Determinanty antygenowe (epitopy). Doktryna immunitetu

Co to są antygeny

Są to wszelkie substancje zawarte w mikroorganizmach i innych komórkach (lub wydzielane przez nie) niosące oznaki obcej informacji genetycznej i które mogą potencjalnie zostać rozpoznane przez układ odpornościowy organizmu. Te genetycznie obce substancje, wprowadzone do wewnętrznego środowiska organizmu, mogą wywołać różnego rodzaju odpowiedź immunologiczną.

Każdy mikroorganizm, niezależnie od tego, jak prymitywny, zawiera kilka antygenów. Im bardziej złożona jest jego struktura, tym więcej antygenów można znaleźć w jego składzie.

Różne elementy mikroorganizmu mają właściwości antygenowe - wici, otoczka, ściana komórkowa, błona cytoplazmatyczna, rybosomy i inne składniki cytoplazmy, a także różne produkty białkowe uwalniane przez bakterie do środowiska zewnętrznego, w tym toksyny i enzymy.

Wyróżnia się antygeny egzogenne (wnikające do organizmu z zewnątrz) i antygeny endogenne (autoantygeny – produkty własnych komórek organizmu), a także antygeny wywołujące reakcje alergiczne – alergeny.

Co to są przeciwciała

Organizm nieustannie styka się z różnymi antygenami. Jest atakowany zarówno od zewnątrz – przez wirusy i bakterie, jak i od wewnątrz – przez komórki organizmu, które nabywają właściwości antygenowe.

- białka surowicy wytwarzane przez komórki plazmatyczne w odpowiedzi na przenikanie antygenu do organizmu. Przeciwciała są wytwarzane przez komórki narządów limfatycznych i krążą w osoczu krwi, limfie i innych płynach ustrojowych.

Główną ważną rolą przeciwciał jest rozpoznanie i związanie obcego materiału (antygenu) oraz uruchomienie mechanizmu niszczenia tego obcego materiału. Istotną i unikalną właściwością przeciwciał jest ich zdolność do bezpośredniego wiązania antygenu w postaci, w jakiej dostaje się on do organizmu.

Przeciwciała mają zdolność odróżniania jednego antygenu od drugiego. Są zdolne do specyficznej interakcji z antygenem, ale oddziałują tylko z antygenem (z nielicznymi wyjątkami), który spowodował ich powstanie i dopasowuje je do struktury przestrzennej. Ta zdolność przeciwciał nazywa się komplementarność.

Nie istnieje jeszcze pełne zrozumienie molekularnego mechanizmu powstawania przeciwciał. Nie zbadano mechanizmów molekularnych i genetycznych leżących u podstaw rozpoznawania milionów różnych antygenów występujących w środowisku.

Przeciwciała i immunoglobuliny

Pod koniec lat 30. XX wieku zaczęto badać molekularną naturę przeciwciał. Jedną z metod badania cząsteczek była elektroforeza, która została wprowadzona do praktyki w tych samych latach. Elektroforeza umożliwia rozdział białek na podstawie ich ładunku elektrycznego i masy cząsteczkowej. Elektroforeza białek surowicy zwykle daje 5 głównych prążków, które odpowiadają (od + do -) frakcjom albumin, alfa1, alfa2, beta i gamma globulin.

W 1939 roku szwedzki chemik Arne Tiselius i amerykański immunochemik Alvin Kabat zastosowali elektroforezę do frakcjonowania surowicy krwi immunizowanych zwierząt. Naukowcy wykazali, że przeciwciała zawarte są w pewnej frakcji białek surowicy. Mianowicie przeciwciała odnoszą się głównie do gamma globulin. Ponieważ niektóre również wpadły w obszar beta globulin, zaproponowano lepsze określenie przeciwciał – immunoglobuliny.

Zgodnie z międzynarodową klasyfikacją nazywa się ogół białek surowicy, które mają właściwości przeciwciał immunoglobuliny i są oznaczone symbolem Ig (od słowa „Immunoglobulina”).

Termin „immunoglobuliny” odzwierciedla strukturę chemiczną cząsteczek tych białek. Termin "przeciwciało" określa właściwości funkcjonalne cząsteczki i uwzględnia zdolność przeciwciała do reagowania tylko z określonym antygenem.

Wcześniej zakładano, że immunoglobuliny i przeciwciała są synonimami. Obecnie panuje opinia, że ​​wszystkie przeciwciała są immunoglobulinami, jednak nie wszystkie cząsteczki immunoglobulin pełnią funkcję przeciwciał.

O przeciwciałach mówimy tylko w odniesieniu do antygenu, tj. jeśli antygen jest znany. Jeśli nie znamy antygenu komplementarnego do danej immunoglobuliny, którą mamy w rękach, to mamy tylko immunoglobulinę. W każdej surowicy odpornościowej, oprócz przeciwciał przeciwko danemu antygenowi, znajduje się duża liczba immunoglobulin, których aktywności przeciwciał nie udało się wykryć, co nie oznacza, że ​​immunoglobuliny te nie są przeciwciałami wobec jakichkolwiek innych antygenów. Kwestia istnienia cząsteczek immunoglobulin, które początkowo nie mają właściwości przeciwciał, pozostaje otwarta.

Przeciwciała (AT, immunoglobuliny, IG, Ig) są centralną postacią odporności humoralnej. Główną rolę w obronie immunologicznej organizmu odgrywają limfocyty, które dzielą się na dwie główne kategorie - limfocyty T i limfocyty B.

Przeciwciała lub immunoglobuliny (Ig) są syntetyzowane przez limfocyty B, a dokładniej przez komórki tworzące przeciwciała (AFC). Synteza przeciwciał rozpoczyna się w odpowiedzi na przedostanie się antygenów do środowiska wewnętrznego organizmu. Aby zsyntetyzować przeciwciała, komórki B wymagają kontaktu z antygenem i wynikającego z tego dojrzewania komórek B do komórek tworzących przeciwciała. Znacząca liczba przeciwciał wytwarzana jest przez tzw. komórki plazmatyczne powstałe z limfocytów B – AOC, które wykrywane są we krwi i tkankach. Immunoglobuliny znajdują się w dużych ilościach w surowicy, płynie międzykomórkowym i innych wydzielinach, zapewniając odpowiedź humoralną.

Klasy immunoglobulin

Immunoglobuliny (Ig) różnią się budową i funkcją. U ludzi występuje 5 różnych klas immunoglobulin: IgG,IgA,IgM,IgE,IgD, z których niektóre są dalej podzielone na podklasy. Istnieją podklasy immunoglobulin klas G (Gl, G2, G3, G4), A (A1, A2) i M (M1, M2).

Klasy i podklasy łącznie nazywane są izotypy immunoglobuliny.

Przeciwciała różnych klas różnią się wielkością molekularną, ładunkiem cząsteczki białka, składem aminokwasowym i zawartością składnika węglowodanowego. Najlepiej zbadaną klasą przeciwciał jest IgG.

W ludzkiej surowicy krwi zwykle dominują immunoglobuliny klasy IgG. Stanowią one około 70–80% całkowitej liczby przeciwciał w surowicy. Zawartość IgA - 10-15%, IgM - 5-10%. Zawartość immunoglobulin klas IgE i IgD jest bardzo mała – około 0,1% dla każdej z tych klas.

Nie należy myśleć, że przeciwciała przeciwko konkretnemu antygenowi należą tylko do jednej z pięciu klas immunoglobulin. Przeciwnie, przeciwciała przeciwko temu samemu antygenowi mogą być reprezentowane przez różne klasy Ig.

Najważniejszą rolę diagnostyczną odgrywa oznaczenie przeciwciał klas M i G, ponieważ po zakażeniu osoby najpierw pojawiają się przeciwciała klasy M, potem klasy G, a immunoglobuliny A i E pojawiają się jako ostatnie.

Immunogenność i antygenowość antygenów

W odpowiedzi na wejście antygenów do organizmu rozpoczyna się cały zespół reakcji, których celem jest uwolnienie środowiska wewnętrznego organizmu od produktów obcej informacji genetycznej. Ten zestaw reakcji ochronnych układu odpornościowego nazywa się odpowiedzią immunologiczną.

Immunogenność nazywa się zdolnością antygenu do wywołania odpowiedzi immunologicznej, czyli wywołania specyficznej reakcji ochronnej układu odpornościowego. Immunogenność można również opisać jako zdolność do wytwarzania odporności.

Immunogenność w dużej mierze zależy od charakteru antygenu, jego właściwości (masa cząsteczkowa, ruchliwość cząsteczek antygenu, kształt, struktura, zdolność do zmian), drogi i sposobu wnikania antygenu do organizmu, a także dodatkowych wpływów i genotyp biorcy.

Jak wspomniano powyżej, jedną z form odpowiedzi układu odpornościowego na wprowadzenie antygenu do organizmu jest biosynteza przeciwciał. Przeciwciała są w stanie związać antygen, który spowodował ich powstanie, i tym samym chronić organizm przed możliwym szkodliwym działaniem obcych antygenów. W związku z tym wprowadzono pojęcie antygenowości.

Antygenowość- jest to zdolność antygenu do specyficznego oddziaływania z czynnikami odpornościowymi, a mianowicie do interakcji z produktami odpowiedzi immunologicznej wywołanej przez tę konkretną substancję (przeciwciała oraz receptory rozpoznające antygeny T i B).

Niektóre pojęcia biologii molekularnej

Lipidy(od starogreckiego λίπος – tłuszcz) – obszerna grupa dość różnorodnych naturalnych związków organicznych, obejmująca tłuszcze i substancje tłuszczopodobne. Lipidy występują we wszystkich żywych komórkach i są jednym z głównych składników błon biologicznych. Są nierozpuszczalne w wodzie i dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych. Fosfolipidy- złożone lipidy zawierające wyższe kwasy tłuszczowe i resztę kwasu fosforowego.

Struktura cząsteczki (z łac. konformatio - kształt, struktura, układ) - formy geometryczne, jakie mogą przyjmować cząsteczki związków organicznych podczas obracania atomów lub grup atomów (podstawników) wokół prostych wiązań przy zachowaniu kolejności wiązania chemicznego atomów (struktura chemiczna) , długość wiązań i kąty wiązań.

Związki organiczne (kwasy) o specjalnej budowie. Ich cząsteczki zawierają jednocześnie grupy aminowe (NH2) i grupy karboksylowe (COOH). Wszystkie aminokwasy składają się tylko z 5 pierwiastków chemicznych: C, H, O, N, S.

Peptydy(gr. πεπτος – odżywczy) – rodzina substancji, których cząsteczki zbudowane są z dwóch lub więcej reszt aminokwasowych połączonych w łańcuch wiązaniami peptydowymi (amidowymi). Nazywa się peptydy, których sekwencja jest dłuższa niż około 10-20 reszt aminokwasowych polipeptydy.

W łańcuchu polipeptydowym znajdują się N-koniec, utworzony przez wolną grupę α-aminową i Koniec C, mający wolną grupę α-karboksylową. Peptydy są zapisywane i odczytywane od N-końca do C-końca - od N-końca aminokwasu do C-końca aminokwasu.

Reszty aminokwasowe- Są to monomery aminokwasów tworzących peptydy. Resztę aminokwasową zawierającą wolną grupę aminową nazywa się N-końcową i zapisuje się ją po lewej stronie, natomiast resztę zawierającą wolną grupę α-karboksylową nazywa się C-końcową i zapisuje się ją po prawej stronie.

Białka zwykle nazywane polipeptydami zawierającymi około 50 reszt aminokwasowych. Termin „białka” jest również używany jako synonim terminu „białka” (od greckiego protos – pierwsze, najważniejsze). Cząsteczka dowolnego białka ma jasno określoną, dość złożoną, trójwymiarową strukturę.

Reszty aminokwasowe w białkach są zwykle oznaczane za pomocą trzyliterowego lub jednoliterowego kodu. Trzyliterowy kod jest skrótem angielskich nazw aminokwasów i jest często używany w literaturze naukowej. W większości kody jednoliterowe nie mają intuicyjnego połączenia z nazwami aminokwasów i są używane w bioinformatyce do przedstawiania sekwencji aminokwasów w tekście w celu łatwej analizy komputerowej.

Szkielet peptydowy. W łańcuchu polipeptydowym sekwencja atomów -NH-CH-CO- powtarza się wielokrotnie i tworzy szkielet peptydowy. Łańcuch polipeptydowy składa się ze szkieletu polipeptydowego (szkieletu) o regularnej, powtarzającej się strukturze oraz z poszczególnych grup bocznych (grup R).

Wiązania peptydowełączą aminokwasy w peptydy. Wiązania peptydowe powstają w wyniku oddziaływania grupy α-karboksylowej jednego aminokwasu i grupy α-aminowej kolejnego aminokwasu. Wiązania peptydowe są bardzo mocne i nie rozrywają się samoistnie w normalnych warunkach panujących w komórkach.

Nazywa się grupy atomów -CO-NH-, które powtarzają się wielokrotnie w cząsteczkach peptydów grupy peptydowe. Grupa peptydów ma sztywną płaską (płaską) strukturę.

Konformacja białka- położenie łańcucha polipeptydowego w przestrzeni. Struktura przestrzenna charakterystyczna dla cząsteczki białka powstaje w wyniku oddziaływań wewnątrzcząsteczkowych. W wyniku interakcji grup funkcyjnych aminokwasów liniowe łańcuchy polipeptydowe poszczególnych białek uzyskują pewną trójwymiarową strukturę, którą nazywa się „konformacją białka”.

Nazywa się proces tworzenia funkcjonalnie aktywnej konformacji białka składanie. Sztywność wiązania peptydowego zmniejsza liczbę stopni swobody łańcucha polipeptydowego, który odgrywa ważną rolę w procesie zwijania.

Białka globularne i włókniste. Dotychczas zbadane białka można podzielić na dwie duże klasy ze względu na ich zdolność do przyjmowania określonego kształtu geometrycznego w roztworze: włókienkowy(rozciągnięty w nić) i kulisty(zwinięte w kulkę). Łańcuchy polipeptydowe białek fibrylarnych są wydłużone, ułożone równolegle do siebie i tworzą długie nici lub warstwy. W białkach globularnych łańcuchy polipeptydowe są ściśle złożone w globule - zwarte struktury kuliste.

Należy zauważyć, że podział białek na włókniste i kuliste jest konwencjonalny, ponieważ istnieje duża liczba białek o strukturze pośredniej.

Podstawowa struktura białka(podstawowa struktura białka) to liniowa sekwencja aminokwasów tworzących białko w łańcuchu polipeptydowym. Aminokwasy są połączone ze sobą wiązaniami peptydowymi. Sekwencja aminokwasów jest zapisana począwszy od C-końca cząsteczki, w kierunku N-końca łańcucha polipeptydowego.

P.s.b to najprostszy poziom organizacji strukturalnej cząsteczki białka. Pierwsze P.s.b. została założona przez F. Sangera dla insuliny (Nagroda Nobla za 1958 rok).

(struktura drugorzędowa białka) - fałdowanie łańcucha polipeptydowego białka w wyniku oddziaływania pomiędzy blisko rozmieszczonymi aminokwasami w obrębie tego samego łańcucha peptydowego - pomiędzy aminokwasami oddalonymi o kilka reszt od siebie.

Struktura drugorzędowa białek jest strukturą przestrzenną, która powstaje w wyniku interakcji pomiędzy grupami funkcyjnymi tworzącymi szkielet peptydowy.

Drugorzędową strukturę białek określa się na podstawie zdolności grup wiązań peptydowych do poddawania się oddziaływaniom wodorowym pomiędzy grupami funkcyjnymi -C=O i -NH- szkieletu peptydowego. W tym przypadku peptyd ma tendencję do przyjmowania konformacji z utworzeniem maksymalnej liczby wiązań wodorowych. Możliwość ich powstania jest jednak ograniczona naturą wiązania peptydowego. Dlatego łańcuch peptydowy nie uzyskuje dowolnej, ale ściśle określonej konformacji.

Struktura drugorzędowa utworzona jest z odcinków łańcucha polipeptydowego, które biorą udział w tworzeniu regularnej sieci wiązań wodorowych.

Innymi słowy, drugorzędowa struktura polipeptydu odnosi się do konformacji jego głównego łańcucha (szkieletu) bez uwzględnienia konformacji grup bocznych.

Łańcuch polipeptydowy białka, składający się pod wpływem wiązań wodorowych w zwartą formę, może tworzyć szereg regularnych struktur. Znanych jest kilka takich struktur: α (alfa) -helisa, β (beta) -struktura (inna nazwa to β-warstwa lub β-plisowany arkusz), losowa cewka i zwój. Rzadkim typem drugorzędowej struktury białka są π-helisy. Początkowo badacze uważali, że tego typu helisy nie występują w przyrodzie, jednak później odkryto je w białkach.

Struktura α-helisy i struktury β są energetycznie najkorzystniejszymi konformacjami, ponieważ obie są stabilizowane wiązaniami wodorowymi. Ponadto zarówno α-helisa, jak i struktura β są dodatkowo stabilizowane przez ścisłe upakowanie atomów szkieletu, które pasują do siebie jak elementy układanki obrazkowej.

Fragmenty te i ich połączenie w określonym białku, jeśli występuje, nazywane jest również strukturą drugorzędową tego białka.

W strukturze białek globularnych można znaleźć fragmenty regularnej struktury wszystkich typów w dowolnej kombinacji, ale może ich nie być. W białkach włóknistych wszystkie reszty należą do jednego typu: na przykład wełna zawiera α-helisy, a jedwab zawiera struktury β.

Zatem najczęściej drugorzędową strukturą białka jest złożenie łańcucha polipeptydowego białka w regiony α-helikalne i formacje strukturalne β (warstwy) obejmujące wiązania wodorowe. Jeśli pomiędzy obszarami zgięcia jednego łańcucha powstają wiązania wodorowe, nazywa się je wewnątrzłańcuchowymi, a jeśli między łańcuchami, nazywane są międzyłańcuchowymi. Wiązania wodorowe są ułożone prostopadle do łańcucha polipeptydowego.

α-helisa- utworzone przez wewnątrzłańcuchowe wiązania wodorowe pomiędzy grupą NH jednej reszty aminokwasowej i grupą CO czwartej reszty tego aminokwasu. Średnia długość α-helis w białkach wynosi 10 reszt aminokwasowych

W α-helisie powstają wiązania wodorowe między atomem tlenu grupy karbonylowej a wodorem azotu amidowego czwartego aminokwasu. Wszystkie grupy C=O i N-H głównego łańcucha polipeptydowego biorą udział w tworzeniu tych wiązań wodorowych. Łańcuchy boczne reszt aminokwasowych znajdują się wzdłuż obwodu helisy i nie biorą udziału w tworzeniu struktury drugorzędowej.

Struktury β powstają pomiędzy liniowymi regionami szkieletu peptydowego jednego łańcucha polipeptydowego, tworząc w ten sposób złożone struktury (kilka zygzakowatych łańcuchów polipeptydowych).

