Komplementsystemet er sammen med antistoffer et essensielt element i immunsystemet i de humorale forsvarsmekanismene mot smittestoffer . Det er et humoralt medieringssystem, bestående av rundt 30 sirkulerende proteiner i blodet og membranen, i stand til å samhandle med hverandre og med cellemembraner. I blodet er proteiner tilstede som funksjonelt inaktive molekyler; etter aktivering er de i stand til å samhandle med hverandre, med antistoffer eller med cellemembraner, og utføre flere biologiske aktiviteter som inkluderer drepende celler. "Kaskade"-aktiveringen av dets løselige proteiner, som konvensjonelt kalles komponenter , er grunnlaget for ulike biologiske aktiviteter som cellulær, bakteriell eller viral lysis ; disse komponentene blir introdusert i membranene til patogener som forårsaker porer på dem som fører til lysis. Under aktiveringen av komplementet er det også rekruttering av forskjellige immunkompetente celler, slik som fagocytiske celler ( monocytter , makrofager , polynukleære celler ), B -lymfocytter og T-lymfocytter .
Begrepet komplement ble først brukt i 1898 av J. Bordet som bemerket at hvis han inkuberte en blanding av bakterier med serum som inneholdt antistoffer rettet mot bakteriene, ble de lysert (ødelagt); hvis mysen derimot ble varmet opp til en temperatur på56 °C skjedde ikke lyseringen. Siden det allerede var vist at antistoffene motsto oppvarming, antok Bordet tilstedeværelsen i serumet av en termolabil komponent som fullførte virkningen av antistoffene og som han kalte komplement.
Som med andre systemer som opererer i kroppen, som for eksempel blodkoagulasjon og kininer , skjer komplementaktivering med en mekanisme som kalles en kaskade for sekvensiell aktivering av de ulike komplementære komponentene som sirkulerer i en inaktiv form.
Det er tre distinkte komplementaktiveringsveier, den klassiske veien , den alternative veien og lektinveien , som starter fra forskjellige øyeblikk fører til proteolyse av C3 med påfølgende dannelse av C5-konvertase. Fra denne sentrale hendelsen fortsetter aktiveringen av de andre komponentene gjennom en felles vei som fører til dannelsen av membranfestekomplekset (MAC) , som, ved å binde seg til cellemembranene til mikroorganismer, bestemmer deres osmotiske lysis . Som ofte skjer, gjenspeiler navnene stadiene av oppdagelsen, ikke den virkelige rollen i organismen.
Den klassiske veien aktiveres ved binding av noen klasser av antistoffer til det relative antigenet og representerer derfor en mekanisme for spesifikk humoral immunitet. Den alternative veien aktiveres direkte av noen proteiner i cellemembranene til mikrober og er derfor en del av mekanismene for medfødt immunitet . Den mannosebindende lektinveien bruker mannose som et festested til membranene til patogener.
Noen proteiner som finnes på normale vertsceller hemmer komplementaktivering og dette minimerer den skadelige effekten som komplement kan ha på vertsceller. Mikroorganismer, på den annen side, har ikke disse proteinene, derfor kan det komplementære systemet fullt ut utføre sin virkning på membranen deres.
