|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
Schemat przeciwciała:
1. fragment wiążący antygen 2. region Fab 3. region Fc niebieskie - łańcuchy ciężkie żółte - łańcuchy lekkie ciemnoniebieskie/żółte - regiony zmienne jasnoniebieskie/żółte - regiony stałe szare - mostki dwusiarczkowe Przeciwciałami albo immunoglobulinami nazywa się specyficzny rodzaj białek wydzielanych przez komórki plazmatyczne (czyli pobudzone limfocyty B) w przebiegu odpowiedzi immunologicznej typu humoralnego, które mają zdolność do swoistego rozpoznawania antygenów. Jako część układu odpornościowego u człowieka i innych kręgowców przeciwciała odgrywają zasadniczą rolę w obronie organizmu przed bakteriami i pasożytami zewnątrzkomórkowymi oraz w znacznie mniejszym stopniu, pasożytami i bakteriami wewnątrzkomórkowymi. Głównym zadaniem przeciwciał jest wiązanie antygenu, co umożliwia z kolei zachodzenie innych procesów:
Produkcja przeciwciał jest główną funkcją humoralnego układu odpornościowego[2]. edytuj Historia odkryć związanych z przeciwciałamiPrzeciwciała zostały odkryte na przełomie XIX i XX wieku. W 1890 r. Emil Behring opisał zbawienny wpływ surowicy zwierząt zakażonych krztuścem na chorych ludzi. To właśnie odkrycie spowodowało, że narodziła się nowa dziedzina wiedzy, immunologia. Przez następne pół wieku immunologia była jedynie nauką zajmującą się przeciwciałami. Paul Ehrlich, niemiecki uczony i immunolog, przyrównał przeciwciała do "magicznego pocisku" – średniowiecznego ideału leku, wypędzającego diabła z ciała opętanego, bez czynienia pokrzywdzonemu szkód. Przeciwciała miałyby w podobny sposób zapewnić usunięcie patogenu bez szkód dla organizmu. Ehrlich zwrócił uwagę na fakt, iż przeciwciała nie mogą reagować z własnymi tkankami, gdyż doprowadzałoby to do ich zniszczenia (uczony określił to mianem horror autotoxicus). Obecnie wiadomo, że nie jest to do końca prawdą, gdyż przeciwciała mogą odgrywać znaczną rolę w chorobach autoimmunizacyjnych. Niemniej jednak, immunoglobuliny rzeczywiście działają podobnie do magicznego pocisku i stanowią jeden z głównych czynników zaangażowanych w obronę naszego organizmu. Przełomem w badaniach przeciwciał było opracowanie pod koniec lat 50. teorii selekcji klonalnej, która z jednej strony pokazała ich rzeczywiste znaczenie w odporności, z drugiej jednak wzmocniła zadawane jeszcze od czasów Ehrlicha pytanie: skąd bierze się tak duża liczba wariantów przeciwciał? Wiadomo było od dawna, że dla każdego niemal patogenu istnieją specyficzne przeciwciała. Rozwój genetyki spowodował, iż uczeni zdali sobie sprawę z faktu, że wariantów przeciwciał jest więcej, niż genów w organizmie, co z definicji genów i białek nie mogło mieć miejsca. Wyjaśnienie tego zawdzięczamy immunogenetykom, szczególnie japońskiemu uczonemu Susumu Tonegawie (za te właśnie prace uzyskał on w 1987 r. Nagrodę Nobla). Immunogenetyka pozwoliła obalić także pewne dogmaty genetyki, wcześniej uznawane za niepodważalne. W roku 1975 Cesar Milstein oraz Georges Köhler odkryli metodę produkcji przeciwciał monoklonalnych, które są dziś używane w laboratoriach naukowych do licznych badań naukowych, w diagnostyce (ELISA) oraz w wynajdywaniu nowych terapii, np. przeciwnowotworowych. Jak niewiele innych przedsięwzięć przeciwciała monoklonalne połączyły ze sobą świat biologii i biznesu. edytuj TerminologiaOmawiane w tym artykule białka określa się kilkoma nazwami, które wbrew powszechnym opiniom nie są synonimami. Termin immunoglobulina odnosi się do faktu, że białka te pełnią funkcję odpornościową, zaś w wyniku przeprowadzenia elektroforezy białek osocza lokują się m.in. w paśmie γ-globulin. Dlatego przez długi czas immunoglobuliny określano γ-globulinami. Teraz wiemy, że w pasmie γ po elektroforezie są także inne