Komplementový systém pomáhá nebo „doplňuje“ schopnost protilátek a fagocytárních buněk odstraňovat patogeny z organismu. Je součástí imunitního systému zvaného vrozený imunitní systém, který není adaptabilní a v průběhu života jedince se nemění. Adaptivní imunitní systém jej však může naverbovat a uvést do činnosti.
Komplementový systém se skládá z řady malých bílkovin, které se nacházejí v krvi, obvykle jsou syntetizovány játry a normálně cirkulují jako neaktivní prekurzory (proteázy). Při stimulaci jedním z několika spouštěčů proteázy v systému štěpí specifické bílkoviny za účelem uvolnění cytokinů a iniciují zesilující kaskádu dalšího štěpení. Konečným výsledkem této aktivační kaskády je masivní zesílení reakce a aktivace membránového útočného komplexu, který zabíjí buňky. Komplementový systém tvoří přes 25 bílkovin a fragmentů bílkovin, včetně sérových bílkovin, sérových bílkovin a receptorů buněčné membrány. Tvoří asi 5% globulinové frakce krevního séra.
Tři biochemické cesty aktivují systém komplementu: klasická cesta komplementu, alternativní cesta komplementu a lektinová cesta.
Koncem 19. století Hans Ernst August Buchner zjistil, že krevní sérum obsahuje „faktor“ nebo „princip“ schopný zabíjet bakterie. V roce 1896 Jules Bordet, mladý belgický vědec v Paříži v Pasteurově institutu, prokázal, že tento princip má dvě složky: jednu, která tento účinek udržuje i po zahřátí, a druhou, která tento účinek ztrácí po zahřátí. Tepelně stabilní složka byla zodpovědná za imunitu proti specifickým mikroorganismům, zatímco tepelně citlivá (tepelně labilní) složka byla zodpovědná za nespecifickou antimikrobiální aktivitu, kterou poskytuje veškeré normální sérum. Tato tepelně labilní složka je to, čemu dnes říkáme „doplněk“.
Termín „komplement“ zavedl Paul Ehrlich koncem 90. let 19. století jako součást své širší teorie imunitního systému. Podle této teorie se imunitní systém skládá z buněk, které mají na svém povrchu specifické receptory pro rozpoznávání antigenů. Po imunizaci antigenem se tvoří více těchto receptorů, které jsou pak z buněk vylučovány, aby cirkulovaly v krvi. Tyto receptory, které dnes nazýváme „protilátky“, nazval Ehrlich „amboceptory“, aby zdůraznil jejich bifunkční vazebnou schopnost: Rozeznávají a vážou se na specifický antigen, ale také rozpoznávají a vážou se na tepelně labilní antimikrobiální složku čerstvého séra. Ehrlich proto pojmenoval tuto tepelně labilní složku „komplement“, protože je to něco v krvi, co „doplňuje“ buňky imunitního systému. Na počátku 30. let 20. století narazil tým vedený renomovanou irskou výzkumnicí Jackie Stanleyovou na velmi důležitý opsonizací zprostředkovaný účinek C3b. Na základě Ehrlichovy práce Stanleyho tým prokázal roli komplementu v vrozené i buňkami zprostředkované imunitní odpovědi.
Ehrlich věřil, že každý amboceptor specifický pro antigen má svůj specifický komplement, zatímco Bordet věřil, že existuje pouze jeden typ komplementu. Na počátku 20. století byl tento spor vyřešen, když se začalo chápat, že komplement může působit v kombinaci se specifickými protilátkami, nebo sám o sobě nespecifickým způsobem.
Funkce doplňku
Membránový útočný komplex způsobující buněčnou lýzu.
Níže jsou uvedeny základní funkce doplňku
Obrázek 2. Klasický a alternativní způsob doplňování.
„Je také užitečné si uvědomit, že větší aktivní fragment C2 byl původně označen jako C2a a v některých textech a výzkumných pracích je tak nazýván dodnes. Zde budeme pro konzistenci nazývat všechny velké fragmenty komplementu b, takže větší fragment C2 bude označen jako C2b. V klasických a lektinových drahách se enzym konveratazy C3 tvoří z membránově vázaného C4b s C2b“ (str.
Tato nomenklatura se používá v jiné literatuře:
„(Všimněte si, že ve starších textech je menší fragment často nazýván C2b a ten větší je z historických důvodů nazýván C2a.)“ (s. 332).
Zadání je však v literatuře mícháno.
Klasická dráha se spouští aktivací C1-komplexu. C1-komplex se skládá z 1 molekuly C1q, 2 molekuly C1r a 2 molekuly C1s, nebo C1qr2s2. K tomu dochází, když se C1q váže na IgM nebo IgG komplex s antigeny. Jediný IgM může iniciovat dráhu, zatímco je potřeba více IgG. K tomu dochází také tehdy, když se C1q váže přímo na povrch patogenu. Taková vazba vede ke konformačním změnám v molekule C1q, což vede k aktivaci dvou molekul C1r. C1r je serinová proteáza. Ty pak štěpí C1s (další serinová proteáza). C1r2s2 složka nyní štěpí C4 a pak C2, čímž vzniká C4a, C4b, C2a a C2b. C4b a C2a se vážou za vzniku klasické dráhy C3-konvertázy (C4b2a komplex), která podporuje štěpení C3 na C3a a C3b; C3b se později spojuje s C4b2a (C3 konvertáza) za vzniku C5 konvertázy (C4b2a3b komplex). Inhibice C1r a C1s je řízena C1-inhibitorem.
C3-konvertáza může být inhibována Decayovým akceleračním faktorem (DAF), který je vázán na plazmatické membrány erytrocytů přes GPI kotvu.
Paroxysmální noční hemoglobinurie je způsobena rozpadem komplementu červených krvinek kvůli neschopnosti vytvářet GPI. Červené krvinky tedy nejsou chráněny proteiny ukotvenými v GPI, jako je DAF.
Alternativní dráha je průběžně aktivována na nízké úrovni, podobně jako motor automobilu při volnoběhu, v důsledku spontánní hydrolýzy C3 v důsledku rozpadu vnitřní thioesterové vazby (C3 je ve vodném prostředí mírně nestabilní). Alternativní dráha nespoléhá na protilátky vázající patogeny jako ostatní dráhy. C3b, který je generován z C3 enzymatickým komplexem konvertázy C3 v tekuté fázi, je rychle inaktivován faktorem H a faktorem I, stejně jako C3b-like C3, který je produktem spontánního štěpení vnitřního thioestru. Naopak, když vnitřní thioester C3 reaguje s hydroxylem nebo aminoskupinou molekuly na povrchu buňky nebo patogenu, je C3b, který je nyní kovalentně vázán na povrchu, chráněn před inaktivací zprostředkovanou faktorem H. Povrchově vázaný C3b může nyní vázat faktor B za vzniku C3bB. Tento komplex za přítomnosti faktoru D bude štěpen na Ba a Bb. Bb zůstane spojen s C3b za vzniku C3bBb, což je alternativní dráha C3 konvertázy. C3bBb komplex je stabilizován vazbou oligomerů faktoru P. Stabilizovaná C3 konvertáza, C3bBbP, pak enzymaticky působí na štěpení mnohem více C3, z nichž některé se kovalentně vážou na stejný povrch jako C3b. Tento nově vázaný C3b rekrutuje více aktivity B,D a P a výrazně zesiluje aktivaci komplementu. Když je komplement aktivován na povrchu buňky, aktivace je omezena endogenními regulačními proteiny komplementu, které zahrnují CD35, CD46, CD55 a CD59, v závislosti na buňce. Patogeny obecně nemají regulační proteiny komplementu (existuje mnoho výjimek, které odrážejí adaptaci mikrobiálních patogenů na imunitní obranu obratlovců). Alternativní dráha komplementu je tedy schopna odlišit sebe od sebe na základě povrchové exprese regulačních proteinů komplementu. Hostitelské buňky nehromadí povrch buněk C3b (a proteolytický fragment C3b nazývaný iC3b), protože tomu brání regulační proteiny komplementu, zatímco cizí buňky, patogeny a abnormální povrchy mohou být silně zdobeny C3b a iC3b. Alternativní dráha komplementu je tedy jedním z prvků vrozené imunity.
Jakmile se na patogenu nebo povrchu buňky vytvoří alternativní enzym C3 konvertáza, může kovalentně vázat další C3b a vytvořit C3bBbC3bP, C5 konvertázu. Tento enzym pak štěpí C5 na C5a, což je silný anafylatoxin, a C5b. C5b pak rekrutuje a sestavuje molekuly C6, C7, C8 a více C9, aby sestavil membránový útočný komplex. Tím se vytvoří díra nebo pór v membráně, který může zabít nebo poškodit patogen nebo buňku.
Lektinova dráha je homologická s klasickou dráhou, ale s opsoninem, lektinem vázajícím manózu (MBL) a ficoliny, místo C1q. Tato dráha je aktivována vazbou MBL na zbytky manózy na povrchu patogenu, která aktivuje serinové proteázy spojené s MBL, MASP-1 a MASP-2 (velmi podobné C1r a C1s), které pak mohou rozdělit C4 na C4a a C4b a C2 na C2a a C2b. C4b a C2a se pak vážou dohromady a vytvářejí C3-konvertázu, jako v klasické dráze. Ficoliny jsou homologické s MBL a fungují prostřednictvím MASP podobným způsobem. U bezobratlých bez adaptivního imunitního systému jsou ficoliny rozšířeny a jejich vazebné specifičnosti diverzifikovány, aby kompenzovaly nedostatek rozpoznávacích molekul specifických pro patogen.
Aktivace komplementů protilátkou asociovanou s antigenem
V klasické dráze se C1 váže se svými C1q podjednotkami na Fc fragmenty (tvořené CH2 oblastí) IgG nebo IgM, které vytvořily komplex s antigeny. C4b a C3b jsou také schopny se vázat na antigen asociované IgG nebo IgM, na jeho Fc část (viz obrázek 2).
Takovou vazbu komplementu zprostředkovanou imunoglobulinem lze interpretovat tak, že komplement využívá schopnost imunoglobulinu detekovat a vázat se na nesamosprávné antigeny jako vodítko. Samotný komplement je schopen vázat nesamosprávné patogeny poté, co detekuje jejich molekulární vzorce spojené s patogeny (PAMPs), nicméně s využitím specifičnosti protilátky jsou komplementy schopny detekovat nesamosprávné nepřátele mnohem konkrétněji. Musí existovat mechanismy, které komplementy vážou na Ig, ale nezaměřují svou funkci na Ig, ale na antigen.
Na obrázku 2 jsou znázorněny klasické a alternativní dráhy s pozdními kroky aktivace komplementu schematicky. Některé složky mají různá vazebná místa. V klasické dráze se C4 váže na C1q asociovaný s Ig a C1r2s2 enzym štěpí C4 na C4b a 4a. C4b se váže na C1q, Ig asociovaný s antigenem (konkrétně na jeho Fc část), a dokonce i na povrch mikrobů. C3b se váže na Ig asociovaný s antigenem a na povrch mikrobů. Schopnost C3b vázat se na Ig asociovaný s antigenem by účinně působila proti imunitním komplexům asociovaným s antigenem a protilátkami, aby byly rozpustné. Na obrázku se C2b vztahuje k většímu z fragmentů C2.
Regulace komplementového systému
Komplementový systém má potenciál extrémně poškozovat hostitelské tkáně, což znamená, že jeho aktivace musí být přísně regulována. Komplementový systém je regulován proteiny kontrolujícími komplementy, které jsou přítomny ve vyšší koncentraci v krevní plazmě než samotné proteiny komplementu. Některé proteiny kontrolující komplementy jsou přítomny na membránách vlastních buněk a brání tak jejich zacílení komplementem. Příkladem je CD59, známý také jako protectin, který inhibuje polymerizaci C9 během tvorby membránového útočného komplexu. Klasická cesta je inhibována inhibitorem C1, který se váže na C1, aby zabránil jeho aktivaci.
Předpokládá se, že komplementární systém může hrát roli u mnoha nemocí s imunitní složkou, jako je Barraquerův-Simonův syndrom, astma, lupus erythematosus, glomerulonefritida, různé formy artritidy, autoimunitní onemocnění srdce, roztroušená skleróza, zánětlivé onemocnění střev a poranění při ischemii-reperfuzi. a odmítnutí transplantovaných orgánů.
Komplementový systém se také stále více podílí na onemocněních centrálního nervového systému, jako je Alzheimerova choroba a další neurodegenerativní stavy, jako jsou poranění míchy.
Nedostatky terminální dráhy predisponují jak k autoimunitnímu onemocnění, tak k infekcím (zejména Neisseria meningitidis, vzhledem k roli, kterou hraje membránový útočný komplex při napadání gramnegativních bakterií).
Mutace v komplementovém regulátorovém faktoru H a membránovém kofaktorovém proteinu jsou spojovány s atypickým hemolyticko-uremickým syndromem. Společný jednonukleotidový polymorfismus v faktoru H (Y402H) je navíc spojován s běžnou oční chorobou věkem podmíněnou makulární degenerací. Polymorfismy komplementové složky 3, komplementového faktoru B a komplementového faktoru I, jakož i odstranění komplementového faktoru H-příbuzného faktoru 3 a komplementového faktoru H-příbuzného faktoru 1 také ovlivňují riziko rozvoje věkem podmíněné makulární degenerace. Obě tyto poruchy jsou v současnosti považovány za důsledek aberantní aktivace komplementu na povrchu hostitelských buněk.
Mutace v genu C1 inhibitoru mohou způsobit dědičný angioedém, což je autoimunitní onemocnění, které je důsledkem snížené regulace dráhy komplementu.
Mutace v MAC složkách komplementu, zejména C8, jsou často spojovány s rekurentní Neisseriální infekcí.
Diagnostické nástroje pro měření aktivity komplementu zahrnují test celkové aktivity komplementu.
Nedávný výzkum naznačil, že komplementární systém je během HIV/AIDS manipulován tak, aby dále poškozoval tělo.