łańcuchy lekkie L; kappa, lambda (determinują typy, podtypy)
łańcuchy ciężkie H: alfa, delta, epsilon, gama, mi (klasy, podklasy)
2 lekkie + 2 ciężkie połączone wiązaniem dwusiarczkowym
jako monomery lub polimery
IgA – w surowicy monomer, w wydzielinach dimer
IgM – pentamer
dodatkowe struktury form polimerycznych:
łańcuch łączący J – białko zawierające 8 reszt cysteinowych. nie jest niezbędny. jego brak powstawanie heksametrów zamiast pentametrów
oksydaza sulfhydrylowa – utlenia grupy SH
Łańcuchy lekkie i ciężkie składają się z :
części zmiennej (V) – leży w odcinku N-koncowym (wolne grupy aminowe łańcuchów polipeptydowych)
części stałej (C) - leży w odcinku C-koncowym (wolne grupy karboksylowe łańcuchów polipeptydowych)
Trawienie papainą:
2 fragmenty Fab (zaw. miejsce wiążące antygen)
fragment Fc (zaw. odcinki aktywujące dopełniacz i wiążące komórkowe receptory dla frag Fc)
Fragment Fd- część łańcucha ciężkiego we fragmencie Fab
Paratop – fragment wiążący antygen, dopasowany do determinanty antygenowej (epitopu)
Region zawiasowy – w pobliżu miejsca trawionego papainą, umożliwia ustawienie się Fab pod różnym kątem. Zawiera wiązanie dwusiarczkowe łączące 2 łańcuchy ciężkie. wiązań może być od 2 (IgG1) do 11 (IgG3)
Trawienie pepsyną:
fragment F(ab’)2 (jeśli rozbije się tu wiązania dwusiarczkowe – powstaną 2 fragmenty Fab’)
fragment Fc’
Fab, Fab’, F(ab’)2 – całe łańcuchy lekkie + fragmenty ciężkich (cz.zmienna +odcinek części stałej)
Fv – zawiera części zmienne łańcucha lekkiego i ciężkiego
Swoistość przeciwciała – zależy od konfiguracji przestrzennej części zmiennych łańcuchów ciężkich i lekkich. Części zmienne fragmentu Fab są różne dla przeciwciał wiążących różne epitopy. Części stałe są identyczne danej klasy.
Przeciwciała reagujące krzyżowo – mogą wiązać antygen A jak i B (bo zawierają podobne epitopy lub wiele różnych epitopów z których część jest identyczna dla obu). Miejsce wiążące antygen ma pewną elastyczność, dopasowuje się do nieco odmiennych pod względem przestrzennym antygenów.
b.małe antygeny po związaniu zagłębione we fragmencie Fab (ok. 94%powierzchni w kontakcie z przeciwciałem)
duże antygeny – pow kontaktu rozciągnięta, płaska, zawiera pofałdowania
domeny – (obszary homologiczne) powtarzające się sekwencje aminokwasów w łańcuchach lekkich i ciężkich. obejmuja ok. 110 AA i pętle zamknięte mostkami dwusiarczkowymi (ok 60AA)
części zmienne łańcuchów lekkich i ciężkich i części stałe ł.lekkich po 1 domenie
części stałe ł.ciężkich w IgA, IgG, IgD po 3 domeny
części stałe ł.cięzkich w IgE, IgM po 4 domeny (zamiast reg, zawiasowego dodatkowa domena)
L= VL + CL
γ = VH + CH1 + zawias + CH2 + CH3 (IgG)
μ = VH + CH1 + CH2 + CH3 + + ogonek (IgM)
α = VH + CH1 + zawias + CH2 + CH3 + ogonek (IgA)
δ = VH + CH1 + zawias + CH2 + CH3 + ogonek (IgD)
ε = VH + CH1 + CH2 + CH3 + CH4 (IgE)
Fałd Ig-char. konf. domen części stałych. 2 harmonijki β równolegle leżące połączone wiązaniem dwusiarczkowym. jedna zawiera 3, druga 4 pasma β (domeny części zmiennych zaw 8 a nie 7 pasm β)
IgA, IgD, IgM – dodatkowe odcinki ogonowe w IgA i IgM uczestniczą w tworzeniu form polimerycznych.
Immunoglobuliny będące receptorami na pow komórek limfocytowych B wbudowane są fragm C-końcowymi w ich błonę.
