Антигени, їх властивості та будова

Антигени, їх властивостi та будова Змiст Вступ 1. Класифiкацiя антигенiв 2. Властивостi антигенiв 3. Поняття антигенної детермiнанти або епiтопа Висновок Список використаних джерел Вступ Антиген - функцiональне поняття. Ним може бути будь-яка речовина, що здатна викликати iмунну вiдповiдь. Потужними антигенами є бiлки. Це зрозумiло, оскiльки бiльшiсть процесiв iмунного розпiзнання - це бiлок-бiлковi взаємодiї. Бiлковими i пептидними антигенами є токсини бактерiй та змiй, бiлки вiрусiв та тканиннi антигени. Добре розпiзнаються вуглеводи, що входять до складу клiтинних стiнок бактерiй. Бiльшiсть мембранних бiлкiв вищих тварин - це глiкопротеїди, тому антигени груп кровi, наприклад, є полiсахаридними. Нуклеїновi кислоти самi по собi не є iмуногенними, але у комплексi з бiлками стають такими. Наприклад, аутоiмунна вiдповiдь при захворюваннi на червону вовчанку включає вiдповiдь на нуклеопротеїди. 1. Класифiкацiя антигенiв 1. Повнi i неповнi (гаптени). Антиген, якому властива антигеннiсть, називається гантеном. Гаптени викликають iмунну вiдповiдь тiльки пiсля кон'югацiї з високомолекулярними носiями. Гаптенами можуть бути простi хiмiчнi сполуки, наприклад, глюкоза або тринiтрофенол. Вони стають iмуногенними лише пiсля з'єднання з бiлковим носiєм, наприклад, з бiлковою молекулою. При вiдповiдi на гаптен, який поєднаний з бiлком - носiєм, В-лiмфоцити розпiзнають його, а Тh -лiмфоцити - бiлкову молекулу. iмунною системою i, викликають рiзнi форми iмунної вiдповiдi. В основi такого роздiлення лежить характер представлення антигенiв клiтинам iмунної системи. 3. Екзогеннi та ендогеннi. 4. Т-залежнi i Т-незалежнi. Антигени, якi викликають продукцiю антитiл, можна подiлити на тимусзалежнi та тимуснезалежнi. У процесi вiдповiдi на тимусзалежнi антигени В-лiмфоцити потребують "допомоги" Т-лiмфоцитiв-хелперiв. Серед цих антигенiв можна видiлити двi основнi групи: цитокiновоопосередкованi та власне Т-лiмфоцитарнi антигени. Вiдповiдь на тимуснезалежнi антигени, яких є менше, нiж попереднiх, не потребує допомоги з боку Г-лiмфоцитiв. До них серед iнших належать: лiпополiсахариди оболонок бактерiй (LPS), декстран i очищений бiлок туберкулiну. Певнi тимуснезалежнi антигени мiстяться в багатьох вiрусах, бактерiях i грибках. Тимуснезалежнi антигени теж можна подiлити на двi групи: 1. Антигени з властивостями полiклональних активаторiв В-лiмфоцитiв i здатнiстю до стимуляцiї iмунної вiдповiдi (наприклад, у новонароджених мишенят, у яких iмунна реактивнiсть ще не розвинена). Цi антигени передають В-лiмфоцитам як сигнал І, так i сигнал II. Сюди належать LPS i декстран. Їх позначають символом ТІ-1 (thymus independent). 2. Антигени, якi не мають рис полiклональних активаторiв Я-лiмфоцитiв i не здатнi викликати вiдповiдь у новонароджених мишенят. Це полiвалентнi антигени, якi дiють вони не тiльки безпосередньо на В -лiмфоцити, але й опосередковано через цитокiни, що видiляються пiд їх впливом iншими клiтинами, наприклад NKFicoll i полiсахарид пневмококiв. їх позначають символом ТІ-2 . Цi антигени не є цiлком "тимуснезалежнi". За певних обставин, вони можуть безпосередньо стимулювати Т-лiмфоцити. 5. Гетеро-, iзо(ало)- та аутоантигени. 2. Властивостi антигенiв 1. Треба розрiзняти поняття антигенностi iмуногенностi. Антигеннiсть (антигенна специфiчнiсть) - це здатнiсть комплементарно зв'язуватися iз антиген-специфiчними рецепторами В i Т клiтин. Вона притаманна майже всiм вiдомим речовинам. Антигенами можуть бути пептиди, амiнокислоти, вiтамiни, i навiть АТФ, дiнiтрофенол чи iони металiв. Але якщо просто ввести до органiзму одну з цих низькомолекулярних речовин, iмунної вiдповiдi не вiдбудеться. Імуногеннiсть - це здатнiсть викликати iмунну вiдповiдь, тобто стимулювати цiлу низку подiй, необхiдних для активацiї iмунних клiтин. Імуногеннiсть залежить як вiд структури антигену (молекулярна вага, просторова будова), так i вiд стану iмунної системи реципiєнта (репертуар бiлкiв гiстосумiсностi та Т-клiтинних рецепторiв). ад'ювантiв - речовин, що сприяють неспецифiчнiй стимуляцiї iмунної системи: мiнеральнi олiї (ад'юванти Фройнда), окис алюмiнiю. 