Antikörper – ein Überblick | Präsentation

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Antikörper
Ein Überblick
Referat von Robert Bozsak
Gliederung
• Antikörper allgemein
• generelle Struktur (Ketten)
• Isotypen - Vorkommen und Funktion
• generelle Sturktur (funktionelle Fragmente) und
Definition: Allotypen
• von der DNA zum Antikörper (Klassenwechsel,
V(D)J-Rekombination, somatische Hypermutation)
• Antigenerkennung im Antikörper
• Fragen & Antworten
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Antikörper allgemein
• Antikörper (auch: Immunglobuline, Ig) sind wichtiger Teil der erworbenen
(adaptiven) Immunität und dienen der spezifischen Abwehr von Antigenen
• Sie sind Proteine, die als Reaktion auf Antigene gebildet werden
• Die Bildung erfolgt durch differenzierte B-Zellen (Plasmazellen)
• Antikörper kommen im Blut und in der extrazellulären Flüssigkeit der Gewebe
vor
• Es werden sezernierte (abgesonderte) Antikörper (hydrophil) und
membrangebundene B-Zell (BCR) / T-Zell (TCR) Antigenrezeptoren
(hydrophob) unterschieden
• Sie „erkennen“ meist nur einen Teil der Struktur des Antigens (z.B. einer
Polysaccharidhülle), die antigene Determinante (Epitop) und binden sich über
eine spezifische nicht-kovalente Bindung zum Antigen-AntikörperKomplex (hauptsächlich elektrostatische Wechselwirkungen und
Wasserstoffbrückenbindungen)
• Aufgaben: Neutralisation von Antigenen, Opsonisierung,
Aktivierung des Komplementsystems, ADCC, Agglutination
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generelle Struktur (Ketten)
• Jeder Antikörper weist ungefähr eine Y-Form auf mit einer antigenbindenden
V-Region (variabel) und einer C-Region (konstant) zum Auslösen von
Effektormechanismen
• Dazu kommt die Unterteilung in zwei
paarweise identisch vorkommenden Polypeptidder schweren H-Kette und der leichten
Kette
ketten,
L-
• Die Ketten sind durch mehrere
Disulfidbrücken verknüpft
• Leichte Ketten bestehen aus jeweils einer variablen und konstanten
(Immunglobulin-)Domäne (eigener, kompakt gefalteter Abschnitt; VL und CL)
• Schwere Ketten besitzen eine variable und 3 (IgG, IgA) oder 4 (IgM, IgE)
konstante Domänen (VH, CH1, CH2, ...)
• Die variablen Domänen der schweren und leichten Kette bilden die Antigenbindungsstelle
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generelle Struktur (Ketten)
• Es gibt zwei Typen von leichten Ketten pro Antikörper (entweder Lambda λoder Kappa κ-Ketten) ohne funktionellen Unterschied und mit einem
artspezifischen Verhältnis (z.B. κ:λ bei Menschen 2:1, bei Rindern 1:20)
• Dazu gibt es noch fünf Typen von schweren Ketten, die zur Einteilung aller
Immunglobuline in Hauptklassen oder Isotypen dient
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Isotypen (Klassen)
• Die fünf wichtigsten Immunglobulinklassen
heißen Immunglobulin G (IgG), Immunglobulin M (IgM), Immunglobulin A (IgA),
Immunglobulin D (IgD) und Immunglobulin
G (IgE)
• Ihre charakteristischen funktionellen
Eigenschaften erhalten die schweren Ketten
durch ihre carboxyterminalen Hälften
• Immunglobuline haben auch einen hohen
Stellenwert in der Medizin (z.B. Anwendung
als passiver Impftstoff, in der Onkologie, bei
Autoimmunerkrankungen oder als Teil des
radioaktiven Tracer bei Szintigrafien)
• Biologie: z.B. Nachweis von Proteinen mithilfe
von Fluoreszenzfarbstoffen
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generelle Struktur (funktionelle Fragmente)
• Mithilfe von Enzymen (Proteasen) lassen sich die Polypeptidsequenzen an
bestimmten Aminosäuren spalten
• Beispiel: Verdauung mit Papain (li.) und Pepsin (re.)
• Papain spaltet Antikörpermoleküle in zwei identische Fragmente,
mit
antigen-bindender Aktivität (Fab =
fragment
antigen binding; komplette
leichte
Kette + VH + CH1) und einem FcFragment
(fragment crystallizable), mit
konstanten
Regionen
• Pepsin spaltet es in ein F(ab‘)2-Fragment
mit voller Bindungseigenschaft für das
Antigen und mehreren kleinen Fragmenten der schweren Kette
• Mittels gentechnischer Verfahren lassen sich viele verschiedene Antikörperteilstücke herstellen, die sich z.B. an Proteintoxine oder Tumorantigene nur mit einem
verkürzten Fab-Fragment binden (siehe: einkettiges Fv = fragment variable)
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generelle Struktur (Hinge-Region) /
Definition „Allotypen“
• alle Proteindomänen verbinden sich zu drei gleich großen globulären Teilen,
die über ein bewegliches Stück, der Gelenkregion (Hinge), flexibel
miteinander verbunden sind
• Dieses „molekulare Kugelgelenk“ erlaubt unabhängige Bewegung beider FabArme, sodass sich auch (z.B. an Haptenen) Dimere, Trimere, Tetramere, usw.
ausbilden können
• Definition Allotyp: Existieren an einem Genort innerhalb einer Population
verschiedene Allele, so werden die Genprodukte als Allotypen bezeichnet, d.h.
eine hohe Anzahl an Allelen kodieren ihre jeweiligen Proteine
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von der DNA zum Antikörper: allgemein /
Entstehung der Vielfalt im Antikörper-Repertoire
• In jedem Lebewesen gibt es zu jedem Zeitpunkt mindestens 108 verschiedene
Lymphocytenspezifitäten; eine so große Anzahl, dass sie nie in der DNA
codiert werden könnte
• Zur Herstellung von spezifischen Antikörpern bei einer Immunantwort
durchläuft der Organismus zwei Schritte:
• Erstens: Bei der Reifung von B-Zellen (oder bei TCRs) wird ihre
Rezeptorspezifität durch den Prozesse der somatischen Rekombination
rein zufällig aus DNA-Segmenten irreversibel geprägt. Auch spielt die
junktionale Vielfalt eine Rolle.
• Zweitens: Nach der Aktivierung einer B-Zelle kann durch somatische
Hypermutation (der V-Domänen) und dem Klassenwechsel (der CRegion) eine weitere Anpassung auf dem Weg zur differenzierten
Plasmazelle und den sezenierten Antikörpern vorgenommen werden
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von der DNA zum Antikörper: V(D)JRekombination
• während der Reifung der BLymphocyten im
Knochenmark werden
unterschiedliche DNAAbschnitte für die leichten
und schweren Ketten zufällig
miteinander kombiniert
• V-Regionen beider Ketten
setzen sich aus V,D,JSegmenten bei den
schweren und V,JSegmenten bei den leichten
zusammen
• Obwohl es von jedem
Segment im Genom mehrere
Varianten gibt (Allotypen), ist
es Zufall, welches Variante
zum Zug kommt
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von der DNA zum Antikörper: V(D)JRekombination
• Dieses Ereignis ist einmalig und
irreversibel, alle Nachkommen weisen die
gleiche Spezifität auf
• Es ist der einzige Prozess im Lebewesen,
bei dem die DNA in somatischen,
proliferierenden Zellen gezielt verändert
wird
• In der Tabelle rechts sind die daraus
entstehende Möglichkeiten beim Menschen
errechnet
• Die Diversität wird weiterhin durch Deletion
oder Hinzufügen von Nucleotiden während
der Rekombination erhöhrt. Dieser Prozess
beschreibt die junktionale Vielfalt
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von der DNA zum Antikörper: Klassenwechsel &
somatische Hypermutation
• Im Zuge der Immunantwort sind jedoch weitere Genveränderungen möglich
• Durch gehäufte Punktmutation im Prozess der somatischen
Hypermutation können in der V-Region Änderungen hervorgerufen werden,
die im B-Zellklon zu einer stärkeren Stimulierung durch das Antigen führen
• Dadurch wird ihm ein Wachstumsvorteil gegeben
• Dieser Mechanismus der Affinitätsreifung ist nur bei B-Zellen beobachtet
worden
• Obwohl der variable Teil eines Antikörpermoleküls bei einer klonalen Zelllinie
gleich bleibt, ist beim konstanten Teil der Austausch zu einer anderen Klasse
möglich
• Dieser Prozess heißt Klassenwechsel und wird durch Cytokine von TLymphozyten beeinflusst
• Die Synthese kann immer nur in folgender Reihenfolge ablaufen:
• IgM, IgD, IgG, IgE und IgA
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Antigenerkennung im Antikörper
• Antigenerkennung durch den V-Teil
• Hypervariable Regionen
• Innerhalb der V-Regionen von Antikörper-Molekülen finden sich auffällige Bereiche,
in denen die Aminosäure-Sequenzen stark variieren, hypervariabel sind. Diese
Bereiche determinieren die Bindungseigenschaften des Antikörpers und sind
komplementär zum Antigen CDR = complementarity determining region
• CDRs
• Die Domänen von Immunglobulinen besitzen eine charakteristische Tertiärstruktur,
die sich auch bei vielen Molekülen findet, die keine Antikörper sind.
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Fragen und Antworten
Noch Fragen?
Wenn nicht, dann
vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! :)
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Quellen
• http://de.wikipedia.org/wiki/Antikörper
• http://de.wikipedia.org/wiki/V(D)J-Rekombination
• http://de.wikipedia.org/wiki/Somatische_Hypermutation
• http://ikit.uniklinikum-leipzig.de/download/v2.pdf
• http://www.archetypum.net/projects/immunologie/fs0.html
• http://www.ruhr-uni-bochum.de/vkmed/rub-grafiken/Immunologie1
• http://www.ursprung.at/ursprung/projekte_extern/allergiehp_kids/huber/projekt
arbeit_huber.htm
• Immunbiologie: Eine Einführung von Jürgen Neumann, Springer 2008
• zugesandte Info-Materialien
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