Mitä ovat vasta-aineet ja mitä antigeenit?
vasta-aineet ovat suuria glykoproteiineja, joita kutsutaan myös immunoglobuliineiksi (IG), joita immuunisolut, erityisesti B-lymfosyytit, tuottavat, ilmentävät ja erittävät solupinnalla. Vasta-aineet tunnistavat vieraat tunkeutuvat mikro-organismit sitoutumalla nimenomaan taudinaiheuttajan proteiineihin tai antigeeneihin, mikä helpottaa niiden neutralointia ja tuhoamista. Antigeenit määritellään klassisesti vieraaksi aineeksi, joka saa aikaan immuunivasteen. Kunkin antigeenin vasta-ainespesifisyyttä korostaa sen ainutlaatuinen rakenne, joka mahdollistaa antigeenin sitoutumisen erittäin tarkasti. Koska vasta-aineet ovat hyvin spesifisiä, ne toimivat erittäin hyödyllisinä välineinä tieteellisessä tutkimuksessa proteiinien sijainnin, runsauden ja toiminnan selventämiseksi dynaamisissa biologisissa järjestelmissä.
mistä vasta-aineet tulevat?
immuunijärjestelmän pääasiallinen tehtävä on antaa suoja vieraita / tarttuvia taudinaiheuttajia ja kudosvaurioita vastaan. Se koostuu kahdesta päähaarasta: synnynnäisestä (epäspesifisestä) ja adaptiivisesta (hankitusta) immuniteetista. Vasta-aineiden tuotanto ja eritys riippuu adaptiiviseen immuniteettihaaraan kuuluvista soluista.
synnynnäinen immuunijärjestelmä
- perustuu fyysisiin esteisiin (esim.limakerros, ehjä epiteeli ja sykkyrät) ja kemiallisiin esteisiin (esim. antimikrobiset peptidit, alhainen pH ja hydrolyyttiset entsyymit), jotka estävät infektioita ja vammoja.
- tuottaa nopean geneerisen tai epäspesifisen vasteen taudinaiheuttaja – tai vahinkoperäisille antigeeneille, joita kutsutaan yleisesti patogeeni – assosioituneiksi molekyylikuvioiksi (patogeeni associated molecular pattern, pamps) ja damage associated molecular pattern (damps). Nämä vasteet välittyvät interaktioista Toll-like reseptoreihin (tlrs).
- liittyy liukoisiin (esim.sytokiinit/kemokiinit ja komplementtitekijät) ja solujen (esim. fagosyyttiset, tappaja-ja antigeenisolut) vasteisiin.
Adaptiivinen immuunijärjestelmä
- aikaansaa patogeenispesifisen immuunivasteen lymfosyyttireseptorien (T-solujen reseptorit ja B-solujen antigeenireseptorit) aktivoitumisen kautta.
- liittyy efektori-T-lymfosyyttien välittämiin soluvasteisiin ja B-lymfosyyttien tuottamiin vasta-aineisiin.
- johtaa immuunimuistiin tietyille antigeeneille, jotka voidaan palauttaa takaisin uudelleenaltistuksen yhteydessä nopeamman ja tehokkaamman vasteen aikaansaamiseksi.
vasta-ainetuotanto adaptiivisen immuunijärjestelmän toimesta
Adaptiivinen immuunijärjestelmä on kehittynyt tuottamaan hienosäätöisiä vasteita taudinaiheuttajia ja muita vieraita aineita vastaan. Adaptiivisen solu-ja humoraalisen immuunivasteen tärkeimmät efektorit ovat T-ja B-lymfosyytit. B-lymfosyytit kehittyvät luuytimen hematopoieettisista kantasoluista, jotka synnyttävät epäkypsiä IgM: ää ilmentäviä B-soluja. Pernaan siirtymisen jälkeen epäkypsät B-solut erilaistuvat edelleen kypsiksi tai naiiveiksi B-soluiksi, jotka ilmentävät sekä IgM-että IgD-kalvoon sitoutunutta immunoglobuliinityyppiä. Kypsät B-solut kiertävät perifeerisesti imusuoniston läpi, jossa ne ovat vuorovaikutuksessa vieraiden antigeenien kanssa. Kun aiemmin hoitamaton B-solu kohtaa antigeenin, sen aktivoituminen voi synnyttää plasman B-solun tai muistin B-solun. Muistin B-soluissa on pintaan sitoutuneita vasta-aineita, kun taas plasman B-solut erittävät vasta-aineita, jotka ovat spesifisiä aktivoivalle antigeenille. Muistin B-solut aktivoituvat nopeasti, kun ne altistuvat uudelleen samalle antigeenille ja reagoivat nopeammin ja tehokkaammin.
mikä on vasta-aine-tai immunoglobuliinityyppi?
vasta-Ainerakenne
kaikilla vasta-aineilla on sama perusrakenne, joka koostuu neljästä polypeptidiketjusta, kahdesta kevyestä ketjusta (L-ketjusta) ja kahdesta raskaasta ketjusta (H-ketjusta), joita disulfidisidokset pitävät koossa. Nämä neljä polypeptidiketjua muodostavat symmetrisen molekyylin, jonka on yleisesti kuvattu olevan ” Y ” – muotoinen ja joka koostuu kahdesta identtisestä puolikkaasta, joilla kummallakin on identtiset antigeenisitoutumispaikat. Aminohapposekvenssin vaihtelun perusteella kussakin vasta-ainepolypeptidiketjussa on tunnistettavissa kaksi pääaluetta (muuttuva ja vakio). Näitä alueita kuvataan yleisesti muuttuvalla valolla (VL), vakiovalolla (CL), muuttuvalla raskaalla (VH) ja vakiolla raskaalla (CH). Vasta-aineet eroavat aminohapposekvenssiltään eniten niiden muuttuvilla alueilla, jotka korostavat niiden antigeenispesifisyyttä. Antigeenin sitoutumispaikat muodostuvat raskaiden (VH) ja kevyiden (VL) ketjujen aminoterminaaleista eli muuttuvista alueista.
fragmentti-antigeenia sitova alue eli Fab muodostuu täyden kevyen ketjun (VL ja CL) ja raskasketjun täyden muuttujan (VH) alueesta ja osasta sen vakion (CH) alueesta. Fragmentti kiteytyvä alue tai Fc koostuu vain jatkuvista raskaista ketjuista (CH).
vasta-Aineluokka
vasta-ainemolekyyleillä on toinen kahdesta kevyestä ketjutyypistä, lambda (λ) tai Kappa (κ). Vasta-aineen kevyeen ketjutyyppiin ei liity eroja vasta-aineiden toiminnassa kuin antigeenispesifisyyden osoittaminen. Sen sijaan vasta-aineen raskas ketjukoostumus määrittää erilaisia toiminnallisia ominaisuuksia, kuten sen vuorovaikutuksen muiden proteiinien kanssa (Fc-reseptoreihin sitoutuminen), komplementin aktivaation, aviditeetin ja puoliintumisajan. Nisäkkäiden tärkeimmät raskasketjuluokat ovat m, d, g, a ja e, jotka määrittävät vasta-aineluokat eli isotyypit IgM, IgD, IgG, IgA ja IgE. IgM on tärkein vasta-ainelaji, joka esiintyy primaarisen immuunivasteen aikana. IgG-vasta-aineen isotyyppi on vallitseva sekundaarisen immuunivasteen aikana ja on yleisin immuunijärjestelmän kiertävä vasta-aine. Vasta-aineiden isotyypit eroavat toisistaan rakenteeltaan ja immunologisilta toiminnoiltaan.
| vasta-Aineluokka | raskas Ketjuluokka | molekyylipaino (kDa) | % seerumin vasta-Aineluokka | toiminnalliset ominaisuudet |
|
|
μ (mu) | 900 | 6 | |
|
|
γ (gamma) | 150 | 80 |
|
|
|
α (alfa) | 385 | 13 |
|
|
|
ε (epsilon) | 200 | 0.002 |
|
| δ (delta) | 180 | 1 |
|
vasta-aineiden sitoutuminen: Vasta-Aineantigeenin yhteisvaikutukset
vasta-aineen vaikutusmekanismit
vasta-aineen tehtävä immuunijärjestelmässä on erityisesti sitoa ja eliminoida vieraita hiukkasia. Vasta-aineet voivat poistaa vieraita antigeenejä useiden mekanismien kautta.
neutralisaatio – vasta-aineiden sitoutuminen neutraloi vieraita hiukkasia, jotka estävät vuorovaikutusta solujen kanssa ja siitä johtuvia soluvaurioita ja invaasioita.
Opsonisaatio-vasta-aineet voivat toimia tunnisteina, jotka värväävät immuunisoluvälittäjiä eliminoimaan vieraat aineet fagosytoosin avulla.
komplementti-vasta-aineet voivat päällystää vieraita hiukkasia ja aktivoida komplementtijärjestelmän, joka johtaa vieraan aineen suoraan lyysiin tai aiheuttaa edelleen sen opsonisaation.
mikä on ero vasta-aineiden affiniteetin ja aviditeetin välillä?
vasta-aineet sitoutuvat palautuvasti spesifisten antigeenien ainutlaatuisiin alueisiin tai epitooppeihin heikkojen ei-kovalenttisten vuorovaikutusten kautta, joihin kuuluvat vety -, ioni -, hydrofobinen-ja Van der Waals-sidokset. Vasta-aineiden sitoutumisen vahvuus tai affiniteetti määräytyy yksittäisen vasta-aineen sitoutumiskohdan ja sen epitoopin välisten heikkojen vuorovaikutusten nettovoiman perusteella.
antigeenit voivat olla multivalentteja, mikä viittaa siihen, että antigeenia kohti on useita identtisiä epitooppeja. Multivalentit antigeenit voivat olla vuorovaikutuksessa useiden vasta-aineiden sitoutumiskohtien kanssa. Kunkin vasta-ainemolekyylin aviditeetti määräytyy kaikkien antigeenin kanssa tehtyjen vuorovaikutusten nettovahvuuden perusteella. IgG: n, IgE: n ja IgD: n kaltaiset vasta-aineet sitovat epitoopejaan suuremmalla affiniteetilla kuin IgM-vasta-aineet. Jokainen IgM-molekyyli voi kuitenkin olla vuorovaikutuksessa jopa kymmenen epitoopin kanssa antigeenia kohti, ja siksi sillä on suurempi aviditeetti. Suuren affiniteetin vuoksi IgG-vasta-aineen isotyyppi on yleisin molekyyli-ja solubiologian menetelmissä käytetty vasta-ainetyyppi.
miten Polyklonaaliset ja monoklonaaliset vasta-aineet eroavat toisistaan?
immuunivasteen aikana vieraalle aineelle B-solujen aktivoituminen johtaa niiden laajenemiseen ja plasman B-solujen muodostumiseen, jotka erittävät antigeenispesifisiä vasta-aineita. Antigeenit ovat kuitenkin rakenteellisesti monimutkaisia ja koostuvat useista antigeenisistä determinanteista eli epitoopeista. Jokaisessa antigeenissä B-solu tunnistaa yhden lukuisista epitoopeista, ja eri B-solukloonit erittävät saman antigeenin sisällä eri epitoopeille spesifisiä vasta-aineita. Saman kloonin B-solujen erittämät vasta-aineet ovat monoklonaalisia vasta-aineita, koska ne sitoutuvat nimenomaan samaan epitooppiin. Humoraalinen kokonaisvaste sisältää kuitenkin useiden B-solukloonityyppien erittämiä vasta-aineita ja on luonnollisesti polyklonaalinen. B-solujen erittämiä vasta-aineita on pääasiassa veren seerumifraktiossa, ja antigeenispesifisiä vasta-aineita sisältävää seerumia kutsutaan usein antiseerumiksi.
monoklonaaliset ja polyklonaaliset vasta-aineet ovat tehokkaita välineitä, jotka helpottavat monimutkaisten biologisten prosessien analysointia. Kuhunkin vasta-ainetyyppiin liittyy useita etuja ja haittoja, kun sitä käytetään molekyylibiologian välineenä.
Miten valita polyklonaalinen vs monoklonaalinen vasta-aine
Select References
Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Solun molekyylibiologia. 4. painos. Luontainen Immuniteetti. New Yorkissa: Garland Science; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26846/
Bonilla, F. A., & Oettgen, H. C. (2010). Sopeutuva immuniteetti. Journal of Allergy and Clinical Immunology. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2009.09.017
Chaplin, D. D. (2010). Yleiskatsaus immuunivasteesta. Journal of Allergy and Clinical Immunology. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2009.12.980
Janeway, C. A. J., Travers, P., & Walport, M. (2001). Immunoglobuliinien monimuotoisuuden luominen virtuaalisesti. In Immunobiology: the Immune System in Health and Disease. 5. painos. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK27140/
Molnar, C., & Gair, J. (2015). 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). Demystifioitu: monoklonaaliset vasta-aineet. Journal of Clinical Pathology-Molecular Pathology. https://doi.org/10.1136/mp.53.3.111
Reverberi, R., & Reverberi, L. (2007). Antigeeni-vasta-ainereaktioon vaikuttavat tekijät. verensiirto. https://doi.org/10.2450/2007.0047-07
Riera Romo, M., Pérez-Martínez, D., & Castillo Ferrer, C. (2016). Luontainen immuniteetti selkärankaisilla: yleiskatsaus. Immunologia. https://doi.org/10.1111/imm.12597
Shishido, S. N., Varahan, S., Yuan, K., Li, X., & Fleming, S. D. (2012). Humoraalinen luontainen immuunivaste ja sairaus. Kliininen Immunologia. https://doi.org/10.1016/j.clim.2012.06.002
Torres, M., Fernández-Fuentes, N., Fiser, A., & Casadevall, A. (2007). Immunoglobuliinin raskasketjuvakioalue vaikuttaa kineettisiin ja termodynaamisiin parametreihin vasta-aineiden vaihtelevan alueen interaktioissa antigeenin kanssa. Journal of Biological Chemistry. https://doi.org/10.1074/jbc.M700661200
Tsai, D., Hung, K., Chang, C., &Lin, K. (2019). B-solujen vasteiden säätelymekanismit ja vaikutus B-soluihin liittyviin sairauksiin. J Biomed Sci. https://doi.org/10.1186/s12929-019-0558-1