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Function

Basic immunoglobulin Structure and Function

Antikörper oder Immunglobuline haben zwei leichte Ketten und zwei schwere Ketten in einer leicht-schwer-leicht-Strukturanordnung. Die schweren Ketten unterscheiden sich je nach Klasse. Sie haben eine Fc-Region, die biologische Funktionen vermittelt (z. B. die Bindungsfähigkeit an zelluläre Rezeptoren), und eine Fab-Region, in der sich die Antigenbindungsstellen befinden. Die Ketten sind in Regionen gefaltet, die Domänen genannt werden. Je nach Klasse gibt es 4 oder 5 Domänen in der schweren Kette und zwei Domänen in der leichten Kette. In den hypervariablen Regionen (HRR) befinden sich die Antigenbindungsstellen. In den V-Domänen der leichten und schweren Kette gibt es jeweils drei HRR. Diese falten sich zu Regionen, die 2 Antigenbindungsstellen an der Spitze jedes Monomers bilden. Alle Antikörper haben eine oder mehrere Funktionen (bifunktional), darunter die Aktivierung des Komplementsystems, die Opsonisierung von Mikroben, damit sie leicht phagozytiert werden können, die Verhinderung der Anhaftung von Mikroben an Schleimhautoberflächen und die Neutralisierung von Toxinen und Viren.

Immunglobulin M

IgM hat ein Molekulargewicht von 970 Kd und eine durchschnittliche Serumkonzentration von 1,5 mg/ml. Es wird hauptsächlich bei der primären Immunreaktion auf Infektionserreger oder Antigene gebildet. Es ist ein Pentamer und aktiviert den klassischen Weg des Komplementsystems. IgM gilt als starkes Agglutinin (z. B. Anti-A- und Anti-B-Isoagglutinin, das in Blut der Blutgruppe B bzw. A vorhanden ist), und ein Monomer von IgM wird als B-Zell-Rezeptor (BCR) verwendet.

Immunglobulin G

IgG ist ein Monomer mit einem ungefähren Molekulargewicht von 146 Kd und einer Serumkonzentration von 9,0 mg/ml. IgG gilt als zweiwertig, d.h. es hat zwei identische Antigenbindungsstellen, die aus 2 L-Ketten und 2 H-Ketten bestehen, die durch Disulfidbindungen verbunden sind. IgG wird hauptsächlich im Rahmen der sekundären Immunantwort auf Krankheitserreger synthetisiert. IgG kann den klassischen Weg des Komplementsystems aktivieren und hat eine hohe Schutzwirkung. Zu den vier Unterklassen von IgG gehören IgG1, IgG2, IgG3 und IgG4. IgG1 macht etwa 65 % des gesamten IgG aus. IgG2 bildet eine wichtige Abwehr gegen Bakterien, die eingekapselt sind. IgG ist das einzige Immunglobulin, das die Plazenta durchquert, da sein Fc-Teil an die Rezeptoren auf der Oberfläche der Plazenta bindet und das Neugeborene vor Infektionskrankheiten schützt. IgG ist somit der am häufigsten vorkommende Antikörper bei Neugeborenen.

Immunglobulin A

IgA tritt in zwei verschiedenen Molekularstrukturen auf: monomer (Serum) und dimer (sekretorisch). Das Serum-IgA hat ein Molekulargewicht von 160 Kd und eine Serumkonzentration von 3 mg/ml. Sekretorisches IgA (sIgA) hat ein Molekulargewicht von 385 Kd und eine mittlere Serumkonzentration von 0,05 mg/ml. Als wichtigster Antikörper in Sekreten ist IgA in Speichel, Tränen, Kolostrum, Darm-, Genital- und Atemwegssekreten zu finden.

Es erscheint in Schleimhautmembranen als Dimer (mit J-Kette, wenn es sezerniert wird) und schützt die Epitheloberflächen der Atemwege, des Verdauungstrakts und des Urogenitalsystems. IgA verfügt über eine sekretorische Komponente, die seine enzymatische Verdauung verhindert. Es aktiviert den alternativen Weg der Aktivierung des Komplementsystems.

