Štruktúra a funkcia komplementu. Aktivácia a regulácia. Metódy stanovenia

História komplementu objavený v 1893 Julesom Bordetom a nazvaný „alexín“ v 1899 ho Paul Ehrlich premenoval na komplement (kompletizuje funkciu protilátok) netvorí ho jedna látka ale komplex rôznych molekúl

Nomenklatúra zložky komplementu sa označujú písmenom C + číslo v poradí, v akom boli objavené C1 má 3 podjednotky (C1q,2xC1r a 2xC1s) fragmenty proteolytického štiepenia zložiek sa označujú „a“ (menší fragment) a „b“ (väčší fragment) – výnimka C2 ďalšia degradácia fragmentu b sa označuje c, d, ... zložky komplementu resp. komplex zložiek označené nad svojím názvom vodorovnou čiarou majú enzýmovú aktivitu (napr. C4b2b) zložky označené ako faktory (faktor B, D, P, H, I) patria k alternatívnej ceste aktivácie alebo k regulačným proteínom fragment so stratenou biologickou aktivitou sa označuje na začiatku „i“ (napr. iC3b) niektoré zložky majú označenie podľa funkcie (MBP, ...)

Zložky komplementového systému Zložka alebo faktor Mr Priem. konc. v sére (mg/l) Klasický spôsob aktivácie rozpoznávacia jednotka   C1q 410 000 100 C1r 166 000 50 C1s 83 000 aktivačná jednotka C4 204 000 400 C2 115 000 15 C3 180 000 1200 Alternatívny spôsob aktivácie B (C3-proaktivátor) 93 000 200 D (C3-proaktivátor konvertáza) 24 000 1

Zložky komplementového systému Komplex atakujúci membrány (MAC)   C5 180 000 80 C6 128 000 70 C7 121 000 55 C8 174 000 60 C9 79 000 Regulátory aktivity konvertáz C4-bp (proteín viažúci C4b) 570 000 180 H 155 000 500 I (C3b-inaktivátor) 88 000 30 P (properdín) 100 000 až 200 000 20 DAF (faktor urýchľujúci rozklad konvertáz) 70 000 - MCP (gp45-70) (membránový kofaktorový proteín) 45 000 až 75 000 CR1 (CD35) 160 000 až 250 000

Zložky komplementového systému Iné regulátory   C1-INH (C1 inhibítor) 104 000 165 SCPN (sérová karboxypeptidáza N) 300 000 50 CFI (inaktivátor chemotaktického faktora) 160 000 Proteín S (vitronektín) 70 000 až 80 000 350 HRF (homológny reštrikčný faktor) 65 000 -

Aktivácia komplementu všetky zložky okrem faktora D sa syntetizujú v neaktívnom stave aktivácia je kaskádový proces na základe limitovanej proteolýzy amplifikácia signálu aktivácia je prísne regulovaná 3 cesty aktivácie klasická (imunokomplexy, agregáty IgG al. IgM,...) lektínová (Man, NAcGlc, NaAcMan, Glc na povrchu) alternatívna (baktérie, huby, vírusy, nádory, IgA, IgE,...) od vytvorenia C3b je zvyšok cesty rovnaký výsledok – tvorba MAC

Aktivácia komplementu

Klasická cesta aktivácie objavená ako prvá závislá na protilátkach a ich reakcii s antigénom spúšťaná tiež retrovírusmi, mykoplazmami, E. coli, Klebsiella pneumoniae, pneumokokovým polysacharidom, polyaniónmi (heparín, protamín, dextran) dochádza k časovému posunu naštartovania o 4-5 dní CRP má niektoré podobné vlastnosti ako protilátky (opsonizuje cudzorodé častice a spúšťa aj klasickú cestu aktivácie) a vzniká do 1-2 dní

Klasická cesta aktivácie protilátka naviazaná na antigén mení svoju konformáciu C1q sa viaže na protilátku a spôsobí konformačnú zmenu zmena sa prenesie na C1r, ktorý sa autokatalyticky pretransformuje na aktívny enzým – serínovú proteázu C1r štiepi C1s a robí ju aktívnou

Klasická cesta aktivácie C1s štiepi najprv C4 na C4a (anafylatoxín) a C4b C4b má exponovanú tioesterovú väzbu, ktorá ho kovalentne naviaže na blízke bunkové povrchy C2 sa naviaže na C4b a je štiepený C1s na aktívnu serínovú proteázu C2a, ktorá zostáva v komplexe s C4b

Klasická cesta aktivácie C4b2a (C3-konvertáza) štiepi C3 na C3a (anafylatoxín) a C3b (hlavný opsonín) C3b podlieha konformačnej zmene s expozíciou tioesterovej väzby a následne sa viaže na povrchy časť C3b sa viaže na C4b2a a vytvára C5-konvertázu (C4b2a3b)

Klasická cesta aktivácie C4b2a3b štiepi C5 na C5a (anafylatoxín) a C5b tu sa končí enzýmové pôsobenie C5b je labilný a bez C6 sa do 2 min inaktivuje

Klasická cesta aktivácie C5b naviaže C6 a následne C7 prechádza zmenami štruktúry, ktorých výsledkom je expozícia hydrofóbnych častí a integrácia do membrán ak reakcia prebieha na imunokomplexe dochádza k lýze „nevinne sa prizerajúcich buniek“ C5b67 viaže jednu molekulu C8, dôjde k reštrukturalizácii a vytvoreniu asi 10 Å otvoru

Klasická cesta aktivácie posledný krok je polymerizácia 10-16 molekúl C9 vytvorenie otvorov s priemerom 70-100 Å strata homeostázy, prienik enzýmov C5b6789n je označovaný ako MAC (membrány atakujúci komplex

Usmrtenie buniek

Tioesterová väzba

Lektínová cesta aktivácie objavená ako posledná makrofágy po pohltení baktérií produkujú cytokíny, ktoré indukujú tvorbu zápalových proteínov v pečeni kolektín MBP (manose binding protein) sa viaže na sacharidy vo forme tetraméru alebo hexaméru (analóg C1q) následne sa viažu MASP-1 a MASP-2 (MBP asociated serine protease sú analógy C1r a C1s) zvyšok lektínovej cesty je rovnaký s klasickou cestou proteíny lektínovej cesty sú fylogeneticky staršie

Alternatívna cesta aktivácie Schopnosť aktivácie ihneď po vstupe cudzorodých buniek agregovanými IgG, IgA a IgE polysacharidmi (dextrán, zymozán, inulín, agar) LPS (G-), kys. teichoovou (G+) polyaniónmi, DNA vírusmi hubami (kvasinky, plesne) parazitmi mnohými nádorovými bunkami Vyžaduje sa prítomnosť C3b (môže byť aj hydrolyzovaná forma C3(H2O) resp. C3(NH3))

Alternatívna cesta aktivácie C3b viaže faktor B (analóg C2) stáva sa terčom proteázy – faktora D štiepenie na Ba a serínovú proteázu Bb C3bBb (C3-konvertáza) štiepi C3 za vzniku ďalších C3bBb ale aj C3bBbC3b (C5-konvertáza) stabilizácia pomocou properdínu (syntetizovaný neutrofilmi) ďalší postup je rovnaký

Zopakovanie aktivácie

Regulačné proteíny komplementu Typ Cesta Funkcia C1Inh solubilný klasická inhibítor serínovej proteázy, disociuje C1r2s2 od C1q C4bp klasická a lektínová blokuje C4b2a viazaním C4b, kofaktor štiepenia I faktorom H faktor alternatívna blokuje C3bBb viazaním C3b, kofaktor štiepenia I faktorom CR1 a MCP membránový všetky viažu C3b al. C4b, kofaktory DAF urýchľuje disociáciu C3 konv. I faktor serínová proteáza (C4b, C3b) S-proteín terminálna viaže C5b67 a bráni inzercii HRF a MILR blokuje väzbu C9 karboxypepti-dáza N efektorová blokuje anafyl. aktivitu C3a, C4a, C5a odstránením C-koncového Arg

Regulácia komplementu

Biologické účinky komplementu Lýza buniek C5b-C9, MAC Zápalová odpoveď degranulácia mastocytov a bazofilov C3a, C4a, C5a degranulácia neutrofilov C5a degranulácia eozinofilov C3a, C5a extravazácia a chemotaxia leukocytov v mieste zápalu C3a, C5a, C5b67 agregácia trombocytov inhibícia migrácie makrofágov a indukcia ich rozprestrenia Bb uvoľňovanie neutrofilov z kostnej drene C3c uvoľňovanie hydrolytických enzýmov z neutrofilov zvýšenie expresie CR1 a CR3 na neutrofiloch opsonizácia, stimulácia fagocytózy C3b, C4b, iC3b neutralizácia vírusov C3b, MAC solubilizácia a odstraňovanie imunokomplexov C3b

Receptory pre fragmenty komplementu Hl. ligand Aktivita Distribúcia CR1 (CD35) C3b, C4b, iC3b stimuluje degradáciu a fagocytózu, transport IK na erytrocytoch Er, Ne, Ma/Mo, Eo, FDC, B-ly, niektoré T-ly CR2 (CD21) C3d, C3dg, iC3b, EBV súčasť koreceptora B-ly, viaže EBV B-ly, FDC CR3 (CD11b/18) iC3b stimuluje fagocytózu Ne, Ma/Mo, NK, niektoré T-ly CR4 (CD11c/18) C3a/C4a receptor C3a, C4a indukuje degranuláciu mastocytov a bazofilov mastocyty, Ba, Ne, endotelové b. C5a receptor (CD88) C5a indukuje degranuláciu mastocytova a bazofilov mastocyty, Ba, Ne, Ma/Mo, trombocyty, endotelové b. CR1 a CR3 charakterizujú profesionálny fagocyt

Látky, tvoriace kanály Látka Pôvod Štruktúra MAC komplement stavov C5b + C6 + C7 + C8 + 16C9 perforíny CTL a NK cicavcov homológy C9 vyžadujú Ca2+ BPI-proteíny granuly Ne cicavcov účinné proti G-, pôsobia intracelulárne defenzíny 33 AK megainíny obojživelníky 23 AK, proti G+ aj G- sekropíny motýle 35-37 AK lyzíny bezstav. obrúčkavce, mäkkýše, článkonožce, ostnokožce rôzne kolicíny baktérie 500-600 AK streptolyzín O β-hemolytické streptokoky Mr = 69 000 a 57 000 α-toxín Staphylococcus aureus Mr = 34 000 gramicidín A Bacillus brevis lineárny polypeptid 15 AK

Vrodené poruchy komplementu Deficiencia Choroba Dedičnosť C1q SLE, glomerulonefritída, CHPI AR C1r SLE, CHPI C4 SLE, Sjogrenov syndróm, CHPI, autoimunitné choroby C2 SLE, juvenilná reumatoidná artritída, glomerulonefritída AR + HLA C3 CHPI, glomerulonefritída, reumatoidná artritída C5 SLE, chronické neisseriové inf. C6-8 C9 sklerodermia, purpura C1Inh hereditárny angioedém P, D, I CHPI SLE systémový lupus erythematosus, CHPI chronické pyogénne infekcie