Antigene und Antikörper

Antigene
Antigene und Antikörper
Antigen: Peptidstruktur oder eine peptidgebundene
Struktur, die vom reifen adaptiven Immunsystem
erkannt werden kann.
Antigenität: die Fähigkeit eines Proteins, mit dem reifen
adaptiven Immunsystem zu reagieren →
IA/Toleranz (immunogenes oder tolerogenes AG)
- AG (physische, chemische, biologische Eigenschaften)
- Organismus (Immunstatus)
Immunogenität: die Fähigkeit eines Antigens, eine IA
auzulösen
Tolerogenität: die Fähigkeit, Toleranz zu induzieren
APCs: Verarbeitung, Präsentierung
Lymphozyten: Erkennung
Antigen = Carrier (Träger) +
Antigendeterminanten (Epitope)
Antigen = Carrier (Träger) +
Antigendeterminanten (Epitopen)
Antigendeterminante (Epiotop): der Teil eines
Antigens, der mit dem Antikörper in Kontakt tritt;
der immunologisch relevante Teil des AG
Lineare = kontinuierliche
Determinanten: T-Ly
AG-BCR/TCR-Bindung:
Rezeptor-Ligand-Bindung
AG-AK-Bindung:
„Molekül-molekülbindendes Protein”-Bindung
Epitop: Bindungsstelle für Rezeptor/bind. Protein
Konformationsdeterminanten =
diskontinuierlichen
Determinanten: B-Ly/AK
Epitope
Carrier
Aminosäuren in Primärstruktur nicht
unmittelbar nebeneinander;
entstehen mit 3D Konformation;
Denaturierung vernichtet sie
Antikörper (AK) = Immunglobuline (Ig)
Neoantigene und Haptene
Neoantigen: neues Epitop nach
posttranslationeller Modifizierung eines
Peptidmoleküls
Hapten: oft
kleinmolekulare
Substanz, die selbst
keine Immunreaktion
auslöst, nur nach
Verknüpfung an einen
groβmolekularen Träger
Aminosäuren direkt nebeneinander;
im nativen Molekül verborgen,
nur nach Denaturierung zugänglich
Hapten
Carrier
Antikörper: lösliche Glykoproteine, die spezifisch an die
Antigene binden, die ihre Produktion ausgelöst haben
Synthese: aktivierte B-Zellen (Plasmazellen)
- Blutplasma
- extrazelluläre Flüssigkeit
- Sekretionsprodukte
BCR: membrangebundene Form des Antikörpers
Unterschied in ihren C-terminalen Enden:
- Antikörper: hydrophile Sequenz, die ihre Sekretion
ermöglicht
- BCR: hydrophobe, in der Membran verankerte
Sequenz
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Immunglobuline (Ig)
Serum Protein ElFo
Elektrophorese der
Plasmaproteine →
5 Proteinfraktionen –
Albumin, α1-, α2-, βund γ-Globuline;
Mehrheit der
Antikörper: in der
γ-Globulin-Fraktion
Struktur eines Antikörpermoleküls
Y-förmiges Molekül
4 Polypeptidketten (UE)
2 identische leichte Ketten
(L-Ketten; light chains)
2 identische schwere Ketten
(H-Ketten; heavy chains)
Disulfidbrücken und
nichtkovalente
Wechselwirkungen
Ig-Domänen
dominierende Struktureinheiten
der leichten und schweren Ketten
- globuläre Domänen
- fixe Bereiche (ca. 110 AS)
- ähnliche (homologe) Aminosäure-Sequenz und
räumliche Struktur
(Verdopplung eines gemeinsamen Vorlaufergens)
- innere Disulfidbrücken
Ig-Superfamilie: Ig-Domänen in anderen Molekülen
(TCR, MHC-Komplex, die meisten FcRs,
Proteine in Zell-Zell-Erkennungsprozessen,
Adhäsionsmoleküle, Co-Rezeptoren usw.)