Aktivering av den klassiske veien avhenger av interaksjonen mellom tre komplementproteiner, C1, C4 og C2, med antigen - antistoffkomplekset . Reaksjonen begynner med binding av C1 til immunglobuliner av type IgG1, IgG3 og IgM festet til et multivalent antigen. Den første komponenten av komplementet (C1) består av tre underkomponenter, C1q, C1r og C1s. C1q (sammensatt av seks kjeder arrangert radialt som en paraply) utfører en gjenkjennelseshandling ved å binde seg spesifikt til Fc-regionen av immunoglobulinene og for å aktivere den krever binding av to Fc samtidig. Av denne grunn er IgM, som er pentameriske (5 underenheter og derfor 5 Fc), mer effektive enn IgG (som er monomere) for å aktivere komplement siden de krever en lavere konsentrasjon for å ha 2 Fc nær nok til å samhandle med en enkelt C1q . C1r og C1s (som er tilstede i par organisert i en C1r 2 -C1s 2 tetramer ) utfører i stedet en enzymatisk handling (serin-esterase): bindingen av to eller flere C1q-kjeder til immunglobuliner aktiverer C1r som i sin gang aktiverer C1s. C1s spalter enzymatisk den andre komponenten av den komplementære kaskaden C4 i to fraksjoner: C4a som forblir i sirkulasjon i plasmaet og C4b som binder seg kovalent til membranen og sikrer at aktiveringen bare fortsetter i nærvær av antigener eller med immunkomplekset. C4b aktiverer på sin side C2 i to fraksjoner: C2a og C2b. Den således produserte C2a binder seg til den forrige, og gir opphav til C4b2a-komplekset. C2 er den eneste komplementkomponenten med den inverterte fragmentnomenklaturen (på 1990-tallet ble det foreslått å endre nomenklaturen til C4b2b): C2b går i sirkulasjon, mens C2a forblir knyttet til C4b og mangler biologisk aktivitet. C4b2a-komplekset utgjør enzymet kalt C3-konvertase av den klassiske veien, som er i stand til å binde seg til C3 og spalte den. C3 deles inn i C3a (et anafylotoksin som går i sirkulasjon) og til C3b som er i stand til å binde seg både til bakteriemembranen med opsoniserende formål, og til selve C4b2a-komplekset, og danner C5-konvertasen til den klassiske banen.
C5 spaltes for å danne C5a og C5b. C5a frigjøres i sirkulasjonen, mens C5b binder komplementene C6 og C7, og danner C5b, 6,7-komplekset som ved hjelp av C7 binder seg til patogenmembranen. Deretter kommer C8-molekylet, som binder seg til komplekset og setter seg inn i cellemembranen, og C9-molekylene, som binder komplekset ved å polymerisere det. 10 til 16 molekyler av C9 binder seg for å danne en pore på membranen. Det sistnevnte komplekset kalles "membranfestekomplekset".
Lektinbanen, veldig lik den klassiske banen, aktiveres med bindingen mellom polysakkarider som er tilstede på mikrobene og sirkulerende lektiner eller fikoliner. Mannosebindende lektin (MBL), H-fikolin og L-fikolin har strukturelle homologier med C1q-underenheten: de har "hoder" som spesifikt binder rester av mannose , fukose eller N-acetylglukosamin. Disse sukkertypene, knyttet til proteiner eller lipider, er kun tilstede på celleoverflaten til patogener, men ikke på celleoverflaten til virveldyr (som inneholder andre typer sukker, for eksempel sialinsyre ), og gjør det dermed mulig å skille mellom type membranangrep og å utløse komplementaktivering utelukkende på overflaten av patogenet. Interaksjon med polysakkarider tillater deretter binding til MBL-Associated Serine Protease ( MASP ) assosierte serinproteaser inkludert MASP-1, MASP-2 og MASP-3. MASP-1 (eller MASP-3) og MASP-2 er strengt tatt homologe med C1r og C1s, og når MBL (eller ficolinene) er bundet, danner de tetramerer og spalter C4 og C2, og går sammen med de andre stadiene av den klassiske ruten.
Aktivering av den alternative veien fører til dannelse av C3-protease og derfor til spaltning av C3 uten bidrag fra antistoffer. Under normale forhold skjer spaltningen av den sirkulerende C3 kontinuerlig med en svært langsom hastighet ( tickover ) med dannelse av svært små mengder C3b (som har strukturelle homologier med C4b). Hvis dette forblir i sirkulasjon, blir det raskt inaktivert; hvis den i stedet binder seg til celleoverflater, for eksempel bakteriell, kan den binde seg til et plasmaprotein kalt faktor B. Så snart den binder seg til C3b, mister faktor B et lite fragment (fragment Ba) av en protease kalt faktor D. Fragmentet rest, Bb, forblir bundet til C3b som utgjør C3b-Bb-komplekset som representerer C3-konvertasen til den alternative ruten. Denne måten kalles også "via della properdina". Properdin (eller P -faktor) er et plasmaprotein som, på grunn av sin affinitet med disse molekylene, binder C3b-Bb-komplekset, stabiliserer C3-konvertasen og øker halveringstiden fra 4 til 40 minutter. [1] I stedet for properdin kan en annen C3b-underenhet også binde seg, og danne C3bBbC3b-komplekset også kalt C5-konvertase av den alternative veien. C3-konvertase er i stand til å bryte ned store mengder C3 med rask amplifisering av prosessen, men bare hvis C3bBb-komplekset dannes på bakteriemembraner og ikke de fra pattedyrceller , da sistnevnte har proteiner som bryter ned C3-konvertase ved å stoppe fossen.
Molekylære detaljer for C3C3 er en komplementfaktor tilstede i blodplasma i høye konsentrasjoner, bestående av to kjeder, β (rest 1-645) og α (rest 650-1641), som til sammen danner 13 domener, hvorav 6 (MG1, MG2, MG3, MG4, MG5, LNK) som tilhører β-kjeden og 6 andre (ANA, MG7, CUB, TED, MG8, C345C) som tilhører α-kjeden, mens bare ett domene (MG6) er halvt dannet av α-kjeden (MG6 α ). ) og for resten fra β-kjeden (MG6 β ) [2] .
Av disse 13 domenene viser 8 (5,5 av β-kjeden og 2,5 av α) en vikling som ligner på strukturmodulen fibronektin type 3 (som stammer fra den immunoglobulinlignende strukturelle modulen ), selv om ingen sekvenshomologi er tydelig mellom disse domenene . I analogi med immunglobulindomenene blir disse 8 domenene av C3 således referert til med akronymet MG ( makroglobulindomener : MG1 − MG8) [2] .
C3 har karakteristikken av å ha en svært reaktiv tioesterbinding ( Cys 988-Gln 991 ), fordi den er ustabil i et vannholdig miljø, og mekanismen for dens dannelse, med påfølgende frigjøring av ammoniakk, har vært gjenstand for mange publikasjoner [3 ] , men noen resultater tyder på at restene Cys 988 og Gln 991 , under eller etter syntesen av proteinet, er i stand til å reagere spontant, noe som fører til tioesteren som er nødvendig for den biologiske aktiviteten til C3-proteinet: utvilsomt dannelsen av dette binding innebærer deltakelse av tilstøtende strukturer som danner et aktivt sted som fremmer reaksjonen mellom Cys 988 og Gln 991 , og viklingen av C3 er i stand til å gi både energien og miljøet som er nødvendig for at reaksjonen mellom disse to restene skal finne sted [ 3 ] .
I den ikke-spaltede formen av C3 ( native C3 ) er denne tioestergruppen skjermet fra vann takket være en hydrofob lomme som består av restene Met 1378 , Tyr 1425 og Tyr 1460 av MG8- domenet (restene 1331-1474 på α-kjeden ) av C3) og Phe 1047 av TED -domenet (tioesterholdig domene , eller tioesterdomene : rester 963-1268 på α-kjeden til C3) [2] , noe som gjør tioesteren ekstremt stabil mot hydrolyse ved pH 7,4 (t 1/ 2 > 6 dager ) [4] eller til angrep av andre små nukleofiler. Selv om tioesteren og den beskyttende lommen er fullstendig begravd, er den plassert ved TED-MG8-grensesnittet nær proteinoverflaten [2] , og ustabiliteten til tioesteren forårsaker en langsom, men jevn spontan lysis av C3, kjent som tickover , som imidlertid gjør det. ikke alltid føre til komplementaktivering, siden C3b som genereres også kan deaktiveres direkte i den vandige fasen av blodet eller inaktiveres ved tilstedeværelsen av komplementaktiveringsregulerende proteiner, konstitutivt tilstede på membranene til pattedyrceller, men fraværende i mikroorganismer. (se nedenfor ).
Etter spaltningen drevet av C3-konvertase- enzymet , blir den tioesteriske gruppen eksponert og derfor destabilisert av det omkringliggende vandige miljøet, slik at det resulterende C3b-fragmentet ( opsonin ) kan hydrolyseres (inaktiveres) i blodet eller er i stand til å reagere med amino. eller hydroksylgrupper av proteiner eller polysakkarider tilstede på alle celleoverflater (spesielt membranene til bakterier), som genererer kovalente bindinger, henholdsvis amid eller ester ( opsonisering ), som letter fagocytose som drives av celler med den ikke-spesifikke immuniteten til immunforsvaret system , slik som makrofager og nøytrofiler som uttrykker komplementreseptorer [ 5 ] spesifikke for C3b på overflaten.
Som illustrert fører de tre komplementaktiveringsveiene, den klassiske, den alternative og lektinet, til konstituering av to forskjellige komplekser, C4b2a og C3bBb, men med en identisk funksjon: den å dele C3 i to fragmenter. , C3a og C3b, og å binde seg til C3b og danne C5-konvertasene. De opprinnelige C5-konvertasene utløser aktiveringen av de siste komponentene i komplementsystemet som fører til dannelsen av MAC ( Membrane Attack Complex ) og ødeleggelsen av cellen.
C5-konverterer spalter (splitter) C5 til to fragmenter: C5a som forblir i løsningen og utfører viktige funksjoner, og C5b som binder seg til andre komplementproteiner som allerede er tilstede på membranen. I denne sammenheng opprettholder C5b en midlertidig konformasjon som gjør det mulig å binde de to andre komplementproteinene C6 og C7 som danner komplekset C5b, 6,7. Når den er bundet, setter C7 (som er hydrofob) seg inn i lipid-dobbeltlaget i den mikrobielle membranen hvor det blir en reseptor for C8 (den neste komponenten). Når den er bundet, blir C8 (med en del av den) også satt inn i membranen, og definerer C5b, 6,7,8 (eller C5b-8) komplekset. Det siste trinnet for dannelsen av en aktiv MAC er bindingen med C9 som i assosiasjon med C5b-8-komplekset polymeriserer og danner en pore i bakteriemembranen på lignende måte som perforin frigitt av cytotoksiske og NK T-lymfocytter. Gjennom porene som produseres ved polymerisasjonen av C9, har vannet og ionene fri tilgang til innsiden av cellen, først forårsaker dens osmotiske hevelse og deretter sprengning.
For å forhindre at komplementsystemet får overtaket, spesielt ved å aktivere seg selv på cellene i organismen, finnes det en serie sirkulerende proteiner fra familien av komplementregulatorer , RCA (Regulators of Complement Activity).
Aktiveringen av komplementet genererer dannelsen av et stort antall produkter med forskjellige biologiske aktiviteter: noen avsettes på overflaten av de aktiverende partiklene, og forårsaker lysis (MAC-kompleks) eller fagocytose (C3b). Andre som C3a og C5a forårsaker en lokal betennelsesreaksjon. Gjennom disse aktivitetene spiller komplementet en svært viktig rolle i det humorale forsvarssystemet mot ytre aggresjoner.
C3b- eller C5b-fragmentene, som stammer fra aktiveringen av den klassiske veien eller den alternative veien til komplementet, dekker mikroorganismen som forårsaket aktiveringen, og ved å binde seg til de relative spesifikke reseptorene uttrykt på nøytrofiler og makrofager, aktiverer de dens fagocytose , dvs. inkorporering. av mikroorganismen inne i disse cellene. Generelt er binding alene med komplementproteiner ikke nok til å indusere fagocytose, som effektivt aktiveres ved binding av immunglobuliner (antistoffer).
Membranfestekomplekset (MAC) er ansvarlig for osmotisk lysis av fremmede celler, slik at komplementet kan ha en direkte virkning på mikroorganismer samt støtte for andre cellearter.
Proteolysen av komponentene C3, C4 og C5 genererer de relaterte b-fragmentene som samles i de ulike komplementaktiveringsfasene og C3a, C4a og C5a-fragmentene, kalt anafylotoksiner. Disse induserer betennelse ved å feste seg til de relative membranreseptorene som finnes på mastceller , granulocytter (nøytrofiler, basofiler, eosinofiler), monocytter og på endotelceller . I alt dette er den kraftigste C5a, med en kraft på 20 og 2500 ganger større enn C3a og C4a. De viktigste resulterende handlingene er følgende:
I tillegg til dette er det noen komponenter (først og fremst C3b og C5a) som stimulerer aktivering og tilknytning til endotelet av fagocytiske celler og naturlige mordere.
Avsnittet kan derfor oppsummeres ved å si at komplementsystemet innebærer en forsterkning og styrking av den medfødte immunresponsen.
Etter immunresponsen rettet mot et spesifikt løselig antigen, reagerer individet med dannelsen av antistoffer; disse binder seg til det relative antigenet med dannelse av sirkulerende immunkomplekser (antigen-antistoffkomplekser). Hvis de er av passende størrelse og i tilstrekkelig mengde, kan immunkompleksene avsettes på karveggene, noe som fremmer en inflammatorisk reaksjon som er skadelig for organismen. Komplementet ved binding til disse kompleksene fremmer deres solubilisering og fjerning av fagocytiske celler.
På et systemisk nivå er en sykdom forårsaket av en akkumulering av immunkomplekser systemisk lupus erythematosus som avleiring skjer i hele kroppen og forårsaker kronisk systemisk betennelse
Et protein produsert i spaltningen av C3, kalt C3d, interagerer med den respektive CR2-reseptoren (CD21) uttrykt på membranen til B-lymfocytter, og utløser initieringen av den humorale responsen, dvs. produksjonen av antistoffer.
Nesten alle patologier relatert til komplementdefekter skyldes genetiske mangler for de involverte proteinene. Mangler er beskrevet for alle komponenter i systemet (inkludert regulatorer), om enn noen svært sjeldne:
Paroksysmal nattlig hemoglobinuri er det eneste ikke-arvelige syndromet forårsaket av en mutasjon av DAF og CD59 som oppstår under hematopoiesis .
Komplementfikseringstesten er en indirekte diagnostisk metodikk for infeksjonssykdommer som er rettet mot å søke etter antistoffer mot et spesifikt antigen. For eksempel er det en av de offisielle testene for diagnostisering av brucellose.
Komplementproteinene som allerede finnes naturlig i serumet som skal testes, må elimineres ved å plassere brønnen med serumet i et vannbad ved 56 °C i 30 minutter. Antigenet og komplementet tilsettes deretter og inkuberes over natten ved 4 °C. Røde blodceller fra sau tilsettes deretter sammen med antistoffer mot røde blodceller fra sau, og det får inkuberes i 30 minutter.
Hvis det ikke var noen antistoffer som ble søkt, ble komplementet brukt av de anti-røde blodcellene som følgelig ble lysert ved å farge brønnen med rosa (negativ test), hvis i stedet var det hadde de brukt komplementet på bekostning av disse anti-blodet røde celler som forblir hele og tydelig synlige som en rød flekk på bunnen av brønnen (positiv test)
Hvis seriefortynninger gjøres i flere brønner, kan den også brukes til å titrere antistoffkonsentrasjonen