Immunologia: funzioni degli anticorpi e maturazione linfocitaria

Funzioni importanti degli anticorpi

La lezione precedente ha chiarito come è fatto un anticorpo; oggi si andrà a vedere come funziona un anticorpo, quali sono le classi di immunoglobuline, come si differenziano e come si genera la diversità anticorpale, ovvero come si formano i domini variabili.

Cominciamo innanzitutto a capire cosa fa un anticorpo e quali sono le funzioni che svolge. Vedremo durante il corso che non tutti gli anticorpi le svolgono tutte, in genere queste sono le funzioni fondamentali:

• Neutralizzazione: un anticorpo, ricoprendo la superficie di un virus o di un batterio, è in grado di arrestare l'ingresso del patogeno dentro la cellula bersaglio bloccando la proteina di riconoscimento da parte della cellula bersaglio. Si ricordano gli anticorpi prodotti per mezzo del vaccino contro il COVID-19, che agivano nei confronti della proteina Spike, ovvero della proteina di ingresso del virus. Tutto questo meccanismo non è nuovo per il nostro organismo, lo facciamo già producendo anticorpi che rivestendo la proteina di interazione tra il virus e la cellula bersaglio la neutralizzano impedendone l'ingresso.
• Opsonizzazione: rivestendo il patogeno ne è favorito il riconoscimento da parte dei fagociti e l'eliminazione.
• Agglutinazione delle particelle che trasportano l'antigene. Gli anticorpi possono fare da ponte tra diversi batteri riconoscendo sulle membrane strutture simili, concentrandoli in un solo punto e favorendone la fagocitosi.
• Precipitazione degli antigeni solubili. Un esempio di antigene solubile che può essere dannoso per il nostro organismo è rappresentato dalla tossina. Le tossine di natura proteica determinano la produzione di anticorpi, tant'è vero che alcuni vaccini detti "antisieri" contro queste tossine vengono sviluppati apposta per essere in grado di riconoscerle. Importante da ricordare è che l'anticorpo ha una doppia valenza e può fare da ponte tra diverse molecole di antigene e le varie Y dell'anticorpo. Uno stesso anticorpo può legare ben 2 antigeni solubili diversi, formare un precipitato che poi viene riconosciuto (grazie alla frazione costante cristallizzabile dell'anticorpo) da un fagocita, il quale può eliminare dal circolo questi antigeni solubili in modo semplice. Per chiarire: sia l'agglutinazione di un batterio intero, sia la precipitazione di antigeni solubili fanno sì che sia più semplice per il sistema immunitario rimuovere dal circolo batteri (o le componenti batteriche o virali) grazie alla loro concentrazione in una zona limitata.
• Un'altra funzione importante che riguarda però solo alcune classi di anticorpi è quella di attivare il complemento. Il Sistema del Complemento è un sistema che porta alla lisi del patogeno formando dei pori di membrana sulla superficie del batterio, attivando anche il sistema immunitario. In linea temporale, gli anticorpi sono stati tra le prime proteine dell'immunità ad essere scoperte perché li troviamo in elevato numero nel sangue e per questo motivo è stato facile isolarli dal siero. Il 1complemento che si attiva anche con delle metodiche dell'immunità innata, è stato in un primo momento isolato come un sistema in grado di complementare la funzione degli anticorpi.

Alcune funzioni degli anticorpi possono essere mediate anche dal frammento (Fab)2, cioè dal frammento di riconoscimento dell'antigene, ma richiedono anche la presenza della frazione costante, in particolare del frammento cristallizzabile.

La professoressa legge la slide riportata a fianco, in seguito chiede: quando usiamo il frammento (Fab)2 da solo? Alcuni farmaci hanno base anticorpale e, se l'obiettivo è quello di bloccare la proteina bersaglio, ci può bastare il frammento (Fab)2. Il frammento (Fab)2 nella proteina intera, verrà utilizzato come farmaco sfruttando il principio secondo cui molecole più piccole diffondono più facilmente nell'organismo. Una molecola non-self più piccola è anche meno antigenica e

Funzioni della regione FC

quindi causa una risposta immunitaria minore nei confronti della molecola di partenza.

il frammento (Fab), è in grado di:

• Riconoscere l'antigene e mediarne la precipitazione
• bloccare I siti attivi delle tossine e di altre molecole associate ai patogeni

Esistono alcuni farmaci che sono costituiti solo dal frammento (Fab)2 dell'anticorpo: uno di questi è Lucentis

• bloccare le interazioni tra l'ospite e le molecole del patogeno (es. Molecole di ingresso dei virus)

Elastic. Il (Fab)2 da solo non può attivare tutte le funzioni di un anticorpo, ma la funzione delle cellule

Però il Fab non è in grado di attivare

• L'intrenalizzazione ed il processamento dell'antigene
• La funzione delle cellule infiammatorie e del complemento

infiammatorie del complemento richiede la presenza del frammento cristallizzabile che dipende dalla classe delle immunoglobuline a cui l'anticorpo appartiene. L'internalizzazione e il processamento dell'antigene richiedono la presenza del frammento cristallizzabile. Non solo, questi processi avvengono in maniera diversa a seconda del frammento cristallizzabile, ovvero a seconda della classe delle immunoglobuline a cui appartiene. Esistono varie classi di immunoglobuline.

Le immunoglobuline

Un linfocita B maturo, nel momento in cui riconosce l'antigene, comincia a produrre immunoglobuline di tipo IgM. Il termine "Immunoglobuline" sta per globuline /proteine rotondeggianti dell'immunità. Le IgM sono globulari e rotondeggianti e sono chiamate così per il fatto che sono macroglobuline, talmente grandi da poter essere viste anche al microscopio elettronico. Si riporta cosa succede:

1. I linfociti B maturi, prima di incontrare l'antigene, esprimono sulla superficie un anticorpo (un BCR), che può appartenere solo a due sottoclassi: alle IgM o alle IgD.
2. La cellula B naive, vergine, che non ha ancora incontrato il suo antigene, esprime sempre sulla membrana una IgM o una IgD.
3. In seguito all'attivazione del BCR, al primo contatto con l'antigene, tutti i linfociti B generano le IgM, le prime ad essere prodotte.
4. Successivamente, attraverso un processo chiamato "switch delle immunoglobuline", l'organismo può iniziare a produrre con la stessa specificità antigenica le IgG, le quali, restando costanti nella 2loro regione variabile (non cambiando il sito di riconoscimento dell'antigene), ma effettuando uno switch della regione costante, si trasformano da IgM a IgG, acquisendo nuove funzioni.

Come si può osservare dalla slide riportata:

• le IgM hanno una struttura molto pesante e rigida, sono definite macroglobuline (sono le più grandi) e sono formate da 5 monomeri anticorpali, ovvero 5 Ypsilon tenute assieme da una struttura costante, la "catena J". Sono dei pentameri tenuti assieme dalla catena J.
• Le IgG, le IgD e le IgE hanno una forma monomerica.
• Le IgA sono una classe particolare che ritroviamo nelle mucose in forma dimerica, ovvero 2 Ypsilon tenute assieme dalla catena J. Nel sangue le IgA sono poco presenti, e le poche in circolo sono monomeri.

Riassunto delle immunoglobuline

Riassumendo:

• Le IgM sono PENTAMERI
• Le IgA sono DIMERI o MONOMERI
• Le IgG, le IgD, le IgE sono MONOMERI

Al primo contatto con un antigene nuovo vengono prodotte le IgM, dopodiché, trascorsi alcuni giorni dalla reazione alla prima infezione, l'organismo comincia a produrre le IgG contro quell'antigene. Alla seconda esposizione all'antigene si verificherà un picco nella produzione di IgM, ma la maggior parte delle immunoglobuline prodotte saranno della classe IgG.

La curva rossa in figura mostra il picco di IgM prodotte alla prima esposizione all'antigene. Dopo un po' di giorni vengono prodotte le IgG, e dopo un'interruzione di circa un anno tra la prima e la seconda esposizione, si ha un piccolo picco sempre di IgM, ma le IgG sono le predominanti.

Le immunoglobuline in gravidanza

Il fenomeno appena descritto viene sfruttato nella diagnostica di alcuni virus, ad esempio con il Citomegalovirus (CMV), o con altri virus che stanno nel complesso TORCH, un complesso che si effettua in donne in gravidanza o che stanno pianificando una gravidanza, per sapere se hanno contratto infezioni virali che possono essere pericolose per il feto (es: CMV). Questo virus normalmente non è pericoloso, ma una donna in gravidanza affetta lo può trasmettere al feto, che può subire delle gravi malformazioni e problemi neuronali.

Al contrario di ciò che si potrebbe pensare, per cercare il virus non si fa una PCR, ma si va a verificare la presenza e il titolo anticorpale delle IgM o delle IgG; questo perché l'infezione da CMV nei primi 2 anni di vita è molto frequente; quindi, è normale trovare nel sangue le immunoglobuline contro il virus. Se sono presenti le IgG significa che c'è stata l'esposizione al virus, di conseguenza il nascituro sarà protetto dall'infezione. Si aprono tre possibilità:

1. Se sono presenti IgG significa che si ha già contratto l'infezione e che si è immunizzati, perciò per il feto non è pericoloso.
2. Se non è presente nessuna delle due, si deve monitorare la donna durante la gravidanza per verificare se contrarrà l'infezione.
3. Se infine sono presenti solo le IgM ad alto titolo significa che l'infezione è in corso.

A questo punto si aprono due strade:

• La donna che sta pianificando la gravidanza, esegue l'esame TORCH, si trovano le IgM per il CMV, aspetterà di guarire e solo poi, a guarigione avvenuta, potrà rimanere incinta.
• Siccome il TORCH si fa solitamente dopo che la donna ha scoperto di essere incinta, se c'è un'infezione in corso si dovrà tenere monitorato il feto per verificare la presenza di eventuali danni neuronali. In caso di riscontro si potrà valutare di effettuare un'interruzione di gravidanza.

Ricordiamo i primi test per il Covid-19, chiamati "test immunometrici", basati su questo meccanismo, ovvero sulla verifica di IgM, o di IgG. Nel caso del virus della SARS CoV-2 questi test non funzionavano bene come funzionano per CMV o altri virus, motivo per si è sviluppato il test ELISA (test rapido) che sfrutta un anticorpo contro l'antigene che però sta immobilizzato nel test (non si cerca quindi l'anticorpo in circolo nel paziente).

Le IgM

Le IgM, le prime ad essere prodotte in seguito a immunizzazione, hanno un gruppo CH4, quindi una regione costante un po' più grande rispetto ad altre immunoglobuline. Sono pentameri rigidi, formati da 5 immunoglobuline e potenzialmente hanno 10 siti di legame per l'antigene, ma siccome sono rigide e bloccate al centro dalla catena J, ne riescono a legare solo 5, utilizzando solo una delle due valenze della Ypsilon per monomero anticorpale. È possibile vederle al microscopio elettronico essendo molto grandi.

Si è scoperto che finché l'IgM non incontra l'antigene su una superficie, rimane nella forma pentamerica "schiacciata", più rigida.

Se però l'IgM riconosce l'antigene o più copie di antigeni sulla superficie di un patogeno, allora cambia conformazione passando da una forma rigida planare e schiacciata a una forma a cupola. La conformazione a cupoletta è fondamentale per l'attivazione del sistema del complemento, infatti, le IgM sono le migliori immunoglobuline in grado di attivare il complemento. Quando una IgM cambia conformazione, si lega alla 4