Immunoglobulinen, ook wel antilichamen genoemd, zijn glycoproteïnemoleculen die een belangrijk onderdeel vormen van de immuunsysteem, dat verantwoordelijk is voor het afweren van infectieziekten en buitenlandse "invasies" meer over het algemeen. Vaak afgekort als "Ig", worden antilichamen aangetroffen in bloed en andere lichaamsvloeistoffen van mensen en andere gewervelde dieren. Ze helpen bij het identificeren en vernietigen van vreemde stoffen zoals microben (bijvoorbeeld bacteriën, protozoaire parasieten en virussen).
Immunoglobulinen worden ingedeeld in vijf categorieën: IgA, IgD, IgE, IgG en IgM. Alleen IgA, IgG en IgM worden in significante hoeveelheden in het menselijk lichaam aangetroffen, maar ze leveren allemaal een belangrijke of potentieel belangrijke bijdrage aan de menselijke immuunrespons.
Algemene eigenschappen van immunoglobulinen
Immunoglobulinen worden geproduceerd door B-lymfocyten, een klasse van leukocyten (witte bloedcellen). Het zijn symmetrische Y-vormige moleculen die bestaan uit twee langere zware (H) ketens en twee kortere lichte (L) ketens. Schematisch omvat de "stam" van de Y de twee L-ketens, die ongeveer halverwege van de onderkant tot de bovenkant van het immunoglobulinemolecuul uit elkaar splijten en uiteenlopen in een hoek van ongeveer 90 graden. De twee L-ketens lopen langs de buitenkant van de "armen" van de Y, of de delen van de H-ketens boven het splitsingspunt. Dus zowel de steel (twee H-ketens) als beide "armen" (een H-keten, een L-keten) bestaan uit twee parallelle ketens. De L-ketens zijn er in twee soorten, kappa en lambda. Deze ketens hebben allemaal interactie met elkaar via disulfide (S-S) bindingen of waterstofbruggen.
Immunoglobulinen kunnen ook worden onderverdeeld in constante (C) en variabele (V) delen. De C-gedeelten sturen activiteiten aan waaraan alle of de meeste immunoglobulinen deelnemen, terwijl de V-gebieden binden aan specifieke antigenen (d.w.z. eiwitten die de aanwezigheid van een bepaalde bacterie, virus of ander vreemd molecuul signaleren of entiteit). De "armen" van antilichamen worden formeel Fab-regio's genoemd, waarbij "Fab" "antigeenbindend fragment" betekent; het V-gedeelte hiervan bevat alleen de eerste 110 aminozuren van het Fab-gebied, niet het hele ding, zoals de delen van het Fab armen die zich het dichtst bij het vertakkingspunt van de Y bevinden, zijn redelijk constant tussen verschillende antilichamen en worden beschouwd als onderdeel van de C regio.
Overweeg bij wijze van analogie een typische autosleutel, die een gedeelte heeft dat voor de meeste sleutels geldt, ongeacht het specifieke voertuig dat de sleutel is. is ontworpen om te werken (bijv. het onderdeel dat u in uw hand houdt wanneer u het gebruikt) en een gedeelte dat alleen specifiek is voor het voertuig in vraag. Het handgreepgedeelte kan worden vergeleken met de C-component van een antilichaam en het gespecialiseerde gedeelte met de V-component.
Functies van de constante en variabele immunoglobulineregio's
Het deel van de C-component onder de tak van de Y, het Fc-gebied genoemd, kan worden beschouwd als het brein van de antilichaamwerking. Het maakt niet uit waartoe het V-gebied is ontworpen in een bepaald type antilichaam, het C-gebied regelt de uitvoering van zijn functies. Het C-gebied van IgG en IgM is wat de complementroute activeert, die een reeks niet-specifieke "eerste verdedigingslinie" immuun zijn reacties die betrokken zijn bij ontsteking, fagocytose (waarbij gespecialiseerde cellen lichaamsvreemde lichamen fysiek opslokken) en celafbraak. Het C-gebied van IgG bindt zowel aan deze fagocyten als aan "natural killer" (NK)-cellen; het C-gebied van IgE bindt aan mestcellen, basofielen en eosinofielen.
Wat betreft de bijzonderheden van het V-gebied, deze zeer variabele strook van het immunoglobulinemolecuul is zelf verdeeld in hypervariabele en raamwerkgebieden. Diversiteit in de hypervariabele reden, zoals uw intuïtie waarschijnlijk suggereert, is verantwoordelijk voor de verbazingwekkende reeks antigenen die immunoglobulinen kunnen herkennen, in key-in-lock-stijl.
IgA
IgA is verantwoordelijk voor ongeveer 15 procent van de antilichamen in het menselijke systeem, waardoor het het op één na meest voorkomende type immunoglobuline is. Slechts ongeveer 6 procent wordt echter in het bloedserum gevonden. In serum wordt het gevonden in zijn monomere vorm, dat wil zeggen als een enkel molecuul in een Y-vorm zoals hierboven beschreven. In zijn secretoire bestaat het echter als een dimeer, of twee van de Y-monomeren die aan elkaar zijn gekoppeld. In feite komt de dimere vorm vaker voor, omdat IgA wordt gezien in een breed scala aan biologische afscheidingen, waaronder melk, speeksel, tranen en slijm. Het is meestal niet-specifiek in termen van de soorten buitenlandse aanwezigheid waarop het zich richt. Zijn aanwezigheid op slijmvliezen maakt het een belangrijke poortwachter op fysiek kwetsbare locaties, of de plekken waar microben gemakkelijk een weg dieper in het lichaam kunnen vinden.
IgA heeft een halfwaardetijd van vijf dagen. De secretoire vorm als een totaal van vier plaatsen om antigenen te binden, twee per Y-monomeer. Dit worden terecht epitoopbindingsplaatsen genoemd, omdat het epitoop het specifieke deel is van elke indringer die een immuunreactie veroorzaakt. Omdat het wordt aangetroffen in slijmvliezen die worden blootgesteld aan hoge niveaus van spijsverteringsenzymen, heeft IgA een secretoire component die voorkomt dat het door deze enzymen wordt afgebroken.
IgD
IgD maakt ongeveer 0,2 procent van de serumantilichamen uit, of ongeveer 1 op 500. Het is een monomeer en heeft twee epitoopbindingsplaatsen.
IgD wordt gevonden gehecht aan het oppervlak van B-lymfocyten als een B-celreceptor (ook wel sIg genoemd), waarvan wordt aangenomen dat het controle van de activering en onderdrukking van B-lymfocyten als reactie op signalen van immunoglobulinen die in het bloed circuleren plasma. IgD kan een factor zijn bij de actieve eliminatie van B-lymfocyten door het genereren van zelfreactieve auto-antilichamen. Hoewel het vreemd lijkt dat antilichamen ooit de cellen zouden aanvallen die ze maken, kan deze eliminatie soms een overijverige of verkeerd gerichte immuunrespons, of B-cellen uit het zwembad halen wanneer ze beschadigd zijn en niet langer synthetiseren nuttig producten.
Naast zijn rol als de facto receptor op het celoppervlak, wordt IgD in mindere mate aangetroffen in bloed en lymfevocht. Er wordt ook gedacht dat sommige mensen reageren met bepaalde haptensen (antigene subeenheden) op penicilline, wat waarschijnlijk de reden is waarom sommige mensen allergisch zijn voor dit antibioticum; het kan ook op dezelfde manier reageren met gewone, onschadelijke bloedeiwitten, waardoor een auto-immuunreactie ontstaat.
IgE
IgE is de zeldzaamste van de vijf klassen van immunoglobulinen, goed voor slechts ongeveer 0,002 procent van het serumantilichaam, of ongeveer 1/50.000ste van alle circulerende immunoglobulinen. Toch speelt het een cruciale rol in de immuunrespons.
Net als IgD is IgE een monomeer en heeft het twee antigene bindingsplaatsen, één op elke "arm". Het heeft een korte halfwaardetijd van twee dagen. Het is gebonden aan mestcellen en basofielen, die in het bloed circuleren. Als zodanig is het een bemiddelaar van allergische reacties. Wanneer een antigeen bindt aan het Fab-gedeelte van een IgE-molecuul dat aan een mestcel is gebonden, zorgt dit ervoor dat de mestcel histamine in de bloedbaan afgeeft. IgE neemt ook deel aan de lysis, of chemische afbraak, van parasieten van de protozoaire variëteit (denk aan amoeben en andere eencellige of meercellige indringers). IgE wordt ook gemaakt als reactie op de aanwezigheid van wormen (parasitaire wormen) en bepaalde geleedpotigen.
Soms speelt IgE ook een indirecte rol in de immuunrespons door andere immuuncomponenten in actie te brengen. IgE kan slijmvliesoppervlakken beschermen door ontstekingen op gang te brengen. U denkt misschien dat een ontsteking iets ongewensts inhoudt, omdat het pijn en zwelling veroorzaakt. Maar ontsteking, naast vele andere immuunvoordelen, stelt IgG, eiwitten van de complementroutes, en witte bloedcellen in staat om weefsels binnen te dringen om indringers te confronteren.
