Complement System Activation and Regulation Overview for Immune Response

1. Complement functions • اپسونیزاسیون و فاگوسیتوز • تحریک پاسخ های التهابی • سیتولیز • پاکسازی کمپلکسهای ایمنی و سلولهای مرده • تسهیل فعال سازی سلولهای B و شروع پاسخ های ایمنی هومورال

2. سيستم كمپلمان شامل پروتئينهاي پلاسمايي و غشايي مي باشد كه با يكديگر و با ساير مولكولهاي سيستم ايمني واكنش مي دهند • اين سيستم بوسيله ميكروبها و يا آنتي باديهايي كه به ميكروبها وساير آنتي ژنهاچسبيده اندفعال مي شود • فعال شدن اين سيستم بوسيله پروتئينهاي تنظيمي كه در سطح سلولهاي طبيعي ميزبان وجود دارند مهارمي شود

3. Proteins of the complementsystem (nomenclature) • C1(qrs), C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9 • factors B, D, H and I, properdin (P) • mannose binding lectin (MBL), MBL associated serine proteases (MASP-1 MASP-2) • C1 inhibitor (C1-INH, serpin), C4-binding protein (C4-BP), decay accelerating factor (DAF), Complement receptor 1 (CR1), protein-S (vitronectin)

4. Activated component are usually over-lined: e.g. C1qrs Activation product of complement proteins (nomenclature) When enzymatically cleaved, the larger moiety, binds to the activation complex or membrane and the smaller peptide is released in the microenvironment Letter “b” is usually added to the larger,membrane-binding, peptide and “a” to the smaller peptide (e.g., C3b/C3a, C4b/C4a, C5b/C5a), EXCEPT C2 (the larger, membrane-binding moiety is C2a; the smaller one is C2b)

5. antibody independent antibody dependent Activation of C3 and generation of C5 convertase activation of C5 LYTIC ATTACK PATHWAY Pathways of complement activation LECTIN PATHWAY ALTERNATIVE PATHWAY CLASSICAL PATHWAY

6. C1r C1s C1q Ca++ Components of the Classical Pathway C4 C2 C3 C1 complex

7. C4a C1r C1s C1q b Ca++ Classical Pathway Generation of C3-convertase C4

8. C2b C1r C1s a C1q Ca++ C2 a Classical Pathway Generation of C3-convertase C2 C4a _____ C4b2a is C3 convertase Mg++ C4b

9. C1r C3a C1s C1q Ca++ C2 a b Classical Pathway Generation of C5-convertase C2b C4a ________ C4b2a3b is C5 convertase; it leads into the Membrane Attack Pathway Mg++ C3 C4b

10. Lytic pathway Generation of C5 convertase leads to the activation of the Lytic pathway

11. C8 C7 Components of the lytic pathway C6 C5 C 9

12. C5a b C3b C4b C2 a Lytic pathwayC5-activation C5

13. C7 C5 b Lytic pathwayassembly of the lytic complex C6

14. C8 C6 C7 C5 b Lytic pathway:insertion of lytic complex into cell membrane C 9 C 9 C 9 C 9 C 9 C 9 C 9 C 9 C 9

15. Biological Activities of Classical Pathway Components

16. Control of Classical Pathway Components

17. C1-inhibitor deficiency:hereditary angioedema

18. MBL Components of mannose-binding lectin pathway C4 MASP2 C2 MASP1

19. C2a C2a C2b C4a C4b C4b MBL Mannose-binding lectin pathway _____ C4b2a is C3 convertase; it will lead to the generation of C5 convertase C4 C2 MASP2 MASP1

20. لكتينهاي پلاسمايي مثل MBL وفيكولين ها به پلي ساكاريدهاي غشايي باكتريها باند مي شوند و سيستم كمپلمان بطريق كلاسيك فعال مي شود • MBL به مانوز و فيكولين به گليكانهايي كه حاوي ان-استيل گلوكزآمين هستندباند مي شوند • اين لكتينها به سرين پروتئازهاي مثل MASP1,MASP2,MASP3 باند مي شوند • اين مولكولهاي MASP شبيه به C1r و C1s هستند

21. Components of thealternative pathway D C3 B P

22. b i b C3a Spontaneous C3 activation Generation of C3 convertase D H2O B C3 C3 C3iBb complex has a very short half life

23. C3b b b C3a C3-activationthe amplification loop If spontaneously-generated C3b is not degraded D B C3

24. C3b b b Bb C3b C3a C3-activationthe amplification loop D B C3 C3a

25. Bb C3b C3b b b Bb C3b C3a C3-activationthe amplification loop D B C3 C3a C3a

26. Bb Bb C3b C3b C3b Bb C3b C3-activationthe amplification loop C3a C3a C3a

27. Bb Bb C3b C3b Bb C3b C3-activationthe amplification loop C3a C3a C3a

29. Regulation of complement activation • براي جلوگيري از فعاليت كمپلمان روي سلولهاي طبيعي ميزبان و براي محدود كردن مدت فعاليت كمپلمان حتي روي سلولهاي ميكروبي و كمپلكسهاي Ag-Ab اين مكانيسمهاي كنترلي و تنظيمي نياز است

30. Regulatory mechanisms • تنظیم و کنترل فعالیت سیستم کمپلمان در مراحل مختلفی (از ابتدا تا انتهای فعالیت) برروی سلولهای میزبان صورت می گیرد. • 1-مهار تشکیل C3کنورتازها • 2- شکستن یا غیر فعال سازی کنورتازها • 3-مهار تشکیل کمپلکس حمله به غشاء

31. انواع مولکولهای کنترلی • C1INH • Membrane cofacto protein(MCP) • Complement receptor-1(CR-1) • Decay accelerating factor(DAF) • factor H • C4-binding protein(C4bp) • CD59 • Factor I • S-protein

32. C1-Inhibitor • C1INH یک پروتئین پلاسمایی است که در ابتدای فعالیت سیستم عمل می کند.این پروتئین نقش سوبسترای C1r و C1s راتقلید کرده وپس از اتصال C1q به آنتی بادی وشروع فعالیت سیستم کمپلمان C1INH تحت اثر آنزیم های C1r وC1r شکسته می شود وبطور کووالانس به این پروتئین ها متصل می شودو باعث جداسازی این پروتئینها از C1q می گرددوبنابر این مانع پیشرفت فعالیت سیستم بطریق کلاسیک می شود

33. ممانعت از تشکیل کنورتاز ها • چنانچه C3b روی سطوح سلولهای میزبان بنشیندممکن است بوسیله چندین پروتئین غشایی مثل MCP,CR-1,DAF ویک پروتئین پلاسمایی بنام فاکتور H متصل شود • C4b در سطح سلولهای میزبان بطور مشابه بوسیله DAF و CR-1 ویک پروتئین پلاسمایی بنام C4bp متصل می شوند • با اتصال این پروتئین ها به C3b و C4b ، بطور رقابتی مانع از اتصال سایر قطعات C3 کنورتاز مثل Bb درمسیر فرعی و C2a درمسیر کلاسیک می شودوبنابراین مانع از پیشرفت آبشار کمپلمان می گردد. • وجود سیالیک اسید در سطح سلولهای پستانداران بنفع اتصال فاکتور H به فاکتور B است

34. DAF یک پروتئین غشایی است که با واسطه گلیکوفسفاتیدیل اینوزیتول به غشاء سلول های اندوتلیال و اریتروسیتها متصل است. • نقص ژنتیکی درآنزیمی که برای چنین اتصال لیپید-پروتئین نیاز است منجر به نقص در بیان بسیاری ازپروتئینهایی مثل DAF وCD59 میشودوبنابراین موجب بیماری paroxysmal nocturnal hemoglobinuria(PNH) شده که ازمشخصه آن همولیز داخل عروقی است که می تواند ناشی از عدم تنظیم فعالیت کمپلمان روی گلبولهای قرمز باشد.

35. Factor I • یک سرین پروتئاز بنام factor I می تواند C3b موجود در سطح سلولها را در حضور فاکتورهای تنظیم کننده ای مثل MCP,factor H,C4bp,CR-1 (بعنوان کوفاکتور)می شکند و قطعات iC3b,C3d,C3dg بوجود می آیند که این پروتئینها نمی توانند درفعالیت سیستم کمپلمان شرکت کنندیعنی موجب تجزیه C3 وC5 کنورتاز های مسیر فرعی و اصلی می شوند

36. مهار تشکیل MAC • CD59 پروتئین غشایی است که روی بسیاری ازانواع سلولها بیان می شوداین پروتئین خودرا بداخل کمپلکس MAC وارد می کندیعنی به کمپلکس C5b678 که درون غشاء فرورفته متصل شده و مانع از اضافه شدن مولکولهای C9 می گردد. • پروتئین S در پلاسما با اتصال به کمپلکس C5b67 محلول ،مانع از فرورفتن این کمپلکس به داخل غشاء سلول ها می گردد

37. C3b DAF CR1 Autologous cell membrane Control of spontaneousC3 activation via DAF DAF prevents the binding of factor B to C3b B

38. B C3b b B b b DAF CR1 Autologous cell membrane Control of spontaneousC3 activation via DAF DAF dislodges C3b-bound factor Bb

39. DAF B b B b C3b C3b CR1 CR1 iC3b iC3b Control of spontaneousC3 activation via CR1 H I I DAF Autologous cell membrane

40. C3c C3c C3dg C3dg C3b C3b I I iC3b iC3b Degradation of spontaneously produced C3b

41. C3a C3b finds an activator (protector) membrane C3b b b C3b stabilization andC5 activation This is stable C5 convertase of the alternative pathway D P B C3

42. C3b regulation on self and activator surfaces C3b

43. C2a C3b C4b C5-convertase of the two pathways C5-convertase of the Classical and lectin Pathways C5-convertase of the Alternative Pathway Bb C3b C3b

44. Complement Receptors • CR-I(CD35) promote phagocytosis • اين گيرنده در سطح نوتروفيلها ، اريتروسيت ها ، منوسيتها و ماكروفاژها، ائوزينوفيلها و .. بيان مي شود.ليگاند آن C3b وC4b مي باشد • CR-II(CD21) coreceptor for B cell activation • ليگاند اين گيرنده C3d و C3dg • CR-III (Mac-1) phagocytosis • اين گيرنده در سطح سلولهاي فاگوسيت ، ماست سلها و سلولهاي NK بيان مي شود وليگاند آنiC3b مي باشد.اين گيرنده ازگروه اينتگرينها مي باشند • CR-IV phagocytosis • شبيه به گيرنده سوم مي باشد .

45. Biological effects of C5a

46. Product Biological Effects Regulation C2b (prokinin) edema C1-INH C3a (anaphylatoxin) carboxy-peptidase- B (C3-INA) mast cell degranulation; enhanced vascular permeability; anaphylaxis Biological properties of C-activation products

47. Product Biological Effects Regulation C3b (opsonin) opsonization; phagocyte activation factors H & I C4a (anaphylatoxin) as C3, but less potent (C3-INA) C4b (opsonin) opsonization; phagocytosis C4-BP, factor I Biological properties of C-activation products

48. Product Biological Effects Regulation C5a (chemotactic factor) anaphylactic as C3, but much more potent; attracts & activates PMN causes neutrophil aggregation, stimulation of oxidative metabolism and leukotriene release carboxy-peptidase-B (C3-INA) C5b67 chemotaxis, attaches to other membranes protein-S Biological properties of C-activation products

49. Complement level • سطح کمپلمان ممکن است در شرایط زیر کاهش یابد: • الف) ارثی • ب) اکتسابی • 1) مصرف زیاد( عفونت های راجعه بویژه باکتریال، بیماریهای خودایمن مثل SLE ، آنژیوادم ، بیماریهای مختلف کلیوی ، سپتی سمی ، بیماری سرمی و ...) • 2) کاهش تولید ( سوء تغذیه ، بیماریهای کبدی ) • طی التهاب حاد یا مزمن همراه با پروتئین های فاز حاد سطح پروتئین های کمپلمان نیز افزایش می یابد. • سیستم کمپلمان نقش مهمی در دفاع علیه باکتریهای پیوژن بازی می کند.این فعالیت بیشتر از طریق پیشبرد پاسخ های التهابی ، حذف پاتوژن ها وتقویت پاسخ های ایمنی صورت می گیرد. • کمبود پروتئین های این سیستم می تواند به شیوع عفونت ها و سپتی سمی منجر شود.

50. The genetic deficiency of early components of the classical pathway (C1q, C1r/s, C2, C4) tend to be linked with autoimmune diseases • whereas C5 to C9 may have enhanced susceptibilty to meningococcal disease. • Deficiencies in complement predispose patients to infection via 2 mechanisms: (1) ineffective opsonization (2) defects in lytic activity (defects in MAC).