Przeciwciało - Antibody

Każde przeciwciało wiąże się ze specyficznym antygenem ; interakcja podobna do zamka i klucza.

Przeciwciało ( Ab ), znany również jako immunoglobuliny ( Ig ), jest duży, w kształcie litery Y białko wykorzystywane przez układ odpornościowy do identyfikacji i neutralizacji obcych ciał, takich jak bakterie chorobotwórcze i wirusy . Przeciwciało rozpoznaje unikalną cząsteczkę patogenu, zwaną antygenem . Każdy wierzchołek „Y” przeciwciała zawiera paratop (analogiczny do zamka), który jest specyficzny dla jednego konkretnego epitopu (analogicznie do klucza) na antygenie, umożliwiając tym dwóm strukturom precyzyjne wiązanie. Stosując ten mechanizm wiążący przeciwciało może oznaczyć się zarazek lub zainfekowaną komórkę do ataku przez inne części układu odpornościowego, lub może zneutralizować go bezpośrednio (na przykład blokując część wirusa, który jest niezbędny dla jego inwazji).

Aby umożliwić układowi odpornościowemu rozpoznawanie milionów różnych antygenów, miejsca wiązania antygenu na obu końcach przeciwciała są równie różnorodne. Natomiast pozostała część przeciwciała jest względnie stała. Występuje tylko w kilku wariantach, które określają klasę lub izotyp przeciwciała : IgA , IgD , IgE , IgG lub IgM . Region stały na pniu przeciwciała obejmuje miejsca zaangażowane w interakcje z innymi składnikami układu odpornościowego. Klasa określa zatem funkcję wyzwalaną przez przeciwciało po związaniu z antygenem, oprócz pewnych cech strukturalnych. Przeciwciała z różnych klas różnią się także tym, gdzie są uwalniane w organizmie i na jakim etapie odpowiedzi immunologicznej.

Wraz z limfocytami B i T , przeciwciała stanowią najważniejszą część adaptacyjnego układu odpornościowego . Występują w dwóch formach: jedna jest związana z komórką B , a druga rozpuszczalna, która jest niezwiązana i znajduje się w płynach pozakomórkowych, takich jak osocze krwi . Początkowo wszystkie przeciwciała są w pierwszej formie, przyczepione do powierzchni komórki B – określa się je wtedy jako receptory komórek B (BCR). Po związaniu antygenu z BCR, komórka B aktywuje się, proliferując i różnicując się albo w komórki plazmatyczne , które wydzielają rozpuszczalne przeciwciała z tym samym paratopem, albo komórki B pamięci , które przeżywają w organizmie, aby zapewnić długotrwałą odporność na antygen. Do krwi i płynów tkankowych oraz do wielu wydzielin uwalniane są rozpuszczalne przeciwciała . Ponieważ płyny te były tradycyjnie nazywane humorami , odporność zależna od przeciwciał jest czasami nazywana lub uważana za część odporności humoralnej . Rozpuszczalne jednostki w kształcie litery Y mogą występować pojedynczo jako monomery lub w kompleksach od dwóch do pięciu jednostek.

Przeciwciała to glikoproteiny należące do nadrodziny immunoglobulin . Terminy przeciwciało i immunoglobulina są często używane zamiennie, chociaż termin „przeciwciało” jest czasem zarezerwowany dla wydzielanej, rozpuszczalnej formy, tj. z wyłączeniem receptorów komórek B.

Struktura

Schematyczna struktura przeciwciała: dwa łańcuchy ciężkie (niebieski, żółty) i dwa łańcuchy lekkie (zielony, różowy). Miejsce wiązania antygenu jest zakreślone.
Model przeciwciała z nićmi beta
Model powierzchniowy przeciwciała na poziomie molekularnym
Dokładniejsze przedstawienie przeciwciała (struktura 3D w RCSB PDB ). Glikany w regionie Fc pokazano na czarno.

Przeciwciała są ciężkimi (~150 kDa ) białkami o wielkości około 10 nm , ułożonymi w trzy kuliste regiony, które z grubsza tworzą kształt litery Y.

U ludzi i większości ssaków jednostka przeciwciała składa się z czterech łańcuchów polipeptydowych ; dwa identyczne łańcuchy ciężkie i dwa identyczne łańcuchy lekkie połączone wiązaniami dwusiarczkowymi . Każdy łańcuch to seria domen : nieco podobne sekwencje , każda po około 110 aminokwasów . Domeny te są zwykle przedstawiane na uproszczonych schematach jako prostokąty. Lekkie łańcuchy składają się z domeny zmiennej V, L i jednej stałej domeny C L , podczas gdy ciężkie łańcuchy zawierają jedną domenę zmienną V H i 3:57 stałej domeny C H 1 C H 2, ...

Strukturalnie przeciwciało jest także podzielony na dwa fragmenty wiążące antygen (Fab), zawierających jeden V, L , V, H , C, L i C H 1 domen każda, jak również krystalizacji fragment (FC), tworzące pień Y kształt. Pomiędzy nimi znajduje się region zawiasowy łańcuchów ciężkich, którego elastyczność umożliwia przeciwciałom wiązanie się z parami epitopów w różnych odległościach, tworzenie kompleksów ( dimerów , trimerów itp.) oraz łatwiejsze wiązanie cząsteczek efektorowych.

W elektroforetycznym teście białek krwi , przeciwciała głównie migracji do tej ostatniej, gammaglobuliny frakcji. Odwrotnie, większość gamma-globulin to przeciwciała, dlatego te dwa terminy były historycznie używane jako synonimy, podobnie jak symbole Ig i γ . Ta wariantowa terminologia wypadła z użycia ze względu na niedokładną korespondencję i pomylenie z ciężkimi łańcuchami γ , które charakteryzują przeciwciała klasy IgG .

Miejsce wiązania antygenu

Domeny zmienne mogą być również określane jako region FV . Jest to subregion Fab, który wiąże się z antygenem. Dokładniej, każda domena zmienna zawiera trzy regiony hiperzmienne – widoczne tam aminokwasy różnią się najbardziej w zależności od przeciwciała. Kiedy białko fałduje się, regiony te dają trzy pętle nici β , zlokalizowane blisko siebie na powierzchni przeciwciała. Te pętle są określane jako regiony determinujące komplementarność (CDR), ponieważ ich kształt uzupełnia antygen. Trzy CDR z każdego łańcucha ciężkiego i lekkiego tworzą razem miejsce wiązania przeciwciała, którego kształt może być dowolny, od kieszeni, z którą wiąże się mniejszy antygen, do większej powierzchni, do wypukłości, która wystaje w rowek w antygenie. Zazwyczaj jednak tylko kilka reszt przyczynia się do większości energii wiązania.

Istnienie dwóch identycznych miejsc wiążących przeciwciała umożliwia cząsteczkom przeciwciała silne wiązanie się z wielowartościowym antygenem (powtarzające się miejsca, takie jak polisacharydy w ścianach komórkowych bakterii lub inne miejsca w pewnej odległości od siebie), a także tworzenie kompleksów przeciwciał i większych antygen-przeciwciało kompleksy . Powstałe sieciowanie odgrywa rolę w aktywacji innych części układu odpornościowego.

