Anticuerpo

Un anticuerpo, también conocido como inmunoglobulina, es una proteína grande en forma de Y utilizada por el sistema inmunitario para identificar y neutralizar objetos extraños como bacterias y virus patógenos. El anticuerpo reconoce una molécula única del patógeno, llamada antígeno. Cada punta de la "Y" de un anticuerpo contiene un paratopo (análogo a una cerradura) que es específico para un epítopo particular (análogo a una llave) en un antígeno, lo que permite que estas dos estructuras se unan con precisión. Mediante este mecanismo de unión, un anticuerpo puede etiquetarun microbio o una célula infectada para el ataque de otras partes del sistema inmunitario, o puede neutralizarlo directamente (por ejemplo, bloqueando una parte de un virus que es esencial para su invasión).

Para permitir que el sistema inmunológico reconozca millones de antígenos diferentes, los sitios de unión al antígeno en ambas puntas del anticuerpo vienen en una variedad igualmente amplia. Por el contrario, el resto del anticuerpo es relativamente constante. Solo ocurre en algunas variantes, que definen la clase o el isotipo del anticuerpo: IgA, IgD, IgE, IgG o IgM. La región constante en el tronco del anticuerpo incluye sitios involucrados en interacciones con otros componentes del sistema inmunológico. Por lo tanto, la clase determina la función desencadenada por un anticuerpo después de unirse a un antígeno, además de algunas características estructurales. Los anticuerpos de diferentes clases también difieren en el lugar del cuerpo en el que se liberan y en qué etapa de la respuesta inmunitaria.

Junto con las células B y T, los anticuerpos constituyen la parte más importante del sistema inmunitario adaptativo. Se presentan en dos formas: una que está adherida a una célula B y la otra, una forma soluble, que no está adherida y se encuentra en fluidos extracelulares como el plasma sanguíneo. Inicialmente, todos los anticuerpos son de la primera forma, adheridos a la superficie de una célula B; luego se los denomina receptores de células B (BCR). Después de que un antígeno se une a un BCR, la célula B se activa para proliferar y diferenciarse en células plasmáticas, que secretan anticuerpos solubles con el mismo paratopo, o células B de memoria, que sobreviven en el cuerpo para permitir una inmunidad duradera al antígeno. Los anticuerpos solubles se liberan en la sangre y los fluidos tisulares, así como en muchas secreciones. Debido a que estos fluidos se conocían tradicionalmente como humores, la inmunidad mediada por anticuerpos a veces se conoce o se considera parte de la inmunidad humoral. Las unidades solubles en forma de Y pueden presentarse individualmente como monómeros o en complejos de dos a cinco unidades.

Los anticuerpos son glicoproteínas pertenecientes a la superfamilia de las inmunoglobulinas. Los términos anticuerpo e inmunoglobulina a menudo se usan indistintamente, aunque el término "anticuerpo" a veces se reserva para la forma soluble secretada, es decir, excluyendo los receptores de células B.

Estructura

Los anticuerpos son proteínas pesadas (~150 kDa) de aproximadamente 10 nm de tamaño, dispuestas en tres regiones globulares que tienen una forma aproximada de Y.

En los seres humanos y la mayoría de los mamíferos, una unidad de anticuerpo consta de cuatro cadenas polipeptídicas; dos cadenas pesadas idénticas y dos cadenas ligeras idénticas conectadas por enlaces disulfuro. Cada cadena es una serie de dominios: secuencias algo similares de unos 110 aminoácidos cada una. Estos dominios generalmente se representan en esquemas simplificados como rectángulos. Las cadenas ligeras constan de un dominio variable V _L y un dominio constante C _L, mientras que las cadenas pesadas contienen un dominio variable V _H y de tres a cuatro dominios constantes C _H 1, C _H 2,...

Estructuralmente, un anticuerpo también se divide en dos fragmentos de unión a antígeno (Fab), que contienen un dominio _VL, VH, C _L y _{CH 1} cada uno, así como el fragmento cristalizable (Fc), que forma el tronco de la Y forma. Entre ellos hay una región bisagra de las cadenas pesadas, cuya flexibilidad permite que los anticuerpos se unan a pares de epítopos a varias distancias, formen complejos (dímeros, trímeros, etc.) y se unan a moléculas efectoras más fácilmente.

En una prueba de electroforesis de proteínas sanguíneas, la mayoría de los anticuerpos migran a la última fracción de gammaglobulina. Por el contrario, la mayoría de las gammaglobulinas son anticuerpos, razón por la cual los dos términos históricamente se usaron como sinónimos, al igual que los símbolos Ig y γ. Esta terminología variante dejó de usarse debido a que la correspondencia era inexacta y debido a la confusión con las cadenas pesadas γ que caracterizan la clase de anticuerpos IgG.

Sitio de unión al antígeno

Los dominios variables también pueden denominarse región _FV. Es la subregión de Fab que se une a un antígeno. Más específicamente, cada dominio variable contiene tres regiones hipervariables– los aminoácidos que se ven allí varían más de un anticuerpo a otro. Cuando la proteína se pliega, estas regiones dan lugar a tres bucles de hebras β, localizadas cerca unas de otras en la superficie del anticuerpo. Estos bucles se denominan regiones determinantes de la complementariedad (CDR), ya que su forma complementa la de un antígeno. Tres CDR de cada una de las cadenas pesada y ligera juntas forman un sitio de unión de anticuerpos cuya forma puede ser cualquier cosa, desde un bolsillo al que se une un antígeno más pequeño, hasta una superficie más grande o una protuberancia que sobresale en un surco en un antígeno. Sin embargo, normalmente solo unos pocos residuos contribuyen a la mayor parte de la energía de enlace.

La existencia de dos sitios de unión de anticuerpos idénticos permite que las moléculas de anticuerpo se unan fuertemente al antígeno multivalente (sitios repetidos como los polisacáridos en las paredes celulares bacterianas u otros sitios a cierta distancia), así como formar complejos de anticuerpos y antígeno-anticuerpo más grandes. complejos. El entrecruzamiento resultante juega un papel en la activación de otras partes del sistema inmunológico.

