Antikörper und B-Zell

Antikörper und B-Zell-Entwicklung
1. Struktur eines typischen Antikörpermoleküls
Bestehend aus 2 schweren (CH) mit 4-5 Domänen und 2 leichten (CL) Ketten mit 2 Domänen.
Untereinander sind die Ketten durch Disulfid-Brücken verknüpft. Sowohl die leichten als
auch die schweren Ketten besitzen N-terminal 1 variable und C-terminal 1-4 konstante
Domänen. Wobei die variablen Domänen von jeweils einer leichten und schweren Kette für
die Antigenbindung zuständig sind, während die konstanten z.B. die Rezeptorbindung
ermöglichen. Es können zusätzliche Kohlenhydratstrukturen an den Domänen auftreten, die
sich in ihrer Anzahl und Lage zwischen den verschiedenen Immunglobulinen unterscheiden.
2. Antikörpervielfalt
2.1 VDJ Rekombination
Es existieren 1011 verschiedene Antikörper, die nicht jeweils durch ein eigenes Gen kodiert
sein können. Die Entstehung der großen Antikörperdiversität ist auf die Veränderung
vorhandener Gensequenzen zurückzuführen.
Die variablen Domänen der leichten und schweren Ketten lassen sich in V (variabel), D
(Diversität) und J (verbindend/joining) -Segmente unterteilen. Zudem ist bei dem leichten
Ketten die Differenzierung in κ und λ möglich. Die leichte Kette κ besitzt 40 VL- und 5 JLSegmente, die jeweils miteinander kombiniert werden und somit insgesamt 200
Möglichkeiten ergibt. Alle Kombinationen der 29 VL- und 4 JL-Segmente der λ Kette ergeben
nochmals 116 Möglichkeiten. Das sind allein 316 mögliche leichte Ketten durch eine VDJRekombination.
Die schwere Kette weist 51 VH-, 27 DH- und 6 JH-Segmente auf, die zusammen eine
kombinatorische Vielfalt von 8262 schweren Ketten ergeben. Insgesamt entstehen dann durch
die somatische Rekombination der leichten und schweren Ketten und die Kombinationen
dieser untereinander 2,5 x 106 Möglichkeiten.
2.2 Junktionale Vielfalt
Das Enzym Desoxynucleotidyltransferase baut zufällig und antigenunabhängig Nucleotide an
den Verknüpfungsstellen der Gensegmente ein. Nucleotide können aber auch entfernt werden
(P- und N-Nucleotide). 2/3 der Nucleotideinschübe sind unproduktiv und Antikörper-
Produzierende Zellen, deren Einschübe negativ sind und einen Rasterschub verursachen,
sterben durch Apoptose.
4 Somatische Hypermutation
In den sekundären lymphatischen Organen tritt die Affinitätsreifung der AntigenBindungsstellen auf. Dabei treten in der variablen Region der Antikörper Mutationen auf,
gehäuft an sog. Hot spots. Der genaue Mechanismus der somatischen Hypermutation ist noch
weitestgehend unbekannt. Führt die Mutation allerdings zu negativen Veränderungen, z.B. zur
Bindung körpereigener Strukturen, werden die Zellen aussortiert (Apoptose).
5. Affinität – Avidität
Affinität bezeichnet die Bindungsstärke zwischen einem Epitop und einem Paratop. Avidität
bezeichnet die Bindungsstärke aller Paratope eines Antikörpers mit einem multivalenten
Antigen.
6. Isotypen
Es gibt die Immunglobuline IgG, IgM, IgD, IgA und IgE, die sich durch ihre Anzahl
konstanter Domänen, Position und Anzahl der Disulfidbrücken, Anzahl und Lage der
Kohlenhydrat-Seitenketten und das Vorhandensein einer Gelenkregion unterscheiden.
IgM tritt als Pentamer auf, wodurch die geringe Antigenaffinität durch eine hohe Avidität
ausgeglichen wird. Im Vergleich dazu bildet IgA Dimer, allerdings nicht zur Erhöhung der
Avidität, sondern um in einer geeigneten Struktur zur Antiköpersekretion vorzuliegen.
6.1 Isotyp-Switch
Beim
sog.
Isotyp-Switch
werden
bestimmte
Genabschnitte,
die
zwischen
den
Schalterregionen liegen, herausgenommen. Da diese Abschnitte vollständig aus dem Gen
entfernt werden, ist die Antikörperreifung auf diese Weise nur in eine Richtung möglich.
Diese Form der Rekombination wird durch die switch-Regionen reguliert und findet im
Lymphknoten statt. Aktiviert wird das Ganze durch Zytokine, die spezifische Switchfaktoren/
Transkriptionsfaktoren hemmen oder aktivieren können.
