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 B-клеток
- Активированные B-клетки дифференцируются в плазматические клетки, секретирующие антитела, или в клетки памяти, сохраняющиеся в организме годами.
- В раннем возрасте антитела обеспечиваются пассивной иммунизацией от матери.
-
Функции антител
- Антитела предотвращают проникновение патогенов в клетки, стимулируют удаление патогенов макрофагами и другими клетками, а также запускают разрушение патогенов через комплемент.
- Антитела также вызывают дегрануляцию вазоактивных аминов для защиты от некоторых типов антигенов.
-
Комплемент и эффекторные клетки
- Антитела, связываясь с поверхностными антигенами, активируют комплемент, что приводит к лизису бактерий.
- Антитела также стимулируют эффекторные функции клеток, распознающих их Fc-рецепторы.
-
Естественные антитела
- Люди и приматы производят естественные антитела, которые активируют комплемент и лизируют вирусы до активации адаптивного иммунного ответа.
- Эти антитела направлены против галактозы α(1,3)-галактозы, присутствующей на гликозилированных клеточных белках.
-
Разнообразие иммуноглобулинов
- Антитела различаются по аминокислотному составу, что позволяет им взаимодействовать с различными антигенами.
- В организме человека генерируется около 10 миллиардов различных антител.
-
Доменная вариабельность
- Антитела состоят из тяжелых и легких цепей, каждая из которых имеет вариабельный домен.
- Вариабельные домены различаются по гипервариабельным областям (CDR1, CDR2, CDR3).
-
V(D)J рекомбинация
- V(D)J рекомбинация генерирует уникальные вариабельные области иммуноглобулинов.
- V, D и J сегменты комбинируются случайным образом, создавая множество антител с разными паратопами.
-
Соматическая гипермутация и аффинность
- После активации B-клетки быстро делятся, что приводит к соматической гипермутации.
- Соматическая гипермутация увеличивает разнообразие антител и влияет на их аффинность.
- Аффинность антител повышается в зрелых B-клетках с помощью хелперных Т-клеток.
-
Класс-переключение
- После активации B-клетки могут переключаться на производство различных классов антител (IgA, IgE, IgG).
- Различные классы антител определяются константными областями иммуноглобулиновых тяжелых цепей.
-
Классификация антител
- Каждый изотип антител выполняет свою функцию
- После активации антитела могут быть IgG, IgA или IgE
- Класс переключения позволяет производить антитела разных изотипов
-
Механизм переключения классов
- Переключение происходит в локусе тяжелой цепи
- Используются цитокины для определения нужного изотипа
- Процесс включает рекомбинацию и не гомологичное сшивание
-
Специфичность антител
- Антитела могут быть моноспецифичными, биспецифичными или поливалентными
- Внутривенный иммуноглобулин состоит из различных IgG
- Моноклональные антитела идентичны и производятся одной B-клеткой
-
Асимметричные антитела
- Гетеродимерные антитела позволяют прикреплять лекарства к антителам
- Формат «knobs-into-holes» улучшает цитотоксичность
- scFv фрагменты могут быть соединены для биспецифичности
-
Искусственные антитела
- Используют функциональную стратегию антител, но не ограничены их структурой
- Позволяют контролировать комбинационный дизайн и прикреплять разные комбинации лекарств
-
Межхромосомная транспозиция
- В случае малярии антитела содержат вставки из хромосомы 19
- Эти антитела могут быть специфичны к малярии
-
История антител
- Термин «антитело» впервые использован Паулем Эрлихом в 1891 году
- В 1890 году Эмиль фон Беринг и Китасато Шибасабуро описали активность антител против токсинов
- В 1920-х годах Майкл Хайдельбергер и Освальд Эйвери показали, что антитела состоят из белка
- В 1940-х годах Линнус Полинг подтвердил теорию Эрлиха о взаимодействии антител и антигенов
- В 1960-х годах были открыты различные изотипы антител, включая IgA, IgD и IgE
-
Медицинские применения
- Диагностика заболеваний основана на обнаружении антител
- Примеры: серология, диагностика вирусных инфекций
-
Иммунодиагностика
- Уровень иммуноглобулинов измеряется для характеристики профиля антител пациента.
- Повышенные уровни IgA указывают на алкогольный цирроз, IgM — на вирусный гепатит, IgG — на аутоиммунный гепатит и цирроз.
- Аутоиммунные расстройства часто связаны с антителами, связывающими собственные эпитопы организма.
- Антитела против эритроцитов выявляются с помощью теста Кумбса.
- Иммунодиагностические методы включают ELISA, иммунофлуоресценцию, вестерн-блоттинг и другие.
-
Терапия заболеваний
- Целенаправленная терапия моноклональными антителами используется для лечения ревматоидного артрита, рассеянного склероза, псориаза и рака.
- Иммунные дефициты, такие как агаммаглобулинемия и гипогаммаглобулинемия, лечатся пассивным иммунитетом.
-
Пренатальная терапия
- Анти-RhD антитела предотвращают сенсибилизацию матери к Rh-антигену плода.
- Лечение проводится до и после родов для предотвращения гемолитической болезни новорожденного.
-
Исследовательские применения
- Антитела производятся путем инъекции антигена в животных.
- Поликлональные антитела используются для идентификации и локализации белков.
- Антитела применяются в иммуноцитохимии, иммунофлуоресценции и других методах.
-
Регулирование
- Производство и тестирование антител включает валидацию процесса, очистку и характеристику антител.
- Перед клиническими испытаниями проводятся тесты на безопасность и токсичность.
- Преклинические исследования включают тестирование на перекрестную реактивность, фармакологию и токсичность.
-
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.