Антиген
В иммунологии антиген молекулу ( Ag ) представляет собой , фрагмент , чужеродные частицы или аллерген , например пыльцу , которые могут связываться со специфическим антителом или рецептором Т-клеток . [1] Присутствие антигенов в организме может вызвать иммунный ответ . [2]
Антигенами могут быть белки , пептиды (цепи аминокислот), полисахариды (цепи простых сахаров), липиды или нуклеиновые кислоты . [3] [4] Антигены существуют на нормальных клетках , раковых клетках , паразитах , вирусах , грибах и бактериях . [1] [3]
Антигены распознаются антигенными рецепторами, включая антитела и рецепторы Т-клеток. [3] Клетки иммунной системы создают разнообразные антигенные рецепторы, так что каждая клетка обладает специфичностью к одному антигену. [3] При воздействии антигена только лимфоциты, распознавшие этот антиген, активируются и размножаются. Этот процесс известен как клональная селекция . [4] В большинстве случаев антитела антигенспецифичны , что означает, что антитело может реагировать только на один специфический антиген и связываться с ним; однако в некоторых случаях антитела могут перекрестно реагировать , связываясь более чем с одним антигеном. Реакция между антигеном и антителом называется реакцией антиген-антитело .
Антиген может возникать либо изнутри организма (« собственный белок » или «собственные антигены»), либо из внешней среды («чужие»). [2] Иммунная система идентифицирует и атакует «чужие» внешние антигены. Антитела обычно не реагируют с аутоантигенами из-за негативной селекции Т -клеток в тимусе и В-клеток в костном мозге . [5] Заболевания, при которых антитела реагируют с собственными антигенами и повреждают собственные клетки организма, называются аутоиммунными заболеваниями . [6]
Вакцины являются примерами антигенов в иммуногенной форме, которые намеренно вводятся реципиенту, чтобы индуцировать функцию памяти адаптивной иммунной системы в отношении антигенов патогена, вторгающегося в этого реципиента. вакцина от сезонного гриппа . Типичным примером является [7]
Этимология
[ редактировать ]Пауль Эрлих ввел термин антитело ( нем . Antikörper ) в своей теории боковой цепи в конце 19 века. [8] В 1899 году Ладислас Дойч (Ласло Детре) назвал гипотетические вещества, находящиеся на полпути между бактериальными составляющими и антителами, «антигенными или иммуногенными веществами» ( франц .: вещества иммуногенные или антигенные ). Первоначально он полагал, что эти вещества являются предшественниками антител, точно так же, как зимоген является предшественником фермента . Но к 1903 году он понял, что антиген индуцирует выработку иммунных тел (антител) и написал, что слово «антиген» представляет собой сокращение слова «антисоматоген» ( Immunkörperbildner ). Оксфордский словарь английского языка указывает, что логическая конструкция должна быть «анти(тело)-ген». [9] Первоначально этот термин относился к веществу, которое действует как генератор антител. [10]
Терминология
[ редактировать ]- Эпитоп – отчетливые поверхностные признаки антигена, его антигенная детерминанта .
Антигенные молекулы, обычно «большие» биологические полимеры, обычно имеют поверхностные особенности, которые могут выступать в качестве точек взаимодействия для специфических антител. Любая такая особенность представляет собой эпитоп. Большинство антигенов потенциально могут связываться с несколькими антителами, каждое из которых специфично к одному из эпитопов антигена. Используя метафору «замка и ключа», антиген можно рассматривать как цепочку ключей (эпитопов), каждый из которых соответствует отдельному замку (антителу). антител Каждый из различных идиотипов имеет отчетливо сформированные области, определяющие комплементарность . - Аллерген – вещество, способное вызвать аллергическую реакцию . (Вредная) реакция может возникнуть после воздействия при проглатывании, вдыхании, инъекции или контакте с кожей.
- Суперантиген – класс антигенов, которые вызывают неспецифическую активацию Т-клеток, что приводит к поликлональной активации Т-клеток и массивному высвобождению цитокинов .
- Толероген – вещество, вызывающее специфическую иммунную реакцию из-за своей молекулярной формы . При изменении его молекулярной формы толероген может стать иммуногеном .
- Иммуноглобулин -связывающий белок – белки, такие как белок A , белок G и белок L , которые способны связываться с антителами в положениях за пределами сайта связывания антигена. В то время как антигены являются «мишенью» антител, иммуноглобулин-связывающие белки «атакуют» антитела.
- Т-зависимый антиген – антигены, которым требуется помощь Т-клеток для индукции образования специфических антител.
- Т-независимый антиген – антигены, которые непосредственно стимулируют В-клетки.
