background image

Dr Mohammed Al- ani 


background image

THE COMPLEMENT SYSTEM 
OBJECTIVES: When you finish this section, you 
should be able to: 
1. Describe the effects of complement activation. 
2. Outline the Classical, Mannan-Binding (MB) 
Lectin and 
Alternative pathways of complement activation, 
including their activators. 
3. Discuss the major regulatory points in 
complement activation and the consequences of 
deficiencies in complement or complement 
regulators. 
4. Discuss the functions of the various 
complement receptors. 
 

5. Discuss the biologic activities of complement and identify the 
components involved

 


background image

Complement: History 

Discovered in 1894 by 

Bordet  

 
It represents lytic activity 

of fresh serum 

 
Its lytic activity destroyed 

when heated at 56C 
for 30 min 


background image

COMPLEMENT 
ƒ

   Complex series of plasma proteins (C1-C9). 
ƒ

   Heat labile (inactivated at 56  C for 30 min). 
ƒ

   Synthesized in vivo by liver macrophages,     
     hepatocytes      and     intestinal epithelia. 
 
ƒ

   C3 is most abundant (1g/L of plasma) and 
important  complement component. 
 
ƒ

   Plays a major role in innate and adaptive  
       immunity


background image

Complement functions 

• Host benefit: 

– opsonization to enhance phagocytosis 
– phagocyte attraction and activation 
– lysis of bacteria and infected cells 
– clearance of immune complexes 
– clearance of apoptotic cells 

• Host detriment: 

– Inflammation, anaphylaxis 


background image

background image

Proteins of the complement 

system 

(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), decay accelerating 

factor (DAF) 


background image

• C-activation: 

alteration of C proteins such that they 

interact with the next component 

 

• C-fixation: 

utilization of C by Ag-Ab complexes 

 

•  Convertase/esterase: 

altered C-protein which acts 

as a proteolytic enzyme for another C-component 

Definitions 


background image

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) 

Activated component are usually over-lined: e.g. 
C1qrs   


background image

background image

Pathways of complement 

activation 

CLASSICAL 

PATHWAY 

ALTERNATIVE 

PATHWAY 

activation 

of C5 

LYTIC ATTACK 

PATHWAY 

antibody 

dependent 

LECTIN 

PATHWAY 

antibody 

independent 

Activation of C3

 and 

generation of C5 convertase 


background image

THE CLASSICAL COMPLEMENT 
PATHWAY 

ƒ

  Activated by Ag-Ab  binding (can also 
be activated by viruses, Mycoplasma 
DNA). 


background image

background image

ƒ

    

One IgM molecule can stimulate C1 since it is a 

pentamer with 5 Fc regions. At least 2 IgG 
molecules are required to activate C1

ƒ

    

IgM more efficient complement binding (fixing) 

antibody than IgG

  IgA and IgE lack C1q receptors and cannot activate 
complement. 

ƒ

    Only Ag-Ab complexes and not free or soluble Abs 
activate complement. 

ƒ

    Activated C1q activates C1r which activates C1s. 


background image

background image

background image

background image

Biological effects of C5a 


background image

background image

Components of the Classical 

Pathway 

C4 

 

C3 

 

C1 complex 


background image

Classical Pathway 

 Generation of C3-convertase  


background image

Classical Pathway 

 Generation of C3-convertase  

C4b 

_____ 

C4b2a is C3 convertase 


background image

Classical Pathway 

 Generation of C5-convertase 

C4b 

 

C3

  

               

 ________ 

C4b2a3b is C5 convertase; 

it leads into the Membrane 

Attack Pathway 


background image

25 

Control of Classical Pathway 

Components 

Component 

Regulation 

All 

C1-inhibitor (C1-INH); dissociates C1r and C1s from 
C1q 


background image

C1-inhibitor deficiency: 

hereditary angioedema 


background image

Product 

Biological Effects 

Regulation 

Biological properties of C-activation 

products 

C2a 

(prokinin) 

edema 

C1-INH 

C3a 

(anaphylatoxin) 

mast cell degranulation; 
enhanced vascular 
permeability; 

anaphylaxis 

 (C3-INA) 


background image

Product 

Biological Effects 

Regulation 

Biological properties of C-activation 

products 

as C3, but less 
potent 

(C3-INA) 

C4a 
(anaphylatoxin) 

opsonization; 
phagocytosis 

C4b 
(opsonin) 

C3b 
(opsonin) 

opsonization; 
phagocyte activation 

factors H & I 


background image

30 

Biological Activities of Classical 

Pathway Components 

Component 

Biological Activity 

C2a 

Prokinin; cleaved by plasmin to yield kinin, which 
results in edema 

C3a 

Anaphylotoxin; can activate basophils and mast 
cells to degranulate resulting in increased vascular 
permeability and contraction of smooth muscle cells, 
which may lead to anaphylaxis 

C3b 

Opsonin 

Activation of phagocytic cells 

C4a 

Anaphylaotoxin 

C4b 

Opsonin 


background image

Product 

Biological Effects 

Regulation 

Biological properties of C-activation 

products 

anaphylactic as C3, but 
much more potent; 
attracts & activates PMN 
causes neutrophil 
aggregation, stimulation 
of oxidative metabolism 
and leukotriene release 

C5a 
(

chemotactic 

factor

C5b67 

protein-S 

chemotaxis, attaches 
to other membranes 


background image

MANNAN-BINDING LECTIN COMPLEMENT PATHWAY 
ƒ

   Activated by binding of a serum protein -mannose-binding   
          lectin (MBL) to mannose-containing proteins or  
           to carbohydrates on bacteria or viruses. 
ƒ

   

Activates the classical pathway in an antibody and C1q- 

       independent manner

 
ƒ

   MBL is structurally similar to C1q. Instead of C1r and C1s,  
     MBL associates with 

mannose-binding lectin-associated  

    serum proteases (MASP-1 and MASP-2)

 to activate C4 and      

      C2 
 
ƒ

   Activation by MBL:MASP complex generates C3 convertase  
     which progresses as in the classical pathway to produce the  
      membrane attack complex. 


background image

Components of mannose-binding 

lectin pathway 

MBL 

MASP1 


background image

Mannose-binding lectin pathway 

MBL 

   _____ 

C4b2a is C3 convertase; it 

will lead to the generation of 

C5 convertase 

MASP1 


background image

THE ALTERNATIVE COMPLEMENT 
PATHWAY 
ƒ

  Activated in the absence of antibody.     
        except  (IgA) 
ƒ

  Activated by bacterial   
     products (lipopolysaccharide {LPS}) , cell wall  
     (teichoic acid of Gram+ bacteria), yeast and  
     fungal cell wall (zymosan), viruses, parasites  
     (trypanosomes). 
ƒ

  Depends on the presence of small amounts  
   of C3b in serum due to proteolysis of C3 by  
    plasmin or thrombin  


background image

background image

Components of the 

alternative pathway 

 

C3 

 


background image

 

C3b 

 

C3-activation 

the amplification loop 

 

C3 

 


background image

 

C3b 

 

 

C3 

 

C3-activation 

the amplification loop 

 

C3b 

 


background image

 

C3b 

 

 

C3b 

 

 

C3 

 

C3-activation 

the amplification loop 

 

C3b 

 


background image

 

C3b 

 

C3-activation 

the amplification loop 

 

C3b 

 

 

C3b 

 


background image

Control of spontaneous 

C3 activation via DAF 

 

C3b 

 

DAF prevents 

the binding of 

factor B to C3b 

Autologous cell membrane 

CR1 


background image

Control of spontaneous 

C3 activation via DAF 

DAF dislodges 

C3b-bound 

factor Bb 

 

C3b 

 

Autologous cell membrane 

CR1 


background image

C5-convertase of the two 

pathways 

 

C3b 

 

 

C3b 

 

C5-convertase of the 

Alternative Pathway 

C4b 

 

C3b

  

 

C5-convertase of the 

Classical and lectin 

Pathways 

Properdin 


background image

Generation of C5 convertase 

leads to the activation of the 

 

Lytic pathway 

Lytic pathway 


background image

Components of the lytic pathway 

C6 

C7 


background image

ALTERNATIVE 
PATHWAY 
ƒ

 

  Factor H binds to 

C3b preventing binding 
of Factor B and renders 
it (C3b) susceptible to 
cleavage by Factor I. 
Also promotes 
dissociation of B from 
C3b. 


background image

Lytic pathway 

C5-activation 

 

C3b

  

 

C4b 


background image

Lytic pathway 

assembly of the lytic complex 

C6 

C7 


background image

Lytic pathway: 

insertion of lytic complex into cell membrane 

C6 

C7 

  

9 C 

9 C 


background image

CLASSICAL PATHWAY 
1. INHIBITION OF PROTEOLYTIC 
ACTIVITY OF C1 
• 

C1 inhibitor (C1INH), a serine protease 

inhibitor, binds to and inactivates C1r, C1s. 
ƒ

   Most of the C1 in blood is bound to C1 INH to 
prevent spontaneous complement activation. 
Binding of C1q to Ag-Ab complex releases C1 
from C1 INH inhibition 


background image

background image

54 

Control of Classical Pathway 

Components 

Component 

Regulation 

All 

C1-inhibitor (C1-INH); dissociates C1r and C1s from 
C1q 

C3a 

C3a-inactivator (C3a-INA; Carboxypeptidase B) 

C3b 

Factors H and I; Factor H facilitates the degradation 
of C3b by Factor I 

C4a 

C3a-INH 


background image

Product 

Biological Effects 

Regulation 

Biological properties of C-activation 

products 

C2b 

(prokinin) 

edema 

C1-INH 

C3a 

(anaphylatoxin) 

mast cell degranulation; 
enhanced vascular 
permeability; 

anaphylaxis 

 (C3-INA) 


background image

Product 

Biological Effects 

Regulation 

Biological properties of C-activation 

products 

as C3, but less 
potent 

(C3-INA) 

C4a 
(anaphylatoxin) 

opsonization; 
phagocytosis 

C4b 
(opsonin) 

C3b 
(opsonin) 

opsonization; 
phagocyte activation 

factors H & I 


background image

57 

Complement Deficiencies and Disease 

Classical Pathway 

Pathway Component 

Disease 

Mechanism 

   C1INH 

Hereditary 
Angioedema 

Overproduction of C2b 

(prokinin) 

   C1, C2, C4  

Predisposition  
to SLE 

Opsonization of immune 
complexes help keep 
them soluble, deficiency 
results in increased 
precipitation in tissues 
and inflammation 


background image

Product 

Biological Effects 

Regulation 

Biological properties of C-activation 

products 

anaphylactic as C3, but 
much more potent; 
attracts & activates PMN 
causes neutrophil 
aggregation, stimulation 
of oxidative metabolism 
and leukotriene release 

C5a 
(

chemotactic 

factor

 (C3a-INA) 

C5b67 

protein-S 

chemotaxis, attaches 
to other membranes 


background image

59 

Complement Deficiencies and Disease 

Alternative Pathway 

Pathway/Component 

Disease 

Mechanism 

Factors B or D 

Susceptibility 
to pyogenic 
(pus-forming) 
bacterial 
infections 

Lack of sufficient 
opsonization of bacteria 

C3 

Susceptibility 
to bacterial 
infections 

Lack of opsonization and 
inability to utilize the 
membrane attack pathway 

C5, C6, C7 C8, or 
C9 

Susceptibility 
to Gram-
negative 
infections 

Inability to attack the outer 
membrane of Gram-
negative bacteria 


background image



رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 13 عضواً و 163 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل