‍ Complement system

‍Complement system Complement refers, historically, to fresh serum capable of lysing antibody (Ab)-coated cells. This activity is destroyed (inactivated) by heating serum at 56 degrees C for 30 minutes.

Proteins of the Complement System Complement system is composed of more than 25 different proteins (Table 1), produced by different tissues and cells including hepatocytes, macrophages and gut epithelial cells. These proteins are activated by a variety of agents and their activation proceeds in a cascade fashion leading to lysis. Consequently, an absence of one of the components in the pathway can disrupt the cascade and terminate the reaction.

کمپلمان Complement به مجموعه ای از 20 پروتئین پلاسما گفته می شود که از نظر شیمیایی و ایمنولوژیکی با هم تفاوت دارند واین اجزای پروتئینی در سرم بصورت غیرفعال وجود دارند و تحت تأثیر عوامل خاصی از دو راه فعال می شوند که عبارتند از: 1- مسیر کلاسیک Classical pathway 2- مسیر آلترناتیو Alternative pathway 3- مسير لكتين Lectin pathway علت نامگذاری این سیستم به این نام این است که اگر RBC های گوسفندی را به یک خرگوش تزریق کنیم بدن خرگوش این RBC ها را بعنوان جسم بیگانه شناسائی کرده و در مقابل آن ها آنتی بادی می سازد لذا سرم این خرگوش را سرم ایمن یا Immune serum می گویند.حال اگر گلبول قرمز گوسفند را بااین سرم ایمنی مجاور سازیم جدار گلبول قرمز لیز شده و سلول پاره می شود یعنی همولایزیز Hemolysis اتفاق می افتد . پس در سرم حیوان ایمنی (خرگوش ) موادی وجود دارند که گلبول بیگانه را همولیز می کنند.

اگر RBC ها ی این گوسفند را به سرم خرگوش که قبلاً ایمنی نشده باشد مجاور سازیم همولیز اتفاق نمی افتد لذا لازمۀ همولیز ایمن بودن سرم است. • اگر سرم خرگوش ایمنی را تا 56 درجه حرارت دهیم و سپس گلبول قرمز گوسفند را با آن مجاور سازیم همولیز صورت نمی گیرد لذاحرارت موادی را که باعث همولیز می شوند غیرفعال می کند. • اگر RBC های گوسفند را بهمراه سرم ایمنی حرارت دیده وسرم نرمال یک خرگوش مجاور سازیم همولیز صورت می گیرد لذا نتیجه می شود که مواد لازم برای لیز از سرم نرمال به سرم حرارت دیده منتقل میشود. با توجه به اینکه آنتی بادی ها در مقابل حرارت کمی مقاوم هستند لذا می توان فهمید که آنچه از سرم نرمال به سرم حرارت دیده منتقل شده است چیزی غیر از آنتی بادی بوده است و در حقیقت مکملی برای آنتی بادی بوده است لذا این عامل تکمیل کننده را کمپلمان نامیدند.

پس برای عمل لیز 2 فاکتور لازم است • عاملی که در سرم ایمنی حیوان وجود دارد وبه حرارت مقاوم است و به آنتی بادی معروف است • عاملی که از سلول نرمال تأمین شده است وحساس به حرارت است وبه کمپلمان معروف است . • خلاصۀ تجربیات: • همولیز آري RBC + Immune serum • همولیز خير RBC + Normal serum • همولیز خير Imm. serumحرارت دیده RBC + • همولیز آري Normalserum + سرم ايمن حرارت دیده RBC +

نامگذاري پروتئین ها ي سيستم کمپلمان • 9 دسته پروتئين که با حروف "C" بزرگ نشان داده می شود ، هر کدام با شمارة مربوطه مانند C1 ، C2 تا... C9 • بعضي ديگر را با کلمة فاکتور و حروف بزرگ الفبای لاتين مانند فاکتور B يا فاکتور D و ... • دسته اي ديگر حسب کاري که انجام مي دهند مانند بازدارندة C1 يا (C1inhibitor) يا غير فعال کنندة C3 يا (C3Inactivator) ... • بعضي به صورت اصطلاحي نامگذاري شده اند مانند پروتئين S يا ويترونکتين ، پروپردين و ...