Struktury CDR zostały pogrupowane i sklasyfikowane przez Chothia et al. a ostatnio przez North et al. i Nikoloudis i in. W ramach teorii sieci immunologicznej CDR są również nazywane idiotypami. Zgodnie z teorią sieci immunologicznych adaptacyjny układ odpornościowy jest regulowany przez interakcje między idiotypami.

Region Fc

Region Fc (pień w kształcie litery Y) składa się z domen stałych z łańcuchów ciężkich. Jego rola polega na modulowaniu aktywności komórek odpornościowych: to tam wiążą się cząsteczki efektorowe, wywołując różne efekty po związaniu regionu Fab przeciwciała z antygenem. Komórki efektorowe (takie jak makrofagi lub komórki NK ) wiążą się poprzez swoje receptory Fc (FcR) z regionem Fc przeciwciała, podczas gdy układ dopełniacza jest aktywowany przez wiązanie kompleksu białka C1q . IgG lub IgM mogą wiązać się z C1q, ale IgA nie, dlatego IgA nie aktywuje klasycznego szlaku dopełniacza .

Inną rolą regionu Fc jest selektywna dystrybucja różnych klas przeciwciał w organizmie. W szczególności noworodkowy receptor Fc (FcRn) wiąże się z regionem Fc przeciwciał IgG, aby przetransportować go przez łożysko od matki do płodu.

Przeciwciała są glikoproteinami , co oznacza, że ​​zawierają węglowodany (glikany) dodane do konserwowanych reszt aminokwasowych. Te konserwatywne miejsca glikozylacji występują w regionie Fc i wpływają na interakcje z cząsteczkami efektorowymi.

Struktura białka

N-końcu każdego łańcucha znajduje się na końcu. Każda domena immunoglobulinowa ma podobną strukturę, charakterystyczną dla wszystkich członków nadrodziny immunoglobulin : składa się z od 7 (dla domen stałych) do 9 (dla domen zmiennych) β-nici , tworzących dwie harmonijki beta w motywie klucza greckiego . Arkusze tworzą kształt „kanapki”, fałd immunoglobulinowy , połączony wiązaniem dwusiarczkowym.

Kompleksy przeciwciał

Niektóre przeciwciała tworzą kompleksy, które wiążą się z wieloma cząsteczkami antygenu.

Wydzielane przeciwciała mogą występować jako pojedyncza jednostka w kształcie litery Y, czyli monomer . Jednak niektóre klasy przeciwciał tworzą również dimery z dwiema jednostkami Ig (jak IgA), tetramery z czterema jednostkami Ig (jak IgM ryb doskonałokostnych ) lub pentamery z pięcioma jednostkami Ig (jak IgM ssaków, które czasami tworzą również heksamery, z sześcioma jednostek).

Przeciwciała tworzą również kompleksy, wiążąc się z antygenem: nazywa się to kompleksem antygen-przeciwciało lub kompleksem immunologicznym . Małe antygeny mogą łączyć krzyżowo dwa przeciwciała, prowadząc również do tworzenia dimerów, trimerów, tetramerów itp. Antygeny wielowartościowe (np. komórki z wieloma epitopami) mogą tworzyć większe kompleksy z przeciwciałami. Przykład końcu jest zlepianiu, lub aglutynacji , z czerwonych krwinek z przeciwciał w teście Coombs w celu określenia grup krwi : duże grudki się nierozpuszczalną, co prowadzi do wzrokowo wytrącania .

Receptory komórek B

Postać przeciwciała związana z błoną może być nazwana immunoglobuliną powierzchniową (sIg) lub immunoglobuliną błonową (mIg). Jest częścią receptora komórek B (BCR), który umożliwia komórce B wykrywanie obecności określonego antygenu w organizmie i wyzwala aktywację komórek B. BCR składa się ze związanych z powierzchnią przeciwciał IgD lub IgM oraz powiązanych heterodimerów Ig- α i Ig- β , które są zdolne do przekazywania sygnału . Typowa ludzka komórka B będzie miała 50 000 do 100 000 przeciwciał związanych z jej powierzchnią. Po związaniu antygenu gromadzą się one w dużych łatach, które mogą przekraczać 1 mikrometr średnicy, na raftach lipidowych, które izolują BCR od większości innych receptorów sygnalizacji komórkowej . Plastry te mogą poprawić skuteczność komórkowej odpowiedzi immunologicznej . U ludzi powierzchnia komórki jest odsłonięta wokół receptorów komórek B na kilkaset nanometrów, co dodatkowo izoluje BCR od konkurencyjnych wpływów.

Klasy

Przeciwciała mogą występować w różnych odmianach, znanych jako izotypy lub klasy . U ssaków łożyskowych istnieje pięć klas przeciwciał znanych jako IgA, IgD, IgE, IgG i IgM, które są dalej podzielone na podklasy, takie jak IgA1, IgA2. Przedrostek „Ig” oznacza immunoglobulinę , a sufiks oznacza rodzaj łańcucha ciężkiego, jaki zawiera przeciwciało: typy łańcuchów ciężkich α (alfa), γ (gamma), δ (delta), ε (epsilon), μ (mu) powodują odpowiednio IgA, IgG, IgD, IgE, IgM. Charakterystyczne cechy każdej klasy są określane przez część łańcucha ciężkiego w regionie zawiasowym i Fc.

Klasy różnią się właściwościami biologicznymi, lokalizacją funkcjonalną i zdolnością do radzenia sobie z różnymi antygenami, co przedstawiono w tabeli. Na przykład przeciwciała IgE są odpowiedzialne za odpowiedź alergiczną polegającą na uwalnianiu histaminy z komórek tucznych , przyczyniając się do astmy . Region zmienny przeciwciała wiąże się z antygenem alergicznym, na przykład cząsteczkami roztoczy kurzu domowego , podczas gdy jego region Fc (w łańcuchach ciężkich ε) wiąże się z receptorem Fc ε na komórce tucznej, powodując jej degranulację : uwolnienie cząsteczek przechowywanych w jej granulkach.

Izotypy przeciwciał ssaków
Klasa Podklasy Opis
IgA 2 Występuje na błonach śluzowych , takich jak jelita , drogi oddechowe i moczowo-płciowe , i zapobiega kolonizacji przez patogeny . Występuje również w ślinie, łzach i mleku matki.
IgD 1 Działa głównie jako receptor antygenowy na komórkach B, które nie zostały wystawione na działanie antygenów. Wykazano, że aktywuje bazofile i komórki tuczne do wytwarzania czynników przeciwdrobnoustrojowych .
IgE 1 Wiąże się z alergenami i wyzwala uwalnianie histaminy z komórek tucznych i bazofilów oraz bierze udział w alergii . Chroni również przed robakami pasożytniczymi .
IgG 4 W swoich czterech formach zapewnia większość odporności opartej na przeciwciałach przeciwko inwazyjnym patogenom. Jedyne przeciwciało zdolne do przejścia przez łożysko w celu wytworzenia odporności biernej płodu .
IgM 1 Wyrażany na powierzchni komórek B (monomer) oraz w formie wydzielniczej (pentamer) o bardzo wysokiej awidności . Eliminuje patogeny we wczesnych stadiach odporności za pośrednictwem komórek B (humoralnej), zanim nie będzie wystarczającej ilości IgG.