Struktura β powstaje w wyniku powstania wielu wiązań wodorowych pomiędzy atomami grup peptydowych łańcuchów liniowych. W strukturach β wiązania wodorowe powstają pomiędzy aminokwasami lub różnymi łańcuchami białek, które w strukturze pierwszorzędowej są stosunkowo odległe od siebie, a nie blisko siebie, jak ma to miejsce w przypadku α-helisy.

W niektórych białkach struktury β mogą powstawać w wyniku tworzenia się wiązań wodorowych pomiędzy atomami szkieletu peptydowego różnych łańcuchów polipeptydowych.

Łańcuchy polipeptydowe lub ich części mogą tworzyć równoległe lub antyrównoległe struktury β. Jeżeli kilka łańcuchów polipeptydu jest połączonych w przeciwnych kierunkach, a końce N i C nie pokrywają się, wówczas antyrównoległe Struktura β, jeśli pokrywają się – równoległy Struktura β.

Inna nazwa struktur β to β-arkusze(warstwy złożone β, arkusze β). Arkusz β jest utworzony z dwóch lub więcej regionów struktury β łańcucha polipeptydowego zwanego niciami β. Zazwyczaj arkusze β znajdują się w białkach globularnych i zawierają nie więcej niż 6 nici β.

nici β(nici β) to regiony cząsteczki białka, w których wiązania szkieletu peptydowego kilku kolejnych polipeptydów są zorganizowane w konformację płaską. Na ilustracjach nici β białek są czasami przedstawiane jako płaskie „pasma grotów strzałek”, aby podkreślić kierunek łańcucha polipeptydowego.

Główna część nici β sąsiaduje z innymi niciami i tworzy z nimi rozległy układ wiązań wodorowych pomiędzy grupami C=O i N-H głównego łańcucha białkowego (szkieletu peptydowego). Nici β można pakować , stabilizowany poprzecznie przez dwa lub trzy wiązania wodorowe pomiędzy kolejnymi niciami. Ta metoda układania nazywa się β-arkuszem.

Niechlujna plątanina- jest to odcinek łańcucha peptydowego, który nie posiada regularnej, okresowej organizacji przestrzennej. Takie regiony w każdym białku mają swoją stałą konformację, która jest określona przez skład aminokwasowy tego regionu, a także drugorzędowe i trzeciorzędowe struktury sąsiadujących regionów otaczających „cewkę chaotyczną”. W obszarach losowej cewki łańcuch peptydowy może stosunkowo łatwo się zginać i zmieniać konformację, podczas gdy warstwa α-helisy i β-kartki są dość sztywnymi strukturami

Inna forma struktury wtórnej jest oznaczona jako Zwrot β. Strukturę tę tworzą 4 lub więcej reszt aminokwasowych z wiązaniem wodorowym pomiędzy pierwszą a ostatnią, w taki sposób, że łańcuch peptydowy zmienia kierunek o 180°. Struktura pętli takiego zwrotu jest stabilizowana przez wiązanie wodorowe pomiędzy tlenem karbonylowym reszty aminokwasowej na początku zwrotu a grupą N-H trzeciej reszty wzdłuż łańcucha na końcu zwrotu.

Jeśli antyrównoległe nici β zbliżają się do zwrotu β z obu końców, wówczas powstaje struktura wtórna, zwana β-szpilka do włosów(β-spinka do włosów)

Trzeciorzędowa struktura białka(trzeciorzędowa struktura białka) - W roztworze w warunkach fizjologicznych łańcuch polipeptydowy składa się w zwartą formację o określonej strukturze przestrzennej, zwanej trzeciorzędową strukturą białka. Powstaje w wyniku samofałdowania na skutek oddziaływań pomiędzy rodnikami (wiązania kowalencyjne i wodorowe, oddziaływania jonowe i hydrofobowe). Po raz pierwszy T.s.b. została ustalona dla białka mioglobiny przez J. Kendrew i M. Perutz w 1959 r. (Nagroda Nobla za 1962 r.). T.s.b. prawie całkowicie zdeterminowana przez pierwotną strukturę białka. Obecnie, wykorzystując metody analizy dyfrakcji promieni rentgenowskich i jądrowej spektroskopii magnetycznej (spektroskopia NMR), określa się struktury przestrzenne (trzeciorzędowe) dużej liczby białek.

Czwartorzędowa struktura białka. Białka składające się z jednego łańcucha polipeptydowego mają jedynie strukturę trzeciorzędową. Jednakże niektóre białka zbudowane są z kilku łańcuchów polipeptydowych, z których każdy ma strukturę trzeciorzędową. Dla takich białek wprowadzono koncepcję struktury czwartorzędowej, która polega na zorganizowaniu kilku łańcuchów polipeptydowych o strukturze trzeciorzędowej w pojedynczą funkcjonalną cząsteczkę białka. Takie białko o strukturze czwartorzędowej nazywane jest oligomerem, a jego łańcuchy polipeptydowe o strukturze trzeciorzędowej nazywane są protomerami lub podjednostkami.

Sprzężony(koniugat, łac. conjugatio - połączenie) - sztucznie syntetyzowana (chemicznie lub poprzez rekombinację in vitro) cząsteczka hybrydowa, w której dwie cząsteczki o różnych właściwościach są połączone (połączone); szeroko stosowane w medycynie i biologii eksperymentalnej.

Haptensy

Haptensy- są to „antygeny wadliwe” (termin zaproponował immunolog K. Landsteiner). Hapteny wprowadzone do organizmu w normalnych warunkach nie są w stanie wywołać odpowiedzi immunologicznej w organizmie, ponieważ mają wyjątkowo niską immunogenność.

Najczęściej haptenami są związki o niskiej masie cząsteczkowej (masa cząsteczkowa mniejsza niż 10 kDa). Są one rozpoznawane przez organizm biorcy jako obce genetycznie (tzn. mają swoistość), jednak ze względu na niską masę cząsteczkową same w sobie nie powodują reakcji immunologicznych. Nie utraciły jednak swoich właściwości antygenowych, co pozwala im specyficznie oddziaływać z gotowymi czynnikami odpornościowymi (przeciwciałami, limfocytami).

W pewnych warunkach możliwe jest zmuszenie układu odpornościowego makroorganizmu do specyficznej reakcji na hapten jako pełnoprawny antygen. Aby to zrobić, należy sztucznie powiększyć cząsteczkę haptenu – połączyć ją silnym wiązaniem z odpowiednio dużą cząsteczką białka lub innego polimeru nośnikowego. Tak zsyntetyzowany koniugat będzie miał wszystkie właściwości pełnoprawnego antygenu i po wprowadzeniu do organizmu wywoła odpowiedź immunologiczną.

Epitopy (determinanty antygenowe)

Organizm może wytworzyć przeciwciała przeciwko niemal dowolnej części cząsteczki antygenu, ale zwykle nie ma to miejsca podczas normalnej odpowiedzi immunologicznej. Złożone antygeny (białka, polisacharydy) mają specjalne obszary, na które faktycznie tworzy się specyficzna odpowiedź immunologiczna. Takie obszary nazywane są epitopy(epitop) z języka greckiego. epi - na, powyżej, nad i topos - miejsce, obszar. synonim - determinantę antygenową.

Sekcje te składają się z kilku aminokwasów lub węglowodanów, każda sekcja jest grupą reszt aminokwasowych antygenu białkowego lub sekcją łańcucha polisacharydowego. Epitopy mogą oddziaływać zarówno ze specyficznymi receptorami limfocytów, indukując w ten sposób odpowiedź immunologiczną, jak i z ośrodkami wiążącymi antygen specyficznych przeciwciał.

Epitopy są zróżnicowane pod względem struktury. Determinantą antygenową (epitopem) może być region powierzchni białka utworzony przez rodniki aminokwasowe, hapten lub grupę prostetyczną białka (składnik niebiałkowy związany z białkiem), szczególnie często grupy polisacharydowe glikoprotein.

Determinanty antygenowe lub epitopy są specyficznymi regionami trójwymiarowej struktury antygenów. Istnieją różne typy epitopów - liniowy I konformacyjny.

Epitopy liniowe są utworzone przez liniową sekwencję reszt aminokwasowych.

W wyniku badania struktury białek stwierdzono, że cząsteczki białek mają złożoną strukturę przestrzenną. Po zwinięciu (w kulkę) makrocząsteczki białka mogą łączyć odległe od siebie reszty w liniową sekwencję, tworząc konformacyjną determinantę antygenową.

Ponadto istnieją epitopy końcowe (znajdujące się na końcach cząsteczki antygenu) i epitopy centralne. Określa się także „głębokie”, czyli ukryte determinanty antygenowe, które pojawiają się, gdy antygen ulega zniszczeniu.

Cząsteczki większości antygenów są dość duże. Jedna makrocząsteczka białka (antygen), składająca się z kilkuset aminokwasów, może zawierać wiele różnych epitopów. Niektóre białka mogą mieć tę samą determinantę antygenową w wielu kopiach (powtarzające się determinanty antygenowe).

Przeciwko jednemu epitopowi powstaje wiele różnych przeciwciał. Każdy z epitopów jest zdolny do stymulowania wytwarzania różnych swoistych przeciwciał. Dla każdego z epitopów można wytworzyć specyficzne przeciwciała.

Istnieje zjawisko immunodominacja, co objawia się tym, że epitopy różnią się zdolnością do indukowania odpowiedzi immunologicznej.

Nie wszystkie epitopy w białku charakteryzują się równą antygenowością. Z reguły niektóre epitopy antygenu mają szczególną antygenowość, która objawia się preferencyjnym tworzeniem przeciwciał przeciwko tym epitopom. W widmie epitopów cząsteczki białka ustala się hierarchia – niektóre epitopy są dominujące i większość przeciwciał tworzy się specyficznie dla nich. Te epitopy są nazywane epitopy immunodominujące. Prawie zawsze są one zlokalizowane w widocznych częściach cząsteczki antygenu.

Struktura przeciwciał (immunoglobulin)

Immunoglobuliny IgG na podstawie danych eksperymentalnych. Każda reszta aminokwasowa cząsteczki białka jest przedstawiona jako mała kulka. Wizualizacja została zbudowana przy użyciu programu RasMol.

W XX wieku biochemicy starali się dowiedzieć, jakie warianty immunoglobulin istnieją i jaka jest struktura cząsteczek tych białek. Strukturę przeciwciał ustalono w drodze różnych eksperymentów. Zasadniczo polegały one na tym, że przeciwciała poddano działaniu enzymów proteolitycznych (papaina, pepsyna) oraz poddano alkilacji i redukcji merkaptoetanolem.

Następnie zbadano właściwości otrzymanych fragmentów: określono ich masę cząsteczkową (metodą chromatografii), strukturę czwartorzędową (analizą dyfrakcji promieni rentgenowskich), zdolność wiązania się z antygenem itp. Przeciwciała skierowane przeciwko tym fragmentom wykorzystano także do określenia, czy przeciwciała przeciwko jednemu typowi fragmentu mogą wiązać się z fragmentami innego typu. Na podstawie uzyskanych danych zbudowano model cząsteczki przeciwciała.

Ponad 100 lat badań nad strukturą i funkcją immunoglobulin jedynie podkreśliło złożoną naturę tych białek. Obecnie struktura cząsteczek ludzkich immunoglobulin nie została w pełni opisana. Większość badaczy skoncentrowała swoje wysiłki nie na opisie struktury tych białek, ale na wyjaśnieniu mechanizmów interakcji przeciwciał z antygenami. Ponadto cząsteczki przeciwciał co sprawia, że ​​badanie przeciwciał przechowywanych w stanie nienaruszonym staje się wyzwaniem. Znacznie częściej możliwe jest określenie dokładnej struktury poszczególnych fragmentów przeciwciał.

Pomimo rzekomej różnorodności immunoglobulin, ich cząsteczki zostały sklasyfikowane według struktur wchodzących w skład tych cząsteczek. Klasyfikacja ta opiera się na fakcie, że immunoglobuliny wszystkich klas są zbudowane według ogólnego planu i mają pewną uniwersalną strukturę.

Cząsteczki immunoglobulin są złożonymi formacjami przestrzennymi. Wszystkie przeciwciała, bez wyjątku, należą do tego samego typu cząsteczek białka, które mają kulistą strukturę drugorzędową, co odpowiada ich nazwie - „immunoglobuliny” (drugorzędowa struktura białka to sposób, w jaki jego łańcuch polipeptydowy jest ułożony w przestrzeni). Mogą to być monomery lub polimery zbudowane z kilku podjednostek.

Łańcuchy polipeptydowe ciężkie i lekkie w strukturze immunoglobulin

Łańcuchy peptydowe immunoglobulin. Grafika ze schematem. Regiony zmienne są zaznaczone liniami przerywanymi.

Jednostką strukturalną immunoglobuliny jest monomer, cząsteczka składająca się z łańcuchów polipeptydowych połączonych ze sobą wiązaniami dwusiarczkowymi (mostkami S-S).

Jeśli cząsteczka Ig zostanie potraktowana 2-merkaptoetanolem (odczynnikiem niszczącym wiązania disiarczkowe), rozpadnie się na pary łańcuchów polipeptydowych. Powstałe łańcuchy polipeptydowe klasyfikuje się według masy cząsteczkowej: lekkie i ciężkie. Łańcuchy lekkie mają niską masę cząsteczkową (około 23 kDa) i są oznaczone literą L z języka angielskiego. Światło światło. Łańcuchy ciężkie H (z angielskiego Heavy – ciężki) mają wysoką masę cząsteczkową (wahają się w granicach 50 – 73 kDa).

Tak zwana monomeryczna immunoglobulina zawiera dwa łańcuchy L i dwa łańcuchy H. Łańcuchy lekkie i ciężkie są utrzymywane razem przez mostki dwusiarczkowe. Wiązania dwusiarczkowe łączą łańcuchy lekkie z łańcuchami ciężkimi i łańcuchy ciężkie ze sobą.

Główną podjednostką strukturalną wszystkich klas immunoglobulin jest para łańcuch lekki-łańcuch ciężki (L-H). Struktura immunoglobulin różnych klas i podklas różni się liczbą i umiejscowieniem wiązań dwusiarczkowych pomiędzy łańcuchami ciężkimi, a także liczbą podjednostek (L-H) w cząsteczce. Łańcuchy H są utrzymywane razem przez różną liczbę wiązań dwusiarczkowych. Różnią się także rodzaje łańcuchów ciężkich i lekkich tworzących różne klasy immunoglobulin.

Rysunek przedstawia schemat organizacji IgG jako typowej immunoglobuliny. Podobnie jak wszystkie immunoglobuliny, IgG zawiera dwa identyczne łańcuchy ciężkie (H) i dwa identyczne łańcuchy lekkie (L), które są połączone w czterołańcuchową cząsteczkę poprzez międzyłańcuchowe wiązania dwusiarczkowe (-S-S-). Jedyne wiązanie dwusiarczkowe łączące łańcuchy H i L znajduje się w pobliżu C-końca łańcucha lekkiego. Istnieje również wiązanie dwusiarczkowe pomiędzy dwoma łańcuchami ciężkimi.

Domeny w cząsteczce przeciwciała

Lekkie i ciężkie łańcuchy polipeptydowe w cząsteczce Ig mają specyficzną strukturę. Każdy łańcuch jest tradycyjnie podzielony na określone sekcje zwane domenami.

Zarówno łańcuchy lekkie, jak i ciężkie nie tworzą prostej nici. W obrębie każdego łańcucha, w regularnych i w przybliżeniu równych odstępach co 100-110 aminokwasów, znajdują się mostki dwusiarczkowe, które tworzą pętle w strukturze każdego łańcucha. Obecność mostków dwusiarczkowych oznacza, że ​​każda pętla w łańcuchach peptydowych musi tworzyć zwartą domenę kulistą. Zatem każdy łańcuch polipeptydowy w immunoglobulinie tworzy kilka domen kulistych w postaci pętli, zawierających około 110 reszt aminokwasowych.

Można powiedzieć, że cząsteczki immunoglobulin składają się z oddzielnych domen, z których każda jest zlokalizowana wokół mostka dwusiarczkowego i jest homologiczna z innymi.

W każdym z łańcuchów lekkich cząsteczek przeciwciał znajdują się dwa wewnątrzłańcuchowe wiązania dwusiarczkowe, zatem każdy łańcuch lekki ma dwie domeny. Liczba takich wiązań w łańcuchach ciężkich jest różna; łańcuchy ciężkie zawierają cztery lub pięć domen. Domeny są oddzielone łatwo zorganizowanymi segmentami. Obecność takich konfiguracji potwierdzono bezpośrednimi obserwacjami i analizą genetyczną.

Struktura pierwotna, wtórna, trzeciorzędowa i czwartorzędowa immunoglobulin

Strukturę cząsteczki immunoglobuliny (a także innych białek) określa struktura pierwotna, wtórna, trzeciorzędowa i czwartorzędowa. Struktura pierwotna to sekwencja aminokwasów tworzących lekkie i ciężkie łańcuchy immunoglobulin. Analiza dyfrakcji promieni rentgenowskich wykazała, że ​​łańcuchy lekkie i ciężkie immunoglobulin składają się ze zwartych domen kulistych (tzw. domen immunoglobulin). Domeny ułożone są w charakterystyczną strukturę trzeciorzędową zwaną fałdem immunoglobulinowym.

Domeny immunoglobulin to regiony trzeciorzędowej struktury cząsteczki Ig, które charakteryzują się pewną autonomią organizacji strukturalnej. Domeny są utworzone przez różne segmenty tego samego łańcucha polipeptydowego, złożone w „kulki” (globule). Globula zawiera około 110 reszt aminokwasowych.

Domeny mają podobną ogólną strukturę i specyficzne funkcje względem siebie. W obrębie domen fragmenty peptydowe tworzące domenę tworzą zwartą, antyrównoległą strukturę β-kartki, stabilizowaną wiązaniami wodorowymi (drugorzędowa struktura białka). W strukturze domen praktycznie nie ma regionów o konformacji α-helikalnej.

Struktura drugorzędowa każdej domeny jest utworzona przez zwijanie wydłużonego łańcucha polipeptydowego tam i z powrotem, tworząc dwa przeciwrównoległe arkusze β (kartki β) zawierające kilka arkuszy β. Każdy arkusz β ma płaski kształt – łańcuchy polipeptydowe w arkuszach β są prawie całkowicie wydłużone.

Dwa arkusze β tworzące domenę immunoglobuliny są ułożone w strukturę zwaną β-kanapką („jak dwa kawałki chleba ułożone jeden na drugim”). Struktura każdej domeny immunoglobuliny jest stabilizowana przez wewnątrzdomenowe wiązanie dwusiarczkowe — arkusze β są kowalencyjnie połączone wiązaniem dwusiarczkowym pomiędzy resztami cysteinowymi każdego arkusza β. Każdy arkusz β składa się z antyrównoległych pasm β połączonych pętlami o różnej długości.

Domeny z kolei są połączone ze sobą kontynuacją łańcucha polipeptydowego, który rozciąga się poza arkusze β. Otwarte odcinki łańcucha polipeptydowego obecne pomiędzy kuleczkami są szczególnie wrażliwe na enzymy proteolityczne.

