CFGS Laboratorio Clínico y Biomédico Módulo: Técnicas de Inmunodiagnóstico Tema 1: Las Técnicas Inmunológicas: Introducción a la Inmunología Profesor: José Ángel Pina Alburquerque

INMUNOLOGÍA, SISTEMA INMUNE E INMUNIDAD La Inmunología es una disciplina dentro de la Biología que se ocupa del estudio del reconocimiento de "lo propio" frente a "lo extraño". La Inmunología es una ciencia relativamente joven. En 1796, Edward Jenner descubrió una sustancia que ofrecía protección frente a una enfermedad, llamada viruela. A esta sustancia la denominó vacuna. Desde este momento, se puede decir que nace la Inmunología

INMUNOLOGÍA, SISTEMA INMUNE E INMUNIDAD http://recursos. cnice. mec Inicialmente, la Inmunología estudió los elementos implicados en la defensa del organismo frente a ataques externos. En una fase posterior, la Inmunología analizó, además, los procesos de transformación de células sanas en células tumorales, así como las respuestas del organismo frente a esas células, reconociendo estas células tumorales como unas células extrañas. Actualmente, la Inmunología abarca también el estudio de las enfermedades autoinmunes, las alergias y los fenómenos de rechazo que aparecen en los trasplantes. El sistema inmune o sistema inmunitario, es un sistema difuso, ya que está constituido por un gran número de órganos y tejidos diseminados por todo el cuerpo. Se encarga de elaborar la respuesta inmune frente a un antígeno.    La capacidad de resistir a un agente infectivo, ya sea por la defensa que realiza el sistema inmune o sea por otro tipo de barrera que defienda al organismo de la infección, se denomina Inmunidad: Inmunidad inespecífica Inmunidad específica

Sistema Inmune: Introducción Inmunidad INESPECÍFICA: La piel es la primera barrera defensiva. Una herida en la piel determina liberación local de histamina, que produce una respuesta inflamatoria que hace aumentar el flujo de sangre en la zona, aumenta la permeabilidad de los capilares y atrae leucocitos que inician la respuesta inmune. También el pH del estómago, la lisozima de las lágrimas, la flora intestinal, etc. constituyen una primera barrera.

Sistema Inmune: Introducción Inmunidad Específica En los vertebrados el sistema inmune está formado por órganos y células bien diferenciadas que permiten reconocer las sustancias extrañas (antígenos) para poder eliminarlas.

Sistema Inmune: Introducción Foto: Macrófago engullendo una bacteria En la inmunidad específica la respuesta inmune se dirige hacia la molécula extraña que la provoca. Muchas células participan en ella. Tiene memoria, por lo que en la mayoría de ocasiones no se sufre la enfermedad dos veces.

Sistema Inmune: Introducción (Foto: IgG) El sistema inmune debe aprender a combatir selectivamente a una molécula extraña que va a ingresar al organismo, y esto lo hace: A través de efectores humorales (los más importantes son los anticuerpos ó inmunoglobulinas): Inmunidad humoral. A través de células (efectores celulares): Inmunidad celular. Pero es difícil “poner puertas al campo”. Ver más en Tema 48 (42 del libro)

Células del sistema inmune (Hematopoyesis) A partir de una sola célula madre pluripotencial (Stem cell) se forman dos líneas: La LINEA (o serie) MIELOIDE La LINEA (o serie) LINFOIDE

Células de la serie Mieloide (Foto: Hiperplasia mieloide en Medula Ósea) - Monocitos, macrófagos y células dendríticas. - Neutrófilos Polimorfonucleares - Eosinófilos - Basófilos y Mastocitos - Plaquetas (a partir de megacariocitos)

Células de la serie Mieloide: Monocitos y Macrófagos: Fagocitan organismos extraños y productos autólogos de deshecho (Función inespecífica en la respuesta inmune) Algunos son Células presentadoras de antígeno (APC): En piel, ganglios linfáticos, bazo y timo. Presentan los antígenos a los linfocitos.

Células de la serie Mieloide Neutrófilos Polimorfonucleares: Fagocitan bacterias productoras de pus

Células de la serie Mieloide Eosinófilos El contenido de sus gránulos se libera al exterior de la célula. Actúa contra dianas grandes no fagocitables: Como los Helmintos. También se relaciona con alergias.

Células de la serie Mieloide Basófilos y Mastocitos Poseen gránulos cuyo contenido (histamina y heparina) puede ser liberado al exterior de la célula (debido a una activación previa derivada del proceso inflamatorio). Son sustancias quimiotácticas que provocan un acúmulo de eosinófilos y neutrófilos en el foco infeccioso. Responsables de los síntomas adversos de la alergia.

Células de la serie Mieloide Plaquetas: Además de participar en la hemostasia: Participan en la inflamación: Se adhieren al endotelio dañado liberando sustancias que aumentan la permeabilidad.

Células de la serie Linfoide Linfocitos T: Responsables de la inmunidad celular. Linfocitos B: Responsables de la inmunidad humoral (anticuerpos)

Células de la serie Linfoide Linfocitos T Linfocitos T helper: Inducen la proliferación de los linfocitos B y su diferenciación a células plasmáticas productoras de anticuerpos. Producen Linfoquinas Producen Interferón: Con actividad antivírica Linfocitos T supresores/citotóxicos: Frenan la respuesta inmune, inactivando a otros linfocitos. Lisan las células diana.

Células de la serie Linfoide Linfocitos B Cuando entran en contacto con el antígeno, sufren una proliferación clonal, dando lugar a: Células plasmáticas que sintetizan anticuerpos. Linfocitos B con memoria inmunológica.

Células de la serie Linfoide Células de tercera población (células nulas –no B no T-) Células NK (natural killers): Linfocitos K: Células con función ADCC (citotoxicidad celular dependiente de anticuerpo)

Células de la serie Linfoide Células de tercera población. 1. Células NK (natural killers): Lisan a las células tumorales y a las infectadas por virus Reconocen glucoproteínas de alto pM de la superficie de estas células.

Células de la serie Linfoide Células de tercera población. 2. Linfocitos K: Células con función ADCC (citotoxicidad celular dependiente de anticuerpo) También lisan células, pero a través de la unión de anticuerpos a las células diana (solo cuando las células diana están recubiertas de anticuerpos).

ÓRGANOS Y TEJIDOS LINFOIDES

ÓRGANOS Y TEJIDOS LINFOIDES Conectados entre sí por los vasos linfáticos 0RGANOS LINFOIDES PRIMARIOS: Medula ósea Timo ORGANOS LINFOIDES SECUNDARIOS: Ganglios linfáticos Bazo Zonas asociadas a los aparatos digestivo y respiratorio.

Antígenos y Anticuerpos

Antígenos ANTÍGENO O INMUNÓGENO: Es toda molécula capaz de inducir una respuesta inmune, pudiendo reaccionar con los anticuerpos formados. Suelen ser moléculas grandes.

Antígenos HAPTENO: Moléculas de pequeño peso molecular que por sí solas no pueden provocar la producción de anticuerpos, pero sí cuando se asocian a proteínas. La especificidad de la reacción depende de esta parte NO proteica.

EPITOPES Y DETERMINANTES ANTIGÉNICOS EPÍTOPES: Fragmentos de la molécula de antígeno (estructuras de superficie) que son reconocidos específicamente por los anticuerpos. DETERMINANTES ANTIGÉNICOS: Regiones de la molécula de Ag que presentan varios epítopes cercanos. PARATOPE: Región de la molécula del Anticuerpo que contacta con el Ag. Existe una complentariedad espacial entre epítope y paratope con cierta flexibilidad. La unión Ag-Ac es reversible

FACTORES DE ANTIGENICIDAD Factores que determinan el poder antigénico de una molécula: Naturaleza química Tamaño Complejidad Conformación y accesibilidad Calidad de extraño.

Epítopes de linfocitos B Los linfocitos B reconocen epítopes sobre antígeno nativo. Es mejor Ag: Una molécula GRANDE que pequeña. Si tiene CALIDAD DE EXTRAÑO: No se asemeje a la de otras moléculas propias. PROTEÍNAS mejor que polisacáridos o glicolípidos: Las partes de su estructura que sobresalen tienen alta densidad de epítopes.

Epítopes de linfocitos T El receptor de los linfocitos T (TCR) NO RECONOCE EL Ag NATIVO. Necesita un procesamiento previo del antígeno en la CELULA PRESENTADORA DE ANTÍGENO (APC) que lo transforma en un péptido lineal. El TCR reconoce al péptido antigénico sobre la superficie de la APC y asociado a una molécula del MHC (clase I o II).

Epítopes de linfocitos T Los Linfocitos T necesitan que el antígeno vaya asociado a una molécula del MHC: De clase II para los CD4+ (Linfocitos T Helper) De clase I para los CD8+ (Linfocitos T citotóxicos/supresores)

Epítopes de linfocitos T Existe una diferencia en el procesamiento de los antígenos según que sean: Antígenos proteicos solubles exógenos Antígenos proteicos endógenos: Sintetizados en el interior celular, como las proteínas virales.

Epítopes de linfocitos T Los antígenos proteicos solubles EXÓGENOS: Son captados por endocitosis por las APC. Sufren una desnaturalización de su estructura y una proteolisis para dar un péptido lineal. Se fusiona entonces con una vesícula que contiene moléculas del MHC de clase II Retorna a la superficie para ser presentado al receptor del linfocito (TCR).

Epítopes de linfocitos T Los antígenos ENDÓGENOS: Se degradan en el citoplasma por proteasas (vía de la ubiquitina) Se fusionan después con moléculas del MHC de clase I Salen a la superficie para su reconocimiento por el TCR.

ANTICUERPOS ANTICUERPOS: Glucoproteínas formadas por el organismo como respuesta al contacto con un antígeno y que reacciona específicamente contra él. Se les conoce también como INMUNOGLOBULINAS (Ig) La mayoría son γ-globulinas

Estructura del Anticuerpo: Parte proteica: 4 cadenas polipeptídicas unidas entre sí por enlaces covalentes y puentes disulfuro en forma de “Y”: 2 cadenas “L”: pequeñas. 2 cadenas “H”: grandes. Región bisagra: zona de unión de los tres brazos de la “Y”.

Fragmento Cristalizable Fragmentos de unión al antígeno (fragment antigen binding) Fragmento Cristalizable

Estructura del Anticuerpo: Cada cadena presenta varios Dominios (Regiones de tamaño uniforme): Región variable (V): En el extremo amino-terminal Secuencia de AA muy variable de unas Ig a otras. Solo una región V en cada cadena (tanto en las H como en las L) Regiones constantes (C): El resto de la cadena. Secuencia de AA muy parecida en todas las Ig. Las cadenas L tienen una región C Las cadenas H tienen 3 o 4 regiones C.

Estructura del Anticuerpo: En la región V hay: 3 CDR: Regiones Determinantes de la Complementariedad. Son hipervariables. 4 FR: Regiones de armazón o entramado (Framework Region). El PARATOPE es una porción de las CDR (Regiones Fab). Las regiones Fc intervienen en la fijación del complemento o la unión a tejidos.

Variaciones estructurales de los Ac ISOTIPOS ALOTIPOS IDIOTIPOS

Variaciones estructurales de los Ac ISOTIPOS: Variaciones en las regiones CONSTANTES de las cadenas H y L, presentes en todos los individuos sanos de la especie. 5 isotipos en las CH: Gamma  Ig G Mu  Ig M Alfa  Ig A Delta  Ig D Epsilon Ig E 2 isotipos en las CL: Kappa (κ) Lamda (λ) Cada isotipo CH tiene dos versiones: κ y λ

Variaciones estructurales de los Ac ALOTIPOS: Variaciones en las regiones constantes de la cadenas H y L, presentes solo en algunos individuos sanos de la especie. Dependen genéticamente de diferentes alelos.

Variaciones estructurales de los Ac IDIOTIPOS: Variaciones en las regiones variables de los anticuerpos. Normalmente, los distintos clones de linfocitos B producen idiotipos distintos entre sí, no compartidos entre ellos, a los que se llama idiotipos privados. También puede ocurrir que determinados determinantes idiotípicos sean comunes a dos o más clones. Debido a que distintos clones de linfocitos B de un mismo individuo pueden usar la misma región génica para construir sus porciones variables. En este caso se habla de idiotipos públicos o de reacción cruzada.

Variabilidad de las inmunoglobulinas La variabilidad de las inmunoglobulinas tiene una base genética: Estando en diferentes cromosomas los genes que codifican las cadenas H (14), las Lκ (22) y las Lλ (2). Estas partes se unen produciendo las distintas variedades de Ac.

Variabilidad de las inmunoglobulinas Anticuerpos monoclonales: Anticuerpos de un tipo específico (todos iguales). Se producen: En el Mieloma múltiple (una célula productora de Ig se divide continuamente, dando lugar a un clon celular) In vitro: fusionando células del mieloma con linfocitos B expuestos a un antígeno (hibridomas).

Clases de anticuerpos: IgG: Monómero Dos zonas de unión al antígeno (dos fragmentos Fab) Cuatro subclases (Ig1, Ig2, Ig3, Ig4) La Ig más abundante en el plasma (80%). Bajo Pm  Difunde bien a otros líquidos corporales y atraviesa la barrera placentaria.

Clases de anticuerpos: IgG: Neutraliza toxinas bacterianas Sensibiliza y agrega microorganismos para estimular su fagocitosis (opsonización). Activa el complemento. Es la Ig más importante en la respuesta inmunitaria secundaria (linfocitos B de memoria).

Algunos datos sobre las subclases de IgG http://www.ugr.es/~eianez/inmuno/cap_05.htm Algunos datos sobre las subclases de IgG Subclase de IgG nº de puentes S-S concentración en suero (en mg/ml) opsoninas Activación del complemento IgG1 2 9 +++ ++ IgG2 4 3 +/- + IgG3 11 1 IgG4 0.5 -

Clases de anticuerpos: IgM Elevado Pm (“macroglobulina”) Pentámero de Ig Los 5 monómeros están unidos por puentes disulfuro y la “proteína j” 10 fragmentos fab para unión al Ag Confinada al espacio intravascular Eficaz en la aglutinación y citolisis de microorganismos Respuesta inmunitaria primaria: Papel predominante (aparición temprana)

Clases de anticuerpos: IgA Dos subclases: IgA1: Monomérica. En plasma (poco abundante). IgA2: Dimérica. Predominante en secreciones externas (saliva, lagrimal, nasal, leche materna, etc). Monomeros unidos por puentes disulfuro y proteína j Tiene otra cadena polipeptídica denominada COMPONENTE SECRETOR (sIgA), producida por las células de las mucosas que la protege de la proteolisis enzimática y facilita su transporte.

Clases de anticuerpos: IgA Inhibe la adherencia de los microorganismos a la superficie de las células de las mucosas, por lo que es una primera línea de defensa frente a las infecciones. También es importante en el procesamiento de los antígenos alimentarios en el intestino.

Clases de anticuerpos: IgD Monómero Poco abundante en plasma Se encuentra en la superficie de algunos linfocitos B sanguíneos Parece que tiene relación con la activación de los linfocitos B

Clases de anticuerpos: IgE Monómero Baja concentración en plasma. Se encuentra en la superficie de los mastocitos y los basófilos Es la mediadora de las reacciones de hipersensibilidad inmediata (alergias). Confiere protección local frente a ciertos patógenos grandes, como helmintos Sirve para reclutar células plasmáticas a través de una reacción de inflamación aguda. Está aumentada en infecciones parasitarias.

Transplacental Passage Properties of Human Immunoglobulins Property IgM IgG IgA IgE IgD % of Serum Ig 10 75 15 <0.01 <0.5 Structure Pentamer Monomer Dimer Complement Fixation +++ + - Transplacental Passage Allergic Response Mucosal Secretion Opsonization +* * Opsonization is via Complement . +

Concepto de reacción Ag - Ac Cuando un Ac entra en contacto con un Ag contra el que está dirigido, ambos se unen formándose un complejo Ag-Ac. La unión Ag-Ac es reversible. La permanencia de la unión depende de: Grado de adaptación entre ambas moléculas. Fuerza y estabilidad de los enlaces que las unen.

Enlaces que intervienen en la unión Ac-Ag No son covalentes. Son cuatro tipos: Electrostáticos: Entre grupos iónicos (NH3+ y -COO-) de Prots. distintas. Puentes de hidrógeno entre grupos polares hidrofílicos (-OH, -NH2, -COOH). Hidrofóbicos: Gr. No polares hidrófobos en medio acuoso (cadenas laterales de algunos AA.) De van der Waals: Fuerzas intermoleculares débiles de origen eléctrico que se ejercen a distancia entre moléculas. Las fuerzas de unión de cada uno de ellos son menores que en los covalentes, pero en conjunto consiguen una considerable energía de unión.

COMPLEMENTARIEDAD DE EPÍTOPE Y PARATOPE EPÍTOPE Y PARATOPE han de tener estructuras complementarias que encajan entre sí. Se forman varios enlaces no covalentes simultáneamente. La distancia entre Ag y Ac es muy pequeña en el punto de unión, lo que incrementa la fuerza de esa unión.

AFINIDAD DEL ANTICUERPO Es la fuerza de unión entre el Ac con su Ag Determina la atracción entre ellos. Esa fuerza es la suma de las fuerzas de los enlaces que intervienen en la unión.

AVIDEZ DEL ANTICUERPO Es una medida de la fuerza de unión y estabilidad del complejo: Ag multivalente – Ac multivalente. Ac multivalentes: Tienen más de un punto de unión para Antígenos. Ag multivalentes: Tienen varios determinantes antigénicos (más de un punto de unión para los Ac). La fuerza de unión es mayor que la suma de las afinidades de cada uno de los puntos de unión

ESPECIFICIDAD DEL ANTICUERPO Si un anticuerpo reacciona solo con un Ag: Es muy específico. Si un Ac reacciona con varios Ag: Tiene una especificidad baja. Se habla de REACTIVIDAD CRUZADA. Esto ocurre porque varios antígenos tienen uno o más determinantes antigénicos iguales o similares, capaces por tanto de unirse al mismo Ac.