Izotyp przeciwciała komórki B zmienia się podczas rozwoju i aktywacji komórki . Niedojrzałe komórki B, które nigdy nie były eksponowane na antygen, wyrażają tylko izotyp IgM w postaci związanej z powierzchnią komórki. Limfocyt B w tej gotowej do odpowiedzi postaci jest znany jako „ naiwny limfocyt B ”. Naiwny limfocyt B wyraża zarówno powierzchniowe IgM, jak i IgD. Koekspresja obu tych izotypów immunoglobulin sprawia, że ​​komórka B jest gotowa do odpowiedzi na antygen. Aktywacja limfocytów B następuje po związaniu cząsteczki przeciwciała związanego z komórką z antygenem, co powoduje podział i różnicowanie się komórki w komórkę wytwarzającą przeciwciała zwaną komórką plazmatyczną . W tej aktywowanej formie komórka B zaczyna wytwarzać przeciwciało w formie wydzielanej, a nie w formie związanej z błoną . Niektóre komórki potomne aktywowanych limfocytów B przechodzą przełączanie izotypów , mechanizm, który powoduje, że wytwarzanie przeciwciał zmienia się z IgM lub IgD na inne izotypy przeciwciał, IgE, IgA lub IgG, które pełnią określone role w układzie odpornościowym.

Rodzaje lekkich łańcuchów

U ssaków występują dwa rodzaje łańcucha lekkiego immunoglobuliny , które nazywane są lambda (λ) i kappa (κ). Jednak nie ma między nimi żadnej znanej różnicy funkcjonalnej i obie mogą wystąpić z dowolnym z pięciu głównych typów łańcuchów ciężkich. Każde przeciwciało zawiera dwa identyczne łańcuchy lekkie: oba κ lub oba λ. Proporcje typów κ i λ różnią się w zależności od gatunku i mogą być stosowane do wykrywania nieprawidłowej proliferacji klonów komórek B. Inne typy łańcuchów lekkich, takie jak łańcuch jota (ι), występują u innych kręgowców, takich jak rekiny ( Chondrichthyes ) i ryby kostne ( Teleostei ).

U zwierząt

U większości ssaków łożyskowych struktura przeciwciał jest zasadniczo taka sama. Ryby o szczękach wydają się być najbardziej prymitywnymi zwierzętami, które są w stanie wytwarzać przeciwciała podobne do tych u ssaków, chociaż wiele cech ich odporności adaptacyjnej pojawiło się nieco wcześniej. Ryby chrzęstne (takie jak rekiny) wytwarzają przeciwciała składające się tylko z łańcuchów ciężkich (bez łańcuchów lekkich), które ponadto charakteryzują się dłuższymi łańcuchami, każda z pięcioma domenami stałymi. Wielbłądowatych (wielbłądy, takie jak, lamy, alpaki) są również godne uwagi wytwarzania przeciwciał z łańcuchem ciężkim tylko.

Klasy przeciwciał nie występujące u ssaków
Klasa Rodzaje Opis
IgY Występuje u ptaków i gadów ; związane z IgG ssaków.
IgW Znaleziony w rekinach i łyżwach ; związane z IgD ssaków.
IgT/Z Znaleziony w rybach Teleosta

Interakcje przeciwciało-antygen

Paratop przeciwciała oddziałuje z epitopem antygenu. Antygen zazwyczaj zawiera na swojej powierzchni różne epitopy ułożone w sposób nieciągły, a dominujące epitopy na danym antygenie nazywane są determinantami.

Przeciwciało i antygen oddziałują na zasadzie komplementarności przestrzennej (zamek i klucz). Siły molekularne zaangażowane w oddziaływanie Fab-epitop są słabe i niespecyficzne – na przykład siły elektrostatyczne , wiązania wodorowe , oddziaływania hydrofobowe i siły van der Waalsa . Oznacza to, że wiązanie między przeciwciałem a antygenem jest odwracalne, a powinowactwo przeciwciała do antygenu jest raczej względne niż bezwzględne. Stosunkowo słabe wiązanie oznacza również, że przeciwciało może reagować krzyżowo z różnymi antygenami o różnym względnym powinowactwie.

Funkcjonować

Główne kategorie działania przeciwciał obejmują:

1) Przeciwciała (A) i patogeny (B) krążą swobodnie we krwi. 2) Przeciwciała wiążą się z patogenami i mogą to robić w różnych formacjach, takich jak: opsonizacja (2a), neutralizacja (2b) i aglutynacja (2c). 3) Fagocyt (C) zbliża się do patogenu, a region Fc (D) przeciwciała wiąże się z jednym z receptorów Fc (E) fagocytu. 4) Fagocytoza występuje po spożyciu patogenu.

Bardziej pośrednio, przeciwciało może sygnalizować komórkom odpornościowym, aby prezentowały fragmenty przeciwciał limfocytom T lub osłabiać inne komórki odpornościowe, aby uniknąć autoimmunizacji .

Aktywowane komórki B różnicują się w komórki wytwarzające przeciwciała zwane komórkami plazmatycznymi, które wydzielają rozpuszczalne przeciwciała lub komórki pamięci, które przeżywają w organizmie przez lata, aby umożliwić układowi odpornościowemu zapamiętanie antygenu i szybszą reakcję na przyszłe narażenie.

W okresie prenatalnym i noworodkowym obecność przeciwciał zapewnia immunizacja bierna matki. Wczesna produkcja endogennych przeciwciał różni się dla różnych rodzajów przeciwciał i zwykle pojawia się w pierwszych latach życia. Ponieważ przeciwciała swobodnie występują w krwiobiegu, mówi się, że są częścią humoralnego układu odpornościowego . Krążące przeciwciała są wytwarzane przez klonalne komórki B, które specyficznie odpowiadają tylko na jeden antygen (przykładem jest fragment białka kapsydu wirusa ). Przeciwciała przyczyniają się do odporności na trzy sposoby: zapobiegają przedostawaniu się patogenów do komórek lub ich uszkadzaniu, wiążąc się z nimi; stymulują usuwanie patogenów przez makrofagi i inne komórki przez powlekanie patogenu; i wywołują zniszczenie patogenów poprzez stymulowanie innych odpowiedzi immunologicznych, takich jak szlak dopełniacza . Przeciwciała będą również wyzwalać wazoaktywną degranulację amin, aby przyczynić się do odporności na niektóre typy antygenów (helminty, alergeny).

Wydzielana ssacza IgM ma pięć jednostek Ig. Każda jednostka Ig (oznaczona 1) ma dwa regiony Fab wiążące epitop , więc IgM jest zdolna do wiązania do 10 epitopów.

Aktywacja dopełniacza

Przeciwciała, które wiążą się z antygenami powierzchniowymi (na przykład na bakteriach) będą przyciągać pierwszy składnik kaskady dopełniacza swoim regionem Fc i inicjują aktywację „klasycznego” układu dopełniacza. Powoduje to zabijanie bakterii na dwa sposoby. Po pierwsze, wiązanie przeciwciała i cząsteczek dopełniacza oznacza drobnoustroje do spożycia przez fagocyty w procesie zwanym opsonizacją ; te fagocyty są przyciągane przez pewne cząsteczki dopełniacza generowane w kaskadzie dopełniacza. Po drugie, niektóre składniki układu dopełniacza tworzą kompleks atakujący błonę, aby pomóc przeciwciałom w bezpośrednim zabijaniu bakterii (bakterioliza).