Domeny kuliste pary łańcuchów lekkich i ciężkich oddziałują ze sobą, tworząc strukturę czwartorzędową. Dzięki temu powstają funkcjonalne fragmenty, które pozwalają cząsteczce przeciwciała specyficznie związać się z antygenem i jednocześnie pełnić szereg biologicznych funkcji efektorowych.

Dziedziny zmienne i stałe

Domeny w łańcuchach peptydowych różnią się konsystencją składu aminokwasów. Istnieją domeny zmienne i stałe (regiony). Domeny zmienne są oznaczone literą V z języka angielskiego. zmienne - „zmienne” i nazywane są V-domenami. Domeny stałe (stałe) są oznaczone literą C, od angielskiej stałej - „permanent” i nazywane są domenami C.

Immunoglobuliny wytwarzane przez różne klony komórek plazmatycznych mają domeny zmienne o różnych sekwencjach aminokwasów. Domeny stałe są podobne lub bardzo podobne dla każdego izotypu immunoglobuliny.

Każda domena jest oznaczona literą wskazującą, czy należy do łańcucha lekkiego czy ciężkiego, oraz liczbą wskazującą jej pozycję.

Pierwsza domena w łańcuchach lekkich i ciężkich wszystkich przeciwciał jest niezwykle zmienna pod względem sekwencji aminokwasów; jest on oznaczony odpowiednio jako VL i VH.

Druga i kolejne domeny obu łańcuchów ciężkich mają znacznie bardziej stałą sekwencję aminokwasów. Są one oznaczone jako CH lub CH1, CH2 i CH3. Immunoglobuliny IgM i IgE mają dodatkową domenę CH4 w łańcuchu ciężkim, zlokalizowaną za domeną CH3.

Połowa łańcucha lekkiego zawierająca koniec karboksylowy nazywana jest regionem stałym CL, a N-końcowa połowa łańcucha lekkiego nazywana jest regionem zmiennym VL.

Łańcuchy węglowodanowe są również powiązane z domeną CH2. Immunoglobuliny różnych klas różnią się znacznie liczbą i rozmieszczeniem grup węglowodanowych. Składniki węglowodanowe immunoglobulin mają podobną strukturę. Składają się ze stałego rdzenia i zmiennej części zewnętrznej. Składniki węglowodanowe wpływają na właściwości biologiczne przeciwciał.

Fragmenty Fab i Fc cząsteczki immunoglobuliny

Domeny zmienne łańcuchów lekkich i ciężkich (VH i VL) wraz z najbliższymi im domenami stałymi (CH 1 i CL 1) tworzą fragmenty Fab przeciwciał (fragment, wiązanie antygenu). Region immunoglobuliny, który wiąże się ze specyficznym antygenem, jest utworzony przez N-końcowe regiony zmienne łańcucha lekkiego i ciężkiego, tj. Domeny VH - i VL -.

Pozostała część, reprezentowana przez C-końcowe domeny stałe łańcuchów ciężkich, jest oznaczona jako fragment Fc (fragment, zdolny do krystalizacji). Fragment Fc zawiera pozostałe domeny CH połączone wiązaniami dwusiarczkowymi. Na styku fragmentów Fab i Fc znajduje się region zawiasowy, który umożliwia rozwinięcie fragmentów wiążących antygen w celu bliższego kontaktu z antygenem.

Obszar zawiasów

Na granicy fragmentów Fab i Fc znajduje się tzw. „obszar zawiasów” mający elastyczną strukturę. Zapewnia mobilność pomiędzy dwoma fragmentami Fab cząsteczki przeciwciała w kształcie litery Y. Mobilność fragmentów cząsteczek przeciwciał względem siebie jest ważną cechą strukturalną immunoglobulin. Ten rodzaj połączenia międzypeptydowego sprawia, że ​​struktura cząsteczki jest dynamiczna – pozwala na łatwą zmianę konformacji w zależności od warunków i stanu otoczenia.

Region zawiasowy jest częścią łańcucha ciężkiego. Region zawiasowy zawiera wiązania dwusiarczkowe, które łączą ze sobą łańcuchy ciężkie. Dla każdej klasy immunoglobulin region zawiasowy ma swoją własną strukturę.

W immunoglobulinach (z możliwym wyjątkiem IgM i IgE) region zawiasowy składa się z krótkiego odcinka aminokwasów i znajduje się pomiędzy regionami CH1 i CH2 łańcuchów ciężkich. Segment ten składa się głównie z reszt cysteiny i proliny. Cysteiny biorą udział w tworzeniu mostków dwusiarczkowych pomiędzy łańcuchami, a reszty proliny zapobiegają składaniu się w strukturę kulistą.

Typowa struktura cząsteczki immunoglobuliny na przykładzie IgG

Schematyczne przedstawienie na rysunku planarnym nie odzwierciedla dokładnie struktury Ig; w rzeczywistości domeny zmienne łańcuchów lekkich i ciężkich nie są ułożone równolegle, ale są ze sobą ściśle powiązane w sposób krzyżowy.

Wygodnie jest rozważyć typową strukturę immunoglobuliny na przykładzie cząsteczki przeciwciała IgG. W cząsteczce IgG znajduje się łącznie 12 domen – 4 na łańcuchach ciężkich i 2 na łańcuchach lekkich.

Każdy łańcuch lekki zawiera dwie domeny – jedną zmienną (VL, domena zmienna łańcucha lekkiego) i jedną stałą (CL, domena stała łańcucha lekkiego). Każdy łańcuch ciężki zawiera jedną domenę zmienną (VH, domenę zmienną łańcucha ciężkiego) i trzy domeny stałe (CH 1-3, domeny stałe łańcucha ciężkiego). Około jedna czwarta łańcucha ciężkiego, łącznie z końcem N, jest klasyfikowana jako region zmienny łańcucha H (VH), reszta to region stały (CH1, CH2, CH3).

Każda para domen zmiennych VH i VL zlokalizowanych w sąsiadujących łańcuchach ciężkich i lekkich tworzy fragment zmienny (Fv, fragment zmienny).

Rodzaje łańcuchów ciężkich i lekkich w cząsteczkach przeciwciał

W oparciu o różnice w pierwotnej strukturze regionów stałych obwody dzieli się na typy. Typy są określone przez pierwszorzędową sekwencję aminokwasów łańcuchów i stopień glikozylacji. Łańcuchy lekkie dzielimy na dwa typy: κ i λ (kappa i lambda), łańcuchy ciężkie dzielimy na pięć typów: α, γ, μ, ε i δ (alfa, gamma, mu, epsilon i delta). Wśród różnorodnych łańcuchów ciężkich typu alfa, mu i gamma wyróżnia się podtypy.

Klasyfikacja immunoglobulin

Immunoglobuliny klasyfikuje się według typu łańcucha H (łańcucha ciężkiego). Regiony stałe łańcuchów ciężkich immunoglobulin różnych klas nie są takie same. Immunoglobuliny ludzkie dzieli się na 5 klas i szereg podklas, w zależności od rodzaju łańcuchów ciężkich wchodzących w ich skład. Klasy te nazywane są IgA, IgG, IgM, IgD i IgE.

Same łańcuchy H są oznaczone literą grecką, odpowiadającą dużej literze łacińskiej nazwy jednej z immunoglobulin. IgA ma łańcuchy ciężkie α (alfa), IgM – μ (mu), IgG – γ (gamma), IgE – ε (epsilon), IgD – δ (delta).

Immunoglobuliny IgG, IgM i IgA mają wiele podklas. Podział na podklasy (podtypy) następuje także w zależności od charakterystyki łańcuchów H. U ludzi istnieją 4 podklasy IgG: IgG1, IgG2, IgG3 i IgG4, zawierające odpowiednio łańcuchy ciężkie γ1, γ2, γ3 i γ4. Te łańcuchy H różnią się szczegółami małych fragmentów Fc. W przypadku łańcucha μ znane są 2 podtypy - μ1- i μ2-. IgA ma 2 podklasy: IgA1 i IgA2 z podtypami α1 i α2 łańcuchów α.

W każdej cząsteczce immunolobuliny wszystkie łańcuchy ciężkie są tego samego typu, zgodnie z klasą lub podklasą.

Wszystkie 5 klas immunoglobulin składa się z łańcuchów ciężkich i lekkich.

Łańcuchy lekkie (łańcuchy L) immunoglobulin różnych klas są takie same. Wszystkie immunoglobuliny mogą mieć oba łańcuchy lekkie κ (kappa) lub oba łańcuchy lekkie λ (lambda). Immunoglobuliny wszystkich klas dzielą się na typy K i L, w zależności od obecności w ich cząsteczkach odpowiednio łańcuchów lekkich typu κ lub λ. U ludzi stosunek typów K i L wynosi 3:2.

Klasy i podklasy łącznie nazywane są izotypami immunoglobulin. Izotyp przeciwciała (klasa, podklasa immunoglobulin - IgM1, IgM2, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgA1, IgA2, IgD, IgE) jest określony przez domeny C łańcuchów ciężkich.

Każda klasa obejmuje ogromną różnorodność poszczególnych immunoglobulin, różniących się pierwotną strukturą regionów zmiennych; całkowita liczba immunoglobulin wszystkich klas wynosi ≈ 10^7.

Struktura cząsteczek przeciwciał różnych klas

Schematy budowy immunoglobulin. (A) - monomeryczne IgG, IgE, IgD, IgA; (B) - polimerowa wydzielnicza Ig A (slgA) i IgM (B); (1) - składnik wydzielniczy; (2) - łączący łańcuch J.

1. Klasy przeciwciał IgG, IgD i IgE

Cząsteczki przeciwciał klas IgG, IgD i IgE są monomeryczne; mają kształt litery Y.

Immunoglobuliny klasy IgG stanowią 75% całkowitej liczby immunoglobulin ludzkich. Występują zarówno we krwi, jak i poza naczyniami krwionośnymi. Ważną właściwością IgG jest jej zdolność do przenikania przez łożysko. W ten sposób przeciwciała matczyne dostają się do organizmu noworodka i chronią go przed infekcją w pierwszych miesiącach życia (naturalna odporność bierna).

IgD występuje głównie na błonie limfocytów B. Mają budowę zbliżoną do IgG, 2 aktywne centra. Łańcuch ciężki (łańcuch δ) składa się z domeny zmiennej i 3 stałych. Region zawiasowy łańcucha δ jest najdłuższy, a lokalizacja węglowodanów w tym łańcuchu również jest nietypowa.

IgE - stężenie tej klasy immunoglobulin w surowicy krwi jest wyjątkowo niskie. Cząsteczki IgE są osadzane głównie na powierzchni komórek tucznych i bazofilów. IgE ma podobną strukturę do IgG i ma 2 aktywne centra. Łańcuch ciężki (łańcuch ε) ma jedną zmienną i 4 domeny stałe. Zakłada się, że IgE jest niezbędna w rozwoju odporności przeciwrobaczej. IgE odgrywają główną rolę w patogenezie niektórych chorób alergicznych (astma oskrzelowa, katar sienny) i wstrząsu anafilaktycznego.

2. Klasy przeciwciał IgM i IgA

Immunoglobuliny IgM i IgA tworzą struktury polimerowe. Do polimeryzacji IgM i IgA zawierają dodatkowy łańcuch polipeptydowy o masie cząsteczkowej 15 kDa, zwany łańcuchem J (połączeniem). Ten łańcuch J wiąże końcowe cysteiny na C-końcach łańcuchów ciężkich μ i α odpowiednio IgM i IgA.

Na powierzchni dojrzałych limfocytów B cząsteczki IgM zlokalizowane są w postaci monomerów. Jednakże w surowicy występują w postaci pentamerów: cząsteczka IgM składa się z pięciu cząsteczek strukturalnych ułożonych promieniście. Pentamer IgM składa się z pięciu monomerów typu „proca”, podobnych do IgG, połączonych ze sobą wiązaniami dwusiarczkowymi i łańcuchem J. Ich fragmenty Fc są skierowane do centrum (gdzie są połączone łańcuchem J), a ich fragmenty Fab są skierowane na zewnątrz.

W IgM łańcuchy ciężkie (H) składają się z 5 domen, ponieważ zawierają 4 domeny stałe. Łańcuchy ciężkie IgM nie mają regionu zawiasowego; jej rolę pełni domena CH2, która charakteryzuje się pewną labilnością konformacyjną.

IgM jest syntetyzowana głównie podczas pierwotnej odpowiedzi immunologicznej i występuje głównie w łożysku wewnątrznaczyniowym. Ilość Ig M w surowicy krwi osób zdrowych wynosi około 10% całkowitej ilości Ig.

Przeciwciała IgA zbudowane są z różnej liczby monomerów. Immunoglobuliny klasy A dzielą się na dwa typy: surowicze i wydzielnicze. Większość (80%) IgA obecnych w surowicy krwi ma strukturę monomeryczną. Mniej niż 20% IgA w surowicy jest reprezentowane przez cząsteczki dimeryczne.

Wydzielnicza IgA nie występuje we krwi, ale jako część wydzielin na błonach śluzowych i jest oznaczona jako sIgA. W wydzielinie błon śluzowych IgA występuje w postaci dimerów. Wydzielnicza IgA tworzy dimer dwóch „procy” (monomerów Ig). C-końce łańcuchów ciężkich w cząsteczce sIgA są połączone ze sobą łańcuchem J i cząsteczką białka zwaną „składnikiem wydzielniczym”.

Składnik wydzielniczy jest wytwarzany przez komórki nabłonkowe błon śluzowych. Przyłącza się do cząsteczki IgA podczas jej przechodzenia przez komórki nabłonkowe. Składnik wydzielniczy chroni sIgA przed rozszczepieniem i inaktywacją przez enzymy proteolityczne, które zawarte są w dużych ilościach w wydzielinach błon śluzowych.

Główną funkcją sIgA jest ochrona błon śluzowych przed infekcją. Rola sIgA w zapewnianiu odporności miejscowej jest bardzo znacząca, ponieważ Całkowita powierzchnia błon śluzowych dorosłego człowieka wynosi kilkaset metrów kwadratowych i znacznie przekracza powierzchnię skóry.

Wysokie stężenia sIgA stwierdza się w mleku kobiecym, szczególnie w pierwszych dniach laktacji. Chronią przewód pokarmowy noworodka przed infekcją.

Dzieci rodzą się bez IgA i otrzymują je wraz z mlekiem matki. Rzetelnie wykazano, że u dzieci karmionych piersią znacznie rzadziej zapadają na infekcje jelitowe i choroby dróg oddechowych w porównaniu do dzieci karmionych sztucznie.

Przeciwciała klasy IgA stanowią 15-20% całkowitej zawartości immunoglobulin. IgA nie przenika przez barierę łożyskową. Ig A syntetyzowana jest przez komórki plazmatyczne zlokalizowane głównie w tkankach podśluzówkowych, na nabłonkowej powierzchni śluzowej dróg oddechowych, układu moczowo-płciowego i jelitowego oraz niemal we wszystkich gruczołach wydalniczych. Część Ig A dostaje się do krążenia ogólnego, ale większość jest wydzielana lokalnie na błonach śluzowych w postaci sIgA i służy jako lokalna ochronna bariera immunologiczna dla błon śluzowych. Surowicze IgA i sIgA to różne immunoglobuliny; sIgA nie występuje w surowicy krwi.

Osoby z niedoborami odporności IgA mają skłonność do chorób autoimmunologicznych, infekcji dróg oddechowych, zatok szczękowych i czołowych, zaburzeń jelitowych.

Trawienie cząsteczki immunoglobuliny przez enzymy

Enzymy proteolityczne (takie jak papaina lub pepsyna) rozkładają cząsteczki immunoglobulin na fragmenty. Jednocześnie pod wpływem różnych proteaz można otrzymać różne produkty. Uzyskane w ten sposób fragmenty immunoglobulin można wykorzystać do celów badawczych lub medycznych.

Kulista struktura immunoglobulin i zdolność enzymów do rozkładania tych cząsteczek na duże składniki w ściśle określonych miejscach, a nie niszczenia ich na oligopeptydy i aminokwasy, wskazuje na niezwykle zwartą strukturę.

1. Rozszczepienie cząsteczki immunoglobuliny przez papainę. Fragmenty Fab i Fc przeciwciał.

Pod koniec lat 50. i na początku lat 60. angielski naukowiec R.R. Porter przeanalizował cechy strukturalne przeciwciał IgG, oddzielając cząsteczkę za pomocą papainy (oczyszczony enzym z soku z papai). Papaina niszczy immunoglobulinę w regionie zawiasowym, powyżej międzyłańcuchowych wiązań dwusiarczkowych. Enzym ten dzieli cząsteczkę immunoglobuliny na trzy fragmenty o mniej więcej tej samej wielkości.

Dwóch z nich otrzymało imiona wspaniałe fragmenty(z angielskiego fragmentu wiążącego antygen - fragment wiążący antygen). Fragmenty Fab są całkowicie identyczne i, jak wykazały badania, są zaprojektowane tak, aby wiązać się z antygenem. Region łańcucha ciężkiego fragmentu Fab nazywany jest Fd; składa się z domen VH i CH1.

Trzeci fragment może wykrystalizować z roztworu i nie może wiązać antygenu. Ten fragment nosi nazwę fragment FC(z angielskiego fragmentu krystalizowalnego - fragment krystalizacji). Odpowiada za funkcje biologiczne cząsteczki przeciwciała po związaniu antygenu i części Fab nienaruszonej cząsteczki przeciwciała.

Fragment Fc ma taką samą strukturę dla przeciwciał każdej klasy i podklasy, a inną dla przeciwciał należących do różnych podklas i klas.

Fragment Fc cząsteczki oddziałuje z komórkami układu odpornościowego: neutrofilami, makrofagami i innymi jednojądrzastymi fagocytami, które niosą na swojej powierzchni receptory dla fragmentu Fc. Jeśli przeciwciała zwiążą się z patogennymi mikroorganizmami, mogą oddziaływać z fagocytami za pomocą ich fragmentu Fc. Dzięki temu komórki patogenu zostaną zniszczone przez te fagocyty. W rzeczywistości przeciwciała działają w tym przypadku jako cząsteczki pośrednie.

Następnie okazało się, że fragmenty Fc immunoglobulin w obrębie jednego izotypu w danym organizmie są ściśle identyczne, niezależnie od specyficzności antygenowej przeciwciała. Dla tej niezmienności zaczęto je nazywać regionami stałymi (stała fragmentu - Fc, skrót jest taki sam).

2. Rozszczepienie cząsteczki immunoglobuliny przez pepsynę.

Inny enzym proteolityczny, pepsyna, rozszczepia cząsteczkę w innym miejscu, bliżej C-końca łańcuchów H niż papaina. Rozszczepienie następuje „poniżej” wiązań dwusiarczkowych utrzymujących razem łańcuchy H. W rezultacie pod wpływem pepsyny powstaje dwuwartościowy fragment F(ab)2 wiążący antygen i skrócony fragment pFc”. Fragment pFc" jest C-końcową częścią regionu Fc.

