wyklad_z_immunologi_II.doc

WYKŁAD II  IMMUNOLOGIA

08.03.08r.             

ANTYGENY (immunogen) to czynnik natury ożywionej i nieożywionej, które wprowadzone do ustroju kręgowców- wzbudzają odpowiedź immunologiczną i swoiście reagują z produktami tej odpowiedzi, a więc przeciwciałami przypadku, odpowiedzi humoralnej lub limfocytami  przypadku odpowiedzi komórkowej.

Antygeny cechują następujące właściwości:

·         IMMUNOGENNOŚĆ- czyli zdolność pobudzania do wytwarzania immunoglobulin lub swoistej odpowiedzi komórkowej.

·         SWOISTOŚĆ (antygenowość)- zdolność do swoistego łączenia się z immunoglobulinami (zarówno wolnymi jak i stanowiącymi receptory limfocytów B) i receptorami limfocytów. Antygen mający tylko tę drugą właściwość nazywamy haptenem. Immunogennością zaskakuje on dopiero po połączeniu z nośnikiem.

EPITOP- to miejsce rozpoznawane i wiązane przez przeciwciała i receptory komórek T. Struktury te zlokalizowane są na cząsteczce antygenu lub w jej obrębie, czyli stanowią część cząsteczki antygenu.

- są bardzo małe- odpowiadają 4 lub 5 aminokwasom;

- mogą być linearne (ciągła sekwencja aminokwasowi lub konfirmacyjne (obejmują reszty aminokwasowe zlokalizowane w pobliżu siebie ale nie sąsiadujące ze sobą;

- mogą występować na powierzchni antygenu (epitopy topograficzne) lub wewnątrz cząsteczki (epitopy wewnętrzne).

FUNKCJE:

- determinują swoistość cząsteczki antygenu i dlatego są określane mianem determinant antygenowych;

- tylko epitopy dostępne przestrzennie są immunoreaktywne czyli zdolne do oddziaływania z homologicznymi przeciwciałami (homologicznym paratopem).

PODZIAŁ ANTYGENÓW:

- ANTYGENY RESZTKOWE (HAPTENY)- nie posiadają właściwości immunogennych. Immunogenność antygenowość wykazują dopiero po połączeniu z immunogennym nośnikiem. Nośnikami takimi mogą być: albuminy, globuliny albo syntetyczne polipeptydy. Takimi ,,niekompletnymi” antygenami mogą być antybiotyki jak: penicylina, gentamycyna czy aspiryna lub niskocząsteczkowe związki.

- ANTYGENY PEŁNOWARTOŚCIOWE- antygeny pełnowartościowe wykazują antygenowość jaki i immunogenność.

PODZIAŁ ANTYGENÓW ZE WZGLĘDU NA WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE:

- antygeny białkowe (np. białka krwi: albuminy surowicze, białka tkankowe-kolagen, hormony-insulina). Są nimi również kompleksy białek z lipidami (lipopropeidy), wielocukrami (glikoproteiny), kwasami nukleinowymi (nukleoproteidy), a także połączenia białek z prostymi związkami.

- antygeny węglowodanowe- cząsteczki wielocukrów nie wykazują dostatecznie złożonej budowy aby stać się pełnymi immunogenami. Duża ich liczba ulega szybkiej degradacji w organizmie- ich kontakt z układem immunologicznym jest zbyt krótki, aby wywołać odpowiedź obronną. Większość nie znaczy jednak wszystkie. Immunogenami mogą być antygeny wielocukrowe drobnoustrojów tj. np. otoczki pneumokoków, czyli lipopolisacharydy;

- antygeny lipidowe- kardiolipina

PODZIAŁ ANTYGENÓW ZE WZGLĘDU NA ICH ZWIĄZEK Z IMMUNOGLOBULINAMI:

- antygeny ksenogeniczne- to antygeny pochodzące od gatunku innego niż ten w którym wytworzone zostały przeciwciała;

- antygeny alogeniczne- to antygeny pochodzące od osobników tego samego gatunku co wytworzone immunoglobuliny, ale różnych genetycznie linii;

- antygeny izogeniczne- pochodzące od różnych, ale spokrewnionych ze sobą osobników tego samego gatunku co immunoglobuliny. Przykładem są antygeny grupy krwi;

- antygeny autogeniczne- pochodzące od tego samego osobnika, od kt,orego pochodzą immunoglobuliny.

AUTOANTYGENY- to substancje własne ustrojów, które w pewnych warunkach stały się dla niego immunogenne zostały podzielone na:

- wrodzone autoantygeny- antygeny lub komórki wrodzone;

- nabyte antygeny.

PRZECIWCIAŁA

Historia

- Emil Bering

- Susumu Tonegawa

- Cesar Milstein, Georges Kohler – zdobywcy Nagrody Nobla za odkrycie metody produkcji przeciwciał monoklonalnych.

IMMUNOGLOBULINY(przeciwciała)- mają zdolność swoistego łączenia się z antygenem i określone są jako najważniejsze cząsteczki układu odpornościowego. Immunoglobuliny występują w płynach ustrojowych wszystkich kręgowców; określone są jako białka surowicy krwi zaliczane do γ-globulin.

Immunoglobuliny wytwarzane przez organizm rozdzielone są równo między obszarem wewnątrznaczyniowym i zewnątrznaczyniowym (głównie limfatycznym). Każdego dnia 25% ogólnej ilości przeciwciał wymienia się w wyniku obmywania tkanek przez białka osocza.

BUDOWA PRZECIWCIAŁ:

- cząsteczka immunoglobuliny jest zbudowana z czterech łańcuchów polipeptydowych: 2 lekkich (light) i 2 ciężkich (heavy);

- łańcuchy są połączone wiązaniami dwusiarczkowymi S-S;

- w zależności od różnic w budowie łańcuchów ciężkich α(alfa), δ(delta), ε(epsilon), γ(gamma), μ(mi) immunoglobuliny można podzielić na pięć klas: IgA, IgD, IgE, IgG, IgM;

- łańcuchy lekkie mogą występować w dwóch wariantach: typu κ(kappa), λ(lambda)- róznice w ich budowie są podstawą podziału immunoglobulin na podklasy.

Obok immunoglobulin zbudowanych z 4 łańcuchów (forma monomeryczna) są znane formy polimeryczne.

·         W łańcuchach ciężkich i lekkich można wyróżnić części zmienne (V) wykazujące znaczną zmienność w składzie aminokwasowym oraz części stałe (C) mające stałe sekwencje aminokwasowe;

·         Regiony hiperzmienne- szczególne odcinki części V, mające bardzo dużą zmienność składu aminokwasowego, są to regiony determinujące komplementarność;

·         Obecność regionów hiperzmiennych jest ważne dla funkcjonowania paratopu. Rejony te determinują swoistość przeciwciał- rejony CDR;

·         W wyniku trawienia papainą cząsteczka Ig rozpada się na dwa identyczne fragmenty Fab, które zawierają miejsca wiążące antygeny oraz fragmenty Fc;

·         W pobliżu miejsca wrażliwego na papainą, znajduje się region zawiasowy, umożliwiający ustawienie się fragmentów Fab pod różnym kątem;

·         Fragment Fab jest jednowartościowy, czyli wiąże tylko jeden antygen;

·         Fragment Fc aktywuje kaskadę dopełniacza.

Immunoglobuliny mają trzy różne rodzaje markerów antygenowych pozwalających na ich klasyfikację.

MARKERY IZOTOPOWE-znaczniki izotopowe

- uwarunkowane przez zasadnicze różnice w budowie łańcuchów ciężkich lekkich;

- zdrowi osobnicy zazwyczaj posiadają odmiany izotopowe immunoglobulin.

MARKERY ALLOTYPOWE

- zależne od obecności w łańcuchach ciężkich lekkich różnych aminokwasów określonej pozycji łańcucha polipeptydowego;

- do immunizacji przeciwko determinantom allotypowych dochodzi w następstwie przetoczenia krwi, ciąż i przeszczepów alogenicznych.

MARKERY IDIOTYPOWE

- związane z różnicami w budowie części zmiennych łańcuchów polipeptydowych (szczególnie regionów superzmiennych);

- przeciwciała mające tę samą swoistość mają te same markery idiotypowe.

WŁAŚCIWOŚCI PRZECIWCIAŁ:

- wiążąc antygeny na powierzchni niektórych komórek, np. zakażonych wirusami lub nowotworami, bądź na powierzchni niektórych mikroorganizmów mogą indukować ich zniszczenie przez: aktywację dopełniacza, indukcję immunofagocytozy, indukcję cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał;

- wiążąc antygen na powierzchni mikroorganizmów mogą blokować ich wnikanie np. przez nabłonek jelit;

- wiążąc toksyny mogą blokować ich działanie;

- wiążąc antygeny na cząsteczkach lub komórkach mogą indukować zlepianie się (aglutynację);

- niektóre przeciwciała (abzymy) mogą spełniać rolę enzymów stosunku do wiązanych przez siebie antygenów.

KLASY PRZECIWCIAŁ

Przeciwciała klasy IgA

·         Obecne są w surowicy, wydzielinach surowiczo-śluzowych, wydzielinach gruczołów potowych i łojowych;

·         Wydzielnicze S-IgA stanowią główny element obrony błon surowiczo-śluzowych przez inwazję mikroorganizmów;

·         Mikroorganizmów osoczu IgA występują w postaci monomerów (8-90%), resztę stanowią formy polimeryczne posiadające łańcuch J- są to tzw. Formy dimeryczne;

·         Istnieją dwie podklasy przeciwciał IgA: monomeryczne IgA1 (80-90% w surowicy) z regionem zawiasowym z 20 aminokwasami oraz dimeryczna forma IgA2 (wydzielnicza) z regionem zawiasowym zbudowanym z 7 aminokwasów.

Właściwości:

- chronią powierzchnię błon śluzowych przez wiązanie się do cząsteczek adhezyjnych wytwarzanych przez potencjalne patogenny co zapobiega ich adherencji i kolonizacji;

- składnik wydzielniczy S IgA to łańcuch polipeptydowi, wytwarzany przez egzokrynne komórki nabłonkowe- ułatwia on transport S IgA do wydzielin jak również chroni ją przed atakiem proteolitycznym.

Przeciwciała klasy IgD

·         IgD pojawiają się na powierzchni błony komórkowej limfocytów mogą brać udział w ich aktywacji, odgrywając role receptora dla antygenu;

·         Wykazują swoistość wobec wielu haptenów takich jak penicylina, insulina, taksoid błoniczy;

·         Wrażliwe na działanie podwyższonej temperatury i niestabilne w kwaśnym środowisku;

·         Przepisuje się im udział w indukowaniu dojrzewania powinowactwa przeciwciał.

Przeciwciała klasy IgE

·         W normalnej surowicy występuje w śladowych ilościach;

·         Wytwarzane w śledzionie, migdałkach oraz węzłach chłonnych;

·         Są związane z chorobami atypowymi (astma, anafilaksja);

·         Posiadają własność homcytotropowe- wykazują powinowactwo wobec komórek organizmu. Które je wytworzył, szczególnie wobec komórek tucznych i bazofili;

·         Po związaniu z alergenem powodują uwalnianie z komórek histaminy i innych mediatorów;

·         Odgrywają ważną rolę w odporności przeciwko niektórym chorobom pasożytniczym wywoływanym przez robak.

Reakcje alergiczne

                                                             Wdychanie pyłku

                                                                           ↓

Alergeny (rozpuszczalne antygeny) na powierzchni ziaren pyłku, stymulują uwalnianie immunoglobulin IgE z komórek plazmatycznych

↓

Cząsteczki IgE wiążą się z receptorami komórek tucznych w wyściółce górnych dróg oddechowych

↓

Alergen wiąże się ze zmiennym segmentem (V) cząsteczki IgE

↓

Komórki tuczne uwalniają histaminę i inne związki

                                                                ↓                                                          ↓

              Rozszerzanie naczyń krwionośnych                              wzrost przepuszczalności ścian naczyń                          

                                                                                                                   Włosowatych

                                                           ↓                                                          ↓

                                          obrzęk, zaczerwienienie, zwężenie światła dróg oddechowych.

Przeciwciała klasy IgG

·         Są główną klasą immunoglobulin występującą w ludzkiej surowicy, stanowią 75% wszystkich prawidłowych przeciwciał surowicy;

·         Cząsteczkę tworzą dwa identyczne pary łańcuchów ciężkich H i lekkich L, które SA powiązane wiązaniami dwusiaczkowymi;

·         Są jedyna klasą immunoglobulin, która przechodzi, przez łożysko matczyne IgG stanowią zasadniczą linię obrony u niemowląt;

·         Występują u człowieka w 4 podklasach: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4;

·         Cztery podklasy różnią się nieznacznie pod względem sekwencji aminokwasów. Większość różnic dotyczy regionu zawiasowego;

·         Wraz z IgM inicjuje klasyczną drogę aktywacji dopełniacza mogą dzięki temu zapoczątkować proces zabijania rozpoznawanych, a także komórek zakażonych przez wirusy.

Przeciwciała klasy IgM

·         Są syntetyzowane w początkowej fazie, odpowiedzi immunologicznej, są to również pierwsze przeciwciała syntetyzowane w rozwoju osobniczym;

·         IgM 100-400 razy silniej aktywują dopełniacz niż IgG;

·         Immunoglobulina M zawiera naturalne przeciwciała dla głównych antygenów grupowych krwi, ponieważ nie przechodzi przez łożysko nie spotyka się konfliktu między matką a płodem w zakresie głównych grup krwi.

Wartościowość, powinowactwo, awidność

Wartościowość przeciwciał- to liczba determinant antygenowych jakie mogą zostać związane przez cząsteczki przeciwciał. Immunoglobuliny IgG, IgD oraz IgE mają dwa miejsca wiązania dlatego są 2-wartościowe, IgA 2- lub 4- wartościowe, natomiast IgM- 10 wartościowy.

Powinowactwo- to siła wiązania pojedynczej cząsteczki przez miejsce wiążące antygen przeciwciała. Nawet przeciwciała mające tą samą swoistość, mogą się różnić ścisłością (dokładnością) dopasowanie się ich miejsc wiążących do antygenu. Różnić się więc będą siłą wiązania, czyli stopniem powinowactwa.

Awidność (zachłanność) to siła wiązania antygenu wielowartościowego przez przeciwciała. Zależy ona od powinowactwa poszczególnych miejsc wiążących w stosunku do odpowiednich determinant, ale nie jest po prostu ich sumą.

Powstanie przeciwciał

Spośród hipotez próbujących tłumaczyć powstanie przeciwciał sprawdziła się teoria, której podstawy formułowali Ehrlich, Jerne i Talmage, a która swą ostateczną formą zawdzięcza Burnetowi (1959) i jest znana jako teoria selekcji klonów komórkowych. Zakłada ona możliwość powstawania olbrzymiej liczby klonów limfocytów gotowych do swoistej odpowiedzi na wiele różnych antygenów przez ich wtargnięciem do ustroju. Zgodnie z tą teorią po wtargnięciu antygenu do organizmu dochodzi do selekcji wyszukujących i rozpoznających go limfocytów określonego klonu.

Część zmienna łańcucha lekkiego jest kodowana przez dwa segmenty genowe: V (variable) i J (joinig) a łańcucha ciężkiego przez trzy segmenty genowe: V,D (diversity) i J. Segmenty te we wszystkich komórkach z wyjątkiem limfocytów i plazmocytów są oddalone od siebie i od genu C kodującego część stałą – podzielone nie kodującymi odcinkami nici DNA.

Przeciwciała monoklonalne to zbiór takich przeciwciał, które wykazują jednakową swoistość względem danego antygenu i ewentualnie takie samo lub podobne powinowactwo. Nazwa wywodzi się stąd, że wszystkie takie przeciwciała są otrzymywane z jednego klonu limfocytów.

Rodzaje przeciwciał monoklinalnych:

- mysie przeciwciała monoklonalne

- przeciwciała chimeryczne- części zmienne łańcuchów ciężkich lekkich są pochodzenia mysiego, a części stałe pochodzą od człowieka (ok. 75% sekwencji);

- przeciwciała uczłowieczone- sekwencje kodujące regiony hipermienne przeciwciał pochodzą od myszy a reszta genu od człowieka ok. 95% sekwencji;

- przeciwciała ludzkie (100% sekwencji).

Modyfikacja przeciwciał monoklonalnych

·         Przeciwciała o podwójnej swoistości- mogą reagować z dwoma różnymi antygenami. Jest to możliwe dzięki sprzężeniu ze sobą dwóch kompletnych przeciwciał monoklonalnych, dwóch części Fab pochodzących z różnych przeciwciał lub dwóch różnych łańcuchów ciężkich połączonych z różnymi łańcuchami lekkimi;

·         Immunotoksyny- przeciwciała połączone są z toksynami np. roślinnymi jak rycyna, bakteryjnymi np. egzotoksyna A Pseudomonas oraz toksynami grzybowymi;

·         Przeciwciała sprzężone z lekami- dostarczają leku do chorego miejsca, np. leki przeciwnowotworowe, mitomycyna C, metotrelsat czyli adriamycyna;

·         Przeciwciała sprzężone z radioizotopami jod 131, itr 90, bizmut 212, umożliwiają lokalne ,,naświetlenie” komórek nowotworowych;

·         Przeciwciała sprzężone z barwnikiem immunofluorescencyjnym;

·         Przeciwciała sprzężone z enzymami- mają właściwość aktywowania nieczynnego proleku w aktywny lek- tzw. Terapia ,,przeciwciało- enzym- prolek”;

·         Abzymy- są przeciwciałami o możliwościach katalitycznych.

...