Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

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

Medicina Könyvkiadó Zrt.

A komplementrendszer aktivációja

A komplementrendszer aktivációja

Az aktiválódás mechanizmusainak részletes leírása előtt érdemes kiemelni a komplementkaszkád két általánosan jellemző vonását (7.1. ábra).

1. Az enzimatikus aktivitást nyert komponensek – amelyek az aktivációt elindító partikulum vagy molekula felszínéhez kötődnek – inaktív prekurzor molekulákat aktiválnak limitált proteolízis útján. Az enzimatikus hasítás eredményeként keletkező molekularészek közül csak a nagyobbik fragmentum kötődik az aktiváló felszínhez, és válik a soron következő enzim alkotóelemévé, a kisebb fragmentum a környezetbe diffundál.

2. Mivel egy enzim több szubsztrátot képes átalakítani, a folyamat számos lépésében megsokszorozódnak a kaszkád elemei. Ez eredményezi azt, hogy a komplementrendszer aktivációja az egyik leghatékonyabb effektor mechanizmus az immunrendszer működése során.

7.1. ábra. A komplementaktiválás enzimkaszkádja . A sejtmembrán felszínéhez kötődött enzim az inaktív enzimprekurzorokat limitált proteolízis útján aktiválja. A folyamat eredményeként lehasadó kis molekulatömegű peptid (“a”) a környezetbe diffundál, míg a nagyobbik fragmentum (“b”) az aktivációt kiváltó felszínre kötődik, lehetővé téve a komplementaktiválás további lépéseit. Mivel egy enzim számos prekurzort aktiválhat, és azok újabb enzimek kialakulását teszik lehetővé, a kaszkád több pontban is felerősödik.

A komplementrendszer aktiválódása háromféle módon: a klasszikus, a lektin-indukált és az alternatív úton indulhat el. A klasszikus utat elsősorban IgG- vagy IgM-tartalmú immunkomplexek aktiválhatják, amihez az antigénnel fajlagosan reagáló ellenanyagmolekulák jelenléte szükséges. A lektinfüggő út aktiválását a különböző szénhidrátmolekulákkal reagáló mannóz-kötő lektin (Mannose Binding Lectin – MBL) és az ahhoz kötődő MASP (MBL Associated Serine Protease) enzimek komplexe, míg az alternatív út beindulását mikroorganizmusok és különböző molekulák – köztük egyes antitestek is – indukálhatják (7.2. táblázat). E két utóbbi mechanizmus filogenetikailag ősibb, a veleszületett immunitás nélkülözhetetlen elemei, mivel nem igénylik ellenanyagmolekulák jelenlétét. Kiemelendő, hogy az alternatív úton történő aktiváció pozitív visszacsatolási mechanizmust is jelent egyben, mely a komplementaktivációt jelentősen fölerősíti (7.2. ábra). A kezdeti fázist követően a komplementaktiváció központi eseménye a C3-komponens aktiválása, ami a következő lépésben kialakuló konvertáz enzim révén a C5-molekula hasításához vezet. Ezzel közös útra terelődik a háromféle aktivációs kaszkád, és az ezután reakcióba lépő, ún. terminális komponensek az esetek többségében létrehozzák a membránt károsító, pórusformáló komplexet (Membrane Attack Complex – MAC). Az aktiváció folyamatát a 7.2. ábra mutatja be.

7.2. táblázat - 7.2. táblázat. Emberi Ig-osztályok és alosztályok komplementaktiváló képessége

