Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

24.4: Antilichaamsstructuur
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Antibody Structure
 
TRANSCRIPT

24.4: Antibody Structure

24.4: Antilichaamsstructuur

Overview

Antibodies, also known as immunoglobulins (Ig), are essential players of the adaptive immune system. These antigen-binding proteins are produced by B cells and make up 20 percent of the total blood plasma by weight. In mammals, antibodies fall into five different classes, which each elicits a different biological response upon antigen binding.

The Y-Shaped Structure of Antibodies Consists of Four Polypeptide Chains

Antibodies consist of four polypeptide chains: two identical heavy chains of approximately 440 amino acids each, and two identical light chains composed of roughly 220 amino acids each. These chains are arranged in a Y-shaped structure that is held together by a combination of covalent disulfide bonds and noncovalent bonds. Furthermore, most antibodies carry sugar residues. The process of adding sugar side chains to a protein is called glycosylation.

The Subunits of an Antibody Have Different Functions

Both the light chain and heavy chain contribute to the antigen binding site at each of the tips of the Y structure. These 110-130 amino acids are highly variable to allow recognition of an almost unlimited number of antigens. This region is also called the variable region and is part of the antigen binding fragment.

Each arm of the Y-shaped unit carries an identical antigen binding site. Antibodies can crosslink antigens: when one arm binds to one antigen and the other arm binds to a second, structurally identical antigen. Crosslinking is facilitated by the flexible hinge region that connects the antibody’s arms to the stem and allows variable distances between antigen binding sites. Large lattices of crosslinked antigens are subsequently engulfed more quickly and easily by macrophages, removing larger amounts of the antigen at once.

The stem region of the antibody is also called the fragment crystallizable (Fc) region and determines the effector function of the antibody. Via the Fc domain, the antibody can interact with Fc receptors on other immune cells, such as B cells, macrophages, and mast cells. The Fc region is often glycosylated, hindering or allowing Fc receptor access. Altering the glycosylation state of the antibody, therefore, allows rapid modulation of antibody function.

Mammals Have Five Classes of Antibodies

Antibodies are classified by their number of Y-shaped structures and type of heavy chains. Antibodies of the class IgD, IgE and IgG have a single Y-shaped structure, providing two identical antigen binding sites at the tips of their arms. In more scientific terms: they have a valency of two. IgD, IgE, and IgG differ, however, in the composition of disulfide and noncovalent bonds between their two heavy chains. IgA can occur as a monomer or as a dimer, resembling two Ys that are joined at their base. As a dimer, IgA has four identical antigen binding sites—a valency of four. IgM can occur as a monomer but is more often encountered as a pentamer, giving it a valency of 10.

The Five Classes of Antibodies Trigger Different Immune Functions

IgG antibodies are the most abundant antibody molecules in blood and are secreted in large volumes when a specific pathogen is encountered for the second time. IgGs contribute to pathogen elimination in several ways. They opsonize pathogens to trigger phagocytosis by macrophages or neutrophils. The activity of these phagocytic cells is enhanced by the complement system, a cascade of enzymatic proteins. The complement system is itself triggered by IgG. Furthermore, IgGs are the only antibodies that can cross the placenta from the mother to the fetus. They are also secreted into the mother’s milk, thereby offering passive immunity that protects the infant from infections.

IgA protects mucosal surfaces such as the gastrointestinal, respiratory, and urogenital tracts. It foremost neutralizes bacteria, preventing their movement across epithelia. IgA is also secreted into mucus, tears, saliva, and colostrum (the antibody-rich secretion of a mother’s breast for the first days after giving birth). IgA occurs as a dimer when it is secreted and as a monomer in body fluids.

Monomers of the IgM class are the first to appear on naive B cells. IgMs are the major class of antibodies that are secreted by B cells in response to the first exposure to an antigen—the primary antibody response. When an antigen binds to an IgM molecule, it activates the complement system and neutralizes pathogens.

The functions of IgD antibodies are not well understood but seem to resemble those of IgM.

IgE is challenging to study due to their low levels in body fluids and are mostly known for their negative impact on human well-being: allergies. During an allergic reaction, IgE binds to its cognate antigen. Subsequently, the Fc region of IgE binds to mast cells and basophils, a type of white blood cell. The interaction of IgE and the Fc-receptor on the cell surface elicits the release of histamines and interleukins, which in turn causes allergic symptoms such as sneezing and itching.

Antibodies for Research, Diagnostic and Therapeutics Are Produced in Animals

Antibodies are an important tool in many research disciplines as well as in the diagnosis, and sometimes treatment of disease. To produce antibodies, an antigen is injected into a farm or laboratory animal, often rabbits, chickens, hamsters, or goats, and is later isolated from the animal’s blood.

Overzicht

Antilichamen, ook wel immunoglobulinen (Ig) genoemd, zijn essentiële spelers van het adaptieve immuunsysteem. Deze antigeenbindende eiwitten worden geproduceerd door B-cellen en vormen per gewicht 20 procent van het totale bloedplasma. Bij zoogdieren vallen antilichamen in vijf verschillende klassen, die elk een andere biologische respons opwekken bij antigeenbinding.

De Y-vormige structuur van antilichamen bestaat uit vier polypeptideketens

Antilichamen bestaan uit vier polypeptideketens: twee identieke zware ketens van elk ongeveer 440 aminozuren, en twee identieke lichte ketens die elk uit ongeveer 220 aminozuren bestaan. Deze ketens zijn gerangschikt in een Y-vormige structuur die bij elkaar wordt gehouden door een combinatie van covalente disulfidebindingen en niet-covalente bindingen. Bovendien bevatten de meeste antilichamen suikerresten. Het proces waarbij suikerzijketens aan een eiwit worden toegevoegd, wordt glycosylering genoemd.

De subeenheden van een antilichaam hebben verschillende functies

Zowel het lichtketen en zware keten dragen bij aan de antigeenbindingsplaats op elk van de toppen van de Y-structuur. Deze 110-130 aminozuren zijn zeer variabel om herkenning van een bijna onbeperkt aantal antigenen mogelijk te maken. Dit gebied wordt ook wel het variabele gebied genoemd en maakt deel uit van het antigeenbindende fragment.

Elke arm van de Y-vormige eenheid draagt een identieke antigeenbindingsplaats. Antilichamen kunnen antigenen verknopen: wanneer de ene arm aan het ene antigeen bindt en de andere arm aan een tweede, structureel identiek antigeen. Crosslinking wordt vergemakkelijkt door het flexibele scharniergebied dat de armen van het antilichaam met de steel verbindt en variabele afstanden tussen antigeenbindingsplaatsen mogelijk maakt. Grote roosters van verknoopte antigenen worden vervolgens sneller en gemakkelijker verzwolgen door macrofagen, waardoor grotere hoeveelheden van het antigeen in één keer worden verwijderd.

Het stamgebied van het antilichaam wordt ook wel het fragment kristalliseerbare (Fc) gebied genoemd en bepaalt de effectorfunctie van het antilichaam. Via the Fc-domein, kan het antilichaam een interactie aangaan met Fc-receptoren op andere immuuncellen, zoals B-cellen, macrofagen en mestcellen. Het Fc-gebied is vaak geglycosyleerd, waardoor Fc-receptortoegang wordt belemmerd of mogelijk wordt gemaakt. Het veranderen van de glycosyleringstoestand van het antilichaam maakt daarom een snelle modulatie van de antilichaamfunctie mogelijk.

Zoogdieren hebben vijf klassen antilichamen

Antilichamen worden geclassificeerd op basis van hun aantal Y-vormige structuren en type zware ketens. Antilichamen van de klasse IgD, IgE en IgG hebben een enkele Y-vormige structuur, waardoor twee identieke antigeenbindingsplaatsen aan de uiteinden van hun armen worden verschaft. In meer wetenschappelijke termen: ze hebben een valentie van twee. IgD, IgE en IgG verschillen echter in de samenstelling van disulfide- en niet-covalente bindingen tussen hun twee zware ketens. IgA kan voorkomen als een monomeer of als een dimeer en lijkt op twee Y's die aan hun basis zijn verbonden. Als dimeer heeft IgA vier identieke antigeenbindingsplaatsen - een valentie van vier. IgM kan als monomeer voorkomen, maar is vakern aangetroffen als pentameer, waardoor het een valentie van 10 heeft.

De vijf klassen van antilichamen triggeren verschillende immuunfuncties

IgG-antilichamen zijn de meest voorkomende antilichaammoleculen in bloed en worden in grote hoeveelheden uitgescheiden wanneer een specifiek pathogeen voor de tweede keer wordt aangetroffen. IgG's dragen op verschillende manieren bij aan de eliminatie van pathogenen. Ze opsoniseren pathogenen om fagocytose te veroorzaken door macrofagen of neutrofielen. De activiteit van deze fagocytische cellen wordt versterkt door het complementsysteem, een cascade van enzymatische eiwitten. Het complementsysteem wordt zelf getriggerd door IgG. Bovendien zijn IgG's de enige antilichamen die de placenta van de moeder naar de foetus kunnen passeren. Ze worden ook uitgescheiden in de moedermelk, waardoor ze passieve immuniteit bieden die het kind tegen infecties beschermt.

IgA beschermt slijmvliesoppervlakken zoals de gastro-intestinale, respiratoire en urogenitale kanalen. Het neutraliseert in de eerste plaats bacteriën, waardoor hun beweging over epit wordt voorkomenhelia. IgA wordt ook uitgescheiden in slijm, tranen, speeksel en biest (de antilichaamrijke afscheiding van de borst van een moeder gedurende de eerste dagen na de bevalling). IgA komt voor als een dimeer wanneer het wordt uitgescheiden en als een monomeer in lichaamsvloeistoffen.

Monomeren van de IgM-klasse verschijnen als eerste op naïeve B-cellen. IgM's zijn de belangrijkste klasse antilichamen die worden uitgescheiden door B-cellen als reactie op de eerste blootstelling aan een antigeen - de primaire antilichaamrespons. Wanneer een antigeen zich bindt aan een IgM-molecuul, activeert het het complementsysteem en neutraliseert het pathogenen.

De functies van IgD-antilichamen zijn niet goed begrepen, maar lijken op die van IgM.

IgE is een uitdaging om te studeren vanwege hun lage gehalte aan lichaamsvloeistoffen en staan vooral bekend om hun negatieve invloed op het menselijk welzijn: allergieën. Tijdens een allergische reactie bindt IgE zich aan zijn verwante antigeen. Vervolgens bindt het Fc-gebied van IgE zich aan mestcellen en basofielen, een soort witte bloedcel. De interactiEen van IgE en de Fc-receptor op het celoppervlak wekt de afgifte van histamine en interleukinen op, die op hun beurt allergische symptomen veroorzaken zoals niezen en jeuk.

Bij dieren worden antilichamen voor onderzoek, diagnostiek en therapie geproduceerd

Antilichamen zijn een belangrijk hulpmiddel in veel onderzoeksdisciplines, maar ook bij de diagnose en soms de behandeling van ziekten. Om antilichamen te produceren, wordt een antigeen geïnjecteerd in een boerderij- of laboratoriumdier, vaak konijnen, kippen, hamsters of geiten, en wordt het later geïsoleerd uit het bloed van het dier.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter