lunes, 21 de marzo de 2016

¿Existe el VIH? (IV): Antígenos y anticuerpos. Generalidades.

Partículas virales de VIH. Se distinguen perfectamente la envuelta
y la cápside interna, además de las moléculas de superficie. Fuente:
histology.leeds.ac.uk/what-is-histology/The_electron_microscope.php
Bienvenidos a esta cuarta entrega de esta serie sobre el VIH y su existencia. Hasta ahora, hemos visto cómo surgió el negacionismo, en respuesta a su descubrimiento por parte de Montagnier y Gallo. En las dos siguientes entregas vimos cómo el VIH deja las evidencias de su existencia, bien en forma de micrografías, genoma y proteínas, bien en forma de retrotranscriptasa, sin posibilidad de confusión con la hTERT con quien algunos dicen que podría confundirse.

Hoy, antes de entrar de lleno en los métodos de diagnóstico y comenzar con el Western Blot, vamos a describir unas nociones de inmunología que nos servirán para poder entender las técnicas de diagnóstico con anticuerpos. La semana que viene le dedicaremos tiempo al ELISA y la siguiente al Western Blot.


Anticuerpos, antígenos, epítopos...


En alguna de las entregas anteriores hemos hablado de estos conceptos que son tan complejos así a bote pronto. Pero vamos a ir aclarándolos poco a poco. Nos detendremos en los anticuerpos, pues son los principales actores en todo esto, aunque intentaré no profundizar demasiado, ya que planeo contaros los anticuerpos con mucho más detalle algo más adelante. Pero vamos paso a paso.

Antígenos

Los antígenos son moléculas que son capaces de suscitar una respuesta inmunitaria en un organismo, independientemente de su origen. Hablando deprisa y corriendo, un antígeno es una molécula que es capaz de conseguir que se produzca un anticuerpo frente a ella. Habitualmente, un antígeno es de naturaleza proteica, pero también se consideran antígenos a ciertos lipopolisacáridos y lípidos, aunque no sean inmunógenos, ya que no consiguen poner en marcha la respuesta inmunitaria propiamente dicha. 

Si nos metemos más en harina, habremos de decir que los antígenos deben tener un tamaño mínimo. Los péptidos demasiado pequeños no van a ser capaces de provocar la producción de anticuerpos. Y no sólo eso, sino que aquellos que no sean capaces de causar esta reacción pero sí sean capaces de unirse a moléculas de reconocimiento específicas también se consideran antígenos. Esto se debe al descubrimiento de los procesos de presentación de antígenos realizados por células como los macrófagos o los linfocitos T. 

Así pues, podemos considerar un antígeno a cualquier molécula capaz de provocar la producción de moléculas altamente variables de unión específica a ella.

Por si esto fuera poco hay que distinguir entre exoantígenos, endoantígenos y autoantígenos. Pero es fácil: los exoantígenos son antígenos con un origen externo al propio organismo. Son los que entran en el organismo por inhalación, ingestión o inyección. Los endoantígenos son los antígenos que produce el propio organismo, provenientes del propio metabolismo, las moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad y las que proceden de las infecciones víricas y bacterianas. Las moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad son las que ayudan a nuestro sistema inmunitario a reconocer objetivos a los que no debe atacar. Los linfocitos que reaccionan frente a estas son eliminados. Cuando no se eliminan y se produce una reacción inmunitaria frente a los endoantígenos propios, se produce una reacción autoinmune y al antígeno que la produce se le denomina autoantígeno.

Epítopos

Dentro de los antígenos se encuentran los epítopos. Los epítopos son las regiones específicas de los antígenos que van a ser las dianas propiamente dichas de los anticuerpos, van a ser los "sitios" concretos a los que se van a unir puesto que son los únicos sitios donde van a poder unirse. Cada antígeno no tiene por qué tener un único epítopo. Por ejemplo, en una proteína como la insulina, con 51 aminoácidos, se han contabilizado hasta 115 epítopos diferentes, que llegan a solapar entre ellos. Es decir, que un fragmento del antígeno puede formar parte no de un sólo epítopo, sino de varios a la vez. 

