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Antígenos
APUNTES DE INMUNOLOGÍA GENERAL
4. Antígenos
INDICE:
4.1 PROPIEDADES GENERALES
4.2 FACTORES QUE CONDICIONAN LA INMUNOGENICIDAD
4.2.1 Factores de la molécula inmunogénica
4.2.1.1 Carácter de no-propia
4.2.1.2 Tamaño molecular
4.2.1.3 Heterogeneidad en la composición química
4.2.1.4 Degradabilidad
4.2.2 Factores del sistema biológico
4.2.2.1 Genotipo del receptor
4.2.2.2 Dosis y ruta de administración del antígeno
4.2.2.3 Adyuvantes ( coadyuvantes)
4.3 EPITOPOS
4.3.1 Propiedades de los epitopos de células B
4.3.2 Propiedades de los epitopos reconocidos por células T
4.4 HAPTENOS
4.5 MITÓGENOS Y SUPERANTÍGENOS
4.5.1 Mitógenos
4.5.2 Superantígenos
4.1 PROPIEDADES GENERALES
Se definen como antígenos aquellas sustancias capaces de inducir una repuesta
inmune específica.
Los antígenos exhiben (o pueden mostrar) una serie de propiedades inmunológicas:
 inmunogenicidad: capacidad de inducir una respuesta inmune específica,
humoral y/o celular. En este sentido, antígeno sería sinónimo de inmunógeno.
células B + Ag → células plasmáticas + células B de memoria
células T + Ag → células T efectoras + células T de memoria.
 antigenicidad: capacidad de combinarse con anticuerpos y/o con receptores de
células T (TCR). si una molécula es inmunogénica, también es antigénica; sin
embargo, la inversa no siempre es verdad: p. ej., más adelante en este capítulo
hablaremos de los haptenos, que por sí mismos no desencadenan respuesta
inmune, pero que pueden ligarse a Ac preformados.
 alergenicidad: capacidad de inducir algún tipo de respuesta alérgica. Los
alergenos son inmunógenos que tienden a activar ciertos tipos de respuestas
humorales o celulares que dan síntomas de alergia.
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 tolerogenicidad: capacidad de inducir una falta de respuesta específica en la rama
celular o en la humoral.
4.2 FACTORES QUE CONDICIONAN LA INMUNOGENICIDAD
El sistema inmune reconoce moléculas de los microorganismos, pero no todos los
tipos de moléculas tienen la misma capacidad inmunogénica:
 las más inmunogénicas son las proteínas
 los hidratos de carbono poseen menor capacidad inmunogénica
 los lípidos y los ácidos nucleicos sólo son inmunogénicos cuando van unidos a
proteínas o a carbohidratos.
Por otro lado, hay que tener ya presente que en la rama humoral pueden actuar de
inmunógenos todos los tipos moleculares que acabamos de citar, mientras que en la
rama celular sólo lo son las proteínas.
A continuación trataremos los factores que condicionan la inmunogenicidad de los
antígenos, diferenciando los que dependen de la propia molécula antigénica y los que
dependen del sistema biológico (el hospedador donde ocurre la respuesta inmune).
4.2.1 Factores de la molécula inmunogénica
4.2.1.1 Carácter de no-propia
Ante todo, la molécula ha de ser reconocida como una molécula extraña, ajena al
individuo. Tenemos pues, que un primer rasgo condicionador de la inmunogenicidad
es el grado de falta de parecido entre el antígeno con respecto a moléculas propias.
 En general, moléculas que han divergido ampliamente en los distintos linajes
evolutivos actúan como buenos inmunógenos en especies heterólogas.
 En cambio, moléculas evolutivamente conservadas (como el colágeno, el
citocromo c) no son buenas inmunógenas.
 Por otro lado, ciertas moléculas propias pueden actuar como autoantígenos,
debido a que proceden de órganos inmunológicamente privilegiados
(secuestrados respecto del sistema inmune) en las fases tempranas del
desarrollo (p. ej., del esperma, tejido de la córnea).
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4.2.1.2 Tamaño molecular
En general, se puede decir que, a mayor tamaño, mayor inmunogenicidad. Sustancias
de unos 100.000 dalton (Da) suelen ser buenos inmunógenos, mientras que las de
menos de 5.000-10.000 Da son malos inmunógenos.
