Respuesta policlonal de células B

Los patógenos sintetizan proteínas que pueden servir como antígenos " reconocibles " ; pueden expresar las moléculas en su superficie o liberarlas al entorno (fluidos corporales). Lo que hace que estas sustancias sean reconocibles es que se unen de manera muy específica y relativamente fuerte a ciertas proteínas del huésped llamadas anticuerpos . Los mismos anticuerpos pueden estar anclados a la superficie de las células del sistema inmunitario, en cuyo caso sirven como receptores , o pueden ser secretados en la sangre, conocidos como anticuerpos solubles. A escala molecular, las proteínas son relativamente grandes, por lo que no pueden ser reconocidas como un todo; en cambio, sus segmentos, llamados epítopos , pueden ser reconocidos. ^{[ 1 ]} Un epítopo entra en contacto con una región muy pequeña (de 15 a 22 aminoácidos) de la molécula de anticuerpo; esta región se conoce como parátopo . ^{[ 1 ]} En el sistema inmunitario, los anticuerpos unidos a la membrana son el receptor de células B (BCR). Además, si bien el receptor de células T no se clasifica bioquímicamente como un anticuerpo, cumple una función similar, ya que se une específicamente a epítopos complejos con moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC). ^{[ nota 5 ] [ 10 ]} La unión entre un parátopo y su antígeno correspondiente es muy específica, debido a su estructura, y está guiada por varios enlaces no covalentes , no muy diferente del emparejamiento de otros tipos de ligandos (cualquier átomo, ion o molécula que se une a cualquier receptor con al menos cierto grado de especificidad y fuerza ). La especificidad de la unión no surge de una interacción rígida de tipo llave y cerradura , sino que requiere que tanto el parátopo como el epítopo experimenten ligeros cambios conformacionales en presencia del otro. ^{[ 11 ]}

Reconocimiento específico del epítopo por las células B

En la figura de la izquierda, se muestra que los distintos segmentos que forman el epítopo son continuamente colineales, es decir, secuenciales; sin embargo, para la situación que se analiza aquí (el reconocimiento del antígeno por la célula B), esta explicación es demasiado simplista. Estos epítopos se conocen como epítopos secuenciales o lineales , ya que todos sus aminoácidos están en la misma secuencia (línea). Este modo de reconocimiento solo es posible cuando el péptido es pequeño (de unos seis a ocho aminoácidos de longitud) ^{[ 1 ]} y es utilizado por las células T (linfocitos T).

Sin embargo, las células B de memoria/vírgenes reconocen proteínas intactas presentes en la superficie del patógeno. ^{[ nota 6 ]} En esta situación, la proteína en su estructura terciaria está tan plegada que algunos bucles de aminoácidos se ubican en el interior de la proteína, y los segmentos que los flanquean pueden ubicarse en la superficie. El parátopo en el receptor de células B entra en contacto solo con aquellos aminoácidos que se encuentran en la superficie de la proteína. Los aminoácidos de la superficie pueden ser discontinuos en la estructura primaria de la proteína , pero se yuxtaponen debido a los complejos patrones de plegamiento de la proteína (como en la figura adjunta). Dichos epítopos se conocen como epítopos conformacionales y tienden a ser más largos (15-22 residuos de aminoácidos) que los epítopos lineales. ^{[ 1 ]} Del mismo modo, los anticuerpos producidos por las células plasmáticas pertenecientes al mismo clon se unirían a los mismos epítopos conformacionales en las proteínas del patógeno. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

La unión de un antígeno específico con las moléculas BCR correspondientes da como resultado una mayor producción de moléculas MHC-II. Esto cobra importancia, ya que no ocurre lo mismo cuando el mismo antígeno se internaliza mediante un proceso relativamente inespecífico llamado pinocitosis , en el que el antígeno, junto con el fluido circundante, es "ingerido" como una pequeña vesícula por la célula B. ^{[ 16 ]} Por lo tanto, dicho antígeno se conoce como antígeno inespecífico y no conduce a la activación de la célula B ni a la producción posterior de anticuerpos contra él.

Después de reconocer un antígeno, una célula presentadora de antígeno , como el macrófago o el linfocito B, lo engulle completamente mediante un proceso llamado fagocitosis . La partícula engullida, junto con parte del material que la rodea, forma la vesícula endocítica (el fagosoma ), que se fusiona con los lisosomas . Dentro del lisosoma, el antígeno se descompone en fragmentos más pequeños llamados péptidos por acción de las proteasas ( enzimas que degradan proteínas más grandes). Los péptidos individuales se unen luego a moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad de clase II ( MHC clase II ) ubicadas en el lisosoma  ; este método de "manejo" del antígeno se conoce como la vía exógena o endocítica del procesamiento de antígenos, en contraste con la vía endógena o citosólica , ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} que une las proteínas anormales producidas dentro de la célula (por ejemplo, bajo la influencia de una infección viral o en una célula tumoral ) con moléculas de MHC clase I.

También se ha demostrado una vía alternativa de procesamiento endocítico en la que ciertas proteínas, como el fibrinógeno y la mioglobina, pueden unirse en su totalidad a las moléculas MHC-II después de desnaturalizarse y reducirse sus enlaces disulfuro (rompiendo el enlace mediante la adición de átomos de hidrógeno ). Posteriormente, las proteasas degradan las regiones expuestas del complejo proteína-MHC-II. ^{[ 19 ]}

Después de que el antígeno procesado (péptido) se une a la molécula MHC, ambos migran juntos a la membrana celular , donde se presentan (elaboran) como un complejo que puede ser reconocido por el CD4+ (célula T colaboradora)  , un tipo de glóbulo blanco. ^{[ nota 7 ] [ 20 ]} Esto se conoce como presentación de antígeno. Sin embargo, los epítopos (epítopos conformacionales) que reconoce la célula B antes de su digestión pueden no ser los mismos que los presentados a la célula T colaboradora. Además, una célula B puede presentar diferentes péptidos unidos a diferentes moléculas MHC-II. ^{[ 16 ]}

Las células CD4+, a través de su complejo receptor de células T- _CD3 , reconocen las moléculas MHC II unidas al epítopo en la superficie de las células presentadoras de antígeno y se activan . Tras esta activación, estas células T proliferan y se diferencian en células Th1 o Th2 _. [ ^{16 ] [ 21 ] Esto} les permite producir señales químicas solubles que promueven su propia supervivencia. Sin embargo, otra función importante que desempeñan es la estimulación de las células B mediante el contacto físico directo con ellas. ^{[ 10 ]}

La estimulación completa de las células T colaboradoras requiere que la molécula B7 presente en la célula presentadora de antígeno se una a la molécula CD28 presente en la superficie de la célula T (en estrecha proximidad con el receptor de la célula T). ^{[ 10 ]} Asimismo, es necesaria una segunda interacción entre el ligando CD40 o CD154 ( CD40L ) presente en la superficie de la célula T y CD40 presente en la superficie de la célula B. ^{[ 21 ]} Las mismas interacciones que estimulan la célula T colaboradora también estimulan la célula B, de ahí el término coestimulación . Todo el mecanismo asegura que una célula T activada solo estimule una célula B que reconozca el antígeno que contiene el mismo epítopo que el reconocido por el receptor de la célula T de la célula T colaboradora "coestimuladora". La célula B es estimulada, además de la coestimulación directa, por ciertos factores de crecimiento, a saber, las interleucinas 2 , 4 , 5 y 6 de forma paracrina . Estos factores suelen ser producidos por la célula T colaboradora recién activada. ^{[ 22 ]} Sin embargo, esta activación ocurre solo después de que el receptor de células B presente en una célula B de memoria o una célula B virgen se haya unido al epítopo correspondiente, sin lo cual no habrían ocurrido los pasos iniciales de la fagocitosis y el procesamiento del antígeno.

Una célula B ingenua (o inexperta ) es aquella que pertenece a un clon que nunca ha encontrado el epítopo al que es específica. Por el contrario, una célula B de memoria es aquella que deriva de una célula B ingenua o de memoria activada. La activación de una célula B ingenua o de memoria va seguida de una proliferación múltiple de esa célula B en particular, la mayoría de cuya progenie se diferencia terminalmente en células B plasmáticas ; ^{[ nota 8 ]} el resto sobrevive como células B de memoria. Así, cuando las células ingenuas pertenecientes a un clon particular encuentran su antígeno específico para dar lugar a las células plasmáticas, y también dejan algunas células de memoria, esto se conoce como respuesta inmune primaria . En el curso de la proliferación de este clon, los genes del receptor de células B pueden sufrir mutaciones frecuentes (una en cada dos divisiones celulares) ^{[ 8 ]} en los genes que codifican los parátopos de los anticuerpos. Estas mutaciones frecuentes se denominan hipermutación somática . Cada mutación altera ligeramente la capacidad de unión al epítopo del parátopo, creando nuevos clones de células B en el proceso. Algunos de los parátopos recién creados se unen con mayor fuerza al mismo epítopo (lo que lleva a la selección de los clones que los poseen), lo que se conoce como maduración de la afinidad . ^{[ nota 9 ] [ 8 ] [ 21 ]} Otros parátopos se unen mejor a epítopos que son ligeramente diferentes del epítopo original que había estimulado la proliferación. Las variaciones en la estructura del epítopo también suelen ser producidas por mutaciones en los genes del patógeno que codifican su antígeno. La hipermutación somática, por lo tanto, hace que los receptores de células B y los anticuerpos solubles en encuentros posteriores con antígenos, sean más inclusivos en su potencial de reconocimiento de antígenos de epítopos alterados , además de otorgar una mayor especificidad para el antígeno que indujo la proliferación en primer lugar. Cuando las células de memoria son estimuladas por el antígeno para producir células plasmáticas (al igual que en la respuesta primaria del clon) y dejan aún más células de memoria en el proceso, esto se conoce como una respuesta inmune secundaria , ^{[ 21 ].}lo que se traduce en un mayor número de células plasmáticas y una tasa de producción de anticuerpos más rápida y duradera. Las células B de memoria producidas como parte de la respuesta secundaria reconocen el antígeno correspondiente más rápidamente y se unen a él con mayor fuerza (es decir, mayor afinidad de unión) debido a la maduración de la afinidad. Los anticuerpos solubles producidos por el clon muestran una mejora similar en la unión al antígeno. ^{[ 21 ]}

Las células B de memoria y las células B vírgenes normalmente existen en cantidades relativamente pequeñas. Dado que el cuerpo necesita poder responder a una gran cantidad de patógenos potenciales, mantiene una reserva de células B con una amplia gama de especificidades. ^{[ 17 ]} En consecuencia, si bien casi siempre hay al menos una célula B (vírgenes o de memoria) capaz de responder a cualquier epítopo dado (de todos aquellos contra los que el sistema inmunitario puede reaccionar), hay muy pocas copias exactas. Sin embargo, cuando una sola célula B encuentra un antígeno al que puede unirse, puede proliferar muy rápidamente. ^{[ 21 ]} Dicho grupo de células con especificidad idéntica hacia el epítopo se conoce como clon y se deriva de una célula "madre" común. Todas las células B "hijas" coinciden con la célula "madre" original en su especificidad de epítopo y secretan anticuerpos con paratopos idénticos. Estos anticuerpos son anticuerpos monoclonales , ya que se derivan de clones de la misma célula progenitora. Una respuesta policlonal es aquella en la que clones de múltiples células B reaccionan al mismo antígeno.

Un solo antígeno puede considerarse como una secuencia de múltiples epítopos superpuestos. Muchos clones de células B únicos pueden unirse a los epítopos individuales. Esto confiere una multiplicidad aún mayor a la respuesta general. ^{[ 3 ]} Todas estas células B pueden activarse y producir grandes colonias de clones de células plasmáticas, cada una de las cuales puede secretar hasta 1000 moléculas de anticuerpos contra cada epítopo por segundo. ^{[ 21 ]}

Además de que diferentes células B reaccionan a diferentes epítopos del mismo antígeno, las células B pertenecientes a diferentes clones también pueden reaccionar al mismo epítopo. Se dice que un epítopo que puede ser atacado por muchas células B diferentes es altamente inmunogénico . En estos casos, las afinidades de unión para los pares epítopo-paratopo respectivos varían, y algunos clones de células B producen anticuerpos que se unen fuertemente al epítopo, y otros producen anticuerpos que se unen débilmente. ^{[ 1 ]}

Los clones que se unen a un epítopo particular con mayor fuerza tienen más probabilidades de ser seleccionados para una mayor proliferación en los centros germinales de los folículos en diversos tejidos linfoides, como los ganglios linfáticos . Esto es similar a la selección natural : los clones son seleccionados por su aptitud para atacar los epítopos (fuerza de unión) del patógeno encontrado. ^{[ 23 ]} Lo que refuerza aún más la analogía es que los linfocitos B tienen que competir entre sí por señales que promueven su supervivencia en los centros germinales.

Aunque existen numerosos patógenos diversos, muchos de los cuales mutan constantemente, resulta sorprendente que la mayoría de las personas permanezcan libres de infecciones. Por lo tanto, el mantenimiento de la salud requiere que el cuerpo reconozca todos los patógenos (antígenos que presenta o produce) que puedan existir. Esto se logra manteniendo una reserva inmensamente grande (aproximadamente 10⁹ ⁾ de clones de células B, cada uno de los cuales reacciona contra un epítopo específico reconociéndolo y produciendo anticuerpos contra él. Sin embargo, en un momento dado, muy pocos clones permanecen receptivos a su epítopo específico. Así, aproximadamente 10⁷ ^epítopos diferentes pueden ser reconocidos por todos los clones de células B combinados. ^{[ 21 ]} Además, a lo largo de su vida, un individuo generalmente requiere la generación de anticuerpos contra muy pocos antígenos en comparación con la cantidad que el cuerpo puede reconocer y contra los que puede responder. ^{[ 21 ]}

Si un antígeno puede ser reconocido por más de un componente de su estructura, es menos probable que el sistema inmunitario lo pase por alto. ^{[ nota 10 ]} La mutación de organismos patógenos puede resultar en la modificación de la estructura del antígeno y, por lo tanto, del epítopo. Si el sistema inmunitario recuerda cómo son los otros epítopos, el antígeno y el organismo seguirán siendo reconocidos y sometidos a la respuesta inmunitaria del cuerpo. De este modo, la respuesta policlonal amplía el rango de patógenos que pueden ser reconocidos. ^{[ 24 ]}

Muchos virus experimentan mutaciones frecuentes que resultan en cambios en la composición de aminoácidos de sus proteínas importantes. Los epítopos ubicados en la proteína también pueden sufrir alteraciones en el proceso. Dicho epítopo alterado se une con menor afinidad a los anticuerpos específicos del epítopo no alterado que habrían estimulado el sistema inmunitario. Esto es lamentable porque la hipermutación somática da lugar a clones capaces de producir anticuerpos solubles que se habrían unido al epítopo alterado con la suficiente avidez como para neutralizarlo. Pero estos clones estarían formados por células vírgenes que no pueden proliferar debido a los anticuerpos de baja afinidad producidos por el clon previamente estimulado. Esta doctrina se conoce como el pecado antigénico original . ^{[ 21 ]} Este fenómeno entra en juego particularmente en las respuestas inmunitarias contra los virus de la influenza , el dengue y el VIH . ^{[ 25 ]} Sin embargo, esta limitación no es impuesta por el fenómeno de la respuesta policlonal, sino más bien, en contra de ella , por una respuesta inmunitaria sesgada a favor de las células de memoria experimentadas en contra de las células vírgenes "novatas".

En la autoinmunidad, el sistema inmunitario reconoce erróneamente ciertas moléculas propias del cuerpo como extrañas ( autoantígenos ) y desencadena una respuesta inmunitaria contra ellas. Dado que estas moléculas, como componentes normales del cuerpo, siempre estarán presentes, los ataques contra ellas pueden intensificarse con el tiempo (similar a una respuesta inmunitaria secundaria). Además, muchos organismos presentan mimetismo molecular , que consiste en mostrar en su superficie antígenos antigénicamente similares a las proteínas del huésped. Esto tiene dos posibles consecuencias: primero, que el organismo no sea reconocido como autoantígeno; o segundo, que los anticuerpos producidos contra él se unan también a las proteínas propias imitadas. Los anticuerpos atacan los autoantígenos y los tejidos que los contienen activando diversos mecanismos, como la activación del complemento y la citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos . Por lo tanto, cuanto mayor sea el rango de especificidades de los anticuerpos, mayor será la probabilidad de que uno u otro reaccione contra los autoantígenos (moléculas propias del cuerpo). ^{[ 26 ] [ 27 ]}

Los anticuerpos monoclonales son moléculas de inmunoglobulina estructuralmente idénticas con especificidad de epítopo idéntica (todas se unen al mismo epítopo con la misma afinidad), a diferencia de sus contrapartes policlonales, que tienen afinidades variables por el mismo epítopo. Generalmente no se producen en una respuesta inmune natural, sino solo en estados patológicos como el mieloma múltiple o mediante técnicas de laboratorio especializadas. Debido a su especificidad, los anticuerpos monoclonales se utilizan en ciertas aplicaciones para cuantificar o detectar la presencia de sustancias (que actúan como antígeno para los anticuerpos monoclonales) y para dirigirse a células individuales (por ejemplo, células cancerosas). Los anticuerpos monoclonales se utilizan en diversas modalidades de diagnóstico (véase: Western blot e inmunofluorescencia ) y terapias, particularmente para el cáncer y enfermedades con un componente autoinmune. Sin embargo, dado que prácticamente todas las respuestas en la naturaleza son policlonales, la producción de anticuerpos monoclonales, de gran utilidad, resulta menos sencilla . ^{[ 8 ]}