stringtranslate.com

Гаптен

Гаптены (от греческого haptein , что означает «скреплять») [1] представляют собой небольшие молекулы , которые вызывают иммунный ответ только при присоединении к крупному носителю, например белку ; носитель может быть носителем, который сам по себе не вызывает иммунного ответа . Механизмы отсутствия иммунного ответа могут различаться и включать сложные иммунологические взаимодействия, но могут включать отсутствие или недостаточность костимулирующих сигналов от антигенпрезентирующих клеток .

Гаптены использовались для изучения аллергического контактного дерматита (АКД) и механизмов воспалительного заболевания кишечника (ВЗК) для индукции аутоиммунных реакций. [2]

Концепция гаптенов возникла в результате работы австрийского иммунолога Карла Ландштейнера , [3] [4] , который также был пионером в использовании синтетических гаптенов для изучения иммунохимических явлений. [5]

Иммунная реакция на аддукт гаптен-носитель

Гаптены, нанесенные на кожу, в случае конъюгации с носителем могут индуцировать контактную гиперчувствительность, которая представляет собой реакцию гиперчувствительности замедленного типа IV типа, опосредованную Т-клетками и дендритными клетками . Он состоит из двух фаз: сенсибилизации и выявления. Фаза сенсибилизации, когда гаптен наносится на кожу впервые, характеризуется активацией врожденных иммунных реакций, включая миграцию дендритных клеток в лимфатические узлы, праймирование антигенспецифических наивных Т-клеток и генерацию антигенспецифических Т-клеток. эффекторные Т-клетки или Т-клетки памяти и В-клетки , а также плазматические клетки , секретирующие антитела . Вторая фаза выявления, когда гаптен наносится на другой участок кожи, начинается с активации эффекторных Т-клеток, за которой следует Т-клеточное повреждение тканей и иммунные реакции, опосредованные антителами. Гаптены первоначально активируют врожденные иммунные реакции с помощью сложных механизмов, включающих воспалительные цитокины , молекулярные паттерны, связанные с повреждением (DAMP) или воспаление . [6]

Как только организм вырабатывает антитела к аддукту гаптен-носитель , низкомолекулярный гаптен также может связываться с антителом, но обычно он не инициирует иммунный ответ; обычно это может сделать только аддукт гаптен-носитель. Иногда низкомолекулярный гаптен может даже блокировать иммунный ответ на аддукт гаптен-носитель, предотвращая связывание аддукта с антителом. Этот процесс называется ингибированием гаптена .

Хорошо известным примером гаптена является урушиол , токсин, обнаруженный в ядовитом плюще . При всасывании через кожу из растения ядовитого плюща урушиол подвергается окислению в клетках кожи с образованием настоящего гаптена, реактивной молекулы хинонового типа, которая затем реагирует с белками кожи с образованием гаптеновых аддуктов. После второго воздействия пролиферирующие Т-клетки активируются, вызывая иммунную реакцию, которая приводит к образованию типичных волдырей при контактном дерматите, вызванном урушиолом . [7]

Другим примером гаптен-опосредованного контактного дерматита является аллергия на никель , которая вызывается проникновением ионов металлического никеля в кожу и связыванием с белками кожи.

Примеры гаптенов

Многие гаптены входят в состав различных лекарств, пестицидов, гормонов, пищевых токсинов и т. д. Наиболее важным фактором является молекулярная масса, которая составляет <1000 Да . [8]

Первыми исследованными гаптенами были анилин и его карбоксильные производные ( о- , м- и п-аминобензойные кислоты ). [9]

Некоторые гаптены могут вызывать аутоиммунные заболевания. Примером является гидралазин , препарат, снижающий кровяное давление, который иногда может вызывать у некоторых людей лекарственную красную волчанку . По-видимому, это также механизм, с помощью которого анестезирующий газ галотан может вызвать опасный для жизни гепатит , а также механизм, с помощью которого препараты класса пенициллина вызывают аутоиммунную гемолитическую анемию . [10]

Другие гаптены, которые обычно используются в молекулярной биологии, включают флуоресцеин , биотин , дигоксигенин и динитрофенол .

Антитела были успешно получены против эндогенных и нереактивных малых молекул, таких как некоторые нейротрансмиттеры (например, серотонин (5НТ), глутамат , дофамин , ГАМК , триптамин , глицин , норадреналин ), аминокислоты (например, триптофан , 5-гидрокситриптофан , 5-метокситриптофан), с помощью глутаральдегида для сшивания этих молекул с белками-носителями, подходящими для иммунного распознавания. Примечательно, что обнаружение таких небольших молекул в тканях требует, чтобы ткань была зафиксирована глутаральдегидом, поскольку ковалентная связь глутаральдегида в интересующей молекуле часто образует часть эпитопа, распознаваемого антителом . [11] [12]

Гаптеновая конъюгация

Благодаря своей природе и свойствам аддукты гаптен-носитель играют важную роль в иммунологии . Их использовали для оценки свойств специфических эпитопов и антител. Они важны для очистки и производства моноклональных антител . Они также жизненно важны для разработки чувствительных количественных и качественных иммуноанализов . [13] Однако для достижения наилучших и наиболее желательных результатов необходимо учитывать множество факторов при разработке гаптеновых конъюгатов. К ним относятся метод конъюгации гаптенов, тип используемого носителя и плотность гаптенов. Вариации этих факторов могут приводить к различной силе иммунного ответа на вновь сформированную антигенную детерминанту. [14]

Перевозчики

В общем, белки-носители должны быть иммуногенными и содержать достаточное количество аминокислотных остатков в реактивных боковых цепях для конъюгации с гаптенами. Чтобы произошла гаптенация белка, гаптен должен быть электронодефицитным ( электрофильным ) либо сам по себе, либо он может быть преобразован в белок-реактивный вид, например, путем окисления воздухом или кожного метаболизма. [15] Гаптены присоединяются к молекуле-носителю ковалентной связью. В зависимости от используемых гаптенов, другие факторы при выборе белков-носителей могут включать их токсичность in vivo, коммерческую доступность и стоимость. [13]

К наиболее частым носителям относятся сывороточный глобулин , альбумины , овальбумин и многие другие. Человеческий сывороточный альбумин (ЧСА) часто является предпочтительным модельным белком для анализов связывания белков. Это хорошо изученный белок, и роль альбумина в крови и тканях in vivo часто заключается в связывании ксенобиотиков через свои карманы, связывающие субстрат, и удалении вторгшегося химического вещества из кровообращения или ткани, действуя таким образом как механизм детоксикации.

Хотя для конъюгации гаптенов в основном используются белки, также можно использовать синтетические полипептиды, такие как поли-L-глутаминовая кислота , полисахариды и липосомы . [13]

Механизмы связывания белков

Наиболее распространенными механизмами реакции, образующими ковалентные связи и, по прогнозам, участвующими в сенсибилизации, являются нуклеофильное замещение в насыщенном центре, нуклеофильное замещение в ненасыщенном центре и нуклеофильное присоединение. Возможны и другие реакции, такие как электрофильное замещение (соли диазония), радикальные реакции и ионные реакции. [15]

Методы гаптеновой конъюгации

При выборе подходящего метода конъюгации гаптена необходимо идентифицировать функциональные группы гаптена и его носителя. В зависимости от присутствующих групп можно использовать одну из двух основных стратегий:

  1. Спонтанная химическая реакция: используется, когда гаптен представляет собой химически активную молекулу, такую ​​как ангидриды и изоцианаты . Этот метод конъюгации является спонтанным и не требует использования сшивающих агентов. [13]
  2. Поперечная сшивка промежуточных молекул: этот метод в основном применяется к нереакционноспособным гаптенам. Агенты, содержащие по меньшей мере две химически активные группы, такие как карбодиимид или глутаральдегид , должны способствовать конъюгации гаптенов с их носителями. Степень поперечной сшивки зависит от соотношения гаптен/носитель к связующему агенту, концентрации гаптен/носитель и температуры, pH окружающей среды. [13]
    • Карбодиимид : группа соединений с общей формулой RN=C=NR', где R и R' являются либо алифатическими (т.е. диэтилкарбодиимид), либо ароматическими (т.е. дифенилкарбодиимид). Конъюгация с использованием карбодиимида требует присутствия α или ɛ-амино и карбоксильной группы . Аминогруппа обычно происходит от лизильного остатка белка-носителя, а карбоксильная группа - от гаптена. Точный механизм этой реакции до сих пор неизвестен. Однако предлагаются два пути. Первый постулирует, что образуется интермедиат, способный реагировать с амином . Второй гласил, что произошла перегруппировка ацилмочевины — основного побочного продукта реакции при высокой температуре. [16]
    • Глутаральдегид : Этот метод основан на реакции глутаральдегида с аминогруппами с образованием оснований Шиффа или продуктов присоединения двойной связи типа Михаэля. Выход конъюгатов можно контролировать, варьируя pH реакции. Более высокий pH приведет к образованию большего количества промежуточных соединений оснований Шиффа и впоследствии приведет к увеличению количества и размера гаптеновых конъюгатов. В целом поперечная связь с участием глутаральдегида очень стабильна. Однако иммунизированные животные склонны распознавать сшивающие мостики глутаральдегида в качестве эпитопов . [17]
  3. Высокоэффективный капиллярный электрофорез: Высокоэффективный капиллярный электрофорез (HPCE) является альтернативным методом оптимизации конъюгации гаптен-белок. HPCE преимущественно используется для разделения углеводов с очень высокой способностью разделения. Использование HPCE в качестве метода исследования определенных конъюгатов имеет множество преимуществ, например, требует лишь минимального размера выборки (nl). Кроме того, используемый образец не обязательно должен быть чистым и не требуется никакой радиоактивной маркировки. Большим преимуществом этого метода конъюгации гаптенов является то, что анализ образца осуществляется автоматически, а тестирование взаимодействия образцов можно определить в свободном растворе. Этот метод конъюгации гаптен-белок исключительно эффективен для конъюгатов с низкой плотностью эпитопов, тогда как в противном случае очень сложно определить их электрическую или ионную подвижность с помощью других методов. [18] [19]

Клиническое использование

Гаптеновое ингибирование

Гаптеновое ингибирование или «полугаптен» представляет собой ингибирование реакции гиперчувствительности III типа . При ингибировании свободные молекулы гаптенов связываются с антителами к этой молекуле, не вызывая иммунного ответа, в результате чего остается меньше антител для связывания с иммуногенным аддуктом гаптен-белок. Примером ингибитора гаптена является декстран 1 , который представляет собой небольшую фракцию (1 килодальтон ) всего декстранового комплекса, достаточную для связывания антидекстрановых антител, но недостаточную для образования иммунных комплексов и последующих иммунных ответов. [20]

Исследовать

Гаптены широко используются в иммунологии и смежных областях. Сенсибилизирующие химические вещества могут вызывать различные формы аллергии, аллергический контактный дерматит или сенсибилизацию дыхательных путей. Интересно, что отдельные типы химических веществ вызывают различные иммунные реакции: контактные аллергены провоцируют преимущественно реакции гиперчувствительности I типа , тогда как респираторные аллергены стимулируют селективные реакции II типа , что может быть очень подходящим для моделирования того, как иммунный ответ поляризуется по отношению к различным типам антигенов. [21]

В аллергологии на ранних стадиях разработки продуктов весьма предпочтительны тесты in vitro / in silico на сенсибилизацию кожи, выявление опасностей и оценку эффективности различных лекарственных и косметических компонентов. Способность препарата действовать как гаптен является четким показателем потенциальной иммуногенности. [22]

Гаптен-специфические антитела используются в широкой области различных иммуноанализов, иммунобиосенсорных технологий и колонок для очистки с помощью иммуноаффинной хроматографии; эти антитела можно использовать для обнаружения небольших загрязнений окружающей среды, наркотических средств, витаминов, гормонов, метаболитов, пищевых токсинов и загрязнителей окружающей среды. [23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Гаптен | биохимия | Британника" . www.britanica.com . Проверено 23 января 2023 г.
  2. ^ Эркес, Дэн; Сельван, Сентамиль (2014). «Вызванная гаптенами контактная гиперчувствительность, аутоиммунные реакции и регрессия опухоли: вероятность опосредования противоопухолевого иммунитета». Журнал иммунологических исследований . Хидави. 2014 : 1–28. дои : 10.1155/2014/175265 . ПМК 4052058 . ПМИД  24949488. 
  3. ^ Ландштейнер, Карл (1945). Специфичность серологических реакций . Кембридж: Гарвардский университет. Нажимать.
  4. ^ Ландштейнер, Карл (1990). Специфичность серологических реакций, 2-е издание, переработанное . Публикации Courier Dover. ISBN 978-0-486-66203-9.
  5. ^ Шредер, Кевин (март 2000 г.). «Синтетические гаптены как зонды антителенного ответа и иммунораспознавания». Методы . 20 (3): 372–379. дои : 10.1006/meth.1999.0929. ПМИД  10694458.
  6. ^ Сакамото, Эри; Катахира, Ясухиро; Мидзогучи, Изуру; Ватанабэ, Арума; Фурусака, Юма; Секин, Ами; Ямагиси, Миу; Сонода, Юкито; Миякава, Сатоми; Иноуэ, Шинья; Хасэгава, Хидеаки; Йо, Казуюки; Ямаджи, Фумия; Тойода, Акеми; Ёсимото, Такаюки (12 января 2023 г.). «Аллергические, воспалительные и аутоиммунные заболевания, вызванные химическими и лекарственными средствами, посредством гаптенации». Биология . 12 (1): 123. doi : 10.3390/biology12010123 . ISSN  2079-7737. ПМЦ 9855847 . ПМИД  36671815. 
  7. ^ ПабХим. «Урушиол». pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 23 января 2023 г.
  8. ^ Аль Карагули, Мохаммед М.; Паллиил, Сумья; Бродбент, Джиллиан; Каллен, Дэвид С.; Чарльтон, Кейт А.; Портер, Эндрю Дж. (24 октября 2015 г.). «Определение комплементарности между антителами и гаптенами для уточнения нашего понимания и помощи в прогнозировании успешного взаимодействия связывания». БМК Биотехнология . 15 (1): 99. дои : 10.1186/s12896-015-0217-x . ISSN  1472-6750. ПМК 4619568 . ПМИД  26498921. 
  9. ^ На основе К. Ландштейнера, 1962, Специфика серологических реакций , Dover Press.
  10. ^ Пихлер, Вернер Дж. (1 августа 2003 г.). «Лекарственный аутоиммунитет». Современное мнение в области аллергии и клинической иммунологии . 3 (4): 249–253. дои : 10.1097/00130832-200308000-00003. ISSN  1528-4050. PMID  12865767. S2CID  46521947.
  11. ^ Тальяферро, П; Тандлер, CJ; Рамос, Эй Джей; Печчи Сааведра, Дж; Бруско, А (1997). «Иммунофлуоресценция и фиксация глутаральдегидом. Новая процедура, основанная на методе тушения Шиффа». Журнал методов нейробиологии . Эльзевир Б.В. 77 (2): 191–197. дои : 10.1016/s0165-0270(97)00126-x. ISSN  0165-0270. PMID  9489897. S2CID  19400487.
  12. ^ Хьюсман, Хан; Винвин, Пол; Сеттер, Питер В. (6 февраля 2010 г.). «Исследование иммунного ответа и подготовка антител против большой группы конъюгированных нейротрансмиттеров и биогенных аминов: специфический ответ поликлональных антител и толерантность». Журнал нейрохимии . 112 (3): 829–841. дои : 10.1111/j.1471-4159.2009.06492.x. PMID  19912471. S2CID  205621520.
  13. ^ abcde Лемус, Ранульфо; Карол, Мерил Х. (2008). «Конъюгация гаптенов». Методы и протоколы лечения аллергии . Методы молекулярной медицины. Том. 138. стр. 167–182. дои : 10.1007/978-1-59745-366-0_14. ISBN 9780896038967. ПМИД  18612607.
  14. ^ Сингх, К.В.; Каур, Джасдип; Варшни, Гриш К.; Радже, Манодж; Сури, К. Раман (1 января 2004 г.). «Синтез и характеристика конъюгатов гаптен-белок для производства антител против малых молекул». Биоконъюгатная химия . 15 (1): 168–173. дои : 10.1021/bc034158v. ISSN  1043-1802. ПМИД  14733597.
  15. ^ Аб Дивкович, Майя; Пиз, Камилла К.; Герберик, Г. Франк; Баскеттер, Дэвид А. (май 2005 г.). «Связывание гаптен-белок: от теории к практическому применению в прогнозировании сенсибилизации кожи in vitro». Контактный дерматит . 53 (4): 189–200. дои : 10.1111/j.0105-1873.2005.00683.x . ISSN  0105-1873. PMID  16191014. S2CID  9713648.
  16. ^ Баумингер, Сара; Вильчек, Меир (1980). «[7] Использование карбодиимидов при приготовлении иммунизирующих конъюгатов». Иммунохимические методы, Часть А. Методы энзимологии. Том. 70. С. 151–159. дои : 10.1016/s0076-6879(80)70046-0. ISBN 9780121819705. ПМИД  6999295.
  17. ↑ Картер, Джон (1 января 1996 г.). «Конъюгация пептидов с белками-носителями посредством глутаральдегида». Справочник по протеиновым протоколам . Справочники по протоколам Springer. стр. 679–687. дои : 10.1007/978-1-60327-259-9_117. ISBN 978-0-89603-338-2.
  18. ^ Фрёкиер, Х.; Соренсен, Х.; Соренсен, JC; Соренсен, С. (24 ноября 1995 г.). «Оптимизация конъюгации гаптен-белок с помощью высокоэффективного капиллярного электрофореза». Журнал хроматографии А. 717 (1–2): 75–81. дои : 10.1016/0021-9673(95)00642-X. ISSN  0021-9673. ПМИД  8520687.
  19. ^ Стратис-Каллум, Д., МакМастерс, Сан, Пеллегрино, Пол М. и Исследовательская лаборатория армии США. (2009). Оценка связывания аптамера с бактериями Campylobacter jejuni с помощью аффинного зонда с помощью капиллярного электрофореза (ARL-TR (Aberdeen Proving Ground, Мэриленд); 5015). Адельфи, доктор медицинских наук: Армейская исследовательская лаборатория.
  20. ^ Промитен, информация о лекарствах из официального каталога лекарств Швеции. Последнее обновление: 17 февраля 2005 г.
  21. ^ Хопкинс, Жозефина Э.; Нэйсбитт, Дин Дж.; Киттерингем, Нил Р.; Дирман, Ребекка Дж.; Кимбер, Ян; Парк, Б. Кевин (1 февраля 2005 г.). «Селективная гаптенация клеточного или внеклеточного белка химическими аллергенами: связь с поляризацией цитокинов». Химические исследования в токсикологии . 18 (2): 375–381. дои : 10.1021/tx049688+. ISSN  0893-228X. ПМИД  15720145.
  22. ^ Дивкович, Майя; Баскеттер, Дэвид А.; Гилмор, Никола; Панико, Мария; Делл, Энн; Моррис, Ховард Р.; Пиз, Камилла К. Смит (1 января 2003 г.). «Связывание белок-гаптен: проблемы и ограничения для анализов сенсибилизации кожи in vitro». Журнал токсикологии: кожная и глазная токсикология . 22 (1–2): 87–99. дои : 10.1081/CUS-120020382. ISSN  0731-3829. S2CID  72917520.
  23. ^ Шиди, Клаудия; Роджер Маккензи, К.; Холл, Дж. Кристофер (1 июля 2007 г.). «Выделение и созревание аффинности гаптен-специфичных антител». Достижения биотехнологии . 25 (4): 333–352. doi :10.1016/j.biotechadv.2007.02.003. ISSN  0734-9750. ПМИД  17383141.

Внешние ссылки