Sistemul Complement

Sistemul complement Imunologie – Farmacie anul III

Sistemul complement 

Sistemul complement (notat cu C') este alcătuit din numeroase proteine plasmatice cu diverse funcţii, organizate în mai multe clase. Principalele roluri ale C' sunt:    

liza microorganismelor patogene; opsonizarea bacteriilor; chemotactism pentru celule; clearance-ul complexelor imune (antigen-anticorp).

Sistemul complement 





Pentru cele mai multe componente, nomenclatura acestora reflectă ordinea de activare în cascada enzimatică. Fiecare component este desemnat prin litera C urmată de un număr (de exemplu C3). Complexul C1 este alcătuit din trei proteine diferite C1q, C1r, C1s. Formele activate sunt marcate cu un asterix (C1r*). În cazul celorlalţi componenţi numerotaţi ai complementului (C2...C9), adăugarea unei litere mici (de exemplu C3a, C3b) desemnează un fragment activ generat prin proteoliza precursorului inactiv (C3).

Sistemul complement 



Multe fragmente active sunt foarte instabile şi se degradează spontan sau sub acţiunea inactivatorilor (proteaze) prezenţi  în ser. Aceste fragmente inactive sunt notate cu litera "i" aşezată înaintea numelui fragmentului (de exemplu, iC3b). Cuvântul "complement" este frecvent prescurtat prin litera C', care include toţi componenţii sistemului complement (de exemplu, "celulele au fost lizate de anticorpi în prezenţa C' ").

Sistemul complement Până la ora actuală au fost descrise trei căi de activare a complementului: calea clasică , necesită prezenţa complexelor  antigen-anticorp şi este calea imunităţii specifice; calea lectinică (prin lectine legate de suprafaţa  microorganismelor), cum este MBP (mannose binding  protein) - o apoproteină serică ce leagă manoza de la componenţii glucidici din învelişul bacterian sau viral. Această cale este complementară reacţiei imune  înnăscute; calea alternativă este acţionată prin toxine, LPS etc  componentele ei se fixează la suprafaţa agentului patogen, de obicei microorganism.

Sistemul complement În activarea C' s-au descris două faze: una precoce (early ) şi alta tardivă (late). Faza precoce, sau timpurie, este caracteristică  iniţierii răspunsului prin C' şi începe prin evenimente enzimatice în urma cărora din componentele inactive iau naştere prin clivare două fragmente: fragmentul major - fixat la suprafaţa membranei microorganismului patogen, cu rol în clivarea componentului următor şi fragmentul minor eliberat în mediu ce acţionează ca mediator al inflamaţiei. Această fază se finalizează cu formarea C3 convertazei

Sistemul complement În faza timpurie se departajează cele trei căi de activare, prin modul în care se sintetizează C3 convertaza. Primul component, după activare, declanşează apoi o reacţie "în cascadă" şi induce activarea componentelor în ordinea următoare: C1 - C4 - C2 - C3 - C5 - C6 C7 - C8 - C9. Fracţiunea C4 apare pe locul doi în secvenţa de activare deoarece a fost descoperită şi descrisă înaintea componentelor C2 şi C3.

Activarea complementului pe cale clasică 

Activarea C' pe calea clasică se realizează pe o suprafaţă macromoleculară şi membranară, ca un rezultat al fixării anticorpului pe determinantul antigenic. Cele 11 componente care participă la activarea C' pe cale clasică sunt organizate  în trei unităţi funcţionale:   

unitatea de recunoaştere - complex C1 activat (C1q, C1r şi C1s); unitatea de activare (C4, C2, C3); unitatea de atac a membranei sau MAC (membrane attack complex ) (C5b6789).

Activarea complementului pe cale clasică

Secvenţele activării complementului pe cale clasică.

Activarea complementului Legarea C1q de complexul antigen-anticorp, în porţiunea Fc a Ig.

Activarea complementului pe cale clasică Proteine fazei timpurii: forme active şi rolul lor. Component nativ C1

Fracţiuni active

Rol

C1q C1r C1s

Leagă Fc al Ac tip IgM, IgG din CI, activează C1r

C4a C4b

Mediator al inflamaţiei Leagă covalent structuri din membrana

Clivează C1s în proteaza activă Clivează C4 şi C2

C4

microorganismului

 Acţionează ca şi opsonină Leagă C2 şi îl pregăteşte de clivaj C2

C2b

Enzimă activă a convertazelor C3 şi C5 clasice; clivează C3 şi C5

C2a

Rol necunoscut

Activarea complementului pe cale clasică Proteine fazei timpurii : forme active şi rolul lor. Component nativ C3*

Fracţiuni active C3b**

C3a

Rol

Se leagă de suprafaţa bacteriei  Acţionează ca opsonină  Amplifică activarea pe cale alternativă Leagă C5 pentru a fi cli vat de C2b Mediator al inflamaţiei

C5

C5b

C5a

Format prin activitatea serinproteazică a Bb din C5b2Bb (calea alternă) şi C3b din C4bC2aC3b (calea clasică) Demarează formarea MAC Mediator inflamator - stimulează fagocitoza prin intermediul macrofagului

Activarea complementului Componenţii  care acţionează în faza tardivă 



Finalitatea acestei faze este asamblarea MAC cu formarea de pori membranali, alterarea gradientului ionic şi liză. Fragmentul C5a trece în faza solubilă şi are efecte chemotactice, spasmogenice şi rol de anafilatoxină. Fragmentul C5b leagă C6 şi C7 şi formează complexul trimolecular C5b67 cu rol chemotactic pentru neutrofile şi monocite. Acest complex se leagă de membrană şi apoi se prind de el succesiv celelalte componente formând complexul C5b6789 numit şi complex membranar de atac (MAC). C8 şi C9 se fixează în membrană prin situsurile lor hidrofobe.

Activarea complementului Componenţii  care acţionează în faza tardivă 



MAC are fie o structură de monomer (de forma unei  jumătăţi de inel), fie o structură de dimer când formează un inel şi este alcătuit din două complexe C5b67, iar apendicele care se prelungeşte într-o structură verticală este legat direct de membrană şi cuprinde două molecule C8 şi şase molecule de C9. Legarea unităţilor de atac este controlată de o proteină, numită proteina SI - inhibitor al MAC, care se leagă de complexul C5b-9 şi formează un compus inactiv. Inhibitorul MAC determină desfacerea dimerului C5b-9 în monomer C5b-9 care nu are nici un efect biologic.

Activarea complementului Componenţii  care acţionează în faza tardivă MAC este imaginat ca un canal transmembranar foarte permeabil pentru apă şi electroliţi, cu o faţă externă hidrofobă şi un canal hidrofil intern cu diametrul de 1000 Å, care permite pasajul apei şi ionilor cu modificarea gradientului protonic (H+). Consecinţa este lezarea integrităţii celulei printr-un mecanism asemănător cu porii perforinici realizaţi de LTc şi NK (C9 şi perforinele sunt produse de gene înrudite), adică prin şoc osmotic.

Activarea complementului Componenţii  care acţionează în faza tardivă 

  

Deficitul C5-C9 este asociat cu o sensibilitate crescută la infecţii, ca de exemplu la cea cu Neisseria şi este mai puţin grav decât deficitul componentelor din faza timpurie. Activarea C' pe cale clasică este controlată de două proteine serice cu rol de reglare: inactivatorul lui C1q (C1INA) care blochează activitatea enzimatică a C1-esterazei; inativatorul lui C3b (C3bINA) care poate scinda acest component în alte două fragmente: C3c şi C3d inactive.

Activarea complementului pe

cale alternativă 



Calea alternativă a activării complementului, spre deosebire de calea clasică, este determinată de substanţe cu structură foarte diferită, ca polizaharide (din bacterii, fungi), lipopolizaharide (endotoxinele bacteriilor Gram-negative), de un factor prezent în veninul de cobră (VCF), dar şi de IgA agregată sau de unele complexe antigen-anticorp care nu activează calea clasică. De fapt cele două căi de activare sunt legate prin componentul C3b, care poate trece în faza lichidă şi apoi se poate lega pe membrana celulară de C4bC2a - denumit C5-convertaza căii clasice

Activarea complementului pe

cale alternativă 



În mod normal tioesterul intern înglobat în C3 se activează fie prin reacţia cu apa, fie datorită unor mici cantităţi de enzime proteolitice plasmatice, formând o cantitate foarte redusă de C3b. Aceste molecule "născânde" au o viaţă scurtă, în mod normal fiind inactivate prin inactivatorul lui C3b (C3bINA) şi printr-o beta-1-globulină din sânge.

Activarea complementului pe

cale alternativă Etapele activării complementului pe cale alternativă de către  produşii microbieni (polizaharide) şi controlul activării prin factorii H şi I.

Activarea complementului pe

cale alternativă  Proteinele căii alternative: forme active şi rol. Forma activă C3b

Rolul biologic

Se fixează la membrana microorganismului  Are rol fundamental în activare

Origine diferită (cale clasică, clivare, alte mecanisme) Leagă factorul B şi îl face susceptibil la clivare de către factorul D B** Bb Ba D P

Component al C3-convertazei alterne: C3bBb* Component al C5-convertazei alterne: Csb 2Bb Fragment nativ

Enzima activă a convertazei C3, C5 Rol necunoscut

Serinprotează plasmatică clivează B legat de C3b Properdina (alcătuită din 4 subunităţi) stabilizează convertaza alternă

Sistemul complement Formarea C3 convertazei şi legătura dintre cele două căi de activare a complementului.

Sistemul complement Clasificarea funcţională (globală) a elementelor C'. Rol funcţional I. Fixare la complexele imune II. Enzime activatoare

III. Proteine care se leagă la membrane şi opsonine IV. Mediatori ai inflamaţiei

 V. Proteine de atac ale membranei

 VI. Receptori pentru C'

 VII. Proteine reglatoare a le C'

Component C1q C1r, C1s C2b Bb D C4b C3b C3a C5a C4a C5b C6 C7 C8 C9 CR1 CR2 CR3 CR4 C1qR  C1INH C4BP CR1 MCP DAF H I P CD59

Activarea complementului 



Unele substanţe, cum sunt endotoxinele bacteriene, proteazele din ţesuturi, enzimele lizozomale, eliberate de PMN etc, sunt de fapt activatori ai căii alternative. Semnificaţia biologică a căii alternative constă în faptul că prin aceasta se realizează activarea C', prin produsele bacteriene, înaintea sintezei de Ig specifice. Pe de altă parte, pe lângă IgG şi IgM - care participă direct la activarea C' pe cale clasică numărul produşilor identificaţi în ultimul timp ca activatori ai C' este în continuă creştere. Dintre aceştia, o mare importanţă se acordă proteinei-C reactive, considerată ca unul din markerii serici ai leziunilor inflamatoare.

Componentele reglatoare ale complementului 

Activarea C' este dependentă de un sistem biologic de control care reglează procesele şi funcţiile biologice în care este implicat C'; altfel, activarea s-ar produce continuu până la epuizarea în totalitate a sistemului şi ar avea ca rezultat o serie de efecte nefavorabile.

Componentele reglatoare ale complementului  Activitatea biologică

Factorul

C1INH

C4BP CR1 (CD35)

Leagă C1r şi C1s şi le îndepărtează de C1q Nu îşi exercită acţiunea enzimatică asupra C4 şi C2 Previne activarea spontană a C1q în plasmă (CIC) Se leagă la C4b, înlocuind C2b Cofactor pentru activarea C4b de către I Leagă C4b înlocuind C2b Leagă C3b înlocuind Bb Cofactor pentru I

Factorul H

Leagă C3b înlocuind Bb Cofactor pentru I

Factorul I DAF (CD55) MCP (CD46) CD59

Clivează C3b, C4b (serinprotează)  Acţiune sinergică cu a H, MCP, C4BP, C1R  Înlocuieşte C3b/Bb şi C2b/C4b, nu permite formarea C3 convertazei

 Acţionează asupra C3b, C4b fixate la membrană Promovează inactivarea C3b, C4b de către I Previne formarea MAC pe celulele proprii

Receptorii pentru complement Tipuri de receptori pentru complement Receptorul CR1

CR2 CR3

CR4

C1qR 

 Activităţile pe care le promovează; exprimare Leagă C3b, C4b Promovează opsonizarea prin C3b, C4b Stimulează fagocitoza şi/sau opsonizarea - obligatorie în cazul bacteriilor prevăzute cu capsulă Transportul eritro citar al CI Se exprimă pe eritrocite, macrofage, monocite, PMN, LB Leagă C3d, iC3b, VEB Face parte din co -receptorul LB (CD21) Leagă iC3b Este o integrină (CD11b/CD18) Stimulează fagocitoza Se exprimă pe macrofage, monocite, PMN Leagă C3b (este şi el o integrină)  Augmentează fagocitoza Se exprimă pe macrofage, monocite, PMN Leagă fracţiunile colagen -like de C1q Mediază legarea cu CI a fagocitelor Se exprimă pe LB, macrofage, monocite, PLT, celule endoteliale

Efectele biologice ale activării complementului 

C', prin componentele sale activate, are un lanţ de funcţii biologice, dintre care se desprind trei mari categorii:   

liza celulei ţintă, reacţia de aderenţă imună, reacţia inflamatorie acută mediată de C'.

Efectele biologice ale activării complementului

Sistemul complement INTREBARI, DISCUTII