Pepsyna odcina fragment pFc" z dużego fragmentu o stałej sedymentacji 5S. Ten duży fragment nazywa się F(ab")2, ponieważ podobnie jak przeciwciało macierzyste jest dwuwartościowy pod względem wiązania antygenu. Składa się z połączonych fragmentów Fab połączonych mostkiem dwusiarczkowym w regionie zawiasowym. Te fragmenty Fab są jednowartościowe i homologiczne z fragmentami I i II Fab papainy, ale ich fragment Fd jest większy o około dziesięć reszt aminokwasowych.

Centra przeciwciał wiążące antygen (paratopy)

Fragment Fab immunoglobuliny zawiera domeny V obu łańcuchów, domeny CL i CH1. Region wiążący antygen fragmentu Fab otrzymał kilka nazw: aktywne lub wiążące antygen centrum przeciwciał, antydeterminanta lub paratop.

Zmienne segmenty łańcuchów lekkich i ciężkich biorą udział w tworzeniu centrów aktywnych. Miejsce aktywne to szczelina zlokalizowana pomiędzy domenami zmiennymi łańcucha lekkiego i ciężkiego. Obie te domeny uczestniczą w tworzeniu centrum aktywnego.

Cząsteczka immunoglobuliny. L - łańcuchy lekkie; H - łańcuchy ciężkie; V - obszar zmienny; C - obszar stały; Regiony N-końcowe łańcuchów L i H (region V) tworzą dwa centra wiążące antygen we fragmentach Fab.

Każdy fragment Fab immunoglobulin IgG ma jedno miejsce wiązania antygenu. We fragmentach Fab zlokalizowane są także centra aktywne przeciwciał innych klas, zdolnych do interakcji z antygenem. Przeciwciała IgG, IgA i IgE mają po 2 centra aktywne, IgM - 10 centrów.

Immunoglobuliny mogą wiązać antygeny o różnym charakterze chemicznym: peptydy, węglowodany, cukry, polifosforany, cząsteczki steroidów.

Istotną i unikalną właściwością przeciwciał jest ich zdolność do wiązania się z nienaruszonymi, natywnymi cząsteczkami antygenów, bezpośrednio w postaci, w której antygen przedostał się do środowiska wewnętrznego organizmu. Nie wymaga to żadnego przedmetabolicznego przetwarzania antygenów

Struktura domen w cząsteczkach immunoglobulin

Struktura drugorzędowa łańcuchów polipeptydowych cząsteczki immunoglobuliny ma strukturę domenową. Poszczególne odcinki łańcuchów ciężkich i lekkich są zwinięte w globule (domeny), które są połączone fragmentami liniowymi. Każda domena ma w przybliżeniu kształt cylindryczny i jest strukturą β-arkuszową utworzoną z antyrównoległych β-kartek. W ramach podstawowej struktury istnieje wyraźna różnica pomiędzy domenami C i V, co można zobaczyć na przykładzie łańcucha lekkiego.

Figura schematycznie przedstawia zwinięcie pojedynczego łańcucha polipeptydowego białka Bence-Jonesa zawierającego domeny VL i CL. Schemat opiera się na danych dyfrakcji rentgenowskiej - metodzie pozwalającej ustalić trójwymiarową strukturę białek. Diagram pokazuje podobieństwa i różnice pomiędzy domenami V i C.

Górna część rysunku schematycznie przedstawia przestrzenne rozmieszczenie domen stałych (C) i zmiennych (V) łańcucha lekkiego cząsteczki białka. Każda domena jest cylindryczną strukturą „w kształcie beczki”, w której odcinki łańcucha polipeptydowego (nici β) biegnące w przeciwnych kierunkach (tj. antyrównoległe) są upakowane, tworząc dwa arkusze β utrzymywane razem przez połączenie dwusiarczkowe

Każda z domen, V- i C-, składa się z dwóch β-kartek (warstw o ​​strukturze β-arkusza). Każdy arkusz β zawiera kilka antyrównoległych (biegnących w przeciwnych kierunkach) nici β: w domenie C arkusze β zawierają cztery i trzy nici β, w domenie V obie warstwy składają się z czterech nici β. Na rysunku nici β pokazano w kolorze żółtym i zielonym dla domeny C oraz czerwono i niebiesko dla domeny V.

W dolnej części rysunku bardziej szczegółowo omówiono domeny immunoglobulin. Ta połowa obrazu przedstawia schemat względnego rozmieszczenia nici β dla domen V i C łańcucha lekkiego. Możliwe jest dokładniejsze zbadanie sposobu, w jaki ich łańcuchy polipeptydowe układają się podczas tworzenia β-kartek, co tworzy ostateczną strukturę. Aby pokazać fałdowanie, nici β oznaczono literami alfabetu łacińskiego, zgodnie z kolejnością ich występowania w sekwencji aminokwasów tworzących domenę. Kolejność występowania w każdym arkuszu β jest cechą domen immunoglobulin.

Arkusze β (arkusze) w domenach są połączone mostkiem dwusiarczkowym (wiązaniem) mniej więcej pośrodku każdej domeny. Wiązania te pokazano na rysunku: pomiędzy warstwami znajduje się wiązanie dwusiarczkowe łączące fałdy B i F i stabilizujące strukturę domeny.

Główna różnica między domenami V i C polega na tym, że domena V jest większa i zawiera dodatkowe nici β, oznaczone jako Cʹ i Cʹ. Na rysunku nici β Cʹ i Cʹ, obecne w domenach V, ale nieobecne w domenach C, zaznaczono niebieskim prostokątem. Można zauważyć, że każdy łańcuch polipeptydowy tworzy elastyczne pętle pomiędzy kolejnymi niciami β podczas zmiany kierunku. W domenie V elastyczne pętle utworzone pomiędzy niektórymi niciami β stanowią część struktury miejsca aktywnego cząsteczki immunoglobuliny.

Regiony hiperzmienne w domenach V

Poziom zmienności w obrębie dziedzin zmiennych nie jest równomiernie rozłożony. Nie cała domena zmienna jest zmienna pod względem składu aminokwasowego, ale tylko jej niewielka część - hiperzmienna obszary. Stanowią około 20% sekwencji aminokwasów domen V.

W strukturze całej cząsteczki immunoglobuliny domeny VH i VL są połączone. Ich regiony hiperzmienne sąsiadują ze sobą i tworzą pojedynczy region hiperzmienny w postaci kieszeni. Jest to region, który specyficznie wiąże się z antygenem. Regiony hiperzmienne określają komplementarność przeciwciała z antygenem.

Ponieważ regiony hiperzmienne odgrywają kluczową rolę w rozpoznawaniu i wiązaniu antygenu, nazywane są one również regionami determinującymi dopasowanie (CDR). Istnieją trzy CDR w domenach zmiennych łańcuchów ciężkich i lekkich (VL CDR1–3, VH CDR1–3).

Pomiędzy regionami hiperzmiennymi znajdują się stosunkowo stałe odcinki sekwencji aminokwasowej, zwane regionami ramowymi (FR). Stanowią około 80% sekwencji aminokwasów domen V. Rolą takich regionów jest utrzymanie stosunkowo jednolitej trójwymiarowej struktury domen V, co jest niezbędne do zapewnienia interakcji powinowactwa regionów hiperzmiennych z antygenem.

W sekwencji domeny zmiennej regionu 3 regiony hiperwariantne występują naprzemiennie z 4 stosunkowo niezmiennymi regionami „zrębowymi” FR1 – FR4,

H1–3 – pętle CDR zawarte w łańcuchach.

Szczególnie interesujące jest przestrzenne rozmieszczenie regionów hiperzmiennych w trzech oddzielnych pętlach domeny zmiennej. Te regiony hiperzmienne, chociaż znajdują się w dużej odległości od siebie w strukturze pierwotnej łańcucha lekkiego, ale gdy tworzy się struktura trójwymiarowa, znajdują się blisko siebie.

W strukturze przestrzennej domen V sekwencje hiperzmienne zlokalizowane są w strefie zagięć łańcucha polipeptydowego, skierowane w stronę odpowiednich odcinków domeny V drugiego łańcucha (tj. CDR łańcuchów lekkiego i ciężkiego są skierowane w stosunku do siebie). W wyniku oddziaływania domeny zmiennej łańcuchów H i L powstaje miejsce wiązania antygenu (centrum aktywne) immunoglobuliny. Według mikroskopii elektronowej jest to wnęka o długości 6 nm i szerokości 1,2–1,5 nm.

Struktura przestrzenna tej wnęki, zdeterminowana strukturą regionów hiperzmiennych, determinuje zdolność przeciwciał do rozpoznawania i wiązania specyficznych cząsteczek w oparciu o zgodność przestrzenną (specyficzność przeciwciał). Oddzielone przestrzennie obszary łańcuchów H i L również przyczyniają się do tworzenia centrum aktywnego. Regiony hiperzmienne domen V nie są całkowicie zawarte w centrum aktywnym – powierzchnia regionu wiążącego antygen pokrywa tylko około 30% CDR.

Hiperzmienne regiony łańcucha ciężkiego i lekkiego determinują indywidualne cechy strukturalne centrum wiążącego antygen dla każdego klonu Ig i różnorodność ich specyficzności.

Ultrawysoka zmienność CDR i centrów aktywnych zapewnia, że ​​cząsteczki immunoglobulin syntetyzowane przez limfocyty B tego samego klonu są unikalne nie tylko pod względem struktury, ale także zdolności do wiązania różnych antygenów. Pomimo tego, że budowa immunoglobulin jest dość dobrze poznana i to właśnie CDR odpowiadają za ich cechy, nadal nie jest jasne, która domena jest najbardziej odpowiedzialna za wiązanie antygenu.

Interakcja przeciwciał i antygenów (interakcja epitopu i paratopu)

Reakcja antygen-przeciwciało opiera się na interakcji pomiędzy epitopem antygenu a centrum aktywnym przeciwciała, w oparciu o ich zgodność przestrzenną (komplementarność). W wyniku związania patogenu z centrum aktywnym przeciwciała patogen zostaje zneutralizowany i jego penetracja do komórek organizmu jest utrudniona.

W procesie interakcji z antygenem nie bierze udziału cała cząsteczka immunoglobuliny, ale tylko jej ograniczona część - centrum wiązania antygenu, czyli paratop, który jest zlokalizowany we fragmencie Fab cząsteczki Ig. W tym przypadku przeciwciało nie oddziałuje od razu z całą cząsteczką antygenu, a jedynie z jej determinantą antygenową (epitopem).

Centrum aktywne przeciwciał jest strukturą przestrzennie komplementarną (specyficzną) w stosunku do grupy determinacyjnej antygenu. Centrum aktywne przeciwciał ma autonomię funkcjonalną, tj. zdolne do wiązania determinant antygenowych w postaci izolowanej.

Po stronie antygenu epitopy oddziałujące ze specyficznymi przeciwciałami odpowiadają za interakcję z aktywnymi centrami cząsteczek rozpoznających antygen. Epitop wchodzi bezpośrednio w wiązania jonowe, wodorowe, van der Waalsa i hydrofobowe z centrum aktywnym przeciwciała.

Specyficzne oddziaływanie przeciwciał z cząsteczką antygenu wiąże się ze stosunkowo niewielką powierzchnią jej powierzchni, odpowiadającą wielkością miejscu wiązania antygenu przez receptory i przeciwciała.

Wiązanie antygenu z przeciwciałem następuje poprzez słabe interakcje w obrębie centrum wiążącego antygen. Wszystkie te interakcje pojawiają się tylko wtedy, gdy cząsteczki są w bliskim kontakcie. Tak małą odległość między cząsteczkami można osiągnąć jedynie dzięki komplementarności epitopu i centrum aktywnego przeciwciała.

Czasami to samo miejsce wiązania antygenu w cząsteczce przeciwciała może wiązać się z kilkoma różnymi determinantami antygenowymi (zwykle te determinanty antygenowe są bardzo podobne). Takie przeciwciała nazywane są reaktywne krzyżowo, zdolne do polispecyficznego wiązania.

Na przykład, jeśli antygen A ma wspólne epitopy z antygenem B, wówczas niektóre przeciwciała specyficzne dla A będą również reagować z B. Zjawisko to nazywa się reaktywność krzyżowa.

Przeciwciała kompletne i niekompletne. Wartościowość

Wartościowość- jest to liczba centrów aktywnych przeciwciała, które są zdolne do łączenia się z determinantami antygenowymi. Przeciwciała mają różną liczbę centrów aktywnych w cząsteczce, co decyduje o ich wartościowości. Pod tym względem istnieje rozróżnienie pełny I niekompletny przeciwciała.

Pełne przeciwciała mają co najmniej dwa centra aktywne. Pełne (dwuwartościowe i pięciowartościowe) przeciwciała, oddziałując in vitro z antygenem, w odpowiedzi na który są wytwarzane, dają wizualnie widoczne reakcje (aglutynacja, liza, wytrącanie, wiązanie dopełniacza itp.).

Przeciwciała niekompletne lub monowalentne różnią się od przeciwciał zwykłych (kompletnych) tym, że mają tylko jedno centrum aktywne, w przypadku takich przeciwciał drugie centrum nie działa. Nie oznacza to, że drugie centrum aktywne cząsteczki jest nieobecne. Drugie centrum aktywne takich immunoglobulin jest osłonięte różnymi strukturami lub ma niską awidność. Przeciwciała takie mogą oddziaływać z antygenem, blokować go, wiążąc epitopy antygenu i uniemożliwiając kontakt z nim pełnych przeciwciał, ale nie powodują agregacji antygenu. Dlatego są również nazywane bloking.

Reakcji częściowych przeciwciał z antygenem nie towarzyszą zjawiska makroskopowe. Niekompletne przeciwciała, gdy specyficznie oddziałują z antygenem homologicznym, nie dają widocznego przejawu reakcji serologicznej, ponieważ nie może łączyć cząstek w duże konglomeraty, a jedynie je blokować.

Przeciwciała niekompletne powstają niezależnie od przeciwciał pełnych i pełnią te same funkcje. Są one również reprezentowane przez różne klasy immunoglobulin.

Idiotypy i idiotopi

Przeciwciała są złożonymi cząsteczkami białek, które same w sobie mogą mieć właściwości antygenowe i powodować powstawanie przeciwciał. W ich składzie wyróżnia się kilka rodzajów determinant antygenowych (epitypów): izotypy, allotypy i idiotypy.

Różne przeciwciała różnią się od siebie regionami zmiennymi. Nazywa się determinanty antygenowe regionów zmiennych (regionów V) przeciwciał idiotopi. Idiotopy można konstruować z charakterystycznych odcinków regionów V tylko łańcuchów H lub łańcuchów L. W większości przypadków oba łańcuchy biorą udział w tworzeniu idiotopu jednocześnie.

Idiotopy mogą być związane z miejscem wiązania antygenu (idiotopy związane z miejscem) lub niezwiązane z nim (idiotopy niezwiązane).

Idiotopy związane z miejscem zależą od struktury regionu wiążącego antygen przeciwciała (należącego do fragmentu Fab). Jeśli to miejsce jest zajęte przez antygen, wówczas przeciwciało antyidiotopowe nie może już reagować z przeciwciałem posiadającym ten idiotop. Wydaje się, że inne idiotopy nie mają tak bliskiego związku z miejscami wiązania antygenu.

Zbiór idiotopów na cząsteczce dowolnego przeciwciała jest oznaczony jako idiota. Zatem idiotyp składa się z zestawu idiotopów – determinant antygenowych regionu V przeciwciała.

Nazywa się grupowe warianty konstytucyjne struktury antygenowej łańcuchów ciężkich allotypy. Allotypy to determinanty kodowane przez allele danego genu immunoglobuliny.

Izotypy to determinanty odróżniające klasy i podklasy łańcuchów ciężkich oraz warianty κ (kappa) i λ (lambda) łańcuchów lekkich.

Powinowactwo i awidność przeciwciał

Siłę wiązania przeciwciał można scharakteryzować za pomocą cech immunochemicznych: zachłanności i powinowactwa.

Pod podobieństwo zrozumieć siłę wiązania pomiędzy miejscem aktywnym cząsteczki przeciwciała i odpowiednią determinantą antygenu. Siła wiązania chemicznego jednego epitopu antygenowego z jednym z aktywnych centrów cząsteczki Ig nazywana jest powinowactwem wiązania przeciwciała z antygenem. Powinowactwo jest zwykle określane ilościowo poprzez stałą dysocjacji (w mol-1) jednego epitopu antygenowego z jednym miejscem aktywnym.

Powinowactwo to dokładność zbieżności konfiguracji przestrzennej centrum aktywnego (paratopu) przeciwciała i determinanty antygenowej (epitopu). Im więcej połączeń zostanie utworzonych pomiędzy epitopem i paratopem, tym większa będzie stabilność i żywotność powstałego kompleksu immunologicznego. Kompleks immunologiczny utworzony przez przeciwciała o niskim powinowactwie jest wyjątkowo niestabilny i ma krótką żywotność.

Nazywa się powinowactwo przeciwciał do antygenu chciwość przeciwciała. Awidność połączenia między przeciwciałem a antygenem to całkowita siła i intensywność połączenia pomiędzy całą cząsteczką przeciwciała a wszystkimi epitopami antygenowymi, które udało się związać.

Awidność przeciwciał charakteryzuje się szybkością tworzenia kompleksu antygen-przeciwciało, kompletnością interakcji i siłą powstałego kompleksu. Awidność, a także specyficzność przeciwciał opiera się na pierwszorzędowej strukturze determinanty (centrum aktywnego) przeciwciała i związanym z tym stopniem dostosowania konfiguracji powierzchni polipeptydów przeciwciała do determinanty (epitopu) antygenu.

Awidność określa się zarówno na podstawie powinowactwa interakcji między epitopami i paratopami, jak i wartościowości przeciwciał i antygenu. Awidność zależy od liczby centrów wiążących antygen w cząsteczce przeciwciała i ich zdolności do wiązania się z wieloma epitopami danego antygenu.

Typowa cząsteczka IgG, gdy zaangażowane są oba miejsca wiązania antygenu, będzie wiązać się z antygenem wielowartościowym co najmniej 10 000 razy silniej niż wtedy, gdy zaangażowane jest tylko jedno miejsce.

Największą awidność wykazują przeciwciała klasy M, gdyż posiadają 10 centrów wiążących antygen. Jeżeli powinowactwa poszczególnych miejsc wiązania antygenu IgG i IgM są takie same, cząsteczka IgM (posiadająca 10 takich miejsc) będzie wykazywała nieporównywalnie większą awidność wobec antygenu wielowartościowego niż cząsteczka IgG (posiadająca 2 miejsca). Ze względu na wysoką ogólną awidność, przeciwciała IgM, główna klasa immunoglobulin wytwarzanych na wczesnym etapie odpowiedzi immunologicznej, mogą skutecznie działać nawet przy niskim powinowactwie poszczególnych miejsc wiązania.

Różnica w awidności jest istotna, ponieważ przeciwciała wytworzone na początku odpowiedzi immunologicznej zwykle mają znacznie mniejsze powinowactwo do antygenu niż te wytworzone później. Wzrost średniego powinowactwa przeciwciał wytwarzanych w czasie po immunizacji nazywany jest dojrzewaniem powinowactwa.

Specyfika interakcji pomiędzy antygenami i przeciwciałami

W immunologii specyficzność odnosi się do selektywności oddziaływania induktorów i produktów procesów odpornościowych, w szczególności antygenów i przeciwciał.

Specyfiką interakcji przeciwciał jest zdolność immunoglobuliny do reagowania jedynie z określonym antygenem, czyli zdolność wiązania się ze ściśle określoną determinantą antygenową. Zjawisko specyficzności polega na obecności w cząsteczce przeciwciała centrów aktywnych, które wchodzą w kontakt z odpowiednimi determinantami antygenu. Selektywność oddziaływania wynika z komplementarności struktury centrum aktywnego przeciwciała (paratopu) i struktury determinanty antygenowej (epitopu).

Swoistość antygenowa to zdolność antygenu do indukowania odpowiedzi immunologicznej na ściśle określony epitop. Swoistość antygenu jest w dużej mierze zdeterminowana właściwościami jego składowych epitopów.

Jedną z najważniejszych funkcji immunoglobulin jest wiązanie antygenów i tworzenie kompleksów immunologicznych. Białka przeciwciał reagują specyficznie z antygenami, tworząc kompleksy immunologiczne – kompleksy przeciwciał związanych z antygenami. To połączenie jest niestabilne: powstały kompleks immunologiczny (IC) może łatwo rozpaść się na składniki składowe.

Do każdej cząsteczki antygenu można dołączyć kilka cząsteczek przeciwciał, ponieważ na antygenie znajduje się kilka determinantów antygenowych i przeciwko każdej z nich mogą powstać przeciwciała. W rezultacie powstają złożone kompleksy molekularne.

Tworzenie kompleksów immunologicznych jest integralną częścią normalnej odpowiedzi immunologicznej. Tworzenie i aktywność biologiczna kompleksów immunologicznych zależy przede wszystkim od charakteru przeciwciał i antygenu wchodzących w ich skład, a także od ich proporcji. Charakterystyka kompleksów immunologicznych zależy od właściwości przeciwciał (wartościowość, powinowactwo, szybkość syntezy, zdolność do wiązania dopełniacza) i antygenu (rozpuszczalność, wielkość, ładunek, wartościowość, rozmieszczenie przestrzenne i gęstość epitopów).

Oddziaływanie antygenów i przeciwciał. Reakcja antygen-przeciwciało

Reakcja antygen-przeciwciało polega na tworzeniu kompleksu pomiędzy antygenem i skierowanymi przeciwko niemu przeciwciałami. Badanie takich reakcji ma ogromne znaczenie dla zrozumienia mechanizmu specyficznego oddziaływania makrocząsteczek biologicznych i wyjaśnienia mechanizmu reakcji serologicznych.

Skuteczność oddziaływania przeciwciała z antygenem w istotny sposób zależy od warunków, w jakich zachodzi reakcja, przede wszystkim od pH podłoża, gęstości osmotycznej, składu soli i temperatury podłoża. Optymalne dla reakcji antygen-przeciwciało są warunki fizjologiczne środowiska wewnętrznego makroorganizmu: reakcja środowiska zbliżona do obojętnej, obecność jonów fosforanowych, węglanowych, chlorkowych i octanowych, osmolarność roztworu fizjologicznego (stężenie roztworu 0,15 M), a także temperatura 36-37°C.

Oddziaływaniu cząsteczki antygenu z przeciwciałem lub jego aktywnym fragmentem Fab towarzyszą zmiany w strukturze przestrzennej cząsteczki antygenu.

Ponieważ podczas łączenia antygenu z przeciwciałem nie powstają żadne wiązania chemiczne, o sile tego połączenia decyduje dokładność przestrzenna (specyficzność) oddziałujących odcinków dwóch cząsteczek - centrum aktywnego immunoglobuliny i determinanty antygenowej. Miarą siły wiązania jest określana przez powinowactwo przeciwciała (wielkość połączenia jednego centrum wiążącego antygen z pojedynczym epitopem antygenu) i jego awidność (całkowita siła oddziaływania przeciwciała z antygenem w przypadku interakcji przeciwciała wieloważnego z antygenem wieloważnym).

Wszystkie reakcje antygen-przeciwciało są odwracalne; kompleks antygen-przeciwciało może dysocjować, uwalniając przeciwciała. W tym przypadku odwrotna reakcja antygen-przeciwciało przebiega znacznie wolniej niż bezpośrednia.

Istnieją dwa główne sposoby częściowego lub całkowitego rozdzielenia już utworzonego kompleksu antygen-przeciwciało. Pierwsza to wyparcie przeciwciał przez nadmiar antygenu, druga to wpływ na kompleks immunologiczny czynników zewnętrznych, prowadzący do zerwania wiązań (zmniejszenia powinowactwa) pomiędzy antygenem a przeciwciałem. Częściową dysocjację kompleksu antygen-przeciwciało można zazwyczaj osiągnąć poprzez podwyższenie temperatury.

Przy stosowaniu metod serologicznych najbardziej uniwersalną metodą dysocjacji kompleksów immunologicznych utworzonych przez szeroką gamę przeciwciał jest traktowanie ich rozcieńczonymi kwasami i zasadami, a także stężonymi roztworami amidów (mocznik, chlorowodorek guanidyny).

Heterogenność przeciwciał

Przeciwciała powstające podczas odpowiedzi immunologicznej organizmu są niejednorodne i różnią się między sobą, tj. Oni heterogeniczny. Przeciwciała są heterogeniczne pod względem właściwości fizykochemicznych, biologicznych, a przede wszystkim pod względem specyficzności. Główną podstawą heterogeniczności (różnorodności swoistości) przeciwciał jest różnorodność ich ośrodków aktywnych. To ostatnie jest związane ze zmiennością składu aminokwasów w regionach V cząsteczki przeciwciała.

Przeciwciała są również heterogeniczne pod względem przynależności do różnych klas i podklas.

Niejednorodność przeciwciał wynika również z faktu, że immunoglobuliny zawierają 3 rodzaje determinantów antygenowych: izotypowe, charakteryzujące przynależność immunoglobuliny do określonej klasy; alotypowe, odpowiadające allelowym wariantom immunoglobuliny; idiotypowe, odzwierciedlające indywidualne cechy immunoglobuliny. System idiotyp-antyidiotyp stanowi podstawę tak zwanej teorii sieci Jerne'a.

Izotypy, allotypy, idiotypy przeciwciał

Immunoglobuliny zawierają trzy rodzaje determinant antygenowych: izotypowe (takie same dla każdego przedstawiciela danego gatunku), alotypowe (determinanty, które są różne u przedstawicieli danego gatunku) i idiotypowe (determinanty, które decydują o indywidualności danej immunoglobuliny i są różne dla przeciwciała tej samej klasy lub podklasy).

U każdego gatunku biologicznego łańcuchy ciężkie i lekkie immunoglobulin mają pewne właściwości antygenowe, zgodnie z którymi łańcuchy ciężkie dzieli się na 5 klas (γ, μ, α, δ, ε), a łańcuchy lekkie na 2 typy (κ i λ). Te determinanty antygenowe nazywane są izotypowymi (izotypami); dla każdego łańcucha są one takie same u każdego przedstawiciela danego gatunku biologicznego.

Jednocześnie istnieją wewnątrzgatunkowe różnice w nazwanych łańcuchach immunoglobulin - allotypach, określonych na podstawie cech genetycznych organizmu wytwarzającego: ich cechy są zdeterminowane genetycznie. Na przykład opisano ponad 20 alotypów łańcuchów ciężkich.

Nawet jeśli przeciwciała przeciwko konkretnemu antygenowi należą do tej samej klasy, podklasy lub nawet alotypu, charakteryzują się one specyficznymi różnicami między sobą. Różnice te nazywane są idiotypami. Charakteryzują one „indywidualność” danej immunoglobuliny w zależności od specyficzności antygenu indukującego. Zależy to od cech strukturalnych domen V łańcuchów H i L oraz wielu różnych wariantów ich sekwencji aminokwasowych. Wszystkie te różnice antygenowe określa się przy użyciu specyficznych surowic.

Klasyfikacja przeciwciał ze względu na reakcje, w których mogą uczestniczyć

Początkowo przeciwciała tradycyjnie klasyfikowano według ich właściwości funkcjonalnych na neutralizujące, lizujące i koagulujące. Do środków neutralizujących zaliczały się antytoksyny, antyenzymy i lizyny neutralizujące wirusy. Środki koagulujące obejmują aglutyniny i precypityny; do lizy - przeciwciała hemolityczne i wiążące dopełniacz. Biorąc pod uwagę zdolność funkcjonalną przeciwciał, nadano nazwy reakcjom serologicznym: aglutynacja, hemoliza, liza, wytrącanie itp.

Badania przeciwciał. Prezentacja fagów.

Do niedawna badanie przeciwciał było trudne ze względów technicznych. Immunoglobuliny w organizmie są złożoną mieszaniną białek. Frakcja immunoglobulinowa surowicy krwi jest mieszaniną ogromnej liczby różnych przeciwciał. Co więcej, względna zawartość każdego z nich jest z reguły bardzo mała. Do niedawna uzyskanie czystych przeciwciał z frakcji immunoglobulin było trudne. Trudność w izolowaniu poszczególnych immunoglobulin od dawna stanowi przeszkodę zarówno w ich badaniach biochemicznych, jak i ustaleniu ich pierwotnej struktury.

W ostatnich latach pojawiła się nowa dziedzina immunologii – inżynieria przeciwciał, która zajmuje się produkcją nienaturalnych immunoglobulin o pożądanych właściwościach. W tym celu zwykle stosuje się dwa główne kierunki: biosyntezę przeciwciał pełnej długości i wytwarzanie minimalnych fragmentów cząsteczki przeciwciała, które są niezbędne do skutecznego i specyficznego wiązania z antygenem.

Nowoczesne technologie wytwarzania przeciwciał in vitro kopiują strategie selekcyjne układu odpornościowego. Jedną z takich technologii jest prezentacja fagowa, która umożliwia uzyskanie fragmentów ludzkich przeciwciał o różnej swoistości. Geny z tych fragmentów można zastosować do skonstruowania przeciwciał pełnej długości.

Ponadto bardzo często leki terapeutyczne tworzone na bazie przeciwciał nie wymagają angażowania swoich funkcji efektorowych poprzez domenę Fc np. w inaktywację cytokin, blokowanie receptorów czy neutralizację wirusów. Dlatego jednym z trendów w projektowaniu rekombinowanych przeciwciał jest zmniejszenie ich rozmiaru do minimalnego fragmentu, który zachowuje zarówno aktywność wiązania, jak i specyficzność.

Takie fragmenty w niektórych przypadkach mogą być bardziej korzystne ze względu na ich zdolność do lepszego przenikania do tkanki i szybszej eliminacji z organizmu niż cząsteczki przeciwciał pełnej długości. Jednocześnie pożądany fragment można wytworzyć w E. coli lub drożdżach, co znacznie obniża jego koszt w porównaniu z przeciwciałami otrzymywanymi z hodowli komórek ssaczych. Ponadto ta metoda rozwoju pozwala uniknąć zagrożenia biologicznego związanego ze stosowaniem przeciwciał izolowanych z krwi dawcy.

Immunoglobuliny szpiczaka

Białko Bence'a Jonesa. Przykład cząsteczki takiej immunoglobuliny, która jest dimerem łańcuchów lekkich kappa

Termin immunoglobuliny odnosi się nie tylko do normalnych klas przeciwciał, ale także do dużej liczby nieprawidłowych białek, powszechnie nazywanych białkami szpiczaka. Białka te są syntetyzowane w dużych ilościach w szpiczaku mnogim, chorobie nowotworowej, w której zdegenerowane specyficzne komórki układu tworzącego przeciwciała wytwarzają duże ilości niektórych białek, na przykład białek Bence-Jonesa, globulin szpiczaka, fragmentów immunoglobulin różnych klas.

Białka Bence'a Jonesa są albo pojedynczymi łańcuchami κ lub λ, albo dimerami dwóch identycznych łańcuchów połączonych pojedynczym wiązaniem dwusiarczkowym; są wydalane z moczem.

Globuliny szpiczaka występują w wysokich stężeniach w osoczu pacjentów ze szpiczakiem mnogim; ich łańcuchy H i L mają unikalną sekwencję. Kiedyś zakładano, że globuliny szpiczaka są immunoglobulinami patologicznymi, charakterystycznymi dla nowotworu, w którym powstają, obecnie uważa się, że każda z nich jest jedną z odrębnych immunoglobulin, losowo „wybranych” spośród wielu tysięcy normalnych przeciwciał, które powstają w ludzkim ciele.

Określono pełną sekwencję aminokwasową kilku poszczególnych immunoglobulin, w tym globulin szpiczaka, białek Bence'a Jonesa oraz łańcuchów lekkich i ciężkich tej samej immunoglobuliny szpiczaka. W przeciwieństwie do przeciwciał zdrowego człowieka, wszystkie cząsteczki białek każdej wymienionej grupy mają tę samą sekwencję aminokwasów i są jednymi z wielu tysięcy możliwych przeciwciał występujących u danej osoby.

Hybrydomy i przeciwciała monoklonalne

Pozyskanie przeciwciał na potrzeby człowieka rozpoczyna się od uodpornienia zwierząt. Po kilku wstrzyknięciach antygenu (w obecności stymulantów odpowiedzi immunologicznej) w surowicy krwi zwierząt gromadzą się specyficzne przeciwciała. Takie surowice nazywane są surowicami odpornościowymi. Izoluje się z nich przeciwciała za pomocą specjalnych metod.

Jednakże układ odpornościowy zwierzęcia wytwarza specjalne przeciwciała przeciwko ogromnej różnorodności antygenów. Zdolność ta opiera się na obecności różnorodnych klonów limfocytów, z których każdy wytwarza przeciwciała tego samego typu o wąskiej specyficzności. Na przykład całkowita liczba klonów u myszy osiąga 10^7 –10^10 stopni.

Surowice odpornościowe zawierają zatem wiele cząsteczek przeciwciał o różnej swoistości, tj. posiadających powinowactwo do wielu determinant antygenowych. Przeciwciała uzyskane z surowic odpornościowych są skierowane zarówno przeciwko antygenowi, który był immunizowany, jak i przeciwko innym antygenom, z którymi zetknął się zwierzę-dawca.

We współczesnej analizie immunochemicznej i zastosowaniach klinicznych bardzo ważna jest specyficzność i standaryzacja stosowanych przeciwciał. Konieczne jest uzyskanie absolutnie identycznych przeciwciał, czego nie da się osiągnąć stosując surowice odpornościowe.

W 1975 roku J. Köhler i S. Milstein rozwiązali ten problem, proponując metodę wytwarzania jednorodnych przeciwciał. Opracowali tak zwaną „technologię hybrydom” – technikę wytwarzania hybryd komórkowych (hybrydom). Metodą tą uzyskuje się komórki hybrydowe, które mogą się namnażać w nieskończoność i syntetyzować przeciwciała o wąskiej swoistości – przeciwciała monoklonalne.

Aby uzyskać przeciwciała monoklonalne, plazmocytowe komórki nowotworowe (plazmocytoma lub szpiczak mnogi) poddaje się fuzji z komórkami śledziony immunizowanego zwierzęcia, najczęściej myszy. Technologia Köhlera i Milsteina obejmuje kilka etapów.

Myszom wstrzykuje się specyficzny antygen, co powoduje wytwarzanie przeciwciał przeciwko temu antygenowi. Śledziony myszy usuwa się i homogenizuje w celu uzyskania zawiesiny komórek. Zawiesina ta zawiera limfocyty B, które wytwarzają przeciwciała przeciwko podanemu antygenowi.

Następnie komórki śledziony miesza się z komórkami szpiczaka. Są to komórki nowotworowe, które są zdolne do ciągłego wzrostu w hodowli; brakuje im także rezerwowej ścieżki syntezy nukleotydów. Niektóre komórki śledziony i komórki szpiczaka wytwarzające przeciwciała łączą się, tworząc komórki hybrydowe. Te komórki hybrydowe są teraz zdolne do ciągłego wzrostu w hodowli i wytwarzania przeciwciał.

Mieszaninę komórek umieszcza się w pożywce selektywnej, która umożliwia wzrost wyłącznie komórkom hybrydowym. Niezfuzowane komórki szpiczaka i limfocyty B umierają.

Komórki hybrydowe proliferują, tworząc klon hybrydomy. Hybrydomy bada się pod kątem wytwarzania pożądanych przeciwciał. Wybrane hybrydomy są następnie hodowane w celu wytworzenia dużych ilości przeciwciał monoklonalnych, wolnych od obcych przeciwciał i tak jednorodnych, że można je traktować jako czyste odczynniki chemiczne.

Należy zauważyć, że przeciwciała wytwarzane przez jedną hodowlę hybrydomy wiążą się tylko z jedną determinantą antygenową (epitopem). W związku z tym możliwe jest uzyskanie tylu przeciwciał monoklonalnych przeciwko antygenowi z kilkoma epitopami, ile ma on determinantów antygenowych. Możliwa jest także selekcja klonów wytwarzających przeciwciała o tylko jednej pożądanej specyficzności.

Rozwój technologii wytwarzania hybrydom miał rewolucyjne znaczenie w immunologii, biologii molekularnej i medycynie. Pozwoliło to na stworzenie zupełnie nowych kierunków naukowych. Dzięki hybrydomom otworzyły się nowe możliwości badania i leczenia nowotworów złośliwych i wielu innych chorób.

Obecnie hybrydomy stały się głównym źródłem przeciwciał monoklonalnych wykorzystywanych w badaniach podstawowych oraz w biotechnologii do tworzenia układów testowych. Przeciwciała monoklonalne znajdują szerokie zastosowanie w diagnostyce chorób zakaźnych zwierząt gospodarskich i ludzi.

Dzięki przeciwciałom monoklonalnym rutynowe stały się badania immunoenzymatyczne, reakcje immunofluorescencyjne, metody cytometrii przepływowej, immunochromatografia i testy radioimmunologiczne.

Opracowano wiele technologii poprawiających syntezę przeciwciał. Są to technologie rekombinacji DNA, metody klonowania komórek i inne technologie transgeniczne. W latach 90-tych, stosując metody inżynierii genetycznej, udało się zminimalizować udział procentowy mysich sekwencji aminokwasowych w sztucznie syntetyzowanych przeciwciałach. Dzięki temu oprócz mysich otrzymano przeciwciała chimeryczne, humanizowane i w pełni ludzkie.

DZWONIĆ!

Specyficzność - jest to zdolność antygenu do oddziaływania ze ściśle określonymi przeciwciałami lub receptorami antygenowymi limfocytów.

W tym przypadku interakcja nie zachodzi z całą powierzchnią antygenu, a jedynie z jej niewielkim fragmentem, który nazywany jest „determinantą antygenową” lub „epitopem”. Jedna cząsteczka antygenu może mieć od kilku jednostek do kilkuset epitopów o różnej specyficzności. Liczba epitopów określa wartościowość antygenu. Przykładowo: albumina jaja (M 42 000) posiada 5 epitopów, czyli 5-walenten, białko tyreoglobuliny (M 680 000) – 40-walenten.

