Антитело
-
Структура и функции антител
- Антитела (Ab) — крупные Y-образные белки, используемые иммунной системой для идентификации и нейтрализации антигенов.
- Антитела распознают антигены практически любого размера и химического состава.
- Каждое антитело распознает один или несколько специфических антигенов.
-
Классы и подклассы антител
- Антитела делятся на пять классов: IgA, IgD, IgE, IgG и IgM.
- IgG и IgA делятся на подклассы: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4; IgA1 и IgA2.
- Классы и подклассы различаются по функциям и распределению в организме.
-
Гуморальный иммунитет
- Антитела считаются частью адаптивной иммунной системы.
- Естественные IgM вырабатываются клетками линии В-1 и демонстрируют полиреактивность.
- Антитела взаимодействуют с системой комплемента на ранних стадиях иммунного ответа.
-
Дифференциация и секреция антител
- В-клетки дифференцируются в клетки, секретирующие антитела, или В-клетки памяти.
- Плазмобласты быстро пролиферируют и могут дифференцироваться в плазматические клетки.
- Плазматические клетки выделяют антитела независимо от присутствия антигена.
-
Долгоживущие плазматические клетки
- Долгоживущие плазматические клетки могут существовать в течение всей жизни организма.
- Ниши выживания могут быть созданы в тканях слизистой оболочки.
- В-клетки памяти могут сохраняться десятилетиями и быстро восстанавливаться при вторичном иммунном ответе.
-
Роль антител в иммунной защите
- Антитела играют центральную роль в иммунной защите от инфекций и вакцин.
- Долгоживущие плазматические клетки обеспечивают устойчивый уровень антител.
- В-клетки памяти адаптируются к новым вариантам микробов.
-
Структура антител
- Антитела состоят из четырех полипептидных цепей: двух тяжелых и двух легких.
- Каждая цепь содержит домены: VL, VH, CL и CH1.
- Антитела разделяются на антигенсвязывающие фрагменты (Fab) и кристаллизующийся фрагмент (Fc).
-
Сайт связывания антигена
- Области переменных (FV) связываются с антигеном.
- Три гипервариабельные области (CDR) образуют сайт связывания антитела.
- Наличие двух идентичных сайтов связывания позволяет антителам связываться с многовалентным антигеном.
-
Структура и функции антител
- Антитела состоят из постоянных и переменных доменов, образующих Y-образную структуру.
- Область Fc модулирует активность иммунных клеток и связывается с эффекторными молекулами.
- Антитела являются гликопротеинами, содержащими углеводы в области Fc.
-
Комплексы антител
- Антитела могут образовывать мономеры, димеры, тетрамеры, пентамеры и гексамеры.
- Комплексы антиген-антитело образуются при связывании антигена с антителом.
-
Рецепторы В-клеток
- Мембраносвязанные антитела (sIg) являются частью В-клеточного рецептора (BCR).
- BCR состоит из IgD или IgM и гетеродимеров Ig-α и Ig-β.
- BCR изолированы от других клеточных рецепторов липидными плотами.
-
Изотипы антител
- У человека существует пять классов антител: IgA, IgD, IgE, IgG и IgM.
- Каждый класс определяется типом тяжелой цепи.
- Изотипы различаются по биологическим свойствам и функциональному расположению.
-
Типы легких цепей
- У млекопитающих существуют два типа легких цепей: лямбда (λ) и каппа (κ).
- Пропорции κ- и λ-типов варьируются у разных видов.
-
Взаимодействия антитело-антиген
- Паратоп антитела взаимодействует с эпитопом антигена через пространственную комплементарность.
- Связывание между антителом и антигеном обратимо и относительно слабое.
-
Функции антител
- Антитела нейтрализуют, агглютинируют, преципитируют и лизируют чужеродные клетки.
- Антитела стимулируют воспаление и могут сигнализировать иммунным клеткам.
-
Активация и дифференцировка В-клеток
- В-клетки дифференцируются в плазматические клетки, секретирующие антитела, или клетки памяти.
- Клетки памяти выживают в организме для запоминания антигенов.
-
Пассивная иммунизация и эндогенные антитела
- Напренатальном и неонатальном этапах антитела обеспечиваются пассивной иммунизацией.
- Эндогенные антитела вырабатываются в первые годы жизни.
-
Функции антител
- Антитела предотвращают проникновение патогенов и стимулируют их удаление.
- Антитела запускают реакцию комплемента и дегрануляцию вазоактивных аминов.
-
Активация комплемента
- Антитела связываются с антигенами и активируют комплемент.
- Комплемент маркирует микроб для фагоцитоза и помогает антителам уничтожать бактерии.
-
Активация эффекторных клеток
- Антитела связывают патогены и стимулируют эффекторные функции клеток.
- Рецепторы Fc на клетках запускают эффекторные функции.
-
Естественные антитела
- Люди и приматы вырабатывают естественные антитела без предшествующей инфекции.
- Эти антитела могут активировать комплемент и уничтожать вирусные частицы.
-
Разнообразие иммуноглобулинов
- Антитела различаются по аминокислотному составу и связываются с различными антигенами.
- Люди вырабатывают около 10 миллиардов различных антител.
-
Изменчивость предметной области
- Хромосомный участок, кодирующий антитело, содержит несколько генных локусов.
- Вариабельный домен содержит гипервариабельные области (CDR).
-
V(D)J рекомбинация
- Соматическая рекомбинация иммуноглобулинов включает образование уникальной вариабельной области.
- Сегменты генов V, D и J комбинируются для образования различных антител.
-
Соматическая гипермутация и созревание аффинности
- После активации В-клетки подвергаются соматической гипермутации.
