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Sistema del complemento

Esquema del sistema del complemento

El sistema del complemento , también conocido como cascada del complemento , es parte del sistema inmunitario humoral innato y mejora (complementa) la capacidad de los anticuerpos y las células fagocíticas para eliminar microbios y células dañadas de un organismo, promover la inflamación y atacar la membrana celular del patógeno . [1] A pesar de ser parte del sistema inmunitario innato, el sistema del complemento puede ser reclutado y puesto en acción por anticuerpos generados por el sistema inmunitario adaptativo .

El sistema del complemento consiste en una serie de precursores proteicos pequeños, inactivos y sintetizados en el hígado que circulan en la sangre . Cuando son estimuladas por uno de varios desencadenantes, las proteasas en el sistema escinden proteínas específicas para liberar citocinas e iniciar una cascada amplificadora de escisiones adicionales. El resultado final de esta cascada de activación o fijación del complemento es la estimulación de los fagocitos para eliminar material extraño y dañado, la inflamación para atraer fagocitos adicionales y la activación del complejo de ataque de membrana que destruye las células . Alrededor de 50 proteínas y fragmentos de proteínas componen el sistema del complemento, incluidas las proteínas plasmáticas y los receptores de membrana celular . Representan aproximadamente el 10% de la fracción de globulina del suero sanguíneo. [2]

Tres vías bioquímicas activan el sistema del complemento: la vía clásica del complemento , la vía alternativa del complemento y la vía de la lectina . [3] La vía alternativa es responsable de la mayor parte de la activación de la vía terminal, por lo que los esfuerzos terapéuticos en la enfermedad han girado en torno a su inhibición. [4]

Historia

En 1888, George Nuttall descubrió que el suero sanguíneo de oveja tenía una leve actividad letal contra la bacteria que causa el ántrax . [5] La actividad letal desapareció cuando calentó la sangre. [6] En 1891, Hans Ernst August Buchner , notando la misma propiedad de la sangre en sus experimentos, nombró a la propiedad letal "alexin", que significa "repeler" en griego. [7] [8] En 1894, varios laboratorios habían demostrado que el suero de cobayas que se habían recuperado del cólera mataba a la bacteria del cólera in vitro . Calentar el suero destruyó su actividad letal. Sin embargo, el suero inactivado por calor, cuando se inyectó en cobayas expuestos a la bacteria del cólera, mantuvo su capacidad para proteger a los animales de la enfermedad. Jules Bordet , un joven científico belga en París en el Instituto Pasteur , concluyó que este principio tiene dos componentes, uno que mantiene un efecto "sensibilizador" después de ser calentado y uno (alexin) cuyo efecto tóxico se pierde después de ser calentado. [9] El componente termoestable era responsable de la inmunidad contra microorganismos específicos, mientras que el componente termosensible era responsable de la actividad antimicrobiana no específica conferida por todos los sueros normales. En 1899, Paul Ehrlich renombró al componente termosensible como "complemento". [10] [6]

Ehrlich introdujo el término "complemento" como parte de su teoría más amplia del sistema inmunológico. [11] Según esta teoría, el sistema inmunológico está formado por células que tienen receptores específicos en su superficie para reconocer antígenos . Tras la inmunización con un antígeno , se forman más de estos receptores, que luego se desprenden de las células para circular en la sangre. A esos receptores , que ahora llamamos " anticuerpos ", Ehrlich los llamó "amboceptores" para enfatizar su capacidad de unión bifuncional: reconocen y se unen a un antígeno específico, pero también reconocen y se unen al componente antimicrobiano termolábil del suero fresco. Por lo tanto, Ehrlich denominó a este componente termolábil "complemento", porque es algo en la sangre que "complementa" a las células del sistema inmunológico. Ehrlich creía que cada amboceptor específico de antígeno tiene su propio complemento específico, mientras que Bordet creía que solo hay un tipo de complemento. A principios del siglo XX, esta controversia se resolvió cuando se comprendió que el complemento puede actuar en combinación con anticuerpos específicos o por sí solo de forma no específica. [ cita requerida ]

Funciones

Complejo de ataque de membrana (Complejo del complemento terminal C5b-9)

El complemento desencadena las siguientes funciones inmunes: [12]