Ig-osztály

Ig-alosztály

Klasszikus út

Alternatív út

Lektinút

IgM

+ + + +

+

+

IgG

IgG1

IgG2

IgG3

IgG4

+ + +

+

+ + + +

+/-

Minden alosztály

Fab-fragmentuma

IgA

-

+ +

+

IgE

-

+

IgD

-

+


7.2. ábra. A komplementrendszer aktiválásának útjai . Az enzimkaszkád aktivációja három úton indulhat el. A klasszikus úton történő aktiválást elsősorban immunkomplexek válthatják ki. Az antigénhez kötődő Ig-molekula Fc-része kölcsönhatásba lép a C1-molekulakomplex C1q-alegységének globuláris (feji) részével, aminek következtében a C1r- majd a C1s-alegységek enzimatikus aktivitást nyernek. A C1s-enzimnek két szubsztrátja van: a C2- és C4-molekula, melyek aktiválódása után kialakul a C4b- és C2b-fragmentumokból álló, a C3-molekula hasítására képes enzimkomplex (C4b2b*), a klasszikus út C3-konvertáza. A C4- és a C2-molekulákból lehasadó C4a- és C2a-peptidek a környezetbe diffundálnak. A C3-komponens aktiválódása eredményeként keletkező C3b-fragmentum a C3-konvertáz mellé kötődve létrehozza a klasszikus út C5-konvertáz enzimét (C4bC2bC3b*). Ezután a C5-molekula hasításával a komplementrendszer aktiválódása közös útra terelődik, függetlenül attól, hogy milyen úton indult el a kaszkád. A lektinmediált úton történő aktiválást a baktériumok falát alkotó szénhidrátok indítják el, melyek a szérumban jelenlévő mannózkötő lektinhez (MBL) kötődve aktiválják az azzal komplexet alkotó szerin-proteázokat (MASP). Az MBL-MASP komplex a C4-molekula hasítására képes. E lépés után a klasszikus útban folytatódik a lektindependens aktiváció. Az alternatív utat elsősorban olyan patogének aktiválják, melyek külső membránja sziálsavban szegény. Ehhez kötődik a hidrolizált C3-molekula, az ún. C3(H2O). A Mg2+-ionok jelenlétében a C3(H2O)-hoz kötődő B-faktort a D-faktor aktiválja, aminek eredményeként kialakul a C3 hasítására képes, szolúbilis C3(H2O)Bb* enzim. Ez az ún. “tick-over” mechanizmus vezet el ahhoz a pozitív visszacsatolási körhöz, amelyben a C3b mellé kötődő Bb-fragmentum kialakítja az alternatív út C3-konvertázát, a C3bBb*-ot. Ezután közös úton folytatódik a kaszkád, és a felszínre kötődő újabb komponensek: a C5-molekula hasításakor keletkező C5b-, majd a C6-, C7-, C8-molekulák és a C9-polimerizátum létrehozza a C5b-9-cel is jelzett membránkárosító komplexet (MAC). Az ábrán az enzimatikusan aktív molekulákat sárga körben ábrázoljuk, míg a szövegben csillaggal jelöljük az aktív molekulakomplexeket.

A klasszikus úton történő aktiváció

A klasszikus utat főként olyan immunkomplexek aktiválják, amelyek IgG-t vagy IgM-et tartalmaznak (7.2. táblázat), de e mellett a C1-hez kötődő polianionok (DNS, RNS), egyes vírusok és baktériumok is elindíthatják a kaszkádot (lásd box). Immunkomplexek esetében a folyamat első lépéseként a C1-molekulakomplex C1q-alegysége kötődik az immunoglobulin molekula Fc-részéhez, amit az ellenanyag-molekula antigénnel történő reakciója eredményeként bekövetkező konformációs változás tesz lehetővé. Következésképpen a keringésben jelen lévő, natív ellenanyag-molekulák nem aktiválják a komplementrendszert.

A C1q-molekula további funkciói

Ismert, hogy a C1q-fehérje globuláris doménjével ellenanyag közvetítése nélkül is kötődik különböző struktúrákhoz, és a kaszkádot elindítva a felismert anyag eliminációját okozhatja. Így pl. a C1q-molekula a megváltozott saját sejtekhez képes kötődni, és ezáltal azok lízisét okozza. A C1q kapcsolódik számos Gram-baktérium sejtfalához, lipid-A, LPS- vagy porin-molekulák közvetítésével, továbbá különböző vírusokhoz, mint például influenza, HTLV-I vagy HIV-1. A komplementaktiváció ellenanyagtól független, C1q-mediált formája igen gyors és hatékony a bakteriális és virális fertőzések megelőzésére. Szintén a C1q ligandumai a pentraxinok családjába tartózószérumfehérjék – CRP (C-Reactive Protein), SAP (Serum Amyloid Protein) –, amelyek baktériális patogénekhez és az elpusztult sejtekből származó molekulákhoz kötődhetnek.

A C1q kölcsönhatása a patogénekkel azt is eredményezi, hogy az így megjelölt kórokozó a C1q-molekula kollagénszerű doménjén keresztül a C1q receptorhoz (cC1qR) kötődik, és fagocitózis által eliminálódik.

További fontos szerepe a C1q-nak, hogy az apoptózissal elpusztult saját sejteket is felismeri, és elősegíti azok fagocitózisát. Ezért a C1q-molekula hiánya autoimmun folyamatok kialakulásához vezethet, mint pl. az SLE (Systemic Lupus Erithematosus) esetében (lásd a 19. fejezetet).

A C1-molekulakomplex felépítése és aktiválása

A C1 komponens három alegységből álló, Ca2+-ionokkal stabilizált makromolekula, amely a C1q mellett két C1r- és két C1s-alegységet tartalmaz (7.1. táblázat). A C1q-alegység 18 polipeptidláncból tevődik össze, amelyek kollagénszerű szakaszból (“szár”) és globuláris (“feji”) részből állnak (7.3. ábra). Ezek a láncok hármasával összefonódva, egy hat szál tulipánból álló csokorra emlékeztető struktúrát alakítanak ki. E molekula globuláris részei kötődnek az ellenanyag-molekula Fc-részének CH2-doménjéhez. A C1r- és a C1s-monomerek a következő hat egységből állnak: Ca-kötő, szerin-proteáz, két CUB és két SCR-domén. Az első két elem a C1q-val, ill. az egymással való reakciót segíti elő. A C1r2s2 komplex kétféle konformációban fordul elő; S-alakú, amikor C1q-hoz nem kötődik, míg C1q-hoz kötődve 8-as számra emlékeztető alakot ölt. Ez a konformációs változás biztosítja, hogy az autokatalízis révén az C1r-alegység az C1s-alegységet aktiválja.

7.3. ábra. A C1- és az MBL-MASP molekulakomplexek szerkezete és funkciója . A komplementaktiválást a klasszikus, illetve a lektinúton elindító molekulakomplexek sok szempontból hasonlóak egymáshoz. A C1q- és az MBL-molekulában egyaránt a kollagén “szárakhoz” kapcsolódik a szerin-észteráz aktivitású C1r és C1s, illetve MASP1 és MASP2. A C1-komplex aktiválódásának feltétele, hogy a C1q-alegység globuláris feji része legalább Fc-részhez kapcsolódjon. Ezt legalább két, kellő közelségben lévő IgG, ill. egyetlen (pentamer) IgM-molekula teszi lehetővé. A komplexhez kötődő C1q-molekulában olyan térszerkezeti változások történnek, melyek eredményeként a C1r- majd a C1s-alegység aktiválódik, melynek szubsztrátjai a C2- és C4-molekulák. A C1r- és a C1s-komponenseket a C1Inh inaktiválja. Az MBL-MASP komplexet szénhidrátkomponensek aktiválják, ami a C2- és a C4-komponensek hasításához vezet.

Ahhoz, hogy a komplementkaszkád elinduljon a klasszikus úton, a C1q hat globuláris feje közül legalább kettőnek az immunkomplexben lévő ellenanyag-molekula Fc-részéhez kell kötődnie (7.3. ábra). Az IgM-osztályba tartozó, pentamer molekulák azért jó aktivátorok, mert az antigénnel való reakció következtében megváltozik a térszerkezetük, és a lehetséges öt közül legalább három C1q-kötő hely válik hozzáférhetővé a molekula Fc-szakaszain. Fontos megjegyezni, hogy a vérben keringő “szabad” IgM planáris szerkezetű, ezért nem képes a C1q-molekulával reagálni és a komplementrendszert aktiválni. Mivel az IgG monomer, és egy molekulán csak egyetlen C1q-kötő hely van, az szükséges, hogy az ellenanyag-molekulák egymástól olyan távolságban (35-45 nm) kötődjenek az aktivátor-felszínen, hogy a C1q-alegység globuláris fejei legalább két Fc-részt elérjenek. Az IgM- és az IgG-molekulák komplementaktiváló képessége közti különbséget számos kísérleti eredmény jól illusztrálja. Ezek szerint a vörösvérsejt líziséhez egyetlen IgM-molekula is elegendő, míg IgG esetében kb. 1000 kötődő ellenanyag szükséges ahhoz, hogy közülük legalább kettő megfelelő közelségben legyen ahhoz, hogy a C1q molekula két globuláris feji részét megkösse. Az ellenanyag-molekula Fc-részéhez kötődő C1q-alegység konformációs változást idéz elő a C1r-molekulában, amely autokatalízis révén aktív szerin-proteázzá alakul. A C1r* ezután a C1s-alegységet hasítja, ami szintén szerin-proteázzá aktiválódik. A C1s*-nek két szubsztrátja van: a C4 és a C2 (7.2. ábra).

