ANTIBODI: Struktur dan Fungsi Antibodi adalah antigen-binding protein yang berada di membran sel B dan disekresikan oleh sel plasma. Antibodi yang terikat membran memberikan spesifisitas antigen pada sel B; antigen-proliferasi spesifik dari klon sel B didapatkan dari interaksi membran antibodi dengan antigen. Antibodi yang disekresikan bersirkulasi di dalam darah., dimana mereka berperan sebagai efektor imunitas humoral dengan menyelusuri dan menetralisir antigen atau menandai mereka untuk eliminasi. Semua antibodi menunjukkan gambaran struktural, mengikat antigen dan berpartisipasi dalam jumlah yang terbatas dari fungsi efektor. Antibodi yang diproduksi, sebagai respon terhadap antigen khusus, bersifat heterogen. Banyak antigen bersifat kompleks dan mengandung banyak determinan antigen yang berbeda, dan sistem imun biasanya merespon dengan memproduksi antibodi ke beberapa epitop antigen. Respon ini membutuhkan perekrutan beberapa klon sel B. Hasilnya adalah antibodi monoclonal, masing-masing secara spesifik mengikat sebuah determinan antigen tak berpasangan. Bersama-sama, antibodi-antibodi monoclonal ini menyusun serum antibodi poliklonal dan heterogen yang berespon terhadap antigen yang terimunisasi. Struktur Dasar Antibodi 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
ANTIBODI:
Struktur dan Fungsi
Antibodi adalah antigen-binding protein yang berada di membran sel B dan
disekresikan oleh sel plasma. Antibodi yang terikat membran memberikan spesifisitas
antigen pada sel B; antigen-proliferasi spesifik dari klon sel B didapatkan dari interaksi
membran antibodi dengan antigen. Antibodi yang disekresikan bersirkulasi di dalam
darah., dimana mereka berperan sebagai efektor imunitas humoral dengan menyelusuri
dan menetralisir antigen atau menandai mereka untuk eliminasi. Semua antibodi
menunjukkan gambaran struktural, mengikat antigen dan berpartisipasi dalam jumlah
yang terbatas dari fungsi efektor.
Antibodi yang diproduksi, sebagai respon terhadap antigen khusus, bersifat
heterogen. Banyak antigen bersifat kompleks dan mengandung banyak determinan
antigen yang berbeda, dan sistem imun biasanya merespon dengan memproduksi
antibodi ke beberapa epitop antigen. Respon ini membutuhkan perekrutan beberapa
klon sel B. Hasilnya adalah antibodi monoclonal, masing-masing secara spesifik
mengikat sebuah determinan antigen tak berpasangan. Bersama-sama, antibodi-antibodi
monoclonal ini menyusun serum antibodi poliklonal dan heterogen yang berespon
terhadap antigen yang terimunisasi.
Struktur Dasar Antibodi
Darah dapat dipisahkan dalam sebuah sentrifugasi menjadi fraksi cairan dan
seluler. Fraksi cairan adalah plasma dan fraksi seluler mengandung sel darah merah,
leukosit, dan platelet. Plasma mengandung semua molekul solubel kecil dan
makromolekul dari darah, termasuk fibrin dan protein lain yang diperlukan untuk
pembentukan bekuan darah. Jika darah atau plasma membeku, fase cairan yang masih
tersisa disebut serum. Itu telah diketahui sejak pergantian abad bahwa antibodi terletak
dalam serum. Bukti pertama bahwa antibodi terkandung dalam fraksi serum protein
berasal dari eksperimen klasik oleh A. Tiselius dan E.A. Kabat, pada 1939. mereka
mengimunisasi kelinci dengan protein ovalbumin (albumin putih telur) dan kemudian
membagi serum kelinci yang sudah diimunisasi menjadi dua aliquot. Elektroforesis satu
aliquot serum mengungkap empat puncak yang terkait dengan albumin dan alfa (α), beta
1
(β), dan gamma (γ) globulin. Aliquot serum lainnya bereaksi dengan ovalbumin, dan
endapan yang terbentuk hilang; protein serum yang tersisa, yang tidak bereaksi dengan
antigen, kemudian terelektroforesis. Sebuah perbandingan dari profil elektroforesis dari
dua aliquot serum ini mengungkapkan bahwa terdapat tetes signifikan dalam puncak γ-
globulin dalam aliquot yang telah bereaksi dengan antigen (gambar 4-1). Demikian,
fraksi γ-globulin teridentifikasi mengandung serum antibodi, yang dikenal dengan
imunoglobulin, untuk membedakan mereka dari protein lain yang mungkin terkandung
dalam fraksi γ-globulin. Eksperimen awal dari Kabat dan Tilesius memecahkan serum
protein kedalam tiga puncak pokok nonalbumin-α, β, dan γ. Kita sekarang tahu bahwa
meskipun imunoglobulin G (IgG), kelas utama dari molekul antibodi, memang
kebanyakan ditemukan pada fraksi γ-globulin, jumlah signifikan dari itu dan kelas
molekul antibodi lainnya yang penting ditemukan dalam fraksi serum α dan β.
Antibodi merupakan Heterodimer
Molekul antibodi memiliki struktur umum berupa empat rantai peptida (gambar
4-2). struktur ini terdiri dari dua rantai ringan identik (L), polipeptida sekitar 25.000
berat molekul, dan dua rantai berat identik (H), polipeptida besar dari berat molekul
50.000 atau lebih. Seperti molekul antibodi lain, rantai H dan L juga disebut
immunoglobulin. setiap rantai ringan terikat dengan rantai berat oleh ikatan disulfida,
dan oleh interaksi noncovalent seperti ikatan garam, ikatan hidrogen, dan ikatan
hidrofobik, untuk membentuk sebuah heterodimer (H-L). interaksi noncovalent serupa
dan jembatan disulfida menghubungkan dua kombinasi rantai ringan dan berat yang
identik (HL) satu sama lain untuk membentuk empat rantai dasar (H-L)2 struktur
antibodi, sebuah dimer dari beberapa dimer. sebagaimana dapat kita lihat, jumlah pasti
dan posisi yang tepat dari ikatan disulfida antar-rantai ini berbeda diantara kelas dan
sub-kelas antibodi.
Seratus sepuluh pertama atau lebih asam amino wilayah amino-terminal dari
rantai ringan atau berat sangat bervariasi diantara antibodi-antibodi dengan spesifisitas
berbeda. Segmen dari sekuen yang sangat bervariasi ini disebut regio V; VL pada rantai
ringan dan VH pada yang berat. Semua perbedaan dalam spesifisitas yang ditunjukkan
oleh antibodi yang berbeda dapat ditelusuri ke dalam perbedaan-perbedaan dalam
sekuen asam amino regio V. Pada kenyataannya, sebagian besar perbedaan antara
2
antibodi yang jatuh di area regio V disebut complementary-determining regions (CDR),
dan CDRs inilah, baik pada rantai ringan dan berat, yang merupakan situs ikatan antigen
dari molekul antibodi. Sebaliknya, dalam kelas antibodi yang sama, perbedaan jauh
lebih sedikit terlihat ketika kita membandingkan urutan seluruh sisa molekul. Regio dari
sekuen yang relatif konstan di luar variabel regio telah dijuluki dengan regio C, CL pada
rantai ringan dan CH pada rantai berat. Antibodi adalah glikoprotein, dengan beberapa
pengecualian, situs perlekatan karbohidrat dibatasi untuk regio yang konstan. Kita tidak
sepenuhnya memahami peran yang dimainkan oleh glikosilasi dari antibodi, tapi itu
mungkin meningkatkan kelarutan dari molekul. glikosilasi yang tidak tepat, atau
ketiadaannnya, mempengaruhi tingkat dimana antibodi dibersihkan dari serum, dan
menurunkan efisiensi interaksi antara antibodi dan sistem komplemen dan antara
antibodi dan reseptor Fc.
