Antikropp
Antikroppar eller immunglobuliner är Y-formade proteiner som används av immunsystemet för att upptäcka och neutralisera främmande ämnen, till exempel virus, bakterier eller parasiter.
Antikroppens funktion är att binda sig till specifika ytmolekyler, som i detta sammanhang kallas antigener, på smittämnen och på så sätt göra det möjligt för andra vita blodceller och komplementproteiner att eliminera smittämnena från kroppen. Om en antikropps specifika antigen finns närvarande, stimuleras immunförsvaret att producera mer av den antikroppen. Antikroppar är receptorer som bildas av en viss typ av vita blodceller: B-lymfocyter, även kallade B-celler. Antikropparna sitter på B-lymfocyternas cellyta. Antikroppar förekommer också fritt i blodbanan som lösliga receptorer och de bildas av en specialiserad B-lymfocyt som kallas plasmacell.[1]
Struktur
Cirkeln anger bindningsplatsen för antigen. Fc = kristalliserbart fragment. Fab = antigenbindande fragment. Domäner som börjar med C står för konstanta domäner, och domäner som börjar med V står för variabla domäner. L står för lätt kedja och H står för tung kedja (av engelskans "heavy").
Antikroppar är proteiner
En antikropp består av fyra polypeptidkedjor (kedjor av aminosyror): två identiska tunga kedjor och två identiska lätta kedjor, som binds samman av disulfidbryggor.[2] Hela antikroppsmolekylen har en form som liknar bokstaven Y. När en antikropp binder till ett antigen i den antigenbindande regionen på Y:ets två "skänklar" (i den variabla regionen; cirkeln i bilden) sker det strukturella förändringar i antikroppens "svans" (Fc i bilden) som leder till de effekter som antikroppen har i kroppen.
Lätta kedjor består av en variabel domän (VL i bilden) och en konstant domän (CL i bilden). Tunga kedjor består av en variabel domän (VH i bilden) och, beroende på antikroppens klass, tre eller fyra konstanta domäner (i bilden tre: CH1, CH2, CH3).[3] Varje domän är ungefär 100–110 aminosyror långa både hos lätta och tunga kedjor.[4] Konstanta domäner ser likadana ut mellan olika cellers antikroppar. Variabla domäner ser olika ut till sin uppbyggnad, det vill säga till ordning och innehåll av aminosyror, mellan olika cellers antikroppar.
En antikropp kan strukturellt delas in i två antigenbindande fragment (Fab i bilden), bestående av en lätt kedja och den en del av den tunga kedjan vardera, och ett kristalliserbart fragment (Fc i bilden), bestående av den andra delen av de två tunga kedjorna, som bildar "svansen" eller basen i Y-formen.[5] Mellan de två antigenbindande fragmenten (Fab) och det kristalliserbara fragmentet (Fc) finns en "hinge"-/gångjärnsregion mellan de tunga kedjorna, som ger antikroppen flexibilitet i bindning till antigen på olika avstånd samt möjlighet att bilda komplex (dimer, trimer, pentamer) för ökad bindningsförmåga.[6]
B-lymfocyter producerar många antikroppar med stor diversitet
Eftersom en antikropp är ett protein finns det gener som beskriver proteinet. Dessa gener är i DNA:t inte färdiga utan består av ett antal gensegment.[4] Under den omogna B-lymfocytens utveckling i benmärgen kommer cellen att bygga ihop ett antal av dessa gensegment till en färdig gen. Denna genbyggnadsprocess har ett antal slumpmässiga inslag vilket får konsekvensen att olika B-lymfocyter kommer att bygga ihop lätt olika varianter av denna gen.[4] Detta i sin tur får konsekvensen att ytmönstret högst upp på Y:ets två skänklar (de variabla domänerna) kommer att se olika ut för antikroppar som bildas av en B-lymfocyt jämfört med de som bildas av en annan, och medför att kroppens många antikroppar totalt kan känna igen ett mycket stort antal olika mönster.[4]
Varje B-lymfocyt producerar en typ av antikropp
En enskild B-lymfocyt som har färdigutvecklats delar sig och ger upphov till ett antal identiska dotterceller (identiska B-lymfocyter), vilket får till följd att i kroppen finns det ett stort antal B-lymfocytfamiljer (omkring 100 miljoner) där alla B-lymfocyter inom en familj har likadana antikroppar men olika familjer har olika antikroppar. Detta gör det möjligt för kroppen att kunna producera antikroppar mot i princip varje tänkbart smittämne med olika ytstrukturer.
Tunga kedjan avgör antikroppens klass
Varje B-lymfocyt har möjlighet att producera antikroppar med olika varianter av den tunga kedjan. Varianter av tunga kedjor kallas för antikroppsklasser och det finns fem huvudklasser.[4] De fem huvudklasserna är: IgA, IgD, IgE, IgG och IgM.[4] En antikroppsmolekyl med tunga kedjor av M-typ kallas för immunglobulin M (IgM) och en antikropp med tunga kedjor av G-typ kallas för immunglobulin G (IgG) och så vidare. För vissa av de fem klasserna finns underklasser.
B-lymfocyten ändrar klass på sina antikroppar när den aktiveras utifrån vilka kemiska signaler den mottager från omgivningen.
Anledningen till att det finns olika varianter (antikroppsklasser) av Fc-regionen är att det krävs olika mekanismer för att bryta ner det en särskild typ av antikropp bundit sig till.
Lätta kedjor
Det finns två typer av lätta kedjor: kappa (κ) och lambda (λ).[4] Båda typer av lätta kedjor förekommer med alla fem klasser av tunga kedjor.[4] Varje antikropp består bara av en typ av lätta kedjor, inte båda.[4]
Funktion
Antikroppar som binder till patogener eller antigen såsom toxiner hjälper till med att bekämpa angreppet genom bland annat följande funktioner:[7]
- Neutralisering: antikroppar som binder till ett patogen förhindrar patogenet från att binda till kroppens andra celler och angripa dem.[7]
- Opsonisering: antikroppar som binder till ett patogen kan binda till fagocyterande celler (såsom neutrofiler och makrofager) som fagocyterar ("äter upp") patogenet.[7]
- Komplementsystemet aktiveras och leder till fagocytos via proteiner i komplementsystemet eller direkt till uppluckring av patogenet.[7]
- Antikroppsberoende cellmedierad cytotoxicitet: vissa immunceller binder till antikroppen vilket orsakar nedbrytning av patogenet.[7]
Antikropparna sitter från början fast i B-lymfocyternas cellmembran och en enskild B-lymfocyt har ungefär 30000 så kallade ytantikroppar i sitt cellmembran. En ytantikropp är fastsatt så att Y:ets pinne sitter fast i cellmembranet och Y:ets två skänklar pekar utåt. Om en B-lymfocyt får ett antal av sina ytantikroppar korsbundna av något objekt (t.ex. av en bakterie som fastnat på ytantikropparna) och samtidigt får vissa kemiska signaler från en annan typ av vit blodkropp som heter T-lymfocyt, så stimuleras B-lymfocyten att dela sig och producera dotterceller som kallas för plasmaceller. Dessa plasmaceller producerar antikroppar som de släpper ifrån sig i kroppsvätskorna.
Antikropparna medierar sin funktion i kroppen, genom att efter bindning till antigen i den antigenbindande regionen förändras strukturen i Fc-delen av antikroppen. Fc-delen binder till receptorer på andra celler i immunförsvaret och ger därigenom en signal vidare till andra celler som utför funktionerna som antikroppen bidrar till.
Klasser
Hos däggdjur
| Klass | Subklass | Beskrivning |
|---|---|---|
| Immunglobulin A (IgA) | 2 | Finns framför allt i slemhinnor i mag-tarmkanalen och luftvägarna samt i utsöndrade vätskor och motverkar kolonisering av patogener.[8] |
| Immunglobulin D (IgD) | 1 | Förekommer främst på cellmembranet som receptor på B-lymfocyter som inte har exponerats för antigen.[9] |
| Immunglobulin E (IgE) | 1 | Skyddar mot parasiter såsom helminter, men binder till allergener och aktiverar mastceller och basofila granulocyter till frisättning av histamin och är därigenom involverad i allergi.[10] |
| Immunglobulin G (IgG) | 4 | Står för den största delen av antikroppsrelaterad immunitet mot patogener.[10] IgG är den enda antikroppsklass som kan passera moderkakan och är därför viktig för fostrets immunförsvar. |
| Immunglobulin M (IgM) | 1 | Uttrycks som monomer på cellytan hos B-lymfocyter och som pentamer i löslig form i blodbanan. Spelar en roll i immunförsvarets tidiga svar mot patogener, innan tillräckligt med IgG har hunnit bildas.[10][9] |
Inte hos däggdjur
| Class | Types | Description |
|---|---|---|
| IgY | Förekommer hos fåglar och reptiler; relaterad till däggdjurs IgG.[11] | |
| IgW | Förekommer hos hajar och rockor; relaterad till däggdjurs IgD.[12] | |
| IgT/Z | Förekommer hos teleostfiskar[13] |
I kliniken
Irreguljära antikroppar avser inom transfusionsmedicin antikroppar som inte automatiskt finns om ett visst antigen saknas. Vid autoimmuna sjukdomar bildar kroppen antikroppar mot friska och fungerande organ eller strukturer, så kallade autoantikroppar.
Referenser
- ^ ”Hur antikroppar fungerar”. Karolinska Institutet. 21 april 2021. https://ki.se/forskning/transkribering-av-66-hur-funkar-antikroppar. Läst 30 mars 2022.
- ^ ”Human antibody-Fc receptor interactions illuminated by crystal structures”. Nature Reviews. Immunology 4 (2): sid. 89–99. February 2004. doi:. PMID 15040582.
- ^ ”Membrane proteins with immunoglobulin-like domains—a master superfamily of interaction molecules”. Seminars in Immunology 15 (4): sid. 215–23. August 2003. doi:. PMID 14690046.
- ^ [a b c d e f g h i] Parham, Peter (2021). ”4. Antibody Structure and the Generation of B-Cell Diversity” (på engelska). The Immune System (5). New York: W. W. Norton & Company. sid. 281–364. ISBN 9780393533309. OCLC 1282834282. Läst 7 december 2022
- ^ ”Primary structure of a human IgA1 immunoglobulin. IV. Streptococcal IgA1 protease, digestion, Fab and Fc fragments, and the complete amino acid sequence of the alpha 1 heavy chain”. The Journal of Biological Chemistry 254 (8): sid. 2865–74. April 1979. doi:. PMID 107164.
- ^ (på engelska) Roitt's essential immunology (13th). Chichester, West Sussex. 2017. ISBN 978-1-118-41577-1. OCLC 949912256. https://www.worldcat.org/title/roitts-essential-immunology/oclc/949912256.
- ^ [a b c d e] Punt, Jenni; Stranford, Sharon A.; Jones, Patricia P.; Owens, Judith A. (2019). ”12. Effector Responses: Antibody- and Cell-Mediated Immunity” (på engelska). Kuby Immunology (8). New York: W.H. Freeman. sid. 845–867. ISBN 978-1-319-26722-3. OCLC 820117219. Läst 7 december 2022
- ^ ”Immunoglobulin A: strategic defense initiative at the mucosal surface”. Annual Review of Immunology 4 (1): sid. 389–417. 1986. doi:. PMID 3518747.
- ^ [a b] ”The riddle of the dual expression of IgM and IgD”. Immunology 118 (4): sid. 429–37. August 2006. doi:. PMID 16895553.
- ^ [a b c] Immunology, Infection, and Immunity. ASM Press. 2004. ISBN 978-1-55581-246-1.
- ^ ”Immunoglobulins of the non-galliform birds: antibody expression and repertoire in the duck”. Developmental and Comparative Immunology 30 (1–2): sid. 93–100. 2006. doi:. PMID 16150486.
- ^ ”A new high molecular weight immunoglobulin class from the carcharhine shark: implications for the properties of the primordial immunoglobulin”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 93 (8): sid. 3289–93. April 1996. doi:. PMID 8622930. Bibcode: 1996PNAS...93.3289B.
- ^ Salinas, I., & Parra, D. (2015). Fish mucosal immunity: Intestine. In Mucosal Health in Aquaculture. Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-417186-2.00006-6
| |||||||||||
Media som används på denna webbplats
Författare/Upphovsman: Tokenzero, Licens: CC BY-SA 4.0
The structure of an antibody of subclass IgG1. Two light chains (green and pink) and two heavy chains (blue and yellow) are shown. Glycans between the heavy chains are shown in dark gray.
See also the 3D structure at rcsb.org.
Molecular structure from RCSB PDB (H.M. Berman, J. Westbrook, Z. Feng, G. Gilliland, T.N. Bhat, H. Weissig, I.N. Shindyalov, P.E. Bourne. (2000) The Protein Data Bank Nucleic Acids Research, 28: 235-242. (Free of copyright, see usage policy).
Original publication: Crystallographic structure of an intact IgG1 monoclonal antibody. Harris, L.J., Skaletsky, E., McPherson, A. (1998) J Mol Biol 275: 861-872 doi:10.1006/jmbi.1997.1508 Original abstract:
Image created using Mol* (D. Sehnal, A.S. Rose, J. Kovca, S.K. Burley, S. Velankar (2018) Mol*: Towards a common library and tools for web molecular graphics, MolVA/EuroVis Proceedings. doi:10.2312/molva.20181103).The structure of an intact monoclonal antibody for phenobarbital, subclass IgG1, has been determined to 3.2 A resolution by X-ray crystallography. The molecule was visualized in a monoclinic unit cell having an entire immunoglobulin as the asymmetric unit. The two Fab segments, both with elbow angles of 155 degrees , were related by a rotation of 179.7 degrees plus a translation along the approximate dyad of 9 A. This is the first observation of such an Fab translation in a structurally defined antibody. The approximate 2-fold of the Fc was independent of that relating Fabs, making an angle of 107 degrees with the Fab dyad. The angle between long axes of the Fabs was 115 degrees, the most acute angle yet observed, yielding a distorted Y shaped molecule. This is in contrast to the distorted T shape of the only other intact IgG (2a) whose complete structure is known. Primary lattice interactions arise through formation of VH antiparallel beta ribbons whose strands are contributed by pseudo dyad related H2, and by L3 hypervariable loops from neighboring molecules. While one CH2 domain was mobile, Fabs and three domains of the Fc were well defined, as were hinge polypeptides connecting Fabs to the Fc, and the covalently attached oligosaccharides. Direct interactions are observed between hinge polypeptides, the glycosylated loop of one CH2 domain, and the oligosaccharide. Lattice interactions clearly influence, perhaps even determine the overall conformation of the antibody observed in this crystal. Comparison of this IgG1 with previously determined intact antibody structures extends the conformational range arising from segmental flexibility.
Författare/Upphovsman: Martin Brändli (brandlee86), Licens: CC BY-SA 2.5
Formy imunoglobulinů
Författare/Upphovsman: Tokenzero, Licens: CC BY-SA 4.0
Schematic diagram of an antibody (immunoglobulin).
It consists of two heavy chains (blue, yellow) and two light chains (green, pink). One of the two antigen-binding regions is circled: they are formed by the variable regions at the tip of the antibody. The heavy chains have (starting from the N-terminus at the tip) a variable domain (VH), followed by a constant domain (CH1), a hinge region, and two more constant domain (CH2, CH3). The light chains have a variable domain (VL) and a constant domain (CL).
The CH2 and CH3 regions form the crystallizable fragment (Fc). The variable and CH1, CL regions form a pair of antigen-binding fragments (Fab).
Disulfide bonds between the chains are drawn as S-S. Their exact number and location varies for different isotypes.Författare/Upphovsman: Tokenzero, Licens: CC BY-SA 4.0
The structure of an antibody of subclass IgG1. Two light chains (green and pink) and two heavy chains (blue and yellow) are shown. Glycans between the heavy chains are shown in faint dark gray.
See also the 3D structure at rcsb.org.
Molecular structure from RCSB PDB (H.M. Berman, J. Westbrook, Z. Feng, G. Gilliland, T.N. Bhat, H. Weissig, I.N. Shindyalov, P.E. Bourne. (2000) The Protein Data Bank Nucleic Acids Research, 28: 235-242. (Free of copyright, see usage policy).
Original publication: Crystallographic structure of an intact IgG1 monoclonal antibody. Harris, L.J., Skaletsky, E., McPherson, A. (1998) J Mol Biol 275: 861-872 doi:10.1006/jmbi.1997.1508 Original abstract:
Image created using Mol* (D. Sehnal, A.S. Rose, J. Kovca, S.K. Burley, S. Velankar (2018) Mol*: Towards a common library and tools for web molecular graphics, MolVA/EuroVis Proceedings. doi:10.2312/molva.20181103).The structure of an intact monoclonal antibody for phenobarbital, subclass IgG1, has been determined to 3.2 A resolution by X-ray crystallography. The molecule was visualized in a monoclinic unit cell having an entire immunoglobulin as the asymmetric unit. The two Fab segments, both with elbow angles of 155 degrees , were related by a rotation of 179.7 degrees plus a translation along the approximate dyad of 9 A. This is the first observation of such an Fab translation in a structurally defined antibody. The approximate 2-fold of the Fc was independent of that relating Fabs, making an angle of 107 degrees with the Fab dyad. The angle between long axes of the Fabs was 115 degrees, the most acute angle yet observed, yielding a distorted Y shaped molecule. This is in contrast to the distorted T shape of the only other intact IgG (2a) whose complete structure is known. Primary lattice interactions arise through formation of VH antiparallel beta ribbons whose strands are contributed by pseudo dyad related H2, and by L3 hypervariable loops from neighboring molecules. While one CH2 domain was mobile, Fabs and three domains of the Fc were well defined, as were hinge polypeptides connecting Fabs to the Fc, and the covalently attached oligosaccharides. Direct interactions are observed between hinge polypeptides, the glycosylated loop of one CH2 domain, and the oligosaccharide. Lattice interactions clearly influence, perhaps even determine the overall conformation of the antibody observed in this crystal. Comparison of this IgG1 with previously determined intact antibody structures extends the conformational range arising from segmental flexibility.