Antikörper
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| Bild:Disambig-grau.png | Dieser Artikel behandelt Antikörper aus wissenschaftlicher Sicht. Es gibt ferner einen deutschen Kinofilm gleichen Titels. Siehe hierzu Antikörper. |
Antikörper (Immunglobuline, Ig) sind Eiweißstoffe und zentraler Bestandteil des Immunsystems höherer Vertebraten (Wirbeltiere) zur Abwehr von Infektionserregern oder körperfremdem biologischem Material. Sie werden von einer Klasse von weißen Blutzellen (Leukozyten), d.h. zu Effektorzellen differenzierten B-Zellen (=Plasmazellen), sezerniert (abgesondert). Sie kommen im Blut und in der extrazellulären Flüssigkeit der Gewebe vor. Sie erkennen meist nicht die gesamte Struktur des Antigens, sondern eine Teil desselben, die sogenannte antigene Determinante (das Epitop).
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Aufbau von Antikörpern
Bild:Antikörper.pngJeder Antikörper besteht aus zwei identischen schweren Ketten (heavy chains, H) und zwei identischen leichten Ketten (light chains, L), die durch kovalente Disulfidbrücken zu einer Ypsilon-förmigen Struktur miteinander verknüpft sind. Die beiden Leichtketten sind je nach Organismus und Immunglobulin-Subklasse entweder vom Typ kappa oder lambda und bilden zusammen mit den oberhalb der Gelenkregion (hinge region) liegenden Anteil der schweren Ketten das Antigenbindende Fragment Fab, welches enzymatisch mit Hilfe von Papain von dem darunterliegenden kristallinen Fragment Fc abgespalten werden kann. Die ausgesprochene Variabilität der Antikörperbindungsstellen erreicht der Organismus über die V(D)J-Rekombination.
Antikörper als B-Zell Rezeptor
Membranständige Antikörper (als B-Zell-Rezeptoren (BCR) bezeichnet) können B-Zellen aktivieren, wenn sie durch Antigene quervernetzt werden. Die B-Zelle nimmt daraufhin den Immunkomplex durch Endocytose auf, verdaut das Antigen proteolytisch und präsentiert über MHC Klasse II Moleküle Fragmente davon (Peptide mit 8-12 Aminosäuren) auf der Zelloberfläche. Wenn die präsentierten Fragmente dann von CD4-T-Zellen (T-Helferzellen) als fremd erkannt werden, stimuliert die T-Zelle die B-Zelle, was weitere Reifungsprozesse (somatische Hypermutation, Klassenwechsel) und die Umwandlung zur antikörpersezernierenden Plasmazelle auslöst. Die B-Zelle reift im Knochenmark, die T-Zelle im Thymus. Die Affinitätsreifung der B-Zellen verbessert die Bindungsaffinität der gebildeten Antikörper bis auf ein tausendfaches (somatische Hypermutation). Dies ist bei einem erneuten Antigen-Angriff vorteilhaft, da dann die Zweitantwort besser und schneller eingreift und das Antigen schnell und wirksamer bindet.
Wirkungsweisen von sezernierten Antikörpern
Sezernierte Antikörper wirken durch verschiedene Mechanismen:
- Die einfachste ist die Neutralisation von Antigenen. Dadurch, dass der Antikörper das Antigen bindet, wird dieses blockiert und kann beispielsweise seine toxische Wirkung nicht mehr entfalten, oder andere Wechselwirkungen des Antigens mit Körperzellen werden verhindert.
- Ein weiterer ist die Opsonisierung ("lecker machen"), das Einhüllen von Krankheitserregern und Fremdpartikeln mit Antikörpern. Wenn ein Antikörper beispielsweise an ein Antigen bindet, dass sich auf der Oberfläche eines Bakteriums befindet, "markiert" er damit gleichzeitig das Bakterium, denn die konstante Region des Antikörpers, der an sein Antigen gebunden hat, wird von Phagozyten erkannt, die als Fresszellen das Bakterium aufnehmen und verdauen können.
- Eine dritte Wirkungsweise ist, dass Antiköper das Komplementsystem aktivieren.
- Antikörper, die an körpereigene Zellen binden, können NK-Zellen aktivieren, welche diese Zellen dann abtöten. Dieser Prozess wird auch als "Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity" (ADCC) bezeichnet.
Verschiedene Klassen (Isotypen) von Antikörpern
Es gibt im Körper fünf verschiedene Gruppen (Klassen) von Antikörpern, wobei das Ig für Immunglobulin steht. Die verschiedenen Isotypen kommen in verschiedenen Kompartimenten des Körpers vor und haben unterschiedliche Aufgaben:
IgA
- Wird auf allen Schleimhäuten der Atemwege, der Augen und des Magen-Darm-Traktes sowie in der Vaginalflüssigkeit und Muttermilch sekretiert und schützt dort vor Pathogenen (auch das Neugeborene). Sekretiertes IgA kommt in Form von Homo-Dimeren vor; die beiden Anteile sind durch das "Joining-Peptide" verbunden.
IgD
- Es wird durch differentielles Spleißen der IgM/IgD-Prä-mRNA zusammen mit IgM als B-Zell Rezeptor (BCR) auf reifen, naiven (antigenunerfahrenen) B-Zellen membranständig coexprimiert.
- IgD ist nur in geringen Mengen in sezernierter Form in Blut und Lymphe vorhanden, Funktion unbekannt.
IgE
- IgE vermittelt den Schutz vor Parasiten, wie z.B. Würmern. Es wird durch Fc-Rezeptoren auf Mastzellen gebunden. Aus diesem Grund ist nahezu alles IgE membrangebunden, im Blut ist es praktisch nicht vorhanden. Bei Antigenkontakt wird es quervernetzt, was zur Ausschüttung von Histaminen, Granzymen etc. durch die Mastzellen und Granulozyten führt. Diese töten den Erreger ab. Letztere wirken außerdem stark gefäßerweiternd, was das Herankommen anderer Immunzellen erleichtert. Es wirkt außerdem muskelkontraktierend, was die Ausscheidung der Erreger über Lunge und Darm erleichtert.
- IgE ist ebenso an der allergischen Sofortreaktion beteiligt.
IgM
- Wird sofort nach dem Kontakt mit Antigenen gebildet und zeigt die akute Infektionsphase einer Krankheit an.
- z.B. Anti HBs IgM = gegen das Hepatitis B Virus gerichtete Antikörper der IgM-Klasse (Zeichen der aktiven Hepatitis B-Erkrankung)
- Merkregel: Der Buchstabe M steigt an und fällt wieder ab.
- IgM ist ein Pentamer (Multimer) aus fünf Untereinheiten. Auch diese Untereinheiten sind durch das Joining Peptide verbunden.
IgG
- Wird erst in einer verzögerten Abwehrphase (3 Wochen) gebildet und bleibt lange erhalten. Zeigt eine durchgemachte Infektion an.
- z.B. Anti HBs IgG = gegen das Hepatitis B-Virus gerichtete Antikörper der IgG-Klasse (Zeichen einer stattgefunden habenden Hepatitis B-Erkrankung oder Impfung)
(Merkregel: "IgG bleibt in der Höh." - Der Buchstabe G bleibt nach oben offen.)
- Es gibt Krankheiten mit einem angeborenen oder erworbenen Mangel an Antikörpern, siehe Antikörpermangel.
- Bildet der Körper gegen eigene Körperbestandteile Antikörper, so genannte Autoantiköper, spricht man von einer Autoimmunkrankheit.
- IgG wird außerdem aktiv über das Blut und die Plazenta(barriere) in den Fötus transportiert und sorgt dort auch nachgeburtlich für einen ersten Schutz vor Infektionen.
Anwendung von Antikörpern in der Medizin
Aus Tieren gewonnene Antikörper (Antiseren) werden als Therapeutikum für verschiedenste Zwecke eingesetzt. Ein wichtiges Beispiel ist die Verwendung als passiver Impfstoff.
Außerdem werden monoklonale Antikörper seit neuestem in der Medizin therapeutisch eingesetzt. Hauptanwendungsgebiet ist die Hämatologie und Onkologie, daneben werden sie auch in der Behandlung von Autoimmunerkrankungen wie der Rheumatoiden Arthritis (RA) eingesetzt. Hierbei erkennen diese Antikörper pro-inflammatorische Zytokine wie IL-1 oder TNF-a. Damit stellen Antikörper eine Medikamentenklasse dar, die erstmals in der Lage ist, spezifisch in die entzündlichen Vorgänge einzugreifen.
Früher war der konstante Teil der Antikörper noch murin (aus der Maus), was zu Abstoßungsreaktionen durch das Immunsystem führen konnte. Um dieses Problem zu umgehen werden neuerdings sogenannte humanisierte Antikörper verwendet. Herkömmliche monoklonale Antikörper enthalten neben den die Spezifität gegen humane Antigene vermittelten variablen Region immer noch Proteinbestandteile der Maus, die das menschliche Immunsystem möglicherweise als fremdartig abstösst. Mit Hilfe molekularbiologischer Verfahren werden deshalb die murinen Teile der konstanten Abschnitte entfernt und durch baugleiche konstante Teile menschlicher Antikörper ersetzt. Die konstanten Abschnitte der Antikörper spielen für die spezifische Wirkung des monoklonalen Antikörpers keine Rolle. Der so entstandene monoklonale Antikörper wird als „humanisierter monoklonaler Antikörper" bezeichnet und wird vom Immunsystem des Menschen nicht mehr abgestossen. Humanisierte Antikörper werden in einer Kultur aus Hamster-Ovarialzellen hergestellt, weshalb ihre Produktion sehr viel aufweniger und deshalb auch teurer als die Produktion in Mikroorganismen ist.
Anwendung von Antikörpern in der Biologie
Die hohe Spezifität, mit der Antikörper ihr Antigen erkennen, macht man sich in der Biologie zu Nutze, um das Antigen, in den allermeisten Fällen ein Protein, sichtbar zu machen. Es wird folgendermaßen vorgegangen: Zunächst muss das Antigen, gegen das der Antikörper gerichtet sein soll, ausgewählt und produziert werden. Dies kann auf verschiedene Weisen erreicht werden, zum Beispiel, indem ein Peptid in vitro synthetisiert wird oder das Protein als ganzes rekombinant in Bakterien hergestellt wird. Anschließend wird das Protein einem Tier eingespritzt, dessen Immunsystem dann Antikörper gegen das Protein bildet. Dieser Vorgang heißt "Immunisierung". Als Antikörper-Produzenten werden besonders Mäuse und Kaninchen, aber auch Ziegen, Schafe und Pferde verwendet. Die Immunisierung wird mehrfach wiederholt. Nach ein paar Wochen wird dem Tier eine Blutprobe entnommen, die auf vorhandene Antikörper gegen das Antigen untersucht wird. Wenn sie positiv ist, kann mit dem Antikörper das Antigen sichtbar gemacht werden (siehe Antikörperfärbung).
Anwendungen methodisch:
Siehe auch
Literatur
- Stefan Dübel, Petra Rohrbach, Andreas Schmiedl: Rekombinante Antikörper: Werkzeuge gegen Krebs, Infektionen und Autoimmunerkrankungen? Biologie in unserer Zeit 34(6), S. 372-379 (2004), ISSN 0045-205X
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