ANTIBODI (FUNGSI, STRUKTUR, GENETIK) Disulfide bond
Carbohydrate
CL VL CH2
CH1 VH
CH3
Hinge Region
Dr. Tetty Aman Nasution,MMedSc Departemen Mikrobiologi FK-USU
The Immune Response - Overview
Humoral and cellular immunity (antibody mediated or cellular)
The big picture…Integration of innate and adaptive immunity
ANTIBODI • Protein yang mengandung bahan larut tanpa sel, disebut “globulin” – Immunoglobulin (Ig) – Pemisahan secara elektroforesis, Ig terbanyak gamma, juga ada alfa & beta –C Ciri-ciri c ya yang g pe penting t g ada 2 yaitu: ya tu spesifisitas dan aktivitas biologik
Immunoglobulins • Molekul Glycoprotein yang diproduksi oleh sel plasma akibat respon terhadap imunogen dan berfungsi sebagai Antibodi
Amount of protein
+
albumin globulins ά1
ά2 2
β
Mobility
γ
Immune serum Ag adsorbed serum
Produksi Antibodi ) Immunoglobulin (Ig) dibentuk oleh sel plasma, berasal dari proliferasi sel B, akibat kontak d dengan A Antigen ti ) Antibodi A tib di tterbentuk b t k secara spesifik ifik iinii akan k mengikat antigen baru lainnya yang sejenis
Specificity and Biological Activity •
Spesifisitas (Specificity) – Struktur antibodi Æ memiliki hypervariable yp region g atau complementary-determining region (CDR) – Berikatan secara khusus & terbatas pada struktur antigen tertentu
•
Aktivitas Biologik (Biological Activity) – Neutralization toxin dan aktivitas virus – Immobilisasi dari mikroorganisme – Agglutination (clumping) dari microorganisme – Berikatan dengan Ag terlarut menuju peristiwa precipitation (phagocytosis) – A Activating ti ti complement l t system t : memfasilitasi f ilit i lysis, l i dan d fagositosis
Constant and Variable Regions
Antibody Structure
CH VH CL VL
Struktur Light & Heavy Chains • Analisis Struktur – Papain digestion (Porter,1959) – Enzim papain memecah pd hinge region • 3 fragments (MW = 150,000 Da), 45,000 Da/each • Fab fragments (Fragmen antigen binding) – Tetap memiliki sifat Antibodi, mengikat Ag – Bereaksi dengan g determinan Antigen g dan hapten p – Univalent – 2 fragmen yang identik
• Fc fragment (fragment crystallizable) – Dapat dikristalkan dari larutan – Tidak dapat mengikat Ag – Menunjukkan fungsi biologis sesudah Ag diikat oleh Fab
Struktur Light & Heavy Chains • Pemecahan oleh enzim Pepsin – Memecah pada asam amino sebelum ikatan disulfid – Divalent fragment disebut sebagai F(ab’)2 – Terbentuk beberapa Fc subfragments
• INTRA-chain disulfide bond membentuk immunoglobulin-fold domains (loops in the chains) • Loops ini membentuk antiparallel b-pleated sheets yg merupakan karakteristik molekul Ab dan anggota dari immunoglobulin superfamily
Struktur Light & Heavy Chains • 2 jenis rantai ringan (Light chain) tdd 230 aa ) Κ and λ chains (kappa dan lambda)
– Setiap orang akan memproduksi kedua type L chain – Rasio Κ dan λ chains bervariasi antar species • (mouse: 95% Κ; human: 60% Κ)
– Pada tiap orang, L chains Ig molecule selalu kedua2nya Κ atau λ, ttp TIDAK PERNAH salah satu
Struktur Light & Heavy Chains • 5 klas yang berbeda (isotypes) dari Heavy chain – Berbeda secara serologis serologis, dalam jumlah CHO dan dari ukuran – Berhubungan dengan perbedaan fungsi biologik Ig Class (isotype)
H Chain
I M IgM
(M ) (Mu)
μ
IgD
(Delta)
δ
IgG
(Gamma)
γ
IgA
(Alpha)
α
IgE
(Epsilon)
ε
Fungsi Antibodi )Berikatan dengan reseptor permukaan dari virus dan mencegah masuk ke dalam sel ( (inactivation). ) )Berikatan dengan toxin yg larut dan menyebabkan presipitasi (neutralization) (neutralization). )Merangsang (induksi) fagositosis )Aktivasi Complement System menyebabkan sel lisis setelah serangan mikroorganisme
Types of adaptive immunity: Extracellular pathogens
MICROBE
RESPONDING LYMPHOCYTES
B Th Extra cellular pathogen
B lymphocytes helped by T helper cells
EFFECTOR MECHANISMS
Y Y
FUNCTIONS Block invasion, infection and eliminate pathogens. Neutralise toxins
Secreted antibody
T helper cells are activated by antigens presented by MHC class II molecules
Effector Mechanisms vs. Extracellular Pathogens & Toxins NEUTRALISATION Toxin Bacterium
` Adhesion to host cells blocked
Toxin release blocked
Prevents in asion invasion
Prevents toxicity
NEUTRALISING ANTIBODIES
`
Effector Mechanisms Against Extracellular Pathogens OPSONISATION Bacteria in extracellular space
