AntikörperEin Überblick Referat von Robert Bozsak

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Gliederung

• Antikörper allgemein

• generelle Struktur (Ketten)

• Isotypen - Vorkommen und Funktion

• generelle Sturktur (funktionelle Fragmente) und Definition: Allotypen

• von der DNA zum Antikörper (Klassenwechsel, V(D)J-Rekombination, somatische Hypermutation)

• Antigenerkennung im Antikörper

• Fragen & Antworten

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Antikörper allgemein

• Antikörper (auch: Immunglobuline, Ig) sind wichtiger Teil der erworbenen (adaptiven) Immunität und dienen der spezifischen Abwehr von Antigenen

• Sie sind Proteine, die als Reaktion auf Antigene gebildet werden

• Die Bildung erfolgt durch differenzierte B-Zellen (Plasmazellen)

• Antikörper kommen im Blut und in der extrazellulären Flüssigkeit der Gewebe vor

• Es werden sezernierte (abgesonderte) Antikörper (hydrophil) und membrangebundene B-Zell (BCR) / T-Zell (TCR) Antigenrezeptoren (hydrophob) unterschieden

• Sie „erkennen“ meist nur einen Teil der Struktur des Antigens (z.B. einer Polysaccharidhülle), die antigene Determinante (Epitop) und binden sich über eine spezifische nicht-kovalente Bindung zum Antigen-Antikörper-Komplex (hauptsächlich elektrostatische Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen)

• Aufgaben: Neutralisation von Antigenen, Opsonisierung, Aktivierung des Komplementsystems, ADCC, Agglutination

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generelle Struktur (Ketten)

• Jeder Antikörper weist ungefähr eine Y-Form auf mit einer antigenbindenden V-Region (variabel) und einer C-Region (konstant) zum Auslösen von Effektormechanismen

• Dazu kommt die Unterteilung in zwei paarweise identisch vorkommenden Polypeptid- ketten, der schweren H-Kette und der leichten L-Kette

• Die Ketten sind durch mehrere Disulfidbrücken verknüpft

• Leichte Ketten bestehen aus jeweils einer variablen und konstanten (Immunglobulin-)Domäne (eigener, kompakt gefalteter Abschnitt; VL

und CL)

• Schwere Ketten besitzen eine variable und 3 (IgG, IgA) oder 4 (IgM, IgE) konstante Domänen (VH, CH1, CH2, ...)

• Die variablen Domänen der schweren und leichten Kette bilden die Antigen-bindungsstelle

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generelle Struktur (Ketten)

• Es gibt zwei Typen von leichten Ketten pro Antikörper (entweder Lambda λ-oder Kappa κ-Ketten) ohne funktionellen Unterschied und mit einem artspezifischen Verhältnis (z.B. κ:λ bei Menschen 2:1, bei Rindern 1:20)

• Dazu gibt es noch fünf Typen von schweren Ketten, die zur Einteilung aller Immunglobuline in Hauptklassen oder Isotypen dient

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Isotypen (Klassen)

• Die fünf wichtigsten Immunglobulinklassen heißen Immunglobulin G (IgG), Immunglo-bulin M (IgM), Immunglobulin A (IgA), Immunglobulin D (IgD) und Immunglobulin G (IgE)

• Ihre charakteristischen funktionellen Eigenschaften erhalten die schweren Ketten durch ihre carboxyterminalen Hälften

• Immunglobuline haben auch einen hohen Stellenwert in der Medizin (z.B. Anwendung als passiver Impftstoff, in der Onkologie, bei Autoimmunerkrankungen oder als Teil des radioaktiven Tracer bei Szintigrafien)

• Biologie: z.B. Nachweis von Proteinen mithilfe von Fluoreszenzfarbstoffen

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generelle Struktur (funktionelle Fragmente)

• Mithilfe von Enzymen (Proteasen) lassen sich die Polypeptidsequenzen an bestimmten Aminosäuren spalten

• Beispiel: Verdauung mit Papain (li.) und Pepsin (re.)

• Papain spaltet Antikörpermoleküle in zwei identische Fragmente, mit antigen-bindender Aktivität (Fab = fragment antigen binding; komplette leichte Kette + VH + CH1) und einem Fc- Fragment (fragment crystallizable), mit konstanten Regionen

• Pepsin spaltet es in ein F(ab‘)2-Fragment mit voller Bindungseigenschaft für das Antigen und mehreren kleinen Fragmenten der schweren Kette

• Mittels gentechnischer Verfahren lassen sich viele verschiedene Antikörperteil-stücke herstellen, die sich z.B. an Proteintoxine oder Tumorantigene nur mit einem verkürzten Fab-Fragment binden (siehe: einkettiges Fv = fragment variable)

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generelle Struktur (Hinge-Region) /Definition „Allotypen“

• alle Proteindomänen verbinden sich zu drei gleich großen globulären Teilen, die über ein bewegliches Stück, der Gelenkregion (Hinge), flexibel miteinander verbunden sind

• Dieses „molekulare Kugelgelenk“ erlaubt unabhängige Bewegung beider Fab-Arme, sodass sich auch (z.B. an Haptenen) Dimere, Trimere, Tetramere, usw. ausbilden können

• Definition Allotyp: Existieren an einem Genort innerhalb einer Population verschiedene Allele, so werden die Genprodukte als Allotypen bezeichnet, d.h. eine hohe Anzahl an Allelen kodieren ihre jeweiligen Proteine

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von der DNA zum Antikörper: allgemein /Entstehung der Vielfalt im Antikörper-Repertoire

• In jedem Lebewesen gibt es zu jedem Zeitpunkt mindestens 108 verschiedene Lymphocytenspezifitäten; eine so große Anzahl, dass sie nie in der DNA codiert werden könnte

• Zur Herstellung von spezifischen Antikörpern bei einer Immunantwort durchläuft der Organismus zwei Schritte:

• Erstens: Bei der Reifung von B-Zellen (oder bei TCRs) wird ihre Rezeptorspezifität durch den Prozesse der somatischen Rekombination rein zufällig aus DNA-Segmenten irreversibel geprägt. Auch spielt die junktionale Vielfalt eine Rolle.

• Zweitens: Nach der Aktivierung einer B-Zelle kann durch somatische Hypermutation (der V-Domänen) und dem Klassenwechsel (der C-Region) eine weitere Anpassung auf dem Weg zur differenzierten Plasmazelle und den sezenierten Antikörpern vorgenommen werden

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von der DNA zum Antikörper: V(D)J-Rekombination

• während der Reifung der B-Lymphocyten im Knochenmark werden unterschiedliche DNA-Abschnitte für die leichten und schweren Ketten zufällig miteinander kombiniert

• V-Regionen beider Ketten setzen sich aus V,D,J-Segmenten bei den schweren und V,J-Segmenten bei den leichten zusammen

• Obwohl es von jedem Segment im Genom mehrere Varianten gibt (Allotypen), ist es Zufall, welches Variante zum Zug kommt

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von der DNA zum Antikörper: V(D)J-Rekombination

• Dieses Ereignis ist einmalig und irreversibel, alle Nachkommen weisen die gleiche Spezifität auf

• Es ist der einzige Prozess im Lebewesen, bei dem die DNA in somatischen, proliferierenden Zellen gezielt verändert wird

• In der Tabelle rechts sind die daraus entstehende Möglichkeiten beim Menschen errechnet

• Die Diversität wird weiterhin durch Deletion oder Hinzufügen von Nucleotiden während der Rekombination erhöhrt. Dieser Prozess beschreibt die junktionale Vielfalt

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von der DNA zum Antikörper: Klassenwechsel & somatische Hypermutation

• Im Zuge der Immunantwort sind jedoch weitere Genveränderungen möglich

• Durch gehäufte Punktmutation im Prozess der somatischen Hypermutation können in der V-Region Änderungen hervorgerufen werden, die im B-Zellklon zu einer stärkeren Stimulierung durch das Antigen führen

• Dadurch wird ihm ein Wachstumsvorteil gegeben

• Dieser Mechanismus der Affinitätsreifung ist nur bei B-Zellen beobachtet worden

• Obwohl der variable Teil eines Antikörpermoleküls bei einer klonalen Zelllinie gleich bleibt, ist beim konstanten Teil der Austausch zu einer anderen Klasse möglich

• Dieser Prozess heißt Klassenwechsel und wird durch Cytokine von T-Lymphozyten beeinflusst

• Die Synthese kann immer nur in folgender Reihenfolge ablaufen:

• IgM, IgD, IgG, IgE und IgA

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Antigenerkennung im Antikörper

• Antigenerkennung durch den V-Teil

Hypervariable Regionen

Innerhalb der V-Regionen von Antikörper-Molekülen finden sich auffällige Bereiche, in denen die Aminosäure-Sequenzen stark variieren, hypervariabel sind. Diese Bereiche determinieren die Bindungseigenschaften des Antikörpers und sind komplementär zum Antigen CDR = complementarity determining region

CDRs

Die Domänen von Immunglobulinen besitzen eine charakteristische Tertiärstruktur, die sich auch bei vielen Molekülen findet, die keine Antikörper sind.

Jede H- und jede L-Kette besitzt innerhalb ihrer V-Region drei complementarity dertermining regions (CDRs), von denen Antigenbindung und damit die Spezifität des Antikörpers bestimmt werden.

• Die kombinatorische Vielfalt lässt sich also durch Verbindung verschiedener variablen Regionen der schweren und leichten Kette stark erhöhen (vgl. zusätzlich zur V(D)J-Kombination)

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Fragen und Antworten

Noch Fragen?Wenn nicht, dann

vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! :)

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Quellen• http://de.wikipedia.org/wiki/Antikörper

• http://de.wikipedia.org/wiki/V(D)J-Rekombination

• http://de.wikipedia.org/wiki/Somatische_Hypermutation

• http://ikit.uniklinikum-leipzig.de/download/v2.pdf

• http://www.archetypum.net/projects/immunologie/fs0.html

• http://www.ruhr-uni-bochum.de/vkmed/rub-grafiken/Immunologie1

• http://www.ursprung.at/ursprung/projekte_extern/allergiehp_kids/huber/projektarbeit_huber.htm

• Immunbiologie: Eine Einführung von Jürgen Neumann, Springer 2008

• zugesandte Info-Materialien