Взаимодействие антиген-антитело
Взаимодействие антиген-антитело, или реакция антиген-антитело , представляет собой специфическое химическое взаимодействие между антителами, вырабатываемыми клетками лейкоцитов В - , и антигенами во время иммунной реакции . Антигены и антитела соединяются посредством процесса, называемого агглютинацией. Это фундаментальная реакция организма, с помощью которой он защищается от сложных инородных молекул, таких как патогены и их химические токсины. В крови антигены специфически и с высоким сродством связываются антителами с образованием комплекса антиген-антитело. Затем иммунный комплекс транспортируется в клеточные системы, где он может быть разрушен или деактивирован.
Первое правильное описание реакции антиген-антитело было дано Ричардом Дж. Голдбергом в Университете Висконсина в 1952 году. [1] [2] Она стала известна как «теория Гольдберга» (реакции антиген-антитело). [3]
Существует несколько типов антител и антигенов, и каждое антитело способно связываться только с определенным антигеном. Специфичность связывания обусловлена специфическим 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 АВО. Он также используется в качестве молекулярного метода заражения различными патогенами, такими как ВИЧ, микробы и гельминты .
Молекулярная основа
[ редактировать ]Иммунитет, вырабатываемый у человека при воздействии антигенов, называется адаптивным или приобретенным иммунитетом, в отличие от иммунитета, развивающегося при рождении, который является врожденным иммунитетом. Приобретенный иммунитет зависит от взаимодействия антигенов и группы белков, называемых антителами, продуцируемых В-клетками крови. Существует много антител, и каждое специфично для определенного типа антигена. Таким образом, иммунный ответ при приобретенном иммунитете обусловлен точным связыванием антигенов с антителами. Лишь очень небольшая часть молекул антигенов и антител фактически взаимодействует через комплементарные сайты связывания, называемые эпитопами в антигенах и паратопами в антителах. [5]
Структура антитела
[ редактировать ]
В антителе область Fab (фрагмент, антигенсвязывающий) образуется из аминоконца как легкой, так и тяжелой цепей полипептида иммуноглобулина . Эта область, называемая вариабельным доменом (V), состоит из аминокислотных последовательностей, которые определяют каждый тип антител и их аффинность связывания с антигеном. Комбинированная последовательность вариабельной области легкой цепи (VL ) и вариабельной области тяжелой цепи (VH ) создает три гипервариабельные области (HV1, HV2 и HV3). В V L это примерно остатки с 28 по 35, с 49 по 59 и с 92 по 103 соответственно. HV3 — самая изменчивая часть. Таким образом, эти области могут быть частью паратопа, частью антитела, которая распознает антиген и связывается с ним. Остальная часть V-области между гипервариабельными областями называется каркасными областями. Каждый домен V имеет четыре каркасных домена, а именно FR1, FR2, FR3 и FR4. [4] [6]
Характеристики
[ редактировать ]Химические основы взаимодействия антиген-антитело
[ редактировать ]Антитела связывают антигены посредством слабых химических взаимодействий, причем связь по существу нековалентна . электростатические взаимодействия , водородные связи , силы Ван-дер-Ваальса и гидрофобные взаимодействия . Известно, что в зависимости от мест взаимодействия участвуют [7] [8] Нековалентные связи между антителом и антигеном также могут быть опосредованы межфазными молекулами воды. Такие непрямые связи могут способствовать явлению перекрестной реактивности, то есть распознаванию разных, но родственных антигенов одним антителом. [9]
Близость взаимодействия
[ редактировать ]Антиген и антитело взаимодействуют посредством связывания с высокой аффинностью, подобно замку и ключу. [10] Для связывания существует динамическое равновесие. Например, реакция является обратимой и может быть выражена как: [11]
![{\displaystyle {\ce {[Ab] + [Ag] <=> [AbAg]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/811fa758653c8d49cd0ce39294d057605d41ea0c)
где [Ab] — концентрация антитела , а [Ag] — концентрация антигена либо в свободном ([Ab],[Ag]), либо в связанном ([AbAg]) состоянии.
Таким образом, равновесную константу ассоциации K a можно представить как:
![{\ displaystyle K_ {a} = {\ frac {k_ {{\ ce {on}}} {k_ {{\ ce {off}}}}} = {\ frac {{\ ce {[AbAg]}} }{{\что {[Ab] [Ag]}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/09d4748fd192c77a3fc2ba87099af6220ad03d97)
где k on и k off — константы скорости ассоциации и диссоциации соответственно.
