ce sunt anticorpii și ce sunt antigenii?
anticorpii sunt glicoproteine mari, cunoscute și sub numele de imunoglobuline (Ig), care sunt produse, exprimate la suprafața celulei și secretate de celulele imune, în special limfocitele B. Anticorpii recunosc microorganismele invadatoare străine prin legarea specifică de proteinele sau antigenele unui agent patogen, facilitând neutralizarea și distrugerea acestora. Antigenii sunt definiți clasic ca orice substanță străină care provoacă un răspuns imun. Specificitatea anticorpului pentru orice antigen dat este subliniată de structura sa unică, care permite legarea antigenului cu o precizie ridicată. Deoarece anticorpii sunt foarte specifici, ei servesc ca instrumente foarte utile în cercetarea științifică pentru a elucida locația, abundența și funcția proteinelor în sistemele biologice dinamice.
de unde provin anticorpii?
rolul principal al sistemului imunitar este de a conferi protecție împotriva agenților patogeni străini/infecțioși și a leziunilor tisulare. Se compune din două ramuri principale: imunitate înnăscută (nespecifică) și adaptivă (dobândită). Producția și secreția de anticorpi depind de celulele aparținând ramurii imunității adaptive.
sistemul imunitar înnăscut
- se bazează pe bariere fizice (de exemplu, stratul de mucus, epiteliul intact și cilia) și bariere chimice (de exemplu, peptide antimicrobiene, pH scăzut și enzime hidrolitice) pentru a preveni infecția și rănirea.
- oferă un răspuns generic sau nespecific rapid la antigene derivate din agenți patogeni sau daune, denumite în mod obișnuit modele moleculare asociate agenților patogeni (Pamp) și modele moleculare asociate daunelor (DAMPS). Aceste răspunsuri sunt mediate de interacțiunile cu receptorii de tip Toll (TLR).
- implică răspunsuri solubile (de exemplu, citokine/chemokine și factori complement) și celulare (de exemplu, celule fagocitare, ucigașe și antigene).
sistemul imunitar adaptiv
- asigură răspunsul imun specific agentului patogen prin activarea receptorilor limfocitelor (receptorii celulelor T și receptorii antigenului celulelor B).
- implică răspunsuri celulare mediate de limfocitele T efectoare și anticorpi produși de limfocitele B.
- are ca rezultat memoria imună la antigene specifice care pot fi rechemate la re-expunere pentru un răspuns mai rapid și mai eficient.
producerea de anticorpi de către sistemul imunitar adaptiv
sistemul imunitar adaptiv a evoluat pentru a genera răspunsuri bine reglate la agenți patogeni și alte substanțe străine. Principalii efectori ai răspunsurilor imune adaptive celulare și umorale sunt limfocitele T și, respectiv, B. Limfocitele B se dezvoltă din celulele stem hematopoietice din măduva osoasă, care dau naștere celulelor B imature care exprimă IgM. În urma migrării către splină, celulele B imature se diferențiază în continuare în celule B mature sau na, care exprimă atât tipuri de imunoglobuline legate prin membrană IgM, cât și IgD. Celulele B Mature circulă periferic prin sistemul limfatic unde interacționează cu antigeni străini. Odată ce o celulă B na se confruntă cu un antigen, activarea acestuia poate da naștere unei celule B plasmatice sau unei celule B de memorie. Celulele B de memorie au anticorpi legați de suprafață, în timp ce celulele B plasmatice secretă anticorpi specifici antigenului activator. Celulele B de memorie sunt activate rapid la re-expunerea la același antigen, oferind un răspuns mai rapid și mai eficient.
care este tipul de anticorp sau imunoglobulină?
structura anticorpilor
toți anticorpii au aceeași structură de bază care constă din patru lanțuri polipeptidice, două lanțuri ușoare (lanțuri L) și două lanțuri grele (lanțuri H), ținute împreună de legături disulfidice. Aceste patru lanțuri polipeptidice formează o moleculă simetrică descrisă în mod obișnuit ca având o formă „Y” și compusă din două jumătăți identice, fiecare purtând situsuri identice de legare a antigenului. Pe baza variabilității secvenței de aminoacizi, două regiuni principale (variabile și constante) sunt identificabile în cadrul fiecărui lanț polipeptidic de anticorpi. Aceste regiuni sunt descrise în mod obișnuit ca lumină variabilă (VL), lumină constantă (CL), variabilă grea (VH) și constantă grea (CH). Anticorpii diferă cel mai mult în secvența lor de aminoacizi la regiunile lor variabile, ceea ce subliniază specificitatea antigenului lor. Siturile de legare a antigenului sunt formate din terminalele amino sau regiunile variabile ale lanțurilor grele (VH) și ușoare (VL).
regiunea de legare a antigenului fragmentului sau Fab este formată din lanțul ușor complet (VL și CL) și din regiunea variabilă completă a lanțului greu (VH) și o porțiune din regiunea sa constantă (CH). Regiunea cristalizabilă a fragmentului sau Fc constă numai din lanțuri grele constante (CH).
clasa de anticorpi
moleculele de anticorpi au unul din cele două tipuri de lanțuri ușoare, lambda (inkt) sau kappa (inkt). Tipul de lanț ușor al anticorpului nu este asociat cu diferențe în funcția anticorpului dincolo de specificitatea antigenului. În schimb, compoziția lanțului greu al unui anticorp determină diverse proprietăți funcționale, cum ar fi interacțiunea sa cu alte proteine (legarea receptorului Fc), activarea complementului, aviditatea și timpul de înjumătățire. Principalele clase de lanțuri grele la mamifere sunt m, d, g, A și E, care determină clasele de anticorpi sau izotipurile IgM, IgD, IgG, IgA și, respectiv, IgE. IgM este principalul izotip de anticorpi prezent în timpul unui răspuns imun primar. Izotipul anticorpului IgG predomină în timpul răspunsurilor imune secundare și este cel mai frecvent anticorp circulant din sistemul imunitar. Izotipurile de anticorpi diferă în funcție de structură și funcții imunologice.
| clasa de anticorpi | clasa de lanțuri grele | greutate moleculară (kDa) | % anticorp seric Total | proprietăți funcționale |
|
|
(mu) | 900 | 6 |
|
|
|
(gamma) | 150 | 80 |
|
|
|
(alfa) | 385 | 13 |
|
|
|
(epsilon) | 200 | 0.002 |
|
|
|
(delta) | 180 | 1 |
|
legarea anticorpilor: Interacțiuni Antigen anticorp
mecanismele de acțiune ale anticorpului
funcția unui anticorp în sistemul imunitar este de a lega și elimina în mod specific particulele străine. Anticorpii pot elimina antigene străine prin mai multe mecanisme.
neutralizare – legarea anticorpilor servește la neutralizarea particulelor străine care împiedică interacțiunea cu celulele și deteriorarea și invazia celulară în consecință.
Opsonizare-anticorpii pot acționa ca etichete care recrutează mediatori celulari imuni pentru a elimina substanțele străine prin fagocitoză. Complement-anticorpii pot acoperi particule străine și pot activa sistemul complementului care duce la liza directă a substanței străine sau la inducerea opsonizării acesteia.
care este diferența dintre afinitatea anticorpilor și aviditate?
anticorpii se leagă reversibil de regiuni unice sau epitopi din antigene specifice prin interacțiuni slabe non-covalente care includ legături hidrogen, ionic, hidrofob și Van der Waals. Rezistența sau afinitatea legării anticorpilor este determinată de forța netă a interacțiunilor slabe dintre un singur situs de legare a anticorpilor și epitopul său.
antigenele pot fi multivalente, ceea ce se referă la prezența mai multor epitopi identici pe antigen. Antigenii multivalenți pot interacționa cu mai multe situsuri de legare a anticorpilor. Pentru orice moleculă de anticorp dată, aviditatea sa este definită de puterea netă a tuturor interacțiunilor cu un antigen. Anticorpi precum IgG, IgE și IgD își leagă epitopii cu afinitate mai mare decât anticorpii IgM. Cu toate acestea, fiecare moleculă IgM poate interacționa cu până la zece epitopi pe antigen și, prin urmare, are o aviditate mai mare. Datorită afinității ridicate, izotipul anticorpului IgG este cel mai frecvent tip de anticorp utilizat în metodele de Biologie Moleculară și celulară.
cum sunt diferiți anticorpii policlonali și monoclonali?
în timpul unui răspuns imun la o substanță străină, activarea celulelor B duce la expansiunea și formarea celulelor B plasmatice care secretă anticorpi specifici antigenului. Cu toate acestea, antigenele sunt complexe din punct de vedere structural și constau din mai mulți determinanți antigenici sau epitopi. În orice antigen dat, o celulă B va recunoaște unul dintr-o multitudine de epitopi, iar diferite clone de celule B vor secreta anticorpi specifici diferiților epitopi din cadrul aceluiași antigen. Anticorpii secretați de celulele B din aceeași clonă sunt anticorpi monoclonali, deoarece se leagă în mod specific de același epitop. Cu toate acestea, răspunsul umoral global conține anticorpi secretați de mai multe tipuri de clone de celule B și este în mod natural policlonal. Anticorpii secretați de celulele B se găsesc predominant în fracțiunea serică a sângelui, iar serul care conține anticorpi specifici antigenului este adesea denumit antiser.
anticorpii monoclonali și policlonali sunt instrumente puternice care facilitează analiza proceselor biologice complexe. Mai multe avantaje și dezavantaje sunt asociate cu fiecare tip de anticorp atunci când este utilizat ca instrument de biologie moleculară.
cum de a alege între anticorpi policlonali vs monoclonali
selectați referințe
Alberts B, Johnson A, Lewis J, și colab. (2002). Biologia moleculară a celulei. Ediția a 4-a. Imunitate Înnăscută. În New York: Garland Science;https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26846/
Bonilla, F. A.,& Oettgen, H. C. (2010). Imunitate adaptivă. Jurnalul de alergie și Imunologie Clinică. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2009.09.017
Chaplin, D. D. (2010). Prezentare generală a răspunsului imun. Jurnalul de alergie și Imunologie Clinică. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2009.12.980
Janeway, C. A. J., Travers, P.,& Walport, M. (2001). Generarea diversității în imunoglobuline practic. În Imunobiologie: sistemul imunitar în Sănătate și boli. Ediția a 5-a. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK27140/
Molnar, C.,& Gair, J. (2015). Concepte de Biologie-Ediția 1 Canadiană. Concepte de Biologie-Ediția 1 Canadiană.
Nelson, P. N., Reynolds, G. M., Waldron, E. E., Ward, E., Giannopoulos, K.,& Murray, P. G. (2000). Demistificat: anticorpi monoclonali. Jurnalul de patologie clinică-Patologie Moleculară. https://doi.org/10.1136/mp.53.3.111
Reverberi, R.,& Reverberi, L. (2007). Factorii care afectează reacția antigen-anticorp. Transfuzie De Sânge. https://doi.org/10.2450/2007.0047-07
Riera Romo, M., P Oqurcrez-Martyxcifnez, D.,& Castillo Ferrer, C. (2016). Imunitatea înnăscută la vertebrate: o prezentare generală. Imunologie. https://doi.org/10.1111/imm.12597
Shishido, S. N., Varahan, S., Yuan, K., Li, X., & Fleming, S. D. (2012). Răspuns imun înnăscut umoral și boală. Imunologie Clinică. https://doi.org/10.1016/j.clim.2012.06.002
Torres, M., Fern-Fuentes, N., Fiser, A., & Casadevall, A. (2007). Regiunea constantă a lanțului greu de imunoglobulină afectează parametrii cinetici și termodinamici ai interacțiunilor regiunii variabile a anticorpilor cu antigenul. Jurnalul de Chimie Biologică. https://doi.org/10.1074/jbc.M700661200
Tsai, D., Hung, K., Chang, C.,&Lin, K. (2019). Mecanismele de reglementare ale răspunsurilor celulelor B și implicația în bolile legate de celulele B. J Biomed Sci. https://doi.org/10.1186/s12929-019-0558-1