Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

Anna, Erdei, Gabriella, Sármay, József, Prechl (2012)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

7. fejezet - 7. fejezet – A komplementrendszer

7. fejezet - 7. fejezet – A komplementrendszer

(Erdei Anna, Bajtay Zsuzsa, Prechl József)

A legkorábbi kísérleti eredmények, amelyek e komplex rendszer jelenlétére utalnak, a múlt század végéről származnak, amikor egy magyar kutató, Fodor József kimutatta, hogy a lépfenét (anthrax) okozó Bacillus anthracisszal immunizált nyulak vérében inkubált kórokozó elpusztul. Ezt követően a francia Jules Bordet is igazolta a szérum baktericid hatását, kimutatva, hogy 56 C fokon történő hőkezelés inaktívvá teszi a savót. Bebizonyosodott az is, hogy e faktor mennyisége az immunizálás során nem nő, ellentétben az állat vérében kimutatható ellenanyag-tartalommal. A savónak azt a frakcióját, mely a specifikus ellenanyagok jelenlétében a baktérium oldását idézi elő, Paul Ehrlich nevezte el komplementnek (komplementer:kiegészítő), vagyis olyan anyagnak, ami az antitest jelenléte mellett szükséges a kórokozó líziséhez. Az akkor még egyetlen komponensnek vélt anyagról a későbbiekben kiderült, hogy számos szolúbulis és membránkötött protein és glikoprotein komplex rendszere.

A komplementrendszer a vérben és a különböző testnedvekben inaktív állapotban jelenlévő, egymást láncreakcióban aktiváló faktorok, a kaszkádot szabályozó molekulák, valamint az egyes komponensek aktivációs fragmentumait megkötő receptorok összessége. Az aktiválódása klasszikus, az alternatív és a lektinindukált úton indulhat el. A komplementrendszer a veleszületett immunitás legfontosabb humorális eleme, mely az adaptív immunválasz szabályozásában is részt vesz, mintegy hidat képezve e két immunrendszer működése között. Az immunkomplexek, patogének, elpusztult sejtek opszonizálásával és eliminálásával alapvetően fontos effektorfunkciókat lát el, továbbá a kaszkád során felszabaduló kis peptidek gyulladáskeltő hatása, valamint egyes komplementfehérjék immunválaszt szabályozó szerepe révén elengedhetetlen a magasabb rendűek immunrendszerének működése során.

Fontos megjegyezni, hogy a komplementrendszer az immunrendszer egyik legősibb végrehajtó mechanizmusa. Az evolúció során korán megjelennek egyes elemei – így pl. a központi szerepű C3 molekula már a tüskésbőrűekben is megtalálható (lásd részletesen a 15. fejezeteben).

A komplementrendszernek eddig több mint 30 komponensét azonosították, közöttük

–a komplementkaszkád során aktiválódó molekulákat;

–a folyamatot szabályozó faktorokat;

–a különböző sejtek membránján megtalálható komplementreceptorokat:

–a szervezet saját sejtjeinek oldódását (a homológ lízist) gátló membránfehérjéket.

A komplementrendszer komponensei

A komplementkomponensek nagy része a májban termelődik, de a lokálisan lezajló immunfolyamatok szempontjából fontos szerepük van az egyéb sejtek – elsősorban a monociták, a makrofágok és az endotélsejtek – által termelt komponenseknek is. Az egyes molekulák főbb jellemzőit a 7.1. táblázatban foglaltuk össze. (A komponensek elnevezésének eredetét lásd a boxban.)

7.1. táblázat - 7.1. táblázat. A komplementrendszer kaszkádjának komponensei

Fehérje

Mr

(Da)

Szérumkonc.

