Przeciwciało

Z Wikipedii

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 białka wydzielane przez limfocyty B (a ściślej – przez komórki plazmatyczne), mające zdolność do swoistego rozpoznawania antygenów. Głównym zadaniem przeciwciał jest wiązanie antygenu, co umożliwia z kolei zachodzenie innych procesów:

• opsonizacji, w wyniku której patogen jest łatwiej usuwany na drodze fagocytozy
• aktywowania dopełniacza, co skutkuje zniszczeniem niektórych typów patogenów oraz pobudzeniem odpowiedzi odpornościowej
• cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał
• neutralizowania toksyn
• neutralizowania wirusów
• oddziaływania bakteriostatycznego
• blokowania adhezyn bakteryjnych

Przeciwciała odgrywają zasadniczą rolę w obronie organizmu przed bakteriami i pasożytami zewnątrzkomórkowymi oraz, w znacznie mniejszym stopniu, pasożytami i bakteriami wewnątrzkomórkowymi.

[edytuj] Historia odkryć związanych z przeciwciałami

Przeciwciała 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 się pomylił, przeciwciała bowiem 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 Koehler 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] Terminologia

Omawiane 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

Wszystkie przeciwciała mają podobną budowę. Są to białkowe cząsteczki o kształcie 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 (IgH – na rysunku kolor niebieski) są dłuższe i związane ze sobą wiązaniami dwusiarczkowymi. Pozostałe dwa łańcuchy, nazywane lekkimi (IgL – 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 IgH (miejsce skrzyżowania 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. Antigen Binding – wiążących antygen) oraz jednego fragmentu Fc (ang. Crystalization – krystalizującego). Na rysunku miejsca cięcia przez papainę oznaczono białymi kreskami. Na podstawie takiego trawienia enzymatycznego udało się potwierdzić istnienie dwóch funkcjonalnych części:

• fragmentów Fab, odpowiadających ramionom przeciwciała i wiążących się z antygenem
• fragmentu Fc, pełniącego funkcję efektorową, czyli odpowiadającego za różne zjawiska, które zapoczątkowuje związanie antygenu, np. immunofagocytozę. Fragment Fc jest związany z cytofilnością przeciwciał.

Badania nad budową przeciwciał pozwoliły wniknąć głębiej w budowę ich łańcuchów peptydowych. Okazało się, że każdy łańcuch posiada część stałą, która jest taka sama u wszystkich przeciwciał danej klasy (klasy są opisane dalej), oraz część zmienną, różniącą się wśród przeciwciał o różnej swoistości. Część zmienna łańcucha ciężkiego nosi nazwę VH, zaś łańcucha lekkiego – VL. Części stałe są oznaczone symbolami CH (łańcuch ciężki) i CL (łańcuch lekki), przy czym każda domena części stałej łańcucha ciężkiego jest oznaczona cyfrą. Jak widać, w skład fragmentu Fc wchodzi wyłącznie część stała IgH, 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 oznaczonym na czerwono), który złożony jest zarówno z fragmentów IgH, jak i IgL, funkcje efektorowe natomiast zależą jedynie od IgH.

[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. Ich właściwości są przedstawione w osobnych artykułach, w których podano także ewentualny podział na podklasy. Tutaj warto jedynie wspomnieć, iż 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:

• izotypy – rozróżnia się je na podstawie zasadniczych różnić w planie budowy łańcuchów. Podział na izotypy polega na podziale na klasy i podklasy oraz typy i podtypy;
• allotypy – są to drobne zmiany w obrębie danego izotypu, warunkowane zmiennością genetyczną. Przeważnie chodzi tutaj o występowanie takiego czy innego aminokwasu w określonej pozycji łańcucha;
• idiotypy – to grupy przeciwciał o takiej samej swoistości. Różnią się one budową części zmiennej (patrz: zmienność przeciwciał), mimo posiadania tej samej części stałej (czyli mogą to być te same izotypy, choć nie muszą).

[edytuj] Jak przeciwciała chronią noworodka

Wymienione na wstępie mechanizmy ochronnego działania przeciwciał mogą także pojawiać się u noworodków, które produkują nikłe ilości przeciwciał. Jakie zatem są źródła przeciwciał we krwi noworodka? Kluczowe są tutaj dwa zjawiska:

• Przekazywanie matczynych IgG przez łożysko w czasie trwania ciąży. Od ok. 6-tego miesiąca ciąży matka może przekazywać IgG do krwi pępowinowej, przy czym dzieje się to z udziałem mechanizmów aktywnego transportu. Noworodek posiada dzięki temu wyższe stężenie IgG we krwi niż człowiek dorosły. Z drugiej strony, wcześniaki są mniej odporne od noworodków urodzonych w terminie, gdyż uzyskały mniej przeciwciał od matki.

• Przekazywanie matczynych przeciwciał w mleku matki. W mleku występują przeciwciała IgA (u człowieka; u świni są to np. IgG), które są wydzielane bezpośrednio przez gruczoł sutkowy. Ciekawe jest to, że w mleku odnajdujemy przeciwciała skierowane przeciwko patogenom układu pokarmowego, z którymi zetknęła się matka. Wynika to z istnienia swego rodzaju łączności pomiędzy błoną jelit a gruczołem sutkowym, możliwą dzięki istnieniu MALT, tkanki limfatycznej związanej z błonami śluzowymi. W tym momencie najbardziej istotne jest to, że dziecko otrzymuje przeciwciała, które służą eliminacji patogenów, które z dużym prawdopodobieństwem może spotkać w swoim środowisku, gdyż spotkała je już matka. Przeciwciała mleka są więc jednym z argumentów popierających karmienie piersią.

[edytuj] Kinetyka reakcji przeciwciał

Reakcja 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] Powinowactwo

Powinowactwem przeciwciała nazywamy siłę wiązania antygenu przez pojedynczy paratop, co odpowiada reakcji, w której pojedyncze paratopy przeciwciał reagują z monowalentymi 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. Stała K, obliczona dla przeciwciał o jednakowej swoistości jest wprost proporcjonalna do powinowactwa, gdyż jej duża wartość informuje nas o tworzeniu dużej ilości kompleksów z antygenem. Przy małym powinowactwie tworzy się mniej kompleksów, a przeciwciała takie są mniej skuteczne. Wynika to z faktu, iż przeciwciała o dużym powinowactwie zwiążą dużo antygenów już przy ich małym stężeniu, a więc szybciej zareagują na ich obecność.

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] Zachłanność

Zachłanność 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 immunologicznych

Kompleksem 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.