Anticuerpo
Proteína(s) que forman una parte importante del sistema inmunológico de un organismo.

Cada anticuerpo se une a un antígeno específico en una interacción altamente específica análoga a la de una cerradura y una llave.

Un anticuerpo ( Ab ) o inmunoglobulina ( Ig ) es una proteína grande, con forma de Y, perteneciente a la superfamilia de las inmunoglobulinas , que es utilizada por el sistema inmunológico para identificar y neutralizar antígenos como bacterias y virus , incluidos aquellos que causan enfermedades. Los anticuerpos pueden reconocer prácticamente cualquier tamaño de antígeno con composiciones químicas diversas de moléculas. [1] Cada anticuerpo reconoce uno o más antígenos específicos . [2] [3] Antígeno significa literalmente "generador de anticuerpos", ya que es la presencia de un antígeno lo que impulsa la formación de un anticuerpo específico de antígeno. Cada punta de la "Y" de un anticuerpo contiene un paratopo que se une específicamente a un epítopo particular en un antígeno, lo que permite que las dos moléculas se unan con precisión. Usando este mecanismo, los anticuerpos pueden "etiquetar" eficazmente un microbio o una célula infectada para que sea atacada por otras partes del sistema inmunológico, o pueden neutralizarlo directamente (por ejemplo, bloqueando una parte de un virus que es esencial para su invasión).

En términos más específicos, un anticuerpo ( Ab ) puede referirse a la forma libre (secretada) de estas proteínas, en contraposición a la forma unida a la membrana que se encuentra en un receptor de células B. El término inmunoglobulina puede entonces referirse a ambas formas. Dado que, en términos generales, son la misma proteína, los términos a menudo se tratan como sinónimos. [4]

Para permitir que el sistema inmunológico reconozca millones de antígenos diferentes, los sitios de unión al antígeno en ambas puntas del anticuerpo vienen en una variedad igualmente amplia. El resto de la estructura del anticuerpo es mucho menos variable; en los humanos, los anticuerpos se presentan en cinco clases , a veces llamadas isotipos : IgA , IgD , IgE , IgG e IgM . Los anticuerpos humanos IgG e IgA también se dividen en subclases discretas (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4; IgA1 e IgA2). La clase se refiere a las funciones desencadenadas por el anticuerpo (también conocidas como funciones efectoras), además de algunas otras características estructurales. Los anticuerpos de diferentes clases también difieren en dónde se liberan en el cuerpo y en qué etapa de una respuesta inmune. Entre especies, si bien las clases y subclases de anticuerpos pueden compartirse (al menos en nombre), sus funciones y distribución en todo el cuerpo pueden ser diferentes. Por ejemplo, la IgG1 de ratón está más cerca de la IgG2 humana que de la IgG1 humana en términos de su función.

El término inmunidad humoral se suele considerar sinónimo de la respuesta de anticuerpos, que describe la función del sistema inmunitario que existe en los humores (fluidos) del cuerpo en forma de proteínas solubles, a diferencia de la inmunidad mediada por células , que generalmente describe las respuestas de las células T (especialmente las células T citotóxicas). En general, los anticuerpos se consideran parte del sistema inmunitario adaptativo , aunque esta clasificación puede complicarse. Por ejemplo, la IgM natural, [5] que se produce por células de linaje B-1 que tienen propiedades más similares a las células inmunitarias innatas que a las adaptativas, se refiere a los anticuerpos IgM producidos independientemente de una respuesta inmunitaria que demuestran polireactividad: reconocen múltiples antígenos distintos (no relacionados). Estos pueden trabajar con el sistema del complemento en las primeras fases de una respuesta inmunitaria para ayudar a facilitar la eliminación del antígeno ofensivo y la entrega de los complejos inmunes resultantes a los ganglios linfáticos o al bazo para el inicio de una respuesta inmunitaria. Por lo tanto, en esta capacidad, la función de los anticuerpos es más parecida a la de la inmunidad innata que a la adaptativa. No obstante, en general, los anticuerpos se consideran parte del sistema inmunológico adaptativo porque demuestran una especificidad excepcional (con algunas excepciones), se producen a través de reordenamientos genéticos (en lugar de codificarse directamente en la línea germinal ) y son una manifestación de la memoria inmunológica.

En el curso de una respuesta inmune, las células B pueden diferenciarse progresivamente en células secretoras de anticuerpos o en células B de memoria. [6] Las células secretoras de anticuerpos comprenden plasmablastos y células plasmáticas , que difieren principalmente en el grado en que secretan anticuerpos, su vida útil, adaptaciones metabólicas y marcadores de superficie. [7] Los plasmablastos son células de proliferación rápida, de vida corta producidas en las fases tempranas de la respuesta inmune (clásicamente descritas como que surgen extrafolicularmente en lugar de desde el centro germinal ) que tienen el potencial de diferenciarse aún más en células plasmáticas. [8] La literatura es descuidada a veces y a menudo describe a los plasmablastos como solo células plasmáticas de vida corta; formalmente esto es incorrecto. Las células plasmáticas, por el contrario, no se dividen (están diferenciadas terminalmente ) y dependen de nichos de supervivencia que comprenden tipos de células y citocinas específicas para persistir. [9] Las células plasmáticas secretan enormes cantidades de anticuerpos independientemente de si su antígeno cognado está presente o no, lo que garantiza que los niveles de anticuerpos contra el antígeno en cuestión no caigan a 0, siempre que la célula plasmática se mantenga viva. Sin embargo, la tasa de secreción de anticuerpos se puede regular, por ejemplo, mediante la presencia de moléculas adyuvantes que estimulan la respuesta inmunitaria, como los ligandos TLR . [10] Las células plasmáticas de larga vida pueden vivir potencialmente durante toda la vida del organismo. [11] Clásicamente, los nichos de supervivencia que albergan células plasmáticas de larga vida residen en la médula ósea, [12] aunque no se puede asumir que cualquier célula plasmática dada en la médula ósea sea de larga vida. Sin embargo, otros trabajos indican que los nichos de supervivencia se pueden establecer fácilmente dentro de los tejidos mucosos, aunque las clases de anticuerpos involucrados muestran una jerarquía diferente de los de la médula ósea. [13] [14] Las células B también pueden diferenciarse en células B de memoria que pueden persistir durante décadas de manera similar a las células plasmáticas de larga vida. Estas células pueden recuperarse rápidamente en una respuesta inmune secundaria, experimentando un cambio de clase, maduración de afinidad y diferenciación en células secretoras de anticuerpos.

Los anticuerpos son fundamentales para la protección inmunitaria que generan la mayoría de las vacunas e infecciones (aunque otros componentes del sistema inmunitario sin duda participan y, en el caso de algunas enfermedades, son considerablemente más importantes que los anticuerpos para generar una respuesta inmunitaria, por ejemplo, el herpes zóster ). [15] La protección duradera contra las infecciones causadas por un microbio determinado (es decir, la capacidad del microbio de entrar en el cuerpo y comenzar a replicarse, no necesariamente a causar la enfermedad) depende de la producción sostenida de grandes cantidades de anticuerpos, lo que significa que las vacunas eficaces idealmente generan altos niveles persistentes de anticuerpos, lo que depende de células plasmáticas de larga vida. Al mismo tiempo, muchos microbios de importancia médica tienen la capacidad de mutar para escapar de los anticuerpos generados por infecciones anteriores, y las células plasmáticas de larga vida no pueden experimentar maduración por afinidad o cambio de clase. Esto se compensa mediante las células B de memoria: las variantes novedosas de un microbio que aún conservan características estructurales de antígenos encontrados previamente pueden generar respuestas de células B de memoria que se adaptan a esos cambios. Se ha sugerido que las células plasmáticas de larga vida secretan receptores de células B con mayor afinidad que los de las superficies de las células B de memoria, pero los hallazgos no son completamente consistentes en este punto. [16]

Estructura

Estructura esquemática de un anticuerpo: dos cadenas pesadas (azul, amarilla) y dos cadenas ligeras (verde, rosa). El sitio de unión del antígeno está marcado con un círculo.
Representación más precisa de un anticuerpo (estructura 3D en RCSB PDB). Los glicanos en la región Fc se muestran en negro.

Los anticuerpos son proteínas pesadas (~150 k Da ) de aproximadamente 10 nm de tamaño, [17] dispuestas en tres regiones globulares que forman aproximadamente una Y.

En los seres humanos y la mayoría de los demás mamíferos , una unidad de anticuerpo consta de cuatro cadenas polipeptídicas ; dos cadenas pesadas idénticas y dos cadenas ligeras idénticas conectadas por enlaces disulfuro . [18] Cada cadena es una serie de dominios : secuencias algo similares de unos 110 aminoácidos cada una. Estos dominios suelen representarse en esquemas simplificados como rectángulos. Las cadenas ligeras constan de un dominio variable V L y un dominio constante C L , mientras que las cadenas pesadas contienen un dominio variable V H y de tres a cuatro dominios constantes C H 1, C H 2, ... [19]

Estructuralmente, un anticuerpo también se divide en dos fragmentos de unión al antígeno (Fab), que contienen un dominio V L , V H , C L y C H 1 cada uno, así como el fragmento cristalizable (Fc), que forma el tronco de la forma de Y. [20] Entre ellos hay una región de bisagra de las cadenas pesadas, cuya flexibilidad permite a los anticuerpos unirse a pares de epítopos a varias distancias, formar complejos ( dímeros , trímeros, etc.) y unirse a moléculas efectoras más fácilmente. [21]

En una prueba de electroforesis de proteínas sanguíneas , los anticuerpos migran principalmente a la última fracción, la de gammaglobulina . Por el contrario, la mayoría de las gammaglobulinas son anticuerpos, por lo que históricamente ambos términos se han utilizado como sinónimos, al igual que los símbolos Ig y γ . Esta variante terminológica cayó en desuso debido a que la correspondencia era inexacta y a la confusión con las cadenas pesadas γ (gamma) que caracterizan a la clase de anticuerpos IgG . [22] [23]

Sitio de unión del antígeno

Los dominios variables también pueden denominarse región F V. Es la subregión de Fab que se une a un antígeno. Más específicamente, cada dominio variable contiene tres regiones hipervariables : los aminoácidos que se ven allí varían más de un anticuerpo a otro. Cuando la proteína se pliega, estas regiones dan lugar a tres bucles de cadenas β , localizados uno cerca del otro en la superficie del anticuerpo. Estos bucles se denominan regiones determinantes de complementariedad (CDR), ya que su forma complementa la de un antígeno. Tres CDR de cada una de las cadenas pesadas y ligeras forman juntas un sitio de unión del anticuerpo cuya forma puede ser cualquier cosa, desde un bolsillo al que se une un antígeno más pequeño, hasta una superficie más grande o una protuberancia que sobresale en una ranura en un antígeno. Sin embargo, por lo general, solo unos pocos residuos contribuyen a la mayor parte de la energía de unión. [2]

La existencia de dos sitios idénticos de unión de anticuerpos permite que las moléculas de anticuerpos se unan fuertemente a antígenos multivalentes (sitios repetidos como polisacáridos en las paredes celulares bacterianas u otros sitios a cierta distancia), así como para formar complejos de anticuerpos y complejos antígeno-anticuerpo más grandes . [2]

Las estructuras de los CDR han sido agrupadas y clasificadas por Chothia et al. [24] y más recientemente por North et al. [25] y Nikoloudis et al. [26]. Sin embargo, describir el sitio de unión de un anticuerpo utilizando solo una única estructura estática limita la comprensión y caracterización de la función y las propiedades del anticuerpo. Para mejorar la predicción de la estructura del anticuerpo y tener en cuenta los movimientos de interfaz y bucle de CDR fuertemente correlacionados, los paratopos de anticuerpos deberían describirse como estados de interconversión en solución con probabilidades variables. [27]

En el marco de la teoría de la red inmunitaria , los CDR también se denominan idiotipos. Según la teoría de la red inmunitaria, el sistema inmunitario adaptativo está regulado por interacciones entre idiotipos. [ cita requerida ]

Región Fc

La región Fc (el tronco de la forma de Y) está compuesta por dominios constantes de las cadenas pesadas. Su función es modular la actividad de las células inmunitarias: es donde se unen las moléculas efectoras, desencadenando varios efectos después de que la región Fab del anticuerpo se une a un antígeno. [2] [21] Las células efectoras (como los macrófagos o las células asesinas naturales ) se unen a través de sus receptores Fc (FcR) a la región Fc de un anticuerpo, mientras que el sistema del complemento se activa mediante la unión del complejo proteico C1q . La IgG o la IgM pueden unirse a C1q, pero la IgA no puede, por lo tanto, la IgA no activa la vía clásica del complemento . [28]

Otra función de la región Fc es distribuir selectivamente diferentes clases de anticuerpos en el cuerpo. En particular, el receptor Fc neonatal (FcRn) se une a la región Fc de los anticuerpos IgG para transportarlos a través de la placenta, desde la madre hasta el feto. Además de esto, la unión a FcRn le otorga a la IgG una vida media excepcionalmente larga en relación con otras proteínas plasmáticas de 3 a 4 semanas. En la mayoría de los casos (según el alotipo), la IgG3 tiene mutaciones en el sitio de unión de FcRn que reducen la afinidad por FcRn, que se cree que han evolucionado para limitar los efectos altamente inflamatorios de esta subclase. [29]

Los anticuerpos son glicoproteínas , [30] es decir, tienen carbohidratos (glucanos) añadidos a residuos de aminoácidos conservados. [30] [31] Estos sitios de glicosilación conservados se encuentran en la región Fc e influyen en las interacciones con las moléculas efectoras. [30] [32]

Estructura de la proteína

El extremo N de cada cadena se sitúa en la punta. Cada dominio de inmunoglobulina tiene una estructura similar, característica de todos los miembros de la superfamilia de las inmunoglobulinas : está compuesto por entre 7 (para los dominios constantes) y 9 (para los dominios variables) cadenas β , que forman dos láminas beta en un motivo de clave griega . Las láminas crean una forma de "sándwich", el pliegue de inmunoglobulina , unidas por un enlace disulfuro. [ cita requerida ]

Complejos de anticuerpos

Algunos anticuerpos forman complejos que se unen a múltiples moléculas de antígeno.

Los anticuerpos secretados pueden presentarse como una única unidad en forma de Y, un monómero . Sin embargo, algunas clases de anticuerpos también forman dímeros con dos unidades de Ig (como la IgA), tetrámeros con cuatro unidades de Ig (como la IgM de los peces teleósteos ) o pentámeros con cinco unidades de Ig (como la IgW de tiburón o la IgM de mamíferos, que ocasionalmente también forma hexámeros , con seis unidades). [33] La IgG también puede formar hexámeros, aunque no se requiere una cadena J. [34] También se han descrito tetrámeros y pentámeros de IgA. [35]

Los anticuerpos también forman complejos al unirse al antígeno: esto se llama complejo antígeno-anticuerpo o complejo inmune . Los antígenos pequeños pueden entrecruzar dos anticuerpos, lo que también conduce a la formación de dímeros, trímeros, tetrámeros, etc. de anticuerpos. Los antígenos multivalentes (por ejemplo, células con múltiples epítopos) pueden formar complejos más grandes con anticuerpos. Un ejemplo extremo es la agregación o aglutinación de glóbulos rojos con anticuerpos en la tipificación sanguínea para determinar los grupos sanguíneos : los grupos grandes se vuelven insolubles, lo que conduce a una precipitación visualmente aparente . [36] [37] [38]

Receptores de células B

La forma unida a la membrana de un anticuerpo puede llamarse inmunoglobulina de superficie (sIg) o inmunoglobulina de membrana (mIg). Es parte del receptor de células B (BCR), que permite que una célula B detecte cuándo un antígeno específico está presente en el cuerpo y desencadena la activación de las células B. [39] El BCR está compuesto de anticuerpos IgD o IgM unidos a la superficie y heterodímeros Ig-α e Ig-β asociados , que son capaces de transducir señales . [40] Una célula B humana típica tendrá entre 50.000 y 100.000 anticuerpos unidos a su superficie. [40] Tras la unión del antígeno, se agrupan en grandes parches, que pueden superar 1 micrómetro de diámetro, en balsas lipídicas que aíslan a los BCR de la mayoría de los demás receptores de señalización celular . [40] Estos parches pueden mejorar la eficiencia de la respuesta inmunitaria celular . [41] En los seres humanos, la superficie celular está desnuda alrededor de los receptores de células B durante varios cientos de nanómetros, [40] lo que aísla aún más a los BCR de las influencias competitivas.

Clases

Los anticuerpos pueden presentarse en diferentes variedades conocidas como isotipos o clases . En los humanos existen cinco clases de anticuerpos conocidas como IgA, IgD, IgE, IgG e IgM, que se subdividen a su vez en subclases como IgA1, IgA2. El prefijo "Ig" significa inmunoglobulina , mientras que el sufijo denota el tipo de cadena pesada que contiene el anticuerpo: los tipos de cadena pesada α (alfa), γ (gamma), δ (delta), ε (épsilon), μ (mu) dan lugar a IgA, IgG, IgD, IgE, IgM, respectivamente. Las características distintivas de cada clase están determinadas por la parte de la cadena pesada dentro de la región bisagra y Fc. [2]

Las clases difieren en sus propiedades biológicas, ubicaciones funcionales y capacidad para lidiar con diferentes antígenos, como se muestra en la tabla. [18] Por ejemplo, los anticuerpos IgE son responsables de una respuesta alérgica que consiste en la liberación de histamina de los mastocitos , a menudo un contribuyente único al asma (aunque existen otras vías, así como síntomas muy similares, pero técnicamente no asma). La región variable del anticuerpo se une al antígeno alérgico, por ejemplo, partículas de ácaros del polvo doméstico , mientras que su región Fc (en las cadenas pesadas ε) se une al receptor Fc ε en un mastocitos, desencadenando su desgranulación : la liberación de moléculas almacenadas en sus gránulos. [42]

Isotipos de anticuerpos humanos
ClaseSubclasesDescripción
IgA2Se encuentra en las áreas mucosas , como el intestino , el tracto respiratorio y el tracto urogenital , y previene la colonización por patógenos . [43] También se encuentra en la saliva, las lágrimas y la leche materna. Los primeros estudios clínicos sugieren que los anticuerpos del isotipo IgA tienen potencial como terapias contra el cáncer, lo que demuestra la capacidad de reducir el crecimiento tumoral. [44]
IgD1Funciona principalmente como un receptor de antígenos en las células B que no han sido expuestas a antígenos. [45] Se ha demostrado que activa los basófilos y los mastocitos para producir factores antimicrobianos . [46] Además, también se ha informado que la IgD induce la liberación de inmunoactividad y mediadores proinflamatorios. [44]
IgE1Los anticuerpos IgE son la clase menos abundante de inmunoglobulina y pueden activar los receptores Fc de los monocitos y macrófagos para activar diversas poblaciones de células efectoras. [44]

Se une a los alérgenos y desencadena la liberación de histamina de los mastocitos y basófilos , y está implicado en la alergia . Los humanos y otros animales desarrollaron IgE para protegerse contra los gusanos parásitos , aunque en la actualidad, la IgE se relaciona principalmente con las alergias y el asma. [47] Aunque

IgG4En sus cuatro formas, proporciona la mayoría de la inmunidad basada en anticuerpos contra patógenos invasores. [47] El único anticuerpo capaz de atravesar la placenta para dar inmunidad pasiva al feto . La IgG es el formato molecular más comúnmente utilizado en los fármacos de anticuerpos actuales porque neutraliza los agentes infecciosos y activa el sistema del complemento para involucrar a las células inmunes. [44]
IgM1Expresado en la superficie de las células B (monómero) y en forma secretada (pentámero) con una avidez muy alta . Elimina patógenos en las primeras etapas de la inmunidad mediada por células B (humoral) antes de que haya suficiente IgG. [47] [45] La IgM también es un anticuerpo proinflamatorio que sirve como defensa primaria y estimula eficazmente el sistema del complemento con funciones inmunitarias especializadas, que incluyen una mayor avidez y un impedimento estérico, lo que le permite neutralizar los virus. [44]

El isotipo de anticuerpo de una célula B cambia durante el desarrollo y la activación celular. Las células B inmaduras, que nunca han sido expuestas a un antígeno, expresan solo el isotipo IgM en una forma unida a la superficie celular. El linfocito B, en esta forma lista para responder, se conoce como un " linfocito B ingenuo ". El linfocito B ingenuo expresa tanto IgM como IgD de superficie. La coexpresión de ambos isotipos de inmunoglobulina hace que la célula B esté lista para responder al antígeno. [48] La activación de la célula B sigue la unión de la molécula de anticuerpo unida a la célula con un antígeno, lo que hace que la célula se divida y se diferencie en una célula productora de anticuerpos llamada célula plasmática . En esta forma activada, la célula B comienza a producir anticuerpos en una forma secretada en lugar de una forma unida a la membrana . Algunas células hijas de las células B activadas experimentan un cambio de isotipo , un mecanismo que hace que la producción de anticuerpos cambie de IgM o IgD a otros isotipos de anticuerpos, IgE, IgA o IgG, que tienen funciones definidas en el sistema inmunológico. [ cita requerida ]

Tipos de cadenas ligeras

En los mamíferos existen dos tipos de cadenas ligeras de inmunoglobulina , que se denominan lambda (λ) y kappa (κ). Sin embargo, no se conoce ninguna diferencia funcional entre ellas, y ambas pueden presentarse con cualquiera de los cinco tipos principales de cadenas pesadas. [2] Cada anticuerpo contiene dos cadenas ligeras idénticas: ambas κ o ambas λ. Las proporciones de los tipos κ y λ varían según la especie y se pueden utilizar para detectar la proliferación anormal de clones de células B. Otros tipos de cadenas ligeras, como la cadena iota (ι), se encuentran en otros vertebrados como tiburones ( Chondrictios ) y peces óseos ( Teleostei ). [ cita requerida ]

En animales no mamíferos

En la mayoría de los mamíferos placentarios , la estructura de los anticuerpos es generalmente la misma. Los peces con mandíbulas parecen ser los animales más primitivos capaces de producir anticuerpos similares a los de los mamíferos, aunque muchas características de su inmunidad adaptativa aparecieron algo antes. [49]

Los peces cartilaginosos (como los tiburones) producen anticuerpos que solo contienen cadenas pesadas (es decir, carecen de cadenas ligeras) que, además, presentan pentámeros de cadena más larga (con cinco unidades constantes por molécula). Los camélidos (como los camellos, las llamas y las alpacas) también se destacan por producir anticuerpos que solo contienen cadenas pesadas. [2] [50]

Clases de anticuerpos que no se encuentran en mamíferos
ClaseTiposDescripción
IgYSe encuentra en aves y reptiles ; relacionado con la IgG de mamíferos. [51]
IgWSe encuentra en tiburones y rayas ; relacionado con la IgD de los mamíferos. [52]
IgT/ZSe encuentra en peces teleósteos [53]

Interacciones anticuerpo-antígeno

El paratopo del anticuerpo interactúa con el epítopo del antígeno. Un antígeno suele contener diferentes epítopos a lo largo de su superficie dispuestos de forma discontinua, y los epítopos dominantes en un antígeno determinado se denominan determinantes. [ cita requerida ]

El anticuerpo y el antígeno interactúan mediante complementariedad espacial (cerradura y llave). Las fuerzas moleculares implicadas en la interacción Fab-epítopo son débiles y no específicas, por ejemplo, fuerzas electrostáticas , enlaces de hidrógeno , interacciones hidrofóbicas y fuerzas de van der Waals . Esto significa que la unión entre el anticuerpo y el antígeno es reversible y la afinidad del anticuerpo hacia un antígeno es relativa en lugar de absoluta. Una unión relativamente débil también significa que es posible que un anticuerpo reaccione de forma cruzada con diferentes antígenos de diferentes afinidades relativas. [ cita requerida ]

Función

  1. Los anticuerpos (A) y los patógenos (B) deambulan libremente por la sangre.
  2. Los anticuerpos se unen a los patógenos y pueden hacerlo en diferentes formaciones como:
    1. opsonización,
    2. Neutralización, y
    3. aglutinación.
  3. Un fagocito (C) se aproxima al patógeno y la región Fc (D) del anticuerpo se une a uno de los receptores Fc (E) del fagocito.
  4. La fagocitosis ocurre cuando se ingiere el patógeno.

Las principales categorías de acción de los anticuerpos incluyen las siguientes: [ cita requerida ]

De manera más indirecta, un anticuerpo puede enviar señales a las células inmunes para que presenten fragmentos de anticuerpos a las células T , o regular negativamente otras células inmunes para evitar la autoinmunidad . [ cita requerida ]

Las células B activadas se diferencian en células productoras de anticuerpos llamadas células plasmáticas que secretan anticuerpos solubles o células de memoria que sobreviven en el cuerpo durante años para permitir que el sistema inmunológico recuerde un antígeno y responda más rápido a futuras exposiciones. [54]

En las etapas prenatal y neonatal de la vida, la presencia de anticuerpos es proporcionada por la inmunización pasiva de la madre. La producción temprana de anticuerpos endógenos varía para diferentes tipos de anticuerpos y generalmente aparece durante los primeros años de vida. Dado que los anticuerpos existen libremente en el torrente sanguíneo, se dice que son parte del sistema inmunológico humoral . Los anticuerpos circulantes son producidos por células B clonales que responden específicamente a un solo antígeno (un ejemplo es un fragmento de proteína de la cápside del virus ). Los anticuerpos contribuyen a la inmunidad de tres maneras: evitan que los patógenos ingresen o dañen las células uniéndose a ellas; estimulan la eliminación de patógenos por macrófagos y otras células recubriendo el patógeno; y desencadenan la destrucción de patógenos estimulando otras respuestas inmunes como la vía del complemento . [55] Los anticuerpos también desencadenarán la desgranulación de amina vasoactiva para contribuir a la inmunidad contra ciertos tipos de antígenos (helmintos, alérgenos).

La IgM de mamíferos secretada tiene cinco unidades de Ig. Cada unidad de Ig (marcada con el número 1) tiene dos regiones Fab de unión a epítopos , por lo que la IgM es capaz de unirse a hasta 10 epítopos.

Activación del complemento

Los anticuerpos que se unen a antígenos de superficie (por ejemplo, en bacterias) atraerán al primer componente de la cascada del complemento con su región Fc e iniciarán la activación del sistema del complemento "clásico". [55] Esto da como resultado la muerte de bacterias de dos maneras. [47] Primero, la unión del anticuerpo y las moléculas del complemento marcan al microbio para su ingestión por los fagocitos en un proceso llamado opsonización ; estos fagocitos son atraídos por ciertas moléculas del complemento generadas en la cascada del complemento. Segundo, algunos componentes del sistema del complemento forman un complejo de ataque a la membrana para ayudar a los anticuerpos a matar a la bacteria directamente (bacteriólisis). [56]

Activación de células efectoras

Para combatir los patógenos que se replican fuera de las células, los anticuerpos se unen a ellos para unirlos y hacer que se aglutinen . Como un anticuerpo tiene al menos dos parátopos, puede unirse a más de un antígeno uniendo epítopos idénticos presentes en las superficies de estos antígenos. Al recubrir al patógeno, los anticuerpos estimulan las funciones efectoras contra el patógeno en las células que reconocen su región Fc. [47]

Las células que reconocen patógenos recubiertos tienen receptores Fc, que, como sugiere su nombre, interactúan con la región Fc de los anticuerpos IgA, IgG e IgE. La interacción de un anticuerpo particular con el receptor Fc en una célula particular desencadena una función efectora de esa célula; los fagocitos fagocitarán , los mastocitos y los neutrófilos se desgranularán , las células asesinas naturales liberarán citocinas y moléculas citotóxicas ; que finalmente darán como resultado la destrucción del microbio invasor. La activación de las células asesinas naturales por anticuerpos inicia un mecanismo citotóxico conocido como citotoxicidad mediada por células dependiente de anticuerpos (ADCC); este proceso puede explicar la eficacia de los anticuerpos monoclonales utilizados en terapias biológicas contra el cáncer . Los receptores Fc son específicos del isotipo, lo que le da mayor flexibilidad al sistema inmunológico, invocando solo los mecanismos inmunológicos apropiados para patógenos distintos. [2]

Anticuerpos naturales

Los seres humanos y los primates superiores también producen "anticuerpos naturales" que están presentes en el suero antes de la infección viral. Los anticuerpos naturales se han definido como anticuerpos que se producen sin ninguna infección previa, vacunación , otra exposición a antígenos extraños o inmunización pasiva . Estos anticuerpos pueden activar la vía clásica del complemento que conduce a la lisis de partículas virales envueltas mucho antes de que se active la respuesta inmune adaptativa. Los anticuerpos son producidos exclusivamente por células B en respuesta a antígenos donde inicialmente, los anticuerpos se forman como receptores unidos a la membrana, pero tras la activación por antígenos y células T auxiliares, las células B se diferencian para producir anticuerpos solubles. [44] Muchos anticuerpos naturales están dirigidos contra el disacárido galactosa α(1,3)-galactosa (α-Gal), que se encuentra como un azúcar terminal en las proteínas de la superficie celular glicosiladas , y se genera en respuesta a la producción de este azúcar por las bacterias contenidas en el intestino humano. [57] Estos anticuerpos se someten a controles de calidad en el retículo endoplasmático (RE), que contiene proteínas que ayudan en el plegamiento y ensamblaje adecuados. [44] Se cree que el rechazo de órganos xenotrasplantados es, en parte, el resultado de los anticuerpos naturales que circulan en el suero del receptor y que se unen a los antígenos α-Gal expresados ​​en el tejido del donante. [58]

Diversidad de inmunoglobulinas

Prácticamente todos los microbios pueden desencadenar una respuesta de anticuerpos. Para reconocer y erradicar con éxito muchos tipos diferentes de microbios se requiere diversidad entre los anticuerpos; su composición de aminoácidos varía, lo que les permite interactuar con muchos antígenos diferentes. [59] Se ha estimado que los seres humanos generan alrededor de 10 mil millones de anticuerpos diferentes, cada uno capaz de unirse a un epítopo distinto de un antígeno. [60] Aunque un solo individuo genera un enorme repertorio de anticuerpos diferentes, la cantidad de genes disponibles para producir estas proteínas está limitada por el tamaño del genoma humano. Se han desarrollado varios mecanismos genéticos complejos que permiten a las células B de vertebrados generar un conjunto diverso de anticuerpos a partir de una cantidad relativamente pequeña de genes de anticuerpos. [61]

Variabilidad del dominio

Las regiones determinantes de complementariedad de la cadena pesada se muestran en rojo ( PDB : 1IGT ​)

La región cromosómica que codifica un anticuerpo es grande y contiene varios loci genéticos distintos para cada dominio del anticuerpo: la región cromosómica que contiene los genes de la cadena pesada ( IGH@ ) se encuentra en el cromosoma 14 , y los loci que contienen los genes de la cadena ligera lambda y kappa ( IGL@ e IGK@ ) se encuentran en los cromosomas 22 y 2 en los humanos. Uno de estos dominios se llama dominio variable, que está presente en cada cadena pesada y ligera de cada anticuerpo, pero puede diferir en diferentes anticuerpos generados a partir de distintas células B. Las diferencias entre los dominios variables se encuentran en tres bucles conocidos como regiones hipervariables (HV-1, HV-2 y HV-3) o regiones determinantes de complementariedad (CDR1, CDR2 y CDR3). Las CDR están respaldadas dentro de los dominios variables por regiones marco conservadas. El locus de la cadena pesada contiene alrededor de 65 genes de dominio variable diferentes que difieren en sus CDR. La combinación de estos genes con una serie de genes de otros dominios del anticuerpo genera una gran cantidad de anticuerpos con un alto grado de variabilidad. Esta combinación se denomina recombinación V(D)J, que se analiza más adelante. [62]

Recombinación V(D)J

Descripción general simplificada de la recombinación V(D)J de las cadenas pesadas de inmunoglobulina

La recombinación somática de inmunoglobulinas, también conocida como recombinación V(D)J , implica la generación de una región variable de inmunoglobulina única. La región variable de cada cadena pesada o ligera de inmunoglobulina está codificada en varias piezas, conocidas como segmentos genéticos (subgenes). Estos segmentos se denominan segmentos variables (V), de diversidad (D) y de unión (J). [61] Los segmentos V, D y J se encuentran en las cadenas pesadas de Ig , pero solo los segmentos V y J se encuentran en las cadenas ligeras de Ig . Existen múltiples copias de los segmentos génicos V, D y J, y están dispuestos en tándem en los genomas de los mamíferos . En la médula ósea, cada célula B en desarrollo ensamblará una región variable de inmunoglobulina seleccionando y combinando aleatoriamente un segmento génico V, uno D y uno J (o un segmento V y uno J en la cadena ligera). Como hay múltiples copias de cada tipo de segmento genético, y se pueden usar diferentes combinaciones de segmentos genéticos para generar cada región variable de inmunoglobulina, este proceso genera una gran cantidad de anticuerpos, cada uno con diferentes parátopos y, por lo tanto, diferentes especificidades antigénicas. [63] La reorganización de varios subgenes (es decir, la familia V2) para la inmunoglobulina de cadena ligera lambda se combina con la activación del microARN miR-650, que influye aún más en la biología de las células B. [ cita requerida ]

Las proteínas RAG desempeñan un papel importante en la recombinación V(D)J al cortar el ADN en una región particular. [63] Sin la presencia de estas proteínas, la recombinación V(D)J no ocurriría. [63]

Después de que una célula B produce un gen de inmunoglobulina funcional durante la recombinación V(D)J, no puede expresar ninguna otra región variable (un proceso conocido como exclusión alélica ), por lo que cada célula B puede producir anticuerpos que contienen solo un tipo de cadena variable. [2] [64]

Hipermutación somática y maduración de la afinidad

Tras la activación con el antígeno, las células B comienzan a proliferar rápidamente. En estas células que se dividen rápidamente, los genes que codifican los dominios variables de las cadenas pesadas y ligeras experimentan una alta tasa de mutación puntual , mediante un proceso llamado hipermutación somática (SHM). La SHM da como resultado aproximadamente un cambio de nucleótido por gen variable, por división celular. [65] Como consecuencia, cualquier célula B hija adquirirá ligeras diferencias de aminoácidos en los dominios variables de sus cadenas de anticuerpos. [ cita requerida ]

Esto sirve para aumentar la diversidad del grupo de anticuerpos e impacta la afinidad de unión al antígeno del anticuerpo . [66] Algunas mutaciones puntuales darán como resultado la producción de anticuerpos que tienen una interacción más débil (baja afinidad) con su antígeno que el anticuerpo original, y algunas mutaciones generarán anticuerpos con una interacción más fuerte (alta afinidad). [67] Las células B que expresan anticuerpos de alta afinidad en su superficie recibirán una fuerte señal de supervivencia durante las interacciones con otras células, mientras que aquellas con anticuerpos de baja afinidad no lo harán, y morirán por apoptosis . [67] Por lo tanto, las células B que expresan anticuerpos con una mayor afinidad por el antígeno superarán a las que tienen afinidades más débiles para la función y la supervivencia, lo que permite que la afinidad promedio de los anticuerpos aumente con el tiempo. El proceso de generación de anticuerpos con afinidades de unión aumentadas se llama maduración de la afinidad . La maduración de la afinidad ocurre en las células B maduras después de la recombinación V(D)J y depende de la ayuda de las células T auxiliares . [68]

Cambio de clase

Mecanismo de recombinación de cambio de clase que permite el cambio de isotipo en células B activadas

El cambio de isotipo o clase es un proceso biológico que ocurre después de la activación de la célula B, que permite que la célula produzca diferentes clases de anticuerpos (IgA, IgE o IgG). [63] Las diferentes clases de anticuerpos, y por lo tanto las funciones efectoras, están definidas por las regiones constantes (C) de la cadena pesada de inmunoglobulina. Inicialmente, las células B vírgenes expresan solo IgM e IgD de la superficie celular con regiones de unión al antígeno idénticas. Cada isotipo está adaptado para una función distinta; por lo tanto, después de la activación, podría requerirse un anticuerpo con una función efectora IgG, IgA o IgE para eliminar eficazmente un antígeno. El cambio de clase permite que diferentes células hijas de la misma célula B activada produzcan anticuerpos de diferentes isotipos. Solo la región constante de la cadena pesada del anticuerpo cambia durante el cambio de clase; las regiones variables, y por lo tanto la especificidad del antígeno, permanecen inalteradas. Por lo tanto, la progenie de una sola célula B puede producir anticuerpos, todos específicos para el mismo antígeno, pero con la capacidad de producir la función efectora apropiada para cada desafío antigénico. El cambio de clase es desencadenado por citocinas; El isotipo generado depende de qué citocinas están presentes en el entorno de las células B. [69]

El cambio de clase se produce en el locus del gen de la cadena pesada mediante un mecanismo llamado recombinación de cambio de clase (CSR). Este mecanismo se basa en motivos de nucleótidos conservados, llamados regiones de cambio (S) , que se encuentran en el ADN aguas arriba de cada gen de la región constante (excepto en la cadena δ). La cadena de ADN se rompe por la actividad de una serie de enzimas en dos regiones S seleccionadas. [70] [71] El exón del dominio variable se vuelve a unir a través de un proceso llamado unión de extremos no homólogos (NHEJ) a la región constante deseada (γ, α o ε). Este proceso da como resultado un gen de inmunoglobulina que codifica un anticuerpo de un isotipo diferente. [72]

Designaciones de especificidad

Un anticuerpo puede ser llamado monoespecífico si tiene especificidad para un solo antígeno o epítopo, [73] o biespecífico si tiene afinidad para dos antígenos diferentes o dos epítopos diferentes en el mismo antígeno. [74] Un grupo de anticuerpos puede ser llamado polivalente (o inespecífico ) si tienen afinidad para varios antígenos [75] o microorganismos. [75] La inmunoglobulina intravenosa , si no se indica lo contrario, consiste en una variedad de diferentes IgG (IgG policlonal). Por el contrario, los anticuerpos monoclonales son anticuerpos idénticos producidos por una sola célula B. [ cita requerida ]

Anticuerpos asimétricos

Los anticuerpos heterodiméricos, que también son anticuerpos asimétricos, permiten una mayor flexibilidad y nuevos formatos para unir una variedad de fármacos a los brazos de anticuerpos. Uno de los formatos generales para un anticuerpo heterodimérico es el formato de "perillas en agujeros". Este formato es específico de la parte de la cadena pesada de la región constante en los anticuerpos. La parte de las "perillas" se diseña reemplazando un aminoácido pequeño por uno más grande. Encaja en el "agujero", que se diseña reemplazando un aminoácido grande por uno más pequeño. Lo que conecta las "perillas" con los "agujeros" son los enlaces disulfuro entre cada cadena. La forma de "perillas en agujeros" facilita la citotoxicidad mediada por células dependiente de anticuerpos. Los fragmentos variables de cadena única ( scFv ) están conectados al dominio variable de la cadena pesada y ligera a través de un péptido conector corto. El conector es rico en glicina, lo que le da más flexibilidad, y serina/treonina, lo que le da especificidad. Dos fragmentos scFv diferentes se pueden conectar entre sí, a través de una región bisagra, al dominio constante de la cadena pesada o al dominio constante de la cadena ligera. [76] Esto le da al anticuerpo biespecificidad, lo que permite las especificidades de unión de dos antígenos diferentes. [77] El formato de "perillas en agujeros" mejora la formación de heterodímeros pero no suprime la formación de homodímeros. [ cita requerida ]

Para mejorar aún más la función de los anticuerpos heterodiméricos, muchos científicos están buscando construcciones artificiales. Los anticuerpos artificiales son en gran medida motivos proteínicos diversos que utilizan la estrategia funcional de la molécula de anticuerpo, pero no están limitados por las restricciones estructurales de bucle y marco del anticuerpo natural. [78] Ser capaz de controlar el diseño combinacional de la secuencia y el espacio tridimensional podría trascender el diseño natural y permitir la unión de diferentes combinaciones de fármacos a los brazos. [ cita requerida ]

Los anticuerpos heterodiméricos tienen una mayor variedad de formas que pueden adoptar y los medicamentos que se adhieren a los brazos no tienen que ser los mismos en cada brazo, lo que permite utilizar diferentes combinaciones de medicamentos en el tratamiento del cáncer. Los productos farmacéuticos pueden producir anticuerpos biespecíficos altamente funcionales, e incluso multiespecíficos. El grado en el que pueden funcionar es impresionante, dado que un cambio de forma de este tipo con respecto a la forma natural debería conducir a una disminución de la funcionalidad. [ cita requerida ]

Transposición de ADN intercromosómico

La diversificación de anticuerpos ocurre típicamente a través de hipermutación somática, cambio de clase y maduración de afinidad dirigida a los loci del gen BCR, pero en ocasiones se han documentado formas de diversificación menos convencionales. [79] Por ejemplo, en el caso de la malaria causada por Plasmodium falciparum , algunos anticuerpos de aquellos que habían sido infectados demostraron una inserción del cromosoma 19 que contenía un tramo de 98 aminoácidos del receptor 1 similar a la inmunoglobulina asociada a leucocitos, LAIR1 , en la articulación del codo. Esto representa una forma de transposición intercromosómica. LAIR1 normalmente se une al colágeno, pero puede reconocer miembros de la familia de familias repetitivas intercaladas de polipéptidos (RIFIN) que se expresan altamente en la superficie de los glóbulos rojos infectados por P. falciparum . De hecho, estos anticuerpos experimentaron una maduración de afinidad que mejoró la afinidad por RIFIN pero abolió la afinidad por el colágeno. Estos anticuerpos que contienen LAIR1 se han encontrado en el 5-10% de los donantes de Tanzania y Mali, aunque no en los donantes europeos. [80] Sin embargo, los donantes europeos también mostraron tramos de 100-1000 nucleótidos dentro de las articulaciones del codo. Este fenómeno particular puede ser específico de la malaria, ya que se sabe que la infección induce inestabilidad genómica. [81]

Historia

El primer uso del término "anticuerpo" se produjo en un texto de Paul Ehrlich . El término Antikörper (la palabra alemana para anticuerpo ) aparece en la conclusión de su artículo "Estudios experimentales sobre la inmunidad", publicado en octubre de 1891, que establece que, "si dos sustancias dan lugar a dos Antikörper diferentes , entonces ellos mismos deben ser diferentes". [82] Sin embargo, el término no fue aceptado de inmediato y se propusieron varios otros términos para anticuerpo; estos incluían Immunkörper , Amboceptor , Zwischenkörper , sustancia sensibilisatrice , cópula , Desmon , filocitasa , fijador e Immunisin . [82] La palabra anticuerpo tiene analogía formal con la palabra antitoxina y un concepto similar a Immunkörper ( cuerpo inmune en inglés). [82] Como tal, la construcción original de la palabra contiene un fallo lógico; La antitoxina es algo dirigido contra una toxina, mientras que el anticuerpo es un cuerpo dirigido contra algo. [82]

Ángel del Oeste (2008) de Julian Voss-Andreae es una escultura basada en la estructura del anticuerpo publicada por E. Padlan. [83] Creado para el campus de Florida del Scripps Research Institute , [84] el anticuerpo se coloca en un anillo que hace referencia al Hombre de Vitruvio de Leonardo da Vinci, destacando así la similitud del anticuerpo y el cuerpo humano. [85]

El estudio de los anticuerpos comenzó en 1890 cuando Emil von Behring y Kitasato Shibasaburō describieron la actividad de los anticuerpos contra las toxinas de la difteria y el tétanos . Von Behring y Kitasato propusieron la teoría de la inmunidad humoral , proponiendo que un mediador en el suero podría reaccionar con un antígeno extraño. [86] [87] Su idea impulsó a Paul Ehrlich a proponer la teoría de la cadena lateral para la interacción entre anticuerpos y antígenos en 1897, cuando planteó la hipótesis de que los receptores (descritos como "cadenas laterales") en la superficie de las células podrían unirse específicamente a las toxinas  -en una interacción de "cerradura y llave"- y que esta reacción de unión es el desencadenante de la producción de anticuerpos. [88] Otros investigadores creían que los anticuerpos existían libremente en la sangre y, en 1904, Almroth Wright sugirió que los anticuerpos solubles recubrían las bacterias para marcarlas para la fagocitosis y la muerte; un proceso que llamó opsoninización . [89]

Michael Heidelberger

En la década de 1920, Michael Heidelberger y Oswald Avery observaron que los antígenos podían ser precipitados por anticuerpos y luego demostraron que los anticuerpos están hechos de proteínas. [90] Las propiedades bioquímicas de las interacciones de unión antígeno-anticuerpo fueron examinadas con más detalle a fines de la década de 1930 por John Marrack . [91] El siguiente avance importante se produjo en la década de 1940, cuando Linus Pauling confirmó la teoría de la cerradura y la llave propuesta por Ehrlich al demostrar que las interacciones entre anticuerpos y antígenos dependen más de su forma que de su composición química. [92] En 1948, Astrid Fagraeus descubrió que las células B , en forma de células plasmáticas , eran responsables de generar anticuerpos. [93]

El trabajo posterior se concentró en caracterizar las estructuras de las proteínas de los anticuerpos. Un avance importante en estos estudios estructurales fue el descubrimiento a principios de la década de 1960 por Gerald Edelman y Joseph Gally de la cadena ligera de anticuerpos , [94] y su comprensión de que esta proteína es la misma que la proteína de Bence-Jones descrita en 1845 por Henry Bence Jones . [95] Edelman continuó descubriendo que los anticuerpos están compuestos de cadenas pesadas y ligeras unidas por enlaces disulfuro . Casi al mismo tiempo, Rodney Porter caracterizó las regiones de unión a anticuerpos (Fab) y de cola de anticuerpos (Fc) de IgG . [96] Juntos, estos científicos dedujeron la estructura y la secuencia completa de aminoácidos de IgG, una hazaña por la que fueron galardonados conjuntamente con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1972. [96] El fragmento Fv fue preparado y caracterizado por David Givol. [97] Aunque la mayoría de estos primeros estudios se centraron en IgM e IgG, en la década de 1960 se identificaron otros isotipos de inmunoglobulina: Thomas Tomasi descubrió el anticuerpo secretor ( IgA ); [98] David S. Rowe y John L. Fahey descubrieron la IgD; [99] y Kimishige Ishizaka y Teruko Ishizaka descubrieron la IgE y demostraron que era una clase de anticuerpos implicados en las reacciones alérgicas . [100] En una serie histórica de experimentos que comenzaron en 1976, Susumu Tonegawa demostró que el material genético puede reorganizarse para formar la amplia gama de anticuerpos disponibles. [101]

Aplicaciones médicas

Diagnóstico de enfermedades

La detección de anticuerpos específicos es una forma muy común de diagnóstico médico , y aplicaciones como la serología dependen de estos métodos. [102] Por ejemplo, en ensayos bioquímicos para el diagnóstico de enfermedades, [103] se estima un título de anticuerpos dirigidos contra el virus de Epstein-Barr o la enfermedad de Lyme a partir de la sangre. Si esos anticuerpos no están presentes, o bien la persona no está infectada o la infección se produjo hace mucho tiempo, y las células B que generan estos anticuerpos específicos se han desintegrado de forma natural. [ cita requerida ]

En inmunología clínica , los niveles de clases individuales de inmunoglobulinas se miden por nefelometría (o turbidimetría ) para caracterizar el perfil de anticuerpos del paciente. [104] Las elevaciones en diferentes clases de inmunoglobulinas a veces son útiles para determinar la causa del daño hepático en pacientes para quienes el diagnóstico no está claro. [4] Por ejemplo, la IgA elevada indica cirrosis alcohólica , la IgM elevada indica hepatitis viral y cirrosis biliar primaria , mientras que la IgG está elevada en hepatitis viral, hepatitis autoinmune y cirrosis. [ cita requerida ]

Los trastornos autoinmunes a menudo se pueden atribuir a anticuerpos que se unen a los epítopos del propio organismo ; muchos de ellos se pueden detectar mediante análisis de sangre . Los anticuerpos dirigidos contra los antígenos de superficie de los glóbulos rojos en la anemia hemolítica inmunomediada se detectan con la prueba de Coombs . [105] La prueba de Coombs también se utiliza para la detección de anticuerpos en la preparación de transfusiones de sangre y también para la detección de anticuerpos en mujeres prenatales . [105]

En la práctica, se utilizan varios métodos de inmunodiagnóstico basados ​​en la detección de complejos antígeno-anticuerpo para diagnosticar enfermedades infecciosas, por ejemplo, ELISA , inmunofluorescencia , Western blot , inmunodifusión , inmunoelectroforesis e inmunoensayo magnético . [106] Los anticuerpos generados contra la gonadotropina coriónica humana se utilizan en pruebas de embarazo de venta libre. [ cita requerida ]

La nueva química del dioxaborolano permite el marcado de anticuerpos con fluoruro radiactivo ( 18 F ), lo que permite obtener imágenes del cáncer mediante tomografía por emisión de positrones (PET) . [107]

Terapia de enfermedades

La terapia con anticuerpos monoclonales dirigidos se emplea para tratar enfermedades como la artritis reumatoide , [108] la esclerosis múltiple , [109] la psoriasis , [110] y muchas formas de cáncer , incluido el linfoma no Hodgkin , [111] el cáncer colorrectal , el cáncer de cabeza y cuello y el cáncer de mama . [112]

Algunas deficiencias inmunitarias, como la agammaglobulinemia ligada al cromosoma X y la hipogammaglobulinemia , dan lugar a una falta parcial o total de anticuerpos. [113] Estas enfermedades suelen tratarse induciendo una forma de inmunidad a corto plazo denominada inmunidad pasiva . La inmunidad pasiva se consigue mediante la transferencia de anticuerpos ya preparados en forma de suero humano o animal , inmunoglobulina combinada o anticuerpos monoclonales , al individuo afectado. [114]

Terapia prenatal

El factor Rh , también conocido como antígeno Rh D, es un antígeno que se encuentra en los glóbulos rojos ; las personas que son Rh positivas (Rh+) tienen este antígeno en sus glóbulos rojos y las personas que son Rh negativas (Rh–) no lo tienen. Durante el parto normal , un traumatismo en el parto o complicaciones durante el embarazo, la sangre de un feto puede ingresar al sistema de la madre. En el caso de una madre y un niño Rh incompatibles, la mezcla de sangre consecuente puede sensibilizar a una madre Rh- al antígeno Rh en las células sanguíneas del niño Rh+, poniendo el resto del embarazo , y cualquier embarazo posterior, en riesgo de enfermedad hemolítica del recién nacido . [115]

Los anticuerpos de inmunoglobulina Rho(D) son específicos para el antígeno RhD humano. [116] Los anticuerpos anti-RhD se administran como parte de un régimen de tratamiento prenatal para prevenir la sensibilización que puede ocurrir cuando una madre Rh negativa tiene un feto Rh positivo. El tratamiento de una madre con anticuerpos anti-RhD antes e inmediatamente después del traumatismo y el parto destruye el antígeno Rh en el sistema de la madre del feto. Esto ocurre antes de que el antígeno pueda estimular a las células B maternas para que "recuerden" el antígeno Rh generando células B de memoria. Por lo tanto, su sistema inmunológico humoral no producirá anticuerpos anti-Rh y no atacará los antígenos Rh del bebé actual o de los bebés posteriores. El tratamiento con inmunoglobulina Rho(D) previene la sensibilización que puede conducir a la enfermedad Rh , pero no previene ni trata la enfermedad subyacente en sí. [116]

Aplicaciones de investigación

Imagen de inmunofluorescencia del citoesqueleto eucariota . Los microtúbulos , que se muestran en verde, están marcados por un anticuerpo conjugado con una molécula fluorescente verde, FITC .

Los anticuerpos específicos se producen inyectando un antígeno en un mamífero , como un ratón , una rata , un conejo , una cabra , una oveja o un caballo para obtener grandes cantidades de anticuerpos. La sangre aislada de estos animales contiene anticuerpos policlonales (múltiples anticuerpos que se unen al mismo antígeno) en el suero , que ahora se puede llamar antisuero . También se inyectan antígenos en pollos para generar anticuerpos policlonales en la yema de huevo . [117] Para obtener anticuerpos específicos para un único epítopo de un antígeno, se aíslan linfocitos secretores de anticuerpos del animal y se inmortalizan fusionándolos con una línea celular cancerosa. Las células fusionadas se denominan hibridomas y crecerán y secretarán anticuerpos continuamente en cultivo. Las células de hibridoma individuales se aíslan mediante clonación por dilución para generar clones celulares que produzcan todos el mismo anticuerpo; estos anticuerpos se denominan anticuerpos monoclonales . [118] Los anticuerpos policlonales y monoclonales a menudo se purifican utilizando cromatografía de proteína A/G o de afinidad por antígeno . [119]

En la investigación, los anticuerpos purificados se utilizan en muchas aplicaciones. Los anticuerpos para aplicaciones de investigación se pueden encontrar directamente de los proveedores de anticuerpos o mediante el uso de un motor de búsqueda especializado. Los anticuerpos de investigación se utilizan más comúnmente para identificar y localizar proteínas intracelulares y extracelulares . Los anticuerpos se utilizan en citometría de flujo para diferenciar los tipos de células por las proteínas que expresan; diferentes tipos de células expresan diferentes combinaciones de grupos de moléculas de diferenciación en su superficie y producen diferentes proteínas intracelulares y secretables. [120] También se utilizan en inmunoprecipitación para separar las proteínas y cualquier cosa unida a ellas (co-inmunoprecipitación) de otras moléculas en un lisado celular , [121] en análisis de transferencia Western para identificar proteínas separadas por electroforesis , [122] y en inmunohistoquímica o inmunofluorescencia para examinar la expresión de proteínas en secciones de tejido o para localizar proteínas dentro de las células con la ayuda de un microscopio . [120] [123] Las proteínas también se pueden detectar y cuantificar con anticuerpos, utilizando técnicas ELISA y ELISpot . [124] [125]

Los anticuerpos utilizados en la investigación son algunos de los reactivos más potentes, pero también más problemáticos, con una enorme cantidad de factores que deben controlarse en cualquier experimento, incluida la reactividad cruzada o el reconocimiento de múltiples epítopos y la afinidad del anticuerpo, que puede variar ampliamente según las condiciones experimentales, como el pH, el disolvente, el estado del tejido, etc. Se han realizado múltiples intentos para mejorar tanto la forma en que los investigadores validan los anticuerpos [126] [127] como las formas en que informan sobre los anticuerpos. Los investigadores que utilizan anticuerpos en su trabajo deben registrarlos correctamente para permitir que su investigación sea reproducible (y, por lo tanto, probada y calificada por otros investigadores). Menos de la mitad de los anticuerpos de investigación a los que se hace referencia en artículos académicos se pueden identificar fácilmente. [128] Los artículos publicados en F1000 en 2014 y 2015 brindan a los investigadores una guía para informar sobre el uso de anticuerpos de investigación. [129] [130] El artículo de RRID se publica conjuntamente en cuatro revistas que implementaron el estándar RRID para citas de recursos de investigación, que extrae datos de antibodyregistry.org como fuente de identificadores de anticuerpos [131] (ver también el grupo en Force11 [132] ).

Las regiones de anticuerpos se pueden utilizar para promover la investigación biomédica al actuar como guía para que los medicamentos alcancen su objetivo. Varias aplicaciones implican el uso de plásmidos bacterianos para marcar plásmidos con la región Fc del anticuerpo, como el plásmido pFUSE-Fc. [ cita requerida ]

Reglamento

Producción y pruebas

Existen varias formas de obtener anticuerpos, incluidas técnicas in vivo como la inmunización animal y varios enfoques in vitro, como el método de visualización de fagos. [133] Tradicionalmente, la mayoría de los anticuerpos son producidos por líneas celulares de hibridoma a través de la inmortalización de células productoras de anticuerpos mediante fusión inducida químicamente con células de mieloma . En algunos casos, fusiones adicionales con otras líneas han creado " triomas " y " cuadromas ". El proceso de fabricación debe describirse y validarse adecuadamente. Los estudios de validación deben incluir al menos:

Antes de los ensayos clínicos

  • Pruebas de seguridad del producto: Esterilidad ( bacterias y hongos ), pruebas in vitro e in vivo para virus adventicios, pruebas de retrovirus murinos ..., datos de seguridad del producto necesarios antes del inicio de los ensayos de viabilidad en condiciones graves o inmediatamente mortales, sirve para evaluar el potencial peligroso del producto.
  • Pruebas de viabilidad: Son estudios piloto cuyos objetivos incluyen, entre otros, la caracterización temprana de la seguridad y la prueba inicial de concepto en una pequeña población específica de pacientes (pruebas in vitro o in vivo). [ cita requerida ]

Estudios preclínicos

  • Prueba de reactividad cruzada de anticuerpos: para resaltar interacciones no deseadas (toxicidad) de anticuerpos con tejidos previamente caracterizados. Este estudio puede realizarse in vitro (la reactividad del anticuerpo o inmunoconjugado debe determinarse con tejidos adultos congelados rápidamente) o in vivo (con modelos animales apropiados). [ cita requerida ]
  • Pruebas de farmacología preclínica y toxicidad : las pruebas de seguridad preclínicas de anticuerpos están diseñadas para identificar la posible toxicidad en humanos, estimar la probabilidad y la gravedad de posibles eventos adversos en humanos e identificar una dosis inicial segura y una escalada de dosis, cuando sea posible.
  • Estudios de toxicidad en animales: pruebas de toxicidad aguda , pruebas de toxicidad de dosis repetidas, pruebas de toxicidad a largo plazo
  • Pruebas de farmacocinética y farmacodinámica : se utilizan para determinar dosis clínicas, actividades de anticuerpos y evaluación de los posibles efectos clínicos.

Predicción de estructura y diseño computacional de anticuerpos

La importancia de los anticuerpos en la atención médica y la industria biotecnológica exige el conocimiento de sus estructuras en alta resolución . Esta información se utiliza para la ingeniería de proteínas , la modificación de la afinidad de unión al antígeno y la identificación de un epítopo de un anticuerpo determinado. La cristalografía de rayos X es un método comúnmente utilizado para determinar las estructuras de los anticuerpos. Sin embargo, cristalizar un anticuerpo suele ser laborioso y requiere mucho tiempo. Los enfoques computacionales proporcionan una alternativa más barata y rápida a la cristalografía, pero sus resultados son más equívocos, ya que no producen estructuras empíricas. Los servidores web en línea como Web Antibody Modeling (WAM) [134] y Prediction of Immunoglobulin Structure (PIGS) [135] permiten el modelado computacional de las regiones variables de los anticuerpos. Rosetta Antibody es un novedoso servidor de predicción de la estructura de la región F V de anticuerpos , que incorpora técnicas sofisticadas para minimizar los bucles de CDR y optimizar la orientación relativa de las cadenas ligeras y pesadas, así como modelos de homología que predicen el acoplamiento exitoso de los anticuerpos con su antígeno único. [136] Sin embargo, describir el sitio de unión de un anticuerpo utilizando una única estructura estática limita la comprensión y caracterización de la función y las propiedades del anticuerpo. Para mejorar la predicción de la estructura del anticuerpo y tener en cuenta los movimientos de la interfaz y del bucle de CDR fuertemente correlacionados, los paratopos del anticuerpo deberían describirse como estados de interconversión en solución con probabilidades variables. [27]

La capacidad de describir el anticuerpo a través de la afinidad de unión al antígeno se complementa con información sobre la estructura del anticuerpo y las secuencias de aminoácidos a los efectos de las reivindicaciones de patentes. [137] Se han presentado varios métodos para el diseño computacional de anticuerpos basados ​​en los estudios de bioinformática estructural de los CDR de anticuerpos. [138] [139] [140]

Hay una variedad de métodos utilizados para secuenciar un anticuerpo, incluyendo degradación de Edman , ADNc , etc.; aunque uno de los usos modernos más comunes para la identificación de péptidos/proteínas es la cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas en tándem (LC-MS/MS). [141] Los métodos de secuenciación de anticuerpos de alto volumen requieren enfoques computacionales para el análisis de datos, incluyendo la secuenciación de novo directamente a partir de espectros de masas en tándem [142] y métodos de búsqueda en bases de datos que utilizan bases de datos de secuencias de proteínas existentes . [143] [144] Muchas versiones de secuenciación de proteínas shotgun pueden aumentar la cobertura utilizando métodos de fragmentación CID/HCD/ETD [145] y otras técnicas, y han logrado un progreso sustancial en el intento de secuenciar completamente las proteínas , especialmente los anticuerpos. Otros métodos han asumido la existencia de proteínas similares, [146] una secuencia de genoma conocida , [147] o enfoques combinados de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba. [148] Las tecnologías actuales tienen la capacidad de ensamblar secuencias de proteínas con alta precisión mediante la integración de péptidos de secuenciación de novo , intensidad y puntajes de confianza posicional de búsquedas en bases de datos y homología . [149]

Anticuerpo mimético

Los miméticos de anticuerpos son compuestos orgánicos, como los anticuerpos, que pueden unirse específicamente a antígenos. Consisten en péptidos o proteínas artificiales, o moléculas de ácido nucleico basadas en aptámeros con una masa molar de aproximadamente 3 a 20 kDa . Los fragmentos de anticuerpos, como Fab y nanocuerpos, no se consideran miméticos de anticuerpos . Las ventajas comunes sobre los anticuerpos son una mejor solubilidad, penetración en los tejidos, estabilidad frente al calor y las enzimas y costos de producción comparativamente bajos. Los miméticos de anticuerpos se han desarrollado y comercializado como agentes de investigación, diagnóstico y terapéuticos. [150]

Unidad de anticuerpo de unión

BAU (unidad de anticuerpo de unión, a menudo como BAU/mL) es una unidad de medida definida por la OMS para la comparación de ensayos que detectan la misma clase de inmunoglobulinas con la misma especificidad. [151] [152] [153]

Véase también

Referencias

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Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Anticuerpos .
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