  1. Ataque de membrana : mediante la ruptura de la pared celular de las bacterias ( vía clásica del complemento )
  2. Fagocitosis : por opsonización de antígenos. C3b tiene la actividad opsonizante más importante ( vía alternativa del complemento ).
  3. Inflamación : al atraer macrófagos y neutrófilos ( vía de la lectina )

Descripción general

La mayoría de las proteínas y glucoproteínas que constituyen el sistema del complemento son sintetizadas por los hepatocitos . Pero también se producen cantidades significativas en los macrófagos tisulares , los monocitos sanguíneos y las células epiteliales del sistema genitourinario y el tracto gastrointestinal . Las tres vías de activación generan variantes homólogas de la proteasa C3-convertasa . La vía clásica del complemento normalmente requiere complejos antígeno-anticuerpo para su activación (respuesta inmunitaria específica), mientras que la vía alternativa puede activarse por hidrólisis espontánea del componente 3 del complemento (C3), material extraño, patógenos o células dañadas. La vía de la lectina de unión a manosa puede activarse por hidrólisis de C3 o antígenos sin la presencia de anticuerpos (respuesta inmunitaria no específica). En las tres vías, la C3-convertasa escinde y activa el componente C3, creando C3a y C3b, y provoca una cascada de eventos de escisión y activación adicionales. C3b se une a la superficie de los patógenos, lo que conduce a una mayor internalización por parte de las células fagocíticas por opsonización . [ cita requerida ]

En la vía alternativa, C3b se une al factor B. El factor D libera el factor Ba del factor B unido a C3b. El complejo de C3b(2)Bb es una proteasa que escinde C5 en C5b y C5a. La C5 convertasa también se forma por la vía clásica cuando C3b se une a C4b y C2b. C5a es una proteína quimiotáctica importante , que ayuda a reclutar células inflamatorias. C3a es el precursor de una citocina importante ( adipocina ) llamada ASP (aunque esto no es universalmente aceptado [13] ) y generalmente es escindida rápidamente por la carboxipeptidasa B. Tanto C3a como C5a tienen actividad de anafilatoxina , desencadenando directamente la desgranulación de los mastocitos , además de aumentar la permeabilidad vascular y la contracción del músculo liso . [13] C5b inicia la vía de ataque de membrana , que da como resultado el complejo de ataque de membrana (MAC), que consiste en C5b, C6 , C7 , C8 y C9 polimérico . [14] El MAC es el producto final citolítico de la cascada del complemento; forma un canal transmembrana, que causa la lisis osmótica de la célula diana. Las células de Kupffer y otros tipos de células macrófagas ayudan a eliminar los patógenos recubiertos de complemento. Como parte del sistema inmunológico innato, los elementos de la cascada del complemento se pueden encontrar en especies anteriores a los vertebrados; más recientemente en la especie de cangrejo herradura protóstomo , lo que sitúa los orígenes del sistema más atrás de lo que se pensaba anteriormente. [ cita requerida ]

Cascada de reacción del sistema del complemento: vías clásica, alternativa y de lectinas, bucle de amplificación, vía terminal y complejo de ataque a la membrana.

Vía clásica

Las vías clásica y alternativa del complemento

La vía clásica se desencadena por la activación del complejo C1. El complejo C1 está compuesto por 1 molécula de C1q , 2 moléculas de C1r y 2 moléculas de C1s, o C1qr 2 s 2 . Esto ocurre cuando C1q se une a IgM o IgG complejadas con antígenos . Una sola IgM pentamérica puede iniciar la vía, mientras que se necesitan varias, idealmente seis, IgG. Esto también ocurre cuando C1q se une directamente a la superficie del patógeno. Dicha unión conduce a cambios conformacionales en la molécula de C1q, lo que conduce a la activación de dos moléculas de C1r . C1r es una serina proteasa. Luego escinden C1s (otra serina proteasa). El componente C1r 2 s 2 ahora divide a C4 y luego a C2 , produciendo C4a, C4b, C2a y C2b (históricamente, el fragmento más grande de C2 se llamaba C2a pero ahora se lo conoce como C2b). C4b y C2b se unen para formar la vía clásica C3-convertasa (complejo C4b2b), que promueve la escisión de C3 en C3a y C3b. C3b luego se une con C4b2b para formar C5 convertasa (complejo C4b2b3b). [15]

