Antitijelo

Antitijela (At), poznata i kao imunoglobulini (Ig) su veliki Y-oblikovani proteini kojeg proizvode plazma ćelije, a iskorištavaju imuni sistem za identifikaciju i neutraliziranje stranih predmeta i materija, kao što su bakterije i virusi. Antitijela prepoznaju jedinstveni dio stranog cilja zvanog antigen.

Antitijela su proteini iz grupe globulina koji se kod sisara stvaraju kao reakcija na strane materije koje su prodrle u organizam. Te strane materije se neutraliziraju antitijelima, koja predstavljaju odbrambene materije pomoću kojih se stvara stimulirani imuni sistem.^[1]

Svaki vrh "Y" u antitijelu sadrži paratop (strukturu koja je uporediva sa bravom) koji je specifičan za samo jedan osobeni epitop (analogija ključa) na antigenu, pomoću kojeg se ove dvije strukture precizno međusobno vežu. Koristeći ovaj mehanizam vezivanja, antitijela se mogu vezivati za mikrobe ili zaražene ćelije koje napadaju druge dijelove imunog sistema, te neutraliziraju svoj cilj direktno (na primjer, blokirajući dio mikroba koji mu je bitan za invaziju i opstanak). Proizvodnja antitijela je glavna funkcija humoralnog imunog sistema.

Antitijela luči posebna vrsta bijelih krvnih zrnaca zvanih plazma ćelije. Antitijela se mogu pojaviti u dva fizička oblika, topivi oblik koji se luči iz ćelije i membransko - vezani oblik koji je priključen na površinu B ćelija i naziva se receptor B ćelija (BCR). BCR se nalazi samo na površini B ćelija i olakšava njihovu aktivaciju i kasnije diferencijacije, bilo u proizvođače antitijela pod nazivom plazma ćelije ili memorijske B ćelije koje će opstati u tijelu i zapamtiti isti antigen. Na taj način B ćelije brže mogu odgovoriti nakon budućih izlaganja tom antigenu.

Antitijela se mogu pojaviti u različitim varijantama poznatim kao izotipovi ili klase. Kod sisara postoji pet izotipskih antitijela: IgA, IgD, IgE, IgG, IgM. Svaki je označen prefiksom "Ig", koji označava imunoglobulin, a druga oznaka u nastavku simbola odnosi se posebno za svako pojedinačno antitijelo. Razlikuju se po biološkim svojstvima, funkcionalnoj lokaciji i sposobnosti da se bave različitim antigenima, kao što je prikazano u narednoj tabeli.

Izotipovi sisarskih antitijela

Ime/Oznaka	Tip	Opis	Kompleksi antitijela
IgA	2	Pronađeno u mukoznim područjima probavnog, disajnog i urogenitalnog trakta, gdje sprečava kolonizaciju patogena. Također se može naći i u pljuvački, suzama i majčinom mlijeku.
IgD	1	Funkcionira uglavnom kao antigen receptor na B-limfocitima koji nisu bili izloženi antigenima. Dokazano je da aktivira bazofile]] i mastocite za proizvodnju antimikrobnih faktora.
IgE	1	Veže se za alergene i okidače histamina i aktivira oslobađanje histamina od mastocita i bazofila, a uključen je u alergije. Također štiti od parazitskih crva.
IgG	4	U svoja četiri oblika, osigurava većinu imuniteta protiv invazije na bazi patogena koji se temelji na stvaranju antitijela. Jedina su antitijela sposobna za prolaz kroz posteljicu dajući fetusu pasivnu imunost.
IgM	1	Ispoljava se na površini B ćelija (monomer) i u tečnom obliku (pentamer). Uklanja patogene u ranim stadijima posredovanja B ćelijskog (humoralnog) imuniteta prije dotoka dovoljno IgG.

Izotopi antitijela B ćelija se mijenjaju tokom razvoja i aktiviranja. Nezrele B ćelije koje nikada nisu bili izložene antigenu, ispoljavaju samo IgM + isotop u obliku koji je vezan za površinu. B limfocit u svom zrelom obliku (koji je spreman za odgovor), poznat je kao "naivni B limfocit". Takav limfocit ima površinske IgM + i IgD +. Ko-ekspresija oba ova imunoglobulinska izotipa čini B ćelije 'zrelim' i spremnim da odgovore na antigen. Aktivacija B ćelija prati angažman ćelijski vezanih molekula antitijela sa antigenom, uzrokujući ćelijsku diobu i diferencijaciju i nastanak ćelija (zvanih plazma ćelije), koje stvaraju antitijela. U ovom aktiviranom obliku, B ćelija počinje proizvoditi antitijela u obliku za lučenje, a ne membranski-vezani oblik. Neke ćelije kćeri aktivirane B ćelije prolaze isotipsko prebacivanje, mehanizam koji uzrokuje proizvodnju antitijela za promjenu IgM ili IgD u druga izotipska antitijela: IgE, IgA ili IgG, koje imaju definirane uloge u imunom sistemu.

