201005 — Padrões na imunologia

Nelson Vaz

Um grande problema (trecho de 170814)

Paralelamente à formação de anticorpos específicos induzidos experimentalmente em animais, ocorre a síntese de imunoglobulinas que não exibem nenhuma capacidade de ligação com a antígeno utilizado. Muitas vezes esta síntese imunoglobulinas inespecíficas é significativamente maior que a produção de anticorpos,

Este não é um aspecto muito investigado das respostas imunes e há duas maneiras opostas de considera-lo. A primeira e mais tradicional, é vê-lo como uma infidelidade ou imprecisão da resposta imune específica, algo que, por motivos desconhecidos, varia de acordo como antígeno, as condições de imunização e fatores ligados ao animal, genéticos e de outra natureza, mas é algo que não tem uma importância central. Esta é uma visão “centrada no antígeno”, ou melhor, centrada no episódio da imunização.

A segunda maneira ver, que vou chamar de “centrada no organismo”, ou em sua fisiologia, considera a imunização como uma perturbação, um distúrbio na fisiologia do corpo, que requer compensações para retomar um equilíbrio perdido. Isto envolve admitir que tal equilíbrio prévio existe e pode ser descrito; que há padrões, parâmetros imunológicos que o organismo mantém estáveis em seu viver normal e que são perturbados pela imunização.

A primeira opção tem com base as teorias imunológicas vigentes, nas quais a produção de imunoglobulinas inespecíficas, sem pertinência com o antígeno, não faz sentido algum e é apenas um aspecto indesejável do que se passa. No segundo modo de ver, tanto os anticorpos quanto as imunoglobulinas rotuladas como inespecíficas participam de processos de restauração de um equilíbrio ameaçado, compensações do distúrbio introduzido pela imunização.

Na primeira opção, os anticorpos surgem em consequência da invasão de um antígeno e todos estes anticorpos, portanto, teriam sempre alguma pertinência a este antígeno e o papel desempenhado pelas imunoglobulinas inespecíficas permaneceria inexplicado; a origem do que se passa é externa ao organismo. No segundo modo de ver, é importante descrever o equilíbrio gerado e mantido pelo organismo e os distúrbios que podem acometer este equilíbrio.

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Alguém disse que algo é ”padronizado” quando conhecer uma metade permite antecipar a outra metade; uma percepção de “ordem”.

A busca de padrões na atividade imunológica é mais complicada do que a de muitas outras variáveis fisiológicas. Isto se deve a duas características da atividade imunológica que não são usualmente ressaltadas, mas são absolutamente básicas: (a) a multiplicidade de componentes acionados em cada evento; e (b) o carácter somático (não herdado) destes componentes.

Comecemos pela origem somática. Os genes que codificam as cadeias polipeptídicas que compõem os receptores linfocitários e as moléculas de imunoglobulinas (anticorpos) não são herdados de nossos pais, assim como são as demais proteínas de nosso corpo. Estes genes são montados por um processo somático que depende do rearranjo (embaralhamento) de segmentos gênicos promovido por proteínas (Rag1/Rag2) provavelmente herdadas por transfecção de um vírus em um peixe ancestral há cerca de 400 milhões de anos. Então, este processo de montagem dos receptores e dos anticorpos a serem expressos nos linfócitos nascentes, acontece de novo em cada organismo, não é um processo herdado.

Em parte em função disso, cada linfócito é um clone, isto é, uma célula, ou um conjunto de células individual ou coletivamente diferente de todas as demais células do organismo. Cada linfócito que surge no tecido linfóide é diferente do linfócito seguinte e daquele que o precedeu, mas quando se divide gera uma cópia exata de si mesmo e o clone cresce. A enorme (quase inconcebível) diversidade de clones linfocitários resultantes deste processo resulta em que haja milhares (milhões?) de linfócitos (anticorpos) diferentes envolvidos em cada evento imunológico. Por isto, a busca de “padrões” na atividade imunológica pode ser mais complicada do que a de qualquer outra variável fisiológica.