IgG
IgG is het dominante antilichaam in het menselijk lichaam, goed voor maar liefst 85 procent van alle immunoglobulinen. Dit komt deels door de lange, zij het variabele, halfwaardetijd van zeven tot 23 dagen, afhankelijk van de IgG-subklasse in kwestie.
Net als drie van de vijf soorten immunoglobuline, bestaat IgG als een monomeer. Het komt voornamelijk voor in het bloed en de lymfe. Het heeft het unieke vermogen om de placenta te passeren bij zwangere vrouwen, waardoor het de ongeboren foetus en pasgeboren baby kan beschermen. Haar belangrijkste activiteiten omvatten het verbeteren van fagocytose in macrofagen (gespecialiseerde "eter" cellen) en neutrofielen (een ander type witte bloedcel); neutraliserende toxines; en het inactiveren van virussen en het doden van bacteriën. Dit geeft IgG een breed palet aan functies, passend bij een antilichaam dat zo veel voorkomt in het systeem. Het is meestal het tweede antilichaam ter plaatse wanneer een indringer aanwezig is, op de voet gevolgd door IgM. Zijn aanwezigheid is enorm toegenomen in de anamnestische respons van het lichaam. "Anamnestic" vertaalt zich naar "niet vergeten", en IgM reageert op een indringer die het eerder is tegengekomen met een onmiddellijke piek in zijn aantal. Ten slotte kan het Fc-gedeelte van IgG aan NK-cellen binden om een proces in gang te zetten dat antilichaamafhankelijke celgemedieerde cytotoxiciteit of ADCC wordt genoemd en dat de effecten van binnendringende microben kan doden of beperken.
IgM
IgM is de kolos van immunoglobulinen. Het bestaat als een pentameter, of een groep van vijf gebonden IgM-monomeren. IgM heeft een korte halfwaardetijd (ongeveer vijf dagen) en vormt ongeveer 13 tot 15 procent van de serumantilichamen. Belangrijk is dat het ook de eerste verdedigingslinie is van zijn vier antilichaambroers en -zussen, omdat het de eerste immunoglobuline is die tijdens een typische immunologische reactie wordt gemaakt.
Omdat IgM een pentameer is, heeft het 10 epitoopbindingsplaatsen, waardoor het een felle tegenstander is. De vijf Fc-delen ervan kunnen, net als die van de meeste andere immunoglobulinen, de complement-eiwitroute activeren en is in dit opzicht als een "first responder" het meest efficiënte type antilichaam. IgM agglutineert binnendringend materiaal, waardoor individuele stukken aan elkaar blijven plakken om gemakkelijker uit het lichaam te kunnen worden verwijderd. Het bevordert ook de lysis en fagocytose van micro-organismen, met een bijzondere affiniteit voor het verdrijven van bacteriën.
Monomere vormen van IgM bestaan en worden voornamelijk op het oppervlak van B-lymfocyten gevonden als receptoren of sIg (zoals bij IgD). Interessant is dat het lichaam al op de leeftijd van negen maanden volwassen niveaus van IgM heeft geproduceerd.
Een opmerking over antilichaamdiversiteit
Dankzij de zeer hoge variabiliteit van het hypervariabele deel van de Fab-component van elk van de vijf immunoglobulinen, kan een astronomisch aantal unieke antilichamen worden aangemaakt over de vijf formele klassen. Dit wordt nog versterkt door het feit dat de L- en H-ketens ook in een aantal isotypen voorkomen, of ketens die oppervlakkig hetzelfde gerangschikt zijn, maar verschillende aminozuren bevatten. In feite zijn er 45 verschillende "kappa" L-ketengenen, 34 "lambda" L-ketengenen en 90 H-ketengenen voor een totaal van 177, wat op zijn beurt meer dan drie miljoen unieke combinaties van genen oplevert.
Dit is logisch vanuit het oogpunt van evolutie en overleving. Het immuunsysteem moet niet alleen voorbereid zijn om de confrontatie aan te gaan met indringers waarvan het al 'weet', maar het moet ook voorbereid zijn om een optimale respons te creëren. voor indringers die het nog nooit heeft gezien of die helemaal nieuw van aard zijn, zoals griepvirussen die zichzelf hebben ontwikkeld door mutaties. De interactie tussen gastheer en indringer in de loop van de tijd en tussen microbiële en gewervelde soorten is eigenlijk niet meer dan een voortdurende, eindeloze 'wapenwedloop'.