Antikörper

IgG-SkulpturAngel of the West(Engel des Westens) vonJulian Voss-Andreaevor demScripps Research Institutein Jupiter im US-Bundesstaat Florida. Die Plastik stellt die Hauptkette (unter Benutzung der von E. Padlan veröffentlichten Struktur) anstelle des Menschen in einen Ring wieLeonardo da Vincisvitruvianischer Mensch,um die Ähnlichkeit zwischen Antikörper und dem menschlichen Körper aufzuzeigen.

Antikörper(Immunglobuline,im internationalen Sprachgebrauch auchImmunoglobulin,veraltetGammaglobulin) sindProteineaus der Klasse derGlobuline,die inWirbeltierenals Reaktionsprodukt von besonderen Körperzellen (Plasmazellen) auf bestimmte Stoffe (alsAntigenebezeichnete Substanzen) gebildet (synthetisiert) werden. Antikörper stehen im Dienste desImmunsystems.Antikörper werden von einer Klasseweißer Blutzellen,den Plasmazellen, auf eine Reaktion derB-Lymphozytenhin, produziert.

Als Antigene wirken fast ausschließlichMakromoleküleoder an Partikel gebundeneMoleküle,zum BeispielLipopolysaccharidean der Oberfläche von Bakterien. Ein bestimmtes Antigen induziert in der Regel die Bildung nur weniger, ganz bestimmter, dazu passender Antikörper, die über spezifische, nicht-kovalenteBindung zumeist nur diesen Fremdstoff erkennen (dass auch verwandte Ziele erkannt werden können, hat man sich z. B. bei derPockenschutzimpfungzunutze gemacht: Die vom Körper gegen die harmlosen Kuhpocken gebildeten Antikörper erkennen auch für Menschen pathogene Pockenviren). Die spezifische Bindung von Antikörpern an die Antigene bildet einen wesentlichen Teil der Abwehr gegen die eingedrungenen Fremdstoffe. Bei Krankheitserregern (Pathogenen) als Fremdstoffen kann die Bildung und Bindung von Antikörpern zurImmunitätführen. Antikörper sind zentrale Bestandteile des Immunsystems höherer Wirbeltiere.

Antikörper werden, wie 1948 von der schwedischen ImmunologinAstrid Fagraeuserstmals beschrieben wurde, von einer Klasse weißer Blutzellen (Leukozyten)sezerniert,die als Effektorzellen beziehungsweisePlasmazellenbezeichnet werden und differenzierte B-Lymphozyten darstellen. Sie kommen imBlutund in der extrazellulären Flüssigkeit derGewebevor und „erkennen “meist nicht die gesamte Struktur des Antigens, sondern nur einen Teil desselben, die sogenannte antigene Determinante (dasEpitop). Die spezifische Antigenbindungsstelle des Antikörpers bezeichnet man alsParatop.Die Antikörper erzeugen beim Kontakt mit dem Antigen die sogenanntehumorale Immunantwort(humorale Abwehr).

Struktur von Antikörpern

Antikörperschema: je zwei Schwerketten (blau, gelb) und Leichtketten (grün, pink) mit Domänen; Antigenbindungsstelle ist eingekreist.

Aufbau eines typischen IgG-Antikörpers
1. Fab-Abschnitt
2. Fc-Abschnitt
3. schwere Ketten
4. leichte Ketten
5. Antigenbindungsstelle (Paratop)
6.hinge-Region (dt. ‚Scharnier‘)
(*) -S-S- = Disulfidbrücke

Mit Papain verdauter Antikörper (zwei 50-kDa-Fab-Fragmente und ein 50-kDa-Fc-Fragment)

Antikörper bestehen als Proteine ausgefaltetenAminosäureketten. Da einige Aminosäurereste davonZuckerkettentragen, zählen Antikörper zu denGlykoproteinen.Jeder Antikörper besteht aus zwei identischen schweren Ketten (engl.heavy chains,H) und zwei identischen leichten Ketten (engl.light chains,L), die durch kovalenteDisulfidbrückenzwischen den Ketten (sogenannteZwischenketten-Disulfide) zu einer Ypsilon-förmigen Struktur miteinander verknüpft sind. Die leichten Ketten (auch:Leichtketten) bestehen aus jeweils einer variablen und einer konstantenDomäne.Bezeichnet werden diese als V_Lund C_L.Die schweren Ketten (auch:Schwerketten) hingegen haben jeweils eine variable und drei (IgG, IgA) bzw. vier (IgM, IgE) konstante Domänen. Bezeichnet werden diese analog als V_Hund C_H1, C_H2, C_H3.

Die variablen Domänen einer leichten und einer schweren Kette zusammen bilden die Antigenbindungsstelle (das Paratop). Die Konstantdomäne C_H2 besteht u. a. auch aus einer Kohlenhydratkette, die eine Bindungsstelle für dasKomplementsystembildet. Die Konstantdomäne C_H3 ist die Bindungsstelle desFc-RezeptorszurOpsonierung.Die variablen Domänen bilden ihrerseits verschiedene charakteristische Paratope aus, die zusammen einenIdiotypbilden.

Die beiden Leichtketten sind je nach Organismus und Immunglobulin-Subklasse entweder vom Typ κ oder λ und bilden zusammen mit dem oberhalb der Gelenkregion (engl.hinge region,auch:Scharnierregion) liegenden Anteil der Schwerketten das antigenbindende FragmentFab(engl.antigen-binding fragment), welchesenzymatischmit Hilfe vonPapainvon dem darunterliegenden kristallisierbaren FragmentFc(engl.crystallisable fragment) abgespaltet werden kann. Die außergewöhnliche Variabilität der Antigenbindungsstellen (engl.Complementarity Determining Region,CDR) erreicht der Organismus vermittels derV(D)J-Rekombination.Papain spaltet oberhalb der Zwischenketten-Disulfidbrücken der beiden Schwerketten zueinander. Man erhält so zweiFab-Fragmente und ein vollständiges FragmentFc.Pepsinhingegen spaltet unterhalb der Disulfidbrücken. Die Gelenkregion bleibt zwischen beiden Fab-Fragmenten erhalten. Man nennt dieses Fragment dannF(ab)₂.Pepsin undPlasminspalten auch das Fc-Fragment zwischen der zweiten und dritten Domäne des konstanten Teils der Schwerkette.

Domänenstruktur mit universellem Immunschleife-Strukturmotiv (Loops)

Rein von der Struktur her betrachtet, kommen in allen Antikörperdomänen allgemein evolutionär konservierte (universelle) Strukturmotive vor, die mit Disulfidbrücken zwischen den Ketten stabilisiert sind undausgeloopteSchleifen entlang eines stabförmigen Rückgrats bilden. Dieses Schleifenmotiv (Loops,auchImmunoglobulin-like domain) ist universell und findet sich in allen Immunglobulinen, Immunadhäsinen und auch imHaupthistokompatibilitätskomplex,inT-Zell-Rezeptoren,CD4-Rezeptoren,weiterenCD-Zelloberflächenproteinen,Signalmolekülen und fast allen übrigen Immunmolekülen. Diese molekulare Verwandtschaft verdeutlicht die gemeinsame evolutionäre Abstammung vieler der im Immunsystem beteiligten Gene und der darin codierten Proteine, die zusammenfassend auch alsImmunglobulin-Superfamiliebezeichnet werden.

Antigen – Antikörper – Bindung

Antikörper binden mit ihrer A(ntigen)B(indungs)-Region (Paratop) dasEpitopdes Antigensrelativspezifisch, analog demSchlüssel-Schloss-Prinzip.Es passiert jedoch nicht selten, dass, metaphorisch dargestellt, ein zweiter oder dritter Schlüssel existiert, der in das Antikörper-„Schloss “passt, aufgrund der (zufällig) ähnlichen oder identischen Konfiguration des Epitops. Mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit kann das auch eine körpereigene Struktur sein. Auf diesem Phänomen beruhen mancheAutoimmunerkrankungen.

