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