A composição e estrutura dos anticorpos
A identificação de anticorpos como proteínas na fração gama-globulina do soro ocorreu durante as primeiras três décadas do século XX. As investigações que levaram a estas conclusões resultaram das tentativas de fornecer um produto melhor para a seroterapia a pacientes com doenças infecciosas.
Na década de 1890, o tratamento de anticorpos para doenças infecciosas foi introduzido, e nas primeiras décadas do século XX, a terapia sérica tornou-se o tratamento de escolha para pacientes infectados com microorganismos como C. diphtheriae, C. tetani, S. pneumoniae, Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae, e Streptococcus do grupo A (Casadevall, 1996). O capítulo 3 relata o desenvolvimento da seroterapia para difteria e tétano. Os anticorpos usados nestas terapias foram inicialmente derivados de cavalos injetados com os patógenos alvo e/ou suas toxinas. Hoje sabemos que a injeção de soro estranho (cavalo) em um ser humano pode resultar na produção de anticorpos direcionados contra essas proteínas estranhas do soro. Estes anticorpos recém-formados podem induzir a sua própria patologia única caracterizada por febre, erupção cutânea, dor articular, anomalias cardíacas e mau funcionamento dos rins. Esta constelação de sintomas é denominada doença sérica e é devida à formação de complexos antigénio (soro de cavalo)-anticorpos (anticorpos humanos) (Capítulo 33). Estes complexos estão consequentemente presos em pequenos vasos sanguíneos onde activam uma resposta inflamatória.
Tentativas para aumentar a potência dos anticorpos do cavalo contra S. pneumoniae enquanto simultaneamente diminui a incidência ou gravidade da doença sérica e outras reacções adversas levaram a novas informações sobre a composição dos anticorpos. Especificamente, Oswald Avery (1877-1955) demonstrou que a atividade dos anticorpos contra S. pneumoniae está contida na fração globulínica do soro.
Avery, nascido em Halifax, Nova Escócia, mudou-se com sua família para Nova York aos 10 anos de idade. Ele recebeu seu MD da Universidade de Columbia e seguiu uma carreira de pesquisa principalmente no Instituto Rockefeller de Pesquisa Médica (mais tarde a Universidade Rockefeller). Embora ele tenha iniciado sua carreira como imunochemista, Avery e seus colegas, Colin MacLeod e Maclyn McCarty, criaram o campo da biologia molecular quando demonstraram, em 1944, que a informação genética é composta de DNA.
Soro de cavalo fracionado por tratamento com várias concentrações de sulfato de amônio, um método comumente usado para precipitar proteínas do soro. Ele avaliou estes precipitados funcionalmente injetando-os em ratos que haviam sido inoculados com uma dose letal de S. pneumoniae. As frações que precipitavam com 38-42% de sulfato de amônio proporcionavam a maior proteção. Esta fração era conhecida por conter globulinas e excluir albumina e euglobulinas. A fração globulina também foi a mais ativa nos ensaios de aglutinação e precipitação in vitro (Avery, 1915).
Resultados similares aos de Avery foram obtidos por outros investigadores durante os próximos 20 anos (Chickering, 1915; Fenton, 1931b). Estes estudos confirmaram que anticorpos são globulinas séricas com um peso molecular semelhante a outras globulinas. Como resultado, Michael Heidelberger concluiu em 1937 que “é geralmente aceito que anticorpos são proteínas séricas modificadas” (Heidelberger e Pedersen, 1937).
Heidelberger (1888-1991), um químico orgânico, foi educado na Universidade de Columbia e no Instituto Politécnico Federal em Zurique. Ele concentrou sua pesquisa no isolamento e caracterização dos polissacarídeos de S. pneumoniae e no desenvolvimento de técnicas para a medição das interações antígeno-anticorpo. Heidelberger realizou extensos estudos para determinar métodos ideais de precipitação de antígenos por anticorpos; estes estudos formaram a base para o teste quantitativo de precipitina. Com base em seus estudos de ligação de anticorpos, Heidelberger é freqüentemente creditado como o pai do campo da imunoquímica quantitativa.
Em meados dos anos 30, a identificação e caracterização das proteínas do sangue foi um novo campo de estudo emocionante. Arne Tiselius (1902-1971) treinado na Universidade de Uppsala, Suécia, em química. Ele trabalhou originalmente com Theodor Svedberg (1884-1971), que usava a ultracentrifugação para separar colóides, incluindo proteínas. Svedberg percebeu que as proteínas também podiam ser separadas por padrões de migração em um campo elétrico, e sugeriu que Tiselius focasse no desenvolvimento da tecnologia para este novo campo. Em 1930, Tiselius descreveu a separação eletroforética de proteínas e recebeu seu título de Doutor em Ciências baseado neste trabalho.
Tiselius (1937a,b) separou soro por eletroforese e demonstrou quatro componentes com diferentes cargas elétricas. Estes componentes foram identificados como albumina e três frações de globulina: alfa, beta e gama (Figura 11.2). Baseado nesta caracterização das proteínas séricas, Tiselius recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1948 “por sua pesquisa em eletroforese e análise de adsorção, especialmente por suas descobertas a respeito da natureza complexa das proteínas séricas”
Figure 11.2. Padrões eletroforéticos de soro de um coelho injetado com ovoalbumina contendo anticorpos específicos de ovalbumina. O soro poderia ser separado em quatro frações baseadas na mobilidade eletroforética: albumina, alfa globulinas, beta globulinas e gamaglobulinas.
De Tiselius e Kabat (1939).
Elvin Kabat (1914-2000) juntou-se ao laboratório de Tiselius depois de ganhar seu PhD pelo trabalho realizado no laboratório da Heidelberger. Kabat, recebeu sua formação universitária na City College of New York e completou seu doutorado na Columbia University. A tese de doutorado de Kabat concentrou-se na resposta de anticorpos a polissacarídeos pneumocócicos. Ele demonstrou que anticorpos que aglutinavam S. pneumoniae também poderiam precipitar polissacarídeos isolados da bactéria (Heidelberger e Kabat, 1936). Quando chegou em Uppsala, Suécia, para trabalhar no laboratório de Tiselius, Kabat trouxe uma amostra do soro do cavalo que continha anticorpos para polissacarídeos pneumocócicos. Tiselius e Kabat analisaram este soro por eletroforese e demonstraram que a maior parte da atividade de anticorpos migrou com a fração gamaglobulina (Tiselius e Kabat, 1939).
Durante os próximos 15 anos vários outros imunoquímicos caracterizaram moléculas de anticorpos, e um consenso geral foi alcançado de que eles são um componente importante da fração gamaglobulina do soro. Este entendimento estabeleceu o estágio para o próximo grande avanço no campo, levando a uma análise detalhada da estrutura molecular dos anticorpos e o desenvolvimento do modelo de quatro cadeias (Figura 11.1). Estes estudos proporcionaram insights sobre a relação entre a estrutura e as funções biológicas da molécula.