2. Розчиннi антигени сприймаються i представляються як екзогеннi (зовнiшнi), i результатом їх розпiзнання є активацiя В лiмфоцитiв i синтез антитiл. Антигени бактерiй i вiрусiв часто синтезуються всерединi iнфiкованих клiтин i тому сприймаються iмунною системою як ендогеннi (внутрiшнi). Результатом їх розпiзнання є активацiя цитотоксичних Т лiмфоцитiв, що знищують iнфiкованi клiтини разом iз iнфекцiйним агентом. 3. Т-залежнi антигени, їх бiльшiсть, потребують участi у своєму розпiзнаннi Т-лiмфоцитiв. Деякi антигени, що мiстять фрагменти, якi багато разiв повторюються (полiсахариди бактерiй), здатнi давати достатнiй сигнал В лiмфоцитам без участi Т i називаються Т-незалежними. Вони викликають тiльки синтез антитiл. 4. По вiдношенню до органiзму реципiєнта антигени дiляться на (власнi), ало- або iзо- (свого виду) та гетеро- або ксеноантигени (iншого виду). Потужнiсть iмунної вiдповiдi пiвищується вiд ауто-до гетероантигенiв. Виявляється, що в межах одного антигену може знаходитися багато мiсць, до яких можуть приєднуватись антитiла. Це, так званi, епiтопи полiвалентним. характеризуються певною еластичнiстю щодо своєї форми. Використовують також термiн тканиннi антигени. Мається на увазi комплекс антигенiв, притаманних певному органу чи тканинi. Базується на рiзних фiзiологiчних функцiях органiв, що визначає їх певну бiохiмiчну особливiсть. Пухлиннi антигени розвитку i з'являються в органiзмi жiнки пiд час вагiтностi. Такими антигенами є, наприклад, альфа-фетопротеїн i трофобласт-специфiчний глобулiн, їх визначення має значення для дiагностики як вагiтностi, так i пухлинного росту. 3. Поняття антигенної детермiнанти або епiтопа Ще у 30-х роках було показано, що молекула бiлка може зв'язати декiлька молекул антитiл одночасно. У 50-х роках стало ясно, що антитiла взаємодiють iз дiскретними дiлянками на поверхнi бiлкової молекули. їх назвали антигенними детермiнантами. Було сформульовано проблему: що складає антигенну детермiнанту? Якi властивостi дозволяють тiй чи iншiй дiлянцi бiлка бути розпiзнанiй як чужерiднiй i викликати iмунну вiдповiдь? Спочатку, як модель, було використано короткi синтетичнi пептиди. Виявилося, що лiнiйнi гомополiмери амiнокислот (тит (А1а-А1а)n ) неiмуногеннi, але пiсля кон'югацiї з бiлком-носiєм поводять себе як гаптени, тобто мають антигенну специфiчнiсть. Розгiлкованi гетерополiмери амiнокислот високоiмуногеннi i викликають синтез антитiл до поверхневих дiлянок молекули. Пептиди, взятi у впорядкованiй або денатурованiй формi, мали рiзну антигенну специфiчнiсть Якщо синтетичний антиген нiс зарядженi групи, то антитiла до нього мали протилежний заряд. Головнi роботи по антигеннiй структурi глобулярних бiлкiв було проведено в 70-80-тi роки XX сторiччя. В результатi їх було з'ясовано що антигенна детермiнанта чи епiтоп - це вiдокремлена область на поверхнi бiлкової молекули. У склад її входять 6-7 амiнокислотних залишкiв. Не було знайдено зв'язкiв iз якимось певними амiнокислот ними залишками: у склад антигенних детермiнант входили тi амiнокислоти, що звичайно розташованi на поверхнi бiлка. Виявилося, ще кожна антигенна детермiнанта описує на поверхнi бiлка лiнiю завдовжки 23-25 А i має детермiнованi N i С кiнцi. 