Metode Kimia dan Enzimatik mengungkapkan Struktur Dasar Antibodi
Pengetahuan kita tentang struktur dasar antibodi berasal dari berbagai
pengamatan eksperimental. ketika fraksi γ-globulin serum dipisahkan menjadi fraksi
berat molekul tinggi dan rendah, antibodi dari sekitar 150.000 MW, yang dinamakan
sebagai imunoglobulin G (IgG), ditemukan dalam fraksi berat molekul rendah. Dalam
sebuah percobaan kunci, pencernaan singkat IgG dengan enzim proteolitik papain
menghasilkan tiga fragmen, dua di antaranya adalah fragmen identik, dengan yang
ketiga cukup berbeda (Gambar 4-3). Dua fragmen identik (masing-masing dengan MW
45.000) memiliki aktivitas pengikatan antigen dan disebut Fab fragmen ("fragmen,
mengikat antigen"). Fragmen lainnya (MW 50.000) tidak memiliki aktivitas pengikatan
antigen sama sekali. Karena ditemukan mengkristal selama penyimpanan dingin, itu
disebut fragmen Fc ("fragmen, crystallizable"). Pencernaan dengan pepsin, sebuah
enzim proteolitik yang berbeda, juga menunjukkan bahwa sifat pengikatan antigen dari
sebuah antibodi dapat dipisahkan dari sisa molekul. Pencernaan pepsin menghasilkan
fragmen tunggal 100.000 MW yang terdiri dari dua fragmen seperti Fab yang
dinamakan fragmen F('ab)2, yang mengikat antigen. Fragmen Fc tidak selamat dari
pencernaan pepsin karena telah dicerna menjadi fragmen multipel.
Pengamatan kunci dalam menyimpulkan struktur multi-rantai dari IgG dibuat
ketika molekul menjadi sasaran pengurangan mercaptoethanol dan alkilasi, pengobatan
3
kimia yang secara ireversibel memotong ikatan disulfida. Jika sampel dikromatografi
pada kolom yang memisahkan molekul berdasarkan ukuran yang mengikuti
pemotongan ikatan disulfida, jelaslah bahwa molekul molekul IgG 150.000 MW yang
utuh, pada kenyataannya, terdiri dari subunit. Setiap molekul IgG terdiri dari dua rantai
polipeptida 50.000-MW, yang dinamakan sebagai rantai berat (H), dan dua rantai
25.000-MW, yang dinamakan sebagai rantai ringan (L) (lihat Gambar 4-3).
Antibodi itu sendiri digunakan untuk menentukan bagaimana produk pencernaan
enzim -Fab, F(ab’) 2, dan Fc-yang terkait dengan produk reduksi rantai berat dan rantai
ringan. Pertanyaan ini dijawab dengan menggunakan antiserum dari kambing yang telah
diimunisasi dengan kedua fragmen Fab atau fragmen Fc dari kelinci IgG. Antibodi pada
fragmen Fab dapat bereaksi dengan baik dengan kedua rantai H dan L, sedangkan
antibodi pada fragmen Fc bereaksi hanya dengan rantai H. Observasi ini membawa pada
kesimpulan bahwa fragmen Fab terdiri dari sebagian dari rantai berat dan ringan dan
bahwa Fc hanya berisi komponen rantai berat. Dari hasil ini, dan yang disebutkan di
atas, struktur IgG yang ditunjukkan pada Gambar 4-3 telah disimpulkan. Menurut
model ini, molekul IgG terdiri dari dua rantai H identik dan dua rantai L identik, yang
dihubungkan oleh jembatan disulfida. Enzim papain memotong tepat di atas ikatan
disulfida antar-rantai yang menghubungkan rantai berat, sedangkan enzim pepsin
memotong tepat di bawah ikatan ini, sehingga dua enzim proteolitik menghasilkan
produk pencernaan yang berbeda. Reduksi Mercaproethanol dan alkilasi memungkinkan
pemisahan rantai berat dan ringan secara individu.
Hambatan untuk Mengurutkan Antibodi
Upaya awal untuk menentukan urutan asam amino dari antibodi rantai berat dan
ringan terhalang karena insufisiensi jumlah protein homogen yang tersedia. Meskipun
struktur dasar dan sifat kimia dari antibodi yang berbeda adalah sama, spesifisitas
pengikatan antigennya, dan karena itu sekuens asam aminonya yang tepat, sangat
berbeda. Populasi antibodi dalam fraksi serum γ-globulin terdiri dari spektrum yang
antibodi yang heterogen. Bahkan jika imunisasi dilakukan dengan konjugat hapten-
carrier, antibodi yang dibentuk hanya untuk hapten saja heterogen: mereka mengenali
epitop yang berbeda dari hapten dan memiliki afinitas pengikatan yang berbeda.
4
Heterogenesitas dari serum antibodi ini membuat mereka tidak cocok untuk studi
pengurutan.
Imunoglobulin Murni yang Diperoleh dari Pasien Multiple Myeloma
membuat Sekuensing Memungkinkan
Analisis sekuensing akhirnya menjadi memungkinkan dengan penemuan
multiple myeloma, sebuah kanker dengan antibodi yang memproduksi sel plasma. Sel
plasma dalam individu normal merupakan sel stadium akhir yang mensekresikan suatu
spesies antibodi molekul tunggal dalam periode waktu yang terbatas dan kemudian
mati. Sebaliknya, sebuah klon dari sel plasma pada seorang individu dengan multiple
myeloma telah lolos kontrol normal pada masa hidup dan proliferasi mereka dan tidak
bukan merupakan sel stadium akhir, melainkan, mereka membagi lagi dengan tidak
beraturan tanpa memerlukan aktivasi oleh antigen untuk menginduksi proliferasi.
Meskipun seperti sel plasma kanker, yang disebut sel myeloma, telah berubah, mesin
sintesis protein dan fungsi sekretoriknya tidak berubah, dengan demikian, sel terus
mensekresikan antibodi homogen secara molekuler. Antibodi ini tidak dapat dibedakan
dari molekul antibodi normal tetapi disebut protein myeloma untuk menunjukkan
sumbernya. Pada pasien yang menderita multiple myeloma, protein myeloma dapat
menyusun 95% dari imunoglobulin serum. Pada banyak pasien, sel-sel myeloma juga
mengeluarkan jumlah yang berlebihan dari rantai ringan. Rantai ringan yang berlebihan
ini pertama kali ditemukan dalam urin pasien myeloma dan diberi nama protein Bence-
Jones untuk penemu mereka.
Multiple myeloma juga terjadi pada hewan lain. Pada tikus dapat timbul secara
spontan, seperti halnya pada manusia, atau kondisi yang memungkinkan induksi
myeloma dapat dibuat dengan menyuntikkan minyak mineral ke dalam rongga
peritoneum. Klon sel plasma ganas yang berkembang disebut plasmacytomas, dan
banyak dari ini dinamakan MOPCs, yang menunjukkan induksi minyak mineral sel
plasmacytoma. Sejumlah besar jenis MOPC tikus mensekresikan kelas imunoglobulin
berbeda yang saat ini dibawa oleh American Type-Culture Collection, repositori nirlaba
dari jenis sel yang biasa digunakan dalam penelitian.
5
Sekuensing Rantai Ringan mengungkapkan bahwa Immunoglobulin
memiliki Regio Konstan dan Variabel
Ketika sekuens asam amino dari beberapa protein Bence-Jones (rantai ringan)
dari individu yang berbeda dibandingkan, pola mencolok muncul. Setengah amino-
terminal dari rantai, yang terdiri dari 100-110 asam amino, ditemukan bervariasi antara
berbagai protein Bence-Jones. Regio ini disebut regio variabel (V). Setengah
carboxyl-terminal dari molekul, yang disebut regio konstan (C), memiliki salah satu
dari dua sekuens asam amino. Hal ini mengarahkan pengakuan bahwa terdapat dua tipe
rantai ringan, kappa (κ) dan lambda (λ). Pada manusia, 60% dari rantai ringan adalah
kappa dan 40% adalah lambda, sedangkan pada tikus, 95% dari rantai ringan adalah
kappa dan hanya 5% adalah lambda. Sebuah molekul antibodi yang normal hanya berisi
satu jenis rantai ringan, baik κ atau λ, tidak pernah keduanya.
Urutan asam amino λ rantai ringan menunjukkan perbedaan kecil yang
digunakan untuk mengklasifikasikan rantai ringan menjadi subtipe. Pada tikus, ada tiga
subtype (λ1, λ2, λ3); pada manusia, ada empat subtipe. Substitusi asam amino pada
beberapa posisi hanya bertanggung jawab untuk perbedaan subtipe.
