GLOBULIN MIỄN DỊCH CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG

MỤC TIÊUTrình bày được về các thuộc tính chung của tất cả các globulin miễn dịch Mô tả được cấu trúc cơ bản của globulin miễn dịch Trình bày được mối liên quan đến cấu trúc globulin miễn

GLOBULIN MIỄN DỊCH

CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG

TS.BS Phan Ngọc Tiến

2014

MỤC TIÊU

Trình bày được về các thuộc tính chung của tất cả các globulin miễn dịch

Mô tả được cấu trúc cơ bản của globulin miễn dịch

Trình bày được mối liên quan đến cấu trúc globulin miễn dịch có chức năngXác định được vùng siêu biến của globulin miễn dịch và vùng khuôn

Xác định được các lớp, loại globulin miễn dịch

Mô tả được các cấu trúc và tính chất của các lớp globulin miễn dịch

TỪ KHÓA

Globulin miễn dịch (Immunoglobulin)

Hóa trị (Valence)

Chuỗi nặng (Heavy chain)

Chuỗi nhẹ (Light chain)

Vùng biến đổi (Variable region)

Vùng hằng định (Constant region)

Vùng bản lề (Hinge region)

Domen (Domain)

Vùng siêu biến (Hypervariable region)

Vùng khuôn (Framework region)

Nhóm và dưới nhóm (Groups & subgroups)

Fab & Fc, F(ab')2

Type và dưới type (Type & subtype)

Lớp và dưới lớp (Class & subclass)

Opsonin

Chuỗi J (J chain)

Mảnh tiết (Secretory component)

I ĐỊNH NGHĨA

Globulin miễn dịch (Ig):

Là phân tử glycoprotein do tương bào sản xuất để chống lại khángnguyên (chức năng kháng thể)

Điện di protein huyết thanh

Hình 1

II CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA KHÁNG THỂ:

Về cơ bản các kháng thể có cấu trúc giống nhau

A Chuỗi nặng, chuỗi nhẹ:

Tất cả các Ig có cấu trúc chuỗi gồm 4 đơn vị: gồm 2 chuỗi nặng 70kD) và 2 chuỗi nhẹ (23kD)

(50-B Cầu nối Disulfide:

1 Cầu nối Disulfide ở giữa: 2 chuỗi nhẹ và 2 chuỗi nặng được gắn với

nhau bằng cầu nối Disulfide và liên kết cộng hoá trị Số lượng cầu nốidisulfide thay đổi trong các phân tử globulin miễn dịch khác nhau

2 Cầu nối Disulfide bên trong chuỗi: Trong mỗi chuỗi polypeptide

cũng có liên kết disulfide

C Vùng biến đổi và vùng hằng định:

Cả hai chuỗi nặng và nhẹ đều có thể được chia thành hai khu vực trên

cơ sở biến đổi trong các chuỗi axit amino

1 Chuỗi nhẹ - VL (110 axit amin) và CL (110 axit amin)

2 Chuỗi nặng - VH (110 axit amin) và CH (330-440 axit amin)

D Vùng bản lề

Đây là vùng mà nhánh của phân tử kháng thể có dạng một Y, được gọi

là vùng bản lề bởi vì có tính linh hoạt trong phân tử tại điểm này

E Vùng (Domains)

Hình ảnh ba chiều của Ig cho thấy Ig không được thẳng, cấu trúc được xếp vào khu vực hình cầu, trong đó có một mối liên kết disulfua trong chuỗi.Những vùng này được gọi là domain

1 Tên domain Chuỗi nhẹ - VL và CL

2 Tên domain Chuỗi nặng - VH, CH1 - CH3 (CH4)

F Oligosaccharides

Carbohydrates được gắn vào domain CH2 trong hầu hết các globulin miễn dịch Tuy nhiên, trong một số trường hợp carbohydrates có thể được gắn tại các vị trí khác

Hình 2: Cấu trúc cơ bản của immunoglobulin

III CẤU TRÚC VÙNG THAY ĐỔI

A Vùng siêu biến (HVR) hay vùng quyết định bổ khuyết (CDR)

- So sánh các trình tự acid amin trong các vùng thay đổi của các Ig cho thấy hầu hết các thay đổi nằm trong ba khu vực được gọi là các các vùng siêu biến hay vùng gắn quyết định tính bổ khuyết như minh họa trong hình 3

- Kháng thể có đặc hiệu khác nhau (khác nhau tại vị trí kết hợp) thì có các CDR khác nhau, còn các kháng thể có tính cùng tính đặc hiệu thì có CDR giống nhau

- CDR có ở chuỗi nặng lẫn chuỗi nhẹ

B Vùng khung:

Là vùng nằm giữa các vùng quyết định tính bổ khuyết

Hình 3: Cấu trúc vùng biến đổi: Vùng siêu thay đổi, Vùng khung

IV CÁC MẢNH: mối quan hệ cấu trúc/chức năng

Các mảnh của kháng thể có được từ việc phân giải KT bởi men

A Fab: phân huỷ với papain làm phá vỡ các phân tử globulin miễn dịch trong

vùng bản lề trước cầu nối H-H disulfide liên chuỗi Điều này dẫn đến sự hình thành của hai mảnh giống hệt nhau có chứa các chuỗi nhẹ và VH và CH1 của chuỗi nặng

B Fc: phân huỷ với papain cũng tạo mảnh có chứa phần còn lại của hai chuỗi

nặng, mỗi chuỗi có chứa CH2 và CH3 Đoạn này được gọi là Fc vì có thểkết tinh

C F(ab')2: KT nếu được xử lý bằng pepsin sẽ phân cắt chuỗi nặng sau cầu

nối disulfide thành 2 mảnh Một mảnh có chứa 2 vị trí gắn kết khángnguyên gọi là F(ab')2 (hóa trị hai) Mảnh Fc còn lại của phân tử đượcpepsin phân giải thành các peptide

Hình 4 Immunoglobulin: Cấu trúc và chức năng

Qua nhau thai

Hoạt hóa bổ thể

Hình 5: Kháng thể bị cắt bởi men pepsin

Hình 5: Kháng thể bị cắt bởi men papain

V CHỨC NĂNG CỦA GLOBULIN MIỄN DỊCH

B Chức năng tác động:

Có hiệu quả sinh học không tạo ra từ sự gắn kết giữa kháng nguyên vàkháng thể mà được tạo ra từ tác động thứ phát của kháng thể Không phảitất cả các Ig đều điều hoà chức năng này Chức năng tác động này baogồm:

1 Hoạt hóa bổ thể: làm cho tế bào bị ly giải và phóng thích cá phân tử có

hoạt tính sinh học

2 Kết hợp với các loại tế bào: thực bào, bạch cầu, tế bào mast, bạch cầu

ưa baz (có các thụ thể đối với Ig trên bề mặt)

- Việc kết hợp này có thể hoạt hóa tế bào thực hiện chức năng của

chúng

- Một số Ig có khả năng gắn kết đối với các thụ thể trên lá nuôi củamàng nhau, và dẫn đến một vài Ig có khả năng xuyên qua màng nhau Kếtquả là kháng thể đáp ứng miễn dịch đã được truyền sang thai nhi

VI CÁC LỚP, DƯỚI LỚP, TYPE GLOBULIN MIỄN DỊCH Ở NGƯỜI

1 IgG – chuỗi nặng Gamma

2 IgM - chuỗi nặng Mu

3 IgA - chuỗi nặng Alpha

4 IgD - chuỗi nặng Delta

5 IgE - chuỗi nặng Epsilon

1 Các dưới lớp của IgG

a) IgG1 - chuỗi nặng Gamma 1

b) IgG2 - chuỗi nặng Gamma 2

c) IgG3 - chuỗi nặng Gamma 3

d) IgG4 - chuỗi nặng Gamma 4

2 Các dưới lớp của IgA

a) IgA1 - Alpha 1 chuỗi nặng

b) IgA2 - Alpha 2 chuỗi nặng

C Các loại chuỗi nhẹ

Globulin miễn dịch cũng có thể được phân loại theo các loại chuỗi nhẹ Loại chuỗi nhẹ được dựa trên sự khác biệt trong trình tự axit amin trong vùng hằng định Những khác biệt này được phát hiện bằng huyết thanh học Có hai loại chuỗi nhẹ

Globulin miễn dịch là một phân tử đa dạng vì chúng bao gồm các lớp

và các phân lớp khác nhau, và loại chuỗi nhẹ khác nhau.Ngoài ra, các phân tử globulin miễn dịch khác nhau có thể có tính chấtgắn kết kháng nguyên khác nhau được quy định bởi các vùng VH và VLkhác nhau

VII CẤU TRÚC VÀ MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA LỚP IG – CÁC PHÂN LỚP

A IgG

1 Cấu trúc:

Tất cả IgG đều có cấu trúc đơn phân (Ig 7S) Các phân lớp khác nhau

về số lượng các liên kết disulfide và chiều dài của vùng bản lề

2 Tính chất

Là Ig đa năng nhất bởi vì nó có khả năng thực hiện tất cả các chức năng của các phân tử globulin miễn dịch

a) IgG là Ig chính trong huyết thanh – chiếm 75%

b) IgG là Ig chủ yếu ngoài mạch máu

c) Có thể truyền qua nhau thai - IgG là lớp duy nhất của Ig đi qua nhau thai: nhờ thụ thể trên tế bào nhau thai dành cho vùng Fc của IgG (IgG2 không qua được)

Hình 6: IgG

d) Hoạt hóa bổ thể - Không phải tất cả các phân lớp đều hoạt hóa bổ thể như nhau; IgG4 không hoạt hóa bổ thể.

e) Kết hợp với các tế bào - Các đại thực bào, bạch cầu đơn nhân, PMN và một

số tế bào lympho có các thụ thể Fc (IgG2 và IgG4 không liên kết với thụ thể Fc) Kết quả của việc liên kết với các thụ thể Fc trên PMN, bạch cầu đơn nhân và đại thực bào là các tế bào có thể tiếp nhận các kháng nguyên tốt hơn Các kháng thể giúp tế bào thực bào thực bào kháng nguyên tốt hơn Thuật ngữ Opsonin được sử dụng để mô tả tính tăng cường thực bào IgG là một opsonin tốt Sự kết hợp của IgG với thụ thể Fc trên các loại tế bào khác giúp kích hoạt các chức năng khác nhau.

Hình 7: Opsonisation

B IgM

1.Cấu trúc

- IgM trong huyết thanh có cấu trúc pentamer (19S), nhưng trên bề mặt tế bào B, IgM ở dạng monomer Trong dạng pentamer tất cả các chuỗi nặng giống nhau và tất cả các chuỗi nhẹ giống nhau Như vậy, hóa trị lý thuyết

là 10

- IgM có thêm một miền trên chuỗi Mu (CH4) và nó có một cầu hóa trị S-S được gọi là chuỗi J

2 Tính chất

a) IgM là Ig có số lượng nhiều thứ ba trong huyết thanh

b) IgM là Ig đầu tiên được tạo thành ở bào thai và Ig đầu tiên được sản xuất khi được kích thích bởi kháng nguyên

c) IgM hoạt hoá bổ thể mạnh Vì vậy, các kháng thể IgM là rất hiệu quả trong việc ly giải của vi sinh vật

Hình 8: IgM

d) IgM cũng là một chất kết dính tốt Vì vậy, các kháng thể IgM rất tốt trong việc kết tụ vi sinh vật để cơ thể loại bỏ.

e) IgM liên kết với một số tế bào thông qua thụ thể Fc.

truyền một tín hiệu Trước khi một tín hiệu có thể được truyền đi bởi Ig-alpha và Ig-beta đòi hỏi các Ig bề mặt phải liên kết với kháng nguyên.

Trong trường hợp kháng nguyên không phụ thuộc tuyến ức, chỉ cần sự gắn kết giữa kháng nguyên và Ig bề mặt là đủ để kích hoạt các tế bào B sản xuất

kháng thể Tuy nhiên, đối với các kháng nguyên phụ thuộc tuyến ức, cần có sự trợ giúp của các tế bào T hỗ trợ trước khi các tế bào B được kích hoạt

Hình 9: IgM bề mặt tế bào

Hình 10: IgM bề mặt tế bào và các phân tử truyền tín hiệu

C IgA

1 Cấu trúc

- Trong huyết thanh IgA là một monomer nhưng trong các dịch tiết Ig là mộtdimer (Hình 11) nhờ sự kết nối của một chuỗi J

- Ngoài ra có một protein liên kết được gọi là mảnh tiết hoặc mảnh T; sIgA

là globulin miễn dịch 11s IgA được tạo thành trong các tương bào, nhữngmảnh tiết được tạo ra trong các tế bào biểu mô và được gắn vào các IgAkhi nó đi vào các dịch tiết (hình 12) Các mảnh tiết giúp IgA được vậnchuyển qua niêm mạc và cũng bảo vệ IgA trong các dịch tiết

2 Tính chất:

a) IgA là Ig phổ biến thứ 2 trong huyết thanh

b) IgA là có nhiều nhất trong các dịch tiết như nước mắt, nước bọt, sữa non, chất nhầy IgA có vai trò quan trọng trong miễn dịch tại chỗ (niêm

mạc)

c) Thông thường IgA không hoạt hóa bổ thể, trừ khi bị kết tập

d) IgA có thể liên kết với tế bào bạch cầu ĐNTT và tế bào lympho

Hình 11: IgA

Dịch tiết

Mảnh tiết Chuỗi J

c) IgD không hoạt hóa bổ thể.

Hình 12: IgD

b)Tham gia trong phản ứng dị ứng – IgE gắn kết với các chất gây dị ứng

và làm phóng thích các trung gian dược lý khác nhau gây nên các triệuchứng dị ứng trên lâm sàng

c) IgE cũng đóng vai trò quan trọng trong các bệnh ký sinh trùng IgE huyếtthanh tăng cao trong các bệnh ký sinh trùng, vì vậy đo nồng độ IgE huyếtthanh hữu ích trong chẩn đoán nhiễm ký sinh trùng Bạch cầu ái toan có thụthể Fc của IgE và sự gắn kết giữa bạch cầu ái toan với IgE giúp tiêu diệt kýsinh trùng

d) IgE không hoạt hóa bổ thể

Hình 13: IgE

Isotypes, Allotypes and Idiotypes

I ISOTYPES

A Định nghĩa: là quyết định kháng nguyên đặc trưng cho các lớp và dưới lớp

của chuỗi nặng và các loại và dưới loại của chuỗi nhẹ

B Vị trí: isotype chuỗi nặng được tìm thấy trên phần Fc của vùng hằng định,

isotype chuỗi nhẹ được tìm thấy trong vùng hằng định (Hình 14)

C Hiện diện: isotype được tìm thấy trong tất cả những cá thể bình thường của

loài Tiền tố ‘Iso-’ có nghĩa là giống nhau trong tất cả các thành viên của loài Một số cá thể suy giảm miễn dịch có thể thiếu một hoặc nhiều isotypes nhưng cá thể bình thường thì có tất cả các isotypes

D Vai trò: được dùng trong định lượng các lớp và dưới lớp Ig ở các bệnh khác

nhau, trong các đặc tính của bệnh bạch cầu tế bào B và trong chẩn đoáncác bệnh suy giảm miễn dịch

Hình 14: Isotype

- Sự khác biệt Allotype được phát hiện bằng cách sử dụng kháng thể chống lại yếu tố quyết định allotype Những kháng thể này có thể được tạo ra bằng cách tiêm Ig cùng loài có allotype khác để làm KN gây miễn dịch.

B Vị trí

Ở người, allotype nằm ở vùng hằng định của chuỗi nặng và chuỗi nhẹ

(Hình 15)

- Một allotype chuỗi nặng Gamma1 là: G1m.

- Một allotype trên một chuỗi nhẹ Kappa là: Km (1)

(Bảng 1)

Hình 15: Allotype

Chuoi Domain Allotype Amino Acid Vị trí

CH1 G1m(z) = (17) Lys CH1 G1m(a) = (1) Arg, Asp, Glu, Leu 355-358

κ light chain CL Km(1) Val, Leu 153, 191

Bảng 1: Allotypes ở người

III IDIOTYPES (Id)

A Định nghĩa

- Quyết định kháng nguyên duy nhất biểu hiện trên các phân tử kháng thể

cá thể hoặc trên các phân tử có tính đặc hiệu giống nhau

- Đặc hiệu giống nhau có nghĩa là tất cả các phân tử kháng thể có cùng mộtvùng siêu biến đồng nhất giống nhau

- Quyết định kháng nguyên được tạo ra bởi vùng kết hợp (với khángnguyên) của một kháng thể được gọi là idiotypes và các kháng thể tạo ra doidiotype được gọi là kháng thể anti-Id

Idiotypes là yếu tố quyết định kháng nguyên tạo ra bởi các vùng siêu biếncủa một kháng thể và kháng thể chống idiotype sẽ trực tiếp chống lại vùng siêubiến đó

B Vị trí

- Idiotypes nằm trên mảnh Fab của các phân tử Ig Cụ thể, chúng nằm tạihoặc gần vùng siêu biến của chuỗi nặng và chuỗi nhẹ Trong nhiều trườnghợp các quyết định kháng nguyên (idiotype) có thể bao gồm một vài phầncòn lại gần vùng siêu biến Idiotypes thường là yếu tố quyết định tạo ra bởiHVR của cả hai chuỗi nặng và chuỗi nhẹ HVR mặc dù đôi khi chỉ chuỗi nặnghoặc chuỗi nhẹ đơn độc thể hiện idiotype

C Vai trò

1 Dấu ấn vùng thay đổi (Vùng V) - Idiotype là một dấu hiệu hữu ích để xác

định vùng biến đổi

2 Điều hòa đáp ứng miễn dịch - có bằng chứng cho thấy đáp ứng miễn dịch có

thể được điều hòa bởi kháng thể anti-Id chống lại Id của bản thân

3 Vắc xin - Trong một số trường hợp kháng thể anti-Id kích thích tế bào B tạo

kháng thể và do đó có thể được sử dụng như một loại vắc xin Cách tiếp

cận này đang được cố gắng chủng ngừa chống lại các tác nhân gây bệnh rất nguy hiểm mà không thể được sử dụng một cách an toàn như vắc-xin

4 Điều trị các khối u tế bào B – Kháng thể Anti-Id chống lại một idiotype trên

các tế bào B ác tính có thể được sử dụng để tiêu diệt các tế bào Cơ chế là

do bổ thể hoặc vì các phân tử gây độc cho tế bào được gắn vào kháng thể

Hình 16: Idiotype

PHẢN ỨNG KHÁNG NGUYÊN-KHÁNG THỂ

I BẢN CHẤT CỦA PHẢN ỨNG KHÁNG NGUYÊN KHÁNG THỂ

A Khái niệm khóa và chìa khóa:

Vùng kết hợp của một kháng thể nằm ở phần Fab của phân tử và được tạo thành từ các biến đổi và vùng siêu biến của chuỗi nặng và chuỗi nhẹ Nghiên cứu về sự tương tác giữa kháng nguyên và kháng thể cho thấy rằng các quyết định kháng nguyên nằm trong cấu trúc dạng hàm ếch được hình thành bởi các vùng kết hợp của kháng thể (hình 16) Như vậy, khái niệm về phản ứng Ag-Ab có nghĩa là sự ăn khớp của một chìa khóa (Ag) với một ổ khóa (Ab).

B Cầu nối không hóa trị:

Liên kết giữ Ag trong vùng kết hợp kháng thể là tất cả các liên kết không hóa trị trong tự nhiên, bao gồm

- Liên kết hydro,

- Liên kết tĩnh điện

- Lực Van der Waals

- Liên kết kỵ nước Các liên kết này đảm bảo rằng Ag sẽ gắn chặt chẽ vào Ab.

C Thuận nghịch

Phản ứng Ag-Ab xảy ra nhờ các liên kết không hóa trị, nhờ đó chúng cũng có tính thuận nghịch.

Hình 16

II AFFINITY AND AVIDITY

A Affinity (Ái lực)

- Ái lực kháng thể là lực phản ứng giữa một quyết định kháng nguyên và một vùng kết hợp trên kháng thể

- Ái lực là hằng số cân bằng mô tả phản ứng Ag-Ab Hầu hết các kháng thể

có ái lực cao với kháng nguyên.

B Avidity

- Avidity là tổng của các lực sự liên kết nối một kháng nguyên với nhiều

quyết định kháng nguyên và kháng thể đa hóa trị

- Ái lực đề cập đến lực sự liên kết sự giữa một quyết định kháng nguyên với

vùng kết nối của một kháng thể, trong khi Avidity đề cập đến lực tổng thể

gắn kết giữa kháng nguyên và kháng thể đa hóa trị.

- Avidity bị ảnh hưởng bởi cả hóa trị của kháng thể và hóa trị của kháng

nguyên Avidity là nhiều hơn tổng của các ái lực

Hình 17: Affinity

III ĐẶC HiỆU VÀ PHẢN ỨNG CHÉO

A Đặc hiệu

- Là một vùng gắn với KN của kháng thể chỉ phản ứng với một quyết định kháng nguyên

- Thông thường có sự đặc hiệu cao trong phản ứng KN-KT

- Kháng thể có thể phân biệt sự khác biệt về:

1) Cấu trúc cơ bản của một kháng nguyên

2) Các hình thức đồng phân của một kháng nguyên

3) Cấu trúc cấp hai và cấp ba của một kháng nguyên

B Phản ứng chéo:

Khả năng của một vùng kết hợp kháng thể phản ứng với nhiều hơn một quyết định kháng nguyên