Komplementaktiválás, a C3 komplementfehérje szerkezete és ...A thioester nagyon reaktív,...

Papp Krisztián

Komplementaktiválás,

a C3 komplementfehérje szerkezete

és működése

Veleszületett immunitás, Az immunrendszer evolúciója

Immunválasz

Ellenanyag

Effektor T sejt

T sejt

B sejt

Kórokozó

Komplement NK sejt

Dendritikus

sejtFagociták

Bőr,

nyálkahártya

Veleszületett

immunválasz

Adaptív

immunválasz

Fertőzéstől eltelt idő

Órák Napok

A tözsfejlődés során a C3 700 millió éve

jelent meg

Komplementrendszer

Fodor József (1843-1901): Bacillus

anthracisszal immunizált nyulak

vérében a kórokozó elpusztul

Jules Bordet:

56°C-on történő hőkezelés inaktiválja

A komplement elnevezés Paul

Ehrlichtől származik: ‘komplementer

– kiegészítő’

Komplementrendszer

Több mint 30 komponens:

- a komplementkaszkád során aktiválódó

molekulák;

–a folyamatot szabályozó faktorok;

–a különböző sejtek membránján

megtalálható komplementreceptorok;

–a szervezet saját sejtjeinek oldódását (a

homológ lízist) gátló membránfehérjék.

Nagy részüket a máj termeli, de lokálisan

monociták, makrofágok és endotélsejtek is

termelik, kivéve:

- C1 - bél epitél sejtjei

- D faktor – zsírsejtek

Komplementaktiválás enzimkaszkádja

(1 C3-konvertáz enzim akár 200db C3-at is tud hasítani)

Komplementrendszer

Komplementrendszer – terminális út

Klasszikus út Lektin út Alternatív út

Prekurzor

fehérje

C4 ~ kötődés

C2 ~ hasítás

C3 ~ kötődés

B ~ hasítás

Aktiváló

proteáz

C1s MASP D faktor

C3

konvertáz

C4bC2b C3bBb

C5

konvertáz

C4bC2bC3b C3bfBbC3b

Terminális

út

MAC

Komplementrendszer

Klasszikus és lektin út

Mannose-binding lectin FicolinsC1q

Kötőhely az ellenanyag Fc

részének CH2 doménjéhez, de közvetlenül is képes

kapcsolódni: Lipid-A, LPS, porin molekulák, HIV-1,

influenza, pentraxinok (SAP [Serum Amiloid Protein]

CRP [C-Reactive Protein])

Ca2+ stabilizálja

Szerin-proteáz

Ca2+ függő C-típusú lektin domén

mannózkötő képeséggel

(CRD~Carbohydrate Recognition Domain)

(GlcNAc, ManNAc, fukóz, glukóz)

(HIV, Staphlyococcus aureus,

Streptococcus Pneumoniae,

Candida albicans)

Fibrinogén típusú szénhidrát

felismerő domén

(Gram-pozitív baktérium sejtfalában

levő N-acetil-glukozamin és

lipoteikolsav)

Klasszikus és lektin út

Ellenanyagok komplementaktiváló képessége

Ember

Ig-osztály Ig-alosztály Klasszikus út Alternatív út Lektin út

IgM ++++ + +

IgG

IgG1 +++

Minden alosztály

Fab-fragmentuma

IgG2 +

IgG3 ++++

IgG4 +/-

IgA - ++ +

IgE - +

IgD - +

Egér IgA IgE IgG1 IgG2a,c IgG2b IgG3 IgM

+ ? - + +++ +++ ++ +++++

Glikoziláció képes modulálni az ellenanyagok

komplementaktiváló képességét

Arnold et al. Immunology Letters 2006

Komplementet aktivál : mannóz,

fukóz,

N-acetil glükózamin

Komplementet nem aktivál : galaktóz,

sziálsav

Az alternatív utat aktiváló anyagok

Kórokozó, partikulumok Egyéb faktorok

Bármely Ig-vel komplexben lévő kórokozó Szénhidrátok (agaróz, inulin)

Legtöbb Gramm-negatív baktérium Nyúl és tengerimalac IgG-t tartalmazó

immunkomplexek

Számos Gramm-pozitív baktérium Kobraméregfaktor (CVF)

Gomba és élesztősejtfal Heterológ eredetű vörösvérsejtek

Vírusok, vírussal fertőzött, tumoros sejtek Anionos polimerek (dextrán szulfát)

Paraziták (pl. tripanoszóma) LPS

Sziálsavban szegény felszínek

Komplementrendszer szabályozása

Komplementrendszer szabályozása

Komplementrendszer szabályozása

SCR

(Short Consensus Repeat)

(„sushi-domén”)

60 aminosav

2 diszulfid híddal stabilizált egységek)Kovertáz enzim bomlását segítik:

C4BP, H-faktor, CR1, DAF

I-faktor enzimet segítik:

C4BP, H-faktor, CR1, MCP

Komplementrendszer szabályozása

Komplementrendszer szabályozásának szolubilis molekulái

Fehérje Jellemzői, biológiai funkciói

C1-inhibitor (C1inh) Szerinproteáz-gátló (szerpin)

A C1r2s2-t disszociáltatja a C1-ről

A MASP-t disszociáltatja az MBL-ről

H-faktor (20 SCR) Alternatív út C3 konvertáz kialakulását gátolja

Az I-faktor kofaktora az inaktiváláskor

C4b-kötő fehérje (C4BP) (32 SCR) Klasszikus út C3 konvertáz kialakulását gátolja

Az I-faktor kofaktora az inaktiváláskor

I-faktor A C4b-t és a C3b-t hasítja, az MCP-t, CR1-et, H-faktort

vagy C4BP-t használva kofaktorként

Anafilatoxin inaktivátor Karboxipeptidáz N, a terminális arg-t hasítja le a C3a-,

C4a- és C5a-peptidekről

S-protein (vitronektin) A C5b-7 komplexhez kötődve megakadályozza a MAC

működését

SP-40 A MAC kialakulását befolyásolja

Properdin Stabilizálja az alternatív út konvertázát

Komplementrendszer szabályozásának

membránfehérjéi

Fehérje Ligandumai, biológiai funkció

Komplement Receptor 1

(CR1, CD35)

C3b, C4b, iC3b

-Gyorsítja a C3 konvertázok szétesését

-Kofaktor a C3b és C4b I-faktor általi hasításakor

-Elősegíti az immunkomplex eliminálását

-B-sejt funkció szabályozó

Membrán kofaktor fehérje

(MCP, CD46)

C3b, C4b

-A C3 konvertázok kialakulását gátoja

-Kofaktor a C3b és C4b I-faktor általi hasításakor

Lebomlást gyorsító faktor

(DAF, CD55)

C4b2b, C3bBb

- Gyorsítja mindkét út C3-konvertázának szétesését

Homológ restrikciós faktor -Megakadályozza az „ártatlan” (bystander)sejtek lízisét

-Gátolja autológ sejteken a C8 és a C9 kötődését a MAC

kialakulásakor

A reaktív lízis membrán

gátlója (MIRL vagy

protektin, CD59)

-Megakadályozza az „ártatlan” (bystander)sejtek lízisét

- A C9 C8-hoz kötődését gátolva megakadályozza a

MAC kialakulását

Mikróbák védekező mechanizmusai

Lambris et al. Nature Reviews in Microbiology 2008. 6:182

„Molekuláris mimikri”

A plazmafehérjék mennyiségi megoszlása

10 leggyakoribb plazmafehérje 11-22 leggyakoribb plazmafehérje

A 10 leggyakoribb plazmafehérje alkotja a plazmafehérjék 90%-át

A 22 leggyakoribb plazmafehérje alkotja a plazmafehérjék 99%-át

Komplement komponensek relatív

eloszlása a plazmában

C1q

C1r

C1s

C4

C3

C2

MBL

MASP1

fD

fB

fP

C5

C6

C7

C8

C3

C3 molekula koncentrációja a human szérumban 1,3 mg/ml

C9

C3 molekula

Molekulatömeg: 185 KDa

a lánc 110KDa

b lánc 75kDa

A szekretált forma 1637 aminosavból áll

A C3 molekula érése

A C3 molekulát termelő sejtek: hepatocyta, makrofág

H2N COOH

ab

Arg-Arg-Arg-Arg

22 aminosav

szignál peptid

szekrécióhoz

C3 szekretált forma

NH2

COOH

NH2

COOH

Golgi

N-linked high-mannose

carbohydrate

ERNH2

COOH

a2-makroglobulin család domén szerkezete

Janssen et al. Nature 437 (2005) 505-511

Makroglobulin fehérjecsalád jellemzői:

- Thioester motívum

- Központi funkcionálisan fontos

variábilis régió

Gene insertion

A C3 funkcionálisan fontos részei

(thioester, anaphylatoxin,

hasítóhelyek) a feltételezhetően

beépült géneken helyezkednek el.

A C4-ben van egy

extra RRRR

hasítóhely ezért 3db

láncból áll

ThioEsther-containing Protein

(rovarokban és gyűrűsférgekben opszonin)

C3 molekula szerkezete

C3 C3b

Janssen et al. Nature 2005. (44)213-216

C3 molekula szerkezete

Thioészter kötés

60μs a C3b féléletideje

Law et al. Protein Science 1997 6: 263-274

Free thiolate

anion

Acyl-

imidasole

intermediate

Gln991

Cys988

His1104

Csak kb 10%-a kötődik a C3b-nek a célponthoz,

míg 90%-a folyadák fázisban inaktiválódik

Aktiváló felszín: -OH csoport észterkötés (C4B, C3)

-NH2 csoporttal amidkötés (C4A)

Thioestert védő mechanizmusok

Hidrofób/aromás zsebben helyezkedik el

A thioester nagyon reaktív, védeni kell a víztől és kis nukleofil molekuláktól (pl. metilamin)

Janssen et al. Nature 2005. (44)213-216

Az a2M családban konzervatívan megvannak ezek az

aminosavak, kivétel ez alol a C5 amiben hiányzik a

thioester

His1104-et az MG8-TED távol tartja thioestertől

C3d önmagában

TED domain a C3-ban

thioester

C3ades arg

C3 molekula limitált proteolízise

C3

C3b

iC3b1

iC3b2

C3dg C3c

C3dC3g

a

b

C3f

C3a

Carboxi peptidase

C3 konvertáz

1. factor I + kofaktor

2. factor I + kofaktor

Janssen et al. Nature 2006. (44)213-216

3. factor I + kofaktor

A C3 molekula kovalens kötődése

Janssen et al., Nature 2006 Nov 9

A C3-C3b átalakulás során a felszínre

kerülnek a korábban rejtett kötőhelyek

Janssen et al. Molecular Immunology 44 (2007) 3-10

Fekete színnel a C3b-n felszínre

kerülő területek vannak jelölve

Janssen et al. Nature 2006. (44)213-216

0 Å elmozdulás

95 Å elmozdulás

A CRIg a b lánchoz kötődik

A CRIg ellentétben az összes többi C3 fragmentum kötő fehérjével, nem az a

hanem a b lánchoz kötődik

C3 fragmentumokat felismerő

komplement receptorok

C3 fragmentumokat felismerő

komplement receptorok

Sejtlízis

Anafilatoxinok szerepe

Hatás: C4a<C3a<C5a

-szeróza típusú hízósejteket

és bazofil granulocitákat

aktiválja (hisztamin, TNFα

felszabadulás)

-kemotaktikus hatás neutrofil

granulocitákra

-erek áteresztőképességének

növelése

-endothel sejteken adhéziós

molekulák expresszióját

indukálja

-simaizom kontrakció

Opszonizáció, a fagocitózis fokozása

A CR3 is fontos a fagocitózisban

Immunkomplex eltávolítása a keringésből

1) A nagyméretű immunkomplexeket a kötődő C3 fragmentumok „szétfeszítik”,

szolubilizálják

2) Immunkomplex eltávolítás (clearance)

C3d mint „molekuláris adjuváns”

Apoptotikus sejtek komplement mediált

fagocitózisa

A komplementrendszer szerepe

1. Mikróbák lízise

2. Opszonizáció

3. Immunkomplexek

eltávolítása

4. Gyulladás

5. Sejtaktiváció

6. Adaptív immunválasz

szabályozása