Sekuensing Rantai Berat mengungkapkan Lima Varietas Dasar dari Rantai
Berat
Untuk studi sekuensing rantai berat, protein myeloma berkurang dengan
mercaptoethanol dan alkilasi, dan rantai berat dipisahkan oleh filtrasi gel dalam pelarut
terdenaturasi. Ketika sekuens asam amino dari beberapa rantai protein berat myeloma
dibandingkan, pola yang sama dengan yang ada pada rantai ringan muncul. Bagian
amino-terminal dari rantai, yang terdiri dari 100-110 asam amino, menunjukkan variasi
sekuen yang besar di antara myeloma rantai berat dan karena itu disebut regio variabel
(V). Bagian sisa dari protein mengungkapkan lima pola dasar sekuen, sesuai dengan
lima rantai berat regio konstan (C) yang berbeda (μ, δ, γ, ε, dan α). Masing-masing lima
rantai berat berbeda ini disebut sebuah isotipe. Panjang regio konstan adalah sekitar 330
asam amino untuk δ, γ, dan α, dan 440 asam amino untuk μ dan ε. Rantai berat dari
molekul antibodi yang diberikan menentukan kelas antibodi: IgM (μ),
IgG (γ), IgA (α), IgD (δ), atau IgE (ε). Setiap kelas dapat memiliki κ atau λ rantai
6
ringan. Sebuah molekul antibodi tunggal memiliki dua rantai berat identik dan dua
rantai ringan identik, H2L2, atau kelipatan (H2L2) n dari struktur empat rantai dasar
(Tabel 4-1).
Perbedaan kecil dalam sekuens asam amino α dan γ dari rantai berat menuntun
kepada klasifikasi lebih lanjut dari rantai berat ke sub-isotipe yang menentukan sub-
kelas dari molekul antibodinya. Pada manusia, ada dua sub-isotipe dari rantai berat α--
α1 dan α2-- (dan dengan demikian dua sub-kelas, IgA1 dan IgA2)-dan empat sub-
isotipe dari rantai berat γ: γ1, γ2, γ3, dan γ4 (dan dengan demikian empat sub-kelas,
IgG1, IgG2, IgG3, dan IgG4). Pada tikus, ada empat sub-isotipe, γ1, γ2a, γ2b, dan γ3,
dan sub-kelas yang sesuai.
Struktur Halus Imunoglobulin
Struktur dari molekul imunoglobulin ditentukan oleh organisasi primer,
sekunder, tersier, dan kuartener dari protein. Struktur primer, sekuen asam amino, terdiri
dari regio variabel dan konstan dari rantai berat dan ringan. Struktur sekunder dibentuk
oleh lipatan dari rantai polipeptida yang diperpanjang dengan bolak-balik terhadap
dirinya sendiri menjadi serangkaian lembaran antiparalel β yang berlipat (Gambar 4-4).
Rantai ini kemudian berlipat menjadi struktur tersier dari domain globular kompak,
yang terhubung ke domain tetangga dengan persambungan dari rantai polipeptida yang
terletak diluar lembar β yang berlipat. Akhirnya, domain globular yang berdekatan dari
rantai polipeptida berat dan ringan berinteraksi dalam struktur kuartener (Gambar 4-5),
membentuk domain fungsional yang memungkinkan molekul untuk secara khusus
mengikat antigen dan pada saat yang sama melakukan sejumlah fungsi efektor biologis.
Imunoglobulin memiliki Beberapa Domain berdasarkan Lipatan
Imunoglobulin
Analisis yang cermat dari sekuen asam amino imunoglobulin rantai berat dan
ringan menunjukkan bahwa kedua rantai berisi beberapa unit homolog dari sekitar 110
residu asam amino. Dalam setiap unit, disebut domain, ikatan disulfida antar-rantai
membentuk loop dari sekitar 60 asam amino. Rantai ringan mengandung satu domain
variabel (VL) dan satu domain konstan (CL); rantai berat mengandung satu domain
7
variabel (VH) dan tiga atau empat domain konstan (CH1, CH2, CH3, dan CH4),
tergantung pada kelas antibodi ( Gambar 4-6).
Analisis X-ray kristalografi mengungkapkan bahwa domain imunoglobulin
berlipat ke dalam sebuah karakteristik struktur kompak disebut lipatan imunoglobulin.
Struktur ini terdiri dari "sandwich" dari dua lembar β yang berlipat, setiap helai β
mengandung antiparalel dari asam amino, yang dihubungkan oleh loop dari berbagai
panjang (Gambar 4-7). Untaian β dalam lembar distabilisasi oleh ikatan hidrogen antara
gugus amino (-NH) dalam satu untai dengan gugus karbonil dari untai yang berdekatan
(lihat Gambar 4-8). Untai β ditandai dengan asam amino hidrofobik dan hidrofilik yang
bergantian yang sisi rantainya tersusun tegak lurus terhadap bidang lembar; asam amino
hidrofobik berorientasi ke bagian dalam sandwich, dan asam amino hidrofilik
menghadap ke luar.
Dua lembaran β dalam sebuah lipat imunoglobulin distabilkan oleh interaksi
hidrofobik dan dengan ikatan disulfida yang terlindung. Sebuah analogi yang dapat
dibuat, yaitu dua potong roti dengan mentega diantaranya, dan tusuk gigi memegang
irisan agar tetap melekat. Irisan roti merepresentasikan dua lembar β yang berlipat;
mentega merepresentasikan interaksi hidrofobik diantara mereka; dan tusuk gigi
merepresentasikan ikatan disulfida antar-rantai. Meskipun domain variabel dan konstan
memiliki struktur yang sama, ada perbedaan halus diantara mereka. Domain V sedikit
lebih panjang dari domain C dan berisi sepasang untai β dalam struktur lembar β, serta
urutan lingkar ekstra yang menghubungkan pasangan ini dari untai β (lihat Gambar 4-
7).
Struktur dasar dari lipatan immunoglobulin berkontribusi untuk struktur
kuartener dari imunoglobulin dengan memfasilitasi interaksi antara domain noncovalent
diantara domain yang berhadapan dengan lembaran β (lihat Gambar 4-8). Interaksi
membentuk link antara domain identik (misalnya, CH2/CH2, CH3/CH3, dan CH4/CH4)
dan antara domain non-identik (misalnya, VH / VL dan CH1/CL). Struktur lipatan
imunoglobulin juga memungkinkan untuk panjang variabel dan urutan asam amino
yang membentuk loop yang menghubungkan helai β. Sebagaimana sesi berikutnya
menjelaskan, beberapa sekuen loop VH dan domain VL berisi variabel asam amino dan
merupakan situs pengikatan antigen dari molekul.
8
Keanekaragaman dalam domain regio variabel terkonsentrasi di CDRs
Perbandingan rinci dari sekuens asam amino dari sejumlah besar domain VL dan
VH mengungkapkan bahwa variasi sekuen terkonsentrasi di beberapa regio diskrit dari
domain ini. Pola variasi ini paling baik diringkas oleh plot kuantitatif dari variabilitas
pada setiap posisi dari rantai polipeptida. Variabilitas didefinisikan sebagai:
Variabilitas =
#dari asam amino berbeda pada posisi yang diberikan
Frekuensi dari asam amino yang paling banyak pada
posisi yang diberikan
Jadi, jika sebuah perbandingan dari sekuen 100 rantai berat mengungkapkan
bahwa serin yang ditemukan di posisi 7 di 51 dari sekuen (frekuensi 0,51), itu akan
menjadi asam amino yang paling umum. Jika pemeriksaan 49 urutan lain menunjukkan
bahwa posisi 7 ditempati oleh salah glutamin, histidin, prolin, atau triptofan, variabilitas
pada posisi itu akan menjadi 9,8 (5/0.51). Variabilitas bidang dari domain VL dan VH
antibodi manusia menunjukkan bahwa variasi maksimum terlihat dalam bagian-bagian
dari sekuen yang sesuai dengan loop yang menggabungkan untai β (Gambar 4-12).
Regio ini awalnya disebut regio hipervariabel sebagai pengakuan atas variabilitas yang
tinggi. Regio hipervariabel membentuk situs pengikatan antigen dari molekul antibodi.
Karena situs pengikatan antigen adalah pelengkap struktur epitop itu, daerah ini saat ini
lebih banyak disebut complementary determining regions (CDR). Tiga rantai berat dan
tiga rantai ringan regio CDR terletak di loop yang menghubungkan untai β dari domain
VH dan VL. Sisa dari domain VL dan VH menunjukkan variasi yang jauh lebih sedikit;
peregangan ini disebut framework regions (FR). Beragam kekhususan yang
dipamerkan oleh antibodi adalah karena variasi panjang dan sekuen asam amino dari
enam CDRs yang berada dalam wilayah yang sesuai untuk fragmen Fab. Framework
regions bertindak sebagai perancah yang mendukung enam loop ini. Struktur tiga
dimensi dari framework regions secara virtual hampir semua antibodi dianalisis untuk
dapat ditumpangkan pada satu sama lain, sebaliknya, loop hipervariabel (yaitu, CDRs)
memiliki orientasi yang berbeda dalam antibodi yang berbeda.