4.2.1.3 Heterogeneidad en la composición química
A mayor heterogeneidad de composición química, mejor inmunogenicidad.
 Los copolímeros sintéticos repetitivos de un solo aminoácido, o los
polisacáridos a base de un solo azúcar son malos inmunógenos.
 La poli [glu-lys] requiere tener 30-40 kDa de p.m. para ser inmunogénica;
 pero el poli {[glu-lys]-tyr} sólo requiere 10 kDa;
 si al anterior copolímero lo volvemos más complejo añadiendo unidades de
phe (fenilalanina), ya sólo se necesitan tamaños moleculares de 4 kDa para
desencadenar respuesta inmune.
La complejidad química se expresa también en el hecho de que contribuye la
estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de las proteínas.
4.2.1.4 Degradabilidad
Sólo las moléculas degradables por el hospedador son buenas inmunógenas. Como
veremos, ello se debe a que la inmunidad humoral y la celular dependen de la
activación de los linfocitos TH, que a su vez depende de que éste reconozca antígeno
degradado, procesado y presentado por moléculas MHC-II de las células
presentadoras de antígeno (APC).
Las moléculas no degradables no son buenas inmunógenas. Por ejemplo, los
polímeros de D-aminoácidos no pueden ser degradados por los macrófagos (éstos no
tienen enzimas hidrolíticas adecuadas), por lo que no pueden se procesados y
presentados a los linfocitos TH.
En general, las moléculas grandes e insolubles son mejores inmunógenos, ya que son
mejor fagocitadas y procesadas.
4.2.2 Factores del sistema biológico
4.2.2.1 Genotipo del receptor
La influencia del genotipo del hospedador se puede comprobar en experimentos
usando razas puras de animales de laboratorio. Supongamos que disponemos de una
raza pura A que induce altos niveles de Ac en respuesta a un determinado Ag, y otra
raza B que produce bajos niveles de Ac ante ese mismo Ag. Los individuos de la F1
procedentes del cruce de AxB exhiben niveles intermedios de Ac al ser enfrentados
con el citado Ag.
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Por análisis de retrocruzamiento se comprobó que los genes que controlan la mayor o
menor respuesta se cartografiaban en una zona concreta de un cromosoma, dentro del
llamado complejo principal de histocompatibilidad (MHC).
Las proteínas sintetizadas por dicho complejo MHC funcionan para presentar el Ag
procesado a las células T, y juegan un papel esencial en determinar el grado de
respuesta a cada antígeno.
Aparte de la dotación de alelos del complejo MHC que cada individuo posee, existen
otros genes que también influyen en el grado de respuesta inmune, como los que
codifican el BCR, el TCR y los de citoquinas. Esto será tratado en el capítulo
dedicado a la regulación de la respuesta inmune.
4.2.2.2 Dosis y ruta de administración del antígeno
Para cada inmunógeno experimental existe un protocolo de administración más
adecuado, que supone usar una determinada ruta y cierta dosis, lo que condiciona una
respuesta inmune óptima. Determinar estos parámetros reviste un especial interés a la
hora de la administración de las vacunas.
Dosis:
 dosis muy bajas de Ag pueden no estimular a los linfocitos (falta de respuesta);
 dosis demasiado altas pueden provocar un estado activo de tolerancia
inmunológica, por el que los linfocitos entran en una situación de no
respuesta.
 dosis adecuadas son capaces de estimulación.
 Un protocolo de dosis repetidas espaciadas a lo largo de varias semanas es
mejor que una dosis única, porque provoca una mayor proliferación clonal de
linfocitos T y B específicos.
Rutas de administración: determinan a qué organo linfoide irá a parar el antígeno.
 por vía oral se estimula sobre todo el MALT del tracto digestivo (pero al
mismo tiempo se puede inducir tolerancia sistémica).
 por vía parenteral:
 intravenosa: el antígeno podrá quedar retenido en el bazo
 intradérmica
 subcutánea: el antígeno terminará en algún ganglio regional
 intramuscular
 intraperitoneal
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4.2.2.3 Adyuvantes ( coadyuvantes)
Los adyuvantes son sustancias que cuando se mezclan con un Ag y se inyectan con
él, mejoran la inmunogenicidad de ese antígeno.
Algunos adyuvantes y sus mecanismos de acción:
A. Alúmina: sales insolubles de sulfato alumínico-potásico. Actúa mediante
varios mecanismos:
1. precipita el antígeno. Al inyectarse va liberando el antígeno lentamente, con
lo que se suministra un estímulo persistente (el Ag dura varios días en el
lugar donde se inoculó).
2. El Ag precipitado tiene mayor tamaño, por lo que puede ser fagocitado más
fácilmente, y por lo tanto es presentado más efectivamente.
3. Inducción de granulomas.
B.
Adyuvantes de Freund: el adyuvante incompleto de Freund consiste en una
solución acuosa con el Ag, junto con un aceite mineral y un agente dispersante
(p. ej., el manoleato). El adyuvante completo de Freund es como el incompleto,
pero incorpora una suspensión de Mycobacterium muertos por calor.
1. Ambas versiones liberan lentamente el Ag, con lo que se logra un estímulo
persistente.
2. El macrófago aumenta en su superficie el número de moléculas B7, lo que
facilita su interacción con el receptor CD28 del linfocito TH. Como veremos
en
otro capítulo, ello suministra la llamada señal coestimulatoria, que
potencia la interacción entre MHC (del macrófago), Ag procesado y TCR (de
la célula T).
3. Además, el completo es más potente porque suministra muramil-dipéptidos
de la pared celular de las micobacterias: ello permite una buena activación
de macrófagos, que liberan la citoquina IL-1, que a su vez activa a los
linfocitos TH.
4. El completo induce igualmente mejor los granulomas. El granuloma es una
infiltración celular, con una masa densa y rica en macrófagos, con lo que se
mejora el procesamiento y presentación del Ag. Se provoca una buena
liberación de IL-1 de los macrófagos, que activan a los linfocitos TH.
C.
Polirribonucleótidos sintéticos: estimulan la proliferación inespecífica de
linfocitos.
D. Lipopolisacárido bacteriano (LPS): igual efecto que el anterior.
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Recientemente se están ensayando los liposomas: el antígeno se encierra en
liposomas o se une a la bicapa lipídica de este tipo de vesículas membranosas.
4.3 EPITOPOS
Los epitopos o determinantes antigénicos son cada uno de los sitios discretos de una
macromolécula que son reconocidos individualmente por un anticuerpo específico o
por un TCR específico. Son las regiones inmunológicamente activas de un
inmunógeno (las que se unen de hecho a un receptor de linfocitos o a un Ac libre).
Por lo tanto, a partir de ahora habremos de acostumbrarnos a pensar en los antígenos
como estructuras complejas que suelen constar de varios tipos de epitopos, cada uno
de ellos capaz de unirse con un Ac o un TCR específico diferente. En este sentido,
las macromoléculas son antígenos multivalentes, con muchos tipos de determinantes
antigénicos distintos.
 Si hablamos de Ag proteicos, esta unión suele implicar varios niveles de la
estructura del antígeno, desde la primaria a la terciaria (y, en su caso) a la
cuaternaria.
 En el caso de los polisacáridos, las ramificaciones debidas a distintos enlaces
glucosídicos suponen conformaciones peculiares que son reconocidas de modo
específico.
Diferencias en el modo de reconocimiento por parte de células B y T
Unión con el Ag
Epítopos células B
Binaria: Ig - Ag
Epítopos de células T
Ternaria: TCR - Ag – MHC
(Reconocimiento restringido por el
haplotipo)
¿Se une a Ag
soluble ?
¿Requiere MHC ?
Naturales química del
epítopo
Propiedades del
epítopo
Si
No
Proteína, Lípido,
Polisacárido
- Parte externa, accesible
- Hidrófilo
- Movilidad (flexibilidad)
- Secuencial o
conformacional
No
Si
Ünicamente proteinas
- Parte interna, desnaturalizada
- Anfipático
- Péptido lineal; unido a MHC
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4.3.1 Propiedades de los epitopos de células B
1. El tamaño de un epitopo depende del tamaño del sitio de unión que posea la
inmunoglobulina específica respectiva. Cada sitio de unión a un epitopo en una
inmunoglobulina se denomina paratopo.
2. Los epitopos de células B de proteínas nativas suelen consistir en varios
aminoácidos hidrófilos de la superficie de la proteína, y son los que están más
accesibles al Ac libre o al Ac de membrana (del BCR).
3. Los epitopos reconocidos por células B pueden ser secuenciales (es decir, una
serie de aminoácios contiguos) o no secuenciales (también llamados
conformacionales).

Los epitopos secuenciales suelen depender de regiones en forma de
bucle, situadas entre cadenas a consecutivas.

Los epitopos conformacionales dependen de la configuración nativa
de la proteína.
4. Si desnaturalizamos una proteína, se perderán los epitopos conformacionales pero
permanecerán los secuenciales.
5. Los epitopos de B tienden a situarse en regiones flexibles de la molécula,
capaces de "moverse" molecularmente. Parece que ello tiende a facilitar el
encaje con las regiones complementarias (paratopo) del Ac.
6. La mayor parte de la superficie de una proteína globular es potencialmente
antigénica, y consiste en numerosos epitopos parcialmente superpuestos. Ahora
bien, dada una determinada proteína, no todos los epitopos son igualmente
inmunogénicos para distintos individuos de la misma especie. Para cada
individuo y para cada Ag suele existir un epitopo llamado inmunodominante.
4.3.2 Propiedades de los epitopos reconocidos por células T
Antes de desarrollar las características de estos epitopos describiremos
sucintamente una serie de estudios clave que señalaron las diferencias esenciales
entre el modo en que las células T reconocen los epitopos respecto a lo visto para las
células B:
Estudios de Benacerraf (1959):
 si inmunizamos un animal por primera vez con una proteína nativa, se puede
observar una respuesta celular primaria.
 Si inmunizamos al mismo animal una segunda vez con la misma proteína
nativa, se puede observar una respuesta celular secundaria
 La "sorpresa" (para las expectativas de la época) llega cuando esa segunda
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inoculación se hace con la proteína desnaturalizada: también ocurre una
respuesta celular secundaria (algo que no ocurre con la respuesta humoral).
La explicación a este fenómeno no llegó hasta los años 80: fue entonces cuando se
descubrió que los linfocitos T no reconocen Ag soluble, sino Ag procesado, de modo
que los péptidos resultantes son presentados en asociación con MHC.
 El tamaño del epitopo de células T queda determinado por el tamaño del surco
de unión al Ag de la molécula de MHC.
 Las moléculas de MHC-I unen péptidos de entre 8 y 11 aminoácidos.
 Las moléculas de MHC-II unen péptidos de entre 11 y 17 aminoácidos.
 Los péptidos antigénicos reconocidos por células T forman un complejo
trimolecular junto con el TCR del linfocito T y el MHC de la célula presentadora
o diana. El antígeno reconocido por células T tiene dos zonas de unión: una para
ligarse al TCR, denominada epitopo, y otra para engarzar al MHC, denominada
agretopo.
 Los péptidos antigénicos implicados en el complejo trimolecular proceden del
procesamiento intracelular del inmunógeno proteico original.
 Los antígenos reconocidos por las células T presentan péptidos anfipáticos.
Precisamente, quizá la función del procesamiento sea "desplegar" el Ag y exponer
estas regiones internas anfipáticas, de modo que la porción hidrófoba suele actuar
de agretopo, mientras que la porción hidrófila actúa de epitopo propiamente
dicho.
 Por programas de ordenador es posible predecir en una proteína aquellas
regiones anfipáticas de tamaño adecuado que teóricamente podrían
actuar como péptidos antigénicos. Esto se refleja en el llamado "índice
anfipático", y se está aplicando actualmente al diseño de vacunas
sintéticas peptídicas (como en el caso de la malaria).
 También se puede recurrir por ordenador a medir el "índice de
protrusión" de distintas partes de las proteínas: las zonas con menor
protrusión son mejores candidatas a funcionar como péptidos de
célulasT.
5. Debido a que los Ag reconocidos por células T lo son unidos a las moléculas de
MHC del individuo, y debido a que a su vez existe una gran diversidad de alelos
de MHC en las poblaciones de una especie, los epitopos inmunodominantes en
cada individuo dependen en parte del juego de moléculas MHC de ese individuo
(lo cual, depende de su dotación genética, obviamente). En una proteína sólo una
minoría de zonas peptídicas tienen capacidad para unirse a las moléculas MHC de
cada individuo, y de esas zonas, sólo algunos estimulan de hecho a la célula T.
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4.4 HAPTENOS
Se define como hapteno aquel grupo químico definido, de pequeño tamaño, que por
sí mismo es incapaz de desencadenar una respuesta inmune (es decir, no es
inmunógeno), pero que unido covalentemente a una molécula portadora se comporta
como inmunógeno (llegando a constituir el único determinante inmunodominante del
conjugado).
En los años 20 y 30 Karl Landsteiner realizó unos famosos experimentos que
mostraron por primera vez la asombrosa especificidad del sistema inmune.
 como haptenos empleó una serie de derivados del benceno, como el
dinitrofenol (DNP), en configuraciones distintas (orto, meta, para), así como
distintos derivados a base de distintos sustituyentes en determinadas posiciones
conocidas.
 Como molécula portadora empleó la seroalbúmina bovina (BSA).
 Obtenía así distintas versiones de conjugados BSA-DNP.
 Inyectaba conjugados BSA-DNP en un animal de laboratorio, esperaba a que
se produjera la respuesta inmune, y tras una sangría, obtenía suero enriquecido en
anticuerpos frente al hapteno (antisuero específico).
 Finalmente, ponía en contacto el antisuero con el hapteno original, y en
paralelo, con otros haptenos consistentes en variantes del original.
Las conclusiones que se pueden extraer de estos experimentos son:
 Casi más importante que la naturaleza química concreta del hapteno es la
configuración global del mismo (obsérvese que el hapteno equivale a un
epitopo inmunodominante) a la hora de determinar si dicho hapteno puede
reaccionar (y en qué cuantía) con el antisuero (anticuerpos).
 En los experimentos se puede comprobar igualmente la existencia de algunas
reacciones cruzadas, sobre todo cuando dos haptenos comparten una
configuración parecida.
 Igualmente se puede advertir de estos experimentos la enorme diversidad
posible de anticuerpos: cualquier estructura química definida, natural o
artificial, puede dar origen, si va unida a un portador, a anticuerpos
específicos.
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4.5 MITOGENOS Y SUPERANTIGENOS
4.5.1 Mitógenos
Los mitógenos son agentes capaces de inducir la proliferación de una gran cantidad
de clones de linfocitos T y/o B, de modo inespecífico (por lo que también se
denominan activadores policlonales).
Ejemplos de mitógenos:
 Lectinas: conllevan la aglutinación de células (entre ellas linfocitos), pero aquí
nos interesan sobre todo por su capacidad de activación policlonal de células T, B,
o de ambas. Como ejmplos de lectinas tenemos:
 concanavalina A (conA), que es mitógeno de células T
 fitohemaglutinina (PHA), que es mitógenos de células T
 mitógeno de fitolaca (PWM), que es mitógeno tanto de T como de B.
 Lipopolisacárido (LPS) de bacterias Gram negativas. Su actividad como mitógeno
reside en la porción de lípido A.
4.5.2 Superantígenos
Los superantígenos son unos potentes activadores policlonales de células T que
expresan secuencias comunes en sus receptores: llegan a activar hasta la quinta parte
del total de estos linfocitos). Esta activación es independiente de la especificidad
hacia una combinación particular de Ag procesado-MHC.
Unen la porción Vβ del TCR y lo entrecruzan con la parte externa del MHC, fuera
del surco que normalmente sirve para exponer y presentar el antígeno. De esta forma,
entrecruzan de modo inespecífico las células TH con las APC, de modo que los
linfocitos T se activan sin haber reconocido Ag procesado y presentado en el surco
de MHC-II de las APC. El resultado es que un gran número de clones de células T
segregan grandes niveles de citoquinas, lo que puede llevar a shock y a muerte.
Ejemplos de superantígenos son ciertas toxinas de Staphylococcus aureus, como la
toxina del síndrome del choque tóxico (TSS-1), o la enterotoxina.
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