Camino alternativo

La vía alternativa se activa continuamente a un nivel bajo, análogo a un motor de automóvil al ralentí, como resultado de la hidrólisis espontánea de C3 debido a la ruptura del enlace tioéster interno (C3 es levemente inestable en un entorno acuoso). La vía alternativa no depende de anticuerpos que se unan a patógenos como las otras vías. [3] C3b que se genera a partir de C3 por un complejo enzimático de C3 convertasa en la fase fluida es inactivado rápidamente por el factor H y el factor I , al igual que el C3 similar a C3b que es el producto de la escisión espontánea del tioéster interno. Por el contrario, cuando el tioéster interno de C3 reacciona con un grupo hidroxilo o amino de una molécula en la superficie de una célula o patógeno, el C3b que ahora está unido covalentemente a la superficie está protegido de la inactivación mediada por el factor H. El C3b unido a la superficie ahora puede unirse al factor B para formar C3bB. Este complejo en presencia del factor D se escindirá en Ba y Bb. Bb permanecerá asociado con C3b para formar C3bBb, que es la convertasa de C3 de la vía alternativa. [16]

El complejo C3bBb se estabiliza mediante la unión de oligómeros del factor P (properdina). La convertasa C3 estabilizada, C3bBbP, actúa entonces enzimáticamente para escindir mucho más C3, parte del cual se une covalentemente a la misma superficie que C3b. Este C3b recién unido recluta más actividad B, D y P y amplifica en gran medida la activación del complemento. Cuando el complemento se activa en una superficie celular, la activación está limitada por las proteínas reguladoras del complemento endógenas, que incluyen CD35 , CD46 , CD55 y CD59 , dependiendo de la célula. Los patógenos, en general, no tienen proteínas reguladoras del complemento (hay muchas excepciones, que reflejan la adaptación de los patógenos microbianos a las defensas inmunitarias de los vertebrados). Por lo tanto, la vía alternativa del complemento es capaz de distinguir lo propio de lo ajeno sobre la base de la expresión superficial de las proteínas reguladoras del complemento. Las células huésped no acumulan C3b en la superficie celular (ni el fragmento proteolítico de C3b llamado iC3b) porque las proteínas reguladoras del complemento lo impiden, mientras que las células extrañas, los patógenos y las superficies anormales pueden estar muy cargadas de C3b e iC3b. En consecuencia, la vía alternativa del complemento es un elemento de la inmunidad innata . [ cita requerida ]

Una vez que la enzima C3 convertasa alternativa se forma en un patógeno o en la superficie celular, puede unirse covalentemente a otra C3b para formar C3bBbC3bP, la C5 convertasa. Esta enzima luego escinde C5 en C5a, una potente anafilatoxina , y C5b. Luego, la C5b recluta y ensambla moléculas C6, C7, C8 y múltiples C9 para ensamblar el complejo de ataque de membrana . Esto crea un agujero o poro en la membrana que puede matar o dañar al patógeno o la célula. [1]

Vía de la lectina

La vía de la lectina es homóloga a la vía clásica, pero con la opsonina, la lectina de unión a manosa (MBL) y las ficolinas , en lugar de C1q. Esta vía se activa mediante la unión de la MBL a los residuos de manosa en la superficie del patógeno, lo que activa las serina proteasas asociadas a la MBL, MASP-1 y MASP-2 (muy similares a C1r y C1s, respectivamente), que luego pueden dividir C4 en C4a y C4b y C2 en C2a y C2b. C4b y C2b luego se unen para formar la C3-convertasa clásica, como en la vía clásica. Las ficolinas son homólogas a la MBL y funcionan a través de la MASP de manera similar. Se han descrito varios polimorfismos de un solo nucleótido en la M-ficolina en humanos, con efecto sobre la capacidad de unión al ligando y los niveles séricos. Históricamente, el fragmento más grande de C2 se llamaba C2a, pero ahora se lo conoce como C2b. [17] En los invertebrados sin un sistema inmunológico adaptativo, las ficolinas se expanden y sus especificidades de unión se diversifican para compensar la falta de moléculas de reconocimiento específicas de patógenos. [ cita requerida ]

Nomenclatura de los fragmentos de proteínas del complemento

Los libros de texto de inmunología han utilizado diferentes nombres para los fragmentos más pequeños y más grandes de C2, como C2a y C2b. La asignación preferida parece ser que el fragmento más pequeño se designe como C2a: ya en 1994, un conocido libro de texto recomendó que el fragmento más grande de C2 se designara C2b. [18] Sin embargo, esto se amplió en su cuarta edición de 1999, para decir que: [19] "También es útil saber que el fragmento activo más grande de C2 se designó originalmente como C2a, y todavía se lo llama así en algunos textos y artículos de investigación. Aquí, por coherencia, llamaremos a todos los fragmentos grandes del complemento b , por lo que el fragmento más grande de C2 se designará como C2b. En las vías clásica y de lectina, la enzima C3 convertasa se forma a partir de C4b unido a la membrana con C2b". [19]

Esta nomenclatura se utiliza en otra literatura: [20] Sin embargo, la asignación es mixta en la última literatura. Algunas fuentes designan los fragmentos más grandes y más pequeños como C2a y C2b respectivamente [21] [22] [ 23 ] [24] [25] [26] [27] [28] [29] mientras que otras fuentes aplican lo inverso. [18] [ 19] [30] [31] [32] Sin embargo, debido a la convención ampliamente establecida, C2b aquí es el fragmento más grande, que, en la vía clásica, forma C4b2b (clásicamente C4b2a). Puede ser digno de mención que, en una serie de ediciones del libro de Janeway, de la 1.ª a la 7.ª, en la última edición [28] retiran la postura para indicar el fragmento más grande de C2 como C2b.

Inhibición viral

También se ha demostrado que la fijación de la proteína MBL en las superficies virales mejora la neutralización de los patógenos virales. [33]

Revisar

Activación del complemento por anticuerpos asociados a antígenos

En la vía clásica, C1 se une con sus subunidades C1q a fragmentos Fc (formados por la región CH2) de IgG o IgM, que han formado un complejo con antígenos. C4b y C3b también son capaces de unirse a IgG o IgM asociadas a antígenos, a su porción Fc. [20] [25] [28]

Esta unión del complemento mediada por inmunoglobulina puede interpretarse como que el complemento utiliza la capacidad de la inmunoglobulina para detectar y unirse a antígenos ajenos como su guía. El complemento en sí mismo puede unirse a patógenos ajenos después de detectar sus patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP), [28] sin embargo, utilizando la especificidad del anticuerpo, los complementos pueden detectar objetivos ajenos de manera mucho más específica. [ cita requerida ]

Algunos componentes tienen una variedad de sitios de unión. En la vía clásica, C4 se une a C1q asociada a Ig y la enzima C1r 2 s 2 escinde C4 en C4b y 4a. C4b se une a C1q, a la Ig asociada al antígeno (específicamente a su porción Fc) e incluso a la superficie del microbio. C3b se une a la Ig asociada al antígeno y a la superficie del microbio. La capacidad de C3b para unirse a la Ig asociada al antígeno funcionaría de manera efectiva contra los complejos antígeno-anticuerpo para hacerlos solubles. [ cita requerida ]

Regulación

El sistema del complemento tiene el potencial de ser extremadamente dañino para los tejidos del huésped, lo que significa que su activación debe estar estrechamente regulada. El sistema del complemento está regulado por proteínas de control del complemento , que están presentes en el plasma sanguíneo y en la membrana de la célula huésped. [34] Algunas proteínas de control del complemento están presentes en las membranas de las células propias, lo que evita que sean el objetivo del complemento. Un ejemplo es CD59 , también conocida como protectina, que inhibe la polimerización de C9 durante la formación del complejo de ataque de membrana . La vía clásica es inhibida por el inhibidor de C1 , que se une a C1 para evitar su activación. [35] Otro ejemplo es una proteína plasmática llamada Factor H (FH), que tiene un papel clave en la regulación negativa de la vía alternativa. [36] El factor H, junto con otra proteína llamada Factor I , inactiva C3b, la forma activa de C3. Este proceso previene la formación de C3 convertasa y detiene la progresión de la cascada del complemento. La C3-convertasa también puede ser inhibida por el factor acelerador de la desintegración (DAF), que está unido a las membranas plasmáticas de los eritrocitos a través de un ancla GPI . [35]

Papel en la enfermedad

Deficiencia del complemento

Se cree que el sistema del complemento podría desempeñar un papel en muchas enfermedades con un componente inmunológico, como el síndrome de Barraquer-Simons , asma , lupus eritematoso , glomerulonefritis , varias formas de artritis , enfermedad cardíaca autoinmune , esclerosis múltiple , enfermedad inflamatoria intestinal , hemoglobinuria paroxística nocturna , síndrome hemolítico urémico atípico y lesiones por isquemia-reperfusión, [37] [38] y rechazo de órganos trasplantados. [39]