Aktywacja komórek efektorowych

Aby zwalczyć patogeny, które replikują się na zewnątrz komórek, przeciwciała wiążą się z patogenami, łącząc je ze sobą, powodując ich aglutynację . Ponieważ przeciwciało ma co najmniej dwa paratopy, może wiązać więcej niż jeden antygen przez wiązanie identycznych epitopów znajdujących się na powierzchni tych antygenów. Powlekając patogen, przeciwciała stymulują funkcje efektorowe przeciwko patogenowi w komórkach, które rozpoznają swój region Fc.

Te komórki, które rozpoznają opłaszczone patogeny, mają receptory Fc, które, jak sugeruje nazwa, oddziałują z regionem Fc przeciwciał IgA, IgG i IgE. Zaangażowanie konkretnego przeciwciała z receptorem Fc na konkretnej komórce wyzwala funkcję efektorową tej komórki; fagocyty będą fagocytować , komórki tuczne i neutrofile ulegną degranulacji , komórki NK będą uwalniać cytokiny i cząsteczki cytotoksyczne ; co ostatecznie doprowadzi do zniszczenia inwazyjnego drobnoustroju. Aktywacja komórek NK przez przeciwciała inicjuje cytotoksyczny mechanizm zwany cytotoksycznością komórkową zależną od przeciwciał (ADCC) – proces ten może tłumaczyć skuteczność przeciwciał monoklonalnych stosowanych w biologicznych terapiach przeciwnowotworowych . Receptory Fc są specyficzne względem izotypu, co daje większą elastyczność układowi odpornościowemu, wywołując tylko odpowiednie mechanizmy odpornościowe dla różnych patogenów.

Naturalne przeciwciała

Ludzie i wyższe naczelne wytwarzają również „naturalne przeciwciała”, które są obecne w surowicy przed infekcją wirusową. Naturalne przeciwciała zostały zdefiniowane jako przeciwciała, które są wytwarzane bez wcześniejszej infekcji, szczepienia , ekspozycji na inny obcy antygen lub biernej immunizacji . Te przeciwciała mogą aktywować klasyczny szlak dopełniacza, prowadzący do lizy otoczkowych cząstek wirusa na długo przed aktywacją adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej. Wiele naturalnych przeciwciał jest skierowanych przeciwko disacharydowej galaktozie α(1,3)-galaktozie (α-Gal), która występuje jako cukier końcowy na glikozylowanych białkach powierzchniowych komórek i powstaje w odpowiedzi na produkcję tego cukru przez bakterie zawarte w ludzkie jelito. Uważa się, że odrzucenie ksenoprzeszczepionych narządów jest częściowo wynikiem naturalnych przeciwciał krążących w surowicy biorcy, wiążących się z antygenami α-Gal wyrażanymi na tkance dawcy.

Różnorodność immunoglobulin

Praktycznie wszystkie drobnoustroje mogą wywołać odpowiedź przeciwciał. Pomyślne rozpoznanie i wytępienie wielu różnych typów drobnoustrojów wymaga różnorodności przeciwciał; ich skład aminokwasowy jest różny, co pozwala im na interakcję z wieloma różnymi antygenami. Oszacowano, że ludzie wytwarzają około 10 miliardów różnych przeciwciał, z których każde jest zdolne do wiązania odrębnego epitopu antygenu. Chociaż u jednego osobnika generowany jest ogromny repertuar różnych przeciwciał, liczba genów dostępnych do wytwarzania tych białek jest ograniczona wielkością ludzkiego genomu. Wyewoluowało kilka złożonych mechanizmów genetycznych, które umożliwiają komórkom B kręgowców generowanie zróżnicowanej puli przeciwciał ze stosunkowo niewielkiej liczby genów przeciwciał.

Zmienność domeny

Regiony determinujące komplementarność łańcucha ciężkiego pokazano na czerwono ( PDB : 1IGT )

Region chromosomalny, który koduje przeciwciało jest duży i zawiera kilka odrębnych loci genów dla każdej domeny przeciwciała – region chromosomu zawierający geny łańcucha ciężkiego ( IGH@ ) znajduje się na chromosomie 14 , a loci zawierające geny łańcucha lekkiego lambda i kappa ( IGL @ i IGK@ ) znajdują się na chromosomach 22 i 2 u ludzi. Jedna z tych domen nazywana jest domeną zmienną, która jest obecna w każdym łańcuchu ciężkim i lekkim każdego przeciwciała, ale może różnić się różnymi przeciwciałami wytworzonymi z różnych komórek B. Różnice między domenami zmiennymi znajdują się w trzech pętlach znanych jako regiony hiperzmienne (HV-1, HV-2 i HV-3) lub regiony determinujące komplementarność (CDR1, CDR2 i CDR3). CDR są obsługiwane w domenach zmiennych przez konserwatywne regiony zrębowe. Locus łańcucha ciężkiego zawiera około 65 różnych genów domen zmiennych, które różnią się pod względem CDR. Połączenie tych genów z szeregiem genów dla innych domen przeciwciała generuje dużą kawalerię przeciwciał o wysokim stopniu zmienności. Ta kombinacja nazywana jest rekombinacją V(D)J omówioną poniżej.

Rekombinacja V(D)J

Uproszczony przegląd rekombinacji V(D)J łańcuchów ciężkich immunoglobulin

Rekombinacja somatyczna immunoglobulin, znana również jako rekombinacja V(D)J , obejmuje wytwarzanie unikalnego regionu zmiennego immunoglobuliny. Region zmienny każdego łańcucha ciężkiego lub lekkiego immunoglobuliny jest zakodowany w kilku fragmentach – znanych jako segmenty genów (subgeny). Segmenty te nazywane są segmentami zmiennymi (V), zmiennymi (D) i łączącymi (J). Segmenty V, D i J znajdują się w łańcuchach ciężkich Ig , ale tylko segmenty V i J znajdują się w łańcuchach lekkich Ig . Wielokrotne kopie segmentów genu V, D i J występują i są ułożone tandemowo w genomach od ssaków . W szpiku kostnym każda rozwijająca się komórka B złoży region zmienny immunoglobuliny losowo wybierając i łącząc jeden segment genu V, jeden D i jeden J (lub jeden segment V i jeden J w łańcuchu lekkim). Ponieważ istnieje wiele kopii każdego typu segmentu genów, a różne kombinacje segmentów genów można wykorzystać do wygenerowania każdego regionu zmiennego immunoglobuliny, proces ten generuje ogromną liczbę przeciwciał, z których każde ma inne paratopy , a zatem różne swoistości antygenowe. Rearanżacja kilku podgenów (tj. rodziny V2) dla immunoglobuliny łańcucha lekkiego lambda jest sprzężona z aktywacją mikroRNA miR-650, co dodatkowo wpływa na biologię komórek B.

Białka RAG odgrywają ważną rolę w rekombinacji V(D)J w cięciu DNA w określonym regionie. Bez obecności tych białek nie doszłoby do rekombinacji V(D)J.

Po tym, jak komórka B wytworzy funkcjonalny gen immunoglobuliny podczas rekombinacji V(D)J, nie może ekspresjonować żadnego innego regionu zmiennego (proces znany jako wykluczenie alleliczne ), dlatego każda komórka B może wytwarzać przeciwciała zawierające tylko jeden rodzaj łańcucha zmiennego.

