Portál:Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)/101. Otázka

101. Otázka
Humorální imunita. Struktura a funkce imunoglobulinů. Komplement. CRP.
Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)
⏪️   ⏩️


Protilátka

[ upravit vložený článek ]

Protilátka je látka bílkovinné povahy, patřící do imunoglobulinové rodiny. Specificky se váže na antigen. Vzniklá vazba má charakter nekovalentních interakcí. V průběhu specifické 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 krevním séru, tělních tekutinách a také na povrchu B-lymfocytů. Protilátky mají krátké biologické poločasy – od 2 do 23 dní. Hrají zásadní roli v obraně organismu.

Funkce

Protilátky slouží při obraně proti:

  • extracelulárním bakteriím,
  • intracelulárním bakteriím (mnohem menší měrou),
  • parazitům,
  • toxinům – neutralizací toxinu, zabráněním adheze mikroorganismu.

Aktivují některé složky imunitního systému:

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

Struktura

Struktura imunoglobulinu

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. Řetězce jsou vzájemně svázány kovalentními disulfidickými můstky. Celá makromolekula má tvar písmena ypsilon s výkyvnými raménky. Mezi lehkým a těžkým řetězcem nacházíme vždy jeden disulfid; mezi dvěma těžkými řetězci jich bývá různý počet – dle třídy a podtřídy  protilátky. Imunoglobulinové řetězce je možno dle jistých podobností ve struktuře rozdělit na několik homologních domén.

Lehké řetězce

Sestávají se z variabilní a konstantní domény – ty bývají označovány jako VL a CL. Vyskytují se ve dvou typech: κ a λ. Ty vykazují jisté odlišnosti v konstantním úseku. V jedné imunoglobulinové molekule jsou vždy oba řetězce téhož typu. U člověka je častější typ κ.

Těžké řetězce

Domény a řetězce imunoglobulinu

Mají vždy jednu doménu variabilní a tři (IgA, IgD, IgG), případně čtyři (IgE, IgM) konstantní. Obdobně jako u lehkých řetězců jsou zde označovány VH a CH1-4. 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 (Fc fragment) v těžkých řetězcích převažujících, je totožná ve všech protilátkách téže třídy. Variabilní oblast se liší dle klonu B-lymfocytů, jímž je produkována. Na těžký řetězec se váží cukerné složky molekuly.

Vazebné místo

Variabilní domény lehkého i těžkého řetězce vytvářejí vazebné místo. Oba řetězce ve skutečnosti nezaujímají konformaci, jež je znázorněna na obrázku, ale jsou stočeny do kompaktních globulí, tzv. imunoglobulinových domén. Příčinou této vnitřní rotace jsou disulfidické můstky. Domény, ležící proti sobě, mají vždy homologní sekvenci aminokyselin.

Pantová oblast

Rostlinným enzymem papainem lze imunoglobulinové molekuly rozštěpit. To probíhá na těžkém řetězci v tzv. pantové oblasti. Protilátku tak lze rozdělit na tři části:

  • dvě části obsahující obě rozvětvená ramena (tedy celý lehký a část těžkého řetězce), tzv. Fab-fragment,
  • druhá část obsahuje 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 povrchu leukocytů. Obdobně se protilátky štěpí i pepsinem, pak ale vzniká jeden Fc fragment a jeden bivalentní Fab fragment.

Vlastnosti

Hypervariabilní úseky

Antigen se specificky váže na variabilní úseky těžkých a lehkých řetězců. Ty umožňují bezprostřední kontakt. 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

Liší se podle třídy imunoglobulinu:

  • IgG má dvě (bivalentní),
  • sekreční IgA čtyři,
  • 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 (viz obrázek). Nicméně při některých jiných druzích interakce imunokomplexy mohou být i rozpustné.

Velikost komplexu antigen-protilátka

Je velmi různá. Některé jsou tak rozměrné, že je můžeme pozorovat elektronovým mikroskopem. Malé komplexy mají krátký poločas, nevážou komplement a nejsou patogenní. Komplexy střední velikosti se ukládají do tkání a pro různé choroby tak mohou být charakteristickým rysem.

Interakce antigenu s protilátkou

Může také vyvolávat:

V některých případech může dojít navázáním příslušného imunoglobulinu k částečné nebo dokonce úplné neutralizaci 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.