El sistema del complemento también está cada vez más implicado en enfermedades del sistema nervioso central, como la enfermedad de Alzheimer y otras afecciones neurodegenerativas como las lesiones de la médula espinal. [40] [41] [42]

Las deficiencias de la vía terminal predisponen tanto a enfermedades autoinmunes como a infecciones (particularmente Neisseria meningitidis , debido al papel que desempeña el complejo de ataque de membrana ("MAC") al atacar a las bacterias Gram-negativas ). [43]

Las infecciones por N. meningitidis y N. gonorrhoeae son las únicas afecciones que se sabe que están asociadas con deficiencias en los componentes MAC del complemento. [44] Entre el 40 y el 50 % de las personas con deficiencias de MAC experimentan infecciones recurrentes por N. meningitidis . [45]

Deficiencias en los reguladores del complemento

Las mutaciones en los genes de los reguladores del complemento, especialmente el factor H , se han asociado con el síndrome hemolítico urémico atípico , [4] [46] [47] y la glomerulopatía C3. [4] Actualmente se cree que ambos trastornos se deben a la sobreactivación del complemento, ya sea en la superficie de las células huésped o en el plasma, y ​​la ubicación molecular de la variación genética en las proteínas del complemento proporciona pistas sobre los procesos patológicos subyacentes. [4] Además, varios polimorfismos de un solo nucleótido y mutaciones en el gen del factor H del complemento (el más común de los cuales resulta en el cambio de proteína p.Y402H) se han asociado con la enfermedad ocular común degeneración macular relacionada con la edad . [4] Los polimorfismos del componente 3 del complemento , el factor B del complemento y el factor I del complemento , así como la eliminación del factor H del complemento relacionado 3 y del factor H del complemento relacionado 1, también afectan el riesgo de una persona de desarrollar degeneración macular relacionada con la edad . [4] [48]

Las mutaciones en el gen inhibidor de C1 pueden causar angioedema hereditario , una condición genética que resulta de la regulación reducida de la bradicinina por el C1-INH. [ cita requerida ]

La hemoglobinuria paroxística nocturna es causada por la degradación del complemento de los glóbulos rojos debido a la incapacidad de producir GPI. Por lo tanto, los glóbulos rojos no están protegidos por proteínas ancladas a GPI, como DAF. [49]

Herramientas de diagnóstico

Las herramientas de diagnóstico para medir la actividad del complemento incluyen la prueba de actividad total del complemento . [50]

La presencia o ausencia de fijación del complemento tras una prueba de provocación puede indicar si determinados antígenos o anticuerpos están presentes en la sangre. Este es el principio de la prueba de fijación del complemento . [ cita requerida ]

Modulación del organismo por el complemento con la infección

La actividad excesiva del complemento contribuye a la aparición de síntomas y enfermedades graves por COVID-19. [51] Aunque el complemento está destinado a proteger los sistemas corporales, bajo estrés puede haber más daño que protección. Las investigaciones han sugerido que el sistema del complemento se manipula durante el VIH / SIDA , de una manera que daña aún más el cuerpo. [52]

Papel en el cerebro

Las investigaciones de la última década han demostrado que las proteínas del complemento de la vía clásica del complemento tienen un papel importante en la poda sináptica en el cerebro durante el desarrollo temprano. [53] [54]

Referencias

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    • El discurso de Buchner se reimprimió en forma condensada en: Buchner H (1891). "Kurze Uebersicht über die Entwicklung der Bacterienforschung seit Naegeli's Eingreifen in dieselbe". Centralblatt für Bakteriologie und Parasitenkunde (en alemán). 10 : 349–352. De la pág. 350: "Es handelt sich demnach um Eiweisskörper einer neuen Kategorie, die besonders durch grosse Labilität ausgezeichnet sind (bei 50-55°C erlischt rasch die Wirksamkeit), und die am besten mit einem neuen Namen, etwa als "Alexine" (dh Schutzstoffe) , von αλέξειν abwehren, schützen) bezeichnet werden könnten." (Se trata, pues, de una proteína de un nuevo tipo, que se distingue especialmente por una gran labilidad (a 50-55°C su eficacia deja de existir de repente), y que puede designarse mejor con un nuevo nombre, tal vez como "alexina". (es decir, material protector, de αλέξειν luchar, defender).)
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