Antitijela su prisutna u krvi, limfi, tkivima te u membranama sluzokože. Antitijela uglavnom ne "prepoznaju" cjelokupnu strukturu antigena nego jedan te isti karakteristični dio tzv. antigen determinantu (epitop). Mjesto na antitijelu koje služi za vezivanje na antigen naziva se paratop. Pri kontaktu sa antigenom antitijelo provodi tzv. humoralnu imunu reakciju.

Svako antitijelo se sastoji od dva jednaka teška lanca (teški lanci, H) i dva lahka lanca (lahki lanci, L) koji su kovalentnim disulfidnim mostovima međusobno povezani u strukture oblika slova (Y). Jedan lahki lanac se sastoji od jedne promjenljive i od jedne konstantne domene. Teški lanci imaju jednu promjenljivu i 3 ili 4 konstantne domene. Promjenljive domene jednog teškog i jednog lahkog lanca grade mjesto vezivanja antitijela na antigen. To mjesto će se zatim specifično vezivati na odgovarajuće mjesto vezivanja na antigenu po principu "odgovarajućeg ključa za odgovarajuću bravu". Mala je vjerovatnoća da dva (metaforički rečeno) različita ključa imaju strukturu koja odgovara istoj bravi, odnosno mjestu vezivanja na antigenu, iako se i to može desiti. Na tom fenomenu počiva objašnjenje razvoja autoimunih oboljenja. Veza izmedu epitopa na antigenu i antitijela je nekovanlentna.

Antitijela djeluju kroz različite mehanizme:

• Najjednostavniji je neutralizacija antigena, time što antitijela vežu antigene koji će na taj način biti i blokirani i neće biti u stanju da razviju svoje toksično djelovanje ili neće biti u stanju da utiču na promjene na membrani ćelije ili na metaboličke procese u njoj (npr. prodor virusa i bakterija u tkiva i ćelije će biti otežan ili onemogućen).
• Druga mogućnost je da antitijela vezujući se na površinske strukture nekog antigena (naprimjer, bakterije) učine ovu lakše prepoznatljivom za odbrambene ćelije organizma (fagocite) koji će tako označenu bakteriju lakše prepoznati i uništiti je "proždiranjem" njenog materijala.
• Treći način djelovanja se ispoljava kroz takozvano aktiviranje komplementarnog sistema.
• Antitijela imaju sposobnost vezivanja i na neke ćelije vlastitog organizma kod kojih je došlo do neželjenih i po organizam opasnih promjena. Antitijela vezana na takve ćelije će aktivirati tzv. NK ćelije (od en. Natural Killers - prirodne ubice) koje će uništiti ćelije sa štetnim promjenama. Ovaj proces je u stručnoj literaturi označen kao "Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity" (ADCC).

Antitijela se mogu podijeliti na različite klase i podklase na osnovu strukturnih razlika u okviru konstantnih regija teških lanaca. Konstantne regije teških lanaca svih antitijela jednog izotipa imaju istovjetnu aminokiselinsku sekvencu.

Kod većine kičmenjaka ima pet različitih klasa (izotipova) imunoglobulina. Osim toga, neke klase je moguće pronaći samo kod određenih životinjskih vrsta ili se pojavljuju samo u određenim dijelovima organizma gdje imaju različite uloge.

• Imunoglobulin A (IgA) se pojavljuje na svim sluzokožama disajnih puteva, u očima, želucu, crijevu, uro-genitalnom traktu te posebnim žlijezdama oko bradavica na dojkama majki i na taj način štiti novorođenče od patogena.
• Imunoglobulin D se pojavljuje u izuzetno malim količinama u krvi i limfi. Zasad mu je funkcija u organizmu nepoznata.
• Imunoglobulin E (IgE) ima ulogu u zaštiti od parazita.
• Imunoglobulin M (IgM) je klasa antitijela koja se stvara prva pri kontaktu sa antigenima i ukazuje na akutnu fazu jednog oboljenja.
• Imunoglobulin G (IgG) nastaje u naknadnoj odbrambenoj fazi (3 sedmice), a poznat je po dužem zadržavanju u organizmu, te ga na taj način štiti od obnovljenog obolijevanja u kratkom vremenskom periodu. Dokazivanjem prisustva ovog antitijela možemo pokazati da je postojalo prethodno obolijevanje ili da je provedena vakcinacija.

Kao i kod ostalih sisara, imunoglobulini čovjeka su antitijela koja nastaju kao rezultat aktivnosti zrelih limfoidnih ćelija (plazmocita). Tetramerne su molekule u obliku slova Y. Sastoje se od dva relativno duga (tzv. teška – H–lanca) i dva kraća polipeptidna lanca (tzv. lahki – L–lanci). S obzirom na građu imunoglobulina i tip teških lanaca koji ih sačinjavaju (i određuju njihovu antigenu strukturu), moguće je razlikovati pet klasa imunoglobulina.

Ova antitijela su proteinske prirode (globulinske frakcije), gotovo isključivo pripadaju gamaglobulinima (g–globulini ili imunoglobulini; u novije vrijeme drugi naziv se više koristi). Zahvaljujući njihovoj funkciji, svaka jedinka je sposobna da razlikuje vlastite supstance od stranih. Sastoje se od četiri polipeptidna lanca: po dva teška (H) i lahka (L), pri čemu diferencijacija na ove kategorije počiva na razlikama u njihovoj molekulskoj masi. Svaki teški lanac tipičnog imunoglobulina sadrži oko 420 aminokiselina (molekulske mase oko 50 kDa), a kod lahkih ih je ugrađeno oko 210 (ukupne molekulske mase oko 25 kDa). Uz aminokiseline, u IgG su objedinjeni i ugljikohidrati (oko 2,5% ukupne molekulske mase). H i L lanci su međusobno povezani disulfidnim (–S–S–) i kovalentnim vezama, pri čemu obrazuju Y–oblikovani kompleks. Lahki (L) lanci imunoglobulina su dvostruko kraći od teških (H). Na N–terminalu je smješten varijabilni, a na C njegov nevarijabilni (konzerviran) domen.

Antigen vezujući fragment (Fab) čine lahki lanac i Fd segment (V_H+C_H1) H – lanca. Unutar tetramerne imunoglobulinske molekule, dvije (L) i dvije (H) komponente su identične. Fc fragment sačinjavaju C–terminalni segmenti H–lanaca (C_H2+C_H3). Region između C_H1 i C_H2 je linearne – prije nego globularne strukture i označen je kao tzv. "ovisni region." To je zglobna struktura između tzv. "operativnog" i "inertnog" – unutarmolekulski fiksiranog segmenta antitijela. Svaka zrela plazma–ćelija proizvodi samo jednu vrstu imunoglobulina, sa međusobno podudarnim L– i H–lancima. Aktivni centri su na teškim lancima i čine ukupno oko 3–5% njihovih makromolekula. Pretpostavlja se da su obično najmanje dvovalentni, a mogu biti i polivalentni, sa 6–10 aktivnih centara, odnosno valencija antitijela. Kategorizacija antitijela (imunoglobulina: Ig) na "klase" i "potklase" počiva na osobenostima teških lanaca, a njihovi "tipovi" i "podtipovi" se diferenciraju na osnovu svojstava lahkih lanaca. Svaki krak ove strukture u obliku ipsilona ima posebnu antigen–vezujuću funkciju i označava se kao antigen–vezujući fragment (Fab), a njen rep je kristalizirajući fragment (Fc).

Prema strukturi i vrsti sastavnih teških lanaca, imunoglobulini ispoljavaju široku varijaciju. Analizom njihove elektroforetske mobilnosti, kod ljudskih vrsta je registrovano pet klasa imunoglobulina (Ig), tj. IgG: gama-γ (g); IgA: alfa-α (a); IgM: mi-μ (m); IgD: delta-δ (d); IgE: epsilon-ε (e): .

• Imunoglobulin A (IgA) se javlja u obliku monomera mase 160 kDa (u serumu) ili u obliku dimera molekulske mase od 320 kDa (u mukusu, sekretu i na površini ćelijske membrane). Luči se u skoro svim epitelijalnim tkivima, a pretpostavlja se da posebnu ulogu ima u otpornosti na infektivne bolesti respiratornog i probavnog trakta.
• Imunoglobulin D (IgD) se nalazi na površini limfocita – u obliku monomera mase 185 kDa. Funkcija mu još uvijek nije pouzdano utvrđena.
• Imunoglobulin E (IgE) se nalazi u obliku monomera molekulske mase 200 kDa, a uključen je u alergijske reakcije. Stvara kompleks sa antigenom i veže se za mast–ćelije (mastocite), pri čemu inicira početak sekrecije histamina. Mastociti pripadaju hematopoetičkoj lozi i često su ameboidni, sa velikim nukleusom i veoma granuliranom citoplazmom. Nađeni su u vezivnom i masnom tkivu, gdje luče heparin i histamin. Uključeni su i u neke veoma osjetljive reakcije alergijskog tipa. Odgovorni su za anafilaksiju – imunu preosjetljivost na ponovnu invaziju prethodno "upamćenih" antigena. Anafilaktički šok se manifestira skupom burnih alergijskih pojava, koje induciraju biološki aktivne supstance iz bazofilnih leukocita i tkivnih mastocita (tokom interakcije antigen – antitijelo). Mastociti proizvode mukopolisaharide, heparin i histamin, a sadrže i serotonin. Najznačajnija odbrambena funkcija se očituje pri akutnoj upali kada gube citoplazmatske granule koje povećavaju permeabilnost endotela krvnih žilica.
• Imunoglobulin G (IgG) se u ljudskom organizmu nalazi u obliku monomera mase 150 kDa, najčešća je molekula u sekundarnim imunim odgovorima. Veže komplement i jedini je imunoglobulin koji prolazi kroz placentu. Imunoglobulinska klasa G (IgG) je najzastupljenija u serumu i ima specifičnu ulogu u stvaranju imunološkog "pamćenja." Imuno pamćenje je kapacitet organizma koji mu omogućuje da pri svakom narednom kontaktu sa ranije eliminiranim antigenom odgovara brže i efikasnije u odnosu na prvi put (sekundarni ili anamnestički imuni odgovor).
• Imunoglobulin M (IgM) se nalazi u obliku pentamera i najbrojniji je imunoglobulin u primarnom imunom odgovoru organizma, neposredno nakon izlaganja antigenu. Njegova molekulska masa je 900 kDa, a uloga mu je fiksacija serumskog komplementa i efikasna aglutinacija.

^[2]

Kod različitih imunoglobulina (čak iste klase), varijabilni domen (V_H) na N–kraju H–lanca sadrži različitu aminokiselinsku sekvencu. Preostali domeni imaju više–manje homolognu strukturu kod svih vrsta imunoglobulina, što ukazuje na njihovo zajedničko porijeklo (genska duplikacija) i diversifikaciju (mutacije). Stalni (nepromjenljivi) domeni teških lanaca imunoglobulina (C_H1, C_H2, C_H3 i C_H4) čine tri četvrtine ukupne dužine lanaca i unutar su iste klase, te su u principu identični.

Superfamilija imunoglobulinskih domena je grupa glikoproteina koja je smještena na površini membrane nekih ćelija i koja ima jednu ili više imunoglobulinskih domena. Svaki domen je sekvenca od stotinjak aminokiselina koja je savijena prema naprijed i nazad stvarajući dvosloj stabiliziran međusobnim disulfidnim vezama (–S–S–). U ovu superfamiliju se ubrajaju: imunoglobulini sa do 12 domena po molekuli, receptori T–ćelija, MHC, CD4 i CD8 receptori.

X–kristalografska analiza pokazuje da polipeptidni lanci nisu ravni, nego da su savijeni na poseban način, čineći kompaktne globularne (kuglaste) strukture nazvane domeni. Lahki se lanac sastoji od dviju domena koje se nazivaju varijabilni domeni (V_L) i konstantni domen (C_L). Teški lanac svih klasa imunoglobulina sadrži po jedan varijabilni domen (V_H) i tri (IgG, IgA, IgD klase) odnosno četiri konstantne domene (C_H – klase IgM i IgE) koje se označavaju sa C_H1, C_H2, C_H3 i C_H4. V_L i V_H domeni se nalaze na N–terminalnom kraju Fab dijela i sačinjavaju vezno mjesto za antigen. Domeni nastaju mnogostrukim savijanjem lanca (oko 110 aminokiselina), tako da se od niza antiparalelno nabranih lanaca stvaraju dvije plohe koje su zajedno zgužvane u valjkastu tvorevinu.

• Antigen
• Imuni sistem
• Imuni odgovor
• Imunitet

• Mike's Immunoglobulin Structure/Function Home Page, arhivirana stranica sa http://www.path.cam.ac.uk/~mrc7/mikeimages.html (en)
• http://www.rcsb.org/pdb/static.do?p=education_discussion/molecule_of_the_month/pdb21_1.html Arhivirano 14. 4. 2010. na Wayback Machine (en)
• Mike's Immunoglobulin Structure/Function Page na Univerzitetu Cambridge
• Antibodies as the PDB molecule of the month Arhivirano 14. 4. 2010. na Wayback Machine Discussion of the structure of antibodies at RCSB Protein Data Bank
• Microbiology and Immunology On-line Textbook na Univerzitetu South Carolina
• A hundred years of antibody therapy History and applications of antibodies in the treatment of disease at University of Oxford
• How Lymphocytes Produce Antibody sa Cells Alive!
• Antibody applications Arhivirano 25. 9. 2009. na Wayback Machine Fluorescent antibody image library, na Univerzitetu Birmingham