Components of the Complement System • Complement Components: C1-9, MBL , SP , fB , fD • (2) Regulatory Proteins: Properdin , C1INH , C4bBp , fH, fI , CR1 , Sp • (3) Complement Receptor: CR1-CR5 , C2aR , C3aR , C4aR

Vitronectin Vitronectinalso known asVTNis aproteinwhich in humans is encoded by theVTNgene The protein encoded by this gene is a member of thepexinfamily. Vitronectin is an abundantglycoproteinfound in serum theextracellular matrixand promotescell adhesionand spreading, inhibits the membrane-damaging effect of the terminal cytolyticcomplement pathway, and binds to severalserpinserine protease inhibitors. It is a secreted protein and exists in either a single chain form or a clipped, two chain form held together by a disulfide bond.Vitronectin has been speculated to be involved inhemostasis andtumormalignancy

Protein S Protein Sis avitamin K-dependent plasmaglycoproteinsynthesized in the endothelium. In the circulation, Protein S exists in two forms: a free form and a complex form bound tocomplementprotein C4b In humans, protein S is encoded by thePROS1gene The best characterized function of Protein S is its role in the anti coagulation pathway, it functions as a cofactor to Protein C in the inactivation of Factors Va and VIIIa. Only the free form has cofactor activity Protein S can bind to negatively charged phospholipids via the carboxylated GLA domain This property allows Protein S to function in the removal of cells which are undergoing apoptosis

Properdin Properdin or factor Pis aglobulinproteinfound in the bloodserumof more complexanimals In thecomplementsystem, an innate-immunity series of proenzymes dissolved in the circulation, it is also called "Factor P" t is known that it participates in some specific immune responses. It plays a part in tissueinflammation as well as the engulfing of pathogens by phagocytes. In addition it is known to help to neutralize some viruses. As a component of the alternative pathway for complement activation (otherwise known as the "properdin pathway"), it complexes with another protein, C3b, to stabilize the alternative C3 convertase (C3bBb) that then cleaves more C3.

پروتئین های کمپلمان پروتئین های پلاسمایی هستند که بطور طبیعی غیر فعال ولی تحت شرایط خاصی فعال شده و محصولاتی تولید می نمایند که واسطة عملکردهای اجرائی مختلف سیستم کمپلمان می باشند فعال شدن کمپلمان شامل پروتئولیز پی در پی پروتئین ها برای تولید کمپلکس های آنزیمی است که فعالیت پروتئولیتیک دارند

Zymogen Azymogen (orproenzyme) is an inactiveenzymeprecursor A zymogen requires abiochemicalchange (such as ahydrolysisreaction revealing the active site, or changing the configuration to reveal the active site) for it to become an active enzyme The biochemical change usually occurs in alysosomewhere a specific part of the precursor enzyme is cleaved in order to activate it Theamino acidchain that is released upon activation is called the activationpeptide Thepancreassecretes zymogens partly to prevent the enzymes from digestingproteinsin thecellsin which they are synthesised. Fungialso secretedigestive enzymesinto the environment as zymogens The external environment has a differentpHthan inside the fungal cell and this changes the zymogen's structure into an active enzyme Examples of zymogens: Angiotensinogen , Trypsinogen, Chymotrypsinogen, Pepsinogen , Most proteins in the coagulation system , Some of the proteins of the complement system ,Caspases Proelastase, Prolipase , Procarboxypolypeptidases

پس از فعال شدن پروتئین ها ي سيستم کمپلمان دو محل فعال يا (active site) روي اکثر اين مولکول ها ظاهر مي شود يکي محلي است با خاصيت آنزيمي براي پروتئين بعدي شرکت کننده در اين مسير ديگري مکاني است به عنوان گيرنده براي قطعة شکسته شدة کمپلمان

پیوند اجزای کمپلمان محصولات فعال شدن راه کلاسیک کمپلمان به طور کووالان به: سطح سلول های میکروبی به آنتی بادی بر سطح سلول میکروبی و یا به آنتی ژن های دیگر متصل می شوند و فعال می گردند

ویژگی اتصال: باعث فعال شدن کمپلمان می شود و بنابراین عملکردهای بیولوژیک سیستم کمپلمان محدود به سطح سلول های میکروبی یا به محل های اتصال آنتی بادی به آنتی ژن محدود می شود و در خون رخ نمی دهد

انتخاب راه اصلي يا کلاسيک و راه آلترناتيو يا پروپردين انتخاب هر يک از اين دو راه بستگي به نوع مادة فعال کننده اي دارد که پروتئین ها ي اوليه را در هر يک از اين راه ها مي توانند فعال نمايند

راه کلاسيک با فعال شدن پروتئين C1 آغاز شده و به C9 ختم مي شود راه آلترناتيوبا قطعة C3b آغاز شده و در نيمة مسير ، يعني از مولکول C5 به راه کلاسيک مي پيوندد نتيجه: مابقي مسير يعني از C5 تا C9در هر دو راه مشترک است

راه لکتین اين راه توسط بعضي از آنزيمهاي سلولي يا موادي که در سرم هستند آغاز مي شود و اين فعال کننــــده ها مي توانند مستقيماً و بدون شرکت پروتئین ها ي اوليه سيستم کمپلمان را فعال نمايند از آنزيم هاي شبيه تريپسين که قادر به انجام اين کار مي باشند پلاسمين در سيستم فيبرينوليتيک و برخي از آنزيم هاي ليزوزومي : در شرایط خاصی در مسیر کلاسیک ، مرحلة فعال شدن C1حذف شده و این مسیر با فعال شدن C2و C4و اجزاء بعدی ادامه می یابد

MBL در این ارتباط ماده ای که از نظر ساختمانی بسیار شبیه C1qاست (MBL)و قادر است به مانان سفاروز متصل شود ، می تواند کمپلمان را در غیاب مولکول C1q از مسیر کلاسیک فعال کند سه پروتئین دیگر که سرین پروتئاز وابسته به MBLهستند MBL Assocciated serine protease(MASP) در این مسیر شناخته شده اند

Complement system I. Concept and composition of the complement system II. Activation of complement system III. Regulation of complement activity IV. Biologic activity of complements

زیموژن پروتئین هایی که توانائی فعالیت آنزیمی پروتئولیتیکی را بوسیله عملکرد سایر پروتئازها بدست می آورند زیموژن می نامند

سیستم کمپلمان را با حرف C و اجزاء مختلف آن را با عددی که کنار C می نویسند مشخص می کنند ، مثل C1،C2 یا C8 • چون این اجزاء بفرم غیر فعال در سرم وجود دارند اگر به فرم فعال درآیند بالای آن ها خطوط تیره می کشند. • درروند فعال شدن کمپلمال بعضی از اجزاء به اجزای کوچکتری شکسته می شوند که معمولاً جزء کوچکتر را با حرف a وجزء بزرگتررا با حرفb نمایش می دهند. C3ـــــــــ C3aوC3ــــــــ C3b • هرجزئی که از فرم فعال به فرم غیرفعال تبدیل شود در کنارش i ( Inactive ) گذاشته می شود،مانند C3bi • C3 بیشترین جزء کمپلمان ومهمترین آن ها می باشد

سیستم کمپلمان پس از فعال شدن دو کار عمده انجام می دهد: • درغشاء یاختۀ RBC ، باکتری ، ویروس یا هر سلول دیگری تغیرات غیرقابل برگشتی ایجاد می کندکه به سیتولیز Cytolysis معروف است. • باعث فعال شدن سلول های خاصی می شود که این سلول هادر پدیدۀ آماس یا Inflammation دخالت دارد . • عمل دیگر کمپلمان که جزئی از قسمت سیتولیز می باشد بنام Opsonization معروف است که باعث می شود تا بیگانه خواری بهتر و آسانتر وبا شدّت بیشتر انجام شود.