 Podrobnější informace naleznete na stránce Genetika Ig, B a T receptorů.

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:

  1. opsonizací – navázání protilátky a určitých složek komplementu – označuje mikroorganismus a atraktivizuje jej pro fagocyty,
  2. komplementovým systémem – vytváří komplex, vytvářející póry v cytoplasmatické membráně a tím způsobující únik organel mikroba.

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

BCR

Je složen z vlastního povrchového imunoglobulinu, přičemž těžké řetězce Ig (nejčastěji IgM či IgD) procházejí membránou a asociovaných signalizačních molekul – rovněž procházejí membránou, ty jsou označovány jako Igα a Igβ. Jsou spojeny s cytoplazmatickými tyrosinkinázami Janusova typu (JAK). Při navázání antigenu na alespoň dvě molekuly BCR dojde k přiblížení asociovaných proteinů, aktivaci tyrosinkinas a spuštění signalizační kaskády.

Komplex TCR

Složen z imunoglobulinům podobného modulu rozeznávajícího antigen – je složeném z transmembránových α a β či γ a δ řetězců a asociovaný s 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.

Třídy

Podle stavby konstantní části těžkého řetězce dělíme protilátky na třídy. Výrazný rozdíl mezi jednotlivými Ig třídami je v zastoupení sacharidů:

  • v IgG – 2–3 %,
  • v IgA – 5–8 %,
  • v IgM – 12 %,
  • v IgD – 9–14 %,
  • v IgE – 12 %.
 Podrobnější informace naleznete na stránce Laboratorní stanovení specifických IgE protilátek.

IgG

[ upravit vložený článek ]


Monomer imunoglobulinu

IgG je nejvýznamnější třída protilátek. Tvoří ¾ všech protilátek v séru, jeho koncentrace je 10 g/l. Vytváří 4 podtřídy (IgG1–4), které se vzájemně liší svými opsonizačními vlastnostmi, vazbou na komplement a časem, po který jsou aktivní. Je to také jediná třída protilátek schopná procházet placentou. Proto jsou u novorozenců stejné hodnoty jako u dospělých. Nejnižší hladina u zdravého jedince je mezi 3. a 6. měsícem postnatálního života (přechodná hypogamaglobulinemie). To vede k náchylnosti novorozenců k infekčním onemocněním.

Stavba

Molekula IgG je složená ze dvou lehkých a dvou těžkých řetězců. Lehké řetězce se skládají z 1 variabilní a 1 konstantní imunoglobulinové domény. Těžké řetězce jsou složeny z 1 variabilní a 3 konstantních domén. Protilátky třídy IgG se vyskytují v monomerní podobě.

Význam
  • opsonizace – na neutrofilech a makrofázích se vyskytují receptory FcR pro Fc-fragmenty IgG,
  • aktivace komplementu klasickou cestou – po vazbě IgG na antigen,
  • sekundární imunitní reakce – opakované setkání s antigenem,
  • neutralizace toxinů – po navázání IgG dojde k zablokování a neutralizaci toxinu vytvořením imunokomplexu.


Formy imunoglobulinů

IgA

[ upravit vložený článek ]


Dimer imunoglobulinu A

Protilátky třídy IgA jsou také nazývány slizniční protilátky. Jsou totiž produkovány B-lymfocyty, které vyskytují ve slizničních vrstvách. V séru je jejich koncentrace 1,5 g/l, ovšem celkově v těle jsou to nejzastoupenější protilátky. Jejich poločas je asi 1 týden.[1]

Struktura

Protilátky třídy IgA jsou strukturně podobné IgG. Jejich molekula je tvořena 2 lehkými a 2 těžkými řetězci. Lehké řetězce jsou tvořeny 1 variabilní a 1 konstantní imunoglobulinovou doménou. Těžký řetězec je tvořen 1 variabilní a 3 konstantními doménami. Na rozdíl od IgG se mohou vyskytovat jako monomery, častěji jako dimery, spojené J-řetězcem. Dimerní podoba IgA se vyskytuje v séru, pokud je IgA sekretováno na povrch sliznic je ještě spojeno tzv. sekreční komponentou. Jedná se o protein, připojený k normálnímu dimeru IgA a chrání protilátku proti štěpícím enzymům.[1]

Funkce
  • blokáda adhezních molekul – reagují s adhezními molekulami bakterií,
  • opsonizace – váže se na specifické Fc-α-receptory fagocytů.

