Veleszületett immunitás, Az immunrendszer evolúciója
Komplementaktiválás, a C3 komplementfehérje szerkezete és működése Papp Krisztián
Papp Krisztián
Immunválasz Kórokozó
Veleszületett immunválasz
Adaptív immunválasz B sejt
Ellenanyag
Bőr, nyálkahártya
Fagociták
Komplement
Dendritikus sejt
Effektor T sejt T sejt
NK sejt
Órák
Fertőzésttől eltelt idő
Napok
A tözsfejlődés során a C3 700 millió éve jelent meg
Komplementrendszer Klasszikus út
Fodor József (1843-1901): Bacillus anthracisszal immunizált nyulak vérében a kórokozó elpusztul 56°C-on történő hőkezelés inaktiválja A komplement elnevezés Paul Ehrlichtől származik: ‘komplementer – kiegészítő’
Több mint 30 komponens Nagy részüket a máj termeli, de lokálisan monociták, makrofágok és endotélsejtek is termelik (C1- bél epitélsejtjei) D faktor – zsírsejtek)
Lektin út
Alternatív út
Komplementaktiválás enzimkaszkádja
Limitált proteolízis
Inaktív prekurzor molekulák
a
b
b
a
b
b
a
b
b
a
b
b
a
b
b
a
b
(1 C3-konvertáz enzim akár 200db C3-at is tud hasítani)
b
Aktiváló felszín
b
b
b
b
b
b
enzim
b
Komplementrendszer Klasszikus út
Lektin út
Alternatív út
Komplementrendszer
Komplementrendszer Klasszikus út Prekurzor fehérje Aktiváló proteáz
Lektin út
C4 ~ kötődés C2 ~ hasítás
C3 ~ kötődés B ~ hasítás MASP
C1s
Alternatív út
D faktor
C3 konvertáz
C4bC2b
C3bBb
C5 konvertáz
C4bC2bC3b
C3bfBbC3b
Terminális út
MAC
C1q, MBL, Ficolin C1q
Mannose-binding lectin
Ficolins
Ca2+ stabilizálja
Szerin-proteáz
Kötőhely az ellenanyag Fc részének CH2 doménjéhez, de közvetlenül is képes kapcsolódni: Lipid-A, LPS, porin molekulák, HIV-1, influenza, pentraxinok (SAP [Serum Amiloid Protein] CRP [C-Reactive Protein])
Ca2+ függő C-típusú lektin domén mannózkötő képeséggel (CRD~Carbohydrate Recognition Domain) (GlcNAc, ManNAc, fukóz, glukóz) (HIV, Staphlyococcus aureus, Streptococcus Pneumoniae, Candida albicans)
Fibrinogén típusú szénhidrát felismerő domén (Gramm-pozitív baktérium sejtfalában levő N-acetil-glukozamin és lipotejkolsav)
Az alternatív utat aktiváló anyagok
Kórokozó, partikulumok
Egyéb faktorok
Bármely Ig-vel komplexben lévő kórokozó
Szénhidrátok (agaróz, inulin)
Legtöbb Gramm-negatív baktérium
Nyúl és tengerimalac IgG-t tartalmazó immunkomplexek
Számos Gramm-pozitív baktérium
Kobraméregfaktor (CVF)
Gomba és élesztősejtfal
Heterológ eredetű vörösvérsejtek
Vírusok, vírussal fertőzött, tumoros sejtek
Anionos polimerek (dextrán szulfát)
Paraziták (pl. tripanoszóma)
LPS
Sziálsavban szegény felszínek
Komplementrendszer szabályozása Klasszikus út
Lektin út
Alternatív út
Komplementrendszer szabályozása SCR (Short Consensus Repeat) („sushi-domén”) 60 aminosav 2 diszulfid híddal stabilizált egységek)
Kovertáz enzim bomlását segítik: C4BP, H-faktor, CR1, DAF I-faktor enzimet segítik: C4BP, H-faktor, CR1, MCP
Komplementrendszer szabályozása
Komplementrendszer szabályozásának szolubilis molekulái Fehérje
Jellemzői, biológiai funkciói
C1-inhibitor (C1inh)
Szerinproteáz-gátló (szerpin) A C1r2s2-t disszociáltatja a C1-ről A MASP-t disszociáltatja az MBL-ről
H-faktor
(20 SCR) Alternatív út C3 konvertáz kialakulását gátolja Az I-faktor kofaktora az inaktiváláskor
C4b-kötő fehérje (C4BP)
(32 SCR) Klasszikus út C3 konvertáz kialakulását gátolja Az I-faktor kofaktora az inaktiváláskor
I-faktor
A C4b-t és a C3b-t hasítja, az MCP-t, CR1-et, H-faktort vagy C4BP-t használva kofaktorként
Anafilatoxin inaktivátor
Karboxipeptidáz N, a terminális arg-t hasítja le a C3a-, C4a- és C5a-peptidekről
S-protein (vitronektin)
A C5b-7 komplexhez kötődve megakadályozza a MAC működését
SP-40
A MAC kialakulását befolyásolja
Properdin
Stabilizálja az alternatív út konvertázát
Komplementrendszer szabályozásának membránfehérjéi Fehérje
Ligandumai, biológiai funkció
Komplement Receptor 1 (CR1, CD35)
C3b, C4b, iC3b -Gyorsítja a C3 konvertázok szétesését -Kofaktor a C3b és C4b I-faktor általi hasításakor -Elősegíti az immunkomplex eliminálását -B-sejt funkció szabályozó
Membrán kofaktor fehérje (MCP, CD46)
C3b, C4b -A C3 konvertázok kialakulását gátoja -Kofaktor a C3b és C4b I-faktor általi hasításakor
Lebomlást gyorsító faktor (DAF, CD55)
C4b2b, C3bBb - Gyorsítja mindkét út C3-konvertázának szétesését
Homológ restrikciós faktor
-Megakadályozza az „ártatlan” (bystander)sejtek lízisét -Gátolja autológ sejteken a C8 és a C9 kötődését a MAC kialakulásakor
A reaktív lízis membrán gátlója (MIRL vagy protektin, CD59)
-Megakadályozza az „ártatlan” (bystander)sejtek lízisét - A C9 C8-hoz kötődését gátolva megakadályozza a MAC kialakulását
Mikróbák védekező mechanizmusai „Molekuláris mimikri”
Lambris et al. Nature Reviews in Microbiology 2008. 6:182
A plazmafehérjék mennyiségi megoszlása 10 leggyakoribb plazmafehérje
11-22 leggyakoribb plazmafehérje
A 10 leggyakoribb plazmafehérje alkotja a plazmafehérjék 90%-át A 22 leggyakoribb plazmafehérje alkotja a plazmafehérjék 99%-át
Komplement komponensek relatív eloszlása a plazmában
C3
C1q C1r C1s C4 C3 C2 MBL MASP1 fD fB fP C5 C6 C7 C8 C9
C3 molekula koncentrációja a human szérumban 1,3 mg/ml
C3 molekula
Molekulatömeg: 185 KDa lánc 110KDa lánc 75kDa A szekretált forma 1637 aminosavból áll
A C3 molekula érése A C3 molekulát termelő sejtek: hepatocyta, makrofág 22 aminosav szignál peptid szekrécióhoz
Arg-Arg-Arg-Arg
H2N
COOH
COOH NH2 COOH
ER
NH2
N-linked high-mannose carbohydrate COOH NH2
Golgi
C3 szekretált forma
2-makroglobulin család domén szerkezete Makroglobulin fehérjecsalád jellemzői: - Thioester motívum - Központi funkcionálisan fontos variábilis régió
A C3 funkcionálisan fontos részei (thioester, anaphylatoxin, hasítóhelyek) a feltételezhetően beépült géneken helyezkednek el.
Gene insertion
A C4-ben van egy extra RRRR hasítóhely ezért 3db láncból áll
ThioEsther-containing Protein (rovarokban és gyűrűsférgekben opszonin)
Janssen et al. Nature 437 (2005) 505-511
C3 molekula szerkezete 13 domain alkotja Macroglobulin Domain
Anaphylatoxin Domain
Thioester-containing Domain
Az MG6 domaint az és lánc közösen alkotja
Janssen et al. Nature 2005. (44)213-216
Thiolacton gyűrű
Thioészter kötés Gln991 Cys988 Free thiolate anion His1104
Acylimidasole intermediate
60μs a C3b féléletideje
Csak kb 10%-a kötődik a C3b-nek a célponthoz, míg 90%-a folyadák fázisban inaktiválódik
Aktiváló felszín: -OH csoport észterkötés (C4B, C3) -NH2 csoporttal amidkötés (C4A)
Law et al. Protein Science 1997 6: 263-274
Thioestert védő mechanizmusok A thioester nagyon reaktív, védeni kell a víztől és kis nukleofil molekuláktól (pl. metilamin) Hidrofób/aromás zsebben helyezkedik el
His1104-et az MG8-TED távol tartja thioestertől thioester
Az 2M családban konzervatívan megvannak ezek az aminosavak, kivétel ez alol a C5 amiben hiányzik a thioester Janssen et al. Nature 2005. (44)213-216
C3d önmagában TED domain a C3-ban
A C3 molekula aktivációja során lezajló konformációs változások
C3 molekula limitált proteolízise C3
C3 konvertáz
C3a C3b
Carboxi peptidase
1. factor I + kofaktor
C3adesarg iC3b1 2. factor I + kofaktor
iC3b2
C3f
3. factor I + kofaktor
C3dg C3g
C3c C3d
Janssen et al. Nature 2006. (44)213-216
A C3 molekula kovalens kötődése
Janssen et al., Nature 2006 Nov 9
A C3-C3b átalakulás során a felszínre kerülnek a korábban rejtett kötőhelyek
95 Å elmozdulás
Fekete színnel a C3b-n felszínre kerülő területek vannak jelölve Janssen et al. Nature 2006. (44)213-216
0 Å elmozdulás
Janssen et al. Molecular Immunology 44 (2007) 3-10
A CRIg a lánchoz kötődik A CRIg ellentétben az összes többi C3 fragmentum kötő fehérjével, nem az hanem a lánchoz kötődik
C3 fragmentumokat felismerő komplement receptorok
Kupfer sejt
C5aR-hez hasonlóan 7 transzmebrán G-protein kötött
28-34 SCR
Integrin (Opszonizált részecskék fagocitózisa)
immunglobulin 15 SCR család (koreceptor (Vérben baktérium B-limfocita gyors kiszűrése) aktiválás)
A komplementrendszer szerepe
simaizom kontrakció sejtek lízise C3a, C5a
MAC
vérerek permeabilitásának fokozása
mikróbák lízise
Mf
Komplement
C3b iC3b vvs immunkomplexek eltávolítása CR1
aktiváció C3a C3b iC3b
CR3 fagocitózis
sejtaktiváció C3b, C3d
B-limfociták
C5a
C3a, C5a
hízósejtek és bazofilok
granulociták kemotaxisa
Sejtlízis
Anafilatoxinok szerepe Hatás: C4a
Opszonizáció, a fagocitózis fokozása
A CR3 is fontos a fagocitózisban
Immunkomplex eltávolítása a keringésből 1) A nagyméretű immunkomplexeket a kötődő C3 fragmentumok „szétfeszítik” szolubilizálják 2) Immunkomplex eltávolítás (clearance)
iC3b C3b
CR3
CR1
C3b CR1
vvs FcR
vörösvérsejt
C3b
Makrofág májban és lépben (Kupfer sejtek)
C3d mint „molekuláris adjuváns”
Apoptotikus sejtek komplement mediált fagocitózisa Az apoptotikus sejtekhez kötődnek: C1q, MBL, SAP, CRP
Komplementrendszer aktiválódik
Különböző fagocita sejtek felveszik az elhalt sejteket (CR1, CR3, CRIg, C1qR receptorok segítségével)
Különböző izotípusú ellenanyagok komplementaktiváló képessége Ember
IgA1 IgA2 IgD IgE IgG1 IgG2
IgG3 IgG4
IgM
Handbook of Human Immunology (2008)
-
-
-
-
++
+
+++
-
+++
Kuby Immunology forth edition (2000)
-
-
-
-
+
+/-
++
-
+++
Fundamental Immunology fifth edition (2003)
Alt.
-
-
-
+++
+
++++
-
++++
ImmunoBiologyThe immune system in health and disease
Alt.
-
-
-
++
+
+++
-
+++
Egér
IgA IgE IgG1 IgG2a,c IgG2b IgG3 +?
-
+
+++
+++
++
IgM +++++
Monoklonális ellenanyagok komplementaktiváló képessége Egér monoklonális ellenanyagok
Humán monoklonális ellenanyagok
Klasszikus út
Alternatív út
Seino et al. Clin Exp Immunol. 1993.
Glikoziláció képes modulálni az ellenanyagok komplementaktiváló képességét
Komplementet aktivál : mannóz, fukóz, N-acetil glükózamin Komplementet nem aktivál : galaktóz, sziálsav Arnold et al. Immunology Letters 2006
Egér IgG (G0, G1, G2)
RA, Crohn betegség, TBC
Rademacher, PNAS 1984
Ellenanyagok komplementaktiváló képessége
Izotípus eloszlás Glikoziláció
Komplement aktiváció
Affinintás/Aviditás
Patogenicitás / protektivitás, neutralizácó, FcR kötődés
Ellenanyag és komplement fragmentumok kötődése szérumból
C3
C3
AbC-array Antibody & Complement
IgG
overlay
C3
Human szérum immunprofil dsDNA
La(SSB)
