Antikroppar; struktur och diversitet. Kursbok: The immune system Peter Parham

Transkript

1 Antikroppar; struktur och diversitet. Kursbok: The immune system Peter Parham Kapitel Antikroppar = Immunoglobuliner (Ig): Ig presenteras på B-cellsytan samt finns i löslig form i blodet och lymf. Antikroppar är den utsöndrade formen (secretion). Antikroppsrepertoar: total uppsättning befintliga antikroppar med olika specificiteter hos en individ. De flesta vacciner bygger på principen att skapa ett starkt antikroppssvar. 1. Känner igen och binder specifikt till ett patogen. Ett Ig-baserat vaccin kommer att skydda mot en viss sjukdom men ej mot en annan. 2. Rekryterar celler samt molekyler ur immunförsvaret för att förstöra och eliminera patogenet. 1

2 B-cellens huvudroll är att producera antikroppar med en stark specificitet mot det invaderande patogenet. Detta sker genom att Ig på en vilande (resting) B-cell binder med stark affinitet till en del av patogenet. Konsekvensen blir att just den B-cellsklonen kommer att börja dela sig och föröka sig, samtidigt som den transformerar sig till en målmedveten cell som har till enda uppgift att producera stora kvantiteter lösliga antikroppar, alla identiska med samma starka specificitet till patogenet. Det finns en klar dualitet i antikroppens struktur, vilket reflekteras i att 2 olika områden spelar 2 mycket skilda roller. 1. Antikroppen känner specifikt igen patogen och binder till det med den mycket variabla antigen-bindande regionen (antigen-binding site). 2. Antikroppen kommunicerar med andra celler via den relativt konserverade Fc (F constant) delen. 2

3 Den konserverade regionen medför funktionsspecialisering: Den konstanta delen av antikroppen är mycket viktig för rekryteringen av andra celler och molekyler som attackerar och förstör patogenen. Olika Ig-klasser = isotyp har olika egenskaper i detta avseende. Fc-delen av de olika isotyperna känns igen av specialiserade receptorer närvarande på ytan av effektor celler. IgG1 och IgG3 Makrofager, neutrofiler IgE Mast celler, basofiler, aktiverade eosinofiler Fc delen av ett antikropp/antigen komplex kan binda till komplement med som konsekvens initiering av komplementkaskaden. Fc delen möjliggör aktiv transport av antikroppar till vissa speciella områden såsom slemhinne sekretioner (mucus, saliv osv ), tårar, mjölk (IgA) eller fostrets blodomlopp. Ig molekyler består av 4 olika komponenter: 2 identiska tunga kedjor (heavy chain, H-chain) 50 kda 2 identiska lätta kedjor (light chain, L-chain) 25 kda Beroende på isotypen, ingår olika mängd kolhydrater på den tunga kedjan. De lätta och tunga kedjorna länkas av disulfidbryggor. N-ändarna på en lätt och en tung kedja bildar tillsammans det högt variabla område som binder till antigen. 3

4 Det finns 5 olika klasser (eller isotyper) av antikroppar: De fem olika isotyperna skiljs åt genom strukturen på de tunga kedjornas konserverade delar (Fc: heavy-chain constant regions). Ingen hinge region i IgM or IgE. Skillnader i kolhydrat fördelning, mängd av S-S bryggor, mängd domäner i Fc delen. IgG är den vanligaste antikroppen inom blod omloppet. IgM och IgA kan formera polymerer. De olika isotyp familjerna är selektivt fördelade i kroppen. IgG är den mest vanligt förekommande av alla isotyper. Finns liksom IgM i blodet (plasma). IgG finns också tillsammans med monomerisk IgA i de extracellulära områdena. Dimerisk IgA finns i alla sekret (secretion), bl.a. i modersmjölk. Fostret (foetus) förvaras mot infektioner med hjälp av IgG från modern (som kommer igenom det placentala skyddet). IgE finns under alla epiteliala ytor. 4

5 De olika Ig-domänerna i en antikroppsmolekyl har en likartad struktur. Den stora skillnaden mellan en C- och en V-domän är att V-domänen har en extra loop. Antigen-bindande regionens uppbyggnad: 1. V-domänerna består dels av 3 hypervariabla regioner HV1, 2 och 3, dels s.k. framework regioner FR1, 2, 3 och FR regioner utgörs av β-sheets medan HV regioner består av loopar. 3. HV-regionerna från en lätt och en tung kedja paras ihop till en antigen bindande region (Antigen Binding Site). 4. HV regionerna kallas också för Complementarity Determining Regions (CDR1, 2 och 3). 5. Combinatorial Diversity: skapas av 3 CDR från V H och 3 från V L 5

6 2 antigen-bindande områden skapas genom så kallad kombinatorisk diversitet (Combinatorial diversity) Den del av ett antigen som binder till en antikropp kallas epitop eller antigenic determinant. Forskning: Ett av forskningsfältens idag inom antikroppsområdet/ Immunologi är att försöka att framställa nya syntetiska antikropp-prototyper som binder effektivare och mycket starkare till ytan av ett virus. Eller att definiera nya epitopområde. De vanligaste epitopen i Naturen utgörs av protein eller karbohydrater. Men antikroppar kan också reagera mot DNA (kan ge upphov till autoimmuna sjukdomar), allergener (allt från antibiotika till kattmjäll). Poliovirus VP1 Viral protein 1 6

7 Människans antikroppsrepertoar innehåller oändligt många alternativ så att en antikropp kan binda till nästan vad som helst. Ett mycket begränsat område Linjära epitop En hel yta Antigen binding site in a Fab antigen V H V L HIV-peptid V H Lysozym VL 7

8 Antisera: Man introducerar patogen hos ett djur (mus, kanin...). Djuret utvecklar skydd mot patogen och producerar stora mängder antikroppar mot det. Man blöder djuret och separerar den lösliga delen (serum) från alla celler. Serumet innehåller 1) antikroppar som är mycket specifika för patogenet. 2) antikroppar med mindre specificitet. 3) andra antikroppar. Forksning: Humaniserade antikroppar: Idéen är att ta fram igenjörmässigt designed variabla delar, där man förändrat CDR, som man kopplar till humana Fc-delar. På så sätt kan man inokulera dessa antikroppar i patienten och väcka fram ett starkt svar. 8

9 9