Las estructuras de las CDR han sido agrupadas y clasificadas por Chothia et al. y más recientemente por North et al. y Nikoloudis et al. Sin embargo, describir el sitio de unión de un anticuerpo usando solo una única estructura estática limita la comprensión y caracterización de la función y las propiedades del anticuerpo. Para mejorar la predicción de la estructura de los anticuerpos y tener en cuenta los movimientos de interfase y bucle CDR fuertemente correlacionados, los paratopos de anticuerpos deben describirse como estados de interconversión en solución con probabilidades variables.

En el marco de la teoría de la red inmunitaria, las CDR también se denominan idiotipos. De acuerdo con la teoría de la red inmunitaria, el sistema inmunitario adaptativo está regulado por interacciones entre los idiotipos.

Región f.c.

La región Fc (el tronco de la forma Y) está compuesta por dominios constantes de las cadenas pesadas. Su función es modular la actividad de las células inmunitarias: es donde se unen las moléculas efectoras, desencadenando varios efectos después de que la región Fab del anticuerpo se une a un antígeno. Las células efectoras (como los macrófagos o las células asesinas naturales) se unen a través de sus receptores Fc (FcR) a la región Fc de un anticuerpo, mientras que el sistema del complemento se activa al unirse al complejo proteico C1q. IgG o IgM pueden unirse a C1q, pero IgA no puede, por lo tanto, IgA no activa la vía clásica del complemento.

Otra función de la región Fc es distribuir selectivamente diferentes clases de anticuerpos en todo el cuerpo. En particular, el receptor Fc neonatal (FcRn) se une a la región Fc de los anticuerpos IgG para transportarlo a través de la placenta, de la madre al feto.

Los anticuerpos son glicoproteínas, es decir, tienen carbohidratos (glucanos) agregados a los residuos de aminoácidos conservados. Estos sitios de glicosilación conservados ocurren en la región Fc e influyen en las interacciones con las moléculas efectoras.

Estructura de la proteína

El extremo N de cada cadena está situado en la punta. Cada dominio de inmunoglobulina tiene una estructura similar, característica de todos los miembros de la superfamilia de inmunoglobulinas: está compuesto por entre 7 (para dominios constantes) y 9 (para dominios variables) cadenas β, formando dos láminas beta en un motivo clave griego. Las láminas crean una forma de "sándwich", el pliegue de inmunoglobulina, que se mantiene unida por un enlace disulfuro.

Complejos de anticuerpos

Los anticuerpos secretados pueden ocurrir como una sola unidad en forma de Y, un monómero. Sin embargo, algunas clases de anticuerpos también forman dímeros con dos unidades de Ig (como IgA), tetrámeros con cuatro unidades de Ig (como IgM de peces teleósteos) o pentámeros con cinco unidades de Ig (como IgW de tiburón o IgM de mamíferos, que ocasionalmente también forman hexámeros)., con seis unidades).

Los anticuerpos también forman complejos al unirse al antígeno: esto se denomina complejo antígeno-anticuerpo o complejo inmunitario. Los antígenos pequeños pueden entrecruzar dos anticuerpos, lo que también conduce a la formación de dímeros, trímeros, tetrámeros de anticuerpos, etc. Los antígenos multivalentes (p. ej., células con múltiples epítopos) pueden formar complejos más grandes con anticuerpos. Un ejemplo extremo es la aglomeración o aglutinación de glóbulos rojos con anticuerpos en la prueba de Coombs para determinar los grupos sanguíneos: las aglomeraciones grandes se vuelven insolubles, lo que lleva a una precipitación visualmente aparente.

Receptores de células B

La forma unida a la membrana de un anticuerpo puede denominarse inmunoglobulina de superficie (sIg) o inmunoglobulina de membrana (mIg). Es parte del receptor de células B (BCR), que permite que una célula B detecte cuando un antígeno específico está presente en el cuerpo y desencadena la activación de la célula B. El BCR está compuesto por anticuerpos IgD o IgM unidos a la superficie y heterodímeros Ig-α e Ig-β asociados, que son capaces de transducir señales. Una célula B humana típica tendrá de 50 000 a 100 000 anticuerpos unidos a su superficie. Tras la unión al antígeno, se agrupan en grandes parches, que pueden superar 1 micrómetro de diámetro, en balsas de lípidos que aíslan los BCR de la mayoría de los demás receptores de señalización celular. Estos parches pueden mejorar la eficacia de la respuesta inmunitaria celular. En los seres humanos, la superficie celular está desnuda alrededor de los receptores de células B durante varios cientos de nanómetros, lo que aísla aún más a los BCR de las influencias competitivas.

Clases

Los anticuerpos pueden venir en diferentes variedades conocidas como isotipos o clases. En los mamíferos placentarios hay cinco clases de anticuerpos conocidas como IgA, IgD, IgE, IgG e IgM, que se subdividen en subclases como IgA1, IgA2. El prefijo "Ig" significa inmunoglobulina, mientras que el sufijo indica el tipo de cadena pesada que contiene el anticuerpo: los tipos de cadena pesada α (alfa), γ (gamma), δ (delta), ε (épsilon), μ (mu) dan lugar a IgA, IgG, IgD, IgE, IgM, respectivamente. Las características distintivas de cada clase están determinadas por la parte de la cadena pesada dentro de la región bisagra y Fc.

Las clases difieren en sus propiedades biológicas, ubicaciones funcionales y capacidad para tratar con diferentes antígenos, como se muestra en la tabla. Por ejemplo, los anticuerpos IgE son responsables de una respuesta alérgica que consiste en la liberación de histamina de los mastocitos, a menudo un único contribuyente al asma (aunque existen otras vías, ya que existen síntomas muy similares a los que técnicamente no son asma). La región variable del anticuerpo se une al antígeno alérgico, por ejemplo, partículas de ácaros del polvo doméstico, mientras que su región Fc (en las cadenas pesadas ε) se une al receptor Fc ε en un mastocito, desencadenando su desgranulación: la liberación de moléculas almacenadas en sus gránulos.

El isotipo de anticuerpo de una célula B cambia durante el desarrollo y la activación celular. Las células B inmaduras, que nunca se han expuesto a un antígeno, expresan solo el isotipo IgM en una forma unida a la superficie celular. El linfocito B, en esta forma lista para responder, se conoce como "linfocito B ingenuo". El linfocito B vírgenes expresa IgM e IgD de superficie. La coexpresión de estos dos isotipos de inmunoglobulina hace que la célula B esté lista para responder al antígeno.La activación de las células B sigue al compromiso de la molécula de anticuerpo unida a la célula con un antígeno, lo que hace que la célula se divida y se diferencie en una célula productora de anticuerpos llamada célula plasmática. En esta forma activada, la célula B comienza a producir anticuerpos en una forma secretada en lugar de una forma unida a la membrana. Algunas células hijas de las células B activadas experimentan un cambio de isotipo, un mecanismo que hace que la producción de anticuerpos cambie de IgM o IgD a los otros isotipos de anticuerpos, IgE, IgA o IgG, que tienen funciones definidas en el sistema inmunitario.

