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Proteína A

La proteína A es una proteína de superficie de 42 kDa que se encontró originalmente en la pared celular de la bacteria Staphylococcus aureus . Está codificada por el gen spa y su regulación está controlada por la topología del ADN, la osmolaridad celular y un sistema de dos componentes llamado ArlS-ArlR. Se ha utilizado en la investigación bioquímica debido a su capacidad para unirse a las inmunoglobulinas . Está compuesta por cinco dominios de unión a Ig homólogos que se pliegan en un haz de tres hélices. Cada dominio puede unirse a proteínas de muchas especies de mamíferos, especialmente IgG . Se une a la cadena pesada dentro de la región Fc de la mayoría de las inmunoglobulinas y también dentro de la región Fab en el caso de la familia VH3 humana. A través de estas interacciones en el suero, donde las moléculas de IgG están unidas en la orientación incorrecta (en relación con la función normal de los anticuerpos ), la bacteria interrumpe la opsonización y la fagocitosis . [3]

Historia

Como subproducto de su trabajo sobre antígenos de estafilococos específicos de tipo, Verwey informó en 1940 que una fracción de proteína preparada a partir de extractos de estas bacterias precipitaba de manera no específica antisueros de conejo generados contra diferentes tipos de estafilococos. [4] En 1958, Jensen confirmó el hallazgo de Verwey y demostró que los sueros de preinmunización de conejo, así como los sueros humanos normales, se unían al componente activo en el extracto de estafilococo; designó a este componente Antígeno A (porque se encontró en la fracción A del extracto), pero pensó que era un polisacárido. [5] La clasificación errónea de la proteína fue el resultado de pruebas defectuosas, [6] pero no pasó mucho tiempo después (1962) cuando Löfkvist y Sjöquist corrigieron el error y confirmaron que el Antígeno A era de hecho una proteína de superficie en la pared bacteriana de ciertas cepas de S. aureus . [7] El grupo de Bergen de Noruega denominó la proteína "Proteína A" en honor a la fracción de antígeno aislada por Jensen. [8]

Unión del anticuerpo a la proteína A

Se ha demostrado mediante refinamiento cristalográfico que el sitio de unión primario para la proteína A está en la región Fc, entre los dominios C H 2 y C H 3. [9] Además, se ha demostrado que la proteína A se une a moléculas de IgG humanas que contienen fragmentos F(ab')2 de IgG de la familia de genes VH3 humanos. [10]

La proteína A puede unirse con fuerte afinidad a la porción Fc de la inmunoglobulina de ciertas especies como se muestra en la siguiente tabla. [11]

Otras proteínas de unión a anticuerpos

Además de la proteína A, otras proteínas bacterianas que se unen a las inmunoglobulinas, como la proteína G , la proteína A/G y la proteína L, se utilizan comúnmente para purificar, inmovilizar o detectar inmunoglobulinas.

Papel en la patogénesis

Como patógeno, Staphylococcus aureus utiliza la proteína A, junto con una serie de otras proteínas y factores de superficie, para favorecer su supervivencia y virulencia. Para ello, la proteína A desempeña un papel multifacético:

  1. Al unirse a la porción Fc de los anticuerpos, la proteína A los vuelve inaccesibles a las opsoninas, lo que perjudica la fagocitosis de las bacterias a través del ataque de las células inmunes.
  2. La proteína A facilita la adherencia de S. aureus a las superficies recubiertas de factor von Willebrand (vWF) humano , aumentando así la infecciosidad de la bacteria en el sitio de penetración de la piel.
  3. La proteína A puede inflamar el tejido pulmonar al unirse a los receptores del factor de necrosis tumoral 1 (TNFR-1). Se ha demostrado que esta interacción desempeña un papel clave en la patogenia de la neumonía estafilocócica.
  4. Se ha demostrado que la proteína A paraliza la inmunidad humoral (mediada por anticuerpos), lo que a su vez significa que las personas pueden infectarse repetidamente con S. aureus , ya que no pueden generar una respuesta de anticuerpos fuerte.
  5. Se ha demostrado que la proteína A promueve la formación de biopelículas tanto cuando la proteína está unida covalentemente a la pared celular bacteriana como en solución. [12]

La proteína A ayuda a inhibir la fagocitosis y actúa como un disfraz inmunológico. Se han asociado niveles más elevados de proteína A en diferentes cepas de S. aureus con la portación nasal de esta bacteria. [13]

Los mutantes de S. aureus que carecen de proteína A se fagocitan más eficientemente in vitro y los mutantes en modelos de infección tienen una virulencia disminuida. [14]

Producción

La proteína A se produce y purifica en fermentación industrial para su uso en inmunología, investigación biológica y aplicaciones industriales (ver a continuación). La proteína A natural (o nativa) se puede cultivar en Staphylococcus aureus y contiene las cinco regiones de unión de anticuerpos homólogos descritas anteriormente y una región C-terminal para la unión a la pared celular. Hoy en día, la proteína A se produce más comúnmente de forma recombinante en Escherichia coli . ( También se ha demostrado que Brevibacillus es un huésped eficaz. [15] ) Las versiones recombinantes de la proteína A también contienen los cinco dominios de unión de anticuerpos homólogos, pero pueden variar en otras partes de la estructura para facilitar el acoplamiento a sustratos porosos. [16] También hay disponibles versiones diseñadas de la proteína, la primera de las cuales fue rProtein A, B4, C-CYS. [17] Las versiones diseñadas son multímeros (normalmente tetrámeros, pentámeros o hexámeros) de un solo dominio que se ha modificado para mejorar la usabilidad en aplicaciones industriales.

Investigación

La proteína A se suele acoplar a otras moléculas, como un colorante fluorescente , enzimas , biotina , oro coloidal o yodo radiactivo, sin afectar al sitio de unión del anticuerpo. Algunos ejemplos incluyen la tinción de proteína A-oro (PAG) que se utiliza en el marcaje con inmunooro , la proteína A acoplada a fluoróforo para inmunofluorescencia y la proteína A acoplada a la cadena de acoplamiento de ADN para la obtención de imágenes de ADN-PAINT. [18] También se utiliza ampliamente acoplada a perlas magnéticas, de látex y de agarosa .

La proteína A se suele inmovilizar sobre un soporte sólido y se utiliza como un método fiable para purificar la IgG total a partir de mezclas de proteínas crudas, como suero o líquido ascítico , o se acopla con uno de los marcadores anteriores para detectar la presencia de anticuerpos. El primer ejemplo de proteína A acoplada a una perla porosa para la purificación de IgG se publicó en 1972. [19] Los estudios de inmunoprecipitación con proteína A conjugada a perlas también se utilizan habitualmente para purificar proteínas o complejos proteicos indirectamente a través de anticuerpos contra la proteína o el complejo proteico de interés.

Papel en la purificación industrial de anticuerpos

Este diagrama de flujo del proceso muestra cómo los anticuerpos monoclonales normalmente se purifican a escala industrial.

La primera referencia en la literatura a una resina de cromatografía de proteína A disponible comercialmente apareció en 1976. [20] Hoy en día, la separación cromatográfica utilizando proteína A inmovilizada en sustratos porosos es el método más ampliamente establecido para purificar anticuerpos monoclonales (mAb) a partir del sobrenadante de cultivo celular de cosecha. [21] La elección de la proteína A como el método preferido se debe a la alta pureza y rendimiento que se logran de manera fácil y confiable. Esto forma la base para una "plataforma" de purificación de anticuerpos general que simplifica las operaciones de fabricación y reduce el tiempo y el esfuerzo necesarios para desarrollar procesos de purificación. [22] Un proceso típico de purificación de mAb se muestra a la derecha. A pesar de la larga historia de la cromatografía de proteína A para la producción de anticuerpos, el proceso aún se está mejorando hoy en día. La cromatografía continua, más precisamente la cromatografía periódica en contracorriente , aumenta enormemente la productividad del paso de purificación.

Referencias

  1. ^ Graille M, Stura EA, Corper AL, Sutton BJ, Taussig MJ, Charbonnier JB, Silverman GJ (mayo de 2000). "Estructura cristalina de un dominio de proteína A de Staphylococcus aureus complejado con el fragmento Fab de un anticuerpo IgM humano: base estructural para el reconocimiento de receptores de células B y actividad superantigénica". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 97 (10): 5399–404. Bibcode :2000PNAS...97.5399G. doi : 10.1073/pnas.97.10.5399 . PMC  25840 . PMID  10805799.
  2. ^ Idusogie EE, Presta LG, Gazzano-Santoro H, Totpal K, Wong PY, Ultsch M, et al. (abril de 2000). "Mapeo del sitio de unión de C1q en rituxan, un anticuerpo quimérico con un Fc de IgG1 humano". Journal of Immunology . 164 (8): 4178–84. doi : 10.4049/jimmunol.164.8.4178 . PMID  10754313.
  3. ^ Keener AB, Thurlow LT, Kang S, Spidale NA, Clarke SH, Cunnion KM, et al. (febrero de 2017). "La proteína A de Staphylococcus aureus altera la inmunidad mediada por células plasmáticas de larga vida". Journal of Immunology . 198 (3): 1263–1273. doi :10.4049/jimmunol.1600093. PMC 5266639 . PMID  28031339. 
  4. ^ Verwey WF (abril de 1940). "Una proteína antigénica específica de tipo derivada del estafilococo". The Journal of Experimental Medicine . 71 (5): 635–44. doi :10.1084/jem.71.5.635. PMC 2135093 . PMID  19870987. 
  5. ^ Jensen, K (1958). "Un anticuerpo de estafilococo que se encuentra normalmente en el suero humano". Acta Pathol. Microbiol. Scand . 44 (4): 421–428. doi :10.1111/j.1699-0463.1958.tb01093.x. PMID  17504410.
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