W cząsteczkach białka epitop (determinanta antygenowa) jest utworzony przez zestaw reszt aminokwasowych. Wielkość determinanty antygenowej białek może obejmować od 5 - 7 do 20 reszt aminokwasowych. Epitopy rozpoznawane przez receptory antygenowe limfocytów B i T mają swoją własną charakterystykę.

Epitopy komórek B typu konformacyjnego (utworzone przez reszty aminokwasowe z różnych części cząsteczki białka, ale bliskie konfiguracji przestrzennej globulki białka) znajdują się na zewnętrznej powierzchni antygenu, tworząc pętle i wypukłości. Zazwyczaj liczba aminokwasów lub cukrów w epitopie wynosi od 6 do 8. Receptory rozpoznające antygen limfocytów B rozpoznają natywną konformację epitopu, a nie liniową sekwencję reszt aminokwasowych.

Epitopy komórek T są liniową sekwencją reszt aminokwasowych, które tworzą część antygenu i obejmują większą liczbę reszt aminokwasowych w porównaniu z epitopami komórek B. Ich rozpoznanie nie wymaga zapisywania konfiguracji przestrzennej.

Immunogenność - zdolność antygenu do indukowania obrony immunologicznej makroorganizmu. Stopień immunogenności zależy od następujących czynników:

• Obcość . Aby substancja mogła działać jako immunogen, musi zostać uznana za „nie swoją”. Im bardziej obcy jest antygen, to znaczy mniej podobny do własnych struktur organizmu, tym silniejszą wywołuje odpowiedź immunologiczną. Na przykład syntezę przeciwciał przeciwko albuminie surowicy bydlęcej łatwiej jest wywołać u królika niż u kozy. Króliki należą do rzędu zajęczaków i są dalej w rozwoju filogenetycznym od kóz i byków, które należą do parzystokopytnych.
• Natura antygenu . Najsilniejszymi immunogenami są białka. Czyste polisacharydy, kwasy nukleinowe i lipidy mają słabe właściwości immunogenne. Jednocześnie lipopolisacharydy, glikoproteiny i lipoproteiny są w stanie dostatecznie aktywować układ odpornościowy.
• Masa cząsteczkowa . Przy niezmienionych pozostałych czynnikach, większa masa cząsteczkowa antygenu zapewnia większą immunogenność. Antygeny uważa się za dobre immunogeny, jeśli ich masa cząsteczkowa przekracza 10 kDa. Im wyższa masa cząsteczkowa, tym więcej miejsc wiązania (epitopów), co prowadzi do wzrostu intensywności odpowiedzi immunologicznej.

• Rozpuszczalność. Antygeny korpuskularne związane z komórkami (erytrocyty, bakterie) są zwykle bardziej immunogenne. Rozpuszczalne antygeny (albumina surowicy) mogą być również wysoce immunogenne, ale są szybciej usuwane. Aby wydłużyć czas ich przebywania w organizmie, niezbędny do wytworzenia skutecznej odpowiedzi immunologicznej, stosuje się adiuwanty (substancje deponujące). Adiuwanty to substancje stosowane w celu wzmocnienia odpowiedzi immunologicznej, na przykład ciekła parafina, lanolina, wodorotlenek i fosforan glinu, ałun potasowy, chlorek wapnia itp.
• Struktura chemiczna antygenu . Zwiększenie liczby aminokwasów aromatycznych w syntetycznych polipeptydach zwiększa ich immunogenność. Przy tej samej masie cząsteczkowej (około 70 000) albumina jest silniejszym antygenem niż hemoglobina. Jednocześnie białko kolagenowe, którego masa cząsteczkowa jest 5 razy większa od masy cząsteczkowej albuminy i wynosi 330 000, charakteryzuje się znacznie mniejszą immunogennością w porównaniu do albuminy, co niewątpliwie wynika z cech strukturalnych tych białek.

SYSTEM NADZORU IMMUNOBIOLOGICZNEGO

Biologiczne znaczenie systemu nadzoru immunobiologicznego IBN polega na kontroli (nadzorowaniu) indywidualnego i jednorodnego składu komórkowego i molekularnego organizmu.

Wykryciu nośnika obcej informacji genetycznej lub antygenowej (cząsteczek, wirusów, komórek lub ich fragmentów) towarzyszy jej inaktywacja, zniszczenie i z reguły eliminacja. Jednocześnie komórki układu odpornościowego są w stanie zachować „pamięć” tego czynnika.

Powtarzający się kontakt takiego środka z komórkami układu IBN powoduje wytworzenie skutecznej odpowiedzi, która kształtuje się przy udziale zarówno swoistych mechanizmów obronnych układu odpornościowego, jak i nieswoistych czynników odporności organizmu (ryc. 1).

Ryż. 1. Struktura systemu nadzoru immunobiologicznego organizmu. NK - naturalni zabójcy (naturalni zabójcy). Komórki A to komórki prezentujące antygen.

Główne idee systemu dotyczące mechanizmów nadzoru nad indywidualnym i jednorodnym składem antygenowym organizmu obejmują pojęcia Ag, odporności, układu odpornościowego i układu nieswoistych czynników obronnych organizmu.

Antygeny

Początkowym ogniwem w procesie kształtowania się odpowiedzi immunologicznej jest rozpoznanie obcego czynnika – antygenu (Ag). Pochodzenie tego terminu wiąże się z okresem poszukiwań czynników, substancji lub „ciał” neutralizujących czynniki wywołujące chorobę, a konkretnie chodziło o toksynę prątka błonicy. Substancje te najpierw nazwano „antytoksynami”, a wkrótce wprowadzono bardziej ogólny termin „przeciwciało”. Czynnik prowadzący do powstania „przeciwciała” oznaczono jako „antygen”.

Antygen- substancja pochodzenia egzo- lub endogennego, która powoduje rozwój reakcji immunologicznych (humoralnych i komórkowych odpowiedzi immunologicznych, reakcji nadwrażliwości typu opóźnionego i powstawania pamięci immunologicznej).

Biorąc pod uwagę zdolność Ag do wywoływania tolerancji, odpowiedzi immunologicznej lub alergicznej, nazywane są one również odpowiednio tolerogenami, immunogenami lub alergenami.

Różne skutki interakcji Ag z organizmem (odporność, alergia, tolerancja) zależą od wielu czynników: od właściwości samego Ag, warunków jego interakcji z układem odpornościowym, stanu reaktywności organizmu i inne (ryc. 2).

Ryż. 2. Potencjalne skutki antygenu w organizmie.

Determinanta antygenowa

Powstawanie Ab i uczulanie limfocytów nie jest spowodowane całą cząsteczką Ag, lecz jedynie jej specjalną częścią – determinantą antygenową, czyli epitopem. W większości białek Ags taką determinantę tworzy sekwencja 4–8 reszt aminokwasowych, a w polisacharydowych Ags - 3–6 reszt heksozy. Liczba wyznaczników dla jednego Ag może być różna. Zatem albumina jaja ma ich co najmniej 5, toksyna błonicza co najmniej 80, a tyreoglobulina ponad 40.

Rodzaje antygenów

Zgodnie ze strukturą i pochodzeniem Ag dzieli się na kilka typów.

W zależności od budowy wyróżnia się Ags białkowe i niebiałkowe.

1). Białka lub substancje złożone (glikoproteiny, nukleoproteiny, lipidy). Ich cząsteczki mogą mieć kilka różnych determinant antygenowych;

2). Substancje niezawierające białka nazywane są haptenami. Należą do nich wiele mono-, oligo- i polisacharydów, lipidy, glikolipidy, sztuczne polimery, substancje nieorganiczne (związki jodu, bromu, bizmutu) i niektóre leki. Same hapteny nie są immunogenne. Jednak po przyłączeniu (zwykle kowalencyjnie) do nośnika – cząsteczki białka lub ligandów białkowych błon komórkowych – nabywają zdolność wywoływania odpowiedzi immunologicznej. Cząsteczka haptenu zwykle zawiera tylko jedną determinantę antygenową.

W zależności od pochodzenia wyróżnia się Ag egzogenny i endogenny.

1. Egzogenny Ag dzielimy na zakaźne i niezakaźne.

b) Niezakaźne (białka obce; związki zawierające białko; Ag i hapten w kurzu, produktach spożywczych, pyłkach roślin, szereg leków).

2. Endogenny Ag(autoantygeny) pojawiają się, gdy białka i cząsteczki zawierające białka własnych komórek, struktur niekomórkowych i płynów ustrojowych ulegają uszkodzeniu, gdy hapteny ulegają z nimi koniugacji, w wyniku mutacji prowadzących do syntezy nieprawidłowych białek oraz gdy układ odpornościowy awarie systemu. Innymi słowy, we wszystkich przypadkach, gdy Ag zostanie uznane za obce.

Odporność

W immunologii termin „odporność” jest używany w trzech znaczeniach.

2. Wskazanie reakcji układu IBN na Ag.

3. Wyznaczyć fizjologiczną postać reaktywności immunogennej organizmu, obserwowaną podczas kontaktu komórek układu odpornościowego z obcą strukturą genetycznie lub antygenowo. W rezultacie struktura ta ulega zniszczeniu i z reguły jest eliminowana z organizmu.

Układ odpornościowy

Układ odpornościowy- zespół narządów i tkanek zawierających komórki immunokompetentne i zapewniający antygenową indywidualność i jednorodność organizmu poprzez wykrywanie i z reguły niszczenie i eliminowanie z niego obcego Ag. Układ odpornościowy składa się z narządów centralnych i obwodowych.

Do organów centralnych (pierwotnych). obejmują szpik kostny i grasicę. Ulegają niezależnemu od antygenu podziałowi i dojrzewaniu limfocytów, które następnie migrują do obwodowych narządów układu odpornościowego.

Do narządów obwodowych (wtórnych). obejmują śledzionę, węzły chłonne, migdałki i elementy limfatyczne wielu błon śluzowych. W narządach tych zachodzi zarówno niezależna od antygenu, jak i zależna od antygenu proliferacja i różnicowanie limfocytów. Z reguły dojrzałe limfocyty najpierw mają kontakt z Ag w obwodowych narządach limfatycznych.

† Kolonizacja obwodowych narządów układu odpornościowego przez limfocyty T i B pochodzące z centralnych narządów układu odpornościowego nie przebiega chaotycznie. Każda populacja limfocytów migruje z naczyń krwionośnych do określonych narządów limfatycznych, a nawet do różnych ich obszarów. Zatem limfocyty B dominują w śledzionie (w jej czerwonej miazdze, a także na obrzeżach bieli) i plamach Peyera w jelitach (w środkach pęcherzyków), a limfocyty T dominują w węzłach chłonnych ( w głębokich warstwach ich kory i w przestrzeni okołomieszkowej).

† W organizmie zdrowego człowieka w procesie limfopoezy powstaje ponad 10 9 odmian jednorodnych klonów limfocytów. Co więcej, każdy klon wyraża tylko jeden typ specyficznego receptora wiążącego antygen. Większość limfocytów w narządach obwodowych układu odpornościowego nie jest z nimi trwale związana. Krążą one stale z krwią i limfą zarówno pomiędzy różnymi narządami limfatycznymi, jak i we wszystkich innych narządach i tkankach organizmu. Takie limfocyty nazywane są limfocytami recyrkulującymi.

† Biologiczne znaczenie recyklingu limfocytów T i B:

‡ Po pierwsze, wdrożenie stałego nadzoru struktur antygenowych organizmu.

‡ Po drugie, realizacja interakcji międzykomórkowych (współpracy) limfocytów i fagocytów jednojądrzastych, co jest niezbędne do rozwoju i regulacji reakcji immunologicznych.

CZYNNIKI HUMORALNE ODPORNOŚCI ADAPTACYJNEJ

Odporność humoralna– jedna z form odporności nabytej. Odgrywa ważną rolę w obronie przeciwinfekcyjnej organizmu i jest determinowany swoistością przeciwciała opracowany w odpowiedzi na obcy antygen. Uważa się, że patogenne mikroorganizmy, które namnażają się pozakomórkowo w organizmie, z reguły determinują odporność humoralną.

Antygeny. Klasyfikacja antygenów

Antygeny- Są to związki o dużej masie cząsteczkowej. Dostając się do organizmu, powodują reakcję immunologiczną i wchodzą w interakcję z produktami tej reakcji: przeciwciałami i aktywowanymi limfocytami.

Klasyfikacja antygenów.

1. Według pochodzenia:

1) naturalne (białka, węglowodany, kwasy nukleinowe, egzo- i endotoksyny bakteryjne, antygeny tkanek i komórek krwi);

2) sztuczne (dinitrofenylowane białka i węglowodany);

3) syntetyczne (syntetyzowane poliaminokwasy, polipeptydy).

2. Ze względu na charakter chemiczny:

1) białka (hormony, enzymy itp.);

2) węglowodany (dekstran);

3) kwasy nukleinowe (DNA, RNA);

4) antygeny sprzężone (białka dinitrofenylowane);

5) polipeptydy (polimery a-aminokwasów, kopolimery glutaminy i alaniny);

6) lipidy (cholesterol, lecytyna, które mogą działać jak hapten, ale w połączeniu z białkami surowicy krwi nabierają właściwości antygenowych).

3. Według pokrewieństwa genetycznego:

1) autoantygeny (pochodzą z tkanek własnego organizmu);

2) izoantygeny (pochodzą od dawcy identycznego genetycznie);

3) alloantygeny (pochodzące od niespokrewnionego dawcy tego samego gatunku);

4) ksenoantygeny (pochodzące od dawcy innego gatunku).

4. Ze względu na charakter odpowiedzi immunologicznej:

1) antygeny zależne od grasicy (odpowiedź immunologiczna zależy od aktywnego udziału limfocytów T);

2) antygeny niezależne od grasicy (wyzwalają odpowiedź immunologiczną i syntezę przeciwciał przez limfocyty B bez limfocytów T).

Wyróżniono także:

1) Antygeny zewnętrzne; wejść do ciała z zewnątrz. Są to mikroorganizmy, przeszczepione komórki i ciała obce, które mogą przedostać się do organizmu drogą żywieniową, wziewną lub pozajelitową;

2) Antygeny wewnętrzne; powstają z uszkodzonych cząsteczek ciała, które są rozpoznawane jako obce;

3) Ukryte antygeny - niektóre antygeny (na przykład tkanka nerwowa, białka soczewki i plemniki); anatomicznie oddzielone od układu odpornościowego przez bariery histohematyczne podczas embriogenezy; nie występuje tolerancja na te cząsteczki; ich przedostanie się do krwiobiegu może prowadzić do odpowiedzi immunologicznej.

W niektórych chorobach autoimmunologicznych występuje reaktywność immunologiczna przeciwko zmienionym lub utajonym autoantygenom.

Właściwości antygenów

Antygeny dzielą się na:

1. Kompletny (immunogenny), zawsze wykazujące właściwości immunogenne i antygenowe,

2. Niekompletny (hapten), niezdolne do samodzielnego wywołania odpowiedzi immunologicznej.

1. Specyfika– struktury, które specyficznie odróżniają jeden antygen od drugiego. Specyficzne miejsce – determinanta antygenowa (lub epitop) selektywnie reaguje z receptorami, a specyficznie z antygenami. Im więcej epitopów, tym większe prawdopodobieństwo odpowiedzi immunologicznej.

2. Antygenowość– selektywna reakcja ze specyficznymi przeciwciałami lub komórkami antyswoistymi, zdolność do indukowania odpowiedzi immunologicznej w konkretnym organizmie.

3. Obcość– bez niej nie ma antygenowości.

4. Immunogenność– zdolność do tworzenia odporności; zależy: od cech genetycznych, od wielkości, od liczby epitopów.

5. Tolerancja– alternatywa w tworzeniu odporności; brak odpowiedzi immunologicznej; odpowiedź immunologiczna na antygeny nie odpowiada - alergia na poziomie organizmu - tolerancja immunologiczna.

Rodzaje antygenów

1. Antygeny bakterii:

1) specyficzne dla grupy (występujące u różnych gatunków tego samego rodzaju lub rodziny);

2) Specyficzne dla gatunku (występujące u różnych przedstawicieli tego samego gatunku);

3) Specyficzne dla typu (określić warianty serologiczne – serotypy, antygenowary – w obrębie jednego gatunku).

2. Antygeny wirusów:

1) Antygeny superkapsydu - powłoka powierzchniowa;

2) Antygeny białkowe i glikoproteinowe;

3) Kapsyd - otoczka;

4) Antygeny nukleoproteinowe (rdzeń).

3. Heteroantygeny– kompleksy antygenowe wspólne dla przedstawicieli różnych gatunków lub wspólne determinanty antygenowe na kompleksach różniących się innymi właściwościami. Ze względu na heteroantygeny mogą wystąpić reakcje krzyżowe immunologiczne. Drobnoustroje różnych gatunków i ludzie mają wspólne antygeny o podobnej strukturze. Zjawiska te nazywane są mimikrą antygenową.

4. Superantygeny- to szczególna grupa antygenów, które w bardzo małych dawkach powodują poliklonalną aktywację i proliferację dużej liczby limfocytów T. Superantygenami są enterotoksyny bakteryjne, toksyny gronkowcowe, cholery i niektóre wirusy (rotawirusy).

Specyficzna część antygenu lub haptenu, która reaguje z układem odpornościowym, nazywana jest determinantą antygenową lub epitopem. Zwykle stanowi małą część cząsteczki i często składa się tylko z kilku (czterech do ośmiu) aminokwasów lub reszt cukrowych. Jedna cząsteczka antygenowa może zawierać kilka różnych epitopów, każdy o charakterystycznej, sztywno ustalonej konfiguracji, która jest określona przez pierwszorzędową, drugorzędową lub trzeciorzędową strukturę cząsteczki. Te różne determinanty antygenowe są rozpoznawane oddzielnie przez układ odpornościowy, a syntetyzowane przeciwciała reagują tylko z jednym epitopem (to znaczy są specyficzne).

Rodzaje antygenów

A. Antygeny zewnętrzne: antygeny mogą być zewnętrzne, to znaczy wchodzić do organizmu z zewnątrz; obejmują one mikroorganizmy, przeszczepione komórki i ciała obce, które mogą przedostać się do organizmu drogą żywieniową, wziewną lub pozajelitową.

B. Antygeny wewnętrzne: antygeny wewnętrzne powstają z uszkodzonych cząsteczek organizmu (na przykład, gdy łączą się z haptenem, gdy ich własne cząsteczki ulegają częściowej denaturacji lub gdy komórki ulegają transformacji podczas powstawania nowotworu), które są rozpoznawane jako „obce”.

B. Ukryte antygeny: Niektóre antygeny (na przykład tkanka nerwowa, białka soczewki i plemniki) są anatomicznie oddzielone od układu odpornościowego przez bariery histo-hematologiczne już we wczesnych stadiach embriogenezy, dlatego nie powstaje tolerancja na te cząsteczki i ich przedostawanie się do krwiobiegu w okres poporodowy może prowadzić do odpowiedzi immunologicznej. W niektórych chorobach autoimmunologicznych występuje reaktywność immunologiczna przeciwko zmienionym lub utajonym autoantygenom.