Wszystkie Ig zawierają przyłączone łańcuchy cukrowe
Izotypowe - uwarunkowane przez pewne różnice w budowie łańcuchów ciężkich i lekkich. umożliwiają podział na klasy i typy. zdrowi ludzi mają wszystkie odmiany izotopowe (wszystkie klasy, typy przeciwciał)
Allotypowe – zależne od obecności w łańcuchach ciężkich i lekkich różnych aminokwasów określonej pozycji łańcucha polipeptydowego. U różnych osobników jednego gatunku różne odmiany allotypowe. Bo geny budujące Ig są polialleliczne. Do immunizacji przeciw determinantom allotypowym dochodzi w następstwie przetoczeń krwi, ciąż i przeszczepów allogenicznych.
Idiotypowe – związane z różnicami w budowie części zmiennych łańcuchów polipeptydowych. Przeciwciała o tej samej swoistości mają te same markery idiotypowe.
wiążąc antygeny na powierzchni komórki (zakażonych , nowotworowych, na pow mikroorganizmów) indukują ich zniszczenie przez:
aktywność dopełniacza
indukcję immunofagocytozy
indukcję cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał
wiążąc antygen na pow mikroorganizmu mogą blokować ich wnikanie np. przez nabłonek jelit
wiążąc toksyny mogą blokować ich działanie
wydzielnicze IgA mogą interferować z formowaniem się wirusów już podczas przechodzenia (transcytozy) do światła jelita przez zakażone enterocyty
IgG mogą neutralizować toksynę – listeriolizynę O w komórkach zakażonych przez Listeria Monocytogenes.
w surowicy mało, większość na błonach śluzowych
funkcja – główny element obrony błon surowiczych i śluzowych przed mikroorganizmami (błony to największe wrota zakażenia)
osocze – formy monomeryczne 80-95%, formy polimeryczne z łańcuchem łączącym J (dimery)
wydzieliny (łzy, pot, wydzieliny gruczołów przewodu pok, uk oddechowego, uk moczowego) – formy dimeryczne z łańcuchem łączącym J i dodatkowym fragmentem wydzielniczym S (wydzielnicze IgA S-IgA)
S-IgA stanowią tez 5-10% polimerycznych igA w surowicy
podklasy: IgA1, IgA2
region zawiasowy w IgA1 długi, w IgA2 krótki
IgA2 dzięki krótkiemu reg zawiasowemu odporna na działanie proteaz bakteryjnych i proteaz w przewodzie pokarmowych
IgA w surowicy – 80-90% IgA1, w wydzielinach – w różnych ilościach IgA1, IgA2
cecha charakterystyczna IgA1 ł.lekkie związane wiązaniem dwusiarczkowym ze sobą a nie z ł.cięzkimi (fragmenty fab są zbliżone a ich ruchliwość ograniczona)
występują wraz z IgM na pow. limfocytów B, które nie zetknęły się jeszcze z antygenami jako ich receptory immunoglobulinowe.
region zawiasowy długi duża ruchliwość fragmentów Fab wobec siebie
funkcja – jako receptory limf B bardzo skuteczne w wiązaniu antygenów, indukowanie dojrzewania powinowactwa przeciwciał.
nie mają regionu zawiasowego (zamiast niego dodatkowa domena w cz.stałych ł.cięzkich)
w odróżnieniu od IgM nie zawiera odcinków ogonowych
funkcja – wiążą się z odpowiednimi receptorami FcR na komórkach tucznych wywołując po związaniu antygenu degranulację komórek tucznych (reakcja anafilaktyczna)
wszystkie podklasy IgG zaw region zawiasowy
IgG1, G2, G4 – wiążą się fragmentami Fc z białkiem A gronkowca złocistego
wszystkie IgG – wiążą się fragmentami Fc z białkiem G paciorkowca
funkcje receptora dla fragmentu Fc IgG (FcγR)
dzięki FcγR komórki κ sa zdolne do zabicia kom opłaszczonych przez IgG w wyniku cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał
komórki żerne dzięki obecności na nich FcγR fagocytują komórki i cząsteczki opłaszczone przeciwciałami w procesie immunofagocytozy
funkcja – walka z mikroorganizmami wnikającymi do naszych tkanek (w surowicy najwięcej ze wszystkich Ig)
przy długiej stymulacji antygenem najpierw przeważa IgG1, potem IgG4
IgG (bez G4) i IgM inicjują klasyczną drogę aktywacji dopełniacza
z udziałem receptora FcR transportowane przez łożysko do płodu
syntetyzowane w początkowej fazie odpowiedzi immunologicznej, pierwsze przeciciała syntetyzowane w rozwoju osobniczym
ich uwalnianie jeszcze przed dojrzewaniem powinowactwa (więc ich powinowactwo do antygenu małe)
mają jednak az 10 frag Fab wię łącza się z antygenami z dużą awidnością
normalnie w postaci pentameru w kształcie płatka śniegu, jeśli łączy antygen z wieloma identycznymi, ułożonymi liniowo epitopami przybiera kształt kraba.
przemieszczenie monomerów w obrębie pentameru eksponuje fragment fc, sprzyja aktywacji dopełniacza i fagocytozie
IgM 100-400 x efektywniej aktywują dopełniacz niż IgG
IgM zew. dod. łańcuchy węglowodanowe w domenach Cμ1, Cμ2, Cμ3 oraz odcinki ogonowe
5% IgM osocza w postaci heksamerow
heksamery IgM aktyw dopeł. 20 razy skuteczniej niż pentamery, są wytwarzane w odp. na lipopolisacharydy bakteryjne
w surowicy niewiele monomerów IgM ich stężenie wzrasta w reumatoidalnym zapaleniu stawów
Ciąża konfliktowa – przeciwciała przeciw antygenom erytrocytarnym płodu wywołują chorobę hemolityczną noworodka
Matka z chorobą autoimmunizacyjną – przeciwciała matki powodują zmiany patologiczne płodu
odporność przeciwzakaźna noworodka dzięki IgG matki przechodzące przez łożysko dzięki receptorom dla fragmentu Fc IgG na komórkach trofoblastu (czynny transport powoduje większe stęż IgG u płodu niż u matki)
w okresie płodowym pojawiają się IgM, wytwarzanie IgG dopiero po urodzeniu
stęż matczynego IgG spada (znika w 9 miesiącu życia), stęż IgG noworodkowe rośnie (po 12 miesiącu 60% stężenia dorosłych)
skrzyżowanie krzywych stężeń zanikających matczynych i przybywających noworodkowych 2/3 miesiąc życia (wtedy ogólne stęż IgG najmniejsze)
wcześniaki – zmniejszona odporność bo krótszy napływ IgG matczynych
matki przekazują z mlekiem IgA (bo wytwarzanie u noworodka dopiero po urodzeniu)
Wartościowość – liczba determinant antygenowych które może związać cząsteczka przeciwciała. (IgG, IgD, IgE mają po 2 miejsca wiążące 2-wartościowe, IgA 2- lub 4-wartościowe, IgM 10-wartościowe)
Powinowactwo (affinity) – siła wiązania pojedynczej determinanty antygenowej przez miejsce wiążące antygen.
Teoria selekcji klonów komórkowych jest możliwe powstanie olbrzymiej liczby klonów limfocytów gotowych do swoistej odpowiedzi na wiele różnych antygenów przed ich wtargnięciem do ustroju. po wtargnięciu antygenu do org, dochodzi do selekcji wyszukujących i rozpoznających go limfocytów określonego klonu.
część stała gen C
część zmienna ł.lekkiego gen V (variable), J (joining)
część zmienna ł.cięzkiego gen V, J, D (diversity)
geny części zmiennych we wszystkich komórkach (oprócz limfocytów B i plazmocytów) oddalone od siebie i genu C niekodowanym odcinkiem DNA
geny V oddalone od siebie o około 12 tysięcy par zasad (nawet do 50000pz między V6-1 i V1-2)
Każdy gen V zawiera dwa egzony:
egzon od końca 5’ – koduje pierwsze 16AA peptydu sygnałowego
egzon od końca 3’ – koduje ostanie 3 AA peptydu sygnałowego ?
peptyd sygnałowy umożliwia przejście łańcuchom Ig przez ER, następnie ulega usunięciu
egzon drugi genu V koduje 2 regiony hiperzmienne (CDR1, CDR2) i 3 regiony zrębowe (FR1, FR2, FR3)
koniec 3’ genu, cały gen D, koniec 5’ genu J budują trzeci region hipermiznny (CDR3)
Geny łańcuchów ciężkich -- w kierunku 5’3’: sto kilkadziesiąt genów V, kilkadziesiąt genów d, kilka genów J, dalej geny C (chromosomy 14,15,16)
Geny łańcucha lekkiego κ – w kierunku 5’ 3’: sto kilkadziesiąt genów V, kilka genów J, dalej pojedynczy gen C (chromosom 2)
Geny łańcucha lekkiego λ – w kierunku 5’3’: geny J i C występują w kilku kompleksach z których każdy składa się z 1 genu J w bliskim sąsiedztwie 1 genu C. Cztery takie kompleksy ulęgają ekspresji i mamy 4 odmiany izotypowe łańcuchów λ (chromosom 22)
Zmienność kombinacyjna
W trakcie formowania się ostatecznego genu dla ł.ciężkiego w procesie różnicowania się ostatecznego genu dla ł,ciężkiego w procesie różnicowania się prekursorów limfocytów B zbliżają się do siebie w drodze rekombinacji geny:
1 spośród stu kilkudziesięciu genów V
1 spośród kilkudziesięciu genów D
1 spośród kilku genów J
jest 7 rodzin genów V u człowieka (są w ok. 80% homologiczne w obrębie 1 rodziny)
część genów V to pseudogeny i nie ulęgają transkrypcji
najpierw połączenie genu D i J , potem sekwencja DJ łączy się z jednym z genów V
różnorodność możliwości połączeń różnorodność części zmiennych
łączenie się nie jest zupełnie przypadkowe preferowane są geny V leżące bliżej J (teoria że preferowane geny V tworzą przeciwciała o strategicznej roli w org)
łączenie się genów enzym rekombinaza (rozpoznaje sekwencje sygnałowe w każdym z tych genów)
leżące proksymalnie heptamery CACAGTG
leżące dystalnie nanomery ACAAAAACC
Heptamer i nanomer oddzielone 12 – lub 23-nukleotydowymi wstawkami
Sekwencje sygnałowe łącza się tylko wtedy jeżeli w jednej wstawka jest 12- a w drugiej 23-nukleotydowa.
wstawka 12-nukleotydowa – geny D po str 5’ i 3’
wstawka 23-nukleotydowa – geny VH po str 3’ i geny JH po stronie 5’
Dzięki temu gen J dla ł.cięzkiego może się łączyc z D a ten z genem V (nie może zajść bezpośrednie połączenie V i J)
Heptamery sekwencji sygnałowych tworzą ZŁĄCZE SYGNAŁOWE
Sekwencje kodujące V, D, J łącząc się tworzą ZŁĄCZE KODUJACE
rekombinacja zachodzi na drodze:
wypetlenia i delecji – powstaje koliste DNA zawierające złącza sygnałowe (w jadrach dojrzewających limfocytów B)
inwersję – (rzadziej) tylko w wypadku gdy kierunki transkrypcji genów są przeciwne
Produkty genów (RAG1, RAG2 – recombination activating gene) – ważna rola w rekombinacji genów VDJ w limfocytach B i T. Odpowiadają za pojawienie się nacięć w obydwu niciach DNA i mają właściwości transpozazy
W rekombinacji uczestniczą tez białka uczestniczące w naprawie DNA.
Łąńcuchy lekkie: - genów V jest znacznie mniej
brak genu D
w trakcie rekombinacji V i J rzadko obserwuje się także powstawanie regionów N
najpierw rekombinacja genów dla łańcucha κ, jeżeli się nie powiedzie nastepuje rekombinacja genów dla łańcuchów λ
duża różnorodność występuje także dzięki zmienność na złączach między V i D oraz między D i J
złącze sygnałowe tworzy się precyzyjnie i prowadzi do powstania kolistego DNA
przy tworzeniu złącza kodującego następuje delecja pewnej liczby nukleotydów i insercja nowych (zachodzi bezmatrycowo! – powstają zupełnie nowe geny)
transferaza nukleotydów terminalnych - doczepia nukleotydy na złączach V/D i D/J.
nowo powstałe odcinki DNA na złączach - regiony N. (składają się gł z G i C)
przeciwciała powstające najwcześniej w rozwoju - ograniczona różnorodność bo limfocyty B powstające najwcześniej mają niewielką zdolność do tworzenia regionów N.
nukleotydy P – 1 lub 2 nukleotydy dodawane na złączu kodującym nie bezładnie tak jak w regionie N ale komplementarnie do ostatnich nukleotydów złącza. Przyłączane do tych złączy które nie straciły nukleotydów.
Proces chwytania oligonukleotydów - przyłączanie do złącza krótkich oligonukleotydów odciętych w innym miejscu w procesie rekombinacji. Dodatkowe źródło zmienności na złączach.
rekombinacja nieproduktywna – kiedy dodana lub usunięta liczba nukleotydów nie jest wielokrotnością trzech, zmiany na złączach prowadzą do zmiany ramki odczytu genu VDJ i powstają kodony nonsensowne kończące transkrypcję.
sposób obrony przed nieproduktywną rekombinacją – wewnątrz segmentów VH ukryte są sekwencje sygnałowe umożliwiające wymianę segmentu V w obrębie VDJ na drodze dodatkowej rekombinacji na inny segment V.
Ponowne rekombinacje genów immunoglobulinowych w cyklu życiowym limfocytu B:
redagowanie receptora - gdy dojrzewający w szpiku limfocyt B rozpoznaje z dużym powinowactwem autoantygen swoimi receptorami BCR. Następuje ponowna rekombinacja genów dla łańcucha lekkiego. Dzięki temu traci autoagresję.
ponowne redagowanie receptora – proces w grudkach limfatycznych gdy limfocyt B w wyniku mutacji somatycznych stracił powinowactwo do antygenu
Najczęściej mutacje punktowe , rzadziej delecje, insercje lub konwersje.
prowadzą do zmiany pojedynczego aminokwasu w części zmiennej ł. lekkiego i ciężkiego
głównie w sekwencjach kodujących regiony hiperzmienne
zachodzą w czasie stymulowanej przez antygen proliferacji i różnicowania limfocytów B w komórki pamięci między 6 i 14 dniem od kontaktu z antygenem
1 mutacja na 1000 par zasad w ciągu 1 cyklu komórkowego- bardzo często (hipermutacja)
wynikiem mutacji jest wymiana 1% nukleotydów – dużo nowych wariantów
korzyści z użycia w limfocytach B groźnego mechanizmu mutacji:
dzięki mutacjom zachodzi tak zwane dojrzewanie odpowiedzi immunologicznej albo dojrzewanie powinowactwa (wzrost powinowactwa do danego antygenu)
dzięki mutacjom limfocyty B mogą dogonić mutujący mikroorganizm, którego antygeny mogą się zmieniać (ryzyko powstanie autoagresji)
synteza łańcucha ciężkiego
przerwanie rekombinacji w obrębie genów kodujących łańcuch ciężki
rozpoczęcie rekombinacji genów łańcucha lekkiego κ
po przejściu do światła siateczki, łańcuch ciężki łączy się z należącym do białek opiekuńczych białkiem wiążącym przytrzymującym go w oczekiwaniu na łańcuch lekki
białko wiążące wiąże hydrofobowe sekwencje łańcuchów ciężkich zapobiegając ich agregacji oraz wiąże wolne łańcuchy lekkie
powstałe immunoglobuliny przechodzą do aparatu Golgiego gdzie dołączane są do nich grupy węglowodanowe
Przyczyny wybitnej różnorodności przeciwciał:
występowanie segmentów V, D, J w wielu wariantach
rekombinacja łącząca przypadkowo segmenty genowe V, D, J w trakcie formowania się genu dla części zmiennych łańcuchów ciężkich i segmenty V i J dla części zmiennych łańcuchów lekkich (zmienność rekombinacyjna)
zmienność na złączach segmentów genowych V, D i J (delecja nukleotydów na złączach, regiony N, nukleotydy P, chwytanie oligonukleotydów)
mutacje somatyczne
Limfocyty B wytwarzają w krótkim czasie IgM a potem IgD o identycznej swoistości
Limfocyt wytwarza przeciwciała różnych klas z zachowaniem tych samych części zmiennych bo geny dla części stałych łańcuchów ciężkich leżą w genomie w kierunku 3’ od segmentów V, D, J w odpowiedniej kolejności (μ,δ,γ3,γ1,α1,γ2,γ4,ε,α2)
Przeciwciała IgM i IgD powstają jednocześnie przez alternatywne składanie pierwotnego transktyptu obejmującego segmenty VDJ, μ i δ.
zmiana klas na inną niż IgM i IgD dopiero po rozpoznaniu przez limf B swoistego antygenu (konieczna pomoc Th)
w czasie kontaktu limf B i Th na granicy strefy korowej i przykorowej węzła limf B prezentuje limfocytowi T antygen który rozpoznał
kontakt cząsteczek CD40-CD154 oraz cytokiny (np. IL4) bodziec do zmiany klas
mechanizm zmiany klas ponowna rekombinacja genów immunoglibulinowych. Odcinek nici DNA z genami μ i δ zostaje wypętlony i usunięty dzięki czemu kompleks VDJ znajduje się bezpośrednio przez genem kodującym część stałą przeciwciała odpowiedniej klasy.
zmiana może być jednorazowa np. na IgG, IgE, IgA albo limfocyt zmienia syntezę przeciwciał IgM na IgG, a potem na IgE lub IgA