IgA nemá schopnost aktivovat komplement.[1]

IgM

[ upravit vložený článek ]


Schéma protilátky třídy IgM. Modře těžké řetězce, žlutě lehké řetězce, tmavě modře nebo žlutě variabilní úseky, světle modře a žlutě konstantní úseky, zeleně disulfidové můstky, červeně J-řetězec
Dynamika protilátek

Protilátky třídy IgM tvoří 10 % všech protilátek v séru, přičemž jejich koncentrace je 1–1,5 g/l. Monomer IgM je integrální součástí membrány B-lymfocytů (BCR). IgM mají krátký poločas, na rozdíl od IgG přetrvávají v plasmě jen krátce po zlikvidování antigenu.

Struktura

Celek protilátek IgM tvoří pentamer, jednotlivé podjednotky jsou spojeny do kruhu cystinovými můstky a jedním J řetězcem. Díky této struktuře nepronikají do tkání, zůstávají v cévním řečišti. Teoreticky se tímto uspořádáním vytvoří 10 vazebných míst pro antigen, prakticky je použitelných pět, ostatní jsou prostorově blokována. Podjednotky mají obdobnou strukturu jako IgE protilátky, jejich těžký řetězec je tvořen 1 variabilní a 4 konstantními imunoglobulinovými doménami.

Funkce
  • aktivuje komplement – po navázání IgM na antigen se na imunokomplex váže komplement, který se aktivuje klasickou cestou,
  • jako jediný tvoří odpověď na polysacharidové antigeny (AB0 systém),
  • aglutinace – IgM je schopné navázat hodně antigenů a proto snadno tvoří aglutináty.

Při zahájení specifické imunitní reakce jsou vytvářeny jako první, jejich produkce nevyžaduje izotypový přesmyk. Pokud dochází k infekci fétu, jsou IgM přítomny již při narození. Existuje malé množství tvorby sekrečního IgM.

IgM nemá opsonizační funkci.

Diagnostický význam
  • pro sekundární imunitní reakce – pozitivní průkaz IgM proti antigenu poukazuje na akutní infekci

Je zvláště účinný proti bakteriím a virům


[ upravit vložený článek ]

IgD

Monomerní protilátka. V séru je zastoupen relativně málo. Má poměrně malou afinitu k antigenům. Nachází se hlavně na povrchu B-lymfocytů, kde má funkci receptoru pro antigen – tvoří BcR (B-celulární receptor). Vyvolává uvolňování histaminu z mastocytů a bazofilních leukocytů. Po vazbě na antigen se také spolupodílí na rozvoji senné rýmy či alergického astmatu.

IgE

Ze všech protilátek má nejkratší poločas rozpadu. Nalezneme jej v množství ještě nižším než IgD (sérová koncentrace 0,5 g/l) – to způsobuje také jeho krátký katabolický poločas. Je homocytotropní – brzy se váže na jiné buňky vlastního těla (žírné buňky, bazofily) na receptory FcεRI. Ve vázaném stavu je daleko stabilnější než jako volný. Uvolňuje mediátory zánětu (histamin, serotonin, prostaglandiny, leukotrieny).

Protilátky IgE jsou zodpovědné za reakce časné přecitlivělosti. Jejich zvýšená koncentrace bývá při alergických (atopických) reakcích. Dále mají úlohu v antiparazitární obraně (stimuluje procesy k vypuzení): mediátory, vazodilatace, vykašlání, vykýchání, zvýšení peristaltiky střev, průjem. Vyskytují se zvláště ve slezině, mandlích, mukózních membránách plic a mukózních membránách gastrointestinálního ústrojí.

Komplement

[ upravit vložený článek ]


Kaskádovitá aktivace komplementu

Komplement tvoří asi 30 sérových a membránových glykoproteinů a je součástí nespecifické humorální imunitní odpovědi. Složky komplementu se kaskádovitě aktivují a tím spouštějí imunitní reakci.[2]

Komplement objevil Jules Bordet koncem 19.století, nazval ho alexin[3] .


Hlavními složkami je 9 sérových proteinů C1 − C9, dále faktory (B, D, P), inhibitory a inaktivátory (H, I). Většina jich je syntetizována v játrech, ostatní v makrofázích, fibroblastech a některých epitelových buňkách gastrointestinálního, močového a pohlavního ústrojí. Různé podněty spouští kaskádovitou aktivaci jednotlivých složek.

