Antikehad (immunoglobuliinid) — struktuur, toimimine ja roll immuunsuses

Antikehad (immunoglobuliinid): Y-kujulise struktuuri, sidumise ja neutraliseerimise mehhanismid — kuidas erinevad antikehad kaitsevad organismi ja toetavad adaptiivset immuunsust.

Antikehad (mida nimetakse ka immunoglobuliinideks) on suured Y-kujulised valgud, mis võivad kleepuda bakterite ja viiruste pinnale. Neid leidub selgroogsete veres või muudes kehavedelikes. Antikehad on adaptiivse immuunsüsteemi põhielement.

Antikeha tunneb ära võõra sihtmärgi ainulaadse osa, mida nimetatakse antigeeniks. Iga antikeha "Y" ots sisaldab struktuuri (nagu lukk), mis sobib antigeeni ühele kindlale võtmele sarnanevale struktuurile. See seob need kaks struktuuri omavahel.

Seda sidumismehhanismi kasutades võib antikeha märgistada mikroobi või nakatunud rakku, et teised immuunsüsteemi osad saaksid seda rünnata, või neutraliseerida oma sihtmärki otse. Antikehade tootmine on humoraalse immuunsuse peamine funktsioon.

Iga antikeha on erinev. Kõik nad on loodud ründama ainult ühte liiki antigeeni (praktikas tähendab see viirust või bakterit). Näiteks rõugete hävitamiseks loodud antikeha ei suuda tabada rõuget või külmetushaigust.

Kuigi kõigi antikehade üldine struktuur on väga sarnane, on see väike piirkond valgu tipus äärmiselt varieeruv. See võimaldab eksisteerida miljoneid erineva tipustruktuuriga antikehi. Iga selline variant võib seonduda erineva antigeeniga. See antikehade tohutu mitmekesisus võimaldab immuunsüsteemil ära tunda sama palju erinevaid antigeene.

Antikeha struktuur ja tähtsamad piirkonnad

Antikehad koosnevad kahest peamisest ahelatüübist: raske ahel (heavy chain) ja kerge ahel (light chain). Neid seovad omavahel disulfiidsillad, mistõttu antikeha on stabiilne Y-kujuline molekul. Praktikas jaguneb antikeha järgmistesse osadesse:

• Fab (fragment, antigen-binding) — kaks ülemist haru Y-s, mis sisaldavad antigeeni siduvaid piirkondi (muutuvad V- piirkonnad).
• Fc (fragment, crystallizable) — sabaosa, mis määrab antikeha bioloogilise toime: seondumine Fc-retseptoritega rakkudel, komplemendi aktiveerimine ja hulgasüsteemid.
• Hinge-ala — annab Fab-osa liikumisvõime ja paindlikkuse.

Antikehade tippudes (Fab) asuvad äärmiselt varieeruvad alad, mis annavad spetsiifilisuse. Fc-osa sisaldab sageli glükosülaate (suhkrulisandeid), mis mõjutavad antikeha funktsiooni ja stabiilsust.

Peamised immunoglobuliini klassid ja nende rollid

• IgG — kõige levinum seerumis; hea neutraliseerija ja opsoniin; suudab aktiveerida komplemendi ning seonduda Fcγ-retseptoritega; läbib platsentat ja annab lootele passiivset kaitset.
• IgM — esmane antikeha, mis tekib varases immuunvastuses; pentameerne vorm annab tugeva aviditeedi ja on efektiivne komplemendi aktiveerija.
• IgA — peamine sekretoorne antikeha limaskestadel (hingamisteed, seedetrakt), esineb ka rinnanäärmepiimas; aitab neutraliseerida ja takistada mikroobide kinnitumist.
• IgE — seotud allergiliste reaktsioonide ja parasiitnakkustega; seondub basofiilide ja mastirakkude Fcε-retseptoritega, põhjustades histamiini vabanemist.
• IgD — paikneb peamiselt B-rakkude pinnal kui B-raku retseptor (BCR); täpne roll on osaliselt teadmata, kuid seotud B-raku aktiveerimisega.

Antikehade tootmine ja mitoosiline mälu

Antikehi toodavad B-lümfotsüüdid. Pärast antigeeni tundmist diferentseeruvad osa B-rakkudest plasmarakkudeks, mis eritavad suuri koguseid antikehasid. Teine osa diferentseerub mälurakkudeks, mis jäävad organismi pikka aega ja võimaldavad kiiret ja tugevat vastust sama antigeeni kordumisel — see on vaktsineerimise aluseks.

Antikehade omadused muutuvad immuunvastuse käigus läbi:

• V(D)J rekombinatsioon — geenitasandil tekib suur variatsioon igas B-rakus, luues erinevaid antigeenispetsiifilisi retseptoreid.
• Somaatiline hüpermuutlikkus — pärast antigeeni kokkupuudet tekivad mutatsioonid V- piirkonnas, mis võivad suurendada antikeha afiniteeti.
• Klassivahetus (isotype switching) — sama antigeha spetsiifilisuse säilitades vahetab B-rakk raske ahela tüüpi (näiteks IgM → IgG või IgA), et kohandada toimemehhanisme; selle protsessi jaoks on tähtis ensüüm AID ja CD40–CD40L signaalimine.

Toimemehhanismid: kuidas antikehad kaitsevad

• Neutralisatsioon — antikehad seonduvad toksiinide või viiruse pinnamolekulidega ja takistavad nende raku sisenevate struktuuride kasutamist.
• Opsonisatsioon — antikehad märgistavad mikroobe, et fagotsüüdid (nt makrofaagid, neutrofiilid) saaksid neid efektiivsemalt hävitada.
• Komplemendi aktiveerimine — teatud antikehad (nt IgM, IgG) seovad komplemendiensüüme, mis viib mikroobi membraani hävitamiseni või opsoniseerimiseni.
• ADCC (antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity) — antikehad, mis seonduvad nakatunud rakkudele, võivad kutsuda NK-rakke ja muid effektor-rakke rakkude tapmiseks läbi Fc-retseptorite vahendusel.

Kliiniline tähendus ja kasutus

Antikehad on olulised nii diagnoosimisel kui ravis:

• Diagnoos: antikehade olemasolu veres näitab varasemat kokkupuudet patogeeniga või immuunvastust (nt seroloogilised testid).
• Ravi: monoklonaalsed antikehad on ranged ravimid vähile, autoimmuunhaigustele ja põletikele (näiteks rituksimab, adalimumab jt).
• Passiivne immuniseerimine: doonorantikehad või rekombinantsed antikehad annavad ajutist kaitset (näiteks hepatiidi immuunglobuliinid, anti-SARS-CoV-2 antikehad).

Antikehad ja haigused

Kuigi antikehad on kaitsemehhanism, võivad need mõnikord põhjustada haigusi:

• Autoimmuunsus — organism toodab antikehi, mis ründavad oma kudesid (nt reumatoidartriit, Gravesi tõbi, autoimmuunne hemolüütiline aneemia).
• Ülitundlikkus — IgE-ga vahendatud allergiad võivad põhjustada anafülaksia ja teisi raskemaid reaktsioone.
• Immunkomplekshaigused — antigeeni–antikeha kompleksid kuhjuvad kudedesse ja stimuleerivad põletikku (nt süsteemne erütematoosluupus).

Muut olulised punktid

• Afiniti ja aviditeet: afinitet kirjeldab ühe sidumiskohapaaru tugevust; aviditeet ehk kogunemine kirjeldab mitme sidumiskohapaaru ühist tugevust (nt IgM pentameeril suur aviditeet).
• FcRn ja antikehade poolestusaeg: FcRn-retseptor aitab säilitada IgG-poolestusaega veres, pikendades selle eluiga.
• Vaktsineerimine: eesmärk on tekitada püsiv mälureaktsioon ja kõrgeafiniteedilised antikehad, mis kaitsevad tulevaste nakkuste eest.

Kokkuvõte

Antikehad (immunoglobuliinid) on adaptiivse immuunsuse keskne tööriist: nad tunnevad ära konkreetseid antigeene, neutraliseerivad või märgistavad patogeene ning kutsuvad esile teisi immuunsüsteemi efektormehhanisme. Nende struktuuri ja geneetilise varieeruvuse kombinatsioon — koos evolutsiooniliselt arenenud mehhanismidega nagu V(D)J rekombinatsioon, somaatiline hüpermuutlikkus ja klassivahetus — annab immuunsüsteemile paindlikkuse ja võime reageerida väga paljudele erinevatele ohtudele. Samal ajal võivad antikehad olla nii elu päästvad kui ka patoloogilised, mistõttu nende rolli mõistmine ja sihipärane kasutamine meditsiinis on ääretult tähtis.

Küsimused ja vastused

K: Mis on antikehad?

K: Kuidas toimivad antikehad?

K: Mis on humoraalne immuunsus?

K: Kas kõik antikehad on erinevad?

K: Kuidas see mitmekesisus meie keha aitab?

K: Kust me leiame antikehi?

Otsing