Die Bindung zwischen Epitop und Immunglobulin ist nicht-kovalent und unterliegt demMassenwirkungsgesetz.Eine effektiveAgglutination,das heißt eine Verklumpung durch Ausbildung großer Komplexe, ist daher nur bei etwa gleicher Anzahl von Epitopen und Bindungsstellen möglich. Bei großen Abweichungen nach oben oder unten bleiben die Komplexe in Lösung; trotzdem tritt meist eine Neutralisation der Wirkung der Antigene ein.Gegen mehrere Virusstämme wirksame neutralisierende Antikörper werden alsbreitneutralisierende Antikörperbezeichnet, z. B.Breitneutralisierende Anti-HIV-Antikörper.Die Anzahl an Bindungsstellen auf einem Antikörper wird alsValenzbezeichnet und variiert je nach Antikörper-Subtyp. Während die meisten Antikörpersubtypen wieIgGzwei Bindungsstellen aufweisen, besitzenIgAvier Bindungsstellen undIgMzehn Bindungsstellen.DieAffinitätist ein Maß für die Bindungsstärke zwischen Antikörper und Epitop. DieAviditätist die Summe der Affinitäten der verschiedenen Typen bindender Antikörper, die insbesondere in Mischungen von Antikörpern (polyklonaleAntikörper) oder bei sich wiederholenden Epitopen stark ansteigt.

Antikörper als B-Zell-Rezeptoren

→Hauptartikel:B-Zell-Rezeptor

Membranständige Antikörper (als B-Zell-Rezeptoren (BCR) bezeichnet) können B-Zellen aktivieren, wenn ihre Untereinheiten durch Antigene quervernetzt werden. DieB-Zellenimmt daraufhin denImmunkomplexdurchEndozytoseauf,verdautdas Antigen in kurze Fragmente und präsentiert sie über MHC-Klasse-II-Moleküle (Peptidemit 13–18Aminosäuren) auf ihrer Zelloberfläche (Antigenpräsentation). Wenn die präsentierten Fragmente auch (parallel auf anderen professionellenAntigen-präsentierenden Zellenoder auf ebendieser B-Zelle) von einer CD4-T-Zelle(T-Helferzellen) erkannt werden, stimuliert diese T-Zelle die B-Zelle, was weitere Reifungsprozesse (somatische Hypermutation,Klassenwechsel) undProliferationzu Antikörper-sezernierendenPlasmazellenoder/und zuB-Gedächtniszellenauslöst. Diese Reifungsprozesse finden innerhalb vonKeimzentren(germinal center) in den sekundären lymphatischen Organen (Milz,Lymphknoten) statt und werden unter dem Begriff der Keimzentrumsreaktion (germinal center reaction) zusammengefasst.

Der B-Zell-Rezeptor ist, mit Ausnahme eines kleinen Teils amCarboxylendeder schweren Kette, mit dem Antikörper der jeweiligen B-Zelle identisch. Der B-Zell-Rezeptor besitzt dort einehydrophobe,in der Zellmembran verankerteSequenz,der Antikörper dagegen einehydrophileSignalsequenz,die seine Sekretion bewirkt. Die beiden Formen entstehen durch alternativeRNA-Prozessierung.Ein B-Zell-Rezeptor kann alternativ auch durchSuperantigeneaktiviert werden. Mehrere B-Zell-Rezeptoren binden dabei (nicht notwendigerweise mit dem Paratop) an sich wiederholende Epitope des Superantigens, wodurch einige B-Zell-Rezeptoren auf der Zelloberfläche der B-Zelle gruppiert werden und sich dann auf der Zellinnenseite gegenseitig aktivieren.

Wirkungsweisen von sezernierten Antikörpern

Sezernierte Antikörper wirken durch verschiedene Mechanismen:

• Der einfachste Wirkmechanismus ist die Neutralisation von Antigenen, messbar in einemNeutralisationstest.Dadurch, dass der Antikörper das Antigen bindet, wird dieses blockiert und kann beispielsweise seine toxische Wirkung nicht mehr entfalten, oder andere Wechselwirkungen des Antigens mit Körperzellen werden verhindert, z. B. das Eindringen von Bakterien oder Viren in Zellen oder Gewebe.

• Ein weiterer Mechanismus ist dieOpsonisierung(„schmackhaft machen “), das Einhüllen von Krankheitserregern und Fremdpartikeln mit Antikörpern zur Markierung für das Immunsystem. Wenn ein Antikörper beispielsweise an ein Antigen bindet, das sich auf der Oberfläche eines Bakteriums befindet, markiert er damit gleichzeitig das Bakterium, denn die konstante Region des Antikörpers, der an sein Antigen gebunden hat, wird vonPhagozytenerkannt, die alsFresszellendas Bakterium aufnehmen und verdauen können.