+ Ab
OPSONISATION
Antibody receptor binding
Phagocytosis
Effector Mechanisms Against Extracellular Pathogens COMPLEMENT Activation Bacteria in plasma
Lysis y
+ Ab & COMPLEMENT
Opsonisation
Complement & Fc receptor binding
Phagocytosis
Types of adaptive immunity: Extracellular pathogens
MICROBE
RESPONDING LYMPHOCYTES
EFFECTOR MECHANISMS
Cytokines that activate macrophages to kill phagocytosed p g y pathogens
Th Phagocytosed pathogen in macrophage
T helper lymphocytes activated by antigen ti presented t d by MHC class II molecules
FUNCTIONS
Cytokines
Types of adaptive immunity: Intracellular pathogens MICROBE C O
RESPONDING LYMPHOCYTES OC S
EFFECTOR MECHANISMS C S S
FUNCTIONS C O S
Apoptosis
Kill infected cells and remove reservoirs of pathogen pathogen. Exposes pathogens to Abs and innate immunity
CTL Intracellular replication (e.g. Leishmania, viruses))
Cytotoxic T lymphocyte
Cytotoxic T cells are activated by antigens presented by MHC class I
Fragment Immunoglobulin : Hubungan Struktur & Fungsi Ag Binding
Complement Binding Site Binding to Fc Receptors Placental Transfer
Antigen Presentation )Antigen yg masuk melalui usus akan dihancurkan oleh gut-associated lymphoid tissues (GALT) ( ) )Antigen yg masuk melalui kulit atau respiratory tract akan dihancurkan secara local atau ditransport ke local lymph nodes. )Antigen yg memasuki darah akan disaring di d l dalam spleen. l
Antigenic g Determinant / Epitope p p )Tempat p spesifik p dari antigen g yyang g berikatan dengan
antibodi
disebut
antigenic
determinant atau epitope. epitope )Kebanyakan antigen memiliki berbagai jenis epitopes yang merangsang antibodi yang berbeda disebut sebagai polyclonal. )Immune response tunggal
terhadap suatu
antigen disebut sebagai monoclonal. monoclonal
Three-Dimensional Structure )Each domain folds into a very similar threedimensional structure )In
the
variable
domain
there
are
three
hypervariable loops that form the antigen bi di site binding it )Changing the length and amino acid sequence of the hypervariable loops does not disturb the three dimensional structure three-dimensional
IgG molecule
Used with permission from: Dr. Mike Clark, Immunology Division, Department of Pathology Cambridge University, Cambridge, England
Immunological Memory )Primary immune response adalah paparan 1x d i antigen dari ti t h d immune terhadap i system. t y immune response p terjadi j pada saat p )Secondary paparan berikut terhadap antigen yang sama. )Secondary response disebabkan oleh adanya memory cells yg terbentuk pada paparan yang pertama.
Dasar genetik dari heterogenitas Antibodi •
Isotypic variation – Dimiliki oleh semua individu yang sehat – 5 subklas dari Ig terdapat dlm gen manusia
•
Allotypic variation – Perbedaan genetik antara individu – Tdk semua individu sehat memiliki allotype yang khusus – Perbedaan allotypic dr locus yg diketahui biasanya melibatkan perubahan pada 1 atau 2 aa di constant region dari heavy chain
•
Idiotypic variantion – Variasi pd variable domain, khususnya pd hypervariable region – Biasanya spesifik pada individual klon antibody – Dasar genetik dari idiotypic variability belum sepenuhnya diketahui
Classes of Antibodies )Lima kelas antibodi (IgA, IgD, IgE, IgG, and IgM) dapat dibedakan dari komposisi Heavy chain Perbedaan dari Heavy chains (pada tail )Perbedaan regions) menyebabkan perbedaan fungsi dari masing2 kelas antibodi
IgG • Structure – Monomer (7S)
IgG1, IgG2 and IgG4
IgG3
Biological Properties of IgG – Komponen utama Ig serum, BM : 160.000 Da – 75% serum Ig & 15% total protein dalam serum – Tersebar merata antara ruang g intra & extravascular – 4 subclasses : IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 – IgG1, g , IgG2 g and IgG g 4 Æ half life lbh kurang g 23 hari terpanjang dari semua Ig isotypes (IgG3 sekitar 7 hr) – Paling sesuai untuk Immunisasi Pasif
Biological Properties of IgG • Agglutinasi dan pembentukan presipitat • Opsonisasi, krn sel2 fagosit, monosit & makrofag mempunyai reseptor utk Fc dari IgG shg mempererat hubungan fagosit dan sel sasaran • Ab-dependent, Ab d d t C Cell-Mediated ll M di t d C Cytotoxicity t t i it (ADCC) – Bagian Fab berikatan dgn target cell dan bagian Fc berikatan dgn Fc receptor pd NK cells utk menuju killer cell di target • Aktivasi dari Complement, netralisasi Toxin (dgn cara menghambat active site), Immobilisasi dari Bacteria • Netralisasi Virus (menghambat attachment, penetrasi dan viral coat shedding)
Biological Properties of IgG • Imunoglobulin I l b li yang d dapatt menembus b plasenta l t diperantarai oleh Fc • Kehamilan 33-4 bln, tjd peningkatan yg cepat dari IgG ibu • Se Setelah ea u umur u 5b bln,, fetus e us mulai u a menghasilkan e g as a IgM g & IgA g dlm jumlah yang kecil • 3-4 bl bln setelah t l h kkelahiran, l hi llevell IIgG G ib ibu mulai l i menurun & infant mulai menghasilkan Ig G sendiri • Penyerapan IgG ibu dlm colostrum diperoleh akibat berikatan IgG g dgn g Fc receptors p dlm jjaringan g intestinal • Berkaitan dgn erythroblastosis fetalis (Rh incompatibility)
• Structure – Pentamer (19S) – Extra domain (CH4) – J chain h i (joining (j i i chain) h i )
IgM J Chain
CH4
Biological Properties of IgM • Ig pertama yang terbentuk setelah immunisasi • Macroglobulin (M), dengan BM = 900,000 Da • Memiliki extra CH domain • Pentamer molecule (tdd 5 rantai polipeptida) • Memiliki ikatan disulfid tambahan antara Fc portions dengan rantai t i polipeptida li tid J chain h i • 5 Ag combining sites • Ditemukan lebih banyak pada ruang intravascular • Half life dalam 5 hari
Biological Properties of IgM • Tidak menembus placenta • Hanya kelas Ig yang disintesis oleh fetus (5 bulan kehamilan) g level IgM g p pd fetus menunjukkan j • Peningkatan congenital atau perinatal infeksi • Isotype pertama yang disintesis setelah imunisasi terhadap T-dependent Ag • Kadar IgM yang meninggi biasanya menunjukkan infeksi yang baru terjadi atau paparan thd Ag
Biological Properties of IgM • IgM molecule bersifat efisien thd agglutinasi • Natural antibodi, isohemagglutinins terhadap Red Blood Cell (RBC) Ag dari golongan darah A,B,O • Aktivasi dari complement • Bentuk pertahanan pertama yang paling penting terhadap infeksi bakteri • Tidak sensitif thd neutralisasi toxin dan p virus neutralisasi terhadap
IgA • Structure S – Serum - monomer – Secretions (sIgA) • Dimer (11S) • J chain • Secretory component
Secretory Piece
J Chain
Biological Properties of IgA Jumlah sedikit dlm serum, tp lbh tinggi dlm btk IgA sekretori (sIgA) dlm cairan sekresi sal. Napas, sal. Cerna, sal. Kemih, air mata, keringat, ludah, dan air susu, BM= 165.000 Da Ig I terbanyak t b k pada d permukaan k mukosa k IgA dibentuk sel plasma dlm sel epitel lamina propria selaput lendir (bukan sel B) B), ke lumen sal cerna cerna, jg melepas secretory piece utk membtk sIgA yg terlindung dr pencernaan enzim Penting pada imunitas neonatus Kadar IgA yg tinggi dlm serum, pd infeksi kronik sal. Napas dan cerna spt TB, sirosis alkoholik, peny. Coeliac, kolitis ulseratif dan peny. Crone g : agglutinasi, gg memudahkan fagositosis, g opsonisasi Fungsi Mengaktifkan komplemen melalui jalur alternatif
Origin of Secretory Component of sIgA
• Structure S uc u e
IgD
– Monomer – Tail piece
Tail Piece
Biological Properties of IgD • Kadar
sangat rendah dalam sirkulasi
• Peka terhadap degradasi oleh proses proteolitik • Komponen permukaan utama dari sel B dan petanda diferensiasi sel B yang matang • Tidak mengikat komplemen • IgD ditemukan bersama IgM pd permukaan sel B sebagai reseptor antigen
• Structure S uc u e
IgE
– Monomer – Extra domain (CH4)
CH4
Biological Properties of IgE – Ig dengan jumlah paling sedikit dalam serum • Berikatan dgn basophil dan mast cells (tidak memerlukan ikatan Ag)
– Berperan pada Reaksi Alergi – Berperan pada Infeksi Parasit (Helminths) • Berikatan dengan Fc receptor pd eosinophils
– Tidak berikatan dengan complement
Reaksi Alergi )Berikatan dan cross-linking dr Antigen pada IgE molecule yang terikat pd mast cells atau basophil kemudian memicu sekresi amines (khususnya histamine) melalui exocytosis. )Menyebabkan Menyebabkan dilatasi dan peningkatan permeabilitas pembuluh darah )Pd keadaan normal, membantu lymphocyte p p peradangan g dan antibodi msk ke tempat
AN ALLERGIC REACTION EARLY OR ACUTE
VASOACT IVE MEDIATORS
IL-5
MAST CELL IL-4 IgE
EOS
ALLERGEN
B CELL IL-4 Th2
DENDRITIC CELL
IL-5 MAST CELL
LATE
ANTIBODY FUNCTIONS
ANTIBODY FUNCTIONS
