抗体の構造

概要

抗体は、免疫グロブリン(Ig)としても知られており、適応免疫系の重要な役割を担っています。これらの抗原結合タンパク質は、B細胞によって産生され、血漿中の20％を占めています。哺乳類では、抗体は5つの異なるクラスに分類され、それぞれが抗原結合時に異なる生物学的反応を引き起こします。

抗体は4つのポリペプチド鎖からなるY字型の構造をしています

抗体は、約440個のアミノ酸からなる2本の同じ重鎖と、約220個のアミノ酸からなる2本の同じ軽鎖の4本のポリペプチド鎖から構成されています。これらの鎖はY字型に配置され、共有結合のジスルフィド結合と非共有結合の組み合わせによって結合されています。さらに、ほとんどの抗体には糖鎖がついています。タンパク質に糖の側鎖を付加するプロセスをグリコシル化と呼びます。

抗体のサブユニットはそれぞれ異なる機能を持っています

軽鎖と重鎖は、それぞれY字構造の先端にある抗原結合部位に寄与しています。この110～130個のアミノ酸は、ほぼ無限の数の抗原を認識できるように、高度に可変です。この領域は可変領域とも呼ばれ、抗原結合フラグメントの一部です。

Y字型ユニットの各アームには、同一の抗原結合部位があり、抗体は抗原を架橋できます。架橋は、抗体のアームをステムに接続する柔軟なヒンジ領域によって促進され、抗原結合部位間の距離を変えることができます。架橋された抗原の大きな格子は、その後、マクロファージによってより迅速かつ容易に取り込まれ、一度に大量の抗原が除去されます。

抗体のステム領域は、結晶化可能なフラグメント（Fc）領域とも呼ばれ、抗体のエフェクター機能を決定します。Fcドメインを介して、抗体は、B細胞、マクロファージ、マスト細胞などの他の免疫細胞上のFcレセプターと相互作用できます。Fc領域はしばしばグリコシル化され、Fc受容体へのアクセスを妨げたり、可能にしたりします。したがって、抗体のグリコシル化の状態を変えることで、抗体の機能を迅速に調節できます。

哺乳類には5種類の抗体があります

抗体は、Y字型構造の数と重鎖の種類によって分類されます。IgD、IgE、IgGクラスの抗体は、1つのY字型構造を持ち、腕の先端に2つの同じ抗原結合部位を持っています。より科学的な用語で言えば、価数が2であることを意味します。しかし、IgD、IgE、IgGは、2本の重鎖間のジスルフィド結合と非共有結合の構成が異なります。IgAは単量体でも二量体でも存在し、2つのYが基部で結合したような形をしています。二量体の場合、IgAは4つの同一の抗原結合部位を持つため、価数は4です。IgMは単量体で存在することもありますが、5量体で存在することが多く、価数は10です。

5つのクラスの抗体は異なる免疫機能を引き起こします

IgG抗体は、血液中に最も多く存在する抗体分子で、特定の病原体に2回目に遭遇したときに大量に分泌されます。IgGは病原体の排除にいくつかの点で貢献しています。病原体をオプソニン化し、マクロファージや好中球による食作用を引き起こします。これらの貪食細胞の活動は、酵素タンパク質のカスケードである補体系によって強化されます。この補体系はIgGによって引き起こされます。さらに、IgGは母体から胎児まで胎盤を越えることができる唯一の抗体です。また、IgAは母親から胎児へと胎盤を通過する唯一の抗体であり、母乳にも分泌されるため、乳児を感染症から守る受動的な免疫となります。

IgAは、消化管、呼吸器、泌尿器などの粘膜表面を保護し、細菌を中和して上皮を通過するのを防ぎます。また、IgAは、粘液、涙、唾液、初乳（出産後数日間、母親の乳房から分泌される抗体を多く含む分泌物）にも分泌されます。IgAは、分泌されるときには二量体、体液中では単量体として存在しています。

IgMクラスのモノマーは、ナイーブなB細胞に最初に現れます。IgMは、抗原に初めてさらされたときにB細胞から分泌される主要なクラスの抗体です。抗原がIgM分子に結合すると、補体系が活性化され、病原体を中和します。

IgD抗体の機能はよくわかっていませんが、IgMの機能と似ているようです。

IgEは、体液中の濃度が低いため研究が難しく、主にアレルギーという人間の健康に悪影響を及ぼすことで知られています。アレルギー反応の際、IgEは同種の抗原と結合します。その後、IgEのFc領域は、白血球の一種である肥満細胞や好塩基球と結合します。このIgEと細胞表面のFc受容体との相互作用により、ヒスタミンやインターロイキンが放出され、くしゃみやかゆみなどのアレルギー症状が引き起こされます。

研究・診断・治療用の抗体は動物で作られます

抗体は、多くの研究分野で重要なツールであり、病気の診断、時には治療にも使われます。抗体を作るには、抗原を農場や実験室の動物（ウサギ、ニワトリ、ハムスター、ヤギなど）に注射し、その後、その動物の血液から分離します。