ANTIBODI (FUNGSI, STRUKTUR, GENETIK)

Transkripsi

1 ANTIBODI (FUNGSI, STRUKTUR, GENETIK) Disulfide bond Carbohydrate C L V L C H1 C H2 C H3 V H Hinge Region Dr. Tetty Aman Nasution,MMedSc Departemen Mikrobiologi FK-USU

2 The Immune Response - Overview

3 Humoral and cellular immunity (antibody mediated or cellular)

4 The big picture Integration of innate and adaptive immunity

5 ANTIBODI Protein yang mengandung bahan larut tanpa sel, disebut globulin Immunoglobulin (Ig) Pemisahan secara elektroforesis, Ig terbanyak gamma, juga ada alfa & beta Ciri-ciri yang penting ada 2 yaitu: spesifisitas dan aktivitas biologik

6 Immunoglobulins Molekul Glycoprotein yang diproduksi oleh sel plasma akibat respon terhadap imunogen dan berfungsi sebagai Antibodi + - nt of protein albumin globulins Amou ά1 ά2 2 β γ Immune serum Ag adsorbed serum Mobility

7 Produksi Antibodi Immunoglobulin (Ig) dibentuk oleh sel plasma, berasal dari proliferasi sel B, akibat kontak dengan Antigen Antibodi terbentuk t secara spesifik ini i akan mengikat antigen baru lainnya yang sejenis

8 Specificity and Biological Activity Spesifisitas (Specificity) Struktur antibodi memiliki hypervariable region 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 ti ti l t t f ilit i l i d Activating complement system : memfasilitasi lysis, dan fagositosis

9

10

11 Constant and Variable Regions

12 Antibody Structure C H V H C L V L

13 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 determinan Antigen dan hapten 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

14 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

15

16 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

17 Struktur Light & Heavy Chains 5 klas yang berbeda (isotypes) dari Heavy chain Berbeda secara serologis, dalam jumlah CHO dan dari ukuran Berhubungan dengan perbedaan fungsi biologik Ig Class (isotype) H Chain IgM (Mu) μ IgD (Delta) δ IgG (Gamma) γ IgA (Alpha) α IgE (Epsilon) ε

18 Fungsi Antibodi Berikatan dengan reseptor permukaan dari virus dan mencegah masuk ke dalam sel (inactivation). Berikatan dengan toxin yg larut dan menyebabkan presipitasi (neutralization). Merangsang (induksi) fagositosis Aktivasi Complement System menyebabkan sel lisis setelah serangan mikroorganisme

19 Types of adaptive immunity: Extracellular pathogens MICROBE RESPONDING LYMPHOCYTES EFFECTOR MECHANISMS FUNCTIONS B Th Y Y Block invasion, infection and eliminate pathogens. Neutralise toxins Extra cellular pathogen B lymphocytes helped by T helper cells Secreted antibody T helper cells are activated by antigens presented by MHC class II molecules

20 Effector Mechanisms vs. Extracellular Pathogens & Toxins NEUTRALISATION Toxin Bacterium ` ` Adhesion to host cells blocked Toxin release blocked Prevents Prevents invasion toxicity NEUTRALISING ANTIBODIES

21 Effector Mechanisms Against Extracellular Pathogens OPSONISATION Bacteria in extracellular space + Ab OPSONISATION Antibody receptor binding Phagocytosis

22 Effector Mechanisms Against Extracellular Pathogens COMPLEMENT Activation Bacteria in plasma Lysis + Ab & COMPLEMENT Opsonisation Complement & Fc receptor binding Phagocytosis

23 Types of adaptive immunity: Extracellular pathogens MICROBE RESPONDING LYMPHOCYTES EFFECTOR MECHANISMS FUNCTIONS Phagocytosed pathogen in macrophage Th T helper lymphocytes activated by antigen presented by MHC class II molecules Cytokines Cytokines that activate macrophages to kill phagocytosed pathogens

24 Types of adaptive immunity: Intracellular pathogens MICROBE RESPONDING EFFECTOR LYMPHOCYTES MECHANISMS S FUNCTIONS Intracellular replication (e.g. Leishmania, viruses) CTL Cytotoxic T lymphocyte Apoptosis Kill infected cells and remove reservoirs of pathogen. Exposes pathogens to Abs and innate immunity Cytotoxic T cells are activated by antigens presented by MHC class I

25 Fragment Immunoglobulin : Hubungan Struktur & Fungsi Ag Binding Binding to Fc Receptors Complement Binding Site Placental Transfer

26 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 dalam spleen.

27

28 Antigenic Determinant / Epitope p Tempatp spesifik dari antigen yang berikatan dengan antibodi disebut antigenic determinant atau epitope. Kebanyakan antigen memiliki berbagai jenis epitopes yang merangsang antibodi yang berbeda disebut sebagai polyclonal. Immune response tunggal antigen disebut sebagai monoclonal. terhadap suatu

29

30

31

32

33 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 binding site Changing the length and amino acid sequence of the hypervariable loops does not disturb the three-dimensional structure

34

35

36 IgG molecule Used with permission from: Dr. Mike Clark, Immunology Division, Department of Pathology Cambridge University, Cambridge, England

37 Immunological Memory Primary immune response adalah paparan 1x dari antigen terhadap immune system. Secondaryy immune response terjadi pada saat paparan berikut terhadap antigen yang sama. Secondary response disebabkan oleh adanya memory cells yg terbentuk pada paparan yang pertama.

38

39

40 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

41 Classes of Antibodies Lima kelas antibodi (IgA, IgD, IgE, IgG, and IgM) dapat dibedakan dari komposisi Heavy chain Perbedaan dari Heavy chains (pada tail regions) menyebabkan perbedaan fungsi dari masing2 kelas antibodi

42 IgG Structure Monomer (7S) IgG1, IgG2 and IgG4 IgG3

43 Biological Properties of IgG Komponen utama Ig serum, BM : Da 75% serum Ig & 15% total protein dalam serum Tersebar merata antara ruang intra & extravascular 4 subclasses : IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 IgG1, IgG2 and IgG 4 half life lbh kurang 23 hari terpanjang dari semua Ig isotypes (IgG3 sekitar 7 hr) Paling sesuai untuk Immunisasi Pasif

44 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, d Cell-Mediated d Cytotoxicity t 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)

45 Biological Properties of IgG Imunoglobulin li yang dapat menembus plasenta diperantarai oleh Fc Kehamilan 3-4 bln, tjd peningkatan yg cepat dari IgG ibu Setelah Seea umur u 5b bln, fetus eus mulai ua menghasilkan a IgM & IgA dlm jumlah yang kecil 3-4 bln setelah kelahiran, level l IgG ibu mulai menurun & infant mulai menghasilkan Ig G sendiri Penyerapan IgG ibu dlm colostrum diperoleh akibat berikatan IgG dgn Fc receptors dlm jaringan intestinal Berkaitan dgn erythroblastosis fetalis (Rh incompatibility)

46

47 Structure IgM Pentamer (19S) Extra domain (C H4 ) J chain (joining i chain) JChain CH4

48 Biological Properties of IgM Ig pertama yang terbentuk setelah immunisasi Macroglobulin (M), dengan BM = 900,000 Da Memiliki extra C H domain Pentamer molecule (tdd 5 rantai polipeptida) Memiliki ikatan disulfid tambahan antara Fc portions dengan rantai polipeptida J chain 5 Ag combining sites Ditemukan lebih banyak pada ruang intravascular Half life dalam 5 hari

49 Biological Properties of IgM Tidak menembus placenta Hanya kelas Ig yang disintesis oleh fetus (5 bulan kehamilan) Peningkatan level IgM pd fetus menunjukkan 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

50 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 neutralisasi terhadap virus

51 Structure Serum - monomer Secretions (siga) IgA Dimer (11S) J chain Secretory component Secretory Piece J Chain

52 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= Da Ig terbanyak pada permukaan mukosa IgA dibentuk sel plasma dlm sel epitel lamina propria selaput lendir (bukan sel B), ke lumen sal 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 Fungsi : agglutinasi, memudahkan fagositosis, opsonisasi Mengaktifkan komplemen melalui jalur alternatif

53 Origin of Secretory Component of siga

54 Structure u Monomer Tail piece IgD Tail Piece

55 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 IgD ditemukan bersama IgM pd permukaan sel B sebagai reseptor antigen

56 Structure u Monomer Extra domain (C H4 ) IgE CH4

57 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

58 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 dilatasi dan peningkatan permeabilitas pembuluh darah Pd keadaan normal, membantu lymphocyte dan antibodi msk ke tempat peradangan

59

60 AN ALLERGIC REACTION MAST CELL IL-4 VASOACTIVE MEDIATORS IL-5 EARLY OR ACUTE ALLERGEN IgE B CELL EOS IL-4 IL-5 Th2 DENDRITIC CELL MAST CELL LATE

61 ANTIBODY FUNCTIONS

62 ANTIBODY FUNCTIONS

63