Ústřední složkou je C3 (fragment C3b se kovalentně váže na mikrobiální povrch). Meziprodukty této kaskádovité reakce mají výrazné biologické funkce, jako jsou opsonizace a chemotaxe. Terminálním produktem kaskády je komplex proteinů C5b, C6, C7, C8, C9 nazývaný MAC (membrane attack complex). Ten perforuje cytoplasmatické membrány některých buněk, bakterií či virů a působí jejich lýzu.

Hlavní funkce komplementu

  • Opsonizace (C3b): komplement se aktivuje po vniknutí bakterie; složka A se uvolní, B opsonizuje,
  • chemotaxe (C3a, C5a),
  • prozánětlivé funkce (C3a, C5a): anafylatoxiny (mediátory zánětu, způsobují vazodilataci, zvyšují permeabilitu cévních stěn uvolňováním histaminu),
  • osmotická lýza (C5b − C9): cytotoxické působení membranolytického komplexu.

Existují specifické receptory pro aktivované složky C3, C5. CR1-receptor se vyskytuje na erytrocytech, slouží pro transport imunokomplexu do sleziny ze tkání. Imunokomplex aktivuje komplement a naváže se na receptor B složky a je pak ve slezině odstraněn. Při poškození této funkce dochází k imunopatologickým stavům.

Některé složky komplementového systému mají význam i při jiných dějích. Imunokomplexy, obsahující C3dg, stimulují aktivaci lymfocytů. Imunokomplexy s C3b regulují transport antigenů do sleziny a uzlin. Některé komplementové receptory slouží jako adhezivní molekuly.

Inhibice komplementu inhibuje hemostázu × poranění aktivuje oba systémy současně (hemostáza zabrání vnikání dalších částí do systému).

Aktivace komplementu

Rozeznáváme 3 způsoby aktivace:

  1. alternativní cesta,
  2. lektinová cesta,
  3. klasická cesta.

Lektinová cesta je variantou klasické.

Dysregulace komplementu

Rozeznáváme 2 hlavní dysregulace:

  1. Nedostatek některých komponentů komplementu
  2. Nedostatek či defekt v regulačních proteinech komplementu


Nedostatek C2 nebo C4 je spojen s častějšími bakteriálními a virovými infekcemi (mnoho pacientů je nicméně asymptomatických a to pravděpodobně díky funkční alternativní cestěxkomplementu). U některých pacientů s nedostatkem C2, C4 nebo C1q je hlavním projevem autoimunitní onemocnění podobné SLE (pravděpodobně díky tomu, že tyto faktory hrají roli v clearance imunitních komplexů). Deficit C3 je vzácný. Deficity C5, C6, C7, C8 a C9 jsou spojeny s rekurentními především gonokokovými a meningokokovými infekcemi).

Nedostatek C1 inhibitoru dává vzniknout autosomálně domninantní poruše s názvem hereditární angioedém. Získaná mutace PIGA genu vede k vyšší náchylnosti erytrocytů vůči lýze MAC komplexem a dává tak vziknout paroxysmální noční hemoglobinurii.

Odkazy

Související články

Externí odkazy

Reference

  1. ↑ a b c HOŘEJŠÍ, Václav a Jiřina BARTŮŇKOVÁ. Základy imunologie. 3. vydání. Praha : Triton, 2008. 280 s. ISBN 80-7254-686-4.
  2. ↑ ŠVÍGLEROVÁ, Jitka. Komplement [online]. Poslední revize 2009-02-19, [cit. 2010-11-15]. <https://web.archive.org/web/20160416224313///wiki.lfp-studium.cz/index.php/Komplement>.
  3. ↑ KALOUSOVÁ, Marta. Zánět [přednáška k předmětu Patobiochemie 3, obor Všeobecné lékařství, 1. lékařská Univerzita Karlova]. Praha. 4.12.2015. 

Použitá literatura

  • HOŘEJŠÍ, Václav a Jiřina BARTŮŇKOVÁ. Základy imunologie. 3. vydání. Praha : Triton, 2008. 280 s. ISBN 80-7254-686-4.
  • KINDT,, GOLDSBY a OSBORNE. Kuby Immunology. 6. vydání. W. H. Freeman & Company, 2006. 574 s. ISBN 978-1429202114.
  • KUMBAR,, ABBAS a ASTER. Robbins basic pathology. 10. vydání. Elsevier, 2008. 935 s. ISBN 978-0-323-48054-3.

</noinclude>

C-reaktivní protein

[ upravit vložený článek ]


C-reaktivní protein

C-reaktivní protein (CRP) je hlavní bílkovina reaktantů akutní fáze. Je to látka, která hraje úlohu opsoninu. Své jméno získal díky tomu, že precipituje s tzv. C-polysacharidem pneumokoků[1]. Je součásti vrozené imunity.

Plazmatická koncentrace CRP se zvyšuje již za 4 hodiny po navození reakce akutní fáze a v průběhu prvních dvou dnů jeho koncentrace vzroste i více než 100krát. Maximální koncentrace je dosaženo za 24–48 hodin, přibližně 24 hodin je i poločas CRP[2].

Fyziologicky bývá plazmatická koncentrace do 8-10 mg/l[3]. Rychlý a vysoký vzestup CRP (typicky na hodnoty nad 50 mg/l) doprovází především akutní bakteriální infekce, méně obvykle také mykotické infekce. Virové infekce naproti tomu bývají charakterizovány relativně malým vzestupem CRP (zpravidla pod 25 mg/l)[4]. Stanovení plazmatické koncentrace CRP proto napomáhá v rozhodnutí, zda zahájit léčbu antibiotiky[1]. Úspěšná antibiotická terapie se pak projeví rychlým poklesem CRP, naopak při neúspěšné léčbě přetrvává zvýšení.

Stanovením CRP lze odhalit riziko pooperační infekce. Třetí den po operaci má jeho koncentrace rychle klesat k normě. Přetrvávající zvýšení nebo jen částečný pokles, následovaný dalším zvýšením, naznačuje přítomnost infekce nebo jiné zánětlivé komplikace.

Mírný vzestup CRP provází i infarkt myokardu. Obecně lze také říci, že mírně elevované hladiny CRP (obvykle nad 10 mg/l) patří mezi známky vysokého kardiovaskulárního rizika[5]. Sledování koncentrací CRP je užitečné i při monitorování autoimunitních onemocnění[6].

Nevýhodou CRP je jeho nízká specifita. Na rozdíl od prokalcitoninu neinformuje o závažnosti orgánového postižení, nýbrž pouze o přítomnosti infekce. Vzájemně se tyto dva markery nenahrazují, ale doplňují.

Struktura

Molekula CRP je tvořena 5 nekovalentně spojenými jednotkami, z nichž každá je tvořena jednoduchým neglykosylovaným polypeptidovým řetězcem. CRP patří do skupiny pentraxinů.

Funkce

Mezi hlavní funkce CRP patří:

  • Opsonizace, jejíž princip spočívá ve vazbě CRP na fosfatidylcholin, který je součástí bakteriálních stěn.
  • Aktivace komplementu,
  • stimulace fagocytujících buněk,
  • schopnost vázat C-polysacharid buněčné stěny Streptococcus pnemoniae.

Reference

  1. ↑ a b RACEK, Jaroslav, et al. Klinická biochemie. 2. vydání. Praha : Galén, 2006. 329 s. s. 71. ISBN 80-7262-324-9.
  2. ↑ ZIMA, Tomáš, et al. Laboratorní diagnostika. 2. vydání. Praha : Galén a Karolinum, 2007. 906 s. ISBN 978-80-246-1423-6.
  3. ↑ ZIMA, Tomáš, et al. Normální hodnoty [online]. Velký lékařský slovník online, [cit. 2020-02-13]. <http://lekarske.slovniky.cz/normalni-hodnoty>.
  4. ↑ KESSLER, Siegfried. Laboratorní dagnostika. 1. vydání. Praha : Scientia medica, 1993. 252 s. Memorix; s. 52. ISBN 80-85526-12-3.
  5. ↑ GREGOR, Pavel a Petr WIDIMSKÝ, et al. Kardiologie. 2. vydání. Praha : Galén, 1999. 595 s. s. 168. ISBN 80-7262-021-5.
  6. ↑ KLENER, Pavel, et al. Vnitřní lékařství. 3. vydání. Praha : Galén a Karolinum, 2006. 1158 s. ISBN 80-7262-430-X.