Interazione antigene-anticorpo

Domini immunoglobulinici catena leggera

Variability of amino acids in related proteins Wu & Kabat 1970 Amino acid No. Variability 80 100 60 40 20 120 Cytochromes C Amino acid No. Variability 80 100 60 40 20 120 Human Ig heavy chains

Framework and Hypervariable regions Distinct regions of high variability and conservation led to the concept of a FRAMEWORK (FR), on which hypervariable regions were suspended. Most hypervariable regions coincided with antigen contact points - the COMPLEMENTARITY DETERMINING REGIONS (CDRs) FR1 FR2 FR3 FR4 CDR2 CDR3 CDR1 Amino acid No. Variability 80 100 60 40 20 120

Variabilità degli aminoacidi nelle regioni V delle Ig FR, frame region HV, hyper-variable region

Complementary-Determing Regions CDRs Le 3 regioni HV corrispondono ai 3 CDR • Ciascun dominio VL e VH presenta 3 CDR •I 3 CDR di ciascuna catena sono organizzati spazialmente in modo da costituire una superficie complementare all’antigene

L & H chain folding to yield 3 CDR in each chain to form walls of ag binding groove

Hypervariable CDRs are located on loops at the end of the Fv regions Hypervariable regions

Space-filling model of (Fab)2, viewed from above, illustrating the surface location of CDR loops Light chains Green and brown Heavy chains Cyan and blue CDRs Yellow

Hypervariable loops and framework: Summary The framework supports the hypervariable loops The framework forms a compact b barrel/sandwich with a hydrophobic core The hypervariable loops join, and are more flexible than, the b strands The sequences of the hypervariable loops are highly variable amongst antibodies of different specificities The variable sequences of the hypervariable loops influences the shape, hydrophobicity and charge at the tip of the antibody Variable amino acid sequence in the hypervariable loops accounts for the diversity of antigens that can be recognised by a repertoire of antibodies

Antigens vary in size and complexity Protein: Influenza haemagglutinin Hapten 1,25-diidrossicolecalciferolo

Antigen inserts into a pocket in the antibody Antigen interacts with an extended antibody surface or a groove in the antibody surface Antibodies interact with antigens in a variety of ways Antigen inserts into a pocket in the antibody

Gli antigeni possono legarsi in tasche, grondaie, superfici estese,..

Determinante conformazionale Epitopo discontinuo Determinante “lineare” Epitopo continuo

Coinvolte diverse forze in interazione antigene-anticorpo

Forza dell’interazione antigene-anticorpo •Ciascuna interazione è relativamente debole –richiesto numero elevato di interazioni per avere un’interazione forte tra antigene e anticorpo •Queste interazioni operano a distanza molto breve –10-7 mm = 1 angstrom, Å •Una forte interazione Ag-Ab richiede quindi un elevato grado di complementarità tra Ag e Ab –sebbene singole interazioni possano contribuire maggiormente

Affinità e Avidità - Affinità = forza del singolo legame tra anticorpo e antigene •L’avidità degli anticorpi deriva dalla somma delle affinità di siti di legame multipli •L’affinità di un sito di legame non sempre riflette la reale forza dell’interazione Ag-Ab •Quando antigeni complessi contenenti epitopi ripetuti interagiscono con anticorpi dotati di siti multipli di legame, l’interazione di una molecola di anticorpo con una molecola di antigene in un sito, aumenta la probabilità di reazione tra queste due molecole in un secondo sito •La forza di queste interazioni multiple tra un anticorpo multivalente e l’antigene è detta avidità. •Un’alta avidità può compensare una bassa affinità –le IgM hanno una bassa affinità (generalmente) ma un’elevata valenza (sono pentameriche)

Valenza e avidità nell’interazioni antigene-anticorpo

Fine specificità degli anticorpi

Why do antibodies need an Fc region? The (Fab)2 fragment can - Detect antigen Precipitate antigen Block the active sites of toxins or pathogen-associated molecules Block interactions between host and pathogen-associated molecules but can not activate Inflammatory and effector functions associated with cells Inflammatory and effector functions of complement The trafficking of antigens into the antigen processing pathways

Gli anticorpi eliminano l’antigene con tre meccanismi NEUTRALIZZAZIONE OPSONIZZAZIONE RECLUTAMENTO DI CELLULE ADCC ATTIVAZIONE (FISSAZIONE) DEL COMPLEMENTOa

OPSONIZZAZIONE Fcg-R anticorpi Recettore per Fc macrofago plasmacellula batterio macrofago

Electron micrographs of Antibodies and complement opsonising Epstein Barr Virus (EBV) Negatively stained EBV EBV coated with antibodies and activated complement components EBV coated with a corona of anti-EBV antibodies

ADCC- Citotossicità anticorpo mediata Enzimi litici Perforina Neutrofilo TNF Granzimi Cellula NK Eosinofilo Anticorpo Recettore per Fc Antigene macrofago

Effector mechanisms against extracellular pathogens COMPLEMENT Activation Bacteria in plasma Lysis Ab & COMPLEMENT + Phagocytosis binding Complement & Fc receptor Opsonisation

LE VIE DI ATTIVAZIONE DEL COMPLEMENTO

FUNZIONI DEL COMPLEMENTO LISI OPSONIZZAZIONE ATTIVAZONE INFIAMMAZIONE INSOLUBILIZZAZIONE IMMUNOCOMPLESSI

Antibody + complement- mediated Healthy E. coli Electron micrographs of the effect of antibodies and complement upon bacteria Antibody + complement- mediated damage to E. coli

FUNZIONI DEL COMPLEMENTO LISI OPSONIZZAZIONE ATTIVAZONE INFIAMMAZIONE INSOLUBILIZZAZIONE IMMUNOCOMPLESSI

FUNZIONI DEL COMPLEMENTO LISI OPSONIZZAZIONE ATTIVAZONE INFIAMMAZIONE INSOLUBILIZZAZIONE IMMUNOCOMPLESSI

INSOLUBILIZZAZIONE DEGLI IMMUNOCOMPLESSI FUNZIONI DEL COMPLEMENTO LISI OPSONIZZAZIONE ATTIVAZONE INFIAMMAZIONE INSOLUBILIZZAZIONE IMMUNOCOMPLESSI INSOLUBILIZZAZIONE DEGLI IMMUNOCOMPLESSI

lisi FISSAZIONE DEL COMPLEMENTO anafilotossine anafilotossine batterio profattori profattori Recettore per C3b macrofago batterio lisi