( μ g/ml)

Jellemzői,

biológiai funkciói

Korai komponensek

Klasszikus út

C1q

410 000

70

Kollagénszerű és globuláris részből áll, az Ig Fc-részéhez kötődik

C1r

85 000

50

Szerin-proteáz, C1s-t aktivál

C1s

85 000

50

Szerin-proteáz, C4-et, C2-t aktivál

C4

210 000

300

Tiolészterkötést tartalmaz, a C4b a C2b-hez kötődik

C2

110 000

25

Szerin-proteáz,

a C4bC2b* katalitikus része

Lektinút

MBL

410 000

1

Kollagénszerű és szénhidrát-kötő részből áll

MASP1

85 000

5

Szerin-proteáz, a MASP2-t aktiválja

MASP2

85 000

5

Szerin-proteáz, C4-et aktivál

Ficolin

Kollagénszerű és szénhidrát-kötő részből áll

Alternatív út

D-faktor

25 000

1

Szerin-proteáz, B-faktort aktivál

B-faktor

93 000

200

Szerin-proteáz,

a C3bBb* konvertáz részeként a C3-at aktiválja

Properdin

220 000

25

A C3bBb* konvertázt stabilizálja

Közös komponens

C3

190 000

1300

Tioészterkötést tartalmaz,

a C3b a C4b2b* és a C3bBb* enzimekhez kötődve a C5-konvertázokat alkotja,

a C3a fragmentum anafilatoxin

Terminális komponensek

C5

190 000

70

Struktúrfehérje, a C5b fragmentum a C6-ot köti, a C5a fragmentum anafilatoxin

C6

120 000

60

Struktúrfehérje, C7-et köt

C7

110 000

55

Struktúrfehérje, C8-at köt

C8

150 000

55

Struktúrfehérje C9-et köt

C9

70 000

60

Struktúrfehérje, polimerizálódva a MAC-ot hozza létre


Nómenklatúra

A komplementrendszer ez idáig azonosított, több mint 30 komponense közé szolúbilis proteinek, ill. glikoproteinek, sejtmembránreceptorok és szabályozó fehérjék sorolhatók, melyek elnevezése nem követ egységes logikát. A legkorábban megismert klasszikus aktivációs út és a membránkárosító komplex kialakításában résztvevő komponenseket C betűvel és azt követő arab számmal jelöljük az aktiválódás sorrendjében, a következőképpen: C1r, C1s, C4, C2, C3, C5, C6, C7, C8 és C9. Az alternatív út – C3 mellett szereplő – komponenseit faktornak nevezzük: H-faktor, B-faktor, D-faktor, ill. a properdint P-vel (időnként P-faktorként) jelöljük. A lektinút komponenseinek rövidítései a fehérjék funkcióira utalnak: mannózkötő lektin (Mannose Binding Lectin – MBL), illetve az azzal reagáló enzimek, MASP1, 2 (Mannose Binding Lectin Associated Serine Protease 1, 2).

A limitált proteolízis eredményeként keletkező nagyobbik fragmentumokat “b”-vel jelöljük (pl. C3b, C4b, C5b stb.), míg a kisebbet “a”-val (C4a, C3a, C5a stb.). Megemlítjük, hogy a C2 esetében találkozhatunk fordított elnevezéssel is, miszerint a C2a a nagyobb, míg a C2b a kisebb aktivációs fragmentum.

A sejtfelszíni szabályozó molekulák neve általában szintén a funkcióra utaló rövidítés: DAF (Decay Acceleratin Factor – lebomlást gyorsító tényező), MCP (Membrane Cofactor Protein), HRF (Homologue Restriction Factor).

A komplementreceptorokat a hozzájuk kötődő ligandumok alapján nevezték el: (C1qR, C3aR, C5aR), ill. a C3-molekula nagyobb fragmentumaival reagáló receptorok esetében a CR1, CR2, CR3 és CR4 rövidítést használjuk.

A komplementreceptorok, ill. sejtfelszíni szabályozó molekulák közül számos CD-besorolást nyert (CD21, CD35, CD46, CD59, CD88 stb., lásd a későbbiekben és a Függelékben).

A szérumban található komplementfehérjék a globulinfrakció 3-5%-át alkotják, és funkcionálisan inaktív állapotban (számos faktor proenzimként) vannak jelen. A komplementrendszer enzimatikus kaszkádjának aktiválódása során az egyes komponensek a soron következő molekulát hasítják. Az enzimatikus aktivitást nyert komponenst, ill. a több komponensből kialakuló aktív komplexet gyakran a betűjelek mellé tett csillaggal jelöljük (pl. C1*). A limitált proteolízis eredményeként keletkező nagyobb fragmentumok, amelyeket “b”-vel jelölünk (pl. C4b, C3b, stb.) az aktiváló anyag (pl. vírus, baktérium, immunkomplex, tumorsejt) felszínére kötődnek, és alapvetően fontosak a kaszkád továbbviteléhez. A keletkező kisebb fragmentumok, amelyeket “a”-val jelölünk (C2a, C4a, C3a, C5a stb.) a környezetbe diffundálnak. Mindkét molekularész, valamint a sok komponens esetében tovább hasadó “b” fragmentum újabb peptidjei számos fontos biológiai funkcióval rendelkezik (lásd később).

Proteázok általános jellemzői – a működés szabályozásának fontossága és lehetőségei

Az emlősök genomjának kb. 2%-a különböző proteázokat és azok inhibitorait kódolja.

A proteázok (vagy peptidázok) peptidkötések hidrolízisét katalizáló fehérjék. Azok az enzimek, amelyek a polipeptidláncok végeiről hasítanak le aminosavakat, az exopeptidázok, míg a láncon belüli kötéseket bontó enzimek az endopeptidázok. A katalitikus hely jellemzőitől föggően a proteázok négy fő csoportba sorolhatók: szerin-, cisztein (vagy tiol), aszpartil- és metalloproteázok. Számos esetben, mint például a bélcsatornában, az a funkciójuk, hogy aminosavakig bontsák le a fehérjéket. Más esetekben a proteázok egy-két peptidkötés hidrolízisére specializálódtak. Ily módon szabályozhatják is a szubsztrát (vagy cél) fehérje működését.

Mivel a fehérjék esetében – ellentétben pl. a DNS-sel – nem működnek javító mechanizmusok, a proteolízis irreverzíbilis változást okoz a proteomban. Ezért célszerű a proteolízis szigorú szabályozása. Ennek egyik módja az, hogy a felismerés korlátozott, vagyis az adott enzim csak bizonyos szekvenciális környezetben lévő peptidkötéseket képes hasítani. Gyakori szabályozási forma a proteáz inaktív (zimogén) formában való szintézise és a kívánt helyen, proteolízissel történő aktiválása. Ezen kívül az enzim és a szubsztrát térbeli elkülönítése (kompartmentalizáció) is a regulációt szolgálja. Ilyenkor az enzim kiszabadulásához meghatározott szignál szükséges. A szubsztrát felismerését és katalízisét is befolyásolhatja számos tényező azáltal, hogy az enzim különböző kofaktorokhoz (pl. ionok, másik fehérje, nukleinsav vagy szénhidrát) kötődik. Végül, a proteázok körében általános szabályozási lehetőség az enzimaktivitás reverzíbilis vagy irreverzíbilis gátlása megfelelő inhibitorokkal. Ezek az enzim szubsztrátkötő zsebébe vagy a fehérjemolekula egyéb, specifikus helyéhez kötődve (allosztéria) megakadályozzák a szubsztráttal való kölcsönhatást.

Érdemes megemlíteni, hogy az azonos funkciót betöltő proteázok szerkezete, csakúgy, mint az inhibitoroké, fajtól függően jelentősen különbözhet egymástól, ezért ezt a lehetőséget az állatkísérletek tervezésénél figyelembe kell venni.

A komplementkaszkád az egyik legszebb példája a biológiai enzimrendszerek szabályozott és hatékony működésének.