Гаптен
Гаптенс (происходит от греческого haptein , что означает «скреплять») [1] представляют собой небольшие молекулы , которые вызывают иммунный ответ только при присоединении к крупному носителю, например белку ; носитель может быть носителем, который сам по себе не вызывает иммунного ответа . Механизмы отсутствия иммунного ответа могут различаться и включать сложные иммунологические взаимодействия, но могут включать отсутствие или недостаточность костимулирующих сигналов от антигенпрезентирующих клеток .
Гаптены использовались для изучения аллергического контактного дерматита (АКД) и механизмов воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) для индукции аутоиммунных реакций. [2]
Концепция гаптенов возникла в результате работы австрийского иммунолога Карла Ландштейнера . [3] [4] который также был пионером в использовании синтетических гаптенов для изучения иммунохимических явлений. [5]
Иммунная реакция на аддукт гаптен-носитель
[ редактировать ]Гаптены, нанесенные на кожу, в случае конъюгации с носителем могут индуцировать контактную гиперчувствительность, которая представляет собой реакцию гиперчувствительности замедленного типа IV типа, опосредованную Т-клетками и дендритными клетками . Он состоит из двух фаз: сенсибилизации и выявления. Фаза сенсибилизации, когда гаптен наносится на кожу впервые, характеризуется активацией врожденных иммунных ответов, включая миграцию дендритных клеток в лимфатические узлы, праймирование антигенспецифических наивных Т-клеток и генерацию антигенспецифических Т-клеток. эффекторные Т-клетки или Т-клетки памяти и В-клетки секретирующие антитела , а также плазматические клетки, . Вторая фаза выявления, когда гаптен наносится на другой участок кожи, начинается с активации эффекторных Т-клеток, за которой следует Т-клеточно-опосредованное повреждение тканей и иммунные реакции, опосредованные антителами. Гаптены изначально активируют врожденные иммунные реакции с помощью сложных механизмов, включающих воспалительные цитокины , молекулярные паттерны, связанные с повреждением (DAMP) или воспаление . [6]
Как только организм вырабатывает антитела гаптен-носитель к аддукту , низкомолекулярный гаптен также может связываться с антителом, но обычно он не инициирует иммунный ответ; обычно это может сделать только аддукт гаптен-носитель. Иногда низкомолекулярный гаптен может даже блокировать иммунный ответ на аддукт гаптен-носитель, предотвращая связывание аддукта с антителом. Этот процесс называется ингибированием гаптена .
Хорошо известным примером гаптена является урушиол , токсин, обнаруженный в ядовитом плюще . При всасывании через кожу из растения ядовитого плюща урушиол подвергается окислению в клетках кожи с образованием настоящего гаптена, реактивной молекулы хинонового типа, которая затем реагирует с белками кожи с образованием гаптеновых аддуктов. После второго воздействия пролиферирующие Т-клетки активируются, вызывая иммунную реакцию, которая приводит к образованию типичных волдырей при контактном дерматите, вызванном урушиолом . [7]
Другим примером гаптен-опосредованного контактного дерматита является аллергия на никель , которая вызывается проникновением ионов металлического никеля в кожу и связыванием с белками кожи.
Примеры гаптенов
[ редактировать ]Многие гаптены входят в состав различных лекарств, пестицидов, гормонов, пищевых токсинов и т. д. Наиболее важным фактором является молекулярная масса, которая составляет <1000 Да . [8]
Первыми исследованными гаптенами были анилин и его карбоксильные производные ( о- , м- и п-аминобензойные кислоты ). [9]
Некоторые гаптены могут вызывать аутоиммунные заболевания. Примером является гидралазин , препарат, снижающий кровяное давление, который иногда может вызывать лекарственно-индуцированную красную волчанку у некоторых людей . По-видимому, это также механизм, с помощью которого анестезирующий газ галотан может вызвать опасный для жизни гепатит , а также механизм, с помощью которого пенициллина препараты класса вызывают аутоиммунную гемолитическую анемию . [10]
Другие гаптены, которые обычно используются в молекулярной биологии, включают флуоресцеин , биотин , дигоксигенин и динитрофенол .
