Le immunoglobuline (Ig) o anticorpi sono glicoproteine di difesa in gran parte circolanti nel sangue e nella linfa, sintetizzate da linfociti B e plasmacellule, possono riconoscere, precipitare o neutralizzare batteri invadenti e proteine estranee di altre specie. Esse sono codificate da tre gruppi genici localizzati su cromosomi diversi e possono essere raggruppate in cinque classi:
- Le IgG (p.m. 150.000), sono composte da due catene pesanti (p.m. 53.000) e due catene leggere (p.m. 22.000) e contengono il 2-3% di carboidrati. Nell’uomo esse rappresentano il 75% delle immunoglobuline plasmatiche. - Le IgA (p.m 170.000) si trovano nel siero generalmente in forma
monomerica, mentre nei secreti la forma rappresentata è la dimerica. Il loro contenuto di carboidrati è superiore rispetto alle IgG.
- Le IgM (p.m. 900.000) sono gli anticorpi filogeneticamente più antichi, si trovano in forma di pentameri molecolari e contengono il 9-10% di carboidrati. Esse hanno una forte affinità per il complemento e formano complessi antigene/anticorpo/complemento, facilitando i processi di fagocitosi.
- Le IgD (p.m. 160.000) sono monomeri, recettori di superficie delle cellule B mature insieme con le IgM, hanno una emivita breve e sono presenti nel siero ad una concentrazione molto bassa.
- Le IgE (p.m. 190.000) aumentano di numero durante i processi allergici e si trovano nelle secrezioni dell’apparato respiratorio e digerente in forma monomerica. Legano con affinità altissima i recettori Fc di granulociti basofili e mastociti, fungendo per queste cellule da recettori per gli antigeni. Tutte le immunoglobuline possiedono la stessa struttura monomerica, formata da coppie simmetriche di catene polipeptidiche che vengono definite pesanti (heavy o H) o leggere (light o L) in base al loro peso molecolare (Edelman, 1970). Una rappresentazione schematica di un’immunoglobulina IgG è presente in figura 3.
Le catene H delle immunoglobuline hanno un peso molecolare compreso tra 45 e 55 kDa. Nei vertebrati superiori sono rappresentati almeno cinque tipi principali di catene H, detti α, δ, ε, γ e µ, che corrispondono alle principali classi anticorpali.
Le catene H sono caratterizzate dalla presenza di quattro domini: un
dominio aminoterminale, diverso da catena a catena, e detto dominio o regione variabile o VH, e tre domini carbossiterminali, uguali in tutte le
classi di immunoglobuline, che rappresentano i domini o regioni costanti, detti anche CH1, CH2 e CH3.
Figura 3: Struttura schematica di una immunoglobulina IgG.
I domini VL e VH sono deputati al riconoscimento dell’antigene; i domini costanti CH2 e attivano il complemento e quelli CH3 legano i macrofagi
I residui carboidratici in genere sono uniti alle catene pesanti attraverso legami N-glicosidici tra l’azoto amidico di un residuo di asparagina appartenente a CH2 e uno di N-acetilglucosamina dell’unità saccaridica. Le catene L sono composte da 210-220 aminoacidi e hanno un peso molecolare di circa 23 kDa. Nei vertebrati superiori sono presenti diversi isotipi delle catene leggere, κ e λ, che possono associarsi indifferentemente con tutti i tipi di catena pesante. La proporzione fra le catene leggere di tipo κ e λ cambia da specie a specie: mentre nell’uomo il 60% delle catene L è di tipo κ ed il 40% di tipo λ, nel topo la percentuale di catene di tipo κ sale al 90%.
Le catene leggere a loro volta sono caratterizzate dalla presenza di due domini. Il dominio carbossiterminale comprende circa 110 aminoacidi, è identico in tutte le molecole appartenenti allo stesso isotipo ed è detto per questo motivo dominio costante della catena leggera o CL. Il dominio aminoterminale della catena leggera, comprendente un uguale numero di aminoacidi, è detto dominio variabile VL, in quanto esso varia da anticorpo ad anticorpo.
Una singola catena anticorpale, ad esempio una IgG, assume una forma ad Y (Huber et al., 1976) ed è sempre formata da due catene H identiche, che ne definiscono la classe di appartenenza, e da due catene L dello stesso tipo (κ o λ). Ponti disolfuro tengono unite le catene L con le rispettive catene H, e le catene H tra loro. Oltre a legami covalenti di questo tipo la stabilità della struttura anticorpale è mantenuta anche da interazioni idrofobiche. Sull’estremità di ciascun braccio della Y si trovano i domini variabili delle
catene pesanti e leggere; proprio qui si localizzano i due identici siti di legame dell’anticorpo all’antigene (Milstein, 1985).
La regione variabile è l’unica responsabile della specificità per l’antigene, mentre tutte le altre funzioni biologiche come l’attivazione del complemento e l’aderenza ai macrofagi sono espletate dalle strutture presenti nella regione costante.
Il trattamento dell’anticorpo con l’enzima proteolitico papaina ha come risultato la sua scissione in tre frammenti (Porter, 1959). Due di questi sono identici e mantengono la capacità di legare l’antigene in un complesso solubile: essi vengono designati frammenti Fab (Antigen binding
fragments). Il terzo frammento non lega l’antigene e viene chiamato Fc
(Fragment crystallizable) perché si può ottenere in forma cristallina. Un frammento Fab è costituito da parte della catena pesante (VH e CH1) e da tutta la catena leggera (VL e CL), mentre il frammento Fc è composto esclusivamente dai domini costanti CH2 e CH3 delle catene pesanti.
I domini variabili VH e VL sono costituiti da sequenze polipetidiche conservate che agiscono da intelaiatura della molecola e per questo denominate Framework region (FR), intervallate a delle sequenze che possiedono un’alta variabilità aminoacidica rispetto al resto della catena. Queste ultime regioni vengono dette regioni ipervariabili o regioni che
determinano il complemento (CDR1, CDR2, CDR3). Queste regioni
ipervariabili sono le deputate al riconoscimento dell’antigene, la loro estrema variabilità permette al sito di legame di assumere forme molto diverse capace di adattarsi ad un numero enorme di determinanti antigenici differenti.
La presenza dei ponti disolfuro all’interno delle molecole anticorpali le rende delle strutture abbastanza rigide e compatte. L’unica regione flessibile è situata nella regione della catena pesante al confine tra i frammenti Fab ed Fc; tale regione prende il nome di regione cerniera (hinge) e permette ai frammenti Fab di ruotare intorno al frammento Fc e di legare determinanti antigenici relativamente distanti tra loro.