12.2: אנטיגנים ואפיטופים

הגדר אנטיגן ואימונוגן.

ציין ממה מורכבים אנטיגנים מבחינה כימית.

ציין 3 מאפיינים שאנטיגן חייב להיות אימונוגני.

תגדירי אפיטופ.

תאר בקצרה כיצד הגוף מזהה אנטיגן כזר.

השווה קולטנים של תאי B וקולטנים לתאי T במונחים של האופן שבו הם מזהים אפיטופים.

במונחים של מחלות זיהומיות, רשום 2 קטגוריות של חומרים מיקרוביאליים שעשויים לפעול כאנטיגן.

ציין 3 קבוצות של חומרים לא זיהומיים שעשויים לפעול כאנטיגן.

הגדר את הדברים הבאים:

1. אנטיגן אנדוגני
2. אנטיגן אקסוגני
3. אוטואנטיגן
4. הפטן

אנטיגן מוגדר כחומר המגיב עם מולקולות נוגדנים וקולטני אנטיגן על לימפוציטים. אימונוגן הוא אנטיגן המוכר על ידי הגוף כלא-עצמי ומעורר תגובה חיסונית אדפטיבית. לשם הפשטות, הן אנטיגנים והן אימונוגנים מכונים בדרך כלל אנטיגנים.

כדי להיות אימונוגני, אנטיגן חייב להיות בעל שלושה מאפיינים:

• להיות בעל משקל מולקולרי גבוה,
• להפגין מורכבות כימית, ו
• להפגין זרות (מוכר כלא-עצמי על ידי הגוף).

מבחינה כימית, אנטיגנים הם חלבונים בעלי משקל מולקולרי גדול (כולל חלבונים מצומדים כגון גליקופרוטאינים, ליפופרוטאינים ונוקלאופרוטאינים) ופוליסכרידים (כולל ליפופוליסכרידים). אנטיגנים חלבוניים ופוליסכרידים אלה נמצאים על פני השטח של נגיפים ותאים, כולל תאים מיקרוביאליים (חיידקים, פטריות, פרוטוזואנים) ותאים אנושיים.

אפיטופים של אנטיגן

החלקים או השברים בפועל של אנטיגן המגיבים עם קולטנים על לימפוציטים B ולימפוציטים T, כמו גם עם מולקולות נוגדנים חופשיות, נקראים אפיטופים או דטרמיננטים אנטיגניים. גודלו של אפיטופ נחשב בדרך כלל שווה ערך ל-5-15 חומצות אמינו או 3-4 שאריות סוכר.

לחלק מהאנטיגנים, כגון פוליסכרידים, יש בדרך כלל אפיטופים רבים, אך כולם באותה ספציפיות. הסיבה לכך היא שפוליסכרידים עשויים להיות מורכבים ממאות סוכרים עם שרשראות צד מסועפות של סוכר, אך בדרך כלל מכילים רק סוכר אחד או שניים שונים. כתוצאה מכך, רוב "הצורות" לאורך הפוליסכריד זהות (ראה איור \(\PageIndex{1}\)).

לאנטיגנים אחרים כגון חלבונים יש בדרך כלל אפיטופים רבים בעלי סגוליות שונות. הסיבה לכך היא שחלבונים הם בדרך כלל באורך מאות חומצות אמינו ומורכבים מ -20 חומצות אמינו שונות. חומצות אמינו מסוימות מסוגלות לקיים אינטראקציה עם חומצות אמינו אחרות בשרשרת החלבון וזה גורם לחלבון להתקפל על עצמו ולקבל צורה תלת מימדית מורכבת. כתוצאה מכך, ישנן "צורות" רבות ושונות על החלבון (ראה איור\(\PageIndex{2}\)). לכן חלבונים הם אימונוגניים יותר מפוליסכרידים; הם מורכבים יותר מבחינה כימית.

לחיידק, כמו חיידק בודד, יש חלבונים (ופוליסכרידים) רבים ושונים על פני השטח היוצרים ביחד את המבנים השונים שלו, ולכל חלבון שונה עשויים להיות אפיטופים רבים ושונים. לכן, תגובות חיסוניות מכוונות נגד אפיטופים רבים ושונים של אנטיגנים רבים ושונים של אותו חיידק. (לדוגמה, דופן תא חיידקי בלבד עשויה להכיל למעלה מ-100 אפיטופים שונים.) אפילו לוירוסים פשוטים יש אפיטופים רבים ושונים. (ראה איור\(\PageIndex{3}\)).

זיהוי אנטיגן כזר

כפי שראינו קודם ביחידה 5, לימפוציטים B ולימפוציטים T הם התאים שמבצעים את התגובות החיסוניות. הגוף מזהה אנטיגן כזר כאשר אפיטופים של אותו אנטיגן נקשרים ללימפוציטים B ולימפוציטים מסוג T באמצעות מולקולות קולטן ספציפיות לאפיטופ בעלות צורה משלימה לזו של האפיטופ (בדומה לחתיכות פאזל משתלבות).

א. קולטני תאי B

קולטני האנטיגן על הממברנה הציטופלזמית של לימפוציטים B נקראים קולטני תאי B והם למעשה מולקולות נוגדנים המיוצרות על ידי אותו תא ומעוגנות למשטח החיצוני של הממברנה הציטופלזמית שלו. כפי שנראה בסעיף מאוחר יותר, נוגדנים הם מקרומולקולות בצורת "Y" המורכבות מארבע שרשראות גליקופרוטאין המחוברות זו לזו על ידי קשרי דיסולפיד (S-S) וקשרים לא קוולנטיים (ראה איור). \(\PageIndex{4}\) קשרי S-S נוספים מקפלים את שרשראות הגליקופרוטאין הבודדות למספר תחומים כדוריים מובחנים (ראה איור). \(\PageIndex{5}\)

שני הטיפים של ה- "Y" מכונים חלקי ה- Fab של הנוגדן (ראה איור \(\PageIndex{4}\) ואיור\(\PageIndex{5}\)). 110 חומצות האמינו הראשונות או התחום הראשון של השרשרת הכבדה והקלה של אזור Fab של הנוגדן מספקות ספציפיות לקשירת אפיטופ על אנטיגן. מכיוון שהם מזהים צורות מולקולריות המתרחשות כתוצאה מקיפול תלת מימדי של אנטיגן, קולטני תאי B יכולים להיקשר ישירות לאפיטופים על אנטיגנים של פפטיד, חלבון, פוליסכריד, חומצת גרעין ושומנים.

החלק התחתון של ה- "Y", אזור מסוף C של כל שרשרת גליקופרוטאין, נקרא חלק ה- Fc. לחלק ה- Fc יש רצף חומצות אמינו קבוע המגדיר את המחלקה והתת-מחלקה של כל נוגדן. החלק הסופי של אזור ה- Fc של הקולטן לתאי B הוא החלק שהופך מעוגן לממברנה הציטופלזמית של לימפוציט B (ראה איור). \(\PageIndex{6}\)

ב. קולטני תאי T

הקולטנים על הממברנה של לימפוציטים מסוג T נקראים קולטני תאי T או TCR. הם מקבילים לקולטן תאי B, אך מורכבים משתי שרשראות גליקופרוטאין בלבד, שלכל אחת מהן תחום משתנה ותחום קבוע (ראה איור). \(\PageIndex{7}\)

בניגוד לקולטנים של תאי B שיכולים להיקשר ישירות לאפיטופים על אנטיגנים, הקולטן לתאי T או TCR של רוב לימפוציטים T4 ולימפוציטים T8 יכולים לזהות רק אפיטופים פפטידים מאנטיגנים חלבוניים המוצגים על ידי תאי הגוף עצמו באמצעות מולקולות מיוחדות הנקראות מולקולות MHC כפי שניתן לראות באיור. \(\PageIndex{6}\) החלק הסופי של התחומים המשתנים מספק ספציפיות לקשירת פפטידים של אנטיגנים חלבוניים לאחר שהחלבון נפרש, נשבר לפפטידים ונקשר למולקולת MHC, בעוד שהקצה של האזור הקבוע הופך מעוגן לממברנה הציטופלזמית של T- לימפוציטים.

^{ה-TCR של CD4 - CD8 - לימפוציטים מסוג T ולימפוציטים CD4+ ו-CD8+ שאינם מוגבלים ב-MHC יכולים לזהות אפיטופים של אנטיגנים שומנים או גליקוליפידים לאחר שהם נקשרו למולקולות CD1 על תאים המציגים אנטיגן או במקרים מסוימים, אפיטופים ישירות על אנטיגנים.}

ההערכה היא שלגוף האדם יש את היכולת לזהות 10 ⁷ אפיטופים שונים או יותר ולהרכיב עד 10 ⁹ נוגדנים שונים, שלכל אחד מהם ספציפיות ייחודית. על מנת לזהות את המספר העצום הזה של אפיטופים שונים, הגוף מייצר 10 ⁷ שיבוטים מובחנים או יותר של לימפוציטים B ולימפוציטים מסוג T, שלכל אחד מהם קולטן ייחודי של תאי B או קולטן לתאי T. בין המגוון הגדול הזה של קולטני תאי B וקולטני תאי T, חייב להיות לפחות אחד שיש לו אתר מחייב אפיטופ המסוגל להתאים, לפחות במידה מסוימת, לכל אנטיגן שמערכת החיסון נתקלת בו בסופו של דבר. עם התגובות החיסוניות ההסתגלותיות, הגוף מסוגל לזהות כל אנטיגן שניתן להעלות על הדעת שהוא עלול להיתקל בו בסופו של דבר.

אנימציית פלאש של אפיטופים המגיבים עם קולטנים ספציפיים של תאי B על לימפוציטים B.

גרסת html5 של אנימציה לאייפד המציגה אפיטופים המגיבים עם קולטן ספציפי של תאי B על לימפוציטים B.

אנימציית פלאש המציגה אפיטופים המגיבים עם TCR ספציפי על לימפוציטים T8.

גרסת html5 של אנימציה לאייפד המציגה אפיטופים המגיבים עם TCR ספציפי על לימפוציטים T8.

לקבלת מידע נוסף: B- לימפוציטים מיחידה 6

לקבלת מידע נוסף: T4-לימפוציטים מיחידה 6

לקבלת מידע נוסף: T8-לימפוציטים מיחידה 6

חומרים הפועלים כאנטיגנים

במונחים של מחלות זיהומיות, הדברים הבאים עשויים לשמש אנטיגנים:

א. מבנים מיקרוביאליים, כגון דפנות תאים חיידקיות ופטריות, ממברנות תאים פרוטוזואניות, כמוסות חיידקיות ופטריות, דגלים מיקרוביאליים, פילי חיידקי, קפסידים נגיפיים, גליקופרוטאינים הקשורים למעטפת נגיפית וכו '; ו

ב. רעלים מיקרוביאליים

חומרים מסוימים שאינם זיהומיים עשויים לפעול גם כאנטיגנים אם הם מוכרים כ"לא-עצמי "על ידי הגוף. אלה כוללים:

א. אלרגנים, כולל אבק, אבקה, שיער, מזון, קשקשים, ארס דבורים, תרופות וסוכנים אחרים הגורמים לתגובות אלרגיות;

ב. רקמות ותאים זרים מהשתלות ועירויים; ו

ג. התאים של הגוף עצמו שהגוף לא מצליח לזהות כ"עצמי נורמלי ", כגון תאים סרטניים, תאים נגועים, תאים המעורבים במחלות אוטואימוניות.

ישנן שלוש קטגוריות רחבות של אנטיגנים: אנטיגנים אנדוגניים, אנטיגנים אקסוגניים ואוטואנטיגנים.

1. אנטיגנים אנדוגניים הם חלבונים המצויים בתוך הציטוזול של תאים אנושיים. דוגמאות לאנטיגנים אנדוגניים כוללים:

1. חלבונים ויראליים המיוצרים במהלך שכפול ויראלי;
2. חלבונים המיוצרים על ידי חיידקים תאיים כגון Rickettsias ו Chlamydias במהלך שכפול שלהם;
3. חלבונים שנמלטו לתוך הציטוזול מהפגוזום של פגוציטים כגון תאים המציגים אנטיגן;
4. אנטיגנים סרטניים המיוצרים על ידי תאים סרטניים; ו
5. פפטידים עצמיים מחלבונים סלולריים מארחים.

2. אנטיגנים אקסוגניים הם אנטיגנים הנכנסים מחוץ לגוף, כמו חיידקים, פטריות, פרוטוזואה ווירוסים חופשיים. אנטיגנים אקסוגניים אלה נכנסים למקרופאגים, לתאים דנדריטים ולימפוציטים B באמצעות פגוציטוזיס או פינוציטוזיס.

3. אוטואנטיגנים הם כל אחד מהאנטיגנים של האורגניזם עצמו (אנטיגנים עצמיים) המעוררים תגובה אוטואימונית, כלומר חסינות הומורלית או מתווכת תאים נגד עצמי.

הפטן היא מולקולה קטנה שבעצמה אינה אימונוגנית אך יכולה לפעול כאנטיגן כאשר היא נקשרת למולקולת חלבון גדולה יותר. לאחר מכן, ההפטן פועל כאפיטופ על החלבון. למשל עם אלרגיות לפניצילין וקיסוס רעיל, מולקולות הפניצילין והשמן אורושיול מצמח קיסוס הרעל מתפקדות כהפטנים, נקשרות לחלבוני רקמות ליצירת אנטיגן ומעוררות תגובה חיסונית אלרגית.

כיצד הגוף מסוגל להבחין בין אפיטופים של מיקרואורגניזמים לבין אפיטופים "עצמיים" הקיימים כחלק מגופנו?

מה ההבדל בין האופן שבו לימפוציטים מסוג B ולימפוציטים מסוג T מזהים אנטיגנים?

סיכום

1. אנטיגן מוגדר כחומר המגיב עם מולקולות נוגדנים וקולטני אנטיגן על לימפוציטים.
2. אימונוגן הוא אנטיגן המוכר על ידי הגוף כלא-עצמי ומעורר תגובה חיסונית אדפטיבית.
3. מבחינה כימית, אנטיגנים הם חלבונים בעלי משקל מולקולרי גדול ופוליסכרידים.
4. החלקים או השברים בפועל של אנטיגן המגיבים עם קולטנים על לימפוציטים B ולימפוציטים מסוג T, כמו גם עם מולקולות נוגדנים חופשיות, נקראים אפיטופים.
5. גודלו של אפיטופ נחשב בדרך כלל שווה ערך ל-5-15 חומצות אמינו או 3-4 שאריות סוכר.
6. לאנטיגנים של פוליסכרידים יש בדרך כלל אפיטופים רבים אך כולם בעלי אותה ספציפיות.
7. לאנטיגנים של חלבונים יש בדרך כלל אפיטופים רבים בעלי סגוליות שונות.
8. תגובות חיסוניות מכוונות נגד אפיטופים רבים ושונים של אנטיגנים רבים ושונים של אותו חיידק.
9. הגוף מזהה אנטיגן כזר כאשר אפיטופים של אותו אנטיגן נקשרים ללימפוציטים B ולימפוציטים מסוג T באמצעות מולקולות קולטן ספציפיות לאפיטופ בעלות צורה משלימה לזו של האפיטופ.
10. קולטני האנטיגן על הממברנה הציטופלזמית של לימפוציטים B נקראים קולטני תאי B והם למעשה מולקולות נוגדנים המיוצרות על ידי אותו תא ומעוגנות למשטח החיצוני של הממברנה הציטופלזמית שלו ומורכבות מארבע שרשראות גליקופרוטאין מחוברות זו לזו.
11. הקולטנים על הממברנה של לימפוציטים מסוג T נקראים קולטני תאי T או TCR ומורכבים משתי שרשראות גליקופרוטאין בלבד.
12. במהלך התפתחותו, כל לימפוציט B ולימפוציט T שונים הופכים מתוכנתים גנטית לייצר קולטן תאי B או קולטן תאי T עם צורה תלת מימדית ייחודית.
13. הגוף מייצר 107 שיבוטים מובחנים או יותר של לימפוציטים B ולימפוציטים מסוג T, כל אחד עם קולטן ייחודי לתאי B או קולטן לתאי T ועם מגוון גדול זה של קולטני תאי B וקולטני תאי T, חייב להיות לפחות אחד שיש לו אתר מחייב אפיטופ המסוגל להתאים, לפחות במידה מסוימת, לכל אנטיגן שמערכת החיסון נתקלת בו בסופו של דבר.
14. מבחינת מחלות זיהומיות, מבנים מיקרוביאליים ורעלים מיקרוביאליים פועלים כאנטיגנים.
15. חומרים לא זיהומיים מסוימים פועלים גם כאנטיגנים, כולל אלרגנים, רקמות זרות ותאים מהשתלות ועירויים, ותאי הגוף עצמו שהגוף אינו מזהה כ"עצמי רגיל ", כגון תאים סרטניים, תאים נגועים ותאים המעורבים במחלות אוטואימוניות.
16. אנטיגנים אנדוגניים הם אנטיגנים המצויים בתוך הציטוזול של תאים אנושיים כגון חלבונים ויראליים, חלבונים מחיידקים תוך תאיים ואנטיגנים סרטניים.
17. אנטיגנים אקסוגניים הם אנטיגנים הנכנסים מחוץ לגוף, כמו חיידקים, פטריות, פרוטוזואה ווירוסים חופשיים.
18. אוטואנטיגנים הם כל אחד מהאנטיגנים של האורגניזם עצמו (אנטיגנים עצמיים) המעוררים תגובה אוטואימונית.