• Eine dritte Wirkungsweise ist, dass Antikörper dasKomplementsystemaktivieren. Dies sind IgM (als Monomer) und auch nach Bindung eines IgG ausgebildeteOligomerevon IgG, mit verstärkter Aktivierung durch IgG-Hexamere.Das führt zu einer Perforation der markierten Zelle.

• Antikörper, die an körpereigene Zellen binden, könnenNK-Zellenaktivieren, welche diese Zellen dann abtöten. Dieser Prozess wird auch alsantikörperabhängige zelluläre Zytotoxizität(ADCC) bezeichnet.

• Dadurch, dass ein Antikörper zwei Antigenbindungsstellen aufweist, kann es zurAgglutinationkommen.

• BeiAdenovirenwurde ein alsintrazellulärer Antikörper-vermittelter Abbaubezeichneter Wirkmechanismus beschrieben.

Verschiedene Klassen von Antikörpern

Bei den meisten Wirbeltieren gibt es fünf verschiedene Klassen (Isotypen) von Immunglobulinen, die anhand ihrer unterschiedlichenGen-Abschnitte für die konstanten Teile der Schwerkette eingeteilt werden. Darüber hinaus gibt es einige Klassen, die nur in einzelnen Tiergruppen zu finden sind. Die verschiedenen Isotypen kommen in verschiedenen Kompartimenten des Körpers vor und haben unterschiedliche Aufgaben.

Mono- und Polymere

Immunglobulin A

Immunglobulin A(IgA) wird auf allenSchleimhäutenderAtemwege,derAugen,des Magen-Darm-Trakts, des Urogenitaltrakts sowie über spezielle Drüsen rund um dieBrustwarzevon Müttern sezerniert und schützt dort vorPathogenen(auch den Säugling). Sezerniertes IgA kommt in Form vonHomodimerenvor; die beiden Anteile sind durch dasJoining-Peptidverbunden.

Immunglobulin D

Immunglobulin D(IgD) wird durchalternatives Spleißender IgM/IgD-Prä-mRNAzusammen mit IgM als B-Zell Rezeptor (BCR) auf reifen, naiven (antigenunerfahrenen)B-Zellenmembranständig präsentiert. IgD sind 170–200 kDagroße Monomere und nur in geringen Mengen in sezernierter Form in Blut und Lymphe vorhanden (weniger als 1 %).Von Plasmazellen wird IgD nicht sezerniert, und in freier Form schnell abgebaut. Es wirkt alsAntigenrezeptorbei der von Antigen stimulierten Vermehrung und bei der Differenzierung der B-Zellen.

Immunglobulin E

Immunglobulin E(IgE) vermittelt den Schutz vor Parasiten, wie z. B. pathogenen Würmern, und ist anAllergienbeteiligt.IgE sind 190 kDa große Monomere.Es wird durchFc-RezeptorenaufMastzellensowiebasophileundeosinophile Granulozytenmit hoher Affinität gebunden.Aus diesem Grund ist nahezu alles IgE membrangebunden, im Blut ist es praktisch nicht vorhanden. Bei Antigenkontakt wird esquervernetzt,was zur Ausschüttung vonHistamin,Granzymen etc. durch die Mastzellen (Mastzelldegranulation – hier greifen Allergiemedikamente, die die Mastzellen „stabilisieren “) undGranulozytenführt (allergische Sofortreaktion, anaphylaktische Reaktion).

Immunglobulin G

Immunglobuline G(IgG) sind 150 kDa große Monomere mit einemSedimentationskoeffizientvon 7S.Diese Antikörperklasse wird erst in einer späten Abwehrphase, etwa 3 Wochen nach Infektion, gebildet und bleibt lange erhalten. Der Nachweis zeigt eine durchgemachte Infektion oder eine Impfung an. Die immunisierende Funktion beruht auf zwei antigengebundenen IgG, die dasKomplementsystemaktivieren. DerFc-RezeptorvermitteltPhagozytose.

Ein Beispiel ist anti-Masern-IgG, gegen das Masernvirus gerichtete Antikörper der IgG-Klasse, als Zeichen einer gegenwärtigen oder früheren Infektion oderImpfung.DieRhesusfaktor-D-Antikörper sind ebenfalls von diesem Typ, was zu Komplikationen bei einer Schwangerschaft führen kann, da Immunglobulin G plazentagängig ist. Auch ohne Komplikation wird IgG im mütterlichen Blut aktiv durch diePlazenta(barriere)in den Fötus transportiert und sorgt nachgeburtlich für einen ersten Schutz vor Infektionen.

IgGs werden in folgende Subklassen unterteilt: IgG1-IgG4 (Mensch) bzw. IgG1, IgG2, IgG2b und IgG3 (Maus).

Krankheiten mit einem angeborenen oder erworbenenAntikörpermangelbetreffen oft IgG. Bildet der Körper gegen eigene Körperbestandteile Antikörper, so genannteAutoantikörper,spricht man von einer Form derAutoimmunkrankheit.

Immunglobulin M

Immunglobulin M(IgM) ist die Klasse von Antikörpern, die bei Erst-Kontakt mit Antigenen gebildet wird und zeigt die akuteInfektionsphaseeiner Krankheit an, beispielsweise anti-Masern-IgM, gegen dasMasernvirusgerichtete Antikörper der IgM-Klasse als Zeichen einer frischen Infektion. Daher ist einrezenterAnstieg von IgM generell ein wichtiger Hinweis für eine durchgemachte Erstinfektion.

IgM ist einPentamer(Oligomer) aus fünfUntereinheitenvon je 180 kDa.Diese Untereinheiten sind durch dascysteinreiche,15 kDa großeJoining Peptide(J-Kette) verbunden. Die Molekularmasse des IgM-Pentamers beträgt 970 kDa, der Sedimentationskoeffizient 19S.Da IgM 10 Bindungsstellen für Antigene hat, führen diese Antikörper zu einer starken Agglutination. Der Antigen-Antikörperkomplex von IgM-Pentameren aktiviert den klassischen Weg desKomplementsystems,weiterhin werden die AB0-Blutgruppen von IgM-Antikörpern erkannt. 10 % des Gesamt-Ig macht IgM aus.

Immunglobulin W bei Fischen

Immunglobulin W(IgW) wurde erst 1996 in einerHaiartentdeckt. Aufgrund dessen wurde ursprünglich angenommen, dass es nur inKnorpelfischenvorkommt. 2003 wurde IgW jedoch auch inLungenfischen,einer Klasse derKnochenfische,nachgewiesen. IgW besitzt wahrscheinlich einige Eigenschaften eines hypothetischen Ur-Immunglobulins und ist deshalb vor allem für die Forschung zurEvolutiondes Immunsystems von Interesse.

Immunglobulin Y bei Vögeln

Immunglobulin Y(IgY) auchChicken IgG,Egg Yolk IgGoder7S-IgGgenannt, ist inHühnerndas funktionelle Äquivalent zu IgG und ähnelt diesem in seiner Struktur. Es ist in hohen Konzentrationen inHühnereiernzu finden. Für die Verwendung für bioanalytische Zwecke inImmunassaysbietet IgY verschiedene Vorteile gegenüber IgG wie eine nichtinvasive Entnahme aus Eiern und wenigerWechselwirkungenmit Säugetierproteinen, aber eine komplexereProteinreinigung.

Anwendung von Antikörpern in der Medizin

Aus Tieren gewonnene Antikörper (Antiseren) werden als Therapeutikum für verschiedenste Zwecke eingesetzt. Ein wichtiges Beispiel ist die Verwendung als passiverImpfstoff.

Intravenöse Immunglobuline (IVIG) sind zugelassen zur Substitutionsbehandlung bei verschiedenen angeborenen oder erworbenen Störungen der Antikörperbildung (z. B. beichronisch lymphatischer Leukämie,Multiplem Myelomoder nach allogener hämatopoetischerStammzellentransplantation) sowie zurImmunmodulationbei einigenAutoimmunerkrankungen(z. B.Immunthrombozytopenie,Guillain-Barré-Syndrom) und Erkrankungen unbekannter Ätiologie (z. B.Kawasaki-Syndrom).Die Querschnitts-Leitlinien der Bundesärztekammer zur Therapie mit Blutkomponenten und Plasmaderivaten erwähnen darüber hinaus dieOff-Label-Anwendung in verschiedenen Indikationen.Zu den lange bekanntenmöglichen seltenen Nebenwirkungen von IVIG-Präparaten zählen reversible hämolytische Reaktionen. Diese werden vermutlich ausgelöst durch Antikörper gegen Blutgruppenantigene (Isoagglutinine), die in den IVIG-Präparaten enthalten sein können.Im März 2013 thematisierte die Arzneimittelkommission der deutschen Ärzteschaft (AkdÄ) in ihrer Drug Safety Mail Meldungen von schweren hämolytischen Reaktionen nach intravenöser Gabe von Immunglobulinen.

Außerdem werden spezifischemonoklonale Antikörperseit neuestem in der Medizin therapeutisch eingesetzt. Hauptanwendungsgebiet ist dieHämatologieundOnkologie,daneben werden sie auch in der Behandlung von Autoimmunerkrankungen wieMultipler Sklerose,Rheumatoider Arthritis(RA) oderCIDP(chronische inflammatorische demyelisierendePolyneuropathie),AIDP(akute inflammatorische demyelisierende Polyneuropathie), MMN (Multifokale motorische Neuropathie) und verwandten neuromuskulären Erkrankungen eingesetzt. Hierbei erkennen diese Antikörper pro-inflammatorischeZytokinewieInterleukin-1oderLymphotoxin-α.Antikörper gegen den B-Zell-OberflächenmarkerCD20erkennen zwar nur naive (antigenunerfahrene) und Gedächtnis-B-Zellen, jedoch keine Plasmazellen (CD20neg), dennoch ist auch diese Therapie relativ erfolgreich. Damit stellen Antikörper eine Medikamentenklasse dar, die erstmals in der Lage ist, spezifisch in die entzündlichen Vorgänge einzugreifen (Biologicals).

Auch dienen Antikörper/T-Zell-Rezeptoren in jüngster Zeit zur gentechnischen Erzeugung vonchimären Antigen-Rezeptoren(CAR), d. h. Zwittermolekülen, die halb aus einem Antikörper-Arm gegen eine Tumorzelle, halb aus einem Arm zum Anlocken z. B. einerKiller-T-Zellebestehen. Dies findet Anwendung in der spezifischen Krebsbekämpfung durchCAR-T-Zell-Therapie,wobei gegen etwaige Nebenwirkungen einer solchen Therapie in die CAR-Moleküle auch Suizidschalter eingebaut werden. Das Suizidelement (oft künstliche Dimerisierungsdomänen aus ganz anderen Proteinen) kann durch externes Verabreichen von kleinmoleküligen Arzneistoffen, wieTacrolimus,aktiviert werden und führt so zum Absterben der CAR-T-Zelle und zum molekularen An/Abschalten der Therapie.

In derImmunszintigrafiewerden Antikörper auch dazu verwendet bestimmte Zielstrukturen, beispielsweiseTumorzellen,im Körper ausfindig zu machen. Dazu wird an den Antikörper ein meist sehr kurzlebigesRadionuklidgekoppelt. MittelsSzintigrafieoderPositronen-Emissions-Tomographiekann man dann feststellen, wo sich der Antikörper bzw. dessen Zielstruktur (Target) genau befindet.

Früher war der konstante Teil der Antikörper noch murinen (aus der Maus) Ursprungs, was zu Abstoßungsreaktionen durch das Immunsystem führen konnte. Um dieses Problem zu umgehen, werden neuerdings sogenanntehumanisierte Antikörperverwendet. Herkömmliche monoklonale Antikörper enthalten neben der die Spezifität gegen humane Antigene vermittelnden variablen Region immer noch Proteinbestandteile der Maus, die das menschliche Immunsystem möglicherweise als fremdartig abstößt. Mit Hilfe molekularbiologischer Verfahren werden deshalb die murinen Teile der konstanten Abschnitte entfernt und durch baugleiche konstante Teile menschlicher Antikörper ersetzt. Die konstanten Abschnitte der Antikörper spielen für die spezifische Bindung des monoklonalen Antikörpers keine Rolle. Der so entstandene monoklonale Antikörper wird als „humanisierter monoklonaler Antikörper “bezeichnet und wird vom Immunsystem des Menschen nicht mehr abgestoßen. Humanisierte Antikörper werden in einer Kultur aus Hamster-Ovarialzellen hergestellt, weshalb ihre Produktion sehr viel aufwändiger und deshalb auch teurer als die Produktion in Mikroorganismen ist.

Bei derRadioimmuntherapieist eineionisierende Strahlungsquellemit möglichst kurzer Reichweite an einen Antikörper gekoppelt. Zum Einsatz kommen hier vor allem kurzlebigeBeta-,seltenerAlphastrahler,mit kurzer Reichweite im Gewebe.

Bei derImpfstoffentwicklunggegen variablePathogenewerdenbreitneutralisierende Antikörper(bnAb) untersucht, die gegen mehrere Stämme eines Virus wirksam sind, beispielsweisebreitneutralisierende Anti-IAV-Antikörperundbreitneutralisierende Anti-HIV-Antikörper.

Anwendung von Antikörpern in der Biologie

Die hohe Spezifität, mit der Antikörper ihr Antigen erkennen, macht man sich in der Biologie zu Nutze, um das Antigen, in den allermeisten Fällen ein Protein, sichtbar zu machen. Die Antikörper sind entweder direkt mit einem Enzym (setzt ein Substrat in Farbe oder Chemolumineszenz um), mit Fluoreszenzfarbstoffen oder mit radioaktiven Isotopen gekoppelt (gelabelt) oder werden mit einem Sekundärantikörper, der an den ersten (Primärantikörper) bindet und entsprechend gelabelt ist, nachgewiesen.

• Abzyme
• Immunfärbungen,darunter:
  • FACS:Quantifizierung von Zellen mittels fluoreszenzgekoppelter Antikörper gegen Antigene auf der Zelloberfläche, im Zytoplasma oder im Zellkern
  • Immunfluoreszenz
  • Immunohistochemie:Nachweis eines Antigens auf einer Zelloberfläche, im Zytoplasma oder im Zellkern mittels Antikörpern auf Gewebsdünn- (Cryo- oder Paraffin-) schnitten und damit indirekter Nachweis von Zelltypen, Differenzierungsstadien etc.
  • In-situ-Hybridisierung
  • Western Blot
  • ELISA:Quantifizierung von Antigenen oder Antikörpern im Serum, Zellkulturüberständen etc. mittels enzymgekoppelter Antikörper
  • ELISPOT:Nachweis von antikörper- oder antigensezernierenden Zellen (Plasmazellen, zytokinsezernierende Zellen) mittels enzymgekoppelter Antikörper
• EMSA:Beim Nachweis des gebundenen Proteins mittels Supershift
• Immunpräzipitation
  • Chromatin-Immunpräzipitation
• Affinitätschromatographie
• Schnelltests:
  • Corona-Schnelltest
  • Drugwipe-Test
  • Schwangerschaftstest

Gewinnung von Antikörpern

Siehe auch:Immunserum

Monoklonale Antikörper

→Hauptartikel:Monoklonaler Antikörper

Ein monoklonaler Antikörper ist gegengenau einspezifisches Epitop eines Antigens gerichtet. Zunächst müssen, wie bei der polyklonalen Antikörperherstellung beschrieben, Tiere immunisiert und dann derenPlasmazellen(aus Milz oder Lymphknoten) gewonnen werden. Da die Plasmazellen die Fähigkeit zur Zellteilung verloren haben, muss zuerst eine Verschmelzung mit Tumorzellen erfolgen. Die so entstandenen Zellhybriden (Hybridom-Technik) erhalten von den Plasmazellen die Eigenschaft, einen bestimmten Antikörper zu produzieren und zu sezernieren und von der Tumorzelle die Fähigkeit, in Kultur sich theoretisch unendlich oft teilen zu können und somit theoretisch unendlich lange zu leben. Durch mehrfaches Vereinzeln (Klonieren) wird ein Stamm von Zellen gewonnen, der auf eine einzelne Hybridoma-Zelle und somit auf eine einzelne Plasma-Zelle zurückgeht.

Die so erhaltenen Zelllinien können nun in Kultur unendlich stark expandiert werden und damit auch theoretisch unendlich große Mengen Antikörper produzieren. Da alle Zellen auf eine einzige Zelle zurückzuführen sind, handelt es sich bei allen Zellen einer Kultur um identische Kopien ein und derselben Zelle. Aufgrund dessen produzieren auch alle Zellen einen bestimmten, identischen Antikörper, der sich hinsichtlich seiner Eigenschaften (z. B. Bindungsstelle am Antigen, Stärke der Bindung etc.) genau definieren lässt und in theoretisch unbegrenzter Menge herstellbar ist.

Rekombinante Antikörper

→Hauptartikel:Rekombinanter Antikörper

Rekombinante Antikörper werdenin vitrohergestellt, das heißt ohne Versuchstier. Rekombinante Antikörper werden typischerweise aus Genbibliotheken hergestellt, die für die Herstellung der Antikörper in Mikroorganismen geeignet sind. Die Auswahl des richtigen (= spezifisch bindenden Antikörpers) erfolgt dabei nicht durch das Immunsystem eines Tieres/Menschen, sondern durch einen Bindungsschritt im Reagenzglas. Rekombinante Antikörper können auf vielfältige Weise angewendet werden, da sie einfach verändert werden können, denn ihre Erbsubstanz ist bekannt. So kann ihre Bindungsstärke oder Stabilität verbessert werden oder es können Proteine mit anderen Funktionen angehängt werden, z. B. zur Erzeugung vonbispezifischen AntikörpernoderImmuntoxinen.

Polyklonale Antiseren

→Hauptartikel:Polyklonaler Antikörper

Polyklonale Antiseren sind eine Mischung aus verschiedenen gegen diverse Epitope gerichteten Antikörpern. Zunächst muss das Antigen, gegen das der Antikörper gerichtet sein soll, ausgewählt und produziert werden. Dies kann auf verschiedene Weisen erreicht werden, zum Beispiel, indem ein Protein isoliert, einPeptidin vitrosynthetisiert oder das Protein als ganzesrekombinantinBakterienhergestellt wird. Anschließend wird das Protein einem Tier eingespritzt, dessen Immunsystem dann Antikörper gegen das Protein bildet. Dieser Vorgang heißt „Immunisierung “. Als Antikörper-Produzenten werden besonders Mäuse, Ratten und Kaninchen, aber auch Ziegen, Schafe und Pferde verwendet. Die Immunisierung wird mehrfach wiederholt. Nach ein paar Wochen kann das polyklonaleAntiserumentnommen werden. Darin sind verschiedene durch die Immunisierung gebildete, gegen das Antigen gerichtete Antikörper enthalten, die sich im erkannten Epitop unterscheiden können.

Pathologie

AlsHypogammaglobulinämiewird der Mangel an Antikörpern und alsAgammaglobulinämieihr völliges Fehlen bezeichnet. Ein Zuviel an Antikörpern bezeichnet man alsHypergammaglobulinämie. Die Diagnose einer Störung der Antikörper wird in der Regel durch dieEiweißelektrophoresedesBlutserumsgestellt. Eventuell muss diese noch durch eineImmunelektrophoreseergänzt werden.

Ursachen einer ausgeprägterenHypogammaglobulinämie können u. a. sein:

• angeborener Mangel (am häufigsten sind der angeborene Immunglobulin-A-Mangel oder ein Mangel an einer der vier Subklassen von Immunglobulin G)
• Erkrankungen mit Störungen der Lymphozyten:
  • Leukämien
  • maligne Lymphome

Ursachen einer ausgeprägterenHypergammaglobulinämie können u. a. sein:

• chronischeEntzündungen
• Erkrankungen mit Störungen derLymphozyten:
  • maligne Lymphome, z. B.Plasmozytom/Multiples MyelomoderMorbus Waldenström
• Leberzirrhose

Modifizierte Antikörper

DurchProteindesignwurden verschiedene Derivate von Antikörpern mit teilweise veränderten Eigenschaften erzeugt, z. B.F(ab)2-Fragmente,Fab-Fragmente,scFv-Fragmente,EinzeldomänenantikörperoderMikroantikörper.

Literatur

• Stefan Dübel, Frank Breitling, André Frenzel, Thomas Rostock, Andrea L. J. Marschall, Thomas Schirrmann, Michael Hust:Rekombinante Antikörper.Lehrbuch und Kompendium für Studium und Praxis. 2. Auflage. Springer Spektrum, Berlin 2019,ISBN 978-3-662-50275-4,doi:10.1007/978-3-662-50276-1.
• Stefan Dübel, Janice M. Reichert (Hrsg.):Handbook of Therapeutic Antibodies.2. Auflage. Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2014,ISBN 978-3-527-32937-3(englisch).
• Jean Lindenmann:Origin of the Terms ‘Antibody’ and ‘Antigen’.In:Scandinavian journal of immunology.Band 19, Nummer 4, April 1984, S. 281–285,doi:10.1111/j.1365-3083.1984.tb00931.x,PMID 6374880.

Weblinks

Commons:Antikörper– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Antikörper– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen