Factorii care determina imunogenitatea antigenelor

Pentru a avea calitatea de antigen, o substanta trebuie sa indeplineasca o serie de conditii sau factori (Olinescu, 1995) care se refera la:

I.         molecula de antigen;

II.       organismul gazda stimulat;

III.      modalitatile de administrare a antigenului.

I.         Conditii dependente de molecula de antigen

calitatea de non-propriu (non-self), de strain este o conditie esentiala, o substanta

fiind cu atat mai imunogena, cu cat este mai "straina", mai diferita de substantele proprii gazdei; aceasta proprietate este determinata de structura primara, de secventa monomerilor intr-o macromolecula, dar si de structura sterica a acesteia, care permite expunerea la suprafata a acelor secvente specifice, neintalnite la substantele proprii; de ex., hormonii proteici sunt antigene slabe pentru ca au o structura chimica relativ uniforma la specii animale diferite; de ex., insulina (5700 Da) se compune din doua lanturi polipeptidice A si B, de 21 si respectiv 30 de aminoacizi; diferentele de secventa la molecule de insulina de diferite proveniente, sunt limitate la aminoacizii din pozitiile 8, 9 si 10 si ultimul aminoacid carboxiterminal; astfel, nefiind imunogena insulina de origine animala poate fi folosita in terapia diabetului zaharat insulino-dependent;

2) greutatea moleculara influenteaza imunogenitatea, bune imunogene fiind in general

substantele a caror greutate moleculara este mai mare de 40 kDa; ex. ovalbumina - g.m. =

40kDa; serumalbumina - g.m. = 70 kDa. Aceasta regula are exceptii in ambele sensuri:

a)     cel mai mic polipeptid sintetic fata de care s-a obtinut un raspuns imun in anticorpi avea 1400 Da; glucagonul este cea mai mica molecula proteica naturala imunogena - g.m. 3800 Da; se pare ca anumite molecule polipeptidice cu g.m. mica se pot lega de anumite componente proprii organismului cu rol de purtator, facandu-le accesibile limfocitelor si deci imunogene, un exemplu in acest sens fiind sensibilizarea organismului fata de penicilina (fig. 8);

b)     gelatina, dextranul - desi au g.m. mare, nu sunt imunogene; de ex., dextranul este un polimer al D-glucozei cu g.m. variabila (50 - 100 kDa), produs de sinteza al unor bacterii capsulate (Leuconostoc mesenteroides), utilizat ca inlocuitor de plasma dupa hemoragii mari pentru refacerea volemiei; totusi prin injectare repetata, pot aparea Ac- anti-dextran;

rigiditatea moleculei - este o conditie necesara, deoarece prin rotatia libera in jurul axului propriu al moleculei a determinantilor antigenici, se pierde imunogenitatea, deoarece sunt expusi limfocitelor mereu alti determinanti antigenici; de ex., gelatina (proteina rezultata prin denaturarea colagenului) desi are g.m. mare, nu este imunogena datorita bogatiei in resturi de glicocol care determina o lipsa de rigiditate a moleculei; prin inserarea unor aminoacizi aromatici (Tyr, Trp, Phe), molecula devine rigida si imunogena, deoarece se asigura o dispunere "in colturi" a lanturilor polipeptigice;

izomerismul optic - influenteaza imunogenitatea, in sensul ca moleculele cu AA levogiri sunt mai imunogene decat cele cu AA dextrogiri; se pare ca moleculele levogire sunt mai imunogene pentru ca pot fi mai usor degradate de catre enzimele din fagolizozomii celulelor fagocitare, regula fiind ca un antigen este cu atat mai imunogen, cu cat este mai usor desfacut in componente  de catre enzimele lizozomale ale macrofagelor;

Fig. 8. Structura penicilinei si trasformarea sa intr-o substanta imunogena prin cuplare

cu o proteina - purtator.

persistenta moleculei in organism (mai ales a epitopilor); substantele care sunt complet degradate, cum este cazul celor fagocitate de catre leucocitele PMNN, nu mai pot stimula functiile imunitare, deoarece atat eliminarea rapida a antigenului, cat si remanenta sa ca molecula intacta in fagocite, scade antigenitatea pana la anulare;

compozitia chimica si complexitatea moleculei de antigen

Proiect: Anatomia ficatului - structura histologica si fiziologia ficatului - notiuni de semiologie Referat: Dezvoltarea prenatala si nasterea - factorii ce influenteaza dezvoltarea

a) compozitia chimica  - proteinele si glicoproteinele - Ag puternice;

- lipidele, polizaharidele, acizii nucleici - Ag slabe;

- lipidele si acizii nucleici - se pot comporta ca haptene;

- polizaharidele ramificate - bune imunogene;

b) complexitatea moleculei - homopolimerii nu sunt imunogeni, dar heteropolimerii au aceasta calitate; de ex., polipeptidele alcatuite din 3-4 aminoacizi (AA) diferiti, sunt imunogene deoarece succesiunea aminoacizilor (structura primara) determina structura secundara, tertiara, ceea ce explica imunogenitatea puternica a proteinelor naturale;

- D.A. ai proteinelor pot fi secventiali (succesiunea AA in lantul polipeptidic) sau conformationali (AA din regiuni diferite ale unui lant sau din lanturi diferite, pot fi adusi in apropiere de legaturi S-S sau de legaturi necovalente);  de ex., peptidul buclat al lizozimului (fig. 9) - prin reducere sau alchilare este anulata reactia cu Ac anti-LZ;

Fig. 9. Structura peptidului buclat al lizozimului izolat din albusul de ou de gaina - 129 AA

(Arnon si Sela, 1970, citati de   Miller si colab., 1991)

- in general se  considera ca Ac produsi fata de proteinele naturale sunt dirijati mai

ales fata de determinantii conformationali si mai rar fata de cei secventiali (fig. 9);

demonstrarea existentei determinantilor conformationali in structura proteinelor globulare

a explicat si  mecanismul de legare Ag-Ac bazat pe complementaritatea de tip lacat-cheie.

Fig. 10. A. Epitop secvential; B. epitop conformational.

modul de exprimare a D.A. pe suprafata moleculelor purtatoare - s-a demonstrat ca zonele imunologic importante trebuie sa fie situate la suprafata moleculei si accesibile celulelor sistemului imunitar, nu ascunse in interiorul moleculei; se explica astfel, de ce polimerii ramificati sunt mai imunogeni decat cei liniari.

II Conditii care se refera la organismul gazda

maturitatea sistemului limfoid (imunocompetenta)- inocularea unui antigen la un

organism care nu si-a dezvoltat precursorii celulari, respectiv limfocitele care sa exprime

receptorii pentru Ag, nu numai ca nu induce un raspuns imun, dar poate determina

fenomenul de toleranta imunologica;

2) varsta organismului - la varstele extreme, raspunsul imun este mai slab; imediat dupa

nastere, sistemul imunitar nu este suficient de matur functional; la varste inaintate, se produc modificari fiziologice, inclusiv la nivelul sistemului imunitar, cum ar fi : scaderea numarului de limfocite Th (ajutatoare), cresterea proportiei de limfocite Ts (supresoare), scaderea activitatii celulelor NK (natural ucigase), ceea ce conduce la instalarea unei stari de imunodepresie fiziologica, responsabila in mare masura de cresterea incidentei bolilor infectioase (mai ales virale) si neoplazice (mai frecvente decat la adulti);

conditia fiziologica a organismului in momentul intalnirii cu antigenul poate face ca

stimulul antigenic sa fie inoperant, pentru ca organismul nu-l receptioneaza sau nu reactioneaza la intensitatea normala, cum ar fi in urmatoarele situatii:

in sarcina - cand organismul se afla in aceasta conditie, se manifesta o toleranta imunologica materno-fetala care se manifesta de la inceputul si pe tot parcursul sarcinii; insasi nidarea este favorizata de faptul ca sperma contine factori imunosupresori, spermatozoizii nu prezinta molecule CMH de clasa I, ca si sincitiotrofoblastii si citotrofoblastii. Ulterior, progesteronul are o actiune inhibitorie pronuntata asupra limfocitelor T (care au receptori pentru hormon), determina scaderea numarului si activitatii celulelor NK, creste concentratia complementului seric,  mai ales la sfarsitul perioadei. Se constata o diminuare a imunitatii celulare, mediata de Th1 (in consecinta scade sinteza de IL-2, IFN-g, TNF-a) ceea ce are ca efect ameliorarea poliartritei reumatoide (eventual prezente), in timp ce hormonul gonadotrofina corionica (HGC) inhiba diferentierea limfocitelor Tc (citotoxice) si o stimuleaza pe cea a Ts; se remarca si o accentuare a imunitatii umorale, cu cresterea sintezei de IL-4, 5, 6, 10, ceea ce are ca efect agravarea L.E.D., in eventualitatea prezentei acestei boli autoimune (Wood, 2003).

- in cursul tratamentelor cu corticosteroizi (cu efect antiinflamator) sau alte substante imunosupresoare ;

- in starea de malnutritie (carenta de proteine, de vitamine, minerale);

specia animalului imunizat - aceasta conditie ilustreaza rolul factorilor genetici; cu cat Ag provine de la o specie mai indepartata filogenetic de specia animalului imunizat, cu atat raspunsul va fi mai intens; insulina de cal si bovina, nu difera structural mult de cea umana, fiind tolerata de catre om; la specii apropiate: om si maimuta sunt diferente structurale mici intre proteine, astfel ca la inoculari interspecie se obtine un raspuns imun slab sau nul.

III. Conditii care se refera la modalitatile de administrare a antigenelor

Calea de administrare (inoculare); calea parenterala este preferata pentru ca antigenul vine rapid in contact cu celulele imunocompetente din ganglionii limfatici regionali, dupa inoculare pe cale i.d., s.c., i.m. sau cu cele din splina dupa inoculare i.v. Pe cale bucala Ag sunt degradate de enzimele digestive (exceptie: vaccinul antipoliomielitic);

Cantitatea de Ag inoculata sau doza; dozele prea mari sau prea mici pot avea efect contrar celui scontat, astfel ca in loc de raspuns se instaleaza toleranta imunologica de zona inalta sau joasa. Dozele fractionate, repetate la intervale optime determina producerea unei cantitati mari de Ac, mai mare decat daca aceeasi doza de Ag s-ar administra printr-o injectie unica;

Intervalul dintre imunizari; administrarea prelungita si la intervale prea scurte a aceluiasi Ag, poate determina supresia imunologica si nu activarea functiilor imunitare;

Asocierea cu adjuvanti; un adjuvant este o substanta sau un complex de substante, de origine minerala, organica sau biologica (endotoxine, BCG, adjuvant pertussis), care administrate impreuna cu un Ag maresc imunogenitatea acestuia. Un antigen stimuleaza functiile imunitare mai eficient in asociere cu un adjuvant, deoarece este mai bine fagocitat de catre macrofage si mai bine prezentat de catre acestea celulelor limfoide (se formeaza granuloame bogate in macrofage in tesuturi) si astfel se prelungeste stimularea antigenica si creste sinteza de anticorpi.  Punctul de plecare in utilizarea adjuvantilor a fost vaccinul TAB (anatoxina tetanica, Salmonella paratyphi A si B) si observatia ca raspunsul in Ac anti-anatoxina tetanica este mai mare de aprox. 20 de ori, fata de cazul cand aceasta se administreaza singura. Intensitatea mare a raspunsului imun este rezultatul unui aflux mare de macrofage si limfocite la locul injectarii celulelor de Salmonella (bacterii Gram negative), datorita unei reactii inflamatorii si cresterii capacitatii imunogene a Ag-lui, datorita prezentei LPS (endotoxina din structura peretelui celular al bacteriilor Gram negative). Fenomenul este important, mai ales daca Ag are o g.m. mica, astfel ca prin amestecarea cu substante care ii cresc retinerea (remanenta) si dispersia in organism se obtine cresterea timpului de contact cu celulele sistemului imunitar. Cel mai folosit este adjuvantul Freund, un amestec emulgator care contine 85% ulei de parafina sau Bayol F si 15% emulgator (lanolina, Arlacel A sau monooleat de manoza). Sub aceasta forma, amestecul constituie adjuvantul Freund incomplet (se administreaza parenteral si nu i.v.). Adjuvantul Freund complet contine in plus si o suspensie inactivata de celule de Mycobacterium tuberculosis sau de ceara D, extrasa din peretele celular al acestor bacterii (compus din glicolipide si peptidoglicolipide, cu efect adjuvant + acizi micolici esterificati cu trehaloza). Stimuleaza proliferarea celulelor imunocompetente, maturarea si activarea acestora, ca si sinteza de Ac. In general, adjuvantii se utilizeaza pentru imunizarea animalelor.

Alti adjuvanti: - saruri de aluminiu - compusi ai aluminiului cu capacitate adjuvanta, care in solutii apoase au proprietatea de a adsorbi diferite tipuri de proteine, constituind precipitate gelatinoase cu calitati de adjuvant - de ex., gelul de hidroxid de aluminiu, alaunul dublu de amoniu, alaunul de potasiu - prin inocularea in organism a acestor geluri, proteina antrenata la formarea lor este eliberata treptat in tesuturi, gelul fiind astfel un depozit de antigen ce asigura remanenta mare a antigenului in tesuturi si intensificarea raspunsului imun;

siliciul (sub forma dioxidului de siliciu sau a silicatului de aluminiu

hidratat numit si bentonita) - stimuleaza reactivitatea sistemului imunitar chiar daca sunt

administrate separat de Ag, avand deci calitati de adjuvanti cu actiune centrala sau

imunomodulatoare; bentonita are si calitati de depozit de Ag).