7. Neutralisierung
Unter Neutralisierung versteht man die Besetzung von Patogenen mit Antikörpern um
mögliche Adhesionsproteine abzudecken. Das führt zum Beispiel bei Bakterien dazu, dass sie
nicht mehr an die Zellmembran anhaften können. Toxine können so abgeblockt und besser
degradiert werden. Besonders IgG und IgA besitzen diese Funktion.
8. Opsonierung
Die Opsonierung unterstützt die Phagozytose von Pathogenen durch Macrophagen. Diese
besitzen auf Ihrer Zellmembran Fc-Rezeptoren mit denen sie IgG binden können. Binden
diese Antikörper gleichzeitig an ein Bakterium sind sie in räumlicher Nähe und aktivieren die
Phagozytose durch den Macrophagen.
9. Antikörperklassen - Funktion
9.1 IgM
Die IgM-Form ist die Form in der ein Antikörper (meistens) als erstes sezerniert wird. Er hat
auf Grund seiner pentameren Struktur sehr viele Bindungsstellen für C1q und aktiviert so sehr
stark das Komplementsystem. Seine schwache Affinität macht er mit hoher Avidität teilweise
wett, kann aber trotzdem nur wenig Neutralisieren.
9.2 IgD
Funktion unbekannt. Wird wegen der benachbarten Lage der Gene manchmal anstelle von
IgM expremiert.
9.3 IgG
Der Antikörper der zweiten Welle bei einer Infektion und auch Langzeitantikörper. Bildet die
größte Antikörperfraktion im Plasma. Gute Fähigkeit zur Neutralisierung und Opsonierung.
Auf Grund seiner singulären Struktur können nur zwei IgG-Moleküle das Komplementsystem
aktivieren. Wird als einziger Antikörper auf den Fötus übertragen und kann auch sonst gut ins
Gewebe diffundieren.
9.4 IgA
Dimerer Antikörper der auf allen Schleimhäuten zu finden ist und die am meisten produzierte
Ak-Klasse darstellt. Er wird mit Hilfe einer sekretorischen Komponente durch die
Epithelzellen transportiert. Auf den Schleimhäuten neutralisiert er Bakterien und Toxin bevor
diese eindringen können. Besitzt „clearance-Funktion“.
9.5 IgE
Hauptantikörper bei allergischen Reaktionen. Können Mastzellen sensibilisieren und
aktivieren. Schwache Diffusion ins Gewebe. Auch auf Haut und Schleimhäuten vorhanden.
10. B-Zell Reifung:
B-Zellen entstehen im Knochenmark (bone marrow). Dort findet auch die erste Selektion auf
Grund der Selbsttoleranz statt. Dies ist notwendig, da das vom Rezeptor erkannte Antigen,
sehr willkürlich ist. B-Zellen die mit ihrem Rezeptor (membranständiger Antikörper) eigene
Zellen erkennen, unterlaufen Apoptose. Die selbsttoleranten B-Zellen wandern aus dem
Knochenmark in die sekundären Lymphorgane. Treffen sie dort auf ihr passendes Antigen
werden sie aktiviert. Bei der Entstehung wird erst die schwere Kette gebildet und mit einer
Ersatz-Leichten-Kette auf der Oberfläche exprimiert. Danach erfolgt die Bildung und
Expression der leichten Kette.
11. B-Zell-Aktivierung
Naive B-Zellen benötigen zwei Signale zur Aktivierung. Als Erstes die Bindung eines
passenden Antigens an ihren B-Zell-Rezeptor. Als Zweites ein kostimulatorisches Signal.
Diese kann Thymus-unabhängig oder Thymus-abhängig erfolgen. Bei der Thymusabhängigen Stimulierung endozytiert die B-Zelle ihren Rezeptor mit dem gebunden Antigen
und verdaut diese. Danach wird ein antigenes Peptid mittels MHC II präsentiert. Gibt es nun
eine T4-Zelle die dieses Antigen auch mittels T-Zell-Rezeptors erkennt, erfolgt die
Aktivierung der B-Zelle über die Bindung des CD40 Liganden an den CD40 Rezeptor. Über
Cytokine moduliert die T-Zelle die Antikörperbildung der B-Zelle.
12. Reifung
Nach der Aktivierung der B-Zellen wandern diese in die primären foci und bilden sich zu
IgM-produzierenden Plasmazellen um. Nach einer ersten Antikörperfreisetzung erfolgen der
Ak-Switch und die somatische Hypermutation. Diese wird wiederum auf Autotoleranz
getestet. Nach diesem Schritt bilden sich Plasma-Zellen die eine zweite Welle des Antikörpers
in der neuen Klasse freisetzen sowie Gedächniszellen und langlebige Plasmazellen. Die
Gedächniszellen zirkulieren im Blut und benötigen zur erneuten Ak-Produktion einen
weiteren Kontakt mit dem Antigen. Die teilen sich mit geringer Frequenz. Die langlebigen
Plasmazellen wandern ins Knochenmark und können dort über Jahre überleben. Sie
produzieren ohne weiteren antigenen Kontakt auf geringem Level ihren Antikörper.