czym są przeciwciała i czym są antygeny?
przeciwciała to duże glikoproteiny znane również jako immunoglobuliny (IG), które są wytwarzane, ulegają ekspresji i wydzielane przez komórki odpornościowe, w szczególności limfocyty B. Przeciwciała rozpoznają obce mikroorganizmy inwazyjne poprzez specyficzne wiązanie się z białkami lub antygenami patogenu, ułatwiając ich neutralizację i zniszczenie. Antygeny są klasycznie definiowane jako każda obca substancja wywołująca odpowiedź immunologiczną. Swoistość przeciwciała dla danego antygenu jest podkreślana przez jego unikalną strukturę, która umożliwia wiązanie antygenu z dużą precyzją. Ponieważ przeciwciała są wysoce specyficzne, służą jako bardzo przydatne narzędzia w badaniach naukowych do wyjaśnienia lokalizacji, obfitości i funkcji białek w dynamicznych układach biologicznych.
skąd biorą się przeciwciała?
główną rolą układu odpornościowego jest ochrona przed obcymi / zakaźnymi patogenami i uszkodzeniami tkanek. Składa się z dwóch głównych gałęzi: wrodzonej (niespecyficznej) i adaptacyjnej (nabytej) odporności. Wytwarzanie i wydzielanie przeciwciał zależy od komórek należących do gałęzi odporności adaptacyjnej.
wrodzony układ odpornościowy
- opiera się na barierach fizycznych (np. warstwa śluzu, nienaruszony nabłonek i rzęski) i barierach chemicznych (np. peptydy przeciwdrobnoustrojowe, niskie pH i enzymy hydrolityczne), aby zapobiec infekcji i urazom.
- zapewnia szybką ogólną lub niespecyficzną odpowiedź na antygeny pochodzące od patogenu lub uszkodzenia, powszechnie określane jako patogen associated molecular patterns (PAMPs) i damage associated molecular patterns (DAMPS). W odpowiedziach tych pośredniczy interakcja z receptorami Toll-like (TLRs).
- obejmuje rozpuszczalne (np. cytokiny/chemokiny i czynniki dopełniacza) i komórkowe (np. komórki fagocytarne, zabójcze i prezentujące antygen) odpowiedzi.
adaptacyjny układ odpornościowy
- zapewnia odpowiedź immunologiczną specyficzną dla patogenu poprzez aktywację receptorów limfocytów (receptorów limfocytów T i receptorów antygenu limfocytów B).
- polega na odpowiedzi komórkowej pośredniczonej przez efektorowe limfocyty T i przeciwciała wytwarzane przez limfocyty B.
- powoduje pamięć immunologiczną specyficznych antygenów, które mogą być przywoływane po ponownej ekspozycji w celu szybszej i skuteczniejszej odpowiedzi.
wytwarzanie przeciwciał przez adaptacyjny układ odpornościowy
adaptacyjny układ odpornościowy ewoluował do generowania precyzyjnych odpowiedzi na patogeny i inne obce substancje. Głównymi efektorami adaptacyjnych komórkowych i humoralnych odpowiedzi immunologicznych są odpowiednio limfocyty T I B. Limfocyty B rozwijają się z hematopoetycznych komórek macierzystych w szpiku kostnym, które powodują niedojrzałe komórki B z ekspresją IgM. Po migracji do śledziony niedojrzałe komórki B dalej różnicują się w Dojrzałe lub naiwne komórki B, które wyrażają zarówno immunoglobuliny związane z błoną IgM, jak i IgD. Dojrzałe komórki B krążą obwodowo przez układ limfatyczny, gdzie oddziałują z obcymi antygenami. Gdy wcześniej nieleczona Komórka B napotka antygen, jego aktywacja może spowodować powstanie komórki B osocza lub komórki B pamięci. Komórki B pamięci mają przeciwciała związane powierzchniowo, podczas gdy komórki B osocza wydzielają przeciwciała, które są specyficzne dla antygenu aktywującego. Komórki B pamięci są szybko aktywowane po ponownej ekspozycji na ten sam antygen, zapewniając szybszą i skuteczniejszą odpowiedź.
co to jest przeciwciało lub typ immunoglobuliny?