Tipos de cadenas ligeras

En los mamíferos existen dos tipos de cadena ligera de inmunoglobulina, que se denominan lambda (λ) y kappa (κ). Sin embargo, no existe una diferencia funcional conocida entre ellos y ambos pueden ocurrir con cualquiera de los cinco tipos principales de cadenas pesadas. Cada anticuerpo contiene dos cadenas ligeras idénticas: ambas κ o ambas λ. Las proporciones de los tipos κ y λ varían según la especie y se pueden usar para detectar la proliferación anormal de clones de células B. Otros tipos de cadenas ligeras, como la cadena iota (ι), se encuentran en otros vertebrados como tiburones (Chondrichthyes) y peces óseos (Teleostei).

En animales no mamíferos

En la mayoría de los mamíferos placentarios, la estructura de los anticuerpos es generalmente la misma. Los peces con mandíbula parecen ser los animales más primitivos capaces de producir anticuerpos similares a los de los mamíferos, aunque muchas características de su inmunidad adaptativa aparecieron algo antes.

Los peces cartilaginosos (como los tiburones) producen anticuerpos de cadena pesada únicamente (es decir, que carecen de cadenas ligeras) que además presentan pentámeros de cadena más larga (con cinco unidades constantes por molécula). Los camélidos (como camellos, llamas, alpacas) también se destacan por producir anticuerpos de cadena pesada solamente.

Interacciones anticuerpo-antígeno

El paratope del anticuerpo interactúa con el epítopo del antígeno. Un antígeno suele contener diferentes epítopos a lo largo de su superficie dispuestos de forma discontinua, y los epítopos dominantes en un antígeno dado se denominan determinantes.

Anticuerpo y antígeno interactúan por complementariedad espacial (cerradura y llave). Las fuerzas moleculares involucradas en la interacción Fab-epítopo son débiles y no específicas, por ejemplo, fuerzas electrostáticas, enlaces de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas y fuerzas de van der Waals. Esto significa que la unión entre el anticuerpo y el antígeno es reversible, y la afinidad del anticuerpo hacia un antígeno es relativa en lugar de absoluta. La unión relativamente débil también significa que es posible que un anticuerpo reaccione de forma cruzada con diferentes antígenos de diferentes afinidades relativas.

Función

Las principales categorías de acción de los anticuerpos incluyen las siguientes:

• Neutralización, en la que los anticuerpos neutralizantes bloquean partes de la superficie de una célula bacteriana o virión para que su ataque sea ineficaz.
• Aglutinación, en la que los anticuerpos "pegan" las células extrañas en grupos que son objetivos atractivos para la fagocitosis.
• Precipitación, en la que los anticuerpos "pegan" antígenos solubles en suero, obligándolos a precipitarse fuera de la solución en grupos que son objetivos atractivos para la fagocitosis.
• Activación del complemento (fijación), en la que los anticuerpos que se adhieren a una célula extraña alientan al complemento a atacarla con un complejo de ataque a la membrana, lo que conduce a lo siguiente:
  • Lisis de la célula extraña
  • Fomento de la inflamación atrayendo quimiotácticamente las células inflamatorias

Más indirectamente, un anticuerpo puede indicar a las células inmunitarias que presenten fragmentos de anticuerpos a las células T, o regular a la baja otras células inmunitarias para evitar la autoinmunidad.

Las células B activadas se diferencian en células productoras de anticuerpos llamadas células plasmáticas que secretan anticuerpos solubles o células de memoria que sobreviven en el cuerpo durante años para permitir que el sistema inmunitario recuerde un antígeno y responda más rápido a futuras exposiciones.

En las etapas de vida prenatal y neonatal, la presencia de anticuerpos es proporcionada por la inmunización pasiva de la madre. La producción temprana de anticuerpos endógenos varía según los diferentes tipos de anticuerpos y, por lo general, aparece en los primeros años de vida. Dado que los anticuerpos existen libremente en el torrente sanguíneo, se dice que forman parte del sistema inmunitario humoral. Los anticuerpos circulantes son producidos por células B clonales que responden específicamente a un solo antígeno (un ejemplo es un fragmento de proteína de la cápside de un virus). Los anticuerpos contribuyen a la inmunidad de tres maneras: evitan que los patógenos entren en las células o las dañen al unirse a ellas; estimulan la eliminación de patógenos por macrófagos y otras células al recubrir el patógeno; y desencadenan la destrucción de patógenos al estimular otras respuestas inmunitarias, como la vía del complemento.Los anticuerpos también desencadenarán la desgranulación de aminas vasoactivas para contribuir a la inmunidad contra ciertos tipos de antígenos (helmintos, alérgenos).

Activación del complemento

Los anticuerpos que se unen a antígenos de superficie (por ejemplo, en bacterias) atraerán el primer componente de la cascada del complemento con su región Fc e iniciarán la activación del sistema de complemento "clásico". Esto resulta en la muerte de bacterias de dos maneras. En primer lugar, la unión de las moléculas de anticuerpo y complemento marca al microbio para que sea ingerido por los fagocitos en un proceso llamado opsonización; estos fagocitos son atraídos por ciertas moléculas de complemento generadas en la cascada del complemento. En segundo lugar, algunos componentes del sistema del complemento forman un complejo de ataque a la membrana para ayudar a los anticuerpos a destruir la bacteria directamente (bacteriolisis).

Activación de células efectoras

Para combatir los patógenos que se replican fuera de las células, los anticuerpos se unen a los patógenos para unirlos y hacer que se aglutinen. Dado que un anticuerpo tiene al menos dos paratopos, puede unirse a más de un antígeno al unirse a epítopos idénticos que se encuentran en las superficies de estos antígenos. Al recubrir el patógeno, los anticuerpos estimulan las funciones efectoras contra el patógeno en las células que reconocen su región Fc.

Aquellas células que reconocen patógenos recubiertos tienen receptores Fc que, como sugiere su nombre, interactúan con la región Fc de los anticuerpos IgA, IgG e IgE. La unión de un anticuerpo particular con el receptor Fc en una célula particular desencadena una función efectora de esa célula; los fagocitos fagocitarán, los mastocitos y los neutrófilos se desgranularán, las células asesinas naturales liberarán citocinas y moléculas citotóxicas; eso finalmente resultará en la destrucción del microbio invasor. La activación de las células asesinas naturales por parte de los anticuerpos inicia un mecanismo citotóxico conocido como citotoxicidad mediada por células dependiente de anticuerpos (ADCC): este proceso puede explicar la eficacia de los anticuerpos monoclonales utilizados en terapias biológicas contra el cáncer. Los receptores Fc son específicos de isotipo, lo que otorga mayor flexibilidad al sistema inmunitario,

Anticuerpos naturales

Los humanos y los primates superiores también producen "anticuerpos naturales" que están presentes en el suero antes de la infección viral. Los anticuerpos naturales se han definido como anticuerpos que se producen sin ninguna infección previa, vacunación, otra exposición a antígenos extraños o inmunización pasiva. Estos anticuerpos pueden activar la vía clásica del complemento que conduce a la lisis de las partículas virales envueltas mucho antes de que se active la respuesta inmunitaria adaptativa. Muchos anticuerpos naturales están dirigidos contra el disacárido galactosa α(1,3)-galactosa (α-Gal), que se encuentra como un azúcar terminal en las proteínas glicosiladas de la superficie celular y se genera en respuesta a la producción de este azúcar por bacterias contenidas en el tripa humanaSe cree que el rechazo de los órganos xenotrasplantados es, en parte, el resultado de los anticuerpos naturales que circulan en el suero del receptor que se unen a los antígenos α-Gal expresados ​​en el tejido del donante.

Diversidad de inmunoglobulinas

Prácticamente todos los microbios pueden desencadenar una respuesta de anticuerpos. El reconocimiento y la erradicación exitosos de muchos tipos diferentes de microbios requieren diversidad entre los anticuerpos; su composición de aminoácidos varía, lo que les permite interactuar con muchos antígenos diferentes. Se ha estimado que los humanos generan alrededor de 10 mil millones de anticuerpos diferentes, cada uno capaz de unirse a un epítopo distinto de un antígeno. Aunque se genera un enorme repertorio de diferentes anticuerpos en un solo individuo, la cantidad de genes disponibles para fabricar estas proteínas está limitada por el tamaño del genoma humano. Han evolucionado varios mecanismos genéticos complejos que permiten que las células B de vertebrados generen un grupo diverso de anticuerpos a partir de un número relativamente pequeño de genes de anticuerpos.

Variabilidad de dominio

La región cromosómica que codifica un anticuerpo es grande y contiene varios loci de genes distintos para cada dominio del anticuerpo: la región cromosómica que contiene genes de cadena pesada (IGH@) se encuentra en el cromosoma 14, y los loci que contienen genes de cadena ligera lambda y kappa (IGL@ e IGK@) se encuentran en los cromosomas 22 y 2 en humanos. Uno de estos dominios se denomina dominio variable, que está presente en cada cadena pesada y ligera de cada anticuerpo, pero puede diferir en diferentes anticuerpos generados a partir de distintas células B. Las diferencias, entre los dominios variables, se ubican en tres bucles conocidos como regiones hipervariables (HV-1, HV-2 y HV-3) o regiones determinantes de la complementariedad (CDR1, CDR2 y CDR3). Las CDR están soportadas dentro de los dominios variables por regiones marco conservadas. El locus de la cadena pesada contiene alrededor de 65 genes de dominio variable diferentes que difieren en sus CDR. La combinación de estos genes con una matriz de genes para otros dominios del anticuerpo genera una gran caballería de anticuerpos con un alto grado de variabilidad. Esta combinación se llama recombinación V(D)J que se analiza a continuación.

Recombinación V(D)J

La recombinación somática de inmunoglobulinas, también conocida como recombinación V(D)J, implica la generación de una región variable de inmunoglobulina única. La región variable de cada cadena pesada o ligera de inmunoglobulina está codificada en varias piezas, conocidas como segmentos génicos (subgenes). Estos segmentos se denominan segmentos variables (V), de diversidad (D) y de unión (J).Los segmentos V, D y J se encuentran en las cadenas pesadas de Ig, pero solo los segmentos V y J se encuentran en las cadenas ligeras de Ig. Existen múltiples copias de los segmentos génicos V, D y J, y están dispuestas en tándem en los genomas de los mamíferos. En la médula ósea, cada célula B en desarrollo ensamblará una región variable de inmunoglobulina seleccionando y combinando aleatoriamente un segmento génico V, uno D y uno J (o un segmento V y un segmento J en la cadena ligera). Como hay múltiples copias de cada tipo de segmento génico y se pueden usar diferentes combinaciones de segmentos génicos para generar cada región variable de inmunoglobulina, este proceso genera una gran cantidad de anticuerpos, cada uno con diferentes paratopos y, por lo tanto, diferentes especificidades antigénicas.El reordenamiento de varios subgenes (es decir, la familia V2) para la inmunoglobulina de cadena ligera lambda se combina con la activación del microARN miR-650, que influye aún más en la biología de las células B.

Las proteínas RAG juegan un papel importante con la recombinación V(D)J en el corte del ADN en una región particular. Sin la presencia de estas proteínas, no se produciría la recombinación V(D)J.

Después de que una célula B produce un gen de inmunoglobulina funcional durante la recombinación V(D)J, no puede expresar ninguna otra región variable (un proceso conocido como exclusión alélica), por lo que cada célula B puede producir anticuerpos que contienen solo un tipo de cadena variable.

Hipermutación somática y maduración de afinidad.

Luego de la activación con el antígeno, las células B comienzan a proliferar rápidamente. En estas células que se dividen rápidamente, los genes que codifican los dominios variables de las cadenas pesada y ligera experimentan una alta tasa de mutación puntual, mediante un proceso denominado hipermutación somática (SHM). SHM da como resultado aproximadamente un cambio de nucleótido por gen variable, por división celular. Como consecuencia, cualquier célula B hija adquirirá ligeras diferencias de aminoácidos en los dominios variables de sus cadenas de anticuerpos.

Esto sirve para aumentar la diversidad del grupo de anticuerpos y afecta la afinidad de unión al antígeno del anticuerpo. Algunas mutaciones puntuales darán como resultado la producción de anticuerpos que tienen una interacción más débil (baja afinidad) con su antígeno que el anticuerpo original, y algunas mutaciones generarán anticuerpos con una interacción más fuerte (alta afinidad). Las células B que expresan anticuerpos de alta afinidad en su superficie recibirán una fuerte señal de supervivencia durante las interacciones con otras células, mientras que aquellas con anticuerpos de baja afinidad no la recibirán y morirán por apoptosis.Por lo tanto, las células B que expresan anticuerpos con una mayor afinidad por el antígeno superarán a aquellas con afinidades más débiles para la función y la supervivencia, lo que permitirá que la afinidad promedio de los anticuerpos aumente con el tiempo. El proceso de generación de anticuerpos con afinidades de unión aumentadas se denomina maduración de la afinidad. La maduración de la afinidad ocurre en las células B maduras después de la recombinación V(D)J y depende de la ayuda de las células T colaboradoras.

Cambio de clase

El cambio de isotipo o clase es un proceso biológico que ocurre después de la activación de la célula B, lo que permite que la célula produzca diferentes clases de anticuerpos (IgA, IgE o IgG).Las diferentes clases de anticuerpos y, por tanto, las funciones efectoras, están definidas por las regiones constantes (C) de la cadena pesada de la inmunoglobulina. Inicialmente, las células B vírgenes expresan solo IgM e IgD de superficie celular con regiones de unión a antígeno idénticas. Cada isotipo está adaptado para una función distinta; por lo tanto, después de la activación, podría ser necesario un anticuerpo con una función efectora IgG, IgA o IgE para eliminar eficazmente un antígeno. El cambio de clase permite que diferentes células hijas de la misma célula B activada produzcan anticuerpos de diferentes isotipos. Solo la región constante de la cadena pesada del anticuerpo cambia durante el cambio de clase; las regiones variables, y por lo tanto la especificidad del antígeno, permanecen sin cambios. Por lo tanto, la progenie de una sola célula B puede producir anticuerpos, todos específicos para el mismo antígeno, pero con la capacidad de producir la función efectora apropiada para cada desafío antigénico. El cambio de clase es provocado por citocinas; el isotipo generado depende de qué citocinas estén presentes en el entorno de las células B.

El cambio de clase se produce en el locus del gen de la cadena pesada mediante un mecanismo denominado recombinación de cambio de clase (CSR). Este mecanismo se basa en motivos de nucleótidos conservados, llamados regiones de cambio (S), que se encuentran en el ADN corriente arriba de cada gen de la región constante (excepto en la cadena δ). La hebra de ADN se rompe por la actividad de una serie de enzimas en dos regiones S seleccionadas. El exón del dominio variable se vuelve a unir a través de un proceso llamado unión de extremos no homólogos (NHEJ) a la región constante deseada (γ, α o ε). Este proceso da como resultado un gen de inmunoglobulina que codifica un anticuerpo de un isotipo diferente.

Designaciones de especificidad

Un anticuerpo puede denominarse monoespecífico si tiene especificidad por el mismo antígeno o epítopo, o biespecífico si tiene afinidad por dos antígenos diferentes o dos epítopos diferentes sobre el mismo antígeno. Un grupo de anticuerpos puede llamarse polivalente (o inespecífico) si tiene afinidad por varios antígenos o microorganismos. La inmunoglobulina intravenosa, si no se indica lo contrario, consta de una variedad de diferentes IgG (IgG policlonal). Por el contrario, los anticuerpos monoclonales son anticuerpos idénticos producidos por una sola célula B.

Anticuerpos asimétricos

Los anticuerpos heterodiméricos, que también son anticuerpos asimétricos, permiten una mayor flexibilidad y nuevos formatos para unir una variedad de fármacos a los brazos del anticuerpo. Uno de los formatos generales para un anticuerpo heterodimérico es el formato de "protuberancias en agujeros". Este formato es específico de la parte de la cadena pesada de la región constante de los anticuerpos. La parte de las "perillas" está diseñada reemplazando un aminoácido pequeño por uno más grande. Encaja en el "agujero", que está diseñado reemplazando un aminoácido grande por uno más pequeño. Lo que conecta las "perillas" con los "agujeros" son los enlaces disulfuro entre cada cadena. La forma de "perillas en agujeros" facilita la citotoxicidad mediada por células dependiente de anticuerpos. Los fragmentos variables de cadena única (scFv) se conectan al dominio variable de la cadena pesada y ligera a través de un péptido conector corto. El enlazador es rico en glicina, que le da más flexibilidad, y serina/treonina, que le da especificidad. Se pueden conectar dos fragmentos scFv diferentes entre sí, a través de una región bisagra, al dominio constante de la cadena pesada o al dominio constante de la cadena ligera.Esto le da al anticuerpo biespecificidad, lo que permite las especificidades de unión de dos antígenos diferentes. El formato de "perillas en agujeros" mejora la formación de heterodímeros pero no suprime la formación de homodímeros.

Para mejorar aún más la función de los anticuerpos heterodiméricos, muchos científicos buscan construcciones artificiales. Los anticuerpos artificiales son motivos proteicos en gran medida diversos que utilizan la estrategia funcional de la molécula del anticuerpo, pero no están limitados por las restricciones estructurales del marco y del bucle del anticuerpo natural. Ser capaz de controlar el diseño combinacional de la secuencia y el espacio tridimensional podría trascender el diseño natural y permitir la unión de diferentes combinaciones de drogas a los brazos.

Los anticuerpos heterodiméricos tienen una mayor variedad de formas que pueden tomar y los medicamentos que se unen a los brazos no tienen que ser los mismos en cada brazo, lo que permite que se usen diferentes combinaciones de medicamentos en el tratamiento del cáncer. Los productos farmacéuticos pueden producir anticuerpos biespecíficos e incluso multiespecíficos altamente funcionales. El grado en que pueden funcionar es impresionante dado que tal cambio de forma de la forma natural debería conducir a una funcionalidad disminuida.

