แอนติบอดีและโครงสร้าง-หน้าที่ของอิมมูโนโกลบูลิน

แอนติบอดี หรือที่เรียกว่า อิมมูโนโกลบูลิน เป็นไกลโคโปรตีนที่หลั่งออกมาและที่ยึดติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งระบบภูมิคุ้มกันแบบฮิวเมอรัลใช้ในการจดจำแอนติเจนด้วยความจำเพาะสูง และเพื่อกระตุ้นกลไกการตอบสนองต่อแอนติเจนเหล่านั้น ส่วนนี้จะช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจว่าโครงสร้างรูปตัว Y ที่มีร่วมกัน การแบ่งออกเป็นคลาส ความหลากหลายที่สร้างขึ้นทางพันธุกรรม และหน้าที่ในการตอบสนองของแอนติบอดี เชื่อมโยงโครงสร้างกับการทำงานทางภูมิคุ้มกันได้อย่างไร

Definition

แอนติบอดี (อิมมูโนโกลบูลิน) เป็นไกลโคโปรตีนที่จับกับแอนติเจน ซึ่งผลิตโดยเซลล์สาย B สร้างขึ้นจากสายโซ่หนักและสายโซ่เบาที่จับคู่กัน ซึ่งประกอบเป็นบริเวณจับแอนติเจนที่แปรผันได้ และบริเวณคงที่ที่กำหนดคลาสและหน้าที่ในการตอบสนอง

Scope

ส่วนนี้จะสำรวจโครงสร้างและไอโซไทป์ของอิมมูโนโกลบูลิน การสร้างความหลากหลายของแอนติบอดีทางพันธุกรรม หน้าที่ในการตอบสนองของแอนติบอดี เช่น การทำออปโซไนเซชัน (opsonisation) และการกระตุ้นคอมพลีเมนต์ (complement activation) ปฏิกิริยาภูมิไวเกินที่เกิดจาก IgE และปฏิกิริยาภูมิไวเกินอื่นๆ รวมถึงวิศวกรรมของโมโนโคลนอลแอนติบอดี (monoclonal antibodies) ในฐานะเครื่องมือวิจัยและการรักษา เป็นภาพรวมเชิงการศึกษาอ้างอิงที่นำเสนอด้านชีววิทยาและระเบียบวิธีวิจัยมากกว่าคำแนะนำทางคลินิก

Sub-topics

• ความหลากหลายของแอนติบอดี: การรวมตัวใหม่แบบ V(D)J และความหลากหลายที่รอยต่อ
• หน้าที่ของแอนติบอดีในการออกฤทธิ์และการทำออปโซไนเซชัน
• ปฏิกิริยาภูมิไวเกินและภูมิคุ้มกันที่อาศัย IgE เป็นสื่อกลาง
• โครงสร้างอิมมูโนโกลบูลินและการเปลี่ยนไอโซไทป์
• แอนติบอดีบำบัดและเทคโนโลยีแอนติบอดีโมโนโคลนอล

Core questions

• โครงสร้างแบบโมดูลาร์ของอิมมูโนโกลบูลินแยกการจดจำแอนติเจนออกจากหน้าที่ในการตอบสนองได้อย่างไร?
• ชุดแอนติบอดีที่มีจำนวนไม่จำกัดถูกสร้างขึ้นจากจีโนมที่จำกัดได้อย่างไร?
• แอนติบอดีแต่ละคลาสกระตุ้นกลไกการตอบสนองที่แตกต่างกันได้อย่างไร?
• โมเลกุลธรรมชาติเหล่านี้ถูกปรับเปลี่ยนเป็นสารรีเอเจนต์โมโนโคลนอลและยาบำบัดที่กำหนดได้อย่างไร?

Key concepts

• สายโซ่หนักและสายโซ่เบา
• บริเวณที่แปรผันได้และบริเวณคงที่
• ชิ้นส่วน Fab และ Fc
• คลาสของอิมมูโนโกลบูลิน (ไอโซไทป์)
• ความจำเพาะของแอนติเจน-แอนติบอดี
• หน้าที่ในการตอบสนอง
• โมโนโคลนอลแอนติบอดี

Key theories

การคัดเลือกโคลน (Clonal selection)

เซลล์ B แต่ละเซลล์แสดงความจำเพาะของแอนติบอดีเพียงหนึ่งเดียว และแอนติเจนจะคัดเลือกและขยายโคลนที่ตัวรับของมันจับได้ ซึ่งอธิบายความจำเพาะและความทรงจำของการตอบสนองแบบฮิวเมอรัล

การสร้างความหลากหลายในร่างกาย (Somatic generation of diversity)

ความหลากหลายของแอนติบอดีเกิดขึ้นระหว่างการพัฒนาของลิมโฟไซต์โดยการจัดเรียงส่วนยีนที่แยกกันใหม่ในร่างกาย แทนที่จะถูกเข้ารหัสอย่างสมบูรณ์ในเชื้อสายสืบพันธุ์ (germline)

Mechanisms

อิมมูโนโกลบูลินโมโนเมอร์ประกอบด้วยสายโซ่หนักที่เหมือนกันสองสายและสายโซ่เบาที่เหมือนกันสองสาย ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไดซัลไฟด์เป็นรูปตัว Y แขนทั้งสองข้าง (Fab) มีบริเวณที่แปรผันได้ซึ่งจับกับแอนติเจน ในขณะที่ลำต้น (Fc) มีบริเวณคงที่ที่กำหนดคลาสและกำหนดว่าแอนติบอดีสามารถกระตุ้นระบบการตอบสนองใดได้บ้าง เช่น ตัวรับ Fc (Fc receptors) และคอมพลีเมนต์ ความหลากหลายในบริเวณที่แปรผันได้ถูกสร้างขึ้นโดยการรวมตัวกันใหม่ของส่วนยีนในร่างกาย (somatic recombination) ระหว่างการพัฒนาของเซลล์ B และบริเวณคงที่ของสายโซ่หนักสามารถเปลี่ยนระหว่างคลาสได้ในภายหลังโดยไม่เปลี่ยนความจำเพาะในการจับแอนติเจน การออกแบบแบบโมดูลาร์นี้ช่วยให้ความจำเพาะในการจดจำหนึ่งเดียวสามารถเชื่อมโยงกับผลลัพธ์การตอบสนองที่แตกต่างกันในแอนติบอดีแต่ละคลาส

Clinical relevance

ชีววิทยาของแอนติบอดีเป็นพื้นฐานของการทดสอบทางซีรัมวิทยา การป้องกันที่เกิดจากวัคซีน การประเมินภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่อง กลไกของโรคภูมิแพ้และโรคแพ้ภูมิตัวเอง และกลุ่มยาโมโนโคลนอลแอนติบอดีที่กำลังขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ส่วนนี้จะอธิบายความเชื่อมโยงเหล่านี้ในระดับของกลไกและระเบียบวิธีวิจัย และไม่ใช่แหล่งของคำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา

History

โครงสร้างทางเคมีของแอนติบอดีได้รับการค้นพบในช่วงทศวรรษ 1960 โดย Porter และ Edelman ซึ่งได้อธิบายแบบจำลองสี่สายโซ่และชิ้นส่วน Fab/Fc งานวิจัยของ Tonegawa ในช่วงทศวรรษ 1970 และ 1980 แสดงให้เห็นว่าความหลากหลายถูกสร้างขึ้นโดยการจัดเรียงยีนใหม่ในร่างกาย (somatic gene rearrangement) และวิธีการไฮบริดโดมา (hybridoma method) ของ Köhler และ Milstein ในปี 1975 ทำให้สามารถผลิตโมโนโคลนอลแอนติบอดีที่กำหนดได้ ซึ่งเป็นการเปิดยุคสมัยใหม่ของสารรีเอเจนต์และยาบำบัดจากแอนติบอดี

Key figures

• Susumu Tonegawa
• César Milstein
• Georges Köhler
• Rodney Porter
• Gerald Edelman

Seminal works

• tonegawa-1983
• kohler-milstein-1975

Frequently asked questions

แอนติบอดีกับอิมมูโนโกลบูลินแตกต่างกันอย่างไร?

คำทั้งสองนี้สามารถใช้แทนกันได้ อิมมูโนโกลบูลินหมายถึงกลุ่มของไกลโคโปรตีนตามโครงสร้างของมัน และแอนติบอดีเน้นย้ำถึงหน้าที่ในการจับกับแอนติเจน

ส่วนใดของแอนติบอดีที่กำหนดคลาสของมัน?

บริเวณคงที่ของสายโซ่หนัก (ส่วน Fc) กำหนดคลาสหรือไอโซไทป์ และด้วยเหตุนี้จึงกำหนดว่าแอนติบอดีสามารถกระตุ้นหน้าที่ในการตอบสนองใดได้บ้าง ในขณะที่บริเวณที่แปรผันได้กำหนดว่ามันจะจับกับแอนติเจนใด