Compoziția și structura anticorpilor

Identificarea anticorpilor ca proteine din fracția gamaglobulinei din ser a avut loc în primele trei decenii ale secolului XX. Investigațiile care au dus la aceste concluzii au rezultat din încercările de a oferi un produs mai bun pentru seroterapia pacienților cu boli infecțioase.

În anii 1890, a fost introdus tratamentul cu anticorpi al bolilor infecțioase, iar în primele decenii ale secolului XX, seroterapia a devenit tratamentul de elecție pentru pacienții infectați cu microorganisme precum C. diphtheriae, C. tetani, S. pneumoniae, Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae și streptococul de grup A (Casadevall, 1996). Capitolul 3 relatează dezvoltarea seroterapiei pentru difterie și tetanos. Anticorpii utilizați în aceste terapii au fost inițial obținuți de la cai injectați cu agenții patogeni țintă și/sau cu toxinele acestora. Astăzi știm că injectarea de ser străin (de cal) într-un om poate duce la producerea de anticorpi direcționați împotriva acelor proteine serice străine. Acești anticorpi nou formați pot induce propria lor patologie unică, caracterizată prin febră, erupții cutanate, dureri articulare, anomalii cardiace și disfuncții renale. Această constelație de simptome se numește boala serului și se datorează formării complexelor antigen (ser de cal)-anticorp (anticorpi umani) (capitolul 33). În consecință, acești complecși sunt prinși în vasele mici de sânge, unde activează un răspuns inflamator.

Tentativele de a spori potența anticorpilor de cal împotriva S. pneumoniae și, în același timp, de a diminua incidența sau gravitatea bolii serice și a altor reacții adverse au condus la noi informații despre compoziția anticorpilor. Mai exact, Oswald Avery (1877-1955) a demonstrat că activitatea anticorpilor împotriva S. pneumoniae este conținută în fracțiunea de globulină a serului.

Avery, născut în Halifax, Noua Scoție, s-a mutat cu familia sa la New York la vârsta de 10 ani. Și-a obținut doctoratul în medicină la Universitatea Columbia și a urmat o carieră de cercetător în principal la Institutul Rockefeller de Cercetări Medicale (ulterior Universitatea Rockefeller). Deși și-a început cariera ca imunochimist, Avery și colegii săi, Colin MacLeod și Maclyn McCarty, au creat domeniul biologiei moleculare atunci când au demonstrat, în 1944, că informația genetică este compusă din ADN.

Avery a fracționat serul de cal prin tratare cu diferite concentrații de sulfat de amoniu, o metodă folosită în mod obișnuit pentru precipitarea proteinelor din ser. El a evaluat aceste precipitate din punct de vedere funcțional prin injectarea lor în șoareci care fuseseră inoculați cu o doză letală de S. pneumoniae. Fracțiunile care au precipitat cu 38-42% sulfat de amoniu au oferit cea mai mare protecție. Se știa că această fracție conține globuline și că exclude albumina și euglobulinele. Fracțiunea de globulină a fost, de asemenea, cea mai activă în testele de aglutinare și precipitare in vitro (Avery, 1915).

Rezultate similare cu cele ale lui Avery au fost obținute de alți cercetători în următorii 20 de ani (Chickering, 1915; Fenton, 1931b). Aceste studii au confirmat faptul că anticorpii sunt globuline serice cu o greutate moleculară similară cu alte globuline. Ca urmare, Michael Heidelberger a concluzionat în 1937 că „este general acceptat faptul că anticorpii sunt proteine serice modificate” (Heidelberger și Pedersen, 1937).

Heidelberger (1888-1991), chimist organic, a fost educat la Universitatea Columbia și la Institutul Politehnic Federal din Zurich. Și-a concentrat cercetările asupra izolării și caracterizării polizaharidelor din S. pneumoniae și asupra dezvoltării de tehnici de măsurare a interacțiunilor antigen-anticorp. Heidelberger a efectuat studii extinse pentru a determina metodele optime de precipitare a antigenului de către anticorpi; aceste studii au stat la baza testului cantitativ de precipitină. Pe baza studiilor sale privind legarea anticorpilor, Heidelberger este adesea creditat ca fiind părintele domeniului imunochimiei cantitative.

La mijlocul anilor 1930, identificarea și caracterizarea proteinelor din sânge era un nou și interesant domeniu de studiu. Arne Tiselius (1902-1971) s-a format la Universitatea din Uppsala, Suedia, în domeniul chimiei. El a lucrat inițial cu Theodor Svedberg (1884-1971), care a folosit ultracentrifugarea pentru a separa coloizii, inclusiv proteinele. Svedberg și-a dat seama că proteinele ar putea fi separate și prin modele de migrare într-un câmp electric și i-a sugerat lui Tiselius să se concentreze pe dezvoltarea tehnologiei pentru acest nou domeniu. Până în 1930, Tiselius a descris separarea electroforetică a proteinelor și a primit diploma de doctor în științe pe baza acestei lucrări.

Tiselius (1937a,b) a separat serul prin electroforeză și a demonstrat patru componente cu sarcini electrice diferite. Aceste componente au fost identificate ca fiind albumina și trei fracțiuni de globulină: alfa, beta și gamma (figura 11.2). Pe baza acestei caracterizări a proteinelor serice, Tiselius a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1948 „pentru cercetările sale privind electroforeza și analiza prin adsorbție, în special pentru descoperirile sale privind natura complexă a proteinelor serice.”

Figura 11.2. Modele electroforetice ale serului de la un iepure injectat cu ovoalbumină care conține anticorpi specifici ovalbuminei. Serul a putut fi separat în patru fracțiuni pe baza mobilității electroforetice: albumină, alfa-globuline, beta-globuline și gama-globuline.

Din Tiselius și Kabat (1939).

Elvin Kabat (1914-2000) s-a alăturat laboratorului lui Tiselius după ce și-a obținut doctoratul pentru munca efectuată în laboratorul lui Heidelberger. Kabat, și-a făcut studiile de licență la City College of New York și și-a terminat doctoratul la Universitatea Columbia. Teza de doctorat a lui Kabat s-a axat pe răspunsul anticorpilor la polizaharidele pneumococice. El a demonstrat că anticorpii care aglutinau S. pneumoniae puteau, de asemenea, să precipite polizaharidele izolate din bacterie (Heidelberger și Kabat, 1936). Când a sosit la Uppsala, Suedia, pentru a lucra în laboratorul lui Tiselius, Kabat a adus o mostră de ser de cal care conținea anticorpi împotriva polizaharidelor pneumococice. Tiselius și Kabat au analizat acest ser prin electroforeză și au demonstrat că cea mai mare parte a activității anticorpilor a migrat cu fracțiunea de gamaglobulină (Tiselius și Kabat, 1939).

În următorii 15 ani, mai mulți alți imunochimiști au caracterizat moleculele de anticorpi și s-a ajuns la un consens general că acestea sunt o componentă majoră a fracțiunii de gamaglobulină a serului. Această înțelegere a pregătit terenul pentru următorul progres major în domeniu, care a dus la o analiză detaliată a structurii moleculare a anticorpilor și la dezvoltarea modelului cu patru lanțuri (figura 11.1). Aceste studii au oferit informații despre relația dintre structura și funcțiile biologice ale moleculei.

.