Соответственно, равновесная константа диссоциации K d будет равна:
![{\ displaystyle K_ {d} = {\ frac {k_ {{\ ce {off}}} {k_ {{\ ce {on}}}}} = {\ frac {{\ ce {[Ab] [Ag ]}}}{{\что {[AbAg]}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8f493ddfcc98b21ad6da79f11274f8f8651dc94c)
Кинетика связывания антитело-антиген может быть описана уравнением скорости обратимой реакции второго порядка . Однако эти уравнения применимы только к связыванию одного эпитопа, т.е. одного антигена на одном антителе. Поскольку антитело обязательно имеет два паратопа и во многих случаях происходит комплексное связывание, равновесие множественного связывания можно резюмировать как:
![{\ displaystyle K_ {a} = {\ frac {k_ {{\ ce {on}}} {k_ {{\ ce {off}}}}} = {\ frac {{\ ce {[AbAg]}} }{{\ce {[Ab] [Ag]}}}}={\frac {r}{c(nr)}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/28687aa3d7022421fec0c9ecd50b8f8b18a479bb)
где в равновесии c представляет собой концентрацию свободного лиганда, r представляет собой отношение концентрации связанного лиганда к общей концентрации антитела, а n представляет собой максимальное количество сайтов 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 индивидуальных взаимодействий антитело-антиген. Сила индивидуального взаимодействия между одним сайтом связывания антитела и его целевым эпитопом называется аффинностью этого взаимодействия. [14]
Об авидности и аффинности можно судить по константе диссоциации описываемых ими взаимодействий. Чем ниже константа диссоциации, тем выше авидность или сродство и тем сильнее взаимодействие. [15] [16]
Аутоиммунное заболевание
[ редактировать ]Обычно антитела могут обнаруживать и дифференцировать молекулы, находящиеся вне организма, и те, которые производятся внутри организма в результате клеточной активности. Собственные молекулы, игнорируемые 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 задействованных антигенов и антител. Такие условия всегда вредны, а иногда и смертельны. Точная природа взаимодействия антитело-антиген при аутоиммунных заболеваниях еще не ясна. [17] [18]
Приложение
[ редактировать ]Взаимодействие антиген-антитело используется в лабораторных методиках при серологическом исследовании совместимости крови и различных патогенных инфекциях. Самым простым является определение группы крови АВО , которое полезно при переливании крови . [19] Сложные приложения включают ELISA , [20] спот-ферментный иммуноспот ( Элиспот ), иммунофлуоресценция и иммуноэлектрофорез . [21] [22] [23]
Реакция осаждения
[ редактировать ]Растворимые антигены соединяются с растворимыми антителами в присутствии электролита при подходящей температуре и pH с образованием нерастворимого видимого комплекса. Это называется реакцией осаждения . Он используется для качественного и количественного определения как антигена, так и антитела. Он включает в себя реакцию растворимого антигена с растворимыми антителами с образованием больших взаимосвязанных узлов, называемых решеткой. [24] Это происходит в две отдельные стадии. Во-первых, антиген и антитело быстро образуют комплексы антиген-антитело в течение нескольких секунд, после чего следует более медленная реакция, при которой комплексы антитело-антиген образуют решетки, которые осаждаются из раствора. [25] [26]
Специальный кольцевой тест полезен для диагностики сибирской язвы и определения фальсификации пищевых продуктов. [27] [28]
Реакция агглютинации
[ редактировать ]Он действует на реакцию антиген-антитело, при которой антитела сшивают антигены в виде частиц, что приводит к видимому скоплению частиц. Существует два типа агглютинации: активная и пассивная агглютинация . [29] Их используют в анализах крови для диагностики кишечной лихорадки . [30] [31]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Голдберг, Ричард Дж. (1952). «Теория антител - антигенные реакции. I. Теория реакций многовалентного антигена с двухвалентными и унивалентными антителами». Журнал Американского химического общества . 74 (22): 5715–5725. дои : 10.1021/ja01142a045 .
- ^ Сахими, Мухаммед (1994). Приложения теории перколяции . Лондон: CRC Press. п. 257. ИСБН 978-0-203-22153-2 .
- ^ Спирс, Дж. А. (1958). «Теория Гольдберга о реакциях антиген-антитело in vitro» . Иммунология . 1 (2): 89–102. ПМЦ 1423897 . ПМИД 13538526 .
- ^ Перейти обратно: а б Джейнвей, Чарльз А. младший; Трэверс, Пол; Уолпорт, Марк; Шломчик, Марк Дж (2001). Иммунобиология: Иммунная система в здоровье и болезни (5-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science. ISBN 0-8153-3642-Х .
- ^ Села-Куланг, Инбал; Куник, Веред; Офран, Блэк (2013). «Структурные основы распознавания антитело-антиген » Границы в иммунологии . 4 : 302. дои : 10.3389/fimmu.2013.00302 . ПМЦ 3792396 . ПМИД 24115948 .
- ^ Миан, И.Сайра; Брэдвелл, Артур Р.; Олсон, Артур Дж. (1991). «Структура, функции и свойства сайтов связывания антител». Журнал молекулярной биологии . 217 (1): 133–151. дои : 10.1016/0022-2836(91)90617-F . ПМИД 1988675 .
- ^ ван Осс, CJ; Хорошо, Р.Дж.; Чаудхури, МК (1986). «Природа взаимодействия антиген-антитело. Первичные и вторичные связи: оптимальные условия для ассоциации и диссоциации». Журнал хроматографии . 376 : 111–9. ПМИД 3711190 .
- ^ Абсолом, ДР; ван Осс, CJ (1986). «Природа связи антиген-антитело и факторы, влияющие на ее ассоциацию и диссоциацию». Критические обзоры CRC в иммунологии . 6 (1): 1–46. ПМИД 3522103 .
- ^ Лисова, О; Белкади, Л; Бедуэль, Хьюг (апрель 2014 г.). «Прямое и косвенное взаимодействие в распознавании перекрестно-нейтрализующего антитела и четырех серотипов вируса денге». Дж. Мол. Распознать . 27 (4): 205–214. дои : 10.1002/jmr.2352 . ПМИД 24591178 . S2CID 5416842 .
- ^ Брейден, Британская Колумбия; Далл'Аква, Ж; Эйзенштейн, Э; Филдс, бакалавр; Гольдбаум, ФА; Мальчиоди, Эль; Мариуцца, РА; Шварц, ФП; Изерн, Х; Поляк, Р.Дж. (1995). «Движение белков, блокировка и ключевая комплементарность в реакциях антиген-антитело». Фармацевтический препарат Acta Helvetiae . 69 (4): 225–30. дои : 10.1016/0031-6865(94)00046-x . ПМИД 7651966 .
- ^ Ревербери, Роберто; Ревербери, Лоренцо (2007). «Факторы, влияющие на реакцию антиген-антитело» . Переливание крови = Переливание крови . 5 (4): 227–240. дои : 10.2450/2007.0047-07 . ПМК 2581910 . ПМИД 19204779 .
- ^ Ода, Масаюки; Утияма, Сусуму; Нода, Масанори; Ниси, Ёсинори; Плавание, 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. дои : 10.1016/j.molimm.2009.09.009 . ПМИД 19800690 .
- ^ Ревербери, Роберто; Ревербери, Лоренцо (2007). «Факторы, влияющие на реакцию антиген-антитело» . Переливание крови = Переливание крови . 5 (4): 227–240. дои : 10.2450/2007.0047-07 . ПМК 2581910 . ПМИД 19204779 .
- ^ Эстеп, Патрисия; Рид, Фелисия; Науман, Клэр; Лю, Юци; Сунь, Тингвань; Сан, Джоанна; Сюй, Инда (2013). «Высокопроизводительное измерение сродства антитела к антигену и связывания эпитопов на основе раствора» . МАБ . 5 (2): 270–278. дои : 10.4161/mabs.23049 . ПМЦ 3893237 . ПМИД 23575269 .
- ^ Воклен, Жорж; Чарльтон, Стивен Дж. (2013). «Изучение авидности: понимание потенциального увеличения функционального сродства и целевого времени пребывания двухвалентных и гетеробивалентных лигандов» . Британский журнал фармакологии . 168 (8): 1771–1785. дои : 10.1111/bph.12106 . ПМЦ 3623049 . ПМИД 23330947 .
- ^ Эрлендссон, Саймон; Тейлум, Кааре (2020). «Пересмотренная авидность связывания в клеточных функциях и передаче сигналов» . Границы молекулярной биологии . 7 : 615565. doi : 10.3389/fmolb.2020.615565 . ПМЦ 7841115 . ПМИД 33521057 .
- ^ Корнаби, Калеб; Гиббонс, Лорен; Мэйхью, Вера; Слоан, Чад С.; Веллинг, Эндрю; Пул, Брайан Д. (2015). «Распространение эпитопа B-клеток: механизмы и вклад в аутоиммунные заболевания». Письма по иммунологии . 163 (1): 56–68. дои : 10.1016/j.imlet.2014.11.001 . ПМИД 25445494 .
- ^ Имкеллер, Катарина; Вардеманн, Хедда (2018). «Оценка разнообразия и конвергенции репертуара В-клеток человека» . Иммунологические обзоры . 284 (1): 51–66. дои : 10.1111/imr.12670 . ПМИД 29944762 .
- ^ Майер, Джин. «Иммуноглобулины-реакции антиген-антитела и избранные тесты» . Микробиология и иммунология . Медицинский факультет Университета Южной Каролины . Проверено 10 марта 2015 г.
- ^ Марголис, Симеон (5 января 2012 г.). «Тесты на антигены/антитела при инфекционных заболеваниях» . Ремеди Хелс Медиа, ООО . Проверено 10 марта 2015 г.
- ^ Тейлор, Чарльз В.; Чакрабарти, Субхас; Шаудер, Кейт 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. дои : 10.3109/08820138309050753 . ПМИД 6350166 .
- ^ 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 .
- ^ Оделл, Ян Д; Кук, Дебора (2013). «Методы иммунофлуоресценции» . Журнал исследовательской дерматологии . 133 (1): e4. дои : 10.1038/jid.2012.455 . ПМИД 23299451 .
- ^ Альхаббаб, Рова Юсеф (2018), «Реакции осаждения и агглютинации» , Базовые серологические тесты , Методы в области наук о жизни и биомедицины для неспециалистов, Cham: Springer International Publishing, стр. 23–30, doi : 10.1007/978-3 -319-77694-1_3 , ISBN 978-3-319-77693-4 , получено 11 ноября 2021 г.
- ^ Вирелла, Г. (1993). «Реакция антиген-антитело» . Серия Иммунология . 58 : 117–133. ПМИД 8424970 .
- ^ Хорнбек, П. (2001). «Анализ двойной иммунодиффузии для выявления специфических антител» . Современные протоколы в иммунологии . Глава 2: Раздел 2.3. дои : 10.1002/0471142735.im0203s00 . ПМИД 18432768 . S2CID 26865070 .
- ^ Адамс, Труди; Осборн, Санча; Рийпкема, Сьерд (2005). «Иммуно-диффузионный анализ для оценки содержания защитного антигена в вакцине против сибирской язвы» . Вакцина . 23 (36): 4517–4520. doi : 10.1016/j.vaccine.2005.04.017 . ПМИД 15908061 .
- ^ Литце, Артур (1969). «Количественное определение пищевых примесей методом множественной радиальной иммунодиффузии. I. Смеси перекрестно реагирующих антигенов» . Журнал AOAC International . 52 (5): 988–995. дои : 10.1093/jaoac/52.5.988 .
- ^ Торсен, Т.; Клаузен, Х.; Ложь, RT; Холмсен, Х. (1993). «Агрегация тромбоцитов, вызванная пузырьками: влияние газов, белков и декомпрессии» . Подводная и гипербарическая медицина . 20 (2): 101–119. ПМИД 8392414 .
- ^ Олопоения, Луизиана; Кинг, Алабама (2000). «Тест агглютинации Видаля – 100 лет спустя: споры до сих пор продолжаются» . Последипломный медицинский журнал . 76 (892): 80–84. дои : 10.1136/pmj.76.892.80 . ПМК 1741491 . ПМИД 10644383 .
- ^ Парри, Кристофер М.; Виджедору, Лалит; Арьяял, Амит; Бейкер, Стивен (2011). «Полезность диагностических тестов на кишечную лихорадку в эндемичных регионах» . Экспертный обзор противоинфекционной терапии . 9 (6): 711–725. дои : 10.1586/eri.11.47 . ПМИД 21692675 . S2CID 3414927 .