Hipermutacja somatyczna i dojrzewanie powinowactwa

Po aktywacji antygenem komórki B zaczynają szybko się namnażać . W tych szybko dzielących się komórkach geny kodujące domeny zmienne łańcuchów ciężkich i lekkich przechodzą z dużą szybkością mutacji punktowych w procesie zwanym hipermutacją somatyczną (SHM). SHM powoduje w przybliżeniu jedną zmianę nukleotydu na zmienny gen, na podział komórki. W konsekwencji, wszelkie potomne komórki B będą nabywać niewielkie różnice aminokwasowe w domenach zmiennych ich łańcuchów przeciwciał.

Służy to zwiększeniu różnorodności puli przeciwciał i wpływa na powinowactwo przeciwciała do wiązania antygenu . Niektóre mutacje punktowe spowodują wytwarzanie przeciwciał, które mają słabsze oddziaływanie (niskie powinowactwo) ze swoim antygenem niż oryginalne przeciwciało, a niektóre mutacje będą generować przeciwciała o silniejszym oddziaływaniu (wysokie powinowactwo). Komórki B, które wyrażają przeciwciała o wysokim powinowactwie na swojej powierzchni, otrzymają silny sygnał przeżycia podczas interakcji z innymi komórkami, podczas gdy te z przeciwciałami o niskim powinowactwie nie będą i umrą w wyniku apoptozy . Zatem komórki B wyrażające przeciwciała o wyższym powinowactwie do antygenu będą konkurować z komórkami o słabszym powinowactwie pod względem funkcji i przeżycia, umożliwiając wzrost średniego powinowactwa przeciwciał w czasie. Proces wytwarzania przeciwciał o zwiększonym powinowactwie wiązania nazywa się dojrzewaniem powinowactwa . Dojrzewanie powinowactwa występuje w dojrzałych limfocytach B po rekombinacji V(D)J i jest zależne od pomocy limfocytów T pomocniczych .

Mechanizm rekombinacji przełącznika klas, który umożliwia przełączanie izotypów w aktywowanych komórkach B

Przełączanie klas

Przełączanie izotypów lub klas to proces biologiczny zachodzący po aktywacji komórki B, który umożliwia komórce wytwarzanie różnych klas przeciwciał (IgA, IgE lub IgG). Różne klasy przeciwciał, a tym samym funkcje efektorowe, są zdefiniowane przez regiony stałe (C) ciężkiego łańcucha immunoglobuliny. Początkowo, naiwne komórki B wyrażają tylko IgM i IgD na powierzchni komórki z identycznymi regionami wiążącymi antygen. Każdy izotyp jest przystosowany do innej funkcji; dlatego po aktywacji może być wymagane przeciwciało z funkcją efektorową IgG, IgA lub IgE, aby skutecznie wyeliminować antygen. Przełączanie klas umożliwia różnym komórkom potomnym z tej samej aktywowanej komórki B wytwarzanie przeciwciał o różnych izotypach. Podczas przełączania klas zmienia się tylko region stały łańcucha ciężkiego przeciwciała; regiony zmienne, a zatem specyficzność antygenowa, pozostają niezmienione. Zatem potomstwo pojedynczej komórki B może wytwarzać przeciwciała, wszystkie specyficzne dla tego samego antygenu, ale ze zdolnością do wytwarzania funkcji efektorowej odpowiedniej dla każdej prowokacji antygenowej. Przełączanie klas jest wyzwalane przez cytokiny; wygenerowany izotyp zależy od tego, jakie cytokiny są obecne w środowisku komórki B.

Przełączanie klas zachodzi w locus genu łańcucha ciężkiego przez mechanizm zwany rekombinacją przełączania klas (CSR). Mechanizm ten opiera się na konserwatywnych motywach nukleotydowych , zwanych regionami przełączającymi (S) , które znajdują się w DNA powyżej każdego genu regionu stałego (z wyjątkiem łańcucha δ). Nić DNA jest przerywana przez aktywność szeregu enzymów w dwóch wybranych regionach S. Egzon domeny zmiennej jest ponownie łączony w procesie zwanym łączeniem niehomologicznych końców (NHEJ) z pożądanym regionem stałym (γ, α lub ε). W wyniku tego procesu powstaje gen immunoglobuliny, który koduje przeciwciało o innym izotypie.

Oznaczenia specyficzne

Przeciwciało można nazwać monoswoistym, jeśli ma specyficzność dla tego samego antygenu lub epitopu, lub biswoistym, jeśli ma powinowactwo do dwóch różnych antygenów lub dwóch różnych epitopów na tym samym antygenie. Grupę przeciwciał można nazwać poliwalentną (lub niespecyficzną ), jeśli mają powinowactwo do różnych antygenów lub mikroorganizmów. Immunoglobulina dożylna , jeśli nie zaznaczono inaczej, składa się z wielu różnych IgG (poliklonalne IgG). Przeciwnie, przeciwciała monoklonalne są identycznymi przeciwciałami wytwarzanymi przez pojedynczą komórkę B.

Asymetryczne przeciwciała

Przeciwciała heterodimeryczne, które są również przeciwciałami asymetrycznymi, pozwalają na większą elastyczność i nowe formaty przyłączania różnych leków do ramion przeciwciał. Jednym z ogólnych formatów przeciwciała heterodimerycznego jest format „knobs-into-holes”. Ten format jest specyficzny dla części łańcucha ciężkiego regionu stałego w przeciwciałach. Część „gałek” została zaprojektowana przez zastąpienie małego aminokwasu większym. Pasuje do „dziury”, która jest zaprojektowana przez zastąpienie dużego aminokwasu mniejszym. To, co łączy „gałki” z „dziurami”, to wiązania dwusiarczkowe między każdym łańcuchem. Kształt „knobs-into-holes” ułatwia cytotoksyczność komórkową zależną od przeciwciał. Jednołańcuchowe fragmenty zmienne ( scFv ) są połączone z domeną zmienną łańcucha ciężkiego i lekkiego przez krótki peptyd łącznikowy. Łącznik jest bogaty w glicynę, która nadaje mu większą elastyczność, oraz serynę/treoninę, która nadaje mu specyficzność. Dwa różne fragmenty scFv mogą być połączone razem, poprzez region zawiasowy, z domeną stałą łańcucha ciężkiego lub domeną stałą łańcucha lekkiego. Daje to biswoistość przeciwciała, pozwalającą na swoistość wiązania dwóch różnych antygenów. Format „knobs-into-holes” zwiększa tworzenie heterodimeru, ale nie hamuje tworzenia homodimeru.

Aby jeszcze bardziej poprawić funkcję przeciwciał heterodimerycznych, wielu naukowców poszukuje sztucznych konstruktów. Sztuczne przeciwciała są w dużej mierze zróżnicowanymi motywami białkowymi, które wykorzystują funkcjonalną strategię cząsteczki przeciwciała, ale nie są ograniczone przez strukturalne ograniczenia pętli i zrębu naturalnego przeciwciała. Możliwość kontrolowania kombinacji projektu sekwencji i trójwymiarowej przestrzeni może wykraczać poza naturalny projekt i pozwalać na dołączanie różnych kombinacji leków do ramion.

Przeciwciała heterodimeryczne mają większy zakres kształtów, które mogą przybierać, a leki dołączone do ramion nie muszą być takie same na każdym ramieniu, co pozwala na stosowanie różnych kombinacji leków w leczeniu raka. Farmaceutyki są w stanie wytworzyć wysoce funkcjonalne biswoiste, a nawet wieloswoiste przeciwciała. Stopień, w jakim mogą one funkcjonować jest imponujący, biorąc pod uwagę, że taka zmiana kształtu z naturalnej formy powinna prowadzić do zmniejszenia funkcjonalności.

Historia

Pierwsze użycie terminu „przeciwciało” pojawiło się w tekście Paula Ehrlicha . Termin Antikörper (niemieckie słowo oznaczające przeciwciała ) pojawia się w zakończeniu jego artykułu „Experimental Studies on Immunity”, opublikowanego w październiku 1891 r., w którym stwierdza się, że „jeśli dwie substancje dają początek dwóm różnym Antikörperom , to same muszą być różne. ”. Jednak termin nie został zaakceptowany od razu i zaproponowano kilka innych terminów dla przeciwciała; te zawarte Immunkörper , Amboceptor , Zwischenkörper , sensibilisatrice substancję , kopuła , Desmon , philocytase , fixateur i Immunisin . Słowo przeciwciało ma formalną analogię do słowa antytoksyna i podobne pojęcie do Immunkörper (ang. immunobody body w języku angielskim). Jako taka, oryginalna konstrukcja słowa zawiera logiczną wadę; antytoksyna jest czymś skierowanym przeciwko toksynie, podczas gdy przeciwciało jest ciałem skierowanym przeciwko czemuś.

Angel of the West (2008) autorstwa Juliana Voss-Andreae to rzeźba oparta na strukturze przeciwciała opublikowana przez E. Padlana. Stworzone dla kampusu Scripps Research Institute na Florydzieprzeciwciało jest umieszczane w pierścieniu nawiązującym do Człowieka witruwiańskiego Leonarda da Vinci, podkreślając w ten sposób podobieństwo przeciwciała i ludzkiego ciała.

Badanie przeciwciał rozpoczęło się w 1890 roku, kiedy Emil von Behring i Kitasato Shibasaburō opisali aktywność przeciwciał przeciwko toksynom błonicy i tężca . Von Behring i Kitasato wysunęli teorię odporności humoralnej , proponując, że mediator w surowicy może reagować z obcym antygenem. Jego pomysł skłonił Paula Ehrlicha do zaproponowania teorii łańcucha bocznego dla interakcji przeciwciał i antygenu w 1897 roku, kiedy postawił hipotezę, że receptory (opisane jako „łańcuchy boczne”) na powierzchni komórek mogą wiązać się specyficznie z toksynami  – w interakcja i-klucz – i że ta reakcja wiązania jest wyzwalaczem do produkcji przeciwciał. Inni badacze wierzyli, że przeciwciała swobodnie występują we krwi, aw 1904 Almroth Wright zasugerował, że rozpuszczalne przeciwciała pokryły bakterie, aby oznakować je pod kątem fagocytozy i zabijania; proces, który nazwał opsoninizacją .

W latach dwudziestych Michael Heidelberger i Oswald Avery zaobserwowali, że antygeny mogą być wytrącane przez przeciwciała i wykazali, że przeciwciała są zbudowane z białek. Właściwości biochemiczne oddziaływań wiążących antygen-przeciwciało zostały bardziej szczegółowo zbadane pod koniec lat 30. XX wieku przez Johna Marracka . Kolejny duży postęp nastąpił w latach 40. XX wieku, kiedy Linus Pauling potwierdził teorię „zamka i klucza” zaproponowaną przez Ehrlicha , pokazując, że interakcje między przeciwciałami a antygenami zależą bardziej od ich kształtu niż od ich składu chemicznego. W 1948 roku Astrid Fagraeus odkryła, że komórki B w postaci komórek plazmatycznych są odpowiedzialne za wytwarzanie przeciwciał.

Dalsze prace koncentrowały się na charakterystyce struktur białek przeciwciał. Dużym postępem w tych badaniach strukturalnych było odkrycie we wczesnych latach 60. przez Geralda Edelmana i Josepha Gally'ego łańcucha lekkiego przeciwciała i uświadomienie sobie, że to białko jest takie samo jak białko Bence-Jonesa opisane w 1845 przez Henry'ego Bence'a Jonesa . Edelman odkrył następnie, że przeciwciała składają się z łańcuchów ciężkich i lekkich połączonych wiązaniami dwusiarczkowymi . Mniej więcej w tym samym czasie Rodney Porter scharakteryzował regiony wiążące przeciwciała (Fab) i ogona przeciwciała (Fc) IgG . Naukowcy ci wspólnie wydedukowali strukturę i kompletną sekwencję aminokwasową IgG, za co wspólnie otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 1972 roku . Fragment Fv został przygotowany i scharakteryzowany przez Davida Givola. Podczas gdy większość tych wczesnych badań koncentrowała się na IgM i IgG, w latach 60. zidentyfikowano inne izotypy immunoglobulin: Thomas Tomasi odkrył przeciwciało wydzielnicze ( IgA ); David S. Rowe i John L. Fahey odkryli IgD; a Kimishige Ishizaka i Teruko Ishizaka odkryli IgE i wykazali, że jest to klasa przeciwciał zaangażowanych w reakcje alergiczne . W przełomowej serii eksperymentów, które rozpoczęły się w 1976 roku, Susumu Tonegawa wykazał, że materiał genetyczny może się przegrupować, tworząc szeroką gamę dostępnych przeciwciał.

Zastosowania medyczne

Diagnoza choroby

Wykrywanie poszczególnych przeciwciał jest bardzo powszechną formą diagnostyki medycznej i od tych metod zależą zastosowania takie jak serologia . Na przykład, w testach biochemicznych do diagnozowania choroby, miano przeciwciał skierowanych przeciwko wirusowi Epsteina-Barra lub chorobie z Lyme jest szacowane z krwi. Jeśli te przeciwciała nie są obecne, albo osoba nie jest zarażona, albo infekcja miała miejsce bardzo dawno temu, a komórki B wytwarzające te specyficzne przeciwciała w naturalny sposób uległy rozkładowi.

W immunologii klinicznej poziomy poszczególnych klas immunoglobulin mierzy się za pomocą nefelometrii (lub turbidymetrii ) w celu scharakteryzowania profilu przeciwciał pacjenta. Podwyższone stężenia różnych klas immunoglobulin są czasami przydatne w ustaleniu przyczyny uszkodzenia wątroby u pacjentów, u których diagnoza jest niejasna. Na przykład podwyższony poziom IgA wskazuje na alkoholową marskość wątroby , podwyższony IgM wskazuje na wirusowe zapalenie wątroby i pierwotną żółciową marskość wątroby , podczas gdy poziom IgG jest podwyższony w wirusowym zapaleniu wątroby, autoimmunologicznym zapaleniu wątroby i marskości wątroby.

Zaburzenia autoimmunologiczne często można przypisać przeciwciałom, które wiążą własne epitopy organizmu ; wiele z nich można wykryć za pomocą badań krwi . Testem Coombsa wykrywa się przeciwciała skierowane przeciwko antygenom powierzchniowym krwinek czerwonych w niedokrwistości hemolitycznej o podłożu immunologicznym . Test Coombsa jest również używany do badań przesiewowych przeciwciał w przygotowaniu do transfuzji krwi, a także do badań przesiewowych przeciwciał u kobiet w ciąży .

Praktycznie do diagnozowania chorób zakaźnych stosuje się kilka metod immunodiagnostycznych opartych na wykrywaniu złożonego antygenu-przeciwciała, na przykład ELISA , immunofluorescencję , Western blot , immunodyfuzję , immunoelektroforezę i magnetyczny test immunologiczny . Przeciwciała wytworzone przeciwko ludzkiej gonadotropinie kosmówkowej są wykorzystywane w bez recepty testach ciążowych.

Nowa chemia dioksaborolanu umożliwia znakowanie przeciwciał radioaktywnym fluorkiem ( 18 F ), co pozwala na obrazowanie raka za pomocą pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) .

Terapia chorób

Terapia celowanymi przeciwciałami monoklonalnymi jest stosowana w leczeniu chorób takich jak reumatoidalne zapalenie stawów , stwardnienie rozsiane , łuszczyca i wiele form raka , w tym chłoniaka nieziarniczego , raka jelita grubego , raka głowy i szyi oraz raka piersi .

Niektóre niedobory odporności, takie jak agammaglobulinemia i hipogammaglobulinemia sprzężona z chromosomem X , powodują częściowy lub całkowity brak przeciwciał. Choroby te często leczy się poprzez wywołanie krótkotrwałej formy odporności zwanej odpornością bierną . Bierną odporność uzyskuje się poprzez przeniesienie gotowych przeciwciał w postaci ludzkiej lub zwierzęcej surowicy , połączonych immunoglobulin lub przeciwciał monoklonalnych na chorego osobnika.

Terapia prenatalna

Czynnik Rh , znany również jako antygen Rh D, jest antygenem znajdującym się na czerwonych krwinkach ; osoby, które są Rh-dodatnie (Rh+) mają ten antygen na swoich czerwonych krwinkach, a osoby, które są Rh-ujemne (Rh-) nie mają tego antygenu. Podczas normalnego porodu , urazu porodowego lub powikłań w czasie ciąży krew płodu może dostać się do układu matki. W przypadku matki i dziecka niezgodnych z Rh, wynikające z tego mieszanie krwi może uczulić matkę Rh- na antygen Rh na komórkach krwi dziecka Rh+, narażając resztę ciąży i wszelkie kolejne ciąże na ryzyko hemolizy. choroba noworodka .

Przeciwciała immunoglobuliny Rho(D) są specyficzne dla ludzkiego antygenu RhD. Przeciwciała anty-RhD są podawane jako część schematu leczenia prenatalnego, aby zapobiec uczuleniu, które może wystąpić, gdy matka Rh-ujemna ma płód Rh-dodatni. Leczenie matki przeciwciałami anty-RhD przed i bezpośrednio po urazie i porodzie niszczy płodowy antygen Rh w organizmie matki. Należy zauważyć, że dzieje się to zanim antygen może stymulować matczyne limfocyty B do „zapamiętywania” antygenu Rh poprzez generowanie limfocytów B pamięci. Dlatego jej humoralny układ odpornościowy nie będzie wytwarzał przeciwciał anty-Rh i nie będzie atakował antygenów Rh obecnych lub kolejnych dzieci. Leczenie immunoglobulinami Rho(D) zapobiega uczuleniu, które może prowadzić do choroby Rh , ale nie zapobiega ani nie leczy samej choroby podstawowej.

Aplikacje badawcze

Obraz immunofluorescencyjny cytoszkieletu eukariotycznego . Mikrotubule pokazane na zielono są oznaczone przeciwciałem skoniugowanym z zieloną fluorescencyjną cząsteczką FITC .

Specyficzne przeciwciała są wytwarzane przez wstrzykiwanie antygenu do ssaków , takich jak myszy , szczura , królika , kozy , owce , lub konia dużych ilości przeciwciał. Krwi wyizolowane z tych zwierząt nie zawiera przeciwciała poliklonalne przeciwciała -multiple, które wiążą się do tego samego antygenu w surowicy , które można obecnie nazywa się surowicę odpornościową . Antygeny są wstrzykiwane do kurczaków do wytwarzania przeciwciał poliklonalnych w żółtku jaja . W celu uzyskania przeciwciała, które jest specyficzne dla pojedynczego epitopu antygenu, limfocyty wydzielające przeciwciała izoluje się ze zwierzęcia i unieśmiertelnia przez fuzję z linią komórek rakowych. Połączone komórki nazywane są hybrydomami i będą stale rosły i wydzielały przeciwciała w hodowli. Pojedyncze komórki hybrydomy izoluje się przez klonowanie z rozcieńczeniem, aby wytworzyć klony komórkowe, z których wszystkie wytwarzają to samo przeciwciało; przeciwciała te nazywane są przeciwciałami monoklonalnymi . Przeciwciała poliklonalne i monoklonalne są często oczyszczane za pomocą chromatografii powinowactwa na białku A/G lub antygenu .

W badaniach oczyszczone przeciwciała są wykorzystywane w wielu zastosowaniach. Przeciwciała do zastosowań badawczych można znaleźć bezpośrednio u dostawców przeciwciał lub za pomocą specjalistycznej wyszukiwarki. Przeciwciała badawcze są najczęściej używane do identyfikacji i lokalizacji białek wewnątrzkomórkowych i zewnątrzkomórkowych . Przeciwciała są wykorzystywane w cytometrii przepływowej do różnicowania typów komórek na podstawie wyrażanych przez nie białek; różne typy komórek wyrażają różne kombinacje klastrów cząsteczek różnicowania na swojej powierzchni i wytwarzają różne białka wewnątrzkomórkowe i sekrecyjne. Są one również wykorzystywane w immunoprecypitacji w celu oddzielenia białek i wszystkiego, co jest z nimi związane (koimmunoprecypitacja) od innych cząsteczek w lizacie komórkowym , w analizach Western blot w celu identyfikacji białek rozdzielonych elektroforetycznie oraz w immunohistochemii lub immunofluorescencji w celu zbadania ekspresji białek w skrawkach tkankowych lub zlokalizować białka w komórkach za pomocą mikroskopu . Białka można również wykrywać i oznaczać ilościowo za pomocą przeciwciał, stosując techniki ELISA i ELISpot .

Przeciwciała stosowane w badaniach są jednymi z najpotężniejszych, ale najbardziej problematycznych odczynników z ogromną liczbą czynników, które muszą być kontrolowane w każdym eksperymencie, w tym reaktywności krzyżowej lub przeciwciała rozpoznającego wiele epitopów i powinowactwa, które może się znacznie różnić w zależności od warunków eksperymentalnych, takich jak: takie jak pH, rozpuszczalnik, stan tkanki itp. Podjęto wiele prób poprawy zarówno sposobu, w jaki badacze sprawdzają przeciwciała, jak i sposobów, w jakie informują o przeciwciałach. Naukowcy wykorzystujący przeciwciała w swojej pracy muszą je prawidłowo rejestrować, aby umożliwić powtarzalność ich badań (a zatem przetestowanie i zakwalifikowanie przez innych badaczy). Mniej niż połowę przeciwciał badawczych, o których mowa w artykułach naukowych, można łatwo zidentyfikować. Artykuły opublikowane w F1000 w 2014 i 2015 roku dostarczają naukowcom przewodnika do raportowania stosowania przeciwciał badawczych. Artykuł RRID jest współpublikowany w 4 czasopismach, które wdrożyły standard RRIDs do cytowania zasobów badawczych, który czerpie dane z przeciwciałaregistry.org jako źródło identyfikatorów przeciwciał (patrz także grupa w Force11 ).