struktura przeciwciał
wszystkie przeciwciała mają tę samą podstawową strukturę, która składa się z czterech łańcuchów polipeptydowych, dwóch łańcuchów lekkich (łańcuchy L) i dwóch łańcuchów ciężkich (łańcuchy H), utrzymywanych razem przez wiązania dwusiarczkowe. Te cztery łańcuchy polipeptydowe tworzą symetryczną cząsteczkę Zwykle przedstawianą jako mającą kształt ” Y ” i składającą się z dwóch identycznych połówek, z których każda zawiera identyczne miejsca wiązania antygenu. W oparciu o zmienność sekwencji aminokwasów, w każdym łańcuchu polipeptydowym przeciwciała można zidentyfikować dwa główne regiony (zmienny i stały). Obszary te są zwykle przedstawiane jako zmienne światło (VL), stałe światło (CL), zmienne ciężkie (VH) i stałe ciężkie (CH). Przeciwciała różnią się najbardziej w sekwencji aminokwasów w ich zmiennych regionach, które podkreślają ich specyficzność antygenową. Miejsca wiązania antygenu powstają z końcówek aminowych lub zmiennych regionów łańcucha ciężkiego (VH) i lekkiego (VL).
fragment regionu wiążącego antygen lub Fab jest tworzony przez pełny łańcuch lekki (VL i CL) i przez pełny region zmienny łańcucha ciężkiego (VH) i część jego regionu stałego (CH). Fragment krystalizujący region lub Fc składa się tylko ze stałych łańcuchów ciężkich (CH).
klasa przeciwciał
cząsteczki przeciwciał mają jeden z dwóch typów łańcuchów lekkich, lambda (λ) lub kappa (κ). Typ łańcucha lekkiego przeciwciała nie jest związany z różnicami w funkcji przeciwciała poza nadaniem swoistości antygenowej. W przeciwieństwie do tego, skład łańcucha ciężkiego przeciwciała określa różne właściwości funkcjonalne, takie jak jego interakcja z innymi białkami (Wiązanie receptora Fc), aktywacja dopełniacza, zachłanność i okres półtrwania. Główne klasy łańcuchów ciężkich u ssaków to m, d, g, A i e, które określają klasy przeciwciał lub izotypy odpowiednio IgM, IgD, IgG, IgA i IgE. IgM jest głównym izotypem przeciwciał obecnym podczas pierwotnej odpowiedzi immunologicznej. Izotyp przeciwciała IgG dominuje podczas wtórnej odpowiedzi immunologicznej i jest najczęstszym przeciwciałem krążącym w układzie odpornościowym. Izotypy przeciwciał różnią się budową i funkcjami immunologicznymi.
| klasa przeciwciał | Klasa łańcucha ciężkiego | Masa cząsteczkowa (kDa) | % całkowitej surowicy przeciwciała | właściwości funkcjonalne | ||||
|
|
μ (mu) | 900 | 6 |
|
||||
|
|
γ (gamma) | 150 | 80 |
|
||||
|
|
α (Alfa) | 385 | 13 |
|
ε (epsilon) | 200 | 0.002 |
|
|
|
δ (delta) | 180 | 1 |
|
Wiązanie przeciwciał:
mechanizmy działania przeciwciał
mechanizmy działania przeciwciał
funkcja przeciwciała w układzie odpornościowym polega na specyficznym wiązaniu i eliminowaniu obcych cząstek. Przeciwciała mogą usuwać obce antygeny za pomocą kilku mechanizmów.
neutralizacja-Wiązanie przeciwciała służy do neutralizacji obcych cząstek uniemożliwiających interakcję z komórkami, a w konsekwencji uszkodzenie i inwazję komórek.
Opsonizacja-przeciwciała mogą działać jako znaczniki rekrutujące immunologiczne mediatory komórkowe w celu wyeliminowania obcych substancji poprzez fagocytozę.
przeciwciała dopełniacza mogą pokrywać obce cząstki i aktywować układ dopełniacza, prowadząc do bezpośredniej lizy obcej substancji lub dalszego indukowania jej opsonizacji.
Jaka jest różnica między powinowactwem przeciwciała a awidnością?
przeciwciała wiążą się odwracalnie do unikalnych regionów lub epitopów w specyficznych antygenach poprzez słabe, nie kowalencyjne interakcje, które obejmują wiązania wodorowe, jonowe, hydrofobowe i Van der Waalsa. Siła lub powinowactwo wiązania przeciwciała zależy od siły netto słabych oddziaływań pomiędzy pojedynczym miejscem wiązania przeciwciała a jego epitopem.
antygeny mogą być wielowartościowe, co odnosi się do obecności kilku identycznych epitopów na antygen. Wielowartościowe antygeny mogą wchodzić w interakcje z wieloma miejscami wiązania przeciwciał. Dla każdej danej cząsteczki przeciwciała jego zachłanność jest określona przez siłę netto wszystkich interakcji z antygenem. Przeciwciała takie jak IgG, IgE i IgD wiążą swoje epitopy z wyższym powinowactwem niż przeciwciała IgM. Jednak każda cząsteczka IgM może wchodzić w interakcje z maksymalnie dziesięcioma epitopami na antygen i dlatego ma większą awidencję. Ze względu na wysokie powinowactwo izotyp przeciwciała IgG jest najczęstszym rodzajem przeciwciała stosowanego w metodach biologii molekularnej i komórkowej.
czym różnią się przeciwciała poliklonalne i monoklonalne?
podczas odpowiedzi immunologicznej na obcą substancję aktywacja komórek B prowadzi do ich ekspansji i tworzenia się komórek B osocza, które wydzielają przeciwciała specyficzne dla antygenu. Jednak antygeny są strukturalnie złożone i składają się z wielu determinantów antygenowych lub epitopów. W każdym danym antygenie, Komórka B rozpoznaje jeden z wielu epitopów, a różne klony komórek B wydzielają przeciwciała specyficzne dla różnych epitopów w obrębie tego samego antygenu. Przeciwciała wydzielane przez komórki B z tego samego klonu są przeciwciałami monoklonalnymi, ponieważ wiążą się specyficznie z tym samym epitopem. Jednak ogólna odpowiedź humoralna zawiera przeciwciała wydzielane przez wiele rodzajów klonów limfocytów B i jest naturalnie poliklonalna. Przeciwciała wydzielane z komórek B znajdują się głównie w surowicy krwi, a surowica zawierająca przeciwciała specyficzne dla antygenu jest często określana jako surowica.
przeciwciała monoklonalne i poliklonalne są potężnymi narzędziami, które ułatwiają analizę złożonych procesów biologicznych. Wiele zalet i wad wiąże się z każdym rodzajem przeciwciała, gdy jest ono stosowane jako narzędzie biologii molekularnej.
jak wybrać między przeciwciałem Poliklonalnym a przeciwciałem monoklonalnym
Wybierz Referencje
Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Biologia molekularna komórki. IV edycja. Wrodzona Odporność. W Nowym Jorku: Garland Science; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26846/
Bonilla, F. A., & Oettgen, H. C. (2010). Odporność adaptacyjna. Journal of Allergy and Clinical Immunology. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2009.09.017
Przegląd odpowiedzi immunologicznej. Journal of Allergy and Clinical Immunology. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2009.12.980
,& Generacja różnorodności immunoglobulin praktycznie. W Immunobiologii: układ odpornościowy w zdrowiu i chorobie. V edycja. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK27140/
Molnar, C., & Concepts of Biology-1st Canadian Edition. Concepts of Biology-1st Canadian Edition.
Nelson, P. N., Reynolds, G. M., Waldron, E. E., Ward, E., Giannopoulos, K., & Murray, P. G. (2000). Demystified: przeciwciała monoklonalne. Journal of Clinical Pathology-patologia molekularna. https://doi.org/10.1136/mp.53.3.111
Reverberi, R., & Reverberi, L. (2007). Czynniki wpływające na reakcję antygen-przeciwciało. Transfuzja Krwi. https://doi.org/10.2450/2007.0047-07
Riera Romo, M., Pérez-Martínez, D.,& Castillo Ferrer, C. (2016). Odporność wrodzona u kręgowców: przegląd. Immunologia. https://doi.org/10.1111/imm.12597
Shishido, S. N., Varahan, S., Yuan, K., Li, X., & Humoralna wrodzona odpowiedź immunologiczna i choroba. Immunologia Kliniczna. https://doi.org/10.1016/j.clim.2012.06.002
, Fernández-Fuentes, N., Fiser, A., & Casadevall, A. (2007). Region stały łańcucha ciężkiego immunoglobuliny wpływa na kinetyczne i termodynamiczne parametry interakcji regionu zmiennego przeciwciała z antygenem. Journal of Biological Chemistry. https://doi.org/10.1074/jbc.M700661200
Tsai, D., Hung, K., Chang, C.,&Lin, K. (2019). Mechanizmy regulacyjne odpowiedzi limfocytów B i implikacja w chorobach związanych z limfocytami B. J Biomed Sci. https://doi.org/10.1186/s12929-019-0558-1