Immunoglobulin E

IgE ist ein Monomer. Es hat ein Molekulargewicht von 188 Kd und eine Serumkonzentration von 0,00005 mg/ml. Es schützt vor Parasiten und bindet auch an hochaffine Rezeptoren auf Mastzellen und Basophilen, die allergische Reaktionen hervorrufen. IgE gilt als wichtigster Abwehrstoff des Wirts gegen verschiedene parasitäre Infektionen, zu denen Strongyloides stercoralis, Trichinella spiralis, Ascaris lumbricoides und die Hakenwürmer Necator americanus und Ancylostoma duodenale gehören.

Immunglobulin D

IgD ist ein Monomer mit einem Molekulargewicht von 184 Kd. IgD ist in geringer Menge im Serum vorhanden (0,03 mg/ml) und hat eine unbekannte Funktion gegen Krankheitserreger. Es wird als ein BCR angesehen. IgD spielt möglicherweise eine wichtige Rolle bei der durch Antigene ausgelösten Lymphozytendifferenzierung.

Rezeptoren für Immunglobuline

Damit Immunglobuline verschiedene biologische Funktionen erfüllen können, müssen sie mit Rezeptoren interagieren, die hauptsächlich auf mononukleären Zellen, Mastzellen, Neutrophilen, natürlichen Killerzellen und Eosinophilen exprimiert werden. Auch hier ist die Bindung an diese Rezeptoren für die Funktionen der Immunglobuline unerlässlich. Es fördert verschiedene Aktivitäten, darunter die Phagozytose von Bakterien (Opsonisierung), die Degranulation von Mastzellen (wie bei Überempfindlichkeitsreaktionen vom Typ I oder allergischen Reaktionen), die Abtötung von Tumoren und die Aktivierung von Antigen-präsentierenden Zellen wie Makrophagen und dendritischen Zellen, die T-Lymphozyten Antigene präsentieren, um zelluläre und humorale Immunantworten auszulösen.

Die folgenden sind Immunglobulinrezeptoren:

1. Fc gamma RI (CD64) bindet an monomeres IgG, wird auf Phagozyten exprimiert und ist an der Phagozytose von Immunkomplexen beteiligt.
2. Fc gamma RII (CD32) haftet an B-Zellen, Monozyten/Makrophagen (Phagozyten) und Granulozyten. Auf B-Zellen reguliert es die Zellaktivierung in Gegenwart eines hohen Antikörpertiters.
3. Fc gamma RIII (CD16) hat 2 Typen. Fc gamma RIIIa wird auf Makrophagen, NK-Zellen und einigen T-Zellen exprimiert. Fc gamma RIIIb wird auf Granulozyten exprimiert und hat eine geringe Affinität für IgG.
4. Fc epsilon RI ist ein Rezeptor mit hoher Affinität für IgE, der auf Mastzellen und Basophilen zu finden ist. Er ist an einer allergischen Reaktion beteiligt.
5. Fc epsilon RII wird auf Leukozyten und Lymphozyten exprimiert und weist eine Homologie mit dem Mannose-bindenden Lektin auf.

Genetik der Immunglobuline

Das Immunsystem kann auf viele Antigene reagieren, indem es eine große Vielfalt an Immunglobulinen erzeugt, die von Plasmazellen produziert werden. Die Gensegmente V und J kodieren für die leichten Ketten der Immunglobuline. Die oben genannten Gene kodieren, zusätzlich zu den D-Gensegmenten, die schweren Ketten. Zu den Mechanismen, die zu dieser großen Vielfalt an Immunglobulinspezifitäten beitragen, gehören somatische Mutationen (die Gene für die schweren und leichten Ketten der Immunglobuline werden nach der Stimulation durch Antigene strukturell verändert) und das Vorhandensein mehrerer Gene der V-Region in der Keimbahn (die Antikörpervielfalt entsteht auch, wenn zahlreiche V-Gene mit J- und D-Segmenten rekombinieren). Genkonversion, Rekombinationsungenauigkeiten, Nukleotidaddition und verschiedene schwere und leichte Ketten tragen ebenfalls zur Vielfalt der Immunglobulinmoleküle bei.