A C4- és a C2-komponens aktivációja

A C4-molekula három (α, β és γ) polipeptidláncból álló glikoprotein, amely akkor aktiválódik, amikor a C1s* az α-lánc N-terminális végéről a kis molekulatömegű C4a-peptidet lehasítja. A keletkező nagyobbik fragmentumon, a C4b-n ekkor föltárul az a láncon belüli tioészter kötés, amely nukleofil csoportokhoz (pl. OH, NH2) kovalensen kötődhet. Ennek a reakciónak – amelyet a C3-molekula szerkezetének és funkciójának tárgyalásakor részletezünk – alapvetően fontos szerepe van a kaszkád továbbvitelében. A keletkező C4b-fragmentum az aktiváló felületen (pl. immunkomplexen, kórokozón) a C1-molekula mellé kötődik. Ezután a kaszkád következő résztvevője, a C2-proenzim reagál a C4b-molekula kötőhelyével, és a közelben lévő C1s* enzim C2a és C2b peptidekre hasítja. A nagyobbik molekula a C4b fragmentumhoz kötődik, és ezzel kialakul a C4b2a* komplex, a klasszikus út C3 konvertáz enzime (7.2. ábra, 7.3. táblázat). Mivel egyetlen enzim mintegy 200 C3-molekula hasítására képes, és a keletkező C3b-fragmentumok újabb C3-konvertáz enzimeket hoznak létre, ez a lépés jelentősen felerősíti a kaszkádot.

7.3. táblázat - 7.3. táblázat A komplementaktiválás három fő fázisa

A korai komponensek aktiválása

A C3-at és a C5-öt hasító enzimek kialakulása

A membránkárosító komplex kialakulása

klasszikus út

C1q, C1r, C1s

C2, C4

lektinút

MBL, MASP

C3

C4b2a* C4b2a3b*

C3-konvertáz C5-konvertáz

C5

C5b, C6, C7, C8, C9n

(MAC)

C5

alternatív út

C3b, B-faktor, D-faktor

C3

C3bBb* C3bBb3b*

C3-konvertáz C5-konvertáz


A C3-molekula szerkezete, aktivációja, kovalens reakciója

A C3-komponens központi szerepet játszik a komplementrendszer működése során. Ez a komponens van jelen legnagyobb koncentrációban a szérumban (1,3 mg/ml), és a molekula aktiválódása során keletkező C3-fragmentumok a legváltozatosabb biológiai funkciók ellátására képesek (lásd később).

Az egy polipeptidláncként szintetizálódó C3-molekula poszt-transzlációs változások eredményeként alakul át diszulfidhíddal összekötött, α- és β-láncból álló heterodimerré (7.4. ábra). A klasszikus vagy az alternatív út aktivációja során keletkező C3-konvertáz enzimek (a C4b2a* és a C3bBb*), vagy in vitro körülmények között pl. a tripszin, az α-lánc N-terminális szakaszából lehasítják a 77 aminosavból álló C3a-peptidet. A keletkező nagyobbik, C3b-fragmentumban bekövetkező térszerkezeti változás eredményeként ekkor tárul föl az α-láncon belüli tioészterkötés, amely a közelben levő, ún. C3b-akceptor struktúrák OH-csoportjaival észter-, az NH2-csoportokkal pedig amidkötést alakít ki (7.4. ábra). Mivel OH- és NH2-csoportok a fehérjéken és cukormolekulákon gyakran előfordulnak, a C3b kovalens kötődése a különböző felszínekhez, sejtekhez elvileg könnyen megtörténhet. Kísérleti eredmények azonban arra utalnak, hogy ezt a reakciót számos tényező befolyásolja, - így pl. a nukleofil csoport környezete, hozzáférhetősége, továbbá az, hogy a hasítás pillanatában keletkező ún. naszcens C3b molekulán feltáruló tioészterkötés csak milliszekundumokig aktív. Ha ez alatt a nagyon rövid idő alatt nem jön létre a kovalens kötés, akkor hidrolízis révén inaktiválódik a kötőhely. A C3b kovalens kötődése nemcsak a kaszkád továbbvitelének alapfeltétele, hanem számos fontos biológiai funkció ellátását is lehetővé teszi (lásd később). A kórokozókhoz vagy immunkomplexekhez kötődött C3b hasítása inaktív C3b, azaz iC3b keletkezéséhez vezet, amiből további fragmentálódás eredményeként a C3dg, majd a C3d molekulák jönnek létre (7.4. ábra). Érdemes megjegyezni, hogy a C3 molekula limitált proteolízise során csak az α-lánc fragmentálódik, a β-lánc érintetlen marad.

7. 4. ábra. A C3 komplementkomponens kovalens kötődése . A C3 molekulát a C3-konvertázok vagy más enzimek (pl. tripszin) aktiválhatják. A natív molekula α-láncán belül, rejtett helyzetben lévő tioészterkötés a C3a-peptid lehasadását követően feltárul, és ennek következtében a C3b-fragmentum kovalens kötés kialakítására válik képessé. Az aktiváló felszínen hozzáférhető – elsősorban a fehérjék és szénhidrátok oldalláncaiban jelenlévő – OH-csoportokkal reagálva észterkötés alakulhat ki. Fontos hangsúlyozni, hogy csak a kovalensen kötődött, intakt C3b-fragmentum képes a kaszkád továbbvitelére. A további emésztés eredményeként először a iC3b jön létre a kisméretű f-fragmentum α-láncból való kihasadásával, majd a további hasítás a C3d-, illetve fiziológiás körülmények között a C3dg-peptidek kialakulásához vezet.

Nemrég sikerült a C3- és a C3b-molekula kristályszerkezetét feltárni, aminek eredményeként jól látható, hogy a komplementfehérje aktiválása során milyen jelentős konformációs változás zajlik le a fehérjében, és hogyan tárul fel az addig rejtett helyzetben levő tioésztert tartalmazó domén (7.5. ábra).

7.5. ábra. A C3-molekula térszerkezetének módosulása a kovalens kötődés során . A natív C3-molekula α-láncának N-terminális végén elhelyezkedő C3a (sárga háromszög) és a 8. (MG) domén stabilizálja a TED-domén (zöld) rejtett pozícióját, ezért a belső tioészterkötésinaktív. A C3-molekula enzimatikus hasításával a kisebb C3a és a nagyobb C3b fragmentumra hasad. A keletkező naszcens C3b jelentős konformációváltozáson megy keresztül, aminek következtében megváltozik a domének egymáshoz viszonyított helyzete, és ez által hozzáférhetővé válik a tioésztercsoport. A feltáruló, erősen reaktív tioészterkötés biztosítja a C3b-molekula kovalens kapcsolódását az aktiváló, felszínen jelenlévő nukleofil csoportokhoz.

A C3-molekula – a C4- és a C5-komplementfehérjével együtt – az α2-makroglobulin családba tartozik, melynek tagjai polipeptidláncon belüli tioészterkötést tartalmaznak. Hasonló szerkezeti elemet tartalmazó, ún. TEP (ThioEsther-containing Protein) molekulák jelen vannak a rovarok és a gyűrűsférgek testnedveiben is, ahol a patogénhez kovalensen kötődve opszoninként szolgálnak – hasonlóan a C3b-hez (lásd később).

A klasszikus úton történő komplementaktiváció során egyetlen C3-konvertáz enzim kb. 200 C3-molekulát képes aktiválni. A keletkező, majd az aktiváló felszínre kötődő C3b-fragmentumok egy része újabb C3-konvertázenzimek alegységeként a kaszkád jelentős amplifikációját eredményezik. A C3b-molekulák másik része a C4b2a-hoz kötődve a C4b2a3b* trimolekuláris komplexet, a klasszikus út C5-konvertázenzimét hozza létre (7.2. ábra és 7.3. táblázat).

A C5-molekula és aktivációja

A C5 komponens a C5-konvertázenzim (C4b2a3b*) kialakításában résztvevő C3b-fragmentumhoz kötődik, és ennek következtében megváltozik a konformációja. Ez lehetővé teszi, hogy az enzimkomplex C5a- és C5b-fragmentumra hasítsa a molekulát. A folyékony fázisba jutó kisebbik peptid, a C5a nagyon fontos biológiai (kemotaktikus és anafilaktikus) aktivitással rendelkezik (lásd később), míg a C5b-fragmentum az antigén felületére kötődik. Ebben a pontban találkozik a klasszikus és az alternatív úton történő aktiváció (7.2. ábra, 7. 3. táblázat)

A klasszikus és az alternatív út C3- és C5-konvertázenzimek prekurzor fehérjékből való kialakulásához szükséges komponenseket a 7. 4. táblázatban hasonlítjuk össze.

A kaszkád ezután következő lépéseit, melyek a membránkárosító komplex kialakulásához vezethetnek, a lektindependes és az alternatív út leírása után ismertetjük.

7.4. táblázat - 7.4. táblázat. A komplementaktiválás klasszikus és lektinfüggő útjának, valamint az alternatív út C3– és C5-konvertáz enzimek kialakulásához szükséges komponensek összehasonlítása

Funkció

Klasszikus/lektin út

Alternatív út

Prekurzor fehérjék

C4 és C2

C3 és B-faktor

Aktiváló proteáz

C1s*, MASP*

D-faktor*

C3-konvertáz

C4b2b*

C3bBb*

C5-konvertáz

C4b2bC3b*

C3bBbC3b*

C5-kötő komponens

C3b

C3b


A lektinindukált úton történő aktiváció

Nemrégen vált ismertté, hogy a komplementrendszer aktiválására a szérumban jelenlévő MBL-MASP komplex is képes (7.2. és 7.3. ábra). A komplexet alkotó molekulák, ill. alegységek sok szempontból hasonlóak a C1-molekulakomplexhez. A kollektinek közé sorolható MBL-molekula (lásd box) N-termiális végén kollagénszerű rész, C-terminális végén pedig szénhidrát-felismerő domén található. A molekulát felépítő fehérjeláncok hármasával kapcsolódnak homotrimerré, amelyek aztán dimer, trimer, tetramer, pentamer és hexamer formává szerveződnek tovább.

Az MBL szénhidrát-felismerő egysége klasszikus C-típusú lektindomén, amely a kórokozó: gombák, vírusok, Gram- és Gram+-baktériumok sejtfelszínén jelenlévő mannózcsoportokhoz kapcsolódik. Az MBL-molekula nyaki részéhez kötődik a komplex enzimatikus aktivitásáért felelős MASP2-, valamint MASP1- és MASP3-molekula. Az MBL kötődése – a C1-komplex aktiválásának mechanizmusához hasonlóan – a MASP-enzimek aktivációjához vezet. Ennek eredményeként a MASP2 hasítja a C4-komponenst és a C4b-hez kötődő C2-molekulát. Ezzel a lépéssel a lektin kötődése által elindított reakció a klasszikus út kaszkádjával egyesül.

Az MBL számos olyan tulajdonsággal rendelkezik, melyek révén a veleszületett immunitásnak is fontos eleme (lásd 2. fejezet). Legfontosabb szerepe az, hogy szénhidrátkötő doménjével a mikroorganizmusok felszínén található glikoproteinek és szénhidrátok mannózegységeihez kötődik, így opszonizálja az antigéneket. Különösen fontos a szerepe az MBL-nek – a C1q-molekulával együtt – az apoptotikus sejtek opszonizálásában, majd fagociták általi eliminálásában (lásd később).

Kollektinek

Az MBL-molekula és a hasonló szerkezetű felületaktív proteinek (Surfactant Protein), az SP-A és az SP-D a kollektinek közé sorolható, melyek a Ca2+-függő (C-típusú) lektin szuperfamíliába tartozó, kollagéndomént (CD) tartalmazó fehérjék. Jellegzetes, trimerszerkezetű molekulák, melyet a polipeptidláncok N-terminális végen található, ciszteinben gazdag régiók között kialakuló diszulfidhidak stabilizálnak. A molekulák N-terminális végén kollagénszerű domén található, ami Gly-X-Y alegységekből épül fel. Ezt a domént követi az α-helikális, ún. coiled coil szerkezetű nyakrégió, majd a C-típusú szénhidrát-felismerő rész (CRD – Carbohydrate Recognition Domain). A kollektincsaládba tartozó molekulák CRD-jük közvetítésével ismerik fel a kórokozók sejtmembránjában jelentős mennyiségben előforduló szénhidrátcsoportokat. Az MBL ligandumai a GlcNAc, a ManNAc, a fukóz és a glukóz. Ezek a cukormolekulák jelen vannak a HIV, a St. aureus, a Str. pneumoniae, a C. albicans és azA. fumigatus kórokozók burkában is.Az SP-A a S. aureus, a S. pneumoniae és az A. Fumigatus, valamint a légúti óriássejtes vírus (Respiratory Syncytial Virus, RSV) és a herpeszvírus egyik fajtájának (HSV-1) felismerésére képes. Az SP-D a M. tuberculosis, a Pseudomonas aeruginosa, az A. Fumigatus és aC. albicans, valamint az RSV-patogénekhez kötődik, azok maltóz, mannóz, glukóz, laktóz, galaktóz és GlcNAc-csoportjainak közvetítésével. Mindezek a példák azt mutatják, hogy a kollektinek különböző ligandumspecificitásuk révén a kórokozók széles spektrumát ismerik fel, és fagocitotikus receptorokhoz irányítva, azokat hatékony eliminálják.

Fikolinok

A fikolinok nemrégen azonosított szénhidrát-felismerő molekulák, melyek képesek aktiválni az MBL-utat. Ezek a plazmafehérjék strukturálisan hasonlóak a kollektinekhez, és képesek komplexet alkotni a MASP-molekulákkal. A fikolinok az MBL-molekulához hasonlóan homotrimerekből épülnek fel, amelyek N-terminális kollagénrészből, nyaki régióból és a C-terminális végen található fibrinogén típusú szénhidrát-felismerő doménből állnak. Ez utóbbi révén a fikolinok elsősorban a Gram+-baktériumok sejtfalában jelenlévő N-acetil-glukozamin és a lipotejkolsav molekulákhoz kapcsolódnak Emberben háromféle fikolint írtak le, ezek az L-fikolin, a H-fikolin és az M-fikolin, amelyek az általuk felismert struktúra és szöveti expresszió tekintetében markáns különbséget mutatnak. A H-fikolin jellemzően a Salmonella typhimurium, a Salmonellaminnesota és az Escherichia coli felismerésében fontos, míg az. L-fikolin a S. Typhimuriumhoz kapcsolódik.

Az alternatív úton történő aktiváció

Az alternatív úton történő aktivációban négy szérumfehérje vesz részt: a C3-molekula, a B-faktor, a D-faktor és a kialakuló C3-konvertázenzimet stabilizáló properdin (P). Az aktiválódást a szervezetben kis mértékben folyamatosan keletkező C3(H2O) okozza, ami úgy jön létre, hogy a vízmolekula, mint nukleofil ágens, a C3-molekulán belüli tioészter-csoporttal reagálva hidrolizálja a komplementfehérjét. Ezzel az ún. tick-over mechanizmussal kialakuló C3(H2O) molekula – a C3b-fragmentum szerkezeti homológja – megköti a B-faktort, amit a plazmaenzim D-faktor Ba és Bb fragmentumokra hasít. A nagyobbik, a Bb-fragmentum a C3(H2O)-höz kötődve létrehozza a fluid fázisú C3-konvertázenzimet, ami számos C3-molekulát képes hasítani. A keletkező naszcens C3b nagy része hidrolízissel inaktiválódik (ld. korábban), kisebb része pedig patogének vagy egyéb struktúrák felszínéhez kötődik kovalensen. Az alternatív utat aktiváló anyagokat a 7.5. táblázat foglalja össze. A kötődött C3b-vel asszociáló B-faktort a D-enzim hasítja, aminek eredményeként kialakul az alternatív út C3-konvertáza, a C3bBb* enzimkomplex. Érdekesség, hogy a D-faktor az egyetlen olyan enzim, amit eddig inaktív formában nem sikerült kimutatni; nagy valószínűséggel állandóan aktív állapotban van jelen a testnedvekben.

7.5. táblázat - 7.5. táblázat. Az alternatív utat aktiváló anyagok

Kórokozók, partikulumok

Egyéb faktorok

Bármelyik Ig-vel komplexben lévő kórokozó

Szénhidrátok (agaróz, inulin)

A legtöbb Gram-negatív baktérium

Nyúl és tengerimalac IgG-t tartalmazó immunkomplexek

Számos Gram-pozitív baktérium

Kobraméregfaktor (CVF)

Gomba és élesztősejtfal

Heterológ eredetű vörösvértestek

Vírusok, vírussal fertőzött, tumoros sejtek

Anionos polimerek (dextrán-szulfát)

Paraziták (pl. tripanoszóma)

LPS


A spontán hidrolízissel keletkező C3b különböző felszínekhez való kötődésében fontos szerepe van a sziálsav jelenlétének, ill. hiányának. Az emlős sejtek membránján nagy mennyiségben van jelen sziálsav, ami a véletlenszerűen kötődő C3b-molekulák gyors, H-faktor általi inaktiválását eredményezi, és így a szervezet saját, magvas sejtjein történő komplementaktivációt megakadályozza. Ezzel ellentétben a baktériumok, gombák és egyes vírusok felszíne sziálsavat csak kis mennyiségben tartalmaz, következésképpen a kötődő C3b hosszabb ideig aktív marad, és az alternatív út C3-konvertázenzimének magját képezi. Egyetlen enzimkomplex több mint 1000 szubsztrátot képes hasítani. Ez az enzim csupán rövid ideig (kb. 5 percig) életképes, de ha properdin (P) kötődik hozzá, az stabilizálja és meghosszabbítja a féléletidejét kb. 30 percre. Hasonló hatású a kóros esetekben a C3bBb* komplex ellen termelődő ellenanyag, az ún. nefritikus faktor is. Ez az autoantitest az alternatív C3-konvertázzal komplexet alkotva képes folyamatos komplementaktiválást fenntartani, ami a szervezet saját szöveteinek károsodását eredményezi.

A C3bBb* konvertázenzim hasítja az intakt C3-molekulát. Ez az autokatalikus lépés (ahol az átalakított szubsztrát egyben a konvertázenzim alegysége is) olyan mértékű amplifikációt tesz lehetővé, aminek eredményeként 5 percen belül kb. kétmillió C3b-molekula kötődik az aktivációt elindító antigén felszínére. Tehát a C3b-fragmentum keletkezése erősíti mind a klasszikus, mind az MBL-út aktivációját. Ugyanekkor a C3bBb* mellé kötődő újabb C3b-molekula létrehozza a C5-komponenst specifikusan hasító enzimet, a C3bBbC3b*-komplexet. A C5 hasításával keletkező C5b-fragmentum az aktiváló ágens felszínére kötődik, míg a kisebb peptid, a C5a a környezetbe diffundál.

A klasszikus és az alternatív úton történő aktiváció során keletkező C3 ill. C5 hasító enzimek, valamint a kialakításukban résztvevő fehérjék hasonló szerkezetűek (7.4. táblázat).

A membránkárosító komplex kialakulása

A komplementkaszkád utolsó fázisában az alábbi komponensek vesznek részt: C5, C6, C7, C8 és C9 (7.2. és 7.6. ábra, 7.1. táblázat). Az előzőekben részletezett aktiváció eredményeként keletkező C5b-fragmentum a C6-molekulával reagál. A C5b labilis szerkezetű, és ha a C6 nem kötődik hozzá két percen belül, inaktívvá válik. A komplementaktiváció eddig a pontig a különböző sejtek membránján, ill. egyéb aktiváló ágensek felszínén zajlik. Ezek után azonban, a C5b6-komplex és a C7 molekula kölcsönhatása eredményeként olyan szerkezeti változások történnek a komplexben, amelyek hidrofób régiók feltárulását eredményezik, lehetővé téve azt, hogy a C5b67-komplex a célsejt kettős foszfolipid membránjába mélyedjen. Ha azonban a komplementaktiváció szolúbilis immunkomplexen vagy különböző egyéb (nem sejtes) részecskék felszínén zajlik le, akkor a C5b67-komplex leválik, és a környezetben lévő “ártatlan” sejtek lízisét okozhatja (bystander lysis). Számos autoimmun folyamat során, amely immunkomplexek képződésével jár, ilyen reakció károsítja a környező szöveteket.

A lízishez vezető folyamat során a C8-molekula a membránba süllyedő C5b67 komplexhez kötődik, és egy kb. 10 nm átmérőjű pórust alakít ki a célsejt membránjában. Ez a kis lyuk a vörösvérsejtek líziséhez már elegendő, azonban a magvas sejtek oldásához nem. Ez utóbbi folyamathoz a membránkárosító komplex (Membrane Attack Complex – MAC) kialakulása, azaz számos C9-molekula kötődése és polimerizációja szükséges (7.6. ábra).

7.6. ábra. A membránkárosító komplex (MAC) kialakulása . A komplementaktiválás végső szakaszában a terminális komponensek vesznek részt. A C5 hasítása eredményeként keletkező C5b mellé kötődik a C6-, a C7- és a C8-komponens; ezzel az addig hidrofil komplex hidrofóbbá válik, ami lehetővé teszi annak membránba süllyedését. A célsejt oldódását a C8-hoz kötődő számos C9-molekula polimerizációja által formált pórusok teszik teljessé.

A C9-komponens a citotoxikus aktivitással rendelkező sejtek (CTL, ill. NK) granulumaiból felszabaduló és a célsejtek membránjában pórust formáló perforin molekulákkal rokon fehérje. A MAC kialakulása során 10–16 C9 kötődik egy C5b678-komplexhez. A C9-polimerizátum farsangi fánkra emlékeztető formát alakít ki, és hidrofil-amfifil változás eredményeként a membránba mélyed. A C9-molekulák által kialakított pórus mérete 70-100 nm is lehet, ami lehetővé teszi nemcsak ionok, hanem kis molekulák átjutását is. Ennek eredményeként a sejt elveszíti ozmotikus stabilitását, és az elektrolitek kiáramlása, illetve a kívülről beáramló víz lízishez vezet.