Imunogenética da imunogenicidade

Isto se tornou evidente quando, nos anos 1960, decidiu-se estudar a genética da reatividade imunológica pela utilização de moléculas imunogênicas (antígenos) tão simples possível, e optou-se por polímeros sintéticos de aminoácidos, como a poli-L-lisina (PLL) ou a glutamil-lisina (GL). Estes compostos não induzem anticorpos nem em camundongos nem em cobaias, mas podem gerar reações de hipersensibilidade retardada (pápulas após injeção intradérmica) na cobaia.

Cobaias sensibilizadas a PLL reagiam também (cruzado) com a GL. Depois constatou-se que  cobaias formavam anticorpos anti-DNP (anti-dinitrofenil) se injetados com DNP-PLL ou DNP-GL.

Constatou-se também que cobaias formavam anticorpos anti-BPO (anti-benzil-peniciloil) de injetadas com conjugados PLL com benzil-penilicina (BPO-PLL).

Por sorte, havia na época duas raças isogênicas (histocompatíveis, geneticamente homogêneas) de cobaias, conhecidas como raça-2 e raça-13. A raça-2 reagia à DNP-PLL e a raça-13, não (outro golpe de sorte). O F1(2x13) respondia como a raça-2 e 50% dos retrocruzamentos F1x13 respondiam. Nada poderia ser mais claro: um único gene somático (não germinal) dominante era responsável pela resposta à DNP-PLL (Levine, Ojeda & Benacerraf,1963)

Mas daí em diante, a situação passou a ficar cada vez mais confusa. O mesmo gene controlava a resposta a BPO-PLL. Isto parecia impossível, desde que os anticorpos anti-DNP e anti-BPO são proteínas diferentes e, como descrito acima, milhares de moléculas diferentes de imunoglobulinas servem como anticorpos de uma dada especificidade. A conclusão foi, portanto, que a genética do reconhecimento de imunogenicidade não estava diretamente ligada aos genes que codificam a especificidade dos anticorpos. Ou seja, os genes cujos produtos permitem que im material seja reconhecido como imunogênico, e permitem que sejam formados anticorpos para este material, não são os genes que codificam as regiões variáveis (regiões-V) destes anticorpos. O mesmo deveria se passar com os receptores dos linfócitos T (os TCR) que também expressam regiões-V.  Então, além de dois conjuntos de genes-V,  haveria uma terceira classe de genes envolvida no reconhecimento de imunogenicidade. E ao mesmo tempo, alguns destes genes, como o gene Ir de resposta à PLL na cobaia, eram dominantes e controlavam respostas a antígenos diferentes (com DNP-PLL e BPO-PLL).

A vinculação ao MHC

Nos anos 1970, esta linha de investigação se desdobrou em direções inesperadas. Estudos em camundongos com polímeros sintéticos de aminoácidos mais complexos (polímeros ramificados, como TGAL) levaram a detecção de um vínculo entre os genes dominantes de imuno-resposta (genes Ir) e o complexo principal de histocompatibilidade, o MHC): o conjunto de genes que codifica os produtos (as proteínas) mais importantes na rejeição (na incompatibilidade) de transplantes alogênicos (entre organismos da mesma espécie). Até então, estes genes eram estudados apenas como geradores de “antígenos de transplantação).

Havia sido recentemente demostrado que os eventos imunológicos dependem de interações entre diversos tipos celulares, por exemplo, entre macrófagos e linfócitos T, ou entre linfócitos T e B na produção de anticorpos. Constatou-se então que estas interações celulares dentro de um mesmo organismo dependiam dos genes Ir, ou seja, estas interações só eram possíveis entre células que expressam os mesmo produtos do MHC. Este enigma demandou 15 anos de intensa pesquisa para ser resolvido. Em 1985, demostrou-se que, para serem ativados através de seus TCR, os linfócitos T precisam reagir com complexos contendo produtos do MHC e peptídeos resultantes da digestão parcial (intracelular) de proteínas (antígenos).

Ou seja, linfócitos T que “ajudam” linfócitos B a produzir anticorpos (T-auxiliares), não reagem com a forma nativa do antígeno com a qual os linfócitos B (e os anticorpos) reagem. Os linfócitos T que matam células parasitadas  com vírus (T-matadoras) não reagem com os detalhes do vírus aos quais se ligam os anticorpos anti-vírus. Este é o problema conhecido como “restrição pelo MHC” que foi finalmente resolvido pelo que hoje se conhece como  processamento/apresentação de peptídeos. Os produtos dos genes Ir atuam como chaperoninas que levam peptídeos para a membrana celular e os “apresentam” aos TCR envolvidos na ativação dos linfócito T. Daí em diante os linfócitos T ativam outros tipos celulares.

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Procurar “padrões” neste conjunto de eventos parece impossível. Mas este problema começou a ser resolvido por pesquisadores que estudaram “anticorpos naturais”, não os anticorpos resultantes de “respostas imunes:, mas aqueles encontrados em animais sadios que não passaram pelas mãos de imunologistas. Stratis Avrameas, no Instituo Pasteur de Paris, foi um destes pesquisadores. Ele usou placas de Elisa com múltiplos antígenos e mostrou, por exemplo, que crianças submetidas a intervenções cirúrgicas mudavam de forma significativa e duradoura seus “padrões” de formação de anticorpos naturais — melhor dizer “imunoglobulinas naturais” (Miirilas et al., 1987)

Alberto Nóbrega, Mathias Haury e Alf Grandien, no mesmo Instituto Pasteur, no laboratório de Antonio Coutinho, construíram um immunoblot (Panama blot) que permite testar o soro total de animais saudáveis frente a uma mistura complexa de ligantes, tais como o extrato de uma cultura bacteriana inteira, ou um extrato de fígado, ou de cérebro. Com esperado, surgem dezenas, centenas de linhas de reação entre imunoglobulinas no soro e proteínas nestes extratos — uma “floresta de picos”—, que podem ser transformadas em matrizes numéricas e analisadas. Esta “floresta de picos” se estabelece cedo na vida do animal e se mantém robustamente inalterada durante todo o seu viver sadio e podem inclusive se regenerar após a destruição dos linfócitos por irradiação (Nóbrega et al., 2002).  Animais de diferentes linhagens, têm diferentes florestas e isto depende de genes sabidamente ligados à atividade imunológica (Vasconcellos et al., 1998). Algo similar ocorre no ser humano, principalmente com a reatividade das IgM. Este é um tipo de “padrão” a ser estudado na atividade imunológica.

Outro tipo de padrões foram estudados por Irun Cohen e colaboradores, em Israel, pela análise da reação de imunoglobulinas normais com centenas de proteínas diferentes arrumadas em uma lamínula por um braço robótico (Cohen, 2013). Assim como nos resultados obtidos pelo Panamá-blot, os resultados das reações com estes protein-arrays  não visa a detecção de reações específicas como nas reações antigeno-anticorpo. Embora ainda sejam criadas por reações de imunoglobulinas com uma mistura de ligantes, esta análise visa descrever padrões na atividade global do sistema imune.

Este é uma primeira descrição de como podemos chegar a padrões na atividade imunológica.

Resta coemntar como podemos utiliza-los para entender a atividade imunológica.

Bibliografia

Cohen, I. R. (2013). Autoantibody repertoires, natural biomarkers, and system controllers. Trends Immunol, 34(12), 620-625. doi:10.1016/j.it.2013.05.003

Levine, B. B., Ojeda, A. P., & Benacerraf, B. (1963). Studies on artificial antigens. III. The genetic control of the immune response to hapten poly-L-lisine conjugates in guinea pigs. J. Exp. Med. , 118, 953-960.

Mirilas, P., Fesel, C., Guilbert, B., Beratis, N. G., & Avrameas, S. (1999). Natural antibodies in childhood: development, individual stability, and injury effect indicate a contribution to immune memory. J Clin Immunol, 19(2), 109-115. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=10226885

Nobrega, A., Stransky, B., Nicolas, N., & Coutinho, A. (2002). Regeneration of natural antibody repertoire after massive ablation of lymphoid system: robust selection mechanisms preserve antigen binding specificities. J Immunol, 169(6), 2971-2978. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=12218111

Vasconcellos, R., Nobrega, A., Haury, M., Viale, A. C., & Coutinho, A. (1998). Genetic control of natural antibody repertoires: I. IgH, MHC and TCR beta loci. Eur J Immunol, 28(3), 1104-1115.