عواملی که باعث فعالیت کمپلمان از مسیر کلاسیک می شوند دو گونه هستند: • الف) عوامل ایمنولوژیک که مهمترین آن ها Complex آنتی بادی + آنتی ژن می باشد همچنین IgM، IgG1،IgG3 تجمع یافته و IgG2 • ب) عوامل غیر ایمنولوژیک مثل تریپسین ، پلاسمین ، هپارین ، پروتامین سولفات و بعضی از ویروس ها مثل رتروویروس ها . • کمپلکس آنتی بادی ــ آنتی ژن در صورتی که آنتی بادی آن از نوع IgM یا IgG باشد کمپلمان را از این مسیر فعال می نمایند. • عواملی که باعث فعالیت کمپلمان از مسیر آلترناتیو می شوند: • IgA،IgE،IgG4تجمع یافته ،بعضی از انگل ها (شیستوزوما )،آندوتوکسین باکتری ها (LPS )گرم منفی ها ، کمپلکس آنتی بادی ها با سلول آلوده به ویروس از جمله میگزوویروس ها ، بعضی از تومورها ،سم مار کبری

در فعال شدن کمپلمان از راه کلاسیک اولین جزء کمپلمان یعنی C1 وارد عمل می شود ولی در مسیر آلترناتیو نیازی به فعالیت C1، C4،C2 نمی باشد بلکه فعالیت کمپلمان مستقیماً از C3 شروع می شود، لذا در بیمارانی که بصورت ژنتیکی فاقد C1و C4 اند مسیر کلاسیک عمل نمی کند . • آنافیلاتوکسین ها موادی هستند که بر روی بازوفیل ها یا ماست سل ها اثر کرده وباعث آزاد شدن آمین های بزرگ یا مواد واسطه ای می شوند که این مواد در گرانول های سیتوپلاسمی بازوفیل و ماست سل وجود دارند از جمله هیستامین که با انقباض عضلات صاف و گشادی مویرگ ها موجبات خروج پلاسما شده ودرنتیجه ورود Igها واجزای کمپلمان را به داخل محل ضایعه فراهم می سازد.

این عمل موجب آماس، التهاب ، قرمزی ، گرمی محل وچرکی شدن ودردناک شدن آن می شود که این پدیده را Inflammation نامند. ازجمله مواد آنافیلاتوکسین می توان اجزائی از کمپلمان مثل C5a،C4a،C3a را نام برد. ازطرفی C4a، C3aوC5b6,7 خاصیت شیمیوتاکسی دارند برای سلول های بیگانه خوار یعنی اینکه باعث می شونداین سلول ها به اطراف این عوامل کشش داشته باشند پس کمپلمان در پدیدۀ آماس شرکت دارند.

PATHWAYS OF COMPLEMENT ACTIVATION The complement activation can be divided into three pathways: Classical pathway, Alternative pathway Membrane attack pathway Both classical and alternative pathways lead to the activation of C5 convertase and result in the production of C5b which is essential for the activation of the membrane attack pathway.

Complement Biosynthetic Sites •Hepatocytes •Monocyte/Macrophage •Hematopoietic •Fibroblasts •Endothelial •Reproductive •Adipocytes •Astrocytes •Neurons

Basic Characteristics of Complement • The complement componentsinteract in a highly regulated cascade. • Complement serves by amplifying the response: C1q, C3 convertase • Unstability: 56°C, 30min • Dualism of the functions: physiological functions, pathological functions • Restriction of reaction: easy to be inactivated, antibody, suppression component

CLASSICAL PATHWAY

Complement Components involved in the classical pathway (the components were named in order of their discovery)

مراحل مختلف فعال شدن راه کلاسيک سيستم کمپلمان اولين پروتئين راه کلاسيک سيستم کمپلمان C1 مي باشد که از سه جزء پروتئيني C1q ، C1rو C1s تشکيل شده است بطور طبيعي و در افراد سالم اين سه جزء محکم به يکديگر متصل مي باشند و بصورت جداگانه ديده نمي شوند ولي در موارد پاتولوژيک مي توان آنها را بطور جداگانه در سرم مشاهده کرد اتصال مولکول هاي C1q ، C1rو C1sوابسته به يون کلسيم است وبا خروج يون کلسيم از اين مولکول ها هر سه جزء پروتئيني اين ماکرو مولکول از هم جدا خواهند شد

classical pathway activation stage recognition stage: IC-C1 activation stage: C1s→C4, C2→C3, C5 attack stage: C5b→C5678(9)n (MAC)

C1q (1) the biggest molecular weight, composed of 18 polypeptide chains that associate to form six collagen-like triple helical arm (2) the only component of complement that circulate in the serum in functionally active forms (3) For activation, it need to bind to at least two IgG or one IgM and need the presence of Ca2+. (4) Free or soluble Ab can not bind to the complement; the formation of an antigen-antibody complex induces conformational changes in the Fc portion of the Ab molecule.

Classical pathway normally requires: A suitable Ab bound to antigen (Ag) Complement components 1, 4, 2 and 3 Mg++ and Ca++Cations C1 activationBinding of C1qrs (a calcium-dependent complex), present in normal serum, to Ag-Ab complexes results in autocatalysis of C1r. The altered C1r cleaves C1s and this cleaved C1s becomes an enzyme (C4-C2 convertase) capable of cleaving both C4 and C2.

ناحيه آزاد کروي شکل سرمولکول که عامل کربوکسيل انتهائي در آنجا قرار گرفته است گيرنده يا محلي است که به FCمولکول هاي ايمونوگلبولين متصل مي شود بنابراين هر مولکول C1qمجموعاً شش گيرنده يا سر (Head) براي اتصال به ايمونوگلبولين دارد اتصال يک مولکول C1q به يک IgGمونومر بسيار ضعيف است ولي اگر به دو يا چند مولکول IgG مجاور هم در سطح فعال کننده متصل شود اين اتصال محکم است و موجب فعال شدن سيستم کمپلمان مي گردد از طرف ديگر اتصال يک مولکول IgM به C1q براي فعال شدن سيستم کمپلمان کافي است

مرحله شناسايي پس از اتصال قطعة C1q به فعال کنندة مسير کلاسيک ، قطعة C1r خاصيت آنزيمي براي فعال کردن قطعة C1s را پيدا مي کند براي انجام اين فعل و انفعالات تمام قسمت هاي ماکرو مولکول C1 و حضور يون کلسيم الزامي است در نتيجة شکسته شدن يک پيوند پپتيدي در مولکول C1s توسط C1rمولکول C1s خاصيت آنزيمي هضم کنندة پروتئيني پيدا مي کند که به آن سرين استراز گويند طبق تقسيم بندي جديد مراحل کمپلمان به فعاليت و شناسايي C1q تا فعال شدن خاصيت سرين استرازي مرحله شناسايي مي گويند

مرحله ي فعال شدن آنزيم ها حال پس از به وجود آمدن آنزيم مرحله ي دوم يا مرحله ي فعال شدن آنزيم ها آغاز مي شود در اين مرحله آنزيم C1sبترتيب مي تواند پروتئین ها ي C4 وC2 را شکسته و بترتيب C4a و C4b بوجود آورد که C4bبر روي سطح فعال کننده متصل مي گرددپ C2 به C2a و C2b شکسته شده و C2b نيز که جزء بزرگتر است به C4b در سطح فعال کننده متصل مي شود

نقش تجزيه کنندگي مولکول C1 بواسطة تترامري از: C1s-C1r-C1r-C1s يا (C1s2-C1r2) اعمال مي گردد که به صورت غير کووالان با زير واحد C1qدر ارتباط است هر دو جزء C1r وC1s در حقيقت سرين استرازهايي هستند که تا قبل از اتصال کووالان C1q به يک کمپلکس ايمني به حالت غير فعال باقي مانده بودند اتصال دو يا چند عد از سرهاي کروي C1qبه مولکول هاي IgM يا IgG سبب تغيير شکل فضائي مولکول هاي C1r و فعال شدن آنزيمي آن مي گردد مولکول هاي اخير خود سبب شکسته و سبب فعال شدن مولکول هاي C1S مي شوند حال C1S نيز به نوبة خود بر روي دو جزء بعدي مسير کلاسيک يعني C4 و C2 اثر مي گذارد

یون کلسیم برای بقاء کمپلکس (c1q-c1r2-c1s2) بایستی 8 یون کلسیم (Ca2+) در محیط حضور داشته باشد موادی نظیر اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA) و اتیلن گلیکول تترا استیک اسید (EGTA) وسیترات که به عنوان ضد انعقاد استفاده می شوند باعث تجزیه کمپلکس فوق می گردند

تجزیه مولکول C4 جزء بعدي آبشار کمپلمان مولکول C4 است که از گليکوپروتئيني با سه زنجيره پپتيدي α ، β و γ ساخته شده و زنجيرة α آن حاوي يک پيوند تيواستر داخلي است و بسيار شبيه پيوند تيواستري است که در مولکول C3 نيز وجود دارد C1s فعال بر روي زنجيرة α اثر خود را اعمال کرده و از انتهاي آميني آن قطعة کوچکي را جدا کرده (C4a) و قطعة بزرگتري از زنجيره را بنام (C4b) بر جا مي گذارد

تجزیه مولکول C2 C4b در حـــالت آزاد بسيار ناپايدار بوده و توسط غير فعال کنندة C4b به سرعت غير فعال مي گردد ، در اين راستا مولکول C2 را نيز تجزيه مي کند C2 پلي پپتيدي تک زنجيره اي است که در حضور يون Mg2+ به مولکول هاي C2b (بزرگتر) که به C4b متصل مي گردد و C2a آزاد مي شود

C3- Convertase حال که مجموعة آنزيمي بوجود آمد خاصيت تبديل کنندگي C3 را داشته و به همين خاطر بنام تبديل کنندة C3 يا (C3- Convertase) ناميده مي شود این کمپلکس آنزيمي پايدار نبوده و در مدت يک دقيقه از سطح آنتی ژن يا فعال کننده جدا و غير فعال مي شود

مولکول C3 نيز ا ز دو زنجيره پپتيدي α وβ که بوسيله پيوندهاي دي سولفيدي به هم متصل هستند درست شده است آنزيم C3 convertase قطعة کوچکي از ناحيه نزديک آمين انتهائي زنجيرة α از مولکول C3 را جدا کرده و در نتيجه مولکول C3 به دو قطعة C3a و C3b تقسيم مي شود حال قطعة C3b نيز به مجموعه قبلي متصل شده و کمپلکس جديد را بوجود مي آورد اين کمپلکس خاصيت تبديل کنندگي پروتئين C5 را داشته و بنام ConvertaseC5معروف است C5 Convertase

C5 در مسير کلاسيک توسط آنزيم C5 کانورتاز شکسته شده و به دوقطعة C5a و C5b تبديل مي شود قطعة کوچک C5a آزاد شده و قطعة C5b به سطح سلول متصل باقي مي ماند آنزيم C5 کانورتاز آخرين آنزيم راه کلاسيک است

‍ Complement system