42.3 Mótefni

Markmið náms

Að þessum hluta loknum muntu geta gert eftirfarandi:

• Útskýrt krosssvörun
• Lýst byggingu og virkni mótefna
• Fjallað um framleiðslu mótefna

Mótefni, einnig kölluð immúnóglóbúlín (Ig), eru prótein sem plasmafrumur framleiða af plasmafrumum eftir örvun frá mótefnamótefnavaka. Mótefni eru starfrænn grunnur vessabundins ónæmis. Mótefni finnast í blóði, í maga- og slímseytum og í brjóstamjólk. Mótefni í þessum líkamsvökvum geta bundist sýklum og merkt þá til eyðingar af átfrumum áður en þeir ná að sýkja frumur.

Bygging mótefna

Mótefnasameind samanstendur af fjórum fjölpeptíðum: tveimur eins þungum keðjum (stórar peptíðeiningar) sem eru að hluta bundnar hver annarri í Y-lögun, og eru umluktar tveimur eins léttum keðjum (litlar peptíðeiningar), eins og sýnt er á mynd 42.22. Tengi á milli cystein-amínósýra í mótefnasameindinni festa fjölpeptíðin saman. Svæðin þar sem mótefnavakinn er þekktur á mótefninu eru breytileg hvel og grunnur mótefnisins er samsettur úr föstum hvelum.

Í kímfrumulínu B-frumna hefur breytilega svæði gensins fyrir léttu keðjuna 40 breytilega (V) og fimm tengi- (J) hluta. Ensím sem kallast DNA endurröðunarensím klippir handahófskennt flesta þessa hluta úr geninu og splæsir einum V-hluta við einn J-hluta. Við RNA-vinnslu eru allir nema einn V- og J-hluti splæstir út. Endurröðun og splæsing geta leitt til yfir 10⁶ mögulegra VJ-samsetninga. Fyrir vikið hefur hver sérhæfð B-fruma í mannslíkamanum yfirleitt einstaka breytilega keðju. Fasta hvelið, sem bindur ekki mótefnavaka, er eins fyrir öll mótefni.

Líkt og TCR og BCR, verður fjölbreytileiki mótefna til við stökkbreytingar og endurröðun um það bil 300 mismunandi genahluta sem kóða fyrir breytileg hvel léttu og þungu keðjanna í forverafrumum sem eiga að verða að B-frumum. Breytilegu hvelin úr þungu og léttu keðjunum verka saman til að mynda bindiset þar sem mótefni geta bundist tilteknum ónæmisvaka á mótefnavaka. Fjöldi endurtekinna fastra hvela í Ig-flokkum er sá sami fyrir öll mótefni sem tilheyra tilteknum flokki. Mótefni eru byggingarlega lík utanfrumuhluta BCR og þroskun B-frumna í plasmafrumur má sjá fyrir sér í einföldu máli þannig að fruman öðlist hæfileikann til að seyta utanfrumuhluta BCR síns í miklu magni.

Flokkar mótefna

Mótefnum má skipta í fimm flokka—IgM, IgG, IgA, IgD, IgE—byggt á eðlisefnafræðilegum, byggingarlegum og ónæmisfræðilegum eiginleikum þeirra. IgG, sem mynda um 80% allra mótefna í sermi, hafa þungar keðjur sem samanstanda af einu breytilegu hveli og þremur eins föstum hvelum. IgA og IgD hafa einnig þrjú föst hvel á hverja þunga keðju, en IgM og IgE hafa hvert um sig fjögur föst hvel á hverja þunga keðju. Breytilega hvelið ákvarðar bindisérhæfni og fasta hvelið þungu keðjunnar ákvarðar ónæmisfræðilegan verkunarmáta viðkomandi mótefnaflokks. Það er mögulegt fyrir tvö mótefni að hafa sömu bindisérhæfni en vera í mismunandi flokkum og þar af leiðandi taka þátt í mismunandi hlutverkum.

Eftir að sérhæft varnarsvar hefur myndast gegn sýkli, seyta plasmafrumur yfirleitt fyrst IgM út í blóðið. BCR á óreyndum B-frumum eru af IgM flokki og stundum IgD flokki. IgM sameindir mynda um það bil 10% allra mótefna. Áður en mótefnum er seytt, setja plasmafrumur saman IgM sameindir í fimmliða sameind (fimm einstök mótefni) tengdar með tengikeðju (J-keðju), eins og sýnt er á mynd 42.23. Fimmliðuskipanin þýðir að þessar stórsameindir geta bundist tíu eins mótefnamótefnavökum. Hins vegar bindast IgM sameindir sem losna snemma í sérhæfða ónæmissvarinu ekki mótefnavökum eins stöðugt og IgG, sem eru ein af mögulegum gerðum mótefna sem seytt er í miklu magni við endurkomu í snertingu fyrir sama sýkli. Mynd 42.23 dregur saman eiginleika immúnóglóbúlína og sýnir grunnbyggingu þeirra.