Антитела были успешно получены против эндогенных и нереактивных малых молекул, таких как некоторые нейротрансмиттеры (например, серотонин (5НТ), глутамат , дофамин , ГАМК , триптамин , глицин , норадреналин ), аминокислоты (например , триптофан , 5-гидрокситриптофан , 5-метокситриптофан ), с помощью глутаральдегида для сшивания этих молекул с белками-носителями, подходящими для иммунного распознавания. Примечательно, что обнаружение таких небольших молекул в тканях требует, чтобы ткань была зафиксирована глутаральдегидом, поскольку ковалентная связь глутаральдегида в интересующей молекуле часто образует часть эпитопа , распознаваемого антителом . [11] [12]
Гаптеновая конъюгация
[ редактировать ]Благодаря своей природе и свойствам аддукты гаптен-носитель играют важную роль в иммунологии . Их использовали для оценки свойств специфических эпитопов и антител. Они важны для очистки и производства моноклональных антител . Они также жизненно важны для разработки чувствительных количественных и качественных иммуноанализов . [13] Однако для достижения наилучших и наиболее желательных результатов при разработке гаптеновых конъюгатов необходимо учитывать множество факторов. К ним относятся метод конъюгации гаптенов, тип используемого носителя и плотность гаптенов. Вариации этих факторов могут приводить к различной силе иммунного ответа на вновь сформированную антигенную детерминанту. [14]
Перевозчики
[ редактировать ]В общем, белки-носители должны быть иммуногенными и содержать достаточное количество аминокислотных остатков в реактивных боковых цепях для конъюгации с гаптенами. Чтобы произошла гаптенация белка, гаптен должен быть электронодефицитным ( электрофильным ) либо сам по себе, либо он может быть преобразован в белок-реактивный вид, например, путем окисления воздухом или кожного метаболизма. [15] Гаптены связываются с молекулой-носителем ковалентной связью. В зависимости от используемых гаптенов, другие факторы при выборе белков-носителей могут включать их токсичность in vivo, коммерческую доступность и стоимость. [13]
К наиболее частым носителям относятся сывороточный глобулин , альбумины , овальбумин и многие другие. Человеческий сывороточный альбумин (ЧСА) часто является предпочтительным модельным белком для анализов связывания белков. Это хорошо изученный белок, и роль альбумина в крови и тканях in vivo часто заключается в связывании ксенобиотиков через свои карманы, связывающие субстрат, и удалении вторгшегося химического вещества из кровообращения или ткани, действуя таким образом как механизм детоксикации.
Хотя для конъюгации гаптенов в основном используются белки, синтетические полипептиды, такие как поли-L-глутаминовая кислота , полисахариды и липосомы . также можно использовать [13]
Механизмы связывания белков
[ редактировать ]Наиболее распространенными механизмами реакции, образующими ковалентные связи и, по прогнозам, участвующими в сенсибилизации, являются нуклеофильное замещение в насыщенном центре, нуклеофильное замещение в ненасыщенном центре и нуклеофильное присоединение. Возможны и другие реакции, такие как электрофильное замещение (соли диазония), радикальные реакции и ионные реакции. [15]
Методы гаптеновой конъюгации
[ редактировать ]При выборе подходящего метода конъюгации гаптена необходимо идентифицировать функциональные группы гаптена и его носителя. В зависимости от присутствующих групп можно использовать одну из двух основных стратегий:
- Спонтанная химическая реакция: используется, когда гаптен представляет собой химически активную молекулу, такую как ангидриды и изоцианаты . Этот метод конъюгации является спонтанным и не требует использования сшивающих агентов. [13]
- Поперечная сшивка промежуточных молекул: этот метод в основном применяется к нереакционноспособным гаптенам. Агенты, содержащие по меньшей мере две химически активные группы, такие как карбодиимид или глутаральдегид, должны способствовать конъюгации гаптенов с их носителями. Степень поперечной сшивки зависит от соотношения гаптен/носитель к связующему агенту, концентрации гаптен/носитель и температуры, pH окружающей среды. [13]
- Карбодиимид : группа соединений с общей формулой RN=C=NR', где R и R' являются либо алифатическими (т.е. диэтилкарбодиимид), либо ароматическими (т.е. дифенилкарбодиимид). Конъюгация с использованием карбодиимида требует присутствия α или ɛ-амино и карбоксильной группы . Аминогруппа обычно происходит от лизильного остатка белка-носителя, а карбоксильная группа - от гаптена. Точный механизм этой реакции до сих пор неизвестен. Однако предлагаются два пути. Первый постулирует, что интермедиат, способный реагировать с амином образуется . Второе гласило, что произошла перегруппировка ацилмочевины — основного побочного продукта реакции при высокой температуре. [16]
- Глутаральдегид : этот метод основан на реакции глутаральдегида с аминогруппами с образованием оснований Шиффа или продуктов присоединения двойной связи типа Михаэля. Выход конъюгатов можно контролировать, варьируя pH реакции. Более высокий pH приведет к образованию большего количества промежуточных соединений оснований Шиффа и впоследствии приведет к увеличению количества и размера гаптеновых конъюгатов. В целом поперечная связь с участием глутаральдегида очень стабильна. Однако иммунизированные животные склонны распознавать . сшивающие мостики глутаральдегида в качестве эпитопов [17]
- Высокоэффективный капиллярный электрофорез: Высокоэффективный капиллярный электрофорез (HPCE) является альтернативным методом оптимизации конъюгации гаптен-белок. HPCE преимущественно используется для разделения углеводов с очень высокой способностью разделения. Использование HPCE в качестве метода исследования определенных конъюгатов имеет множество преимуществ, например, требует лишь минимального размера выборки (nl). Кроме того, используемый образец не обязательно должен быть чистым и не требуется никакой радиоактивной маркировки. Большим преимуществом этого метода конъюгации гаптенов является то, что анализ образца осуществляется автоматически, а тестирование взаимодействия образцов можно определить в свободном растворе. Этот метод конъюгации гаптен-белок исключительно эффективен для конъюгатов с низкой плотностью эпитопов, тогда как в противном случае очень сложно определить их электрическую или ионную подвижность с помощью других методов. [18] [19]
Клиническое использование
[ редактировать ]Гаптеновое ингибирование
[ редактировать ]Гаптеновое ингибирование или «полугаптен» представляет собой ингибирование реакции гиперчувствительности III типа . При ингибировании свободные молекулы гаптенов связываются с антителами к этой молекуле, не вызывая иммунного ответа, в результате чего остается меньше антител для связывания с иммуногенным аддуктом гаптен-белок. Примером ингибитора гаптена является декстран 1 , который представляет собой небольшую фракцию (1 килодальтон ) всего декстранового комплекса, достаточную для связывания антидекстрановых антител, но недостаточную для образования иммунных комплексов и последующих иммунных ответов. [20]
Исследовать
[ редактировать ]Гаптены широко используются в иммунологии и смежных областях. Сенсибилизирующие химические вещества могут вызывать различные формы аллергии, аллергический контактный дерматит или сенсибилизацию дыхательных путей. Интересно, что отдельные типы химических веществ вызывают различные иммунные реакции: контактные аллергены провоцируют преимущественно реакции гиперчувствительности I типа , тогда как респираторные аллергены стимулируют селективные реакции II типа , что может быть очень подходящим для моделирования того, как иммунный ответ поляризован в отношении различных типов антигенов. [21]
В аллергологии in vitro / in silico на ранних стадиях разработки продуктов весьма предпочтительны тесты на сенсибилизацию кожи, выявление опасностей и оценку эффективности различных лекарственных и косметических компонентов. Способность препарата действовать как гаптен является четким показателем потенциальной иммуногенности. [22]
Гаптен-специфические антитела используются в широкой области различных иммуноанализов, иммунобиосенсорных технологий и колонок для очистки с помощью иммуноаффинной хроматографии; эти антитела можно использовать для обнаружения небольших загрязнителей окружающей среды, наркотических средств, витаминов, гормонов, метаболитов, пищевых токсинов и загрязнителей окружающей среды. [23]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Гаптен | биохимия | Британника» . www.britanica.com . Проверено 23 января 2023 г.
- ^ Эркес, Дэн; Сельван, Сентамиль (2014). «Вызванная гаптенами контактная гиперчувствительность, аутоиммунные реакции и регрессия опухоли: вероятность опосредования противоопухолевого иммунитета» . Журнал иммунологических исследований . 2014 . Хидави: 1–28. дои : 10.1155/2014/175265 . ПМК 4052058 . ПМИД 24949488 .
- ^ Ландштейнер, Карл (1945). Специфичность серологических реакций . Кембридж: Гарвардский университет. Нажимать.
- ^ Ландштейнер, Карл (1990). Специфичность серологических реакций, 2-е издание, переработанное . Публикации Курьера Дувра. ISBN 978-0-486-66203-9 .
- ^ Шредер, Кевин (март 2000 г.). «Синтетические гаптены как зонды антителенного ответа и иммунораспознавания». Методы . 20 (3): 372–379. дои : 10.1006/meth.1999.0929 . ПМИД 10694458 .
- ^ Сакамото, Ясухиро, Изуру; Фурусака, Ами; Сонода, Юкито; Фумия, Акеми; Ёшимото, Такаюки (12 января 2023 г.). вызываемые химическими веществами, посредством гаптенации» 12 . « ( 1): 123. doi : 10.3390/biology12010123 . Аллергические , воспалительные и аутоиммунные заболевания , -7737 . ПМЦ 9855847 .
- ^ ПабХим. «Урушиол» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 23 января 2023 г.
- ^ Аль Карагули, Мохаммед М.; Паллиил, Сумья; Бродбент, Джиллиан; Каллен, Дэвид С.; Чарльтон, Кейт А.; Портер, Эндрю Дж. (24 октября 2015 г.). «Определение комплементарности между антителами и гаптенами для уточнения нашего понимания и помощи в прогнозировании успешного взаимодействия связывания» . БМК Биотехнология . 15 (1): 99. дои : 10.1186/s12896-015-0217-x . ISSN 1472-6750 . ПМК 4619568 . ПМИД 26498921 .
- ^ На основе К. Ландштейнера, 1962, Специфика серологических реакций , Dover Press.
- ^ Пихлер, Вернер Дж. (1 августа 2003 г.). «Лекарственный аутоиммунитет» . Современное мнение в области аллергии и клинической иммунологии . 3 (4): 249–253. дои : 10.1097/00130832-200308000-00003 . ISSN 1528-4050 . ПМИД 12865767 . S2CID 46521947 .
- ^ Тальяферро, П; Тандлер, CJ; Рамос, Эй Джей; Печчи Сааведра, Дж; Бруско, А (1997). «Иммунофлуоресценция и фиксация глутаральдегидом. Новая процедура, основанная на методе тушения Шиффа». Журнал методов нейробиологии . 77 (2). Эльзевир Б.В.: 191–197. дои : 10.1016/s0165-0270(97)00126-x . ISSN 0165-0270 . ПМИД 9489897 . S2CID 19400487 .
- ^ Хейсман, Хан; Винвин, Пол; Сеттер, Питер В. (6 февраля 2010 г.). «Исследование иммунного ответа и подготовка антител против большой группы конъюгированных нейротрансмиттеров и биогенных аминов: специфический поликлональный ответ антител и толерантность» . Журнал нейрохимии . 112 (3): 829–841. дои : 10.1111/j.1471-4159.2009.06492.x . ПМИД 19912471 . S2CID 205621520 .
- ^ Jump up to: а б с д и Лемус, Ранульфо; Карол, Мерил Х. (2008). «Конъюгация гаптенов». Методы и протоколы лечения аллергии . Методы молекулярной медицины. Том. 138. стр. 167–182. дои : 10.1007/978-1-59745-366-0_14 . ISBN 9780896038967 . ПМИД 18612607 .
- ^ Сингх, К.В.; Каур, Джасдип; Варшни, Гриш К.; Радже, Манодж; Сури, К. Раман (1 января 2004 г.). «Синтез и характеристика конъюгатов гаптен-белок для производства антител против малых молекул» . Биоконъюгатная химия . 15 (1): 168–173. дои : 10.1021/bc034158v . ISSN 1043-1802 . ПМИД 14733597 .
- ^ Jump up to: а б Дивкович, Майя; Пиз, Камилла К.; Герберик, Г. Франк; Баскеттер, Дэвид А. (май 2005 г.). «Связывание гаптен-белок: от теории к практическому применению в прогнозировании сенсибилизации кожи in vitro» . Контактный дерматит . 53 (4): 189–200. дои : 10.1111/j.0105-1873.2005.00683.x . ISSN 0105-1873 . ПМИД 16191014 . S2CID 9713648 .
- ^ Баумингер, Сара; Вильчек, Меир (1980). «[7] Использование карбодиимидов при приготовлении иммунизирующих конъюгатов». Иммунохимические методы, Часть А. Методы энзимологии. Том. 70. С. 151–159. дои : 10.1016/s0076-6879(80)70046-0 . ISBN 9780121819705 . ПМИД 6999295 .
- ^ Картер, Джон (1 января 1996 г.). «Конъюгация пептидов с белками-носителями посредством глутаральдегида» . Справочник по протеиновым протоколам . Справочники по протоколам Springer. стр. 679–687. дои : 10.1007/978-1-60327-259-9_117 . ISBN 978-0-89603-338-2 .
- ^ Фрёкиер, Х.; Соренсен, Х.; Соренсен, JC; Соренсен, С. (24 ноября 1995 г.). «Оптимизация конъюгации гаптен-белок с помощью высокоэффективного капиллярного электрофореза». Журнал хроматографии А. 717 (1–2): 75–81. дои : 10.1016/0021-9673(95)00642-X . ISSN 0021-9673 . ПМИД 8520687 .
- ^ Стратис-Каллум, Д., МакМастерс, Сан, Пеллегрино, Пол М. и Исследовательская лаборатория армии США. (2009). Оценка связывания аптамера с бактериями Campylobacter jejuni с помощью капиллярного электрофореза с аффинным зондом (ARL-TR (Aberdeen Proving Ground, Мэриленд); 5015). Адельфи, доктор медицинских наук: Армейская исследовательская лаборатория.
- ^ Промитен, информация о лекарствах из официального каталога лекарств Швеции. Последнее обновление: 17 февраля 2005 г.
- ^ Хопкинс, Джозефина Э.; Нэйсбитт, Дин Дж.; Киттерингем, Нил Р.; Дирман, Ребекка Дж.; Кимбер, Ян; Парк, Б. Кевин (1 февраля 2005 г.). «Селективная гаптенация клеточного или внеклеточного белка химическими аллергенами: связь с поляризацией цитокинов» . Химические исследования в токсикологии . 18 (2): 375–381. дои : 10.1021/tx049688+ . ISSN 0893-228X . ПМИД 15720145 .
- ^ Дивкович, Майя; Баскеттер, Дэвид А.; Гилмор, Никола; Панико, Мария; Делл, Энн; Моррис, Ховард Р.; Пиз, Камилла К. Смит (1 января 2003 г.). «Связывание белок-гаптен: проблемы и ограничения для анализов сенсибилизации кожи in vitro» . Журнал токсикологии: кожная и глазная токсикология . 22 (1–2): 87–99. дои : 10.1081/CUS-120020382 . ISSN 0731-3829 . S2CID 72917520 .
- ^ Шиди, Клаудия; Роджер Маккензи, К.; Холл, Дж. Кристофер (1 июля 2007 г.). «Выделение и созревание аффинности гаптен-специфичных антител» . Достижения биотехнологии . 25 (4): 333–352. doi : 10.1016/j.biotechadv.2007.02.003 . ISSN 0734-9750 . ПМИД 17383141 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Гаптены в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