Historia

El primer uso del término "anticuerpo" se produjo en un texto de Paul Ehrlich. El término Antikörper (la palabra alemana para anticuerpo) aparece en la conclusión de su artículo "Estudios experimentales sobre la inmunidad", publicado en octubre de 1891, en el que afirma que, "si dos sustancias dan lugar a dos Antikörper diferentes, entonces ellos mismos deben ser diferentes". ". Sin embargo, el término no se aceptó de inmediato y se propusieron varios otros términos para anticuerpo; estos incluyeron Immunkörper, Amboceptor, Zwischenkörper, sustancia sensibilisatrice, copula, Desmon, philocytase,fijador e Immunisin. La palabra anticuerpo tiene analogía formal con la palabra antitoxina y un concepto similar a Immunkörper (cuerpo inmune en inglés). Como tal, la construcción original de la palabra contiene un defecto lógico; la antitoxina es algo dirigido contra una toxina, mientras que el anticuerpo es un cuerpo dirigido contra algo.

El estudio de los anticuerpos comenzó en 1890 cuando Emil von Behring y Kitasato Shibasaburō describieron la actividad de los anticuerpos contra las toxinas de la difteria y el tétanos. Von Behring y Kitasato propusieron la teoría de la inmunidad humoral y propusieron que un mediador en el suero podría reaccionar con un antígeno extraño. Su idea llevó a Paul Ehrlich a proponer la teoría de la cadena lateral para la interacción entre anticuerpos y antígenos en 1897, cuando planteó la hipótesis de que los receptores (descritos como "cadenas laterales") en la superficie de las células podrían unirse específicamente a las toxinas, en un "bloqueo". interacción "y-llave", y que esta reacción de unión es el desencadenante de la producción de anticuerpos.Otros investigadores creían que los anticuerpos existían libremente en la sangre y, en 1904, Almroth Wright sugirió que los anticuerpos solubles recubrían las bacterias para etiquetarlas para la fagocitosis y la muerte; un proceso que denominó opsoninización.

En la década de 1920, Michael Heidelberger y Oswald Avery observaron que los anticuerpos podían precipitar los antígenos y demostraron que los anticuerpos están hechos de proteínas. Las propiedades bioquímicas de las interacciones antígeno-anticuerpo-unión fueron examinadas con más detalle a fines de la década de 1930 por John Marrack. El siguiente gran avance se produjo en la década de 1940, cuando Linus Pauling confirmó la teoría del candado y la llave propuesta por Ehrlich al demostrar que las interacciones entre anticuerpos y antígenos dependen más de su forma que de su composición química. En 1948, Astrid Fagraeus descubrió que las células B, en forma de células plasmáticas, eran las encargadas de generar anticuerpos.

El trabajo posterior se concentró en la caracterización de las estructuras de las proteínas de los anticuerpos. Un avance importante en estos estudios estructurales fue el descubrimiento a principios de la década de 1960 por parte de Gerald Edelman y Joseph Gally de la cadena ligera del anticuerpo, y su descubrimiento de que esta proteína es la misma que la proteína de Bence-Jones descrita en 1845 por Henry Bence Jones. Edelman continuó descubriendo que los anticuerpos están compuestos de cadenas pesadas y ligeras unidas por enlaces disulfuro. Casi al mismo tiempo, Rodney Porter caracterizó las regiones de unión a anticuerpos (Fab) y cola de anticuerpos (Fc) de IgG. Juntos, estos científicos dedujeron la estructura y la secuencia completa de aminoácidos de IgG, una hazaña por la que recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1972.El fragmento Fv fue preparado y caracterizado por David Givol. Si bien la mayoría de estos primeros estudios se centraron en IgM e IgG, en la década de 1960 se identificaron otros isotipos de inmunoglobulina: Thomas Tomasi descubrió el anticuerpo secretor (IgA); David S. Rowe y John L. Fahey descubrieron IgD; y Kimishige Ishizaka y Teruko Ishizaka descubrieron IgE y demostraron que era una clase de anticuerpos involucrados en reacciones alérgicas. En una serie histórica de experimentos que comenzó en 1976, Susumu Tonegawa demostró que el material genético puede reorganizarse para formar la amplia gama de anticuerpos disponibles.

Aplicaciones médicas

Diagnóstico de enfermedades

La detección de anticuerpos particulares es una forma muy común de diagnóstico médico, y aplicaciones como la serología dependen de estos métodos. Por ejemplo, en ensayos bioquímicos para el diagnóstico de enfermedades, se estima a partir de la sangre un título de anticuerpos dirigidos contra el virus de Epstein-Barr o la enfermedad de Lyme. Si esos anticuerpos no están presentes, la persona no está infectada o la infección ocurrió hace mucho tiempo, y las células B que generan estos anticuerpos específicos se han descompuesto naturalmente.

En inmunología clínica, los niveles de clases individuales de inmunoglobulinas se miden mediante nefelometría (o turbidimetría) para caracterizar el perfil de anticuerpos del paciente. Las elevaciones en diferentes clases de inmunoglobulinas a veces son útiles para determinar la causa del daño hepático en pacientes para quienes el diagnóstico no está claro. Por ejemplo, IgA elevada indica cirrosis alcohólica, IgM elevada indica hepatitis viral y cirrosis biliar primaria, mientras que IgG está elevada en hepatitis viral, hepatitis autoinmune y cirrosis.

Los trastornos autoinmunes a menudo se pueden atribuir a anticuerpos que se unen a los propios epítopos del cuerpo; muchos pueden detectarse a través de análisis de sangre. Los anticuerpos dirigidos contra los antígenos de superficie de los glóbulos rojos en la anemia hemolítica inmunomediada se detectan con la prueba de Coombs. La prueba de Coombs también se usa para la detección de anticuerpos en la preparación de transfusiones de sangre y también para la detección de anticuerpos en mujeres prenatales.

En la práctica, se utilizan varios métodos de inmunodiagnóstico basados ​​en la detección de antígeno-anticuerpo complejo para diagnosticar enfermedades infecciosas, por ejemplo, ELISA, inmunofluorescencia, Western blot, inmunodifusión, inmunoelectroforesis e inmunoensayo magnético. Los anticuerpos producidos contra la gonadotropina coriónica humana se utilizan en las pruebas de embarazo de venta libre.

La nueva química de dioxaborolano permite el etiquetado de anticuerpos con fluoruro radiactivo (F), lo que permite obtener imágenes del cáncer mediante tomografía por emisión de positrones (PET).

Terapia de enfermedades

La terapia con anticuerpos monoclonales dirigidos se emplea para tratar enfermedades como la artritis reumatoide, la esclerosis múltiple, la psoriasis y muchas formas de cáncer, incluido el linfoma no Hodgkin, el cáncer colorrectal, el cáncer de cabeza y cuello y el cáncer de mama.

Algunas deficiencias inmunitarias, como la agammaglobulinemia ligada al cromosoma X y la hipogammaglobulinemia, provocan una falta parcial o total de anticuerpos. Estas enfermedades a menudo se tratan induciendo una forma de inmunidad a corto plazo llamada inmunidad pasiva. La inmunidad pasiva se logra mediante la transferencia de anticuerpos preparados en forma de suero humano o animal, inmunoglobulina agrupada o anticuerpos monoclonales al individuo afectado.

Terapia prenatal

El factor Rh, también conocido como antígeno Rh D, es un antígeno que se encuentra en los glóbulos rojos; las personas que son Rh positivas (Rh+) tienen este antígeno en sus glóbulos rojos y las personas que son Rh negativas (Rh–) no. Durante un parto normal, un parto traumático o complicaciones durante el embarazo, la sangre del feto puede entrar en el sistema de la madre. En el caso de una madre y un niño con Rh incompatible, la consiguiente mezcla de sangre puede sensibilizar a una madre Rh- al antígeno Rh en las células sanguíneas del niño Rh+, poniendo el resto del embarazo y los embarazos posteriores en riesgo de hemolítico. enfermedad del recién nacido.

Los anticuerpos de inmunoglobulina Rho(D) son específicos para el antígeno RhD humano. Los anticuerpos anti-RhD se administran como parte de un régimen de tratamiento prenatal para prevenir la sensibilización que puede ocurrir cuando una madre Rh negativa tiene un feto Rh positivo. El tratamiento de una madre con anticuerpos Anti-RhD antes e inmediatamente después del trauma y el parto destruye el antígeno Rh del feto en el sistema de la madre. Es importante señalar que esto ocurre antes de que el antígeno pueda estimular a las células B maternas para que "recuerden" el antígeno Rh generando células B de memoria. Por lo tanto, su sistema inmunitario humoral no producirá anticuerpos anti-Rh y no atacará los antígenos Rh de los bebés actuales o posteriores. El tratamiento con inmunoglobulina Rho(D) previene la sensibilización que puede conducir a la enfermedad Rh,

Aplicaciones de investigación

Los anticuerpos específicos se producen inyectando un antígeno en un mamífero, como un ratón, una rata, un conejo, una cabra, una oveja o un caballo, para obtener grandes cantidades de anticuerpo. La sangre aislada de estos animales contiene anticuerpos policlonales (múltiples anticuerpos que se unen al mismo antígeno) en el suero, que ahora se puede llamar antisuero. Los antígenos también se inyectan en pollos para la generación de anticuerpos policlonales en la yema de huevo.Para obtener un anticuerpo que sea específico para un solo epítopo de un antígeno, los linfocitos secretores de anticuerpos se aíslan del animal y se inmortalizan fusionándolos con una línea de células cancerosas. Las células fusionadas se denominan hibridomas y crecerán continuamente y secretarán anticuerpos en cultivo. Las células de hibridoma individuales se aíslan mediante clonación por dilución para generar clones celulares que produzcan todos el mismo anticuerpo; estos anticuerpos se denominan anticuerpos monoclonales. Los anticuerpos policlonales y monoclonales a menudo se purifican usando proteína A/G o cromatografía de afinidad al antígeno.

En la investigación, los anticuerpos purificados se utilizan en muchas aplicaciones. Los anticuerpos para aplicaciones de investigación se pueden encontrar directamente de los proveedores de anticuerpos o mediante el uso de un motor de búsqueda especializado. Los anticuerpos de investigación se utilizan más comúnmente para identificar y localizar proteínas intracelulares y extracelulares. Los anticuerpos se utilizan en la citometría de flujo para diferenciar los tipos de células por las proteínas que expresan; diferentes tipos de células expresan diferentes combinaciones de grupos de moléculas de diferenciación en su superficie y producen diferentes proteínas intracelulares y secretables. También se utilizan en inmunoprecipitación para separar proteínas y todo lo que se une a ellas (co-inmunoprecipitación) de otras moléculas en un lisado celular, en análisis de transferencia Western para identificar proteínas separadas por electroforesis,y en inmunohistoquímica o inmunofluorescencia para examinar la expresión de proteínas en secciones de tejido o para localizar proteínas dentro de las células con la ayuda de un microscopio. Las proteínas también se pueden detectar y cuantificar con anticuerpos, utilizando técnicas ELISA y ELISpot.

Los anticuerpos que se utilizan en la investigación son algunos de los reactivos más potentes, aunque más problemáticos, con una gran cantidad de factores que deben controlarse en cualquier experimento, incluida la reactividad cruzada, o el anticuerpo que reconoce múltiples epítopos y afinidad, que puede variar ampliamente según las condiciones experimentales, como como pH, solvente, estado del tejido, etc. Se han realizado múltiples intentos para mejorar tanto la forma en que los investigadores validan los anticuerpos como las formas en que informan sobre los anticuerpos. Los investigadores que usan anticuerpos en su trabajo deben registrarlos correctamente para permitir que su investigación sea reproducible (y, por lo tanto, probada y calificada por otros investigadores). Menos de la mitad de los anticuerpos de investigación a los que se hace referencia en artículos académicos se pueden identificar fácilmente.Los artículos publicados en F1000 en 2014 y 2015 brindan a los investigadores una guía para informar sobre el uso de anticuerpos en investigaciones. El artículo de RRID se publica conjuntamente en 4 revistas que implementaron el Estándar de RRID para la citación de recursos de investigación, que extrae datos de anticuerporegistry.org como fuente de identificadores de anticuerpos (consulte también el grupo en Force11).

Reglamento

Producción y pruebas

Tradicionalmente, la mayoría de los anticuerpos son producidos por líneas celulares de hibridoma a través de la inmortalización de células productoras de anticuerpos por fusión inducida químicamente con células de mieloma. En algunos casos, fusiones adicionales con otras líneas han creado "triomas" y "quadromas". El proceso de fabricación debe describirse y validarse adecuadamente. Los estudios de validación deben incluir al menos:

• La demostración de que el proceso es capaz de producir en buena calidad (el proceso debe ser validado)
• La eficiencia de la purificación de anticuerpos (todas las impurezas y virus deben ser eliminados)
• La caracterización del anticuerpo purificado (caracterización fisicoquímica, propiedades inmunológicas, actividades biológicas, contaminantes,...)
• Determinación de los estudios de aclaramiento de virus.

Antes de los ensayos clínicos

• Pruebas de seguridad de productos: esterilidad (bacterias y hongos), pruebas in vitro e in vivo para virus adventicios, pruebas de retrovirus murinos..., datos de seguridad de productos necesarios antes del inicio de ensayos de viabilidad en condiciones graves o que amenazan la vida de forma inmediata, sirve para evaluar el potencial peligroso del producto.
• Ensayos de viabilidad: Son estudios piloto cuyos objetivos incluyen, entre otros, la caracterización temprana de la seguridad y la prueba inicial de concepto en una pequeña población específica de pacientes (ensayos in vitro o in vivo).

Estudios preclínicos

• Prueba de reactividad cruzada de anticuerpos: para resaltar interacciones no deseadas (toxicidad) de anticuerpos con tejidos previamente caracterizados. Este estudio se puede realizar in vitro (la reactividad del anticuerpo o inmunoconjugado debe determinarse con tejidos adultos congelados rápidamente) o in vivo (con modelos animales apropiados).
• Pruebas preclínicas de farmacología y toxicidad: las pruebas preclínicas de seguridad de anticuerpos están diseñadas para identificar la posible toxicidad en humanos, para estimar la probabilidad y la gravedad de posibles eventos adversos en humanos, y para identificar una dosis inicial segura y un aumento de la dosis, cuando sea posible.
• Estudios de toxicidad en animales: pruebas de toxicidad aguda, pruebas de toxicidad de dosis repetidas, pruebas de toxicidad a largo plazo
• Pruebas de farmacocinética y farmacodinámica: uso para dosis clínicas determinadas, actividades de anticuerpos, evaluación de los efectos clínicos potenciales

Predicción de estructuras y diseño computacional de anticuerpos

La importancia de los anticuerpos en el cuidado de la salud y la industria biotecnológica exige el conocimiento de sus estructuras en alta resolución. Esta información se utiliza para la ingeniería de proteínas, modificando la afinidad de unión al antígeno e identificando un epítopo de un anticuerpo dado. La cristalografía de rayos X es un método comúnmente utilizado para determinar estructuras de anticuerpos. Sin embargo, la cristalización de un anticuerpo suele ser laboriosa y requiere mucho tiempo. Los enfoques computacionales brindan una alternativa más económica y rápida a la cristalografía, pero sus resultados son más equívocos, ya que no producen estructuras empíricas. Servidores web en línea como Web Antibody Modeling (WAM) y Prediction of Immunoglobulin Structure (PIGS)permite el modelado computacional de regiones variables de anticuerpos. Rosetta Antibody es un novedoso servidor de predicción de la estructura de la región FV de anticuerpos _, que incorpora técnicas sofisticadas para minimizar los bucles de CDR y optimizar la orientación relativa de las cadenas ligera y pesada, así como modelos de homología que predicen el acoplamiento exitoso de anticuerpos con su antígeno único. Sin embargo, describir el sitio de unión de un anticuerpo usando solo una única estructura estática limita la comprensión y caracterización de la función y las propiedades del anticuerpo. Para mejorar la predicción de la estructura de los anticuerpos y tener en cuenta los movimientos de interfase y bucle CDR fuertemente correlacionados, los paratopos de anticuerpos deben describirse como estados de interconversión en solución con probabilidades variables.

La capacidad de describir el anticuerpo a través de la afinidad de unión al antígeno se complementa con información sobre la estructura del anticuerpo y las secuencias de aminoácidos a efectos de las reivindicaciones de patente. Se han presentado varios métodos para el diseño computacional de anticuerpos basados ​​en los estudios de bioinformática estructural de las CDR de anticuerpos.

Hay una variedad de métodos utilizados para secuenciar un anticuerpo, incluida la degradación de Edman, el ADNc, etc.; aunque uno de los usos modernos más comunes para la identificación de péptidos/proteínas es la cromatografía líquida junto con la espectrometría de masas en tándem (LC-MS/MS). Los métodos de secuenciación de anticuerpos de gran volumen requieren enfoques computacionales para el análisis de datos, incluida la secuenciación de novo directamente a partir de espectros de masas en tándem y métodos de búsqueda en bases de datos que utilizan bases de datos de secuencias de proteínas existentes. Muchas versiones de secuenciación de proteínas de escopeta pueden aumentar la cobertura utilizando CID/HCD/ETDmétodos de fragmentación y otras técnicas, y han logrado un progreso sustancial en el intento de secuenciar completamente las proteínas, especialmente los anticuerpos. Otros métodos han asumido la existencia de proteínas similares, una secuencia genómica conocida o enfoques combinados de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba. Las tecnologías actuales tienen la capacidad de ensamblar secuencias de proteínas con alta precisión al integrar péptidos de secuenciación de novo, intensidad y puntajes de confianza posicional de bases de datos y búsquedas de homología.

Mimético de anticuerpos

Los miméticos de anticuerpos son compuestos orgánicos, como los anticuerpos, que pueden unirse específicamente a los antígenos. Consisten en péptidos o proteínas artificiales, o moléculas de ácido nucleico basadas en aptámeros con una masa molar de alrededor de 3 a 20 kDa. Los fragmentos de anticuerpos, como los Fab y los nanocuerpos, no se consideran miméticos de anticuerpos. Las ventajas comunes sobre los anticuerpos son una mejor solubilidad, penetración en los tejidos, estabilidad frente al calor y las enzimas y costos de producción comparativamente bajos. Los miméticos de anticuerpos se han desarrollado y comercializado como agentes terapéuticos, de diagnóstico y de investigación.

Ligandos optimero

Los ligandos óptimos son una nueva clase de miméticos de anticuerpos. Estos ligandos de afinidad basados ​​en ácidos nucleicos se desarrollan in vitro para generar ligandos de afinidad específicos y sensibles que se aplican en tratamientos, administración de fármacos, bioprocesamiento, diagnóstico e investigación básica.

Unidad de unión de anticuerpos

BAU (unidad de anticuerpo de unión, a menudo como BAU/mL) es una unidad de medida definida por la OMS para la comparación de ensayos que detectan la misma clase de inmunoglobulinas con la misma especificidad.