Komplementti (biologia)

Komplementti tai komplementtijärjestelmä (engl. complement tai complement system) on lähteestä riippuen ainakin 20-25 proteiinin muodostama immuunipuolustuksen järjestelmä.^[1]^[2]^[3]^[4] Se osallistuu bakteeri- ja virusinfektioiden torjuntaan.^[1]^[4]^[5] Komplementtijärjestelmän proteiinit syntyvät maksassa^lähde? ja kiertävät veressä ja kudosnesteessä epäaktiivisina entsyymeinä.^[1]^[2] Kun komplementtijärjestelmä aktivoituu esimerkiksi infektion yhteydessä, seuraa moniosainen kemiallisten reaktioiden sarja, jossa edellisen reaktion lopputuote saa aikaan aina seuraavan reaktion, ja lopulta muodostuu useita aktiivisia lopputuotteita.^[2]^[4] Osa komplementtijärjestelmän proteiineista on nimetty isolla C-kirjaimella ja sen perässä olevalla numerolla (C1-C9).^[3]^[4]

Tehtävät

Komplementtijärjestelmän päätehtävät:

Opsonisaatio ja solusyönnin tehostus. Komplementin C3b tarttuu vieraiden solujen pintaan, mikä tehostaa neutrofiilien ja makrofagien solusyöntiä huomattavasti.^[3]^[4]
Tekee reikiä vieraiden solujen solukalvoon. Tämän seurauksena vesi ja ionit pääsevät mikrobin sisälle ja mikrobi kuolee.^[3] Reikiä aiheuttava tekijä on useasta komplementin osasta muodostuva MAC (engl. membrane attack complex)^[3].
Houkuttelee paikalle immuunipuolustukseen osallistuvia soluja (kemotaksis). Komplementin C5a houkuttelee neutrofiileja ja makrofageja.^[4]
Edistää vieraiden solujen takertumista toisiinsa.^[4]
Syöttösolujen ja basofiilien aktivointi. Tähän osallistuvat komplementin osat C3a, C4a ja C5a.^[4] Syöttösolujen ja basofiilien erittämät yhdisteet (histamiini, hepariini, ym.) lisäävät paikallista verenkiertoa ja hiussuonten läpäisevyyttä.^[4]^[5]

Komplementin aktivoituminen

Komplementtijärjestelmä voi aktivoitua kolmella eri tavalla: klassinen reaktiotie (engl. classical pathway), vaihtoehtoinen reaktiotie (engl. alternative pathway) tai lektiinireaktiotie (engl. lectin pathway).^[3]^[6] Vaikka alku on erilainen, kaikissa muodostuu lopulta C3-konvertaasi-nimistä entsyymiä, joka pilkkoo C3:n pienempiin osasiin (C3a ja C3b).^[3] Tästä eteenpäin reaktiot etenevät oleellisesti samalla tavalla.^[3]

Klassinen reaktiotie käynnistyy, kun C1 kohtaa antigeeniin kiinnittyneen vasta-aineen (IgM tai IgG).^[3]^[6]

Vaihtoehtoinen reaktiotie voi käynnistyä komplementin kohdatessa vieraiden solujen pintamolekyylejä ilman vasta-aineita.^[3]^[6]

Lektiinireaktiotie käynnistyy, kun veressä esiintyvä mannoosia sitova lektiini (engl. mannose-binding lectin) tarttuu vieraiden solujen pinnalla oleviin hiilihydraatteihin ja aktivoi C1-proteiinia.^[3]

Klassinen reaktiotie

C1-proteiini tunnistaa aluksi antigeeniin sitoutuneen IgM- tai IgG-vasta-aineen.^[6] Vasta-aineen kyky aktivoida komplementtia riippuu vasta-aineen taipumuksesta sitoa klassisen tien ensimmäistä tekijää.^lähde? Aktivoitunut C1-proteiinin alayksikkö C1s hajottaa proteiineja C4 ja C2.^[6] Tällöin muodostuu C3-konvertaasi (C4b2a).^[6]

Klassisen reaktiotien arvellaan osallistuvan myös ohjelmoidun solukuoleman käynnistäneiden eli apoptoottisten solujen sekä vaurioituneiden solujen eliminaatioon.^lähde? Vasta-aineiden lisäksi CRP voi aktivoida klassista reaktiotietä.^lähde? CRP on mahdollisesti on tärkeä klassisen reaktiotien aktivaattori, kun vasta-aineita ei ole vielä muodostunut.^lähde? ^selvennä CRP aktivoi komplementtia sitouduttuaan solujen negatiivisesti varautuneisiin sokerirakenteisiin, esimerkiksi pneumokokin C-polysakkaridiin ja muihin fosforyylikoliinia sisältäviin solurakenteisiin.^lähde? CRPn laukaisema komplementin aktivaatio etenee yleensä vain C3-tasolle.^lähde?

Vaihtoehtoinen reaktiotie

Vaihtoehtoinen reaktiotie on epäspesifinen, eli se on jatkuvasti heikosti aktiivinen, vaikka immuunijärjestelmä ei olisi kohdannut antigeeniä. Antigeenin tunnistaminen lisää kuitenkin reaktiotien aktiivisuutta.

Reaktiotie alkaa C3:n nestefaasissa tapahtuvasta C3-proteiinin hydrolysaatiosta, jolloin syntyy C3:n aktivoitunut muoto C3i. Reaktio on spontaani, mutta hidas. C3i reagoi B-proteiinin kanssa, jolloin muodostuu C3iB:tä, jonka D-proteiini pilkkoo C3iBb:ksi. C3iBb on aktiivinen C3-konvertaasi, joka esiintyy nestefaasissa muiden C3-konvertaasien toimiessa solun pinnalla.

C3iBb lohkaisee C3-proteiinista C3a-fragmentin, jolloin jäljelle jää herkästi reagoiva C3b*, joka yhtyy joko veteen tai solukalvoon ja muuttuu C3b:ksi. Ensimmäisessä tapauksessa reaktio loppuu, mutta jälkimmäisessä tapauksessa C3b voi reagoida B-proteiinin kanssa ja syntyneestä C3bB-kompleksista D-proteiini irrottaa taas Ba-fragmentin, niin että jäljelle jää C3bBb. C3bBb on kiinni solukalvossa ja toimii C3-konvertaasina ja vahvistaa siten reaktiotietä.

Komplementin lopputuotteet tuhoavat sekä omien että vieraiden solujen seiniä. Siksi isäntäeliön omien solujen pinnoilla on vaihtoehtoisen reaktiotien inaktivaattoriproteiinia, joka suojelee soluja.

Lektiinireaktiotie

Lektiinireaktiotie synnyttää myös C4b2b-proteiinia, mutta reaktiotie ei vaadi C1-proteiinia eikä antigeenin ja vasta-aineen kompleksin tunnistusta. Sitä vastoin MBL-proteiini (engl. mannose binding lectin, mannoosia sitova lektiini) tunnistaa mikro-organismien pinnalla olevia mannoositähteitä. Tällöin seriiniproteiini MASP sitoutuu MBL-proteiiniin ja muodostunut aktiivinen proteiinikompleksi pilkkoo C2:ta ja C4:ää.

MAC-kompleksi

Vaihtoehtoinen, klassinen ja lektiinireaktiotie johtavat kaikki MAC-kompleksin (membrane attack complex, kalvoihin hyökkäävä kompleksi) syntyyn. Edellä mainittujen reaktioteiden synnyttämät C3-konvertaasit muodostavat yhdessä C3b:n kanssa C5-konvertaaseja, mikä panee alkuun lyyttisen reaktiotien. Täydellinen MAC-kompleksi sisältää yhden C5b-, C6-, C7-, C8- ja useita C9-molekyylejä, jotka yhdessä muodostavat vieraan solun läpi tunkeutuvan aukon, jota seuraa ns. osmoottinen lyysi. Ioneja virtaa solun sisään, solu turpoaa vedestä, sen solukalvo alkaa läpäistä makromolekyylejä ja lopulta solu tuhoutuu. Isäntäsolujen pinnalla on CD59-proteiinia, joka estää kompleksin muodostumisen ja suojelee isännän omia soluja kompleksin vaikutuksilta.

Komplementin muut tehtävät

Komplementin aktivaatiossa vapautuvan C2b:n ajatellaan lisäävän hiussuonten läpäisevyyttä. C3a ja C5a ovat voimakkaita anafylatoksiineja ja ne vapauttavat syöttösoluista histamiinia ja muita välittäjäaineita ilman IgE:tä. C5a on tehokkaimpia tulehduksen välittäjiä, C3a on vähemmän tehokas ja C4a vain heikosti anafylatoksinen. C5a on kemotaktinen ja houkuttelee paikalle neutrofiileja granulosyyttejä ja se myös aktivoi niitä.

Opsonisaatio

Pääartikkeli: Opsonisaatio

Opsonisaatio on komplementin tärkein yksittäinen tehtävä. Vaihtoehtoisen reaktiotien päätehtävä onkin päällystää kohdepinta C3b ja iC3b-molekyyleilla fagosytoosia varten. Parasiittien tuhoamisessa pinnalle tarttuneita C3b-molekyylejä tunnistavat eosinofiilisten granulosyyttien C3b-reseptorit.

Puhtaanapito

Antigeeni-vasta-ainekompleksien sakkautumista ehkäisevät komplekseihin tarttuvat C4b- ja C3b-molekyylit. Nämä fagosytoidaan joko välittömästi tai sitten pernassa tai maksassa. Klassisen tien C1q tunnistaa apoptoottisten solujen kalvolla flip-flop-mekanismilla sisäkalvolta siirtyneitä fosfolipidejä ja käynnistää fagosytoinnin.

Lähteet

↑ ^a ^b ^c Hiltunen, E. ym.: Galenos – Johdanto lääketieteen opintoihin, s. 432, 488-489. Helsinki: WSOYpro, 2010. ISBN 978-951-0-33085-2
↑ ^a ^b ^c Nienstedt W. ym.: Ihmisen fysiologia ja anatomia, s. 255. 18. painos. WSOY, 2009. ISBN 978-951-0-35826-9
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k Kumar, V. & Abbas, A. K. & Aster, J. C.: Pathologic Basis Of Disease, s. 88-89. 9. painos. Elsevier Inc., 2015. ISBN 978-1-4557-2613-4 (englanniksi)
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ Hall, J. E. & Guyton, A. C.: Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, s. 438-439. 12. painos. Saunders Elsevier, 2011. ISBN 978-1-4160-4574-8 (englanniksi)
↑ ^a ^b Haug, Sand, Sjaastad: Ihmisen fysiologia, s. 324–327. Porvoo: WSOY, 1999. ISBN 951-0-19882-X
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Sarma JV, Ward PA: The complement system. Cell Tissue Res., Tammikuu 2011, nro 343(1):227-35. PubMed:20838815 doi:10.1007/s00441-010-1034-0 (englanniksi)

[Galenos_–_Johdanto_lääketieteen_opintoihin-1] Hiltunen, E. ym.: Galenos – Johdanto lääketieteen opintoihin, s. 432, 488-489. Helsinki: WSOYpro, 2010. ISBN 978-951-0-33085-2

[:2-2] Nienstedt W. ym.: Ihmisen fysiologia ja anatomia, s. 255. 18. painos. WSOY, 2009. ISBN 978-951-0-35826-9

[:0-3] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k Kumar, V. & Abbas, A. K. & Aster, J. C.: Pathologic Basis Of Disease, s. 88-89. 9. painos. Elsevier Inc., 2015. ISBN 978-1-4557-2613-4 (englanniksi)

[:1-4] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ Hall, J. E. & Guyton, A. C.: Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, s. 438-439. 12. painos. Saunders Elsevier, 2011. ISBN 978-1-4160-4574-8 (englanniksi)

[Haug-5] Haug, Sand, Sjaastad: Ihmisen fysiologia, s. 324–327. Porvoo: WSOY, 1999. ISBN 951-0-19882-X

[:3-6] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Sarma JV, Ward PA: The complement system. Cell Tissue Res., Tammikuu 2011, nro 343(1):227-35. PubMed:20838815 doi:10.1007/s00441-010-1034-0 (englanniksi)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]