Rozpoznawanie antygenu

Aby rozwinęła się odpowiedź immunologiczna, układ odpornościowy musi najpierw rozpoznać antygeny zewnętrzne. Mechanizmy rozpoznawania nie zostały dostatecznie zbadane, zależą one od charakteru (rodzaju) antygenu, drogi jego przenikania do organizmu itp. Optymalna odpowiedź immunologiczna na największą liczbę antygenów występuje dopiero po interakcji antygenu z makrofagami, limfocytami T i B (ryc. 10.1). Makrofag pełni rolę komórki „przetwarzającej” antygen. Uważa się, że dendrytyczne komórki siateczkowe w pęcherzykach limfatycznych i międzypalcowe komórki siatkowate w strefie przykorowej węzłów chłonnych są również wyspecjalizowanymi makrofagami przystosowanymi do „przetwarzania” antygenów, odpowiednio dla limfocytów B i T (patrz poniżej).

„Leczenie” oznacza, że ​​antygen wchłonięty przez makrofag jest ponownie wyprowadzany na jego powierzchnię w kompleksie z cząsteczką MHC (główny kompleks zgodności tkankowej).

Receptory antygenu na limfocytach T rozpoznają na makrofagach kombinację antygen-cząsteczka MHC, co skutkuje aktywacją limfocytów T i uwolnieniem różnych limfokin (Tabela 10.3). Pomocnicy T rozpoznają antygen w kompleksie z cząsteczką MHC klasy II, a supresory T - z cząsteczką MHC klasy I. Typowa forma aktywacji limfocytów B (zależna od limfocytów T) obejmuje ich interakcję zarówno z makrofagami, jak i komórkami T. Limfocyty B rozpoznają bezpośrednio niektóre antygeny wielowartościowe (antygeny niezależne od limfocytów T).

KOMÓRKOWE PODSTAWY ODPOWIEDZI IMMUNOLOGICZNEJ

Układ limfatyczny

Odpowiedź immunologiczna jest realizowana przez układ limfatyczny organizmu, który dzieli się na ośrodkowe i obwodowe narządy immunogenezy.

Centralne narządy immunogenezy

Centralnymi narządami immunogenezy są grasica i szpik kostny, w których w okresie prenatalnym powstają początkowe, półpniaste komórki limfoidalne (w tym okresie powstaje różnorodność i tolerancja). Uważa się, że u człowieka ostateczny rozwój różnorodności i tolerancji zakończy się w ciągu kilku miesięcy po urodzeniu.

Obwodowe narządy immunogenezy

Narządami obwodowymi immunogenezy są węzły chłonne, śledziona, pierścień Pirogowa-Waldeyera (migdałki gardła) i pęcherzyki limfatyczne w ścianach jelit, w których gromadzą się dojrzałe limfocyty reagujące na stymulację antygenową.

Krew obwodowa zawiera również limfocyty. Krążące limfocyty stanowią pulę komórek, które w sposób ciągły wymieniają się z komórkami obwodowej tkanki limfatycznej.

LIMFOCYTY

Limfocyty powstają w okresie embrionalnym z zarodków limfoidalnych w szpiku kostnym. Limfocyty można sklasyfikować na podstawie miejsca ich rozwoju: 1) limfocyty T (zależne od grasicy) rozwijają się w grasicy i 2) limfocyty B, które rozwijają się poza grasicą. Limfocyty B rozwijają się u ptaków w kaletce Fabriciusa ( bursa- worek, stąd określenie „komórki B”); funkcjonalnym odpowiednikiem u ludzi jest wątroba płodu lub szpik kostny.

Nieaktywne małe limfocyty to komórki o średnicy około 8-10 mikronów, z małą objętością cytoplazmy i kulistym jądrem zajmującym prawie całą komórkę. Jądro zawiera skondensowaną chromatynę, która w konwencjonalnym barwieniu wydaje się wyraźnie zasadochłonna. Wszystkie nieaktywne populacje limfocytów są do siebie podobne morfologicznie i można je różnicować jedynie metodami immunologicznymi i immunomorfologicznymi (tab. 10.1).

Limfocyty T (komórki T)

A. Rozmieszczenie limfocytów T w organizmie: Limfocyty T powstają w grasicy embrionalnej. W okresie postembrionalnym, po dojrzewaniu, limfocyty T osadzają się w strefach T obwodowej tkanki limfatycznej. Obszary te obejmują:

Strefa przykorowa węzłów chłonnych i przestrzeń między grudkami chłonnymi (70% limfocytów w węzłach chłonnych to limfocyty T);

Strefy okołotętnicze pęcherzyków limfatycznych w miazdze białej śledziony (40% limfocytów śledziony to limfocyty T).

Limfocyty T stale i aktywnie krążą pomiędzy krwią obwodową a obwodową tkanką limfatyczną. Od 80 do 90 procent limfocytów krwi obwodowej to limfocyty T.

B. Transformacja komórek T: Po stymulacji (aktywacji) przez specyficzny antygen, limfocyty T przekształcają się w duże, aktywnie dzielące się komórki zwane transformowanymi limfocytami T lub immunoblastami T, z których następnie powstają wykonawcze komórki T. Immunoblasty T mają średnicę 15–20 µm, dużą objętość cytoplazmy i nieregularne jądro z jasną chromatyną i jąderkiem; jądro znajduje się w środku komórki. Immunoblasty T można odróżnić od immunoblastów B jedynie metodami immunomorfologicznymi. Efektorowe komórki T są morfologicznie podobne do nieaktywnych małych limfocytów i często nazywane są komórkami uczulonymi, komórkami cytotoksycznymi lub komórkami T zabójczymi.

Ten proces transformacji limfocytów T stanowi etap rozwoju (wzmocnienia) odpowiedzi immunologicznej (ryc. 10.1), podczas którego kilka limfocytów T posiadających receptory rozpoznające dany specyficzny antygen tworzy duży klon wykonawczych limfocytów T aktywnych przeciwko temu samemu antygenowi same w sobie, ponieważ mają odpowiedni receptor. Pełny proces aktywacji limfocytów T rozpoczyna się, gdy makrofagi przechwytują antygen i poprzez jakiś mechanizm, który nie jest jeszcze dobrze poznany, „przetwarzają” antygen i ponownie eksportują go na powierzchnię komórki w połączeniu z cząsteczkami MHC przed interakcją z limfocytem T. Rozpoznanie następuje tylko wtedy, gdy limfocyt T posiada specyficzny receptor zdolny do rozpoznania kompleksu antygen-cząsteczka MHC.

B. Funkcje efektorowych komórek T: Efektorowe komórki T odgrywają ważną rolę w trzech funkcjach układu odpornościowego:

Odporność komórkowa;

Regulowanie aktywności komórek B;

Nadwrażliwość typu opóźnionego (IV).

1. Odporność komórkowa: obejmuje dwa główne aspekty:

- komórki cytotoksyczne niosące antygeny powierzchniowe powodują bezpośrednie uszkodzenie komórek (komórki cytotoksyczne lub zabójcze). Cytotoksyczność bezpośrednia występuje w odpowiedzi immunologicznej na antygeny na powierzchni komórek nowotworowych, przeszczepionych tkanek i komórek zakażonych wirusem. Cytotoksyczne komórki T prawdopodobnie powodują lizę, tworząc pory w błonach cytoplazmatycznych komórek dodatnich pod względem antygenu.

- Produkcja limfokin: Wykonawcze limfocyty T odgrywają kluczową rolę w kształtowaniu odpowiedzi immunologicznej poprzez wytwarzanie rozpuszczalnych białek (limfokin), które regulują funkcje niektórych komórek, takich jak makrofagi i inne limfocyty (Tabela 10.3).

2. Regulacja aktywności limfocytów B: dwa ważne podtypy limfocytów T biorą udział w regulacji funkcji limfocytów B.

Pomocnicze komórki T (dodatnie pod względem antygenu CD4) pomagają w aktywacji i transformacji limfocytów B oraz w syntezie immunoglobulin. Limfocyty supresorowe T (dodatnie pod względem antygenu CD8) hamują aktywację limfocytów B i regulują syntezę immunoglobulin. Limfocyty T pomocnicze i supresorowe również wywierają podobny wpływ regulacyjny na odporność komórkową. Jednakże podtyp komórek „pomocniczych” CD4-dodatnich może mieć działanie czysto supresyjne poprzez stymulację komórek supresorowych CD8-dodatnich. Normalny stosunek limfocytów T pomocniczych do limfocytów T supresorowych (stosunek CD4/CD8) we krwi obwodowej wynosi 0,9–2,7, z niewielkimi różnicami u osób bardzo młodych i bardzo starych. Wskaźnik ten może zostać znacznie zmniejszony w przypadku niektórych chorób, w tym zaburzeń niedoboru odporności, opóźnionej nadwrażliwości typu IV i zakażenia wirusem HIV.

D. Morfologiczna identyfikacja subpopulacji limfocytów T: Limfocyty T i ich podtypy są morfologicznie nie do odróżnienia od siebie nawzajem lub od limfocytów B i charakteryzują się obecnością antygenów, które pełnią funkcję markerów immunologicznych. Antygeny te można wykryć za pomocą specyficznych przeciwciał monoklonalnych (Tabela 10.1). Zastosowanie tych przeciwciał w metodzie immunofluorescencyjnej lub immunoperoksydazowej umożliwia również określenie lokalizacji różnych subpopulacji T limfocytów w tkance limfatycznej. Techniki genetyczne wykrywające rearanżacje genów receptorów komórek T również pomagają w identyfikacji komórek T. Inne metody, takie jak test rozety E, stają się przestarzałe.

Limfocyty B

A. Rozmieszczenie limfocytów B w organizmie: Limfocyty B rozwijają się w funkcjonalnym odpowiedniku ptasiej kaletki Fabriciusa (prawdopodobnie w embrionalnym szpiku kostnym ssaków), przechodząc złożony proces obejmujący proliferację i podział na klasy. Limfocyty B rozprzestrzeniają się następnie poprzez krwioobieg do obszarów B obwodowej tkanki limfatycznej. Obszary te obejmują: 1) reaktywne (wtórne lub zarodkowe) ośrodki pęcherzyków i zatok rdzenia węzłów chłonnych (30% limfocytów w węzłach chłonnych to limfocyty B); 2) centra reaktywne w pęcherzykach miazgi białej śledziony (40% limfocytów śledziony to komórki B). Termin „pęcherzyk pierwotny” stosowany jest w odniesieniu do zbioru komórek B w węzłach chłonnych lub śledzionie, które nie wykazują aktywności proliferacyjnej. Podobnie jak komórki T, komórki B również stale krążą pomiędzy tkanką limfatyczną a krwią obwodową, ale mniej aktywnie. Limfocyty B stanowią 10–20% całkowitej liczby limfocytów krwi obwodowej.

B. Transformacja komórek B: Po stymulacji specyficznym antygenem limfocyty B przekształcają się w komórki plazmatyczne. Proces ten zachodzi etapami, z utworzeniem szeregu form pośrednich, które tworzą reaktywne (kiełkujące) centrum pęcherzyka. Komórki plazmatyczne syntetyzują immunoglobuliny (przeciwciała) specyficzne dla antygenu. Podstawą odporności nabytej, zwanej odpornością humoralną, jest powstawanie krążących przeciwciał swoistych dla antygenów.

B. Morfologiczna identyfikacja komórek B: Komórki plazmatyczne są efektorowymi (wykonawczymi) komórkami B. Plazmocyty mają charakterystyczną budowę morfologiczną (tabela 10.2). Plazmocyty mają wymiary 12-15 mikronów średnicy, zasadochłonną cytoplazmę (bazofilię tłumaczy się obecnością dużej ilości RNA niezbędnego do syntezy immunoglobulin), w której występuje strefa Golgiego, widoczna jako blady obszar znajdujący się obok jądro, położone mimośrodowo; Chromatyna w jądrze jest zlokalizowana w postaci dużych skupisk wzdłuż obwodu (w postaci „koła wozu” lub „tarczy”). Immunoglobuliny można wykryć w cytoplazmie metodami immunologicznymi.

Pozostałe limfocyty B można zidentyfikować jedynie metodami immunologicznymi, immunomorfologicznymi i genetycznymi. Metody immunofluorescencyjne lub immunoperoksydazowe, wykorzystujące przeciwciała przeciwko immunoglobulinie ludzkiej, wykrywają obecność immunoglobuliny powierzchniowej (na dojrzewających limfocytach B) i immunoglobuliny cytoplazmatycznej (w komórkach plazmatycznych). Stosowane są również specyficzne przeciwciała monoklonalne, które reagują z limfocytami B (Tabela 10.1). Techniki genetyczne wykrywające obecność rearanżowanych genów immunoglobulin mogą również pomóc w identyfikacji limfocytów B.

Komórki zerowe (komórki NK i komórki K)

Komórki zerowe to heterogenna grupa limfocytów, która nie ma zdolności do tworzenia rozetek E (test immunologiczny stosowany wcześniej do identyfikacji limfocytów T) i nie przenosi powierzchniowej immunoglobuliny (stąd komórki nieznakowane lub „zerowe”). Grupa ta obejmuje pewne komórki, które wyraźnie są komórkami T lub B, jak niedawno wykazano za pomocą technik genetycznych i przeciwciał monoklonalnych, ale porzucono oznaczanie tych komórek. Populacja komórek „zerowych” reprezentuje komórki T i B, które znajdują się we wczesnych stadiach różnicowania, przed pojawieniem się dużej liczby markerów na ich powierzchni. Komórki „zero” stanowią 5–10% wszystkich limfocytów krwi obwodowej.

Niektóre komórki „zerowe” mają działanie cytotoksyczne i nazywane są komórkami NK; mogą zniszczyć niektóre obce komórki, nawet jeśli organizm nigdy nie spotkał się z tym antygenem. Inne (zwane komórkami K) biorą udział w niszczeniu komórek przez przeciwciała (cytotoksyczność komórkowa zależna od przeciwciał (ADCC)).

Istnieją dowody na to, że aktywność wykazywana przez komórki NK i komórki K to dwie różne funkcje tego samego typu komórek. Komórki NK mogą odgrywać rolę ochronną w procesie nowotworowym, eliminując komórki potencjalnie nowotworowe.

MAKROFAGI (monocyty krwi i histiocyty tkanek)

A. Dystrybucja w organizmie: Makrofagi różnią się od limfocytów, ale odgrywają także ważną rolę w odpowiedzi immunologicznej, zarówno jako komórki przetwarzające antygen, gdy pojawia się odpowiedź, jak i jako fagocyty pełniące rolę wykonawczą. We krwi nazywane są monocytami; w tkankach - histiocyty lub makrofagi tkankowe. Badania hematopoezy w szpiku kostnym zwierząt i ludzi wykazały, że wszystkie makrofagi powstają z prekursorów monocytów w szpiku kostnym. Makrofagi znajdują się we wszystkich tkankach organizmu (histiocyty), a także w węzłach chłonnych, gdzie są zlokalizowane zarówno rozproszonie, jak i nieruchomo w przestrzeni podtorebkowej oraz w zatokach rdzenia. Makrofagi tkankowe znajdują się także w zatokach miazgi czerwonej śledziony. W wątrobie makrofagi nazywane są komórkami Kupffera, w płucach makrofagami pęcherzykowymi, a w tkance mózgowej mikroglejem. We krwi obwodowej i szpiku kostnym wykrywane są w postaci monocytów i ich prekursorów. Dendrytyczne komórki siateczkowe w pęcherzykach węzłów chłonnych i międzypalcowe komórki siatkowe w strefie przykorowej są wyspecjalizowanymi komórkami „przetwarzającymi” antygen odpowiednio dla limfocytów B i T. Chociaż ich pochodzenie nie jest znane, przypuszcza się, że są to makrofagi. W starszej literaturze w odniesieniu do tych typów komórek używano terminu „układ siateczkowo-śródbłonkowy”.

B. Identyfikacja makrofagów: makrofagi zawierają liczne enzymy cytoplazmatyczne i można je zidentyfikować w tkankach metodami histochemicznymi, które wykrywają te enzymy. Niektóre enzymy, takie jak muramidaza (lizozym) i chymotrypsyna, można wykryć za pomocą testu na przeciwciała znakowane (immunohistochemii), który wykorzystuje przeciwciała przeciwko białkom enzymu. Takie przeciwciała monoklonalne przeciwko różnym antygenom CD są szeroko stosowane do identyfikacji makrofagów (Tabela 10.1; CD11, CD68).

B. Funkcje makrofagów: Funkcje makrofagów obejmują fagocytozę, przetwarzanie antygenów i interakcję z cytokinami.

1. Fagocytoza:

Fagocytoza nieimmunologiczna: makrofagi są w stanie bezpośrednio fagocytować obce cząstki, mikroorganizmy i pozostałości uszkodzonych komórek, bez wywoływania odpowiedzi immunologicznej. Jednakże fagocytozę drobnoustrojów i ich zniszczenie znacznie ułatwia obecność swoistych immunoglobulin, dopełniacza i limfokin, które są wytwarzane przez immunologicznie aktywowane limfocyty T (Tabela 10.3).

Fagocytoza immunologiczna: makrofagi mają powierzchniowe receptory dla fragmentów C3b i Fc immunoglobulin. Wszelkie cząstki pokryte immunoglobuliną lub dopełniaczem (opsonizowane) ulegają fagocytozie znacznie łatwiej niż cząstki „nagie”.

2. „Przetwarzanie” antygenów: makrofagi „przetwarzają” antygeny i prezentują je limfocytom B i T w wymaganej formie (ryc. 10.1); ta interakcja komórkowa polega na jednoczesnym rozpoznawaniu przez limfocyty cząsteczek MHC i „przetworzonych antygenów” znajdujących się na powierzchni makrofagów.

3. Interakcja z cytokinami: makrofagi oddziałują z cytokinami wytwarzanymi przez limfocyty T (Tabela 10.3), aby chronić organizm przed niektórymi czynnikami szkodliwymi. Typowym skutkiem takiej interakcji jest powstawanie ziarniniaków. Makrofagi wytwarzają także cytokiny, w tym interleukinę-1, interferon-β oraz czynniki wzrostu komórek T i B (Tabela 10.3). Różne interakcje limfocytów i makrofagów w tkankach objawiają się morfologicznie podczas przewlekłego stanu zapalnego.

IMMUNOGLOBULINY (przeciwciała)

Synteza immunoglobulin: immunoglobuliny są syntetyzowane przez komórki plazmatyczne, które powstają z transformowanych, stymulowanych antygenem limfocytów B (immunoblastów B). Wszystkie cząsteczki immunoglobulin syntetyzowane przez pojedynczą komórkę plazmatyczną są identyczne i wykazują specyficzną reaktywność wobec pojedynczej determinanty antygenowej. Podobnie wszystkie komórki plazmatyczne powstałe w wyniku transformacji i proliferacji pojedynczego prekursora limfocytów B są identyczne; to znaczy stanowią klon. Cząsteczki immunoglobulin syntetyzowane przez komórki różnych klonów komórek plazmatycznych mają różne sekwencje aminokwasów, co warunkuje odmienną trzeciorzędową strukturę cząsteczek i nadaje przeciwciału różną specyficzność (tzn. reagują z różnymi antygenami). Te różnice w sekwencji aminokwasów występują w tzw. regionie V (zmiennym, zmiennym) cząsteczki immunoglobuliny (ryc. 10.3).

Struktura immunoglobulin(Rysunek 10.3): Większość cząsteczek immunoglobulin składa się z dwóch łańcuchów ciężkich (H) i dwóch łańcuchów lekkich (L) połączonych wiązaniami dwusiarczkowymi. Łańcuchy lekkie składają się z dwóch łańcuchów k lub dwóch łańcuchów l. Łańcuchy ciężkie mogą należeć do jednej z pięciu klas (IgA, IgG, IgM, IgD i IgE) (Tabela 10.4). Istnieje kilka podklas łańcuchów ciężkich (izotypów). Te różne łańcuchy immunoglobulin są antygenami dla zwierząt i mają różne determinanty antygenowe, więc po podaniu zwierzętom wytworzone przeciwko nim przeciwciała można wykorzystać do rozpoznawania i wykrywania różnych typów łańcuchów lekkich i klas łańcuchów ciężkich u ludzi.

Każdy łańcuch ma region stały i zmienny. Stały region pozostaje stały pod względem sekwencji aminokwasów i antygenowości w obrębie danej klasy immunoglobulin; zmienny region, przeciwnie, charakteryzuje się dużą zmiennością sekwencji aminokwasów. To właśnie w zmiennej części łańcucha zachodzi reakcja związku z antygenem. Każda cząsteczka IgG składa się z dwóch połączonych łańcuchów, które tworzą dwa miejsca wiązania antygenu (ryc. 10.3). Region zmienny każdego łańcucha zawiera regiony hiperzmienne – trzy w łańcuchach lekkich i cztery w łańcuchach ciężkich. Różnice w sekwencji aminokwasów w tych regionach hiperzmiennych determinują specyficzność przeciwciała. W pewnych warunkach te regiony hiperzmienne mogą również działać jako antygeny (idiotypy). Przeciwciało przeciwko idiotypom, tj. wytwarzany przeciwko regionowi hiperzmiennemu przeciwciał ma ograniczony zakres reaktywności i wiąże się tylko z cząsteczkami immunoglobulin, które mają ten region hiperzmienny. Zasadniczo reaktywność przeciwciał przeciwko idiotypom jest ograniczona wyłącznie do specyficznych przeciwciał pochodzących z pojedynczego klonu. Chociaż powyższe odnosi się wyłącznie do IgG, inne klasy immunoglobulin mają tę samą podstawową strukturę, z tym wyjątkiem, że IgM jest pentamerem (to znaczy składa się z 5 podstawowych jednostek (cząsteczek) połączonych na końcach Fc), a IgA ogólnie występuje w postaci dimeru.

Stała witryna Każda cząsteczka immunoglobuliny ma receptory dopełniacza, a we fragmencie Fc znajduje się również miejsce, które wiąże się z komórkami posiadającymi receptory Fc (co jest niezbędne do realizacji odporności komórkowej). Dziedziczne różnice antygenowe pomiędzy łańcuchami ciężkimi stanowią allotypy. Cząsteczki immunoglobulin mogą zostać rozbite na kawałki przez różne enzymy proteolityczne. Pod wpływem papainy cząsteczka dzieli się w obszarze rozbieżności łańcucha ciężkiego („widelce”) (ryc. 10.3) na dwa fragmenty Fab i jeden fragment Fc (krystalizacja). Pepsyna rozbija cząsteczkę na fragment F(ab)'2 i fragment Fc. Fragment Fc jest regionem stałym; brak zmienności sekwencji aminokwasów jest główną przyczyną możliwości krystalizacji tego fragmentu. Fragmenty Fab i F(ab)'2 niosą odpowiednio jedno i dwa miejsca wiązania antygenu. Fragment Fc niesie specyficzne antygeny, w tym te, które definiują immunologiczne rozróżnienie pięciu głównych klas przeciwciał. Miejsce wiązania dopełniacza jest również zlokalizowane na fragmencie Fc. Metoda trawienia enzymatycznego ma historyczne znaczenie w procesie wyjaśniania struktury immunoglobulin.

Regulacja produkcji przeciwciał: Produkcja przeciwciał rozpoczyna się po aktywacji limfocytów B przez antygen. Maksymalne stężenie przeciwciał w surowicy obserwuje się od 1 do 2 tygodni, po czym zaczyna spadać. Ciągła obecność wolnego antygenu podtrzymuje odpowiedź do czasu, gdy wzrastający poziom przeciwciał doprowadzi do zwiększonego usuwania antygenu, a tym samym do zaprzestania stymulacji limfocytów B. Istnieją również bardziej subtelne mechanizmy regulacji syntezy immunoglobulin. Komórki pomocnicze T (CD4-dodatnie) odgrywają ważną rolę w regulacji odpowiedzi limfocytów B na dużą liczbę antygenów, a ich stała obecność zwiększa produkcję przeciwciał. Efekt ten wynika, przynajmniej częściowo, z uwalniania limfokin (Tabela 10.3). Supresory T (CD8-dodatnie) działają odwrotnie, powodując zmniejszenie odpowiedzi immunologicznej; silne tłumienie odpowiedzi może być jednym z mechanizmów leżących u podstaw tolerancji. Dodatkowym mechanizmem regulacyjnym jest wytwarzanie antyidiotypów (tj. przeciwciał przeciwko własnym przeciwciałom (autoprzeciwciał)). Zakłada się, że w odpowiedzi immunologicznej wytwarzaniu swoistego przeciwciała koniecznie towarzyszy wytwarzanie drugiego przeciwciała (antyidiotypu) o specyficzności wobec zmiennych (V) sekwencji (idiotypów lub regionów wiążących antygen) pierwszego przeciwciało. Przeciwciało antyidiotypowe jest zdolne do rozpoznawania idiotypów na receptorze antygenu komórek B (który jest zbudowany z immunoglobuliny o strukturze identycznej z idiotypem pierwszego przeciwciała), tym samym konkuruje z antygenem i służy do hamowania aktywacji komórek B .

ROZPOZNAWANIE ANTYGENÓW I PODSTAWY RÓŻNORODNOŚCI RECEPTORÓW ANTYGENOWYCH

Istnieje duża liczba różnych przeciwciał. Wszystkie reagują z ogromną liczbą różnych antygenów. Podobnie ogromna liczba limfocytów T rozpoznaje ogromną różnorodność antygenów. Specyficzne rozpoznawanie antygenu przeprowadzane jest przez limfocyty, które mają na swojej powierzchni receptory dla antygenu. Istnieje ogromna liczba receptorów o różnej specyficzności, które reagują z całym zakresem znanych antygenów, ale każdy limfocyt ma receptory tylko dla jednego antygenu. Wynika z tego, że istnieje ogromna liczba limfocytów (około 106-109), z których każdy ma jeden typ receptora. Receptorami antygenowymi limfocytów B są immunoglobuliny. Działanie mechanizmu rearanżacji genów (patrz poniżej) prowadzi do pojawienia się różnorodnych cząsteczek immunoglobulin, które służą jako receptory dla antygenów na powierzchni komórki i ostatecznie reprezentują specyficzną immunoglobulinę (przeciwciało), która będzie wydzielana przez komórki plazmatyczne po pojawia się odpowiedź immunologiczna. W uproszczonej formie antygen wybiera limfocyty, które mają pasujące do niego receptory (tj. immunoglobulinę powierzchniową limfocytów B) (pasują do siebie jak klucz do zamka). Ta interakcja prowadzi do podziału i transformacji limfocytu B, a ostatecznie do utworzenia klonu komórek plazmatycznych, które wydzielają cząsteczki przeciwciał ze specjalnymi miejscami wiązania, zasadniczo takimi samymi jak te znajdujące się na powierzchni pierwotnego limfocytu, który rozpoznał antygen (ryc. 10.1). Komórki T mają również receptory dla antygenów, a populacje komórek T charakteryzują się podobnym stopniem różnorodności. Receptor komórek T składa się z pary łańcuchów polipeptydowych (łańcuchów a i b), przy czym każdy łańcuch ma region zmienny i stały, zatem receptor jest podobny do receptora komórek B (który jest immunoglobuliną powierzchniową). Receptor komórek T można zatem uznać za członka „rodziny superimmunoglobulin”, która obejmuje nie tylko immunoglobuliny, ale także inne cząsteczki zaangażowane w interakcję i rozpoznawanie komórek, z których wszystkie mają wspólne pochodzenie ewolucyjne. Różnorodność receptorów rozpoznających antygen limfocytów T kształtuje się we wczesnym okresie embrionalnym poprzez mechanizm rearanżacji genów podobny do mechanizmu powstawania różnorodności immunoglobulin. Równolegle z aktywacją limfocytów B antygen selekcjonuje limfocyty T posiadające receptory o odpowiedniej specyficzności i w ten sposób stymuluje proliferację specyficznego klonu limfocytów T, co skutkuje powstaniem generacji licznych efektorowych limfocytów T o identyczna specyfika. Należy pamiętać, że rozpoznawanie antygenu przez limfocyty T jest procesem złożonym, polegającym na przestrzennym oddziaływaniu antygenu z cząsteczką MHC na makrofagach i receptorem antygenu limfocytów T przy udziale cząsteczek CD3 i CD4 lub CD8 na limfocytach T. Pomocnicze komórki T rozpoznają antygeny związane z cząsteczkami MHC klasy II, a supresorowe komórki T i cytotoksyczne komórki T rozpoznają antygeny związane z cząsteczkami MHC klasy I. Opisano komórki T niosące receptor złożony z łańcuchów gamma i delta, ale ich funkcja jest nieznana.

POWSTANIE RÓŻNORODNOŚCI: MECHANIZM „WSZUKIWANIA” GENU

Różnorodność receptorów antygenowych na limfocytach B i T powstaje na poziomie DNA podczas różnicowania progenitorów limfoidalnych w okresie embrionalnym. Geny zaangażowane w ten proces zlokalizowane są na chromosomach 2 (łańcuch k), 22 (łańcuch l), 14 (łańcuchy ciężkie, łańcuchy a i g receptorów komórek T) i 7 (łańcuchy b i d receptorów komórek T). . Chociaż każdy z tych genów funkcjonuje jako „jednostka genowa” do produkcji łańcucha polipeptydów, każdy gen istnieje w łańcuchu DNA jako złożony „multigen” składający się z dużej liczby różnych segmentów DNA, które można złożyć lub złożyć razem w różnych modyfikacjach, w wyniku czego powstaje wiele różnych wzorów DNA. Na przykład multigen łańcucha ciężkiego zawiera do 200 różnych segmentów V (zmiennych) (VH); każde kodowanie odpowiada specyficznej sekwencji aminokwasów w regionie wiążącym antygen (region zmienny) łańcucha ciężkiego immunoglobuliny. Gen łańcucha ciężkiego zawiera także wiele segmentów D (różnorodność), J (łączenie) i C (stałe), po jednym dla każdej podklasy i klasy łańcuchów ciężkich (m, d, g1, g2, g3, g4, a1, a2, e ). Specjalny mechanizm łączy po jednym segmencie DNA z każdej kategorii, tworząc sekwencję VDJC, która służy jako gen funkcjonalny, na którym powstaje mRNA kodujący cały łańcuch ciężki. Łańcuchy lekkie zbudowane są podobnie, z tą różnicą, że nie zawierają segmentów D. Gen łańcucha beta receptora T zawiera również wiele genów V, D, J i C kodujących łańcuch ciężki, podczas gdy gen łańcucha alfa receptora T. Receptor zawiera tylko wiele segmentów V i J z jednym segmentem C.

WYNIKI INTERAKCJI PRZECIWCIAŁ Z ANTYGENAMI

Przeciwciała mogą brać udział w następujących reakcjach:

Opad atmosferyczny;

Aglutynacje;

Opsonizacja;

Neutralizacja;

Cytotoksyczność komórkowa;

Niszczenie komórek przy udziale dopełniacza.

Większość immunoglobulin (przeciwciał) ma bezpośredni wpływ na antygeny, z którymi specyficznie reagują; na przykład tworzenie dużych agregatów może prowadzić do wytrącania lub aglutynacji. Gdy antygen jest toksyną, interakcja antygen-przeciwciało może spowodować neutralizację efektu toksycznego.

W niektórych przypadkach nagromadzenie przeciwciał na powierzchni cząsteczki antygenowej (opsonizacja) powoduje wzrost aktywności fagocytarnej makrofagów i neutrofili, które posiadają na swojej powierzchni receptory Fc. Proces ten nazywa się fagocytozą immunologiczną.

Interakcja między antygenem i przeciwciałem może powodować uszkodzenia strukturalne we fragmencie Fc cząsteczki immunoglobuliny, co prowadzi do aktywacji dopełniacza.

KOMPLEMENT

Aktywacja dopełniacza. Dopełniacz to układ białek osocza (C1-C9), które występują w formie nieaktywnej i stanowią około 10% globulin krwi. Aktywacja dopełniacza może nastąpić na jeden z 2 sposobów (ryc. 10.5):

A. Klasyczny sposób: klasyczna droga aktywacji dopełniacza rozpoczyna się, gdy IgM lub IgG wchodzi w interakcję z antygenem. Oddziaływanie przeciwciała z antygenem prowadzi do związania C1 z częścią Fc cząsteczki przeciwciała. W tym przypadku powstaje C1q i zachodzi reakcja kaskadowa (ryc. 10.5). Wczesne składniki (C1, 4, 2) tworzą konwertazę C3, która rozszczepia C3. Końcowy kompleks C56789 wykazuje aktywność fosfolipazy i powoduje lizę błony komórkowej (należy zauważyć, że pełna sekwencja to 1, 4, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9).

B. Szlak alternatywny (szlak properdyny): droga alternatywna różni się od ścieżki klasycznej jedynie mechanizmem aktywacji i wczesnymi reakcjami. Rozszczepienie C3 na szlaku alternatywnym nie wymaga interakcji antygen-przeciwciało ani obecności wczesnych (C1, C4, C2) czynników dopełniacza. Kaskada jest wyzwalana przez zagregowane kompleksy IgG, złożone węglowodany i endotoksyny bakteryjne. Konwertaza C3 powstaje w wyniku oddziaływania właściwejdyny (globuliny surowicy), dwóch innych czynników surowicy (B i D) oraz jonów magnezu. Sekwencja aktywacji po rozszczepieniu C3 jest taka sama jak w szlaku klasycznym.

Wyniki aktywacji uzupełnienia: Aktywacja dopełniacza jest związana z ostrą odpowiedzią zapalną charakteryzującą się rozszerzeniem naczyń, zwiększoną przepuszczalnością naczyń i wysiękiem płynu, za pośrednictwem anafilotoksycznego działania C3a i C5a. Zarówno C3a, jak i C5a wykazują silne działanie chemotaktyczne na neutrofile, które migrują do obszaru zapalenia. Antygen jest usuwany poprzez 1) fagocytozę immunologiczną, która jest spowodowana opsonizującym wpływem C3b, neutrofili i makrofagów, lub 2) lizę błony, co powoduje powstanie końcowego produktu kaskady dopełniacza.

Receptory dopełniacza: Receptory dopełniacza znaleziono na powierzchni większości komórek. CD11 jest receptorem neutrofili i makrofagów dla C3b. CD21 jest receptorem komórek B dla C3b. CD35 jest najbardziej rozpowszechnionym receptorem C3b, występującym na czerwonych i białych krwinkach; wiąże kompleksy immunologiczne w osoczu.

RODZAJE ODPOWIEDZI IMMUNOLOGICZNEJ

W zależności od tego, czy układ odpornościowy był wcześniej wystawiony na działanie antygenu, czy nie, rozróżnia się dwa typy odpowiedzi immunologicznej: pierwotną i wtórną.

Pierwotna odpowiedź immunologiczna

Pierwotna odpowiedź immunologiczna pojawia się po pierwszym spotkaniu z określonym antygenem. Chociaż antygen jest rozpoznawany niemal natychmiast po wejściu do organizmu, mija kilka dni, zanim immunoglobulina wytworzy się w ilości wystarczającej do wykrycia wzrostu poziomu immunoglobulin w surowicy. W tym okresie utajonym komórki B, których receptory zareagowały ze specyficznym antygenem, przechodzą od sześciu do ośmiu kolejnych cyklów podziału, zanim uformuje się wystarczająco duży klon komórek plazmatycznych, który wydziela przeciwciała. IgM jest pierwszą immunoglobuliną wytwarzaną podczas odpowiedzi pierwotnej; Następnie produkowane są IgG. Przejście z syntezy IgM na IgG lub inne immunoglobuliny następuje jako normalne zdarzenie podczas aktywacji limfocytów B i następuje w wyniku przełączenia genów łańcucha ciężkiego.

Pamięć immunologiczna

Pamięć jest istotnym elementem odpowiedzi immunologicznej, ponieważ zapewnia wzmocnioną, skuteczniejszą reakcję na drugą i kolejną ekspozycję antygenu na organizm.

Mechanizm leżący u podstaw pamięci immunologicznej nie został w pełni ustalony. Po stymulacji antygenem następuje proliferacja limfocytów (ekspansja klonów), co prowadzi do powstania dużej liczby komórek wykonawczych (komórki plazmatyczne w układzie limfocytów B; cytotoksyczne limfocyty T w układzie limfocytów T), a także innych małych limfocyty, które ponownie wchodzą w cykl mitotyczny i służą do uzupełnienia grupy komórek niosących odpowiedni receptor. Zakłada się, że ponieważ komórki te powstają w wyniku proliferacji indukowanej antygenem, są zdolne do wzmocnionej odpowiedzi, gdy ponownie napotkają antygen (to znaczy działają jak komórki pamięci). W rodzinie komórek B komórki te mogą również ulegać zmianie w syntezie z IgM na IgG, co wyjaśnia natychmiastową produkcję IgG przez te komórki podczas wtórnej odpowiedzi immunologicznej.

Wtórna odpowiedź immunologiczna

Wtórna odpowiedź immunologiczna pojawia się, gdy ponownie napotka się antygen. Ponowne rozpoznanie następuje natychmiast, a wytwarzanie immunoglobulin w surowicy, wykrywane w badaniach laboratoryjnych, następuje szybciej (w ciągu 2-3 dni) niż w przypadku początkowej odpowiedzi. IgG jest główną immunoglobuliną wydzielaną podczas odpowiedzi wtórnej. Ponadto poziom szczytowy jest wyższy, a spadek następuje wolniej niż w odpowiedzi pierwotnej.

Zdolność do wywołania specyficznej odpowiedzi wtórnej jest funkcją pamięci immunologicznej. Tę specyficzną odpowiedź należy odróżnić od nieswoistego wzrostu poziomu immunoglobulin (przeciwko antygenom innym niż antygen pierwotny), który może wystąpić po stymulacji antygenem – jest to tak zwana odpowiedź anamnestyczna, która prawdopodobnie reprezentuje przypadkową stymulację niektórych limfocytów B przez limfokiny które wynikają z konkretnej odpowiedzi.