Complement system
Download
Report
Transcript Complement system
Complement system
Complement refers, historically, to fresh
serum capable of lysing antibody (Ab)coated cells.
This activity is destroyed (inactivated) by
heating serum at 56 degrees C for 30
minutes.
Proteins of the Complement System
Complement system is composed of more than 25
different proteins (Table 1), produced by different
tissues and cells including hepatocytes,
macrophages and gut epithelial cells.
These proteins are activated by a variety of agents
and their activation proceeds in a cascade
fashion leading to lysis.
Consequently, an absence of one of the
components in the pathway can disrupt the
cascade and terminate the reaction.
کمپلمان Complement
به مجموعه ای از 20پروتئین پالسما گفته می شود که از نظر شیمیایی و
ایمنولوژیکی با هم تفاوت دارند واین اجزای پروتئینی در سرم بصورت غیرفعال
وجود دارند و تحت تأثیر عوامل خاصی از دو راه فعال می شوند که عبارتند از:
-1مسیر کالسیک Classical pathway
-2مسیر آلترناتیو Alternative pathway
Lectin pathway
-3مسیر لكتین
علت نامگذاری این سیستم به این نام این است که اگر RBCهای گوسفندی را به یک
خرگوش تزریق کنیم بدن خرگوش این RBCها را بعنوان جسم بیگانه شناسائی کرده
و در مقابل آن ها آنتی بادی می سازد لذا سرم این خرگوش را سرم ایمن یا
Immune serumمی گویند.حال اگر گلبول قرمز گوسفند را بااین سرم ایمنی
مجاور سازیم جدار گلبول قرمز لیز شده و سلول پاره می شود یعنی هموالیزیز
Hemolysisاتفاق می افتد .پس در سرم حیوان ایمنی (خرگوش ) موادی وجود
دارند که گلبول بیگانه را همولیز می کنند.
•
•
•
اگر RBCها ی این گوسفند را به سرم خرگوش که قبالً ایمنی
نشده باشد مجاور سازیم همولیز اتفاق نمی افتد لذا الزمۀ همولیز
ایمن بودن سرم است.
اگر سرم خرگوش ایمنی را تا 56درجه حرارت دهیم و سپس
گلبول قرمز گوسفند را با آن مجاور سازیم همولیز صورت نمی
گیرد لذاحرارت موادی را که باعث همولیز می شوند غیرفعال
می کند.
اگر RBCهای گوسفند را بهمراه سرم ایمنی حرارت دیده وسرم
نرمال یک خرگوش مجاور سازیم همولیز صورت می گیرد لذا
نتیجه می شود که مواد الزم برای لیز از سرم نرمال به سرم
حرارت دیده منتقل میشود .با توجه به اینکه آنتی بادی ها در
مقابل حرارت کمی مقاوم هستند لذا می توان فهمید که آنچه از
سرم نرمال به سرم حرارت دیده منتقل شده است چیزی غیر از
آنتی بادی بوده است و در حقیقت مکملی برای آنتی بادی بوده
است لذا این عامل تکمیل کننده را کمپلمان نامیدند.
• پس برای عمل لیز 2فاکتور الزم است
• عاملی که در سرم ایمنی حیوان وجود دارد وبه حرارت مقاوم است و
به آنتی بادی معروف است
• عاملی که از سلول نرمال تأمین شده است وحساس به حرارت است
وبه کمپلمان معروف است .
•
•
•
•
•
خالصۀ تجربیات:
RBC + Immune serum
همولیز آري
RBC + Normal serum
همولیز خیر
Imm. serumحرارت دیده RBC +
همولیز خیر
+ Normal serumسرم ایمن حرارت دیده RBC +
همولیز آري
نامگذاري پروتئین ها ي سیستم کمپلمان
•
9دسته پروتئین که با حروف " "Cبزرگ نشان داده می شود ،هر
کدام با شمارة مربوطه مانند C2 ، C1تاC9 ...
•
بعضي دیگر را با کلمة فاکتور و حروف بزرگ الفبای التین مانند
فاکتور Bیا فاکتور Dو ...
•
دسته اي دیگر حسب کاري که انجام مي دهند مانند بازدارندة C1یا
) (C1inhibitorیا غیر فعال کنندة C3یا )... (C3Inactivator
•
بعضي به صورت اصطالحي نامگذاري شده اند مانند پروتئین Sیا
ویترونکتین ،پروپردین و ...
Components of the Complement System
(1)Complement Components: C1-9, MBL , SP ,
fB , fD
(2) Regulatory Proteins: Properdin , C1INH ,
C4bBp , fH, fI , CR1 , Sp
(3) Complement Receptor: CR1-CR5 , C2aR ,
C3aR , C4aR
Vitronectin
Vitronectin also known as VTN is a
protein which in humans is encoded
by the VTN gene
The protein encoded by this gene is a
member of the pexin family.
Vitronectin is an abundant
glycoprotein found in serum the
extracellular matrix and promotes
cell adhesion and spreading, inhibits
the membrane-damaging effect of
the terminal cytolytic complement
pathway ,and binds to several
serpin serine protease inhibitors. It is
a secreted protein and exists in
either a single chain form or a
clipped, two chain form held together
by a disulfide bond. Vitronectin has
been speculated to be involved in
hemostasis and tumor malignancy
Protein S
Protein S is a vitamin K-dependent plasma
glycoprotein synthesized in the
endothelium.
In the circulation, Protein S exists in two
forms: a free form and a complex form
bound to complement protein C4b
In humans, protein S is encoded by the
PROS1 gene
The best characterized function of Protein S is
its role in the anti coagulation pathway, it
functions as a cofactor to Protein C in the
inactivation of Factors Va and VIIIa. Only
the free form has cofactor activity
Protein S can bind to negatively charged
phospholipids via the carboxylated GLA
domain
This property allows Protein S to function in
the removal of cells which are undergoing
apoptosis
Properdin
Properdin or factor P is a globulin protein found in the blood serum of
more complex animals
In the complement system, an innate-immunity series of proenzymes
dissolved in the circulation, it is also called "Factor P "
t is known that it participates in some specific immune responses. It
plays a part in tissue inflammation as well as the engulfing of
pathogens by phagocytes. In addition it is known to help to
neutralize some viruses.
As a component of the alternative pathway for complement activation
(otherwise known as the "properdin pathway"), it complexes with
another protein, C3b, to stabilize the alternative C3 convertase
(C3bBb) that then cleaves more C3.
پروتئین های کمپلمان پروتئین های پالسمایی هستند که بطور
طبیعی غیر فعال ولی تحت شرایط خاصی فعال شده و
محصوالتی تولید می نمایند که واسطة عملکردهای اجرائی
مختلف سیستم کمپلمان می باشند
فعال شدن کمپلمان شامل پروتئولیز پی در پی پروتئین ها برای
تولید کمپلکس های آنزیمی است که فعالیت پروتئولیتیک دارند
Zymogen
A zymogen( or proenzyme )is an inactive enzyme precursor
A zymogen requires a biochemical change (such as a hydrolysis reaction
revealing the active site, or changing the configuration to reveal the
active site) for it to become an active enzyme
The biochemical change usually occurs in a lysosome where a specific
part of the precursor enzyme is cleaved in order to activate it
The amino acid chain that is released upon activation is called the
activation peptide
The pancreas secretes zymogens partly to prevent the enzymes from
digesting proteins in the cells in which they are synthesised .Fungi also
secrete digestive enzymes into the environment as zymogens
The external environment has a different pH than inside the fungal cell
and this changes the zymogen's structure into an active enzyme
Examples of zymogens: Angiotensinogen , Trypsinogen,
Chymotrypsinogen, Pepsinogen , Most proteins in the coagulation
system , Some of the proteins of the complement system ,Caspases
Proelastase, Prolipase , Procarboxypolypeptidases
پس از فعال شدن پروتئین ها ي سیستم کمپلمان دو محل فعال
یا ) (active siteروي اکثر این مولکول ها ظاهر مي
شود
یکي محلي است با خاصیت آنزیمي براي پروتئین بعدي
شرکت کننده در این مسیر
دیگري مکاني است به عنوان گیرنده براي قطعة شکسته شدة
کمپلمان
پیوند اجزای کمپلمان
محصوالت فعال شدن راه کالسیک کمپلمان به طور کوواالن
به:
سطح سلول های میکروبی
به آنتی بادی بر سطح سلول میکروبی و یا
به آنتی ژن های دیگر
متصل می شوند و فعال می گردند
ویژگی اتصال:
باعث فعال شدن کمپلمان می شود و بنابراین عملکردهای
بیولوژیک سیستم کمپلمان محدود به سطح سلول های
میکروبی یا به محل های اتصال آنتی بادی به آنتی ژن
محدود می شود و در خون رخ نمی دهد
انتخاب راه اصلي یا کالسیک و راه آلترناتیو یا
پروپردین
انتخاب هر یک از این دو راه بستگي به نوع مادة فعال کننده
اي دارد که پروتئین ها ي اولیه را در هر یک از این راه
ها مي توانند فعال نمایند
راه کالسیک
با فعال شدن پروتئین C1آغاز شده و به C9ختم مي شود
راه آلترناتیوبا قطعة C3bآغاز شده و در نیمة مسیر ،یعني
از مولکول C5به راه کالسیک مي پیوندد
نتیجه:
مابقي مسیر یعني از C5تا C9در هر دو راه مشترک است
راه لکتین
این راه توسط بعضي از آنزیمهاي سلولي یا موادي که در سرم
هستند آغاز مي شود و این فعال کننــــده ها مي توانند
مستقیما ً و بدون شرکت پروتئین ها ي اولیه سیستم کمپلمان
را فعال نمایند
از آنزیم هاي شبیه تریپسین که قادر به انجام این کار مي باشند
پالسمین در سیستم فیبرینولیتیک و برخي از آنزیم هاي
لیزوزومي :
در شرایط خاصی در مسیر کالسیک ،مرحلة فعال شدن C1
حذف شده و این مسیر با فعال شدن C2و C4و اجزاء
بعدی ادامه می یابد
MBL
در این ارتباط ماده ای که از نظر ساختمانی بسیار شبیه C1q
است ) (MBLو قادر است به مانان سفاروز متصل شود ،می
تواند کمپلمان را در غیاب مولکول C1qاز مسیر کالسیک
فعال کند
سه پروتئین دیگر که سرین پروتئاز وابسته به MBLهستند
)MBL Assocciated serine protease (MASP
در این مسیر شناخته شده اند
Complement system
I. Concept and composition of the complement system
II. Activation of complement system
III. Regulation of complement activity
IV. Biologic activity of complements
زیموژن
پروتئین هایی که توانائی فعالیت آنزیمی پروتئولیتیکی را بوسیله
عملکرد سایر پروتئازها بدست می آورند زیموژن می نامند
• سیستم کمپلمان را با حرف Cو اجزاء مختلف آن را با عددی که کنار
Cمی نویسند مشخص می کنند ،مثل C2،C1یا C8
• چون این اجزاء بفرم غیر فعال در سرم وجود دارند اگر به فرم فعال
درآیند باالی آن ها خطوط تیره می کشند.
• درروند فعال شدن کمپلمال بعضی از اجزاء به اجزای کوچکتری شکسته
می شوند که معموالً جزء کوچکتر را با حرف aوجزء بزرگتررا با
حرف bنمایش می دهندC3 .ـــــــــ C3aو C3ــــــــ C3b
• هرجزئی که از فرم فعال به فرم غیرفعال تبدیل شود در کنارش ( i
) Inactiveگذاشته می شود،مانند C3bi
• C3بیشترین جزء کمپلمان ومهمترین آن ها می باشد
• سیستم کمپلمان پس از فعال شدن دو کار عمده انجام می دهد:
• درغشاء یاختۀ ، RBCباکتری ،ویروس یا هر سلول دیگری
تغیرات غیرقابل برگشتی ایجاد می کندکه به سیتولیز Cytolysis
معروف است.
• باعث فعال شدن سلول های خاصی می شود که این سلول هادر پدیدۀ
آماس یا Inflammationدخالت دارد .
• عمل دیگر کمپلمان که جزئی از قسمت سیتولیز می باشد بنام
Opsonizationمعروف است که باعث می شود تا بیگانه خواری
بهتر و آسانتر وبا ش ّدت بیشتر انجام شود.
• عواملی که باعث فعالیت کمپلمان از مسیر کالسیک می شوند دو گونه هستند:
• الف) عوامل ایمنولوژیک که مهمترین آن ها Complexآنتی بادی +آنتی ژن می
باشد همچنین IgG3 ،IgG1 ،IgMتجمع یافته و IgG2
• ب) عوامل غیر ایمنولوژیک مثل تریپسین ،پالسمین ،هپارین ،پروتامین سولفات
و بعضی از ویروس ها مثل رتروویروس ها .
• کمپلکس آنتی بادی ــ آنتی ژن در صورتی که آنتی بادی آن از نوع IgMیا IgG
باشد کمپلمان را از این مسیر فعال می نمایند.
• عواملی که باعث فعالیت کمپلمان از مسیر آلترناتیو می شوند:
• IgG4،IgE،IgAتجمع یافته ،بعضی از انگل ها (شیستوزوما )،آندوتوکسین
باکتری ها () LPSگرم منفی ها ،کمپلکس آنتی بادی ها با سلول آلوده به ویروس
از جمله میگزوویروس ها ،بعضی از تومورها ،سم مار کبری
• در فعال شدن کمپلمان از راه کالسیک اولین جزء کمپلمان یعنی C1
وارد عمل می شود ولی در مسیر آلترناتیو نیازی به فعالیت ،C1
C2،C4نمی باشد بلکه فعالیت کمپلمان مستقیما ً از C3شروع می
شود ،لذا در بیمارانی که بصورت ژنتیکی فاقد C1و C4اند مسیر
کالسیک عمل نمی کند .
• آنافیالتوکسین ها
موادی هستند که بر روی بازوفیل ها یا ماست سل ها اثر کرده وباعث
آزاد شدن آمین های بزرگ یا مواد واسطه ای می شوند که این مواد
در گرانول های سیتوپالسمی بازوفیل و ماست سل وجود دارند از
جمله هیستامین که با انقباض عضالت صاف و گشادی مویرگ ها
موجبات خروج پالسما شده ودرنتیجه ورود Igها واجزای کمپلمان را
به داخل محل ضایعه فراهم می سازد.
این عمل موجب آماس ،التهاب ،قرمزی ،گرمی محل وچرکی
شدن ودردناک شدن آن می شود که این پدیده را
Inflammationنامند.
ازجمله مواد آنافیالتوکسین می توان اجزائی از کمپلمان مثل
C3a،C4a،C5aرا نام برد.
ازطرفی C3a ،C4aو C5b6,7خاصیت شیمیوتاکسی
دارند برای سلول های بیگانه خوار یعنی اینکه باعث می
شونداین سلول ها به اطراف این عوامل کشش داشته باشند
پس کمپلمان در پدیدۀ آماس شرکت دارند.
PATHWAYS OF COMPLEMENT
ACTIVATION
The complement activation can be divided into three
pathways:
Classical pathway,
Alternative pathway
Membrane attack pathway
Both classical and alternative pathways lead to the
activation of C5 convertase and result in the
production of C5b which is essential for the
activation of the membrane attack pathway.
Table 1. Proteins of the Complement system
Classical Pathway
Lectin Pathway
Alternative
Pathway
Activation Proteins:
C1qrs, C2, C3, C4
Mannan binding protein
(MBP),
C3, Factors B
& D *,
Properdin
Control Proteins:
C1-INH, C4-BP
Mannan-asociated
Serine Protease
(MASP, MASP2)
Factors I* &
H, DAF, CR1,
etc.
Lytic Pathway
C5, C6, C7,
C8, C9
Protein S
Components underlined acquire enzymatic activity when activated.
Components marked with an asterisk have enzymatic activity in their native form.
DAF: decay accelerating factor
Complement Biosynthetic Sites
•Hepatocytes
•Monocyte/Macrophage
•Hematopoietic
•Fibroblasts
•Endothelial
•Reproductive
•Adipocytes
•Astrocytes
•Neurons
Basic Characteristics of Complement
(1)The complement components interact in
a highly regulated cascade.
(2)Complement serves by amplifying the
response: C1q, C3 convertase
(3)Unstability: 56°C, 30min
(4)Dualism of the functions: physiological
functions, pathological functions
(5)Restriction of reaction: easy to be
inactivated, antibody, suppression
component
CLASSICAL PATHWAY
Complement Components involved in the classical
pathway
(the components were named in order of their discovery)
مراحل مختلف فعال شدن راه کالسیک سیستم کمپلمان
اولین پروتئین راه کالسیک سیستم کمپلمان C1مي باشد که از سه
جزء پروتئیني C1r ، C1qو C1sتشکیل شده است
بطور طبیعي و در افراد سالم این سه جزء محکم به یکدیگر متصل مي
باشند و بصورت جداگانه دیده نمي شوند ولي در موارد پاتولوژیک
مي توان آنها را بطور جداگانه در سرم مشاهده کرد
اتصال مولکول هاي C1r ، C1qو C1sوابسته به یون کلسیم است
وبا خروج یون کلسیم از این مولکول ها هر سه جزء پروتئیني این
ماکرو مولکول از هم جدا خواهند شد
classical pathway
activation stage
recognition stage: IC-C1
activation stage: C1s→C4, C2→C3, C5
attack stage: C5b→C5678(9)n (MAC)
C1q
(1) the biggest molecular weight, composed of 18
polypeptide chains that associate to form six collagen-like
triple helical arm
(2) the only component of complement that circulate in the
serum in functionally active forms
(3) For activation, it need to bind to at least two IgG or one
IgM and need the presence of Ca2+.
(4) Free or soluble Ab can not bind to the complement; the
formation of an antigen-antibody complex induces
conformational changes in the Fc portion of the Ab molecule.
Classical pathway normally requires:
A suitable Ab bound to antigen (Ag)
Complement components 1, 4, 2 and 3
Mg++ and Ca++ Cations
C1 activation
Binding of C1qrs (a calcium-dependent complex), present in
normal serum, to Ag-Ab complexes results in autocatalysis of
C1r.
The altered C1r cleaves C1s and this cleaved C1s becomes
an enzyme (C4-C2 convertase) capable of cleaving both C4
and C2.
ناحیه آزاد کروي شکل سرمولکول که عامل کربوکسیل انتهائي در آنجا
قرار گرفته است گیرنده یا محلي است که به FCمولکول هاي
ایمونوگلبولین متصل مي شود
بنابراین هر مولکول C1qمجموعا ً شش گیرنده یا سر ) (Headبراي
اتصال به ایمونوگلبولین دارد
اتصال یک مولکول C1qبه یک IgGمونومر بسیار ضعیف است
ولي اگر به دو یا چند مولکول IgGمجاور هم در سطح فعال کننده
متصل شود این اتصال محکم است و موجب فعال شدن سیستم
کمپلمان مي گردد
از طرف دیگر اتصال یک مولکول IgMبه C1qبراي فعال شدن
سیستم کمپلمان کافي است
مرحله شناسایي
پس از اتصال قطعة C1qبه فعال کنندة مسیر کالسیک ،قطعة C1rخاصیت
آنزیمي براي فعال کردن قطعة C1sرا پیدا مي کند
براي انجام این فعل و انفعاالت تمام قسمت هاي ماکرو مولکول C1و حضور
یون کلسیم الزامي است
در نتیجة شکسته شدن یک پیوند پپتیدي در مولکول C1sتوسط C1rمولکول
C1sخاصیت آنزیمي هضم کنندة پروتئیني پیدا مي کند که به آن سرین استراز
گویند
طبق تقسیم بندي جدید مراحل کمپلمان به فعالیت و شناسایي C1qتا فعال شدن
خاصیت سرین استرازي مرحله شناسایي مي گویند
مرحله ي فعال شدن آنزیم ها
حال پس از به وجود آمدن آنزیم مرحله ي دوم یا مرحله ي
فعال شدن آنزیم ها آغاز مي شود
در این مرحله آنزیم C1sبترتیب مي تواند پروتئین ها ي
C4و C2را شکسته و بترتیب C4aو C4bبوجود آورد
که C4bبر روي سطح فعال کننده متصل مي گرددپ
C2به C2aو C2bشکسته شده و C2bنیز که جزء
بزرگتر است به C4bدر سطح فعال کننده متصل مي شود
نقش تجزیه کنندگي مولکول C1
بواسطة تترامري از:
C1s-C1r-C1r-C1sیا )(C1s2-C1r2
اعمال مي گردد که به صورت غیر کوواالن با زیر واحد C1qدر ارتباط است
هر دو جزء C1rو C1sدر حقیقت سرین استرازهایي هستند که تا قبل از اتصال
کوواالن C1qبه یک کمپلکس ایمني به حالت غیر فعال باقي مانده بودند
اتصال دو یا چند عد از سرهاي کروي C1qبه مولکول هاي IgMیا IgGسبب
تغییر شکل فضائي مولکول هاي C1rو فعال شدن آنزیمي آن مي گردد
مولکول هاي اخیر خود سبب شکسته و سبب فعال شدن مولکول هاي C1Sمي شوند
حال C1Sنیز به نوبة خود بر روي دو جزء بعدي مسیر کالسیک یعني C4و C2
اثر مي گذارد
یون کلسیم
برای بقاء کمپلکس ) (c1q-c1r2-c1s2بایستی 8یون
کلسیم ) (Ca2+در محیط حضور داشته باشد
موادی نظیر اتیلن دی آمین تترا استیک اسید ) (EDTAو
اتیلن گلیکول تترا استیک اسید ) (EGTAوسیترات که به
عنوان ضد انعقاد استفاده می شوند باعث تجزیه کمپلکس
فوق می گردند
تجزیه مولکول C4
جزء بعدي آبشار کمپلمان مولکول C4است که از
گلیکوپروتئیني با سه زنجیره پپتیدي β ، αو γساخته شده و
زنجیرة αآن حاوي یک پیوند تیواستر داخلي است و بسیار
شبیه پیوند تیواستري است که در مولکول C3نیز وجود
دارد
C1sفعال بر روي زنجیرة αاثر خود را اعمال کرده و از
انتهاي آمیني آن قطعة کوچکي را جدا کرده )(C4aو قطعة
بزرگتري از زنجیره را بنام ) (C4bبر جا مي گذارد
تجزیه مولکول C2
C4bدر حـــالت آزاد بسیار ناپایدار بوده و توسط غیر فعال کنندة
C4bبه سرعت غیر فعال مي گردد ،در این راستا مولکول C2
را نیز تجزیه مي کند
C2پلي پپتیدي تک زنجیره اي است که در حضور یون Mg2+به
مولکول هاي (C2bبزرگتر) که به C4bمتصل مي گردد و
C2aآزاد مي شود
C3- Convertase
حال که مجموعة آنزیمي بوجود آمد خاصیت تبدیل کنندگي C3
را داشته و به همین خاطر بنام تبدیل کنندة C3یا (C3-
) Convertaseنامیده مي شود
این کمپلکس آنزیمي پایدار نبوده و در مدت یک دقیقه از سطح
آنتی ژن یا فعال کننده جدا و غیر فعال مي شود
C3b
C5 Convertase
مولکول C3نیز ا ز دو زنجیره پپتیدي αو βکه بوسیله پیوندهاي دي
سولفیدي به هم متصل هستند درست شده است
آنزیم C3 convertaseقطعة کوچکي از ناحیه نزدیک آمین انتهائي
زنجیرة αاز مولکول C3را جدا کرده و در نتیجه مولکول C3به
دو قطعة C3aو C3bتقسیم مي شود
نیز به مجموعه قبلي متصل شده و کمپلکس جدید
حال قطعة C3b
را بوجود مي آورد
این کمپلکس خاصیت تبدیل کنندگي پروتئین C5را داشته و بنام
C5 Convertaseمعروف است
C5در مسیر کالسیک توسط آنزیم C5کانورتاز شکسته شده و
به دوقطعة C5aو C5bتبدیل مي شود
قطعة کوچک C5aآزاد شده و قطعة C5bبه سطح سلول
متصل باقي مي ماند
آنزیم C5کانورتاز آخرین آنزیم راه کالسیک است