IgA finnast í munnvatni, tárum, brjóstamjólk og slímseytum meltingarvegar, öndunarvegar og þvag- og kynfæra. Samanlagt þekja og vernda þessir líkamsvökvar hina umfangsmiklu slímhúð (4000 ferfet hjá mönnum). Heildarfjöldi IgA sameinda í þessu líkamsseyti er meiri en fjöldi IgG sameinda í blóðsermi. Litlu magni af IgA er einnig seytt í sermi á formi einliða. Aftur á móti er nokkru af IgM seytt í líkamsvökva slímhúðarinnar. Líkt og IgM, er IgA sameindum seytt sem fjölliðum tengdum með J-keðju. Hins vegar er IgA seytt að mestu sem tvíliðum, ekki fimmliða sameindum.

IgE er til staðar í sermi í litlu magni og er best þekkt fyrir hlutverk sitt sem miðlari ofnæmis. IgD er einnig til staðar í litlu magni. Líkt og IgM, finnast BCR af IgD flokki á yfirborði óreyndra B-frumna. Þessi flokkur styður við greiningu mótefnamótefnavaka og þroskun B-frumna í plasmafrumur.

Hlutverk mótefna

Sérhæfðar plasmafrumur eru lykilleikendur í vessabundna svarinu og mótefnin sem þær seyta eru sérstaklega mikilvæg gegn utanfrumusýklum og eiturefnum. Mótefni ferðast frjálst um og virka óháð plasmafrumum. Hægt er að flytja mótefni frá einum einstaklingi til annars til að veita tímabundna vernd gegn smitsjúkdómum. Til dæmis getur einstaklingur sem hefur nýlega myndað árangursríkt ónæmissvar gegn tilteknum sjúkdómsvaldi gefið blóð til þega sem ekki hefur ónæmi og veitt tímabundið ónæmi með mótefnum í blóðsermi gjafans. Þetta fyrirbæri kallast aðfengið ónæmi; það á sér einnig stað náttúrulega við brjóstagjöf, sem gerir brjóstmylkinga mjög ónæma fyrir sýkingum fyrstu mánuði ævinnar.

Mótefni þekja utanfrumusýkla og gera þá óvirka, eins og sýnt er á mynd 42.24, með því að loka fyrir lykilstaði á sýklinum sem auka smithæfni þeirra (svo sem viðtaka sem „tengja“ sýkla við hýsilfrumur). Óvirkjun með mótefnum getur komið í veg fyrir að sýklar komist inn í og sýki hýsilfrumur, ólíkt CTL-miðlaðri nálgun sem drepur frumur sem þegar eru sýktar til að koma í veg fyrir framgang staðfestrar sýkingar. Óvirku mótefnahúðuðu sýklarnir geta síðan verið síaðir úr í milta og skilað út með þvagi eða saur.

Mótefni merkja einnig sýkla til eyðingar af átfrumum, svo sem stórætum eða daufkyrningum, því átfrumur laðast mjög að stórsameindum sem eru tengdar mótefnum. Efling átfrumna með mótefnum kallast áthúðun (áthúðun). Í ferli sem kallast komplementbinding, bindast IgM og IgG í sermi við mótefnamótefnavaka og veita tengiset sem komplementprótein í röð geta bundist við. Samsetning mótefna og komplementþátta eykur áthúðun enn frekar og stuðlar að hraðri hreinsun sýkla.

Sækni, bindistyrkur og krosssvörun

Ekki bindast öll mótefni með sama styrk, sérhæfni og stöðugleika. Í raun sýna mótefni mismunandi sækni eftir sameindasamsvörun milli mótefnavaka- og mótefnasameinda, eins og sýnt er á mynd 42.25. Mótefni með meiri sækni í tiltekinn mótefnavaka bindast sterkar og stöðugar, og mætti því búast við að það veitti öflugri vörn gegn sýklinum sem samsvarar tiltekna vakanum.

Hugtakið bindistyrkur lýsir bindingu mótefnaflokka sem seytt er sem samtengdum, fjölgildum byggingum (eins og IgM og IgA). Þó að heildarsækni mæli styrk bindingar, líkt og sækni gerir, er heildarsækni ekki einfaldlega summa sækni mótefnanna í fjölliðubyggingu. Heildarsæknin veltur á fjölda einsleitra bindisetja á mótefnavakanum sem verið er að greina, ásamt öðrum eðlis- og efnafræðilegum þáttum. Dæmigert er að fjölliðumótefni, eins og fimmliða IgM, séu flokkuð þannig að þau hafi minni sækni en einliða mótefni, en mikla heildarsækni. Í raun vegur sú staðreynd að fjölliðumótefni geta bundist mörgum mótefnavökum samtímis upp á móti örlítið minni bindistyrk þeirra fyrir hverja mótefna-mótefnavaka víxlverkun.

Mótefni sem er seytt eftir bindingu við eitt ónæmisvaki á mótefnavaka geta sýnt krosssvörun gagnvart sömu eða svipuðum ónæmisvökum á öðrum mótefnamótefnavökum. Vegna þess að ónæmisvaki samsvarar svo litlu svæði (yfirborðsflatarmáli um fjögurra til sex amínósýra) er mögulegt fyrir mismunandi stórsameindir að sýna sömu sameindaeinkenni og stefnu yfir stutt svæði. Krosssvörun lýsir því þegar mótefni binst ekki þeim mótefnavaka sem framkallaði myndun þess og seyti, heldur öðrum mótefnamótefnavaka.

Krosssvörun getur verið gagnleg ef einstaklingur myndar ónæmi gegn nokkrum skyldum sýklum þrátt fyrir að hafa aðeins verið komist í snertingu við eða bólusettur gegn einum þeirra. Til dæmis getur krosssvörun mótefna átt sér stað gegn svipuðum yfirborðsbyggingum ýmissa Gram-neikvæðra baktería. Á hinn bóginn geta mótefni sem myndast gegn sjúkdómsvaldandi sameindaþáttum, sem líkjast eigin sameindum, ranglega merkt frumur hýsilsins til eyðingar og valdið sjálfsofnæmisskaða. Sjúklingar með rauða úlfa (SLE) hafa oft mótefni sem hvarfast við þeirra eigin DNA. Þessi mótefni gætu upphaflega hafa myndast gegn kjarnsýru örvera en síðar krosssvarað við eigin mótefnamótefnavaka. Þetta fyrirbæri er einnig kallað sameindahermun.

Mótefni slímhúðarónæmiskerfisins

Mótefni sem eru mynduð af slímhúðarónæmiskerfinu eru meðal annars IgA og IgM. Virkjaðar B-frumur sérhæfast í slímhúðarplasmafrumur sem mynda og seyta tvíliða IgA, og í minna mæli, fimmliða IgM. Seytt IgA er mikið af í tárum, munnvatni, brjóstamjólk og í seyti meltingar- og öndunarvegar. Seyti mótefna leiðir til staðbundins vessabundins svars á yfirborði þekjuvefs og kemur í veg fyrir sýkingu í slímhúð með því að bindast og gera sýkla óvirka.

Mótefni í greiningu og mælingum

Fjölbreytileiki, sértæki og áreiðanleiki mótefna gerir þau mjög vel fallin til notkunar í ákveðnum læknisfræðilegum prófum og rannsóknum. geislaónæmismælingar (RIA), til dæmis, treysta á víxlverkun mótefnamótefnavaka og mótefnis til að greina tilvist og/eða styrk ákveðinna mótefnamótefnavaka. Tæknin, sem var þróuð af Rosalyn Sussman Yalow og Solomon Berson á sjötta áratugnum, er þekkt fyrir gríðarlegt næmi, sem þýðir að hún getur greint og mælt mjög lítið magn efnis. Hún er notuð við fíkniefnagreiningu, skimun í blóðbanka, snemmgreiningu krabbameins, hormónamælingar og ofnæmisgreiningu. Vegna mikilvægs framlags hennar til læknisfræði hlaut Yalow Nóbelsverðlaun og varð þar með önnur konan til að hljóta verðlaunin í læknisfræði.

Grunnregla geislaónæmismælinga er samkeppnisbinding, þar sem geislavirkur mótefnavaki keppir við ógeislavirkan mótefnavaka um fastan fjölda bindisetja á mótefnum eða viðtökum. Fyrst er mótefnavaki gerður geislavirkur (merktur), og síðan er honum blandað saman við þekkt magn af sértæku mótefni hans. Þegar sýni, eins og sýni úr blóði sjúklings, er bætt við, hætta mótefni að bindast merkta mótefnavakanum og bindast í staðinn þeim ómerkta, ferli sem kallast tilfærsla. Eftir nokkur skref er magn nýlega óbundins merkts mótefnavaka mælt til að sjá hversu mikill tilfærsla átti sér stað, sem gefur til kynna tilvist og styrk mótefnavakans í blóðinu.

Til dæmis, til að mæla insúlínmagn, er fyrsta skrefið að blanda saman þekktu magni af geislasamsætumerktu insúlíni og mótefnum. Þessi efni tengjast efnafræðilega. Næst er litlu magni af blóði sjúklings bætt við. Insúlínið sem er í blóðinu ryður burt hluta af merkta insúlíninu. Merkta insúlínið er síðan mælt með samsætunemum og insúlínmagn sjúklingsins reiknað út.