- Созревание аффинности происходит в зрелых В-клетках с помощью Т-клеток-хелперов.
-
Переключение между классами
- Переключение изотипа позволяет В-клеткам продуцировать антитела различных классов.
- Различные классы антител определяются константными участками тяжелой цепи.
-
Изотипы антител и их функции
- Каждый изотип антител выполняет определенную функцию.
- Переключение классов позволяет продуцировать антитела разных изотипов.
- Переключение классов изменяет только постоянный участок тяжелой цепи.
-
Механизм переключения классов
- Переключение классов запускается цитокинами.
- Процесс происходит в локусе гена тяжелой цепи с помощью рекомбинации переключения классов (CSR).
- Цепь ДНК разрывается, и экзон вариабельного домена присоединяется к постоянному участку.
-
Специфика антител
- Антитела могут быть моноспецифичными, биспецифичными или поливалентными.
- Внутривенный иммуноглобулин состоит из множества IgG.
- Моноклональные антитела вырабатываются одной В-клеткой.
-
Асимметричные антитела
- Гетеродимерные антитела обеспечивают гибкость и новые форматы для лекарств.
- Формат «ручки-в-дырочках» способствует антителозависимой цитотоксичности.
- Одноцепочечные вариабельные фрагменты (scFv) придают биспецифичность.
-
Межхромосомная транспозиция ДНК
- Диверсификация антител может происходить через межхромосомную транспозицию.
- В случае малярии антитела могут содержать участок из хромосомы 19.
-
История изучения антител
- Термин «антитело» впервые использован Паулем Эрлихом в 1891 году.
- Изучение антител началось в 1890 году с работы Эмиля фон Беринга и Китасато Сибасабуро.
- В 1920-х годах Майкл Хайдельбергер и Освальд Эйвери доказали, что антитела состоят из белка.
- В 1940-х годах Лайнус Полинг подтвердил теорию «замка и ключа».
- В 1960-х годах были идентифицированы другие изотипы иммуноглобулинов.
-
Медицинское применение
- Обнаружение антител используется в диагностике заболеваний.
- Серология зависит от методов обнаружения антител.
-
Антитела и их роль в иммунологии
- Антитела могут указывать на инфицирование или давнее заражение.
- Уровни иммуноглобулинов измеряются для характеристики профиля антител пациента.
- Повышенные уровни IgA указывают на алкогольный цирроз, IgM — на вирусный гепатит, IgG — на вирусный и аутоиммунный гепатит.
-
Аутоиммунные расстройства и антитела
- Аутоиммунные расстройства можно отследить по антителам, связывающим собственные эпитопы организма.
- Антитела против эритроцитов выявляются тестом Кумбса.
- Антитела против хорионического гонадотропина используются в тестах на беременность.
-
Терапия заболеваний антителами
- Моноклональные антитела используются для лечения ревматоидного артрита, рассеянного склероза, псориаза и рака.
- Пассивный иммунитет достигается введением готовых антител.
-
Пренатальная терапия
- Антитела к иммуноглобулину Rho(D) предотвращают сенсибилизацию при резус-несовместимости матери и плода.
- Лечение иммуноглобулином Rho(D) не лечит основное заболевание.
-
Исследовательские приложения антител
- Антитела вырабатываются у животных и очищаются для использования в исследованиях.
- Антитела используются для идентификации и локализации белков, дифференциации клеток, иммунопреципитации и иммуногистохимии.
- Антитела требуют правильной регистрации для воспроизводимости исследований.
-
Производство и испытания антител
- Антитела получают гибридомными клеточными линиями.
- Производственный процесс должен быть валидирован, включая очистку и характеристику антител.
- Доклинические исследования включают тестирование безопасности, перекрестной реактивности, фармакологии и токсичности.
-
Важность структуры антител
- Знание структуры антител необходимо для белковой инженерии и модификации аффинности связывания.
- Рентгеновская кристаллография является трудоемким методом, но вычислительные подходы более быстрые и дешевые.
-
Вычислительные подходы
- Онлайн-серверы, такие как WAM и PIGS, позволяют проводить компьютерное моделирование вариабельных областей антител.
- Rosetta Antibody прогнозирует структуру FV-области антител с использованием сложных методов.
- Паратопы антител следует описывать как взаимопревращающиеся состояния для улучшения предсказания структуры.
-
Методы секвенирования антител
- Методы секвенирования включают деградацию по Эдману, кДНК и LC-MS/МС.
- Современные методы секвенирования требуют вычислительных подходов для анализа данных.
- Дробовое секвенирование белков использует методы фрагментации и достигло существенного прогресса.
-
Миметики антител
- Миметики антител — это органические соединения, подобные антителам, которые могут специфически связывать антигены.
- Они состоят из искусственных пептидов или белков, или молекул нуклеиновых кислот.
- Преимущества миметиков антител включают лучшую растворимость, проникновение в ткани и устойчивость к воздействию тепла и ферментов.
-
Связывающая единица антитела
- БАУ (единица измерения связывающего антитела) используется для сравнения анализов иммуноглобулинов.
-
Дополнительные термины и ссылки
- Аффинер, антимитохондриальные антитела, антиядерные антитела, имитатор антител, аптамер, молозиво, ЭЛИЗА, гуморальный иммунитет, иммунология, иммунодепрессивный препарат, внутривенное введение иммуноглобулина, магнитно-иммунологический анализ, микроантитела, моноклональное антитело, нейтрализующее антитело, оптимальный лиганд, вторичные антитела, однодоменное антитело, наклонная спектроскопия, поверхностное тело, синтетическое антитело, нормализация вестерн-блота.