białka (np. białko C-reaktywne) i że immunoglobuliny lokują się także poza pasmem γ w pasmie β i α2 (patrz: proteinogram). Tak więc określenie γ-globulina w tym przypadku należy do przeszłości i nie należy go stosować. Termin przeciwciało ma natomiast węższe znaczenie, oznacza bowiem immunoglobulinę skierowaną przeciwko konkretnemu antygenowi, a więc immunoglobulinę o określonej swoistości. Użycie wymienionych terminów jako synonimów nie jest jednak rażącym błędem, chodzi raczej o to, żeby nie używać stwierdzeń w rodzaju "immunoglobulina przeciwtężcowa", ale "przeciwciało przeciwtężcowe", w momencie, kiedy określamy swoistość danego przeciwciała. Warto także zwrócić uwagę na fakt, iż określenie γ-globulina odnosi się do wszystkich przeciwciał, nie tylko do przeciwciał klasy IgG (podział na klasy omówiony jest dalej), które zawierają łańcuch γ. Zbieżność nazw jest tutaj przypadkowa, jednak całkiem trafna, ponieważ po przeprowadzonej elektroforezie, główną immunoglobuliną pasma γ jest właśnie IgG. edytuj Budowa przeciwciał
Schemat budowy przeciwciał
1. Fragment Fab 2. Fragment Fc 3. Łańcuch ciężki (zawiera VH, CH1, zawias, regiony CH2 i CH3: licząc od N-końca) 4. Łańcuch lekki (zawiera regiony VL i CL: licząc od N-końca) 5. Miejsce wiązania antygenu 6. Regiony zawiasowe (*) -S-S- oznacza mostki disiarczkowe Budowa przeciwciał wszystkich klas jest podobna. Są to białkowe cząsteczki o kształcie zbliżonym do litery "Y", o masach cząsteczkowych od 150 do 970 kDa, złożone (w formie monomerycznej) z czterech glikozylowanych łańcuchów peptydowych. Dwa z tych łańcuchów, określane mianem łańcuchów ciężkich (H, od ang. Heavy – na rysunku kolor niebieski) są dłuższe i związane ze sobą wiązaniami dwusiarczkowymi. Pozostałe dwa łańcuchy, nazywane lekkimi (L, od ang. Light – kolor zielony) są związane z łańcuchami ciężkimi również za pomocą mostków dwusiarczkowych. Obydwa łańcuchy ciężkie w danej cząsteczce są identyczne, podobnie jest z łańcuchami lekkimi. Region, w którym występują wiązania dwusiarczkowe pomiędzy H (miejsce zgięcia łańcuchów) nazywamy regionem zawiasowym, gdyż warunkuje on tzw. zmienność segmentalną, czyli możliwość rozchylania się ramion przeciwciała. Zastosowanie papainy umożliwia rozcięcie przeciwciała i uzyskanie z pojedynczej cząsteczki dwóch fragmentów Fab (ang. Fragment, antigen binding – wiążących antygen) oraz jednego fragmentu Fc (ang. Fragment, crystallizable – krystalizującego). Miejsce cięcia enzymu wypada nieco powyżej regionu zawiasowego. Na podstawie takiego trawienia enzymatycznego udało się potwierdzić istnienie dwóch funkcjonalnych części:
Badania nad budową przeciwciał pozwoliły wniknąć głębiej w budowę ich łańcuchów peptydowych. Okazało się, że każdy łańcuch posiada część stałą (ciemniejszy kolor na schemacie), która jest taka sama u wszystkich przeciwciał danej klasy, oraz część zmienną (jaśniejszy kolor na schemacie), różniącą się wśród przeciwciał o różnej swoistości. Część zmienna łańcucha ciężkiego nosi nazwę VH, zaś łańcucha lekkiego – VL (V od ang. Variable). Części stałe zaś są oznaczone symbolami CH (w łańcuchu ciężkim, C od ang. Constant) i CL (w łańcuchu lekkim), przy czym każda domena części stałej łańcucha ciężkiego jest oznaczona cyfrą. Jak widać, w skład fragmentu Fc wchodzi wyłącznie część stała H, zaś w skład fragmentu Fab – fragment części stałej łańcucha ciężkiego oraz kompletne łańcuchy lekkie. Każde z ramion przeciwciała (Fab) zawiera więc część wiążącą antygen, zwaną paratopem (na rysunku otoczona czerwonym, przerywanym okręgiem), który złożony jest zarówno z fragmentów H, jak i L, funkcje efektorowe natomiast zależą jedynie od H. edytuj Klasyfikacja przeciwciał
Przeciwciała można sklasyfikować ze względu na budowę łańcuchów lekkich oraz ciężkich, przy czym różnice dotyczą wyłącznie części stałych. Klasyfikacja na podstawie budowy łańcuchów lekkich nie ma praktycznego znaczenia, niemniej jednak należy o niej wspomnieć. Łańcuchy lekkie mogą występować w dwu podstawowych formach: κ i λ. W zależności od tego, jaki rodzaj łańcucha występuje w danej cząsteczce przeciwciała, można wyróżnić typ przeciwciała. Ze względu na fakt, że łańcuch λ występuje w kolejnych dwu formach, w obrębie typu λ można wyróżnić dwa kolejne podtypy. Istotny z punktu widzenia immunologa jest natomiast podział na klasy, zależny od łańcucha ciężkiego, pozwala on bowiem odróżnić "zachowanie" określonych przeciwciał od "zachowania" innych przeciwciał, co wiąże się z faktem, iż tylko łańcuch ciężki odpowiada za funkcje efektorowe. Łańcuch ciężki występuje w pięciu formach: α, γ, δ, ε, μ, co pozwala wyodrębnić odpowiednio pięć klas: immunoglobuliny A (IgA), immunoglobuliny G (IgG) i analogicznie IgD, IgE i IgM. Poszczególne klasy i podklasy różnią się układem specyficznych dla immunoglobulin domen białkowych, tzw. splotów immunoglobulinowych oraz obecnością lub brakiem regionu zawiasowego. Ponadto przeciwciała klasy IgA mogą łączyć się w dimery, zaś IgM – w pentamery i heksamery. Ze względu na wspomniane różnice w budowie poszczególnych łańcuchów lub ich fragmentów można wyróżnić trzy rodzaje markerów przeciwciał:
edytuj Kinetyka reakcji przeciwciałReakcja przeciwciała z antygenem przebiega podobnie, jak każda inna reakcja równowagowa typu A+B--->AB. Opierając się na takim równaniu w immunologii wyróżnia się powinowactwo i zachłanność. edytuj PowinowactwoPowinowactwem przeciwciała nazywamy siłę wiązania antygenu przez pojedynczy paratop, co odpowiada reakcji, w której pojedyncze paratopy przeciwciał reagują z monowalentnymi antygenami. Reakcja jest przedstawiona poniżej: Jak dla każdej innej reakcji równowagowej, także dla tej można obliczyć stałą równowagi, która wynosić będzie: K=[AbAg]/[Ab][Ag] gdzie: [Ab] – stężenie przeciwciał; [Ag] – stężenie antygenu; [AbAg] – stężenie kompleksu przeciwciała z antygenem. Powinowactwo zależy zarówno od szybkości tworzenia się wiązań między epitopem i paratopem, jak również od siły tego wiązania. Należy także pamiętać, że czasami powinowactwo danego przeciwciała względem antygenu może być niższe od powinowactwa dla innego antygenu, względem którego przeciwciało nie było produkowane (patrz: przeciwciało heteroklityczne). edytuj ZachłannośćZachłanność jest pojęciem podobnym do powinowactwa i oznacza ona siłę wiązania poliwalentnego antygenu z kilkoma paratopami przeciwciała. Jest to stała reakcji przedstawionej poniżej i jest obliczana w podobny sposób jak w przypadku powinowactwa: Najistotniejsze jest to, że zachłanność nie jest prostą sumą powinowactw (w powyższym przykładzie dwóch), lecz jest od nich większa. Wynika to z faktu, że rozerwanie kilku wiązań naraz (w reakcji przeciwnej) wymaga większej siły niż oderwanie pojedynczego wiązania przeciwciało-antygen. edytuj Tworzenie kompleksów immunologicznychKompleksem immunologicznym nazywamy połączenie przeciwciała z antygenem. Po utworzeniu kompleksu może nastąpić usunięcie antygenu, lecz czasami tworzenie kompleksów może przynieść więcej szkody niż pożytku. Dzieje się tak, gdy rozmiary kompleksów są duże i wytrącają się one w tkankach (patrz: kompleksy immunologiczne). Następuje wtedy nadmierna, niekontrolowana aktywacja dopełniacza oraz silna aktywacja komórek żernych, co powoduje zniszczenie otaczających tkanek. Przykładem takiej patologii może być zapalenie kłębuszków nerkowych towarzyszące wirusowemu zapaleniu wątroby typu C. Duża ilość wirionów uwalnianych do krwi powoduje, że powstają duże kompleksy, gromadzące się w naczyniach nerek. Aktywacja dopełniacza powoduje silne zapalenie trwale uszkadzające nerki. edytuj Zastosowania w medycynieedytuj DiagnostykaWykrywanie konkretnych przeciwciał jest powszechną formą diagnostyki medycznej i m.in. serologia zależy od tego typu metod[5]. Przykładowo, w oznaczeniach biochemicznych służących do ułatwienia postawienia diagnozy[6], określa się miano przeciwciał z krwi skierowanych na wirusa Epsteina-Barr lub boreliozę. Nieobecność tych przeciwciał oznacza, że osoba nie była zakażona lub zakażenie nastąpiło bardzo dawno temu i limfocyty B produkujące specyficzne przeciwciała zniknęły. W chorobach autoimmunologicznych często można wykryć w badaniach krwi autoprzeciwciała, które wiążą się z epitopami własnego ciała. Przeciwciała skierowane przeciwko powierzchniowym antygenom erytrocytów w autoimmunologicznej anemii hemolitycznej można wykryć za pomocą testu Coombsa[7]. Test Coombsa jest także używany w przesiewowych badaniach związanych z transfuzją krwi oraz w badaniach prenatalnych u kobiet[7]. Poziomy różnych klas immunoglobulin są czasem użyteczne w określeniu przyczyn uszkodzenia wątroby u pacjentów, których rozpoznanie jest niepewne[1]. Przykładowo, podniesiony poziom IgA wskazuje na marskość alkoholową, a podniesione poziomy IgM wskazują na wirusowe zapalenie wątroby oraz pierwotną marskość żółciową, podczas gdy poziom IgG jest podniesiony wirusowym zapaleniu wątroby, autoimmunologicznym oraz w marskości. edytuj Stosowanie immunoglobulin w terapiiDożylne preparaty immunoglobulin są stosowane w dwóch zasadniczych wskazaniach:
Celowana terapia przeciwciałami monoklonalnymi jest stosowana w leczeniu takich chorób, jak reumatoidalne zapalenie stawów[8], stwardnienie rozsiane[9], łuszczyca[10], oraz w różnych postaciach nowotworów złośliwych, w tym w chłoniakach nieziarniczych[11] raku jelita grubego, rakach głowy i szyi oraz raku piersi[12]. Niektóre niedobory odporności, jak sprzężona z chromosomem X agammaglobulinemia oraz hipogammaglobulinemia wynikają odpowiednio z całkowitego i częściowego niedoboru przeciwciał[13]. Te choroby można leczyć poprzez wywoływanie krótkotrwałej postaci odporności, zwanej odpornością bierną. Odporność bierną uzyskuje się poprzez przekazanie choremu gotowych przeciwciał w ludzkiej lub zwierzęcej surowicy[14]. edytuj Terapia prenatalnaPrzeciwciała przeciwko czynnikowi Rh są specyficzne dla ludzkiego antygenu D rezusów[15]. Czynnik Rh jest antygenem znajdującym się na krwinkach czerwonych; osoby (Rh+) posiadają ten antygen na erytrocytach, a osoby (Rh-) nie. W czasie ciąży z komplikacjami, a także w wyniku urazu okołoporodowego, krew płodu może się przedostać do układu krążenia matki. W przypadku, gdy matka jest Rh-, a dziecko Rh+, może dojść do uczulenia na antygen Rh, co stwarza ryzyko hemolitycznej choroby noworodka (wzrastające z każdą następną ciążą)[16]. Aby zapobiec wystąpieniu uczulenia matki na antygeny płodu, podaje się przeciwciała przeciw czynnikowi Rh. Leczenie matki za pomocą przeciwciał przed i po porodzie niszczy antygeny Rh przedostające się do matki od płodu. Następuje to zanim limfocyty B matki zostaną zastymulowane do "zapamiętania" antygenu Rh i wytworzenia komórek pamięci. Dzięki temu układ odpornościowy matki nie zareaguje produkcją przeciwciał anty-Rh i nie zaatakuje antygenów D dziecka. Leczenie za pomocą przeciwciał anty-Rh zapobiega wystąpieniu hemolitycznej choroby noworodka, ale nie leczy przyczyny, jaką jest niezgodność układów Rh matki i płodu[15]. Przeciwciała stosowane w terapii prenatalnej dostępne są pod kilkoma nazwami handlowymi. edytuj Terapia biologicznaedytuj Zastosowanie w badaniach naukowych
Immunofluorescencyjny obraz eukariotycznego cytoszkieletu. Filamenty aktynowe są przedstawione na czerwono, mikrotubule na zielono, a jądro komórkowe na niebiesko.
Specyficzne przeciwciała produkuje się poprzez wstrzykiwanie antygenów ssakom takim jak myszy, szczury, króliki, od których uzyskuje się niewielkie ilości przeciwciał oraz owiec, koni, kóz, od których pozyskuje się większe ilości przeciwciał. Krew wyizolowana od tych zwierząt zawiera przeciwciała poliklonalne, czyli niejednakowe przeciwciała, które wiążą się z tym samym antygenem w surowicy krwi. Antygeny wstrzykuje się również kurom, aby uzyskać poliklonalne przeciwciała w żółtku[17]. Aby uzyskać przeciwciała specyficzne dla danego epitopu antygenu, izoluje się produkujące przeciwciała limfocyty od zwierząt i łączy się z linią komórek rakowych. W ten sposób otrzymuje się hybrydy, które będą produkować w hodowli przeciwciała. Pojedyncze hybrydy są izolowane poprzez klonowanie dylucyjne dające klony komórek, które produkują jednakowe przeciwciała, zwane przeciwciałami monoklonalnymi[18]. Wyprodukowane przeciwciała mono- i poliklonalne są często oczyszczane przy pomocy białka A/G oraz chromatografii powinowactwa do antygenów[19]. W badaniach, oczyszczone przeciwciała mają wiele zastosowań. Najczęściej stosuje się je do odnalezienia i zidentyfikowania wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych białek. Przeciwciała są używane w cytometrii przepływowej do różnicowania typów komórek na podstawie białek, jakie ulegają w nich ekspresji. Różne rodzaje komórek produkują różne zestawy białek CD, które trafiają na ich powierzchnię, a także odmienne białka wewnątrzkomórkowe i te, które ulegają sekrecji (wydzielaniu)[20]. Używa się ich także w immunoprecypitacji do rozdzielenia białek i wszystkiego z czym są połączone (koimmunoprecypitacja) od innych cząsteczek w lizacie komórkowym[21], w analizie Western blotu do zidentyfikowania białek rozdzielonych w elektroforezie[22], oraz w immunohistochemii lub immunofluorescencji do zbadania ekspresji białek w skrawkach tkankowych lub do zlokalizowania białek wewnątrz komórek przy pomocy mikroskopu[23][20]. Białka moża wykryć i określić ich ilość z użyciem technik ELISA oraz ELISPOT[24][25]. edytuj Przeciwciała u noworodkówWymienione na wstępie mechanizmy ochronnego działania przeciwciał mogą także pojawiać się u noworodków, które wprawdzie produkują nikłe ilości przeciwciał (głównie klasy IgM), ale uzyskują dodatkowo przeciwciała poprzez:
Noworodek zaczyna produkować na większą skalę IgG dopiero dwa miesiące po urodzeniu. Równocześnie z biegiem czasu maleje liczba przeciwciał otrzymanych od matki w trakcie ciąży, i noworodek jest najsłabiej chroniony około trzeciego miesiąca życia. Brak syntezy własnych przeciwciał jest jednym z powodów pewnej nieskuteczności szczepień tuż po urodzeniu. edytuj Zobacz teżedytuj Bibliografia
Przypisy
|
| All Right Reserved © 2007, Designed by Stylish Blog. |