGENICIDAD
El sistema inmune reconoce moléculas de los microorganismos, pero no todos los tipos de moléculas tienen la misma capacidad inmunogénica: | las más inmunogénicas son las proteínas |
| los hidratos de carbono poseen menor capacidad inmunogénica |
| los lípidos y los ácidos nucleicos sólo son inmunogénicos cuando van unidos a proteínas o a carbohidratos. |
A continuación trataremos los factores que condicionan la inmunogenicidad de los antígenos, diferenciando los que dependen de la propia molécula antigénica y los que dependen del sistema biológico (el hospedador donde ocurre la respuesta inmune).
4.2.1 Factores de la molécula inmunogénica
4.2.1.1 Carácter de no-propia
Ante todo, la molécula ha de ser reconocida como una molécula extraña, ajena al individuo. Tenemos pues, que un primer rasgo condicionador de la inmunogenicidad es el grado de falta de parecido entre el antígeno con respecto a moléculas propias. | En general, moléculas que han divergido ampliamente en los distintos linajes evolutivos actúan como buenos inmunógenos en especies heterólogas. |
| En cambio, moléculas evolutivamente conservadas (como el colágeno, el citocromo c) no son buenas inmunógenas. |
| Por otro lado, ciertas moléculas propias pueden actuar como autoantígenos, debido a que proceden de órganos inmunológicamente privilegiados (secuestrados respecto del sistema inmune) en las fases tempranas del desarrollo (p. ej., del esperma, tejido de la córnea). |
4.2.1.2 Tamaño molecular
En general, se puede decir que, a mayor tamaño, mayor inmunogenicidad. Sustancias de unos 100.000 dalton (Da) suelen ser buenos inmunógenos, mientras que las de menos de 5.000-10.000 Da son malos inmunógenos.4.2.1.3 Heterogeneidad en la composición química
A mayor heterogeneidad de composición química, mejor inmunogenicidad. | Los copolímeros sintéticos repetitivos de un solo aminoácido, o los polisacáridos a base de un solo azúcar son malos inmunógenos. |
| La poli [glu-lys] requiere tener 30-40 kDa de p.m. para ser inmunogénica; |
| pero el poli {[glu-lys]-tyr} sólo requiere 10 kDa; |
| si al anterior copolímero lo volvemos más complejo añadiendo unidades de phe, ya sólo se necesitan tamaños moleculares de 4 kDa para desencadenar respuesta inmune. |
4.2.1.4 Degradabilidad
Sólo las moléculas degradables por el hospedador son buenas inmunógenas. Como veremos, ello se debe a que la inmunidad humoral y la celular dependen de la activación de los linfocitos TH, que a su vez depende de que éste reconozca antígeno degradado, procesado y presentado por moléculas MHC-II de las células presentadoras de antígeno (APC).Las moléculas no degradables no son buenas inmunógenas. Por ejemplo, los polímeros de D-aminoácidos no pueden ser degradados por los macrófagos (éstos no tienen enzimas hidrolíticas adecuadas), por lo que no pueden se procesados y presentados a los linfocitos TH.
En general, las moléculas grandes e insolubles son mejores inmunógenos, ya que son mejor fagocitadas y procesadas.
4.2.2 Factores del sistema biológico
4.2.2.1 Genotipo del receptor
La influencia del genotipo del hospedador se puede comprobar en experimentos usando razas puras de animales de laboratorio. Supongamos que disponemos de una raza pura A que induce altos niveles de Ac en respuesta a un determinado Ag, y otra raza B que produce bajos niveles de Ac ante ese mismo Ag. Los individuos de la F1 procedentes del cruce de AxB exhiben niveles intermedios de Ac al ser enfrentados con el citado Ag.
Por análisis de retrocruzamiento se comprobó que los genes que controlan la mayor o menor respuesta se cartografiaban en una zona concreta de un cromosoma, dentro del llamado complejo principal de histocompatibilidad (MHC).Las proteínas sintetizadas por dicho complejo MHC funcionan para presentar el Ag procesado a las células T, y juegan un papel esencial en determinar el grado de respuesta a cada antígeno.
Aparte de la dotación de alelos del complejo MHC que cada individuo posee, existen otros genes que también influyen en el grado de respuesta inmune, como los que codifican el BCR, el TCR y los de citoquinas. Esto será tratado en el capítulo dedicado a la regulación de la respuesta inmune.
4.2.2.2 Dosis y ruta de administración del antígeno
Para cada inmunógeno experimental existe un protocolo de administración más adecuado, que supone usar una determinada ruta y cierta dosis, lo que condiciona una respuesta inmune óptima. Determinar estos parámetros reviste un especial interés a la hora de la administración de las vacunas.Dosis:
| dosis muy bajas de Ag pueden no estimular a los linfocitos (falta de respuesta); |
| dosis demasiado altas pueden provocar un estado activo de tolerancia inmunológica, por el que los linfocitos entran en una situación de no respuesta. |
| dosis adecuadas son capaces de estimulación. |
| Un protocolo de dosis repetidas espaciadas a lo largo de varias semanas es mejor que una dosis única, porque provoca una mayor proliferación clonal de linfocitos t y B específicos. |
| por vía oral se estimula sobre todo el MALT del tracto digestivo (pero al mismo tiempo se puede inducir tolerancia sistémica: véase tema 15). | ||||||||||
| por vía parenteral:
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4.2.2.3 Adyuvantes ( coadyuvantes)
Los adyuvantes son sustancias que cuando se mezclan con un Ag y se inyectan con él, mejoran la inmunogenicidad de ese antígeno.Algunos adyuvantes y sus mecanismos de acción:
Alúmina: sales insolubles de sulfato alumínico-potásico. Actúa mediante varios mecanismos:
- precipita el antígeno. Al inyectarse va liberando el antígeno lentamente, con lo que se suministra un estímulo persistente (el Ag dura varios días en el lugar donde se inoculó).
- El Ag precipitado tiene mayor tamaño, por lo que puede ser fagocitado más fácilmente, y por lo tanto es presentado más efectivamente.
- Inducción de granulomas.
- Ambas versiones liberan lentamente el Ag, con lo que se logra un estímulo persistente.
- El macrófago aumenta en su superficie el número de moléculas B7, lo que facilita su interacción con el receptor CD28 del linfocito TH. Como veremos en otro capítulo, ello suministra la llamada señal coestimulatoria, que potencia la interacción entre MHC (del macrófago), Ag procesado y TCR (de la célula T).
- Además, el completo es más potente porque suministra muramil-dipéptidos de la pared celular de las micobacterias: ello permite una buena activación de macrófagos, que liberan la citoquina IL-1, que a su vez activa a los linfocitos TH.
- El completo induce igualmente mejor los granulomas. El granuloma es una infiltración celular, con una masa densa y rica en macrófagos, con lo que se mejora el procesamiento y presentación del Ag. Se provoca una buena liberación de IL-1 de los macrófagos, que activan a los linfocitos TH.
Lipopolisacárido bacteriano (LPS): igual efecto que el anterior.
Recientemente se están ensayando los liposomas: el antígeno se encierra en liposomas o se une a la bicapa lipídica de este tipo de vesículas membranosas.
4.3 EPITOPOS
Los epitopos o determinantes antigénicos son cada uno de los sitios discretos de una macromolécula que son reconocidos individualmente por un anticuerpo específico o por un TCR específico. Son las regiones inmunológicamente activas de un inmunógeno (las que se unen de hecho a un receptor de linfocitos o a un Ac libre).Por lo tanto, a partir de ahora habremos de acostumbrarnos a pensar en los antígenos como estructuras complejas que suelen constar de varios tipos de epitopos, cada uno de ellos capaz de unirse con un Ac o un TCR específico diferente. En este sentido, las macromoléculas son antígenos multivalentes, con muchos tipos de determinantes antigénicos distintos.
| Si hablamos de Ag proteicos, esta unión suele implicar varios niveles de la estructura del antígeno, desde la primaria a la terciaria (y, en su caso) a la cuaternaria. |
| En el caso de los polisacáridos, las ramificaciones debidas a distintos enlaces glucosídicos suponen conformaciones peculiares que son reconocidas de modo específico. |
Diferencias en el modo de reconocimiento por parte de células B y T
Epitopos de células B
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Epitopos de células T
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unión con el Ag
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binaria: Ig - Ag
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ternaria: TCR - Ag- MHC
(reconocimiento restringido por el haplotipo)
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¿se une a Ag soluble?
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Sí
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No
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¿requiere MHC?
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No
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Sí
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naturaleza química del epitopo
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Proteína
Lípido
Polisacárido
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únicamente proteínas
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Propiedades del epitopo
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parte externa, accesible
hidrófilo
movilidad (flexibilidad)
secuencial o conformacional
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parte interna, desnaturalizada
anfipático
péptido lineal; unión a MHC
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4.3.1 Propiedades de los epitopos de células B
- El tamaño de un epitopo depende del tamaño del sitio de unión que posea la inmunoglobulina específica respectiva. Cada sitio de unión a un epitopo en una inmunoglobulina se denomina paratopo.
- Los epitopos de células B de proteínas nativas suelen consistir en varios aminoácidos hidrófilos de la superficie de la proteína, y son los que están más accesibles al Ac libre o al Ac de membrana (del BCR).
- Los epitopos reconocidos por células B pueden ser secuenciales (es decir, una serie de aminoácios contiguos) o no secuenciales (también llamados conformacionales).
- Si desnaturalizamos una proteína, se perderán los epitopos conformacionales pero permanecerán los secuenciales.
- Los epitopos de B tienden a situarse en regiones flexibles de la molécula, capaces de "moverse" molecularmente. Parece que ello tiende a facilitar el encaje con las regiones complementarias (paratopo) del Ac.
- La mayor parte de la superficie de una proteína globular es potencialmente antigénica, y consiste en numerosos epitopos parcialmente superpuestos. Ahora bien, dada una determinada proteína, no todos los epitopos son igualmente inmunogénicos para distintos individuos de la misma especie. Para cada individuo y para cada Ag suele existir un epitopo llamado inmunodominante.
| Los epitopos secuenciales suelen depender de regiones en forma de bucle, situadas entre cadenas a consecutivas. |
| Los epitopos conformacionales dependen de la configuración nativa de la proteína. |
4.3.2 Propiedades de los epitopos reconocidos por células T
Estudios de Benacerraf (1959):Antes de desarrollar las características de estos epitopos describiremos sucintamente una serie de estudios clave que señalaron las diferencias esenciales entre el modo en que las células T reconocen los epitopos respecto a lo visto para las células B:
| si inmunizamos un animal por primera vez con una proteína nativa, se puede observar una respuesta celular primaria. |
| Si inmunizamos al mismo animal una segunda vez con la misma proteína nativa, se |
| La "sorpresa" (para las expectativas de la época) llega cuando esa segunda inoculación se hace con la proteína desnaturalizada: también ocurre una respuesta celular secundaria (algo que no ocurre con la respuesta humoral). |
- El tamaño del epitopo de células T queda determinado por el tamaño del surco de unión al Ag de la molécula de MHC.
- Los péptidos antigénicos reconocidos por células T forman un complejo trimolecular junto con el TCR del linfocito T y el MHC de la célula presentadora o diana. El antígeno reconocido por células T tiene dos zonas de unión: una para ligarse al TCR, denominada epitopo, y otra para engarzar al MHC, denominada agretopo.
- Los péptidos antigénicos implicados en el complejo trimolecular proceden del procesamiento intracelular del inmunógeno proteico original.
- Los antígenos reconocidos por las células T presentan péptidos anfipáticos. Precisamente, quizá la función del procesamiento sea "desplegar" el Ag y exponer estas regiones internas anfipáticas, de modo que la porción hidrófoba suele actuar de agretopo, mientras que la porción hidrófila actúa de epitopo propiamente dicho.
- Debido a que los Ag reconocidos por células T lo son unidos a las moléculas de MHC del individuo, y debido a que a su vez existe una gran diversidad de alelos de MHC en las poblaciones de una especie, los epitopos inmunodominantes en cada individuo dependen en parte del juego de moléculas MHC de ese individuo (lo cual, depende de su dotación genética, obviamente). En una proteína sólo una minoría de zonas peptídicas tienen capacidad para unirse a las moléculas MHC de cada individuo, y de esas zonas, sólo algunos estimulan de hecho a la célula T.
| Las moléculas de MHC-I unen péptidos de entre 8 y 11 aminoácidos. |
| Las moléculas de MHC-II unen péptidos de entre 11 y 17 aminoácidos. |
| Por programas de ordenador es posible predecir en una proteína aquellas regiones anfipáticas de tamaño adecuado que teóricamente podrían actuar como péptidos antigénicos. Esto se refleja en el llamado "índice anfipático", y se está aplicando actualmente al diseño de vacunas sintéticas peptídicas (como en el caso de la malaria). |
| También se puede recurrir por ordenador a medir el "índice de protrusión" de distintas partes de las proteínas: las zonas con menor protrusión son mejores candidatas a funcionar como péptidos de células T. |
4.4 HAPTENOS
Se define como hapteno aquel grupo químico definido, de pequeño tamaño, que por sí mismo es incapaz de desencadenar una respuesta inmune (es decir, no es inmunógeno), pero que unido covalentemente a una molécula portadora se comporta como inmunógeno (llegando a constituir el único determinante inmunodominante del conjugado).
En los años 20 y 30 Karl Landsteiner realizó unos famosos experimentos que mostraron por primera vez la asombrosa especificidad del sistema inmune.
| como haptenos empleó una serie de derivados del benceno, como el dinotrofenol (DNP), en configuraciones distintas (orto, meta, para), así como distintos derivados a base de distintos sustituyentes en determinadas posiciones conocidas. |
| Como molécula portadora empleó la seroalbúmina bovina (BSA). |
| Obtenía así distintas versiones de conjugados BSA-DNP. |
| Inyectaba conjugados BSA-DNP en un animal de laboratorio, esperaba a que se produjera la respuesta inmune, y tras una sangría, obtenía suero enriquecido en anticuerpos frente al hapteno (antisuero específico). |
| Finalmente, ponía en contacto el antisuero con el hapteno original, y en paralelo, con otros haptenos consistentes en variantes del original (lugar del localización de algún radical, naturaleza química del radical). |
Las conclusiones que se pueden extraer de estos experimentos son:
| Casi más importante que la naturaleza química concreta del hapteno es la configuración global del mismo (obsérvese que el hapteno equivale a un epitopo inmunodominante) a la hora de determinar si dicho hapteno puede reaccionar (y en qué cuantía) con el antisuero (anticuerpos). |
| En los experimentos se puede comprobar igualmente la existencia de algunas reacciones cruzadas, sobre todo cuando dos haptenos comparten una configuración parecida. |
| Igualmente se puede advertir de estos experimentos la enorme diversidad posible de anticuerpos: cualquier estructura química definida, natural o artificial, puede dar origen, si va unida a un portador, a anticuerpos específicos. |
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4.5 MITÓGENOS Y SUPERANTÍGENOS
4.5.1 Mitógenos
Los mitógenos son agentes capaces de inducir la proliferación de una gran cantidad de clones de linfocitos T y/o B, de modo inespecífico (por lo que también se denominan activadores policlonales).
Ejemplos de mitógenos:
| Lectinas: conllevan la aglutinación de células (entre ellas linfocitos), pero aquí nos interesan sobre todo por su capacidad de activación policlonal de células T, B, o de ambas. Como ejmplos de lectinas tenemos: |
| concanavalina A (conA), que es mitógeno de células T |
| fitohemaglutinina (PHA), que es mitógenos de células T |
| mitógeno de fitolaca (PWM), que es mitógeno tanto de T como de B. |
Lipopolisacárido (LPS) de bacterias Gram negativas. Su actividad como mitógeno reside en la porción de lípido A.4.5.2 Superantígenos
Los superantígenos son unos potentes activadores policlonales de células T que expresan secuencias comunes en sus receptores: llegan a activar hasta la quinta parte del total de estos linfocitos). Esta activación es independiente de la especificidad hacia una combinación particular de Ag procesado-MHC.
Unen la porción Vb del TCR y lo entrecruzan con la parte externa del MHC, fuera del surco que normalmente sirve para exponer y presentar el antígeno. De esta forma, entrecruzan de modo inespecífico las células TH con las APC, de modo que los linfocitos T se activan sin haber reconocido Ag procesado y presentado en el surco de MHC-II de las APC. El resultado es que un gran número de clones de células T segregan grandes niveles de citoquinas, lo que puede llevar a shock y a muerte.
Ejemplos de superantígenos son ciertas toxinas de Staphylococcus aureus, como la toxina del síndrome del choque tóxico (TSS-1), o la enterotoxina.
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