Antikörper: variable (V-) Domänen
Reifes adaptives Immunsystem: B-Zellen/AK
spezifisch auf 1012–1016 unterschiedliche Epitope
Vielfalt der Antikörpermoleküle: Ig-Struktur
Variable (V-) Domänen: N-terminale Bereiche
der schweren und leichten Kette (VH, VL)
- hypervariable (HV-)
Regionen
(HV1, HV2, HV3)
- Netzwerk-Sequenzen =
Gerüstregionen
(framework sequences;
FR-sequences)
(FR1, FR2, FR3, FR4)
2
Antikörper: variable (V-) Domänen
Antikörper: variable (V-) Domänen
Variabilitätsplot
Variabilitätsplot
Antigenbindungsstelle
Aminosäuren der hypervariablen Regionen:
Taschen, Gruben oder ausgedehnte Bereiche
(2 identische Antigenbindungsstellen/Monomer-Ig)
Antikörper: konstante (C-) Domänen
Konstante (C-)
Domänen:
C-terminale Bereiche
der schweren und
leichten Ketten
(CH1, CH2, CH3 und CL)
Gelenkregion (hinge region) = flexible Region:
Hypervariable Regionen:
Komplementarität determierende Regionen
(complementarity determining regions; CDRs)
Antigen-Antikörper-Komplexe
Formen:
- lineare
- dreieckige
- viereckige
ohne definierte 3D-Struktur
unabhängige Bewegungen der Arme, Flexibilität
Variable/konstanter Bereich(e)
Variable Domänen →
variable Bereiche
(Arme des AK-Moleküls):
Antigenbindung
Konstante Domänen →
konstanter Bereich
(Stamm des AK-Moleküls):
Effektorfunktionen
Komplementbindungsstelle: CH2 (IgG), CH3 (IgM) – C1q;
Fc-Rezeptor-Bindungsstelle – Fc-Rezeptoren an diversen
Immunzellen, u.a. Phagozyten
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Begrenzte Verdauung mit Proteasen
Papain:
- 2 monovalente Fab-Fragmente
(antigenbindende Fragmente):
Antigenbindung
- 1 Fc-Fragment
(kristallisierbares Fragment):
Effektorfunktionen
Pepsin:
- 1 bivalentes (Fab’)2-Fragment:
- Antigenbindung
- 1 pFc’-Fragment:
- Effektorfunktionen
Isotyp und Idiotyp
Ig-Isotypen – Effektorfunktionen
Sequenzunterschiede im konstanten Bereich der H-Kette
5 Klassen: IgG, IgM, IgA, IgE und IgD
H-Ketten: γ, µ, α, ε, δ
IgG und IgA – Subklassen:
IgG1, IgG2, IgG3, IgG4; IgA1 und IgA2
(H-Ketten: γ1, γ2, γ3, γ4; α1, α2)
L- Ketten: κ oder λ Typus; 2 gleiche in einem AK-Molekül
Speziesunterschiede:
Mensch 7:3, Maus und Ratte 19:1 für κ zu λ
Abweichungen von diesen Werten:
anomale Proliferation eines B-Zelle-Klons
Ig-Idiotypen – Antigenspezifität
Sequenzunterschieden in variablen Bereichen
IgG
häufigster AK im Plasma; Monomer; bivalent; die Plazenta
durchdringt; sekundäre IA (wiederholte AG-Exposition);
Unterschiede zwischen Subklassen: hinge Region und CH2Domäne → funktionelle Unterschiede
IgM Pentamer: Joining (J)-Peptid und Disulfidbrücken;
10 Antigenbindungsstellen; primäre IA;
membrangebundene Form: BCR
IgA
Blut: Monomer, Sekretionsprodukten: Dimer (Trimer, Tetramer),
J-Peptid
sekretorischer Antikörper; in sezernierter Form: sekretorische
Komponente; Immunabwehr an Schleimhäuten (MALT),
mengenmässig wichtigster AK
IgE
Monomer; keine Gelenkregion; die Mehrheit an Zelloberflächen
gebunden (Mastzellen, Eosinophilen – FcRs) → Aktivierung der
Zellen; Parasitenabwehr und Allergien
IgD einzige bekannte Funktion: bei B-Lymphozytenreifung
(pathologischer Zustand: bösartige Plasmazellproliferation)
Sekretion von IgA: Transzytose
basale Membran der
Epithelzelle: Ig-Rezeptor
Vesikel: Internalisierung →
luminale Membran:
Freisetzung von IgA in
das Organlumen
proteolytische Spaltung des
Rezeptors → sekretorische
Komponente: am IgA
verbleibendes
Rezeptorbruchstück
Wechsel der Antikörperklasse
(isotype switch)
Primäre IA: erste Exposition mit dem AG
Sekundäre IA: wiederholter Exposition mit demselben AG
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Die Verteilung der Antikörper
Bezeichnungen von
Antigenen/Antikörpern I.
Valenz des Antikörpers: die max. Anzahl der
monovalenten AG, die ein AK-Molekül binden kann
Valenz des Antigens: die max. Anzahl der AKMoleküle, damit ein AG-Molekül verknüpft werden
kann
Affinität (AK): Bindungsstärke zwischen einem
monovalenten AG und einer AG-Bindungsstelle;
die Konzentration der monovalenten AG, die zur
Sättigung der Hälfte der vorhandenen AGBindungsstellen nötig sind
Bezeichnungen von
Antigenen/Antikörpern II.
Avidität (AK): Gesamtstärke der Bindungen
zwischen einem polyvalenten AG und einem
polyvalenten AK; komplexer Begriff
(z.B. Affinität, Konformation, Bindungsstellen);
Gesamtheit der Affinitäten
Spezifität der AG-AK-Bindung: das AG und
die AG-Bindungsstelle sind zueinander
komplementär
Kreuzreaktion: ein AK-Molekül bindet AGs, die mit
seinem spezifischen AG strukturell verwandt sind
Folgen der AG-AK-Verknüpfung:
Effektorfunktionen des AK-Moleküls
AK-Molekül: Konformationsänderung
Membranständige Antikörper: Antigen-Rezeptoren
(unreife, reife B-Lymphozyten, B-Gedächtniszellen):
Aktivierung (Proliferation und Differenzierung) →
AK-sezernierende Plasmazellen
Sezernierte Antikörper:
1) Neutralisierung von Antigenen
2) Komplementaktivierung – klassischer Weg
(IgM, IgG)
3) Opsonierung von Antigenen – Phagozyten:
Fc-Rezeptoren (IgG > IgM)
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