Przepisy prawne

Produkcja i testowanie

Tradycyjnie większość przeciwciał jest wytwarzana przez linie komórkowe hybrydomy poprzez unieśmiertelnienie komórek wytwarzających przeciwciała przez chemicznie indukowaną fuzję z komórkami szpiczaka . W niektórych przypadkach dodatkowe fuzje z innymi liniami tworzyły „ triomy ” i „ kwadromy ”. Proces produkcyjny powinien być odpowiednio opisany i zwalidowany. Badania walidacyjne powinny obejmować co najmniej:

  • Wykazanie, że proces jest w stanie produkować w dobrej jakości (proces powinien być zwalidowany)
  • Wydajność z oczyszczania przeciwciał (wszystkie zanieczyszczenia i wirus musi być wyeliminowane)
  • Charakterystyka oczyszczonego przeciwciała ( charakterystyka fizykochemiczna , właściwości immunologiczne , aktywność biologiczna , zanieczyszczenia, ...)
  • Określenie badań klirensu wirusa

Przed badaniami klinicznymi

  • Testy bezpieczeństwa produktu: Testy sterylności ( bakterie i grzyby ), testy in vitro i in vivo na obecność wirusów przypadkowych, testy retrowirusów mysich ..., dane dotyczące bezpieczeństwa produktu potrzebne przed rozpoczęciem badań wykonalności w warunkach poważnych lub bezpośrednio zagrażających życiu, służą do ocenić niebezpieczny potencjał produktu.
  • Testy wykonalności: są to badania pilotażowe, których celem jest m.in. wczesna charakterystyka bezpieczeństwa i wstępna weryfikacja koncepcji w małej określonej populacji pacjentów (testy in vitro lub in vivo).

Badania przedkliniczne

  • Testowanie reaktywności krzyżowej przeciwciał: w celu podkreślenia niepożądanych interakcji (toksyczności) przeciwciał z wcześniej scharakteryzowanymi tkankami. Badanie to można przeprowadzić in vitro (reaktywność przeciwciała lub immunokoniugatu należy określić na szybko zamrożonych tkankach dorosłych) lub in vivo (z użyciem odpowiednich modeli zwierzęcych).
  • Przedkliniczne badania farmakologiczne i toksyczności : przedkliniczne badania bezpieczeństwa przeciwciał mają na celu identyfikację możliwej toksyczności u ludzi, oszacowanie prawdopodobieństwa i ciężkości potencjalnych zdarzeń niepożądanych u ludzi oraz określenie bezpiecznej dawki początkowej i eskalacji dawki, jeśli to możliwe.
  • Badania toksyczności na zwierzętach: badanie toksyczności ostrej, badanie toksyczności po podaniu wielokrotnym, badanie toksyczności długoterminowej
  • Farmakokinetyka i farmakodynamika badania: służy do wyznaczalnych dawek klinicznych aktywności przeciwciał, ocena potencjalnych efektów klinicznych

Przewidywanie struktury i obliczeniowe projektowanie przeciwciał

Znaczenie przeciwciał w opiece zdrowotnej i przemyśle biotechnologicznym wymaga znajomości ich struktur w wysokiej rozdzielczości . Informacje te są wykorzystywane do inżynierii białek , modyfikacji powinowactwa wiązania antygenu i identyfikacji epitopu danego przeciwciała. Krystalografia rentgenowska jest jedną z powszechnie stosowanych metod określania struktur przeciwciał. Jednak krystalizacja przeciwciała jest często pracochłonna i czasochłonna. Podejścia obliczeniowe stanowią tańszą i szybszą alternatywę dla krystalografii, ale ich wyniki są bardziej niejednoznaczne, ponieważ nie tworzą struktur empirycznych. Internetowe serwery internetowe, takie jak Web Antibody Modeling (WAM) i Prediction of Immunoglobulin Structure (PIGS), umożliwiają modelowanie obliczeniowe regionów zmiennych przeciwciał. Rosetta przeciwciało jest Nowe przeciwciała F V struktury regionu przewidywania serwer , który zawiera skomplikowanych technik w celu zminimalizowania pętli CDR i optymalizacji względną orientację łańcuchów lekkich i ciężkich, a także homologii modeli przewidywania udane dokowanie przeciwciał z ich unikalnym antygenem.

Zdolność do opisania przeciwciała poprzez powinowactwo wiązania z antygenem jest uzupełniona informacjami o strukturze przeciwciała i sekwencjach aminokwasowych dla celów zastrzeżeń patentowych. Przedstawiono kilka metod obliczeniowego projektowania przeciwciał w oparciu o strukturalne badania bioinformatyczne CDR przeciwciał.

Istnieje wiele metod stosowanych do sekwencjonowania przeciwciała, w tym degradacja Edmana , cDNA , itp.; aczkolwiek jednym z najczęstszych współczesnych zastosowań identyfikacji peptydów/białek jest chromatografia cieczowa sprzężona z tandemową spektrometrią mas (LC-MS/MS). Metody sekwencjonowania dużych objętości przeciwciał wymagają podejścia obliczeniowego do analizy danych, w tym sekwencjonowania de novo bezpośrednio z tandemowych widm masowych oraz metod przeszukiwania baz danych, które wykorzystują istniejące bazy danych sekwencji białek . Wiele wersji sekwencjonowania białek typu shotgun jest w stanie zwiększyć pokrycie poprzez zastosowanie metod fragmentacji CID/HCD/ETD i innych technik, i osiągnięto znaczny postęp w próbach pełnego sekwencjonowania białek , zwłaszcza przeciwciał. Inne metody zakładają istnienie podobnych białek, znanej sekwencji genomu lub połączonego podejścia odgórnego i oddolnego. Obecne technologie umożliwiają łączenie sekwencji białkowych z dużą dokładnością poprzez integrację peptydów sekwencjonowania de novo , intensywności i pozycyjnych wyników ufności z bazy danych i przeszukiwania homologii .

Mimetyk przeciwciał

Mimetyki przeciwciał to związki organiczne, takie jak przeciwciała, które mogą specyficznie wiązać antygeny. Składają się ze sztucznych peptydów lub białek lub opartych na aptamerach cząsteczek kwasu nukleinowego o masie molowej około 3 do 20 kDa . Fragmenty przeciwciał, takie jak Fab i nanociała, nie są uważane za mimetyki przeciwciał . Wspólne zalety w porównaniu z przeciwciałami to lepsza rozpuszczalność, penetracja tkanek, stabilność wobec ciepła i enzymów oraz stosunkowo niskie koszty produkcji. Mimetyki przeciwciał są opracowywane i wprowadzane na rynek jako środki badawcze, diagnostyczne i terapeutyczne.

Optymalne ligandy

Ligandy Optimer to nowa klasa mimetyków przeciwciał . Te ligandy powinowactwa oparte na kwasach nukleinowych są opracowywane in vitro w celu wytworzenia specyficznych i czułych ligandów powinowactwa, które są stosowane w terapii , dostarczaniu leków , bioprzetwarzaniu , diagnostyce i badaniach podstawowych .

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki