stringtranslate.com

Взаимодействие антиген-антитело

Взаимодействие антиген-антитело, или реакция антиген-антитело , представляет собой специфическое химическое взаимодействие между антителами, вырабатываемыми В -клетками белых кровяных клеток , и антигенами во время иммунной реакции . Антигены и антитела объединяются в процессе, называемом агглютинацией. Это фундаментальная реакция в организме, с помощью которой организм защищается от сложных чужеродных молекул, таких как патогены и их химические токсины. В крови антигены специфически и с высоким сродством связываются антителами, образуя комплекс антиген-антитело. Затем иммунный комплекс транспортируется в клеточные системы, где он может быть разрушен или дезактивирован.

Первое правильное описание реакции антиген-антитело было дано Ричардом Дж. Голдбергом в Университете Висконсина в 1952 году. [1] [2] Оно стало известно как «теория Голдберга» (реакции антиген-антитело). [3]

Существует несколько типов антител и антигенов, и каждое антитело способно связываться только с определенным антигеном. Специфичность связывания обусловлена ​​определенным химическим составом каждого антитела. Антигенная детерминанта или эпитоп распознается паратопом антитела , расположенным в вариабельной области полипептидной цепи. Вариабельная область, в свою очередь, имеет гипервариабельные области, которые представляют собой уникальные аминокислотные последовательности в каждом антителе. Антигены связываются с антителами посредством слабых и нековалентных взаимодействий, таких как электростатические взаимодействия , водородные связи , силы Ван-дер-Ваальса и гидрофобные взаимодействия . [4]

Принципы специфичности и перекрестной реактивности взаимодействия антиген-антитело полезны в клинической лаборатории для диагностических целей. Одним из основных приложений является определение группы крови ABO. Он также используется как молекулярный метод для заражения различными патогенами, такими как ВИЧ, микробы и гельминты .

Молекулярная основа

Иммунитет, вырабатываемый при воздействии антигенов на человека, называется адаптивным или приобретенным иммунитетом, в отличие от иммунитета, вырабатываемого при рождении, который является врожденным иммунитетом. Приобретенный иммунитет зависит от взаимодействия между антигенами и группой белков, называемых антителами, которые вырабатываются В-клетками крови. Существует множество антител, и каждое из них специфично для определенного типа антигена. Таким образом, иммунный ответ при приобретенном иммунитете обусловлен точным связыванием антигенов с антителами. Только очень небольшая область молекул антигенов и антител фактически взаимодействует через комплементарные сайты связывания, называемые эпитопами в антигенах и паратопами в антителах. [5]

Структура антитела

Структурная модель молекулы антитела. Закругленные части обозначают места связывания антигена.

В антителе область Fab (фрагмент, антигенсвязывающий) формируется из аминоконца как легкой, так и тяжелой цепей полипептида иммуноглобулина . Эта область, называемая вариабельным (V) доменом, состоит из аминокислотных последовательностей, которые определяют каждый тип антитела и их связывающую аффинность с антигеном. Объединенная последовательность вариабельной легкой цепи (V L ) и вариабельной тяжелой цепи (V H ) создает три гипервариабельных области (HV1, HV2 и HV3). В V L они находятся примерно от остатков 28 до 35, от 49 до 59 и от 92 до 103 соответственно. HV3 является наиболее вариабельной частью. Таким образом, эти области могут быть частью паратопа, части антитела, которая распознает и связывается с антигеном. Остальная часть области V между гипервариабельными областями называется каркасными областями. Каждый домен V имеет четыре каркасных домена, а именно FR1, FR2, FR3 и FR4. [4] [6]

Структура антигена лизоцима куриного яйца (HEL). (A) Трехмерная структура HEL (представление CPK) вместе с тремя Ab (представление ленты). (B) Структура HEL, окрашенная в соответствии с теми же тремя эпитопами, что и в (A). (C) Структура HEL, окрашенная в соответствии с эпитопами, предсказанными Discotope (голубой), ellipro (фиолетовый) и seppa (розовый).

Характеристики

Химическая основа взаимодействия антиген-антитело

Антитела связывают антигены посредством слабых химических взаимодействий, и связывание по существу нековалентное . Известно, что электростатические взаимодействия , водородные связи , силы Ван-дер-Ваальса и гидрофобные взаимодействия задействованы в зависимости от участков взаимодействия. [7] [8] Нековалентные связи между антителом и антигеном также могут быть опосредованы молекулами воды на границе раздела. Такие непрямые связи могут способствовать явлению перекрестной реактивности, т. е. распознаванию различных, но родственных антигенов одним антителом. [9]

Сродство взаимодействия

Антиген и антитело взаимодействуют посредством высокоаффинного связывания, похожего на замок и ключ. [10] Для связывания существует динамическое равновесие. Например, реакция обратима и может быть выражена как: [11]

где [Ab] — концентрация антител , а [Ag] — концентрация антигена , как в свободном ([Ab],[Ag]), так и в связанном ([AbAg]) состоянии.

Следовательно, константу равновесной ассоциации K a можно представить как:

где k on и k off — константы скорости ассоциации и диссоциации соответственно.

Обратно, константа равновесной диссоциации K d будет равна:

Кинетику связывания антитело-антиген можно описать уравнением скорости обратимой реакции второго порядка . Однако эти уравнения применимы только к связыванию одного эпитопа, т.е. одного антигена на одно антитело. Поскольку антитело обязательно имеет два паратопа, и во многих случаях происходит сложное связывание, равновесие множественного связывания можно суммировать как:

где в состоянии равновесия c – концентрация свободного лиганда, r представляет собой отношение концентрации связанного лиганда к общей концентрации антител, а n – максимальное количество участков связывания на молекулу антитела (валентность антитела). [12] [13]

Общая сила связывания антитела с антигеном называется его авидностью к этому антигену. Поскольку антитела бывают двухвалентными или поливалентными, это сумма сил отдельных взаимодействий антитело-антиген. Сила отдельного взаимодействия между одним связывающим сайтом на антителе и его целевым эпитопом называется сродством этого взаимодействия. [14]

Авидность и сродство можно оценить по константе диссоциации для взаимодействий, которые они описывают. Чем ниже константа диссоциации, тем выше авидность или сродство и тем сильнее взаимодействие. [15] [16]

Аутоиммунное заболевание

Обычно антитела могут обнаруживать и различать молекулы извне организма и те, которые производятся внутри организма в результате клеточной активности. Собственные молекулы игнорируются иммунной системой. Однако в определенных условиях антитела распознают собственные молекулы как антигены и вызывают неожиданные иммунные реакции. Это приводит к различным аутоиммунным заболеваниям в зависимости от типа вовлеченных антигенов и антител. Такие состояния всегда вредны и иногда смертельны. Точная природа взаимодействия антитела и антигена при аутоиммунных заболеваниях пока не изучена. [17] [18]

Приложение

Взаимодействие антиген-антитело используется в лабораторных методах для серологического исследования совместимости крови и различных патогенных инфекций. Самым основным является определение группы крови ABO , что полезно для переливания крови . [19] Сложные приложения включают ELISA , [20] иммуноферментный спот ( Elispot ), иммунофлуоресценцию и иммуноэлектрофорез . [21] [22] [23]

Реакция осаждения

Растворимые антигены соединяются с растворимыми антителами в присутствии электролита при подходящей температуре и pH, образуя нерастворимый видимый комплекс. Это называется реакцией преципитации . Она используется для качественного и количественного определения как антигена, так и антитела. Она включает реакцию растворимого антигена с растворимыми антителами с образованием большой взаимосвязанной усугубленной решетки. [24] Она происходит в две отдельные стадии. Во-первых, антиген и антитело быстро образуют комплексы антиген-антитело в течение нескольких секунд, а затем следует более медленная реакция, в которой комплексы антитело-антиген образуют решетки, которые выпадают в осадок из раствора. [25] [26]

Специальный кольцевой тест полезен для диагностики сибирской язвы и определения фальсификации пищевых продуктов. [27] [28]

Реакция агглютинации

Он действует на реакцию антиген-антитело, в которой антитела сшивают антигены частиц, что приводит к видимому слипанию частиц. Существует два типа, а именно активная и пассивная агглютинация . [29] Они используются в анализах крови для диагностики брюшного тифа . [30] [31]

Ссылки

  1. ^ Голдберг, Ричард Дж. (1952). «Теория реакций антитело—антиген. I. Теория реакций многовалентного антигена с двухвалентным и одновалентным антителом». Журнал Американского химического общества . 74 (22): 5715–5725. doi :10.1021/ja01142a045.
  2. ^ Сахими, Мухаммад (1994). Приложения теории просачивания. Лондон: CRC Press. стр. 257. ISBN 978-0-203-22153-2.
  3. ^ Spiers, JA (1958). «Теория Голдберга о реакциях антиген-антитело in vitro». Иммунология . 1 (2): 89–102. PMC 1423897. PMID 13538526  . 
  4. ^ ab Janeway, Charles A Jr; Travers, Paul; Walport, Mark; Shlomchik, Mark J (2001). Иммунобиология: иммунная система в здоровье и болезни (5-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science. ISBN 0-8153-3642-X.
  5. ^ Sela-Culang, Inbal; Kunik, Vered; Ofran, Yanay (2013). «Структурная основа распознавания антитела-антигена». Frontiers in Immunology . 4 : 302. doi : 10.3389/fimmu.2013.00302 . PMC 3792396. PMID  24115948 . 
  6. ^ Mian, I.Saira; Bradwell, Arthur R.; Olson, Arthur J. (1991). «Структура, функция и свойства участков связывания антител». Журнал молекулярной биологии . 217 (1): 133–151. doi :10.1016/0022-2836(91)90617-F. PMID  1988675.
  7. ^ Ван Осс, CJ; Гуд, RJ; Чаудхури, MK (1986). «Природа взаимодействия антиген-антитело. Первичные и вторичные связи: оптимальные условия для ассоциации и диссоциации». Журнал хроматографии . 376 : 111–9. PMID  3711190.
  8. ^ Absolom, DR; van Oss, CJ (1986). «Природа связи антиген-антитело и факторы, влияющие на ее ассоциацию и диссоциацию». CRC Critical Reviews in Immunology . 6 (1): 1–46. PMID  3522103.
  9. ^ Лисова, О.; Белкади, Л.; Бедуэль, Хьюз (апрель 2014 г.). «Прямые и косвенные взаимодействия при распознавании перекрестно-нейтрализующего антитела и четырех серотипов вируса денге». J. Mol. Recogniz . 27 (4): 205–214. doi :10.1002/jmr.2352. PMID  24591178. S2CID  5416842.
  10. ^ Брейден, Британская Колумбия; Далл'Аква, Ж; Эйзенштейн, Э; Филдс, бакалавр; Гольдбаум, ФА; Мальчиоди, Эль; Мариуцца, РА; Шварц, ФП; Изерн, X; Поляк, Р.Дж. (1995). «Движение белков, блокировка и ключевая комплементарность в реакциях антиген-антитело». Фармацевтика Акта Гельвеция . 69 (4): 225–30. дои : 10.1016/0031-6865(94)00046-x. ПМИД  7651966.
  11. ^ Ревербери, Роберто; Ревербери, Лоренцо (2007). «Факторы, влияющие на реакцию антиген-антитело». Переливание крови = Trasfusione del Sangue . 5 (4): 227–240. дои : 10.2450/2007.0047-07. ПМК 2581910 . ПМИД  19204779. 
  12. ^ Ода, Масаюки; Утияма, Сусуму; Нода, Масанори; Ниси, Ёсинори; Кога, Майко; Маянаги, Коута; Робинсон, Кэрол В.; Фукуи, Киичи; Кобаяши, Юджи; Морикава, Косуке; Адзума, Такачика (2009). «Влияние аффинности антител и валентности антигена на молекулярные формы иммунных комплексов». Молекулярная иммунология . 47 (2–3): 357–364. doi :10.1016/j.molimm.2009.09.009. ПМИД  19800690.
  13. ^ Ревербери, Роберто; Ревербери, Лоренцо (2007). «Факторы, влияющие на реакцию антиген-антитело». Переливание крови = Trasfusione del Sangue . 5 (4): 227–240. дои : 10.2450/2007.0047-07. ПМК 2581910 . ПМИД  19204779. 
  14. ^ Эстеп, Патрисия; Рид, Фелиция; Науман, Клэр; Лю, Юйци; Сан, Тингван; Сан, Джоанн; Сюй, Инда (2013). «Высокопроизводительное измерение сродства антитело-антиген и эпитопного биннинга на основе раствора». mAbs . 5 (2): 270–278. doi :10.4161/mabs.23049. PMC 3893237 . PMID  23575269. 
  15. ^ Воклен, Жорж; Чарльтон, Стивен Дж. (2013). «Изучение авидности: понимание потенциального увеличения функциональной аффинности и целевого времени пребывания двухвалентных и гетеробивалентных лигандов». British Journal of Pharmacology . 168 (8): 1771–1785. doi :10.1111/bph.12106. PMC 3623049. PMID  23330947 . 
  16. ^ Эрлендссон, Саймон; Тейлум, Кааре (2020). «Binding Revisited-Avidity in Cellular Function and Signaling». Frontiers in Molecular Biosciences . 7 : 615565. doi : 10.3389 /fmolb.2020.615565 . PMC 7841115. PMID  33521057. 
  17. ^ Корнаби, Кейлеб; Гиббонс, Лорен; Мэйхью, Вера; Слоан, Чад С.; Уэллинг, Эндрю; Пул, Брайан Д. (2015). «Распространение эпитопа В-клеток: механизмы и вклад в аутоиммунные заболевания». Immunology Letters . 163 (1): 56–68. doi :10.1016/j.imlet.2014.11.001. PMID  25445494.
  18. ^ Имкеллер, Катарина; Вардеманн, Хедда (2018). «Оценка разнообразия и конвергенции репертуара В-клеток человека». Immunological Reviews . 284 (1): 51–66. doi : 10.1111/imr.12670 . PMID  29944762.
  19. ^ Майер, Джин. «Реакции иммуноглобулинов-антиген-антител и выбранные тесты». Микробиология и иммунология . Медицинская школа Университета Южной Каролины . Получено 10 марта 2015 г.
  20. ^ Марголис, Симеон (5 января 2012 г.). «Тесты на антигены/антитела при инфекционных заболеваниях». Remedy Health Media, LLC . Получено 10 марта 2015 г.
  21. ^ Тейлор, Чарльз В.; Чакрабарти, Субхас; Шаудер, Кит С.; Йоман, Линн К. (1983). «Идентификация цитозольных антигенов из клеток аденокарциномы GW-39 с помощью перекрестного иммуноэлектрофореза и иммунофлуоресценции». Иммунологические исследования . 12 (3): 315–329. doi :10.3109/08820138309050753. PMID  6350166.
  22. ^ Ференчик, Мирослав (2013). Справочник по иммунохимии . Нидерланды: Спрингер. стр. 309–386. дои : 10.1007/978-94-011-1552-0_12. ISBN 978-94-010-4678-7.
  23. ^ Оделл, Ян Д.; Кук, Дебора (2013). «Методы иммунофлуоресценции». Журнал исследовательской дерматологии . 133 (1): e4. doi : 10.1038/jid.2012.455 . PMID  23299451.
  24. ^ Alhabbab, Rowa Yousef (2018), «Реакции преципитации и агглютинации», Basic Serological Testing , Techniques in Life Science and Biomedicine for the Non-Expert, Cham: Springer International Publishing, стр. 23–30, doi : 10.1007/978-3-319-77694-1_3, ISBN 978-3-319-77693-4, получено 2021-11-11
  25. ^ Вирелла, Г. (1993). «Реакции антиген-антитело». Серия иммунологии . 58 : 117–133. PMID  8424970.
  26. ^ Хорнбек, П. (2001). "Анализ двойной иммунодиффузии для обнаружения специфических антител". Current Protocols in Immunology . Глава 2: Раздел 2.3. doi :10.1002/0471142735.im0203s00. PMID  18432768. S2CID  26865070.
  27. ^ Адамс, Труди; Осборн, Санча; Рейпкема, Сьорд (2005). «Иммунодиффузионный анализ для оценки содержания защитного антигена в вакцине против сибирской язвы». Вакцина . 23 (36): 4517–4520. doi :10.1016/j.vaccine.2005.04.017. PMID  15908061.
  28. ^ Литце, Артур (1969). «Количественное определение пищевых примесей методом множественной радиальной иммунодиффузии. I. Перекрестно реагирующие антигенные смеси». Журнал AOAC International . 52 (5): 988–995. doi : 10.1093/jaoac/52.5.988 .
  29. ^ Торсен, Т.; Клаузен, Х.; Ли, Р. Т.; Холмсен, Х. (1993). «Агрегация тромбоцитов, вызванная пузырьками: влияние газовых видов, белков и декомпрессии». Undersea & Hyperbaric Medicine . 20 (2): 101–119. PMID  8392414.
  30. ^ Олопоения, LA; Кинг, AL (2000). «Тест агглютинации Видаля – 100 лет спустя: все еще охвачен спорами». Postgraduate Medical Journal . 76 (892): 80–84. doi :10.1136/pmj.76.892.80. PMC 1741491. PMID  10644383. 
  31. ^ Парри, Кристофер М.; Виджедору, Лалит; Арджьял, Амит; Бейкер, Стивен (2011). «Полезность диагностических тестов на кишечную лихорадку в эндемичных районах». Экспертный обзор противоинфекционной терапии . 9 (6): 711–725. doi :10.1586/eri.11.47. PMID  21692675. S2CID  3414927.

Внешние ссылки