4. Послiдовнi та переривчастi антигеннi детермiнанти, їх властивостi Розрiзняють послiдовнi (лiнiйнi) та переривчастi (конформацiйнi) антигеннi детермiнанти. Послiдовнi - визначаються порядком амiнокислот. Антитiла де таких епiтопiв легко взаємодiють iз лiнiйним пептидом такої їх послiдовностi. У чистому виглядi зустрiчаються у фiбрилярних бiлкiв та пептидiв. У глобулярних бiлкiв поверхневi послiдовнi дiлянки мають певну конформацiю. Антитiла, отриманi до пептидiв, часте впiзнають нативнi бiлки, тобто можуть певним чином пристосовуватися до конформацiї поверхневих фрагментiв. Переривчастi зв'язкiв. Такi антигеннi детермiнанти не можна змоделювати лiнiйним пептидом. Не всi амiнокислоти, що входять до складу епiтопу, мають однакове значення для розпiзнання: як правило, специфiчнiсть визначається 1-2 залишками (iмунодамiнантними), а iншi вiдiграють роль упiдтримцi належної конформацiї епiтопу. Як приклади, розглянемо антигенну структура мiоглобiну кашалота та лiзоциму курячого яйця - перших детально вивчених бiлкових антигенiв. Мiоглобiн - гемовмiсний бiлок м'язiв з молекулярною масою 18 КДа, складається iз 153 амiнокислотних залишкiв, не мiстить дисульфiдних зв'язкiв. В молекулi мiоглобiну було визначено п'ять лiнiйних епiтопiв: фрагменти 16-21, 56-62, 94-99, 113-119 i 146-151. У їх склад входили гiдрофiльнi полярнi амiнокислоти.: Lys, Arg, Glu, His. Лiзоцим антигеннi детермiнанти, що вiдповiдали фрагментам: 6-13 i 126-129, зближених зв'язком 6-127. iмунодомiнантнi, зшивали в єдиний пептид, поєднуючи окремi фрагменти за допомогою глiцинового спейсора: 116 113 114 34 33 Lys-Asn-Arg-Gly-Phe-Lys У 80-тi роки стало ясно, що вся поверхня бiлка може бути антигенною, тобто якщо для iмунiзацiї використовувати синтетичнi пептиди, то можна отримати антитiла до будь-якої поверхневої дiлянки. Однак при iмунiзацiї цiлим бiлком антитiла утворювалися тiльки до певних дiлянок. Використання моноклональних антитiл чiтко визначеної специфiчностi показало, що кожна антигенна детермiнанта фактично складається iз декiлькох потенцiйно антигенних дiлянок, що перекриваються. Тепер такi епiтопи стали називати бiльш вдалим термiном Виходячи iз визнаної функцiї iмунної системи вiдрiзняти "своє" вiд "чужого", першим принципом, покладеним в основу iмунодомiнантностi, був антигену по вiдношенню до бiлкiв реципiєнта. Щоб з'ясувати справедливiсть цього принципу вивчали серiї гомологiчних бiлкiв, тобто бiлкiв, що зустрiчаються у багатьох органiзмiв i вiдрiзняються окремими амiнокислотними замiнами. Ідеальними для таких експериментiв виявилися цитохроми с. Цитохроми с - це гемовмiснi бiлки дихального ланцюга мiтохондрiй з молекулярною масою 13 КДа, складаються iз близько 100 амiнокислотних залишкiв. Вони з'явились дуже рано в еволюцiї живого свiту, першi цитохроми с зустрiчаються у бактерiй. Структура бiлка виявилася настiльки вдалою, що збереглася у принципi до вищих тварин. Цитохроми ссавцiв вiдрiзняються мiж собою окремими амiнокислотними залишками, тобто можуть бути розглянутi як точковi мутанти. Було знайдено прямий зв'язок мiж iмуногеннiстю цитохрому с та кiлькiстю залишкiв, що вiдрiзняли антиген вiд гомологiчного цитохрому с реципiєнта. Але стосовно специфiчностi антитiл, що вироблялися, цей зв'язок не виявився абсолютним. Так, кролi, iмунiзованi власним цитохромом, модифiкованим глутаровим альдегiдом, виробляли антитiла проти епiтопiв власного цитохрому. Коли тварин рiзних видiв iмунiзували одним типом цитохрому, то антитiла вироблялися проти одних i тих самих дiлянок. Тодi стали розглядати iнший принцип iмунодомiнантностi - зв'язок iз структурними особливостями антигену, доступнiстю, зарядом, специфiчним розташуванням на згинi подiпептидного ланцюга. Було запропоновано алгоритми пошуку iмунодомiнантних дiлянок за принципами гiдрофiльностi та атомної рухливостi. Подальшi експерименти виявили зв'язок гiдрофiльностi i рухомостi iз еволюцiйною варiабiльнiстю: амiнокислотнi замiни, що закрiпилися в еволюцiї, не повиннi порушувати бiологiчнi функцiї цитохрому с i тому локалiзувалися саме у поверхневих, найбiльш гнучких дiлянках, де поява iншої амiнокислоти найбiльш безпечна i може бути компенсована за рахунок гнучкостi молекули. В результатi цих дослiджень було дiйшли висновку, що хоча вся поверхня бiлка в принципi може бути антигенною, за природної iмунiзацiї нативним бiлком антитiла утворюються тiльки до певних епiтопiв, iмунодомiнантнiсть яких визначається їх структурними особливостями, перш за все, гiдрофiльнiстю i атомною рухомiстю (гнучкостю). Антитiла (i В лiмфоцити) зв'язують нативний антиген i впiзнають на його поверхнi так званi Але ж у процесi iмунної вiдповiдi антиген впiзнається i Т лiмфоцитами. Бiльше того, саме специфiчнiсть Т лiмфоцитiв визначає тi iмунодомiнантнi дiлянки, що буде впiзнано як В-епiтопи. Дiлянки антигену, що розпiзнаються Т лiмфоцитами, називаються Т-епiтопами. їх положення i структура визначаються не так легко, як для В епiтопiв, тому що Т клiтини впiзнають антигени зовсiм по-iншому. 1. Для розпiзнання Т лiмфоцитами антиген має бути процесованим (розщепленим). Процесинг вiдбувається всерединi спецiалiзованих клiтин пiд дiєю протеолiтичних ферментiв. Спектр пептидiв, що утворюються, залежить вiд типу протеаз, якi вiдрiзняються у рiзних типiв клiтин. 2. Процесований пептид має бути представленим у комплексi iз бiлками головного комплексу гiстосумiсностi: вiдбiр антигенного пептиду залежить вiд структури цих бiлкiв, якi є високо полiморфними i вiдрiзняються навiть у рiзних особистостей одного виду. 3. Розпiзнання представленого пептиду залежить вiд репертуару Т-клiтинних рецепторiв, який є результатом позитивного та негативного вiдбору у певного iндивiда. В результатi, Т-епiтоп - це не обов'язково поверхнева структура; не конформацiйно-залежний, а лiнiйний пептид. Його положення не пов'язане iз гiдрофiльнiстю чи рухомiстю полiпептидного ланцюга. Воно залежить як вiд структури нативного бiлка (потенцiйнi сайти протеолiзу, пептиднi мотиви, що вiдповiдають сайтам зв'язування бiлкiв гiстосумiсностi), так i вiд стану iмунної системи iндивiдуального реципiєнта (репертуар бiлкiв гiстосумiсностi i Т-клiтинних рецепторiв). Т-епiтопи бiльше пов'язанi iз сайтами чужорiдностi антигену по вiдношенню до бiлкiв реципiєнта, нiж В-епiтопи, оскiльки репертуар Т-рецепторiв проходить бiльш суворий негативний вiдбiр. Висновок конформацiйно-залежнi поверхневi епiтопи, розташованi у мiсцях найбiльшої гiдрофiльностi та гнучкостi полiпептидно-го ланцюга. Т лiмфоцити впiзнають внутрiшнi лiнiйнi пептиднi фрагменти, якi утворюються в результатi протеолiзу (процесингу) нативного антигену. iмуногеннiсть (здатнiсть специфiчно з'єднуватися з вiльними або зв'язаними iмуноглобулiнами на поверхнi В-лiмфоцити, а також з рецепторами Г-лiмфоцитiв). Антигени можуть бути неперервнi, коли контактуючi з антитiлом амiнокислоти антигену мiстяться в одному вiдрiзку бiлкового ланцюга, або коли цi амiнокислоти перебувають в бiлковому ланцюгу на вiддалi, але зближаються при певнiй конформацiї бiлка. Розрiзняють послiдовнi та переривчастi антигеннi детермiнанти. Послiдовнi - визначаються порядком амiнокислот. Антитiла де таких епiтопiв легко взаємодiють iз лiнiйним пептидом такої їх послiдовностi. Переривчастi антигеннi детермiнанти складаються iз амiнокислотних залишкiв, розташованих далеко один вiд одного у полiпептидному ланцюгу, але зближених за рахунок третинної структури бiлка перш за все дисульфiдних зв'язкiв. Такi антигеннi детермiнанти не можна змоделювати лiнiйним пептидом. Список використаних джерел 1. Большая медицинская энциклопедия. Т. 9. Гл. ред. Б. В. Петровский. – М.: Совецкая энциклопедия, 1978. – 483 с. 2. Вершигора А. Ю. Основы иммунологии. — К.: Вища шк. Головное изд-во, 1980. — 504 с. 4. Иммунология: В 3-х т. Т. 1. Пер. с англ. / Под ред. У. Пола. – М.: Мир, 1987 – 1988. – 476 с. 5. Петров Р. В. Иммунология. — М.: Медицина, 1982. — 368 с. 6. Скок М. В. Основи iмунологiї. Курс лекцiй. – К.: Фiтосоцiоцентр, 2002. – 152 с. 7. Якобисяк М. Імунологiя. – Вiнниця: Нова книга, 2004. – 672 с.