Dentro de los epítopos podemos distinguir dos tipos: epítopos conformacionales, que son los epítopos que deben ser reconocidos por su estructura tridimensional (como una llave en una cerradura) y los epítopos lineales, que son reconocidos por su secuencia aminoacídica y no por su plegamiento. En el caso de los primeros, los aminoácidos que compongan el epítopo no tienen por qué estar correlativos en la secuencia proteica del antígeno, sino que están próximos entre sí al plegarse el antígeno y adquirir estructura tridimensional.

Es precisamente a los epítopos a los que debemos el problema de la reactividad cruzada, del que hablaremos más adelante.

Anticuerpos

Que son el meollo de todo este asunto. Tras lo que hemos dicho de los antígenos y los epítopos, tendremos que describir las moléculas que los detectan.

Aquí a la derecha tenéis un anticuerpo. En concreto, una inmunoglobulina G. Los anticuerpos son proteínas que están formadas por cuatro cadenas: dos pesadas y dos ligeras. Estas cuatro cadenas se asocian en forma de homodímeros en los que cada monómero está formado, a su vez, por un heterodímero compuesto por una cadena ligera y una cadena pesada. Las cuatro cadenas se combinan formando una molécula que tiene forma de Y, de manera que las dos cadenas ligeras quedan alojadas en los brazos de la Y, tal y como presenta el esquema. En la molécula final, las cadenas pesadas y las cadenas ligeras son iguales entre sí, tanto en estructura como en secuencia. Dicha molécula se divide en dos fragmentos: el fragmento constante (Fc), que es común para la especie en concreto, interactúa con las células del sistema inmunitario y está formado sólo por las cadenas pesadas; y el fragmento de unión a antígeno (Fab), que es diferente según el antígeno al que se enfrente el anticuerpo.

El fragmento Fv es la parte del fragmento Fab que va entrar en contacto propiamente dicho con el antígeno. Está formado por los extremos N-terminales de las cadenas pesada y ligera y contiene el parátopo. El parátopo es la región que encaja sobre el epítopo del antígeno y será la parte que se una directamente a la proteína frente a la que reacciona el anticuerpo. Este parátopo consiste en tres bucles de hebras β de cada cadena ligera y pesada del Fv. Cada anticuerpo tiene un parátopo distinto, con una secuencia distinta y una conformación espacial distinta. Siempre y cuando se formen las mismas interacciones físicoquímicas y espaciales, el mismo epítopo puede unirse a distintos parátopos, de forma que el mismo epítopo puede producir anticuerpos distintos, aunque estos anticuerpos por separado no puedan unirse a otros epítopos distintos.

¿Por qué os cuento esto que puede sonar a chino? Pues lo entenderéis ahora mismo. Tanto la secuencia de aminoácidos como la conformación espacial de la proteína en concreto va a ser determinante para la producción de anticuerpos. Estos van a reconocer no sólo secuencias concretas de aminoácidos, con los que deberán interactuar de forma correcta, sino que además deberán "encajar" en la topología espacial de esos fragmentos, que son los que denominamos epítopos.

Vale, sigue sonando a chino. Vamos a explicarlo más despacio. Los anticuerpos adquieren su especificidad porque sólo encajarán en una superficie concreta con la que puedan establecer una interacción concreta. Así, si una región de la proteína diana es "cuadrada" y tiene "carga neta negativa" no podrá interactuar con un anticuerpo que tenga un sitio de unión para una región "redonda" y una "carga neta positiva". En caso de querer encajar un epítopo "redondo" sobre una diana "cuadrada", la unión sería espacialmente imposible; si queremos intentar unir un epítopo positivo sobre otro epítopo positivo, ni siquiera llegarían a unirse anticuerpo y antígeno, por la repulsión electrostática entre ambos. Mucho ojo, que esto es una simplificación, y no existe tal cosa como "región redonda" y, aunque sí existe "carga neta negativa", los anticuerpos y los antígenos interactúan mediante fuerzas de van der Waals, uniones hidrofóbicas y puentes de hidrógeno además de por interacciones electrostáticas.

Problemas de los anticuerpos: reactividad cruzada


A pesar de que cada anticuerpo se une a un único antígeno, existen ocasiones en las que el mismo anticuerpo reconoce antígenos muy dispares, tales como la heveína del látex y las proteínas similares a la heveína del plátano. A este fenómeno en el que un anticuerpo reconoce un antígeno que no es el que provocó su síntesis se le denomina reactividad cruzada.

