Protilátka

Protilátka je látka bílkovinné povahy, která se specificky váže na antigen. Vzniklá vazba má charakter nekovalentních interakcí.

Úvod

Funkci protilátek v organismu zastávají vysokomolekulární glykoproteiny, nazývané imunoglobuliny (Ig). Každá protilátka je imunoglobulinem a zároveň každá molekula imunoglobulinu má též aktivitu protilátkovou. V průběhu imunitní odpovědi humorálního typu jsou tyto látky tvořeny B-lymfocyty a plasmatickými buňkami, jež z B-lymfocytů v rámci terminální diferenciace vznikají. Imunoglobuliny najdeme u obratlovců v séru, tělních tekutinách, také na povrchu B-lymfocytů. Hrají zásadní roli v obraně organismu proti extracelulárním a mnohem menší měrou také proti intracelulárním bakteriím a parazitům.

Navázáním na antigen protilátky škodlivinu

• samy zneškodní (neutralizací toxinu, zabráněním adheze mikroorganismu),
• aktivují cytotoxické reakce (aktivací komplementové kaskády nebo NK-buněk, degranulace žírných buněk či bazofilů),
• nebo fungují jako opsoniny usnadňující fagocytózu.

In vitro se protilátky pro specifitu vazby s antigenem používají k průkazu různých molekul (imunochemie, imunohistochemie apod.)

Struktura

Každá protilátka je složena ze dvou totožných těžkých (označovaných H dle angl. heavy) a dvou totožných lehkých řetězců (L dle angl. light). Lehké a těžké řetězce se liší počtem aminokyselin i molekulovou hmotností. Jsou vzájemně svázány kovalentními disulfidickými můstky, celá makromolekula má pak tvar písmena ypsilon s výkyvnými raménky. Mezi lehkým a těžkým řetězcem nacházíme vždy jeden disulfid, mezi dvěma těžkými jich bývá různý počet, dle třídy a podtřídy Ig. Imunoglobulinové řetězce je možno dle jistých podobností ve struktuře rozdělit na několik homologních domén. Ty mají vždy globulární uspořádání, tvoří je polypeptidový řetězec z přibližně sta aminokyselin. Každých 60 aminokyselin se ve struktuře nachází dva cysteiny, vázané disulfidickou vazbou a tvořící tak smyčku. Protilátky mají krátké biologické poločasy, od 2 do 23 dní.

• Lehké řetězce – sestávají z domén variabilních a konstantních, ty bývají označovány jako V_L a C_L. Naproti tomu těžké řetězce mají vždy jednu doménu variabilní a tři (IgA, IgD, IgG), případně čtyři (IgE, IgM) konstantní. Obdobně jako u lehkých řetězců jsou zde označovány V_H a C_H1, C_H2, C_H3. Variabilní domény lehkého a těžkého řetězce vytvářejí vazebné místo. Lehké řetězce se vyskytují ve dvou typech, κ a λ, které vykazují jisté odlišnosti v konstantním úseku. V jedné imunoglobulinové molekule jsou vždy oba řetězce téhož typu. U člověka je častější typ κ.

• Těžké řetězce – pro dělení protilátek na třídy (IgA, IgD, IgE, IgG, IgM) je směrodatný druh těžkého řetězce, který je v molekulách přítomen. Těchto druhů je pět; bývají analogicky označovány řeckými písmeny (α, δ, ε, γ, μ). Liší se jak složením, tak svou velikostí. Konstantní oblast (tvořená konstantními doménami a v těžkých řetězcích převažující) je totožná ve všech protilátkách téže třídy, zatímco variabilní se liší dle klonu B-lymfocytů, jímž je produkována. Na těžký řetězec se váží cukerné složky molekuly.

Oba řetězce ve skutečnosti nezaujímají konformaci, jaká je znázorněna na obrázku, ale jsou stočeny do kompaktních globulí, tzv. domén. Příčinou této vnitřní rotace jsou disulfidické můstky. Domény ležící proti sobě mají vždy homologní sekvenci aminokyselin. Jen IgG se vyskytuje výhradně ve formě monomeru, ostatní třídy jsou buď násobky monomeru, nebo obsahují další polypeptidové struktury.

Rostlinným enzymem papainem lze imunoglobulinové molekuly rozštěpit na dvě části: jedna obsahuje obě rozvětvená ramena (tedy celý lehký a část těžkého řetězce), tzv. Fab-fragment, a druhá zbývající části obou řetězců těžkých, spojené disulfidickými můstky, tzv. Fc-fragment. Na Fab-fragmenty se mohou vázat antigeny, Fc-fragmenty se váží na receptory na površích leukocytů.

Třídy

• IgG je nejhojněji se vyskytující třídou, převažuje všude v těle. Je důležitý zvláště pro novorozence, může totiž pronikat přes placentu a v prvních týdnech života je velmi důležitým faktorem antibakteriální imunity. Podporuje fagocytózu bakterií, potlačuje viry a působí proti toxinům.

• IgA nacházíme ve dvou strukturách: v krvi je podobná jako u IgG, ale v sekretech (sliny, slzy, mateřské mléko, sekrety trávícího a dýchacího ústrojí) se vyskytuje jako dimer, mající monomery spojené polypeptidovým řetězcem J a nesoucí tzv. sekreční částici (zbytek receptoru zprostředkovávající transcytózu epitelovou buňkou), proteinový útvar, chránící proti proteolýze. Je základem slizniční imunity gastrointestinálního a dýchacího ústrojí. Podporuje fagocytární odstraňování cizích částic. V tělo je jej méně nežli IgG, ale celková denní produkce je nejvyšší ze všech imunoglobulinů, neboť má krátký poločas, přibližně čtyřikrát kratší než IgG. IgA je secernován do mateřského mléka.

• IgM se vyskytuje jako pentamer, což způsobuje také jeho vysokou molekulovou hmotnost. Kvůli ní proniká jen těžko mimo cévní řečiště a při obraně se tedy uplatňuje zvláště intravaskulárně. I zde nacházíme, podobně jako u IgA, spojovací J-řetězec. IgM je v těle vytvářen jako první imunoglobulin při styku s antigenem, teprve při opakovaném kontaktu dochází k nárůstu množství IgG. Dochází tak k „přepnutí“ od jedné třídy k jiné (k tzv. izotypovému přesmyku) v průběhu imunitní odpovědi. IgM je syntetizován již v zárodcích, je zvláště účinný proti bakteriím a virům.

• IgD je zastoupen relativně málo, jeho afinita k antigenům je slabá, nachází se hlavně na povrchu B-lymfocytů, kde má funkci receptoru pro antigen. IgD vyvolává uvolňování histaminu z mastocytů a bazofilních leukocytů, po vazbě na antigen se také spolupodílí na rozvoji senné rýmy či alergického astmatu.

• IgE nalezneme v množství ještě nižším než IgD. Způsobuje to také jeho krátký katabolický poločas. Daleko stabilnější je při navázání na povrch žírných buněk a bazofilů. Za určitých patologických stavů bývá zvýšen, protilátky IgE jsou zodpovědné za reakce časné přecitlivělosti, podílí se rovněž na obraně proti parazitům. Vyskytuje se zvláště ve slezině, mandlích a mukózních membránách plic i gastrointestinálního ústrojí.

Výrazný rozdíl mezi jednotlivými Ig třídami je v zastoupení sacharidů: v IgG jich lze prokázat 2–3 %, v IgA 5–8 %, v IgM 12 %, v IgD 9–14 % a v IgE 12 %.

Antigeny

viz též článek antigen

Imunitní odpověď vyvolávají antigeny, méně často nazývané též imunogeny. Téměř bez výjimky se jedná o makromolekuly, většinou bílkoviny. Na povrchu buněk a mikroorganismů to bývají glykoproteiny, někdy také některé polysacharidové struktury. Setkáme se rovněž s glykolipidy o antigenních vlastnostech. Samotné lipidy tuto funkci nemají, mohou však zesilovat imunitní odpověď na antigen bílkovinný a působit tak coby adiuvans. Jako antigen mohou dokonce vystupovat deoxyribonukleová kyselina a jiné polynukleotidy.

Hapteny

Nízkomolekulární látky samy imunogenní vlastnosti postrádají, to se však mění, naváží-li se na makromolekulu, společné Mr musí dosahovat alespoň hodnoty nad 10 000. Takové neplnohodnotné antigeny nazýváme hapteny (z německého Halbantigen). Hapteny bývají cíleně užívány pro stanovování nejrůznějších látek při imunologických metodách.

Epitopy

Na vlastní reakci antigenu s protilátkou se neúčastní celá molekula antigenu, nýbrž jen některé její povrchové skupiny, tzv. determinantní skupiny neboli epitopy. Jimi mohou být právě již zmiňované hapteny. Jedna molekula může na svém povrchu nést různé množství epitopů, jeden, ale také několik tisíc. Antigeny se často nacházejí také vázané, kupř. na membránu mikroorganismů. Pro antigenicitu je důležitá také rigidita (neměnná poloha determinantních skupin) struktury; čím je vyšší, tím jsou také antigenní vlastnosti výraznější. Proto denaturace ve většině případů antigenicitu snižuje. Neplatí to však zcela bez výjimek, neboť někdy právě denaturace odkryje do té doby skryté epitopy. Rovněž případné odkrytí tyrosinových skupin antigenicitu zvýší.

Hypervariabilní úseky

Antigen se specificky váže na variabilní úseky těžkých a lehkých řetězců, bezprostřední kontakt umožňují tzv. hypervariabilní úseky. Jsou to vlastně vychlípeniny řetězců na jejich N-koncích. Právě ony jsou příčinou prostorové komplementarity, připomínající specifickou vazbu mezi enzymem a substrátem.

Počet vazebných míst

Počet vazebných míst se liší podle třídy imunoglobulinu: IgG má dvě, sekreční IgA čtyři a IgM teoreticky deset, praktická vaznost je však jen asi poloviční. Komplex antigen-protilátka není svázán kovalentně, nýbrž pouze nechemickými interakcemi. Tvorba neodpovídá stechiometrickým poměrům: vzniká-li precipitát, odpovídá jeho maximální množství zóně ekvivalence; při nadbytku kterékoli ze složek se však již množství sraženiny snižuje, neboť nedochází k uspořádání optimální prostorové sítě. Nicméně při některých jiných druzích interakce imunokomplexy mohou být i rozpustné.

Velikost komplexu antigen-protilátka

Tato velikost je různá, některé jsou tak rozměrné, že je můžeme pozorovat elektronovým mikroskopem. Malé komplexy mají krátký poločas, neváží komplement a nejsou patogenní. To však neplatí o komplexech střední velikosti: ty se ukládají do tkání a pro různé choroby mohou být charakteristickým rysem.

Interakce antigenu a protilátkou

Vzájemná interakce může vyvolávat také kupř. shlukování, lýzu či imobilizaci buněk (červených krvinek) či fixaci komplementu. V některých případech také navázáním příslušného imunoglobulinu může dojít k částečné nebo dokonce úplné neutralisaci bakteriálního toxinu.

Vytváření protilátek a jejich další funkce

Lidské tělo je schopno vyrobit více než milion různých protilátek. Tuto obrovskou rozmanitost nezpůsobují jen geny, těch jsou pouze stovky. Každý L-řetězec je však produktem minimálně tří samostatných genů, H-řetězec čtyř. Velkou různorodost umožňují právě rekombinace relativně malého počtu genových segmentů, podílející se na vzniku finální Ig molekuly, a také vysoká rychlost mutace Ig genů během diferenciace B-lymfocytů.

Protilátky jsou při obraně organismu aktivní v několika směrech: Imunoglobuliny navázané na povrchové antigeny, kupř. u mikroorganismu, přitahují iniciální fragmenty komplementové kaskády (C1) a tak ji klasickou cestou aktivují. To způsobuje úhyn bakterie hned dvěma mechanismy: jednak opsonizací – navázání protilátky a určitých složek komplementu označuje mikroorganismus a atraktivizuje jej pro fagocyty, jednak komplementový systém vytváří komplex, vytvářející póry v cytoplasmatické membráně a tím způsobující únik organel mikroba.

Imunoglobuliny tvoří také jednu ze součástí lymfocytárních receptorů, BCR i TCR

1. BCR sestává z vlastního povrchového imunoglobulinu, přičemž těžké řetězce Ig (nejčastěji IgM či IgD) procházejí membránou, a asociovaných signalizačních molekul, rovněž procházejících membránou, označovaných Igα a Igβ, spojených s cytoplazmatickými tyrosinkinasami. Při navázání antigenu na alespoň dvě molekuly BCR dojde k přiblížení asociovaných proteinů, aktivaci tyrosinkinas a spuštění signalizační kaskády.
2. Komplex TCR sestává z imunoglobulinům podobného modulu rozeznávajícího antigen (složeného z transmembránových α a β či γ a δ řetězců) a CD3 komplexu asociovaných proteinů. T-lymfocyty s TCR receptory typu α-β dokáží antigen rozeznat pouze je-li navázán na povrchu antigen prezentující buňky, v komplexu s proteiny MHC II. třídy.

Odkazy

Související články

Slizniční imunitní systém

Autoprotilátky

IgG

Literatura

• HOŘEJŠÍ, Václav a Jiřina BARTŮŇKOVÁ. Základy imunologie. 3. vydání. Praha : Triton, 2005. ISBN 80-7254-686-4.

• LEDVINA, Miroslav, et al. Biochemie pro studující medicíny. II. díl. 1. vydání. Praha : Karolinum, 2005. ISBN 80-246-0850-2.

• MURRAY, Robert K, et al. Harperova biochemie. 4. vydání. Praha : H & H, 2002. ISBN 80-7319-013-3.

• ŠTERZL, Ivan, et al. Základy imunologie. 1. vydání. Praha : Karolinum, 2005. ISBN 80-246-0972-X.