- Иммунодоминантные антигены – антигены, которые доминируют (над всеми остальными возбудителями ) по своей способности вызывать иммунный ответ. Ответы Т-клеток обычно направлены против относительно небольшого числа иммунодоминантных эпитопов, хотя в некоторых случаях (например, при заражении возбудителем Plasmodium малярии spp. ) они распространяются на относительно большое количество антигенов паразита. [11]
Антигенпрезентирующие клетки представляют антигены в виде пептидов на молекулах гистосовместимости . Т-клетки избирательно распознают антигены; в зависимости от антигена и типа молекулы гистосовместимости будут активированы разные типы Т-клеток. Для распознавания Т-клеточного рецептора (TCR) пептид должен быть процессирован на небольшие фрагменты внутри клетки и представлен главным комплексом гистосовместимости (MHC). [12] Антиген не может вызвать иммунный ответ без помощи иммунологического адъюванта . [13] Аналогичным образом, адъювантный компонент вакцин играет важную роль в активации врожденной иммунной системы. [14] [15]
Иммуноген – это антигенное вещество (или аддукт ), способное запускать гуморальный (врожденный) или клеточный иммунный ответ. [16] Сначала он инициирует врожденный иммунный ответ, который затем вызывает активацию адаптивного иммунного ответа. Антиген связывает высоковариабельные продукты иммунорецепторов (рецептор В-клеток или рецептор Т-клеток) после их образования. Иммуногены – это антигены, называемые иммуногенными , способные вызывать иммунный ответ. [17]
антитела На молекулярном уровне антиген можно охарактеризовать по его способности связываться с паратопами . Различные антитела способны различать специфические эпитопы, присутствующие на поверхности антигена. Гаптен — это небольшая молекула, которая может вызвать иммунный ответ только при присоединении к более крупной молекуле-переносчику, такой как белок . Антигенами могут быть белки, полисахариды, липиды , нуклеиновые кислоты или другие биомолекулы. [4] Сюда входят части (оболочки, капсулы, клеточные стенки, жгутики, фимбрии и токсины) бактерий , вирусов и других микроорганизмов . Немикробные несобственные антигены могут включать пыльцу, яичный белок и белки из трансплантированных тканей и органов или на поверхности перелитых клеток крови.
Источники
[ редактировать ]Антигены можно классифицировать в зависимости от их источника.
Экзогенные антигены
[ редактировать ]Экзогенные антигены — это антигены, попавшие в организм извне, например, при вдыхании , проглатывании или инъекции . Реакция иммунной системы на экзогенные антигены часто носит субклинический характер. Путем эндоцитоза или фагоцитоза экзогенные антигены попадают в антигенпрезентирующие клетки (АПК) и расщепляются на фрагменты. Затем APC представляют фрагменты Т-хелперным клеткам ( CD4 + ) за счет использования гистосовместимости класса II на их поверхности молекул . Некоторые Т-клетки специфичны для комплекса пептид:MHC. Они активируются и начинают секретировать цитокины, вещества, которые активируют цитотоксические Т-лимфоциты секретирующие антитела (CTL), В-клетки, , макрофаги и другие частицы.
Некоторые антигены изначально экзогенны, а затем становятся эндогенными (например, внутриклеточные вирусы). Внутриклеточные антигены могут быть возвращены в кровообращение после разрушения инфицированной клетки.
Эндогенные антигены
[ редактировать ]Эндогенные антигены образуются внутри нормальных клеток в результате нормального клеточного метаболизма или вследствие вирусной или внутриклеточной бактериальной инфекции . Затем фрагменты презентируются на поверхности клетки в комплексе с MHC класса I. молекулами Если активирован цитотоксический CD8 + Т-клетки распознают их, Т-клетки выделяют различные токсины , которые вызывают лизис или апоптоз инфицированной клетки. Чтобы не дать цитотоксическим клеткам убивать клетки только ради презентации собственных белков , цитотоксические клетки (аутореактивные Т-клетки) удаляются в результате толерантности (негативной селекции). Эндогенные антигены включают ксеногенные (гетерологичные), аутологичные и идиотипические или аллогенные (гомологичные) антигены. Иногда антигены являются частью самого хозяина при аутоиммунном заболевании . [2]
Аутоантигены
[ редактировать ]Аутоантиген собственный обычно представляет собой белок или белковый комплекс (а иногда и ДНК или РНК), который распознается иммунной системой пациентов с конкретным аутоиммунным заболеванием . В нормальных условиях эти собственные белки не должны быть мишенью иммунной системы, но при аутоиммунных заболеваниях связанные с ними Т-клетки не удаляются, а вместо этого атакуют.
Неоантигены
[ редактировать ]Неоантигены — это те, которые полностью отсутствуют в нормальном геноме человека. По сравнению с немутированными собственными белками неоантигены имеют значение для контроля опухоли, поскольку на качество пула Т-клеток, доступного для этих антигенов, не влияет центральная толерантность Т-клеток. Технология систематического анализа реактивности Т-клеток против неоантигенов стала доступной лишь недавно. [18] Неоантигены могут быть непосредственно обнаружены и количественно определены. [19]
Вирусные антигены
[ редактировать ]Для вирус-ассоциированных опухолей, таких как рак шейки матки и некоторые виды рака головы и шеи , эпитопы, полученные из вирусных открытых рамок считывания, вносят вклад в пул неоантигенов. [18]
Опухолевые антигены
[ редактировать ]Опухолевые антигены — это антигены, которые представлены молекулами MHC класса I или MHC класса II на поверхности опухолевых клеток . Антигены, обнаруженные только в таких клетках, называются опухолеспецифическими антигенами (TSA) и обычно возникают в результате опухолеспецифической мутации . Более распространены антигены, представленные опухолевыми и нормальными клетками, называемые опухолеассоциированными антигенами (ТАА). Цитотоксические Т-лимфоциты , распознающие эти антигены, могут разрушать опухолевые клетки. [18]
Опухолевые антигены могут появиться на поверхности опухоли в виде, например, мутировавшего рецептора, и в этом случае они распознаются В -клетками . [18]
При опухолях человека невирусной этиологии новые пептиды (неоэпитопы) создаются путем опухолеспецифичных изменений ДНК. [18]
Процесс
[ редактировать ]Большая часть опухолевых мутаций человека фактически специфична для пациента. Следовательно, неоантигены также могут быть основаны на отдельных опухолевых геномах. Технологии глубокого секвенирования могут выявить мутации в кодирующей белок части генома ( экзоме ) и предсказать потенциальные неоантигены. На моделях мышей для всех новых белковых последовательностей были предсказаны потенциальные MHC-связывающие пептиды. Полученный набор потенциальных неоантигенов использовали для оценки реактивности Т-клеток. Анализы на основе экзома использовались в клинических условиях для оценки реактивности у пациентов, получавших либо клеточную терапию инфильтрирующих опухоль лимфоцитов (TIL), либо блокаду контрольных точек. Идентификация неоантигена оказалась успешной для множества экспериментальных модельных систем и злокачественных опухолей человека. [18]
Частота ложноотрицательных результатов секвенирования ракового экзома низка, т. е. большинство неоантигенов встречаются в экзонной последовательности с достаточным покрытием. Однако подавляющее большинство мутаций в экспрессируемых генах не приводят к образованию неоантигенов, распознаваемых аутологичными Т-клетками. [18]
По состоянию на 2015 год разрешение масс-спектрометрии недостаточно, чтобы исключить многие ложноположительные результаты из пула пептидов, которые могут быть представлены молекулами MHC. Вместо этого используются алгоритмы для выявления наиболее вероятных кандидатов. Эти алгоритмы учитывают такие факторы, как вероятность протеасомного процессинга, транспорт в эндоплазматический ретикулум , сродство к соответствующим аллелям MHC класса I и уровни экспрессии генов или трансляции белков. [18]
Большинство неоантигенов человека, идентифицированных в ходе беспристрастного скрининга, демонстрируют высокую прогнозируемую аффинность связывания MHC. Минорные антигены гистосовместимости, концептуально схожий класс антигенов, также правильно идентифицируются алгоритмами связывания MHC. Другой потенциальный фильтр проверяет, улучшит ли мутация связывание MHC. Природа центральных TCR-экспонированных остатков MHC-связанных пептидов связана с иммуногенностью пептида. [18]
Рождество
[ редактировать ]Нативный антиген – это антиген, который еще не расщеплен АПК на более мелкие части. Т-клетки не могут связывать нативные антигены, но требуют, чтобы они обрабатывались АПК, тогда как В-клетки могут быть активированы нативными антигенами.
Антигенная специфичность
[ редактировать ]Антигенная специфичность — это способность клеток-хозяев распознавать антиген как уникальную молекулярную единицу и отличать его от другого с исключительной точностью. Специфичность антигена обусловлена прежде всего конформациями боковой цепи антигена. Оно измеримо и не обязательно должно быть линейным или состоять из шага или уравнения с ограниченной скоростью. [2] [7] И Т-клетки , и В-клетки являются клеточными компонентами адаптивного иммунитета . [2] [4]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Антитело» . Национальный институт исследования генома человека, Национальные институты здравоохранения США. 2020 . Проверено 13 октября 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д и «Иммунная система и нарушения» . MedlinePlus, Национальный институт медицины США. 28 сентября 2020 г. Проверено 13 октября 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д «Антиген» . Кливлендская клиника. 2023 . Проверено 23 мая 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с д Аббас А.К., Лихтман А., Пиллаи С. (2018). «Антитела и антигены». Клеточная и молекулярная иммунология (9-е изд.). Филадельфия: Эльзевир. ISBN 9780323523240 . OCLC 1002110073 .
- ^ Галлуччи С., Локема М., Матцингер П. (ноябрь 1999 г.). «Природные адъюванты: эндогенные активаторы дендритных клеток». Природная медицина . 5 (11): 1249–1255. дои : 10.1038/15200 . ПМИД 10545990 . S2CID 29090284 .
- ^ Джейнвей-младший, Калифорния, Трэверс П., Уолпорт М., Шломчик М.Дж. (2001). «Аутоиммунные реакции направлены против собственных антигенов» . Иммунобиология: Иммунная система в здоровье и болезнях (5-е изд.). Эльзевир Испания. ISBN 9780815336426 . OCLC 45708106 .
- ^ Jump up to: а б «Антигенная характеристика» . Центры США по контролю и профилактике заболеваний. 15 октября 2019 г. Проверено 13 октября 2020 г.
- ^ Стребхардт К., Ульрих А. (июнь 2008 г.). «Концепция волшебной пули Пауля Эрлиха: 100 лет прогресса». Обзоры природы. Рак . 8 (6): 473–480. дои : 10.1038/nrc2394 . ПМИД 18469827 . S2CID 30063909 .
- ^ Линденманн Дж. (апрель 1984 г.). «Происхождение терминов «антитело» и «антиген» ». Скандинавский журнал иммунологии . 19 (4): 281–285. дои : 10.1111/j.1365-3083.1984.tb00931.x . ПМИД 6374880 . S2CID 222200504 .
- ^ Мужчина Д.К., Ройтт И.М., Бростофф Дж. (2006). Иммунология . Elsevier Науки о здоровье. п. 10. ISBN 978-0323033992 .
- ^ Дулан Д.Л., Саутвуд С., Фрейлих Д.А., Сидни Дж., Грабер Н.Л., Шетни Л., Бебрис Л., Флоренс Л., Добано С., Уитни А.А., Аппелла Е., Хоффман С.Л., Йейтс-младший, Каруччи DJ, Сетте А (август 2003 г.). «Идентификация антигенов Plasmodium falciparum путем антигенного анализа геномных и протеомных данных» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (17): 9952–57. Бибкод : 2003PNAS..100.9952D . дои : 10.1073/pnas.1633254100 . ЧВК 187898 . ПМИД 12886016 .
- ^ Пархэм, Питер. (2009). Иммунная система , 3-е издание, с. G:2, Garland Science, Taylor and Francisco Group, LLC.
- ^ Гэвин А.Л., Хоэбе К., Дуонг Б., Ота Т., Мартин С., Бейтлер Б., Немази Д. (декабрь 2006 г.). «Реакция антител, усиленная адъювантом, в отсутствие передачи сигналов толл-подобного рецептора» . Наука . 314 (5807): 1936–1938. Бибкод : 2006Sci...314.1936G . дои : 10.1126/science.1135299 . ПМК 1868398 . ПМИД 17185603 .
- ^ Джейнвей, Калифорния (ноябрь 2013 г.). «Статья Pillars: приближение к асимптоте? Эволюция и революция в иммунологии. Холодная весна приносит сим-квант биол. 1989. 54: 1-13». Журнал иммунологии . 191 (9): 4475–4487. ПМИД 24141854 .
- ^ Гейд ПМ (июнь 2011 г.). «На пути к современному синтезу иммунитета: Чарльз А. Джейнвей-младший и маленький грязный секрет иммунолога» . Йельский журнал биологии и медицины . 84 (2): 131–138. ПМК 3117407 . ПМИД 21698045 .
- ^ Пархэм, Питер. (2009). Иммунная система , 3-е издание, с. G:11, Garland Science, Taylor and Francisco Group, LLC.
- ^ Куби Иммунология (6-е изд.). Макмиллан. 2006. с. 77. ИСБН 978-1-4292-0211-4 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Шумахер Т.Н., Шрайбер Р.Д. (апрель 2015 г.). «Неоантигены в иммунотерапии рака» . Наука . 348 (6230): 69–74. Бибкод : 2015Sci...348...69S . дои : 10.1126/science.aaa4971 . ПМИД 25838375 .
- ^ Ван К., Дуглас Дж., Хван М.С. и др. (ноябрь 2019 г.). «Прямое обнаружение и количественная оценка неоантигенов» . Исследования в области иммунологии рака . 7 (11): 1748–1754. doi : 10.1158/2326-6066.CIR-19-0107 . ПМЦ 6825591 . ПМИД 31527070 .
