Antigene und Antikörper

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1 Antigene und Antikörper Antigene Antigen: Peptidstruktur oder eine peptidgebundene Struktur, die vom reifen adaptiven Immunsystem erkannt werden kann. Antigenität: die Fähigkeit eines Proteins, mit dem reifen adaptiven Immunsystem zu reagieren IA/Toleranz (immunogenes oder tolerogenes AG) - AG (physische, chemische, biologische Eigenschaften) - Organismus (Immunstatus) Immunogenität: die Fähigkeit eines Antigens, eine IA auzulösen Tolerogenität: die Fähigkeit, Toleranz zu induzieren APCs: Verarbeitung, Präsentierung Lymphozyten: Erkennung Antigen = Carrier (Träger) + Antigendeterminanten (Epitope) Antigendeterminante (Epiotop): der Teil eines Antigens, der mit dem Antikörper in Kontakt tritt; der immunologisch relevante Teil des AG AG-BCR/TCR-Bindung: Rezeptor-Ligand-Bindung AG-AK-Bindung: Molekül-molekülbindendes Protein -Bindung Epitop: Bindungsstelle für Rezeptor/bind. Protein Antigen = Carrier (Träger) + Antigendeterminanten (Epitopen) Lineare = kontinuierliche Determinanten: T-Ly Aminosäuren direkt nebeneinander; im nativen Molekül verborgen, nur nach Denaturierung zugänglich Konformationsdeterminanten = diskontinuierlichen Determinanten: B-Ly/AK Aminosäuren in Primärstruktur nicht unmittelbar nebeneinander; entstehen mit 3D Konformation; Denaturierung vernichtet sie Epitope Carrier Neoantigene und Haptene Neoantigen: neues Epitop nach posttranslationeller Modifizierung eines Peptidmoleküls Hapten: oft kleinmolekulare Substanz, die selbst keine Immunreaktion auslöst, nur nach Verknüpfung an einen groβmolekularen Träger Hapten Carrier Antikörper (AK) = Immunglobuline (Ig) Antikörper: lösliche Glykoproteine, die spezifisch an die Antigene binden, die ihre Produktion ausgelöst haben Synthese: aktivierte B-Zellen (Plasmazellen) -Blutplasma -extrazelluläreflüssigkeit - Sekretionsprodukte BCR: membrangebundene Form des Antikörpers Unterschied in ihren C-terminalen Enden: - Antikörper: hydrophile Sequenz, die ihre Sekretion ermöglicht - BCR: hydrophobe, in der Membran verankerte Sequenz 1

2 Immunglobuline (Ig) Serum Protein ElFo Elektrophorese der Plasmaproteine 5Proteinfraktionen Albumin, α1-, α2-, β- und γ-globuline; Mehrheit der Antikörper: in der γ-globulin-fraktion Struktur eines Antikörpermoleküls Y-förmiges Molekül 4 Polypeptidketten (UE) 2 identische leichte Ketten (L-Ketten; light chains) 2 identische schwere Ketten (H-Ketten; heavy chains) Disulfidbrücken und nichtkovalente Wechselwirkungen Ig-Domänen dominierende Struktureinheiten der leichten und schweren Ketten - globuläre Domänen - fixe Bereiche (ca. 110 AS) - ähnliche (homologe) Aminosäure-Sequenz und räumliche Struktur (Verdopplung eines gemeinsamen Vorlaufergens) - innere Disulfidbrücken Ig-Superfamilie: Ig-Domänen in anderen Molekülen (TCR, MHC-Komplex, die meisten FcRs, Proteine in Zell-Zell-Erkennungsprozessen, Adhäsionsmoleküle, Co-Rezeptoren usw.) Antikörper: variable (V-) Domänen Reifes adaptives Immunsystem: B-Zellen/AK spezifisch auf unterschiedliche Epitope Vielfalt der Antikörpermoleküle:Ig-Struktur Variable (V-) Domänen: N-terminale Bereiche der schweren und leichten Kette (V H, V L ) - hypervariable (HV-) Regionen (HV1, HV2, HV3) - Netzwerk-Sequenzen = Gerüstregionen (framework sequences; FR-sequences) (FR1, FR2, FR3, FR4) 2

3 Antikörper: variable (V-) Domänen Variabilitätsplot Antikörper: variable (V-) Domänen Variabilitätsplot Antigenbindungsstelle Aminosäuren der hypervariablen Regionen: Taschen, Gruben oder ausgedehnte Bereiche (2 identische Antigenbindungsstellen/Monomer-Ig) Antikörper: konstante (C-) Domänen Konstante (C-) Domänen: C-terminale Bereiche der schweren und leichten Ketten (C H1, C H2, C H3 und C L ) Hypervariable Regionen: Komplementarität determierende Regionen (complementarity determining regions; CDRs) Gelenkregion (hinge region) = flexible Region: ohne definierte 3D-Struktur unabhängige Bewegungen der Arme, Flexibilität Antigen-Antikörper-Komplexe Formen: -lineare - dreieckige - viereckige Variable/konstanter Bereich(e) Variable Domänen variable Bereiche (Arme des AK-Moleküls): Antigenbindung Konstante Domänen konstanter Bereich (Stamm des AK-Moleküls): Effektorfunktionen Komplementbindungsstelle: C H2 (IgG), C H3 (IgM) C1q; Fc-Rezeptor-Bindungsstelle Fc-Rezeptoren an diversen Immunzellen, u.a. Phagozyten 3

4 Begrenzte Verdauung mit Proteasen Papain: - 2 monovalente Fab-Fragmente (antigenbindende Fragmente): Antigenbindung -1 Fc-Fragment (kristallisierbares Fragment): Effektorfunktionen Pepsin: - 1 bivalentes (Fab ) 2 -Fragment: - Antigenbindung - 1 pfc -Fragment: - Effektorfunktionen Ig-Isotypen Effektorfunktionen Sequenzunterschiede im konstanten Bereich der H-Kette 5 Klassen: IgG, IgM, IgA, IgE und IgD H-Ketten: γ, µ, α, ε, δ IgG und IgA Subklassen: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4; IgA1 und IgA2 (H-Ketten: γ1, γ2, γ3, γ4; α1, α2) L- Ketten: κ oder λ Typus; 2 gleiche in einem AK-Molekül Speziesunterschiede: Mensch 7:3, Maus und Ratte 19:1 für κ zu λ Abweichungen von diesen Werten: anomale Proliferation eines B-Zelle-Klons Ig-Idiotypen Antigenspezifität Sequenzunterschieden in variablen Bereichen Isotyp und Idiotyp IgG IgM IgA IgE IgD häufigster AK im Plasma; Monomer; bivalent; die Plazenta durchdringt; sekundäre IA (wiederholte AG-Exposition); Unterschiede zwischen Subklassen: hinge Region und C H2 - Domäne funktionelle Unterschiede Pentamer: Joining (J)-Peptid und Disulfidbrücken; 10 Antigenbindungsstellen; primäre IA; membrangebundene Form: BCR Blut: Monomer, Sekretionsprodukten: Dimer (Trimer, Tetramer), J-Peptid sekretorischer Antikörper; in sezernierter Form: sekretorische Komponente; Immunabwehr an Schleimhäuten (MALT), mengenmässig wichtigster AK Monomer; keine Gelenkregion; die Mehrheit an Zelloberflächen gebunden (Mastzellen, Eosinophilen FcRs) Aktivierung der Zellen; Parasitenabwehr und Allergien einzige bekannte Funktion: bei B-Lymphozytenreifung (pathologischer Zustand: bösartige Plasmazellproliferation) Sekretion von IgA: Transzytose basale Membran der Epithelzelle: Ig-Rezeptor Vesikel: Internalisierung luminale Membran: Freisetzung von IgA in das Organlumen Wechsel der Antikörperklasse (isotype switch) proteolytische Spaltung des Rezeptors sekretorische Komponente: am IgA verbleibendes Rezeptorbruchstück Primäre IA: erste Exposition mit dem AG Sekundäre IA: wiederholter Exposition mit demselben AG 4

5 Die Verteilung der Antikörper Bezeichnungen von Antigenen/Antikörpern I. Valenz des Antikörpers: die max. Anzahl der monovalenten AG, die ein AK-Molekül binden kann Valenz des Antigens: die max. Anzahl der AK- Moleküle, damit ein AG-Molekül verknüpft werden kann Affinität (AK): Bindungsstärke zwischen einem monovalenten AG und einer AG-Bindungsstelle; die Konzentration der monovalenten AG, die zur Sättigung der Hälfte der vorhandenen AG- Bindungsstellen nötig sind Bezeichnungen von Antigenen/Antikörpern II. Avidität (AK): Gesamtstärke der Bindungen zwischen einem polyvalenten AG und einem polyvalenten AK; komplexer Begriff (z.b. Affinität, Konformation, Bindungsstellen); Gesamtheit der Affinitäten Spezifität der AG-AK-Bindung: das AG und die AG-Bindungsstelle sind zueinander komplementär Kreuzreaktion: ein AK-Molekül bindet AGs, die mit seinem spezifischen AG strukturell verwandt sind Folgen der AG-AK-Verknüpfung: Effektorfunktionen des AK-Moleküls AK-Molekül: Konformationsänderung Membranständige Antikörper: Antigen-Rezeptoren (unreife, reife B-Lymphozyten, B-Gedächtniszellen): Aktivierung (Proliferation und Differenzierung) AK-sezernierende Plasmazellen Sezernierte Antikörper: 1) Neutralisierung von Antigenen 2) Komplementaktivierung klassischer Weg (IgM, IgG) 3) Opsonierung von Antigenen Phagozyten: Fc-Rezeptoren (IgG > IgM) 5