Representación esquemática de la reactividad cruzada. Los parátopos, señalados en verde, reaccionarán frente a distintos epítopos (A, B y C), en distintos tonos de azul.
La reactividad cruzada es mucho más probable entre antígenos que están íntimamente relacionados. Por ejemplo, un anticuerpo frente a una proteína concreta de seres humanos va a reaccionar frente a la misma proteína de otra especie (lo que se llama una proteína homóloga). Esto resulta muy útil en algunas ocasiones. Por ejemplo, podemos extraer anticuerpos que estén dirigidos contra otros anticuerpos. Estos reaccionarán con cualquier anticuerpo que provenga de la misma especie. Es decir, que si uso una IgG de ratón para obtener anticuerpos de conejo frente a esa IgG, los anticuerpos del conejo reaccionarán frente a cualquier IgG de ratón, debido a que todas las IgG de ratón contienen el mismo Fc. En las técnicas inmunológicas de detección como las que veremos en los siguientes artículos, esta capacidad nos va a permitir distinguir los sitios en los que se ha unido un anticuerpo de los que no.

Sin embargo, hay un porcentaje de antígenos que, sin relación aparente entre ellos, suscitan la unión del mismo anticuerpo. A los epítopos de diferentes antígenos a los que se une el mismo anticuerpo se les denomina mimotopos. Estos mimotopos serán tanto más parecidos cuanto más similares sean en secuencia. Los mimotopos más similares serán, por tanto, los de proteínas que sean homólogas y pertenecientes al mismo organismo, como los anticuerpos que comentábamos antes. Les seguirán los mimotopos que vengan de organismos próximos evolutivamente.

No obstante, existen otros mimotopos de proteínas que no están relacionadas en absoluto. En el caso que nos ocupa, que es el del VIH, se ha descrito que algunas especies de hongos del género Candida son capaces de imitar los epítopos de ciertas proteínas de la envuelta del VIH para escapar al control del sistema inmunitario. 

4 comentarios :

  1. Muy interesante! Gracias por explicar todo esto.

    El tema del sistema inmune me interesa especialmente, así que tengo algunas preguntas al respecto. Son un poco off-topic respecto al tema del VIH pero creo que en esta entrada concreta pueden tener cabida.

    ¿Qué diferencia hay entre antígeno y alérgeno? El mecanismo fundamental de funcionamiento de los anticuerpos que explicas es el mismo en alergias alimentarias, ¿no? (sustituyendo IgG por IgE, si no me equivoco).

    ¿Y en el vitíligo? Tengo entendido que está producido por un ataque del sistema inmune a los melanocitos. ¿El "parátopo" de algún anticuerpo encaja con alguna molécula de los melanocitos? ¿O no tiene nada que ver?

    Gracias!

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    Respuestas
    1. Bienvenido al blog, Antonio.

      Un alérgeno es un tipo de antígeno. Y sí, los anticuerpos funcionan básicamente igual en todos los casos, sean IgG, IgA, IgM, IgD o IgE.

      En el caso del vitíligo no está claro qué es lo que lo produce. Aunque se manejen hipótesis sobre ataques autoinmunes, reacciones autoinmunes las hay de muchos tipos, no sólo mediante anticuerpos. Por ejemplo, una de las hipótesis del vitíligo se basa en la actuación de la interleucina 1-beta y una hiperreacción inflamatoria. Hasta ahora y hasta donde yo sé, el vitíligo sigue sin tener una asociación clara con la producción de autoanticuerpos.

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    2. Muchas gracias por la respuesta. Me interesa mucho el tema de los ataques autoinmunes por un cúmulo de diagnósticos que según mi médico son independientes pero que yo creo que deben tener alguna relación porque es demasiado poco probable tanta casualidad.

      Si me permites una petición, cuando acabes esta serie de posts estaría bien alguno sobre cómo funcionan los corticoides en tratamientos autoinmunes o sobre cómo actúan los linfocitos T con detalle (y por qué a veces atacan, o se acumulan en determinadas zonas).

      En cualquier caso, gracias!

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    3. Tienes un post sobre una enfermedad autoinmune en este mismo blog: http://cientificoindignado.blogspot.com.es/2015/11/esclerosis-multiple-batalla-aguasnegras.html

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