9
CDRs mengikat antigen
Sebuah penemuan bahwa CDRs adalah regio pengikat antigen dari antibodi yang
telah dikonfirmasi langsung oleh resolusi tinggi x-ray kristalografi kompleks antigen-
antibodi. Analisis kristalografi telah dilengkapi untuk banyak fragmen Fab dari
kompleks antibodi monoklonal baik dengan antigen protein globular besar atau dengan
sejumlah antigen yang lebih kecil, termasuk karbohidrat, asam nukleat, peptida, dan
haptens kecil. Selain itu, struktur yang lengkap telah diperoleh untuk beberapa antibodi
monoklonal utuh. Analisis difraksi sinar-X dari kompleks antigen-antibodi telah
menunjukkan bahwa CDRs mungkin memiliki kontak dengan antigen, dan sejumlah
kompleks telah diamati dimana keenam CDRs berhubungan dengan antigen. Secara
umum, residu berlebih pada CDRs rantai berat muncul untuk berhubungan dengan
antigen daripada CDRs rantai ringan. Dengan kata lain, domain VH sering memberikan
kontribusi lebih terhadap pengikatan antigen dari domain VL. Peran dominan dari rantai
berat dalam mengikat antigen ditunjukkan dalam sebuah penelitian di mana suatu rantai
berat tunggal yang spesifik untuk antigen glycoprotein dari human immunodeficiency
virus (HIV) dikombinasikan dengan berbagai rantai ringan dari spesifisitas antigen yang
berbeda. Semua antibodi hibrida terikat pada antigen glikoprotein HIV, menunjukkan
bahwa rantai berat saja sudah cukup untuk memberikan spesifisitas. Namun, tidak harus
disimpulkan bahwa rantai ringan sangat tidak relevan; dalam beberapa reaksi antigen-
antibodi, rantai ringan memiliki kontribusi yang lebih penting.
Bentuk sebenarnya dari situs ikatan antigen dibentuk oleh kombinasi CDRs
yang digunakan dalam antibodi tertentu yang telah telah terbukti dapat bervariasi secara
dramatis. Seperti yang ditunjukkan dalam bab 3, kontak antara antigen protein globular
besar dan antibodi terjadi pada permukaan yang lebar, sering agak datar, dan
bergelombang. Di bidang kontak, tonjolan atau cekungan pada antigen yang mungkin
cocok melengkapi sekungan atau tonjolan pada antibodi. Dalam kasus yang telah
dipelajari dengan baik pada enzim lisozim/anti-lisozim, studi kristalografi telah
menunjukkan bahwa area permukaan interaksi cukup besar, mulai dari sekitar 650 A2
untuk lebih dari 900 A2. Dalam daerah ini, sekitar 15-22 residu asam amino pada
10
antibodi berhubungan dengan sejumlah residu yang sama dari antigen protein.
Sebaliknya, antibodi mengikat antigen yang lebih kecil, seperti hapten kecil, dalam
suatu yang lebih kecil, kantong tersembunyi dimana ligan tertimbun. Hal ini dengan
baik diilustrasikan oleh interaksi dari hormon angiotensin II octapeptide kecil dengan
situs pengikatan dari antibodi anti-angiotensin (gambar 4-10).
Perubahan konformasi dapat diinduksi dengan pengikatan antigen
Sebagai analisis kristalografi sinar-x dari fragmen Fab telah diselesaikan,
menjadi jelaslah bahwa dalam beberapa kasus, pengikatan antigen menginduksi
perubahan konformasi dalam antibodi, antigen, atau keduanya. Pembentukan kompleks
antara neuramidase dan anti-neuramidase disertai dengan perubahan orientasi rantai sisi
rantai dari kedua epitop dan situs ikatan antigen. Perubahan konformasi menghasilkan
kesesuaian yang lebih erat antara epitop dan situs pengikatan antibodi tersebut.
Dalam contoh lain, perbandingan sebuah fragmen Fab anti-hemaglutinin
sebelum dan setelah mengikat antigen peptida hemagglutinin telah mengungkapkan
perubahan konformasi dalam loop CDR3 rantai berat di permukaan dari situs ikatan.
Contoh lain yang mencolok dari perubahan konformasi telah terlihat di kompleks antara
fragmen Fab yang berasal dari antibodi monoklonal terhadap protease HIV dan epitop
peptida protease. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 4-11, ada perubahan signifikan
dalam Fab terhadap ikatan. Bahkan, setelah mengikat antigen, regio CDR1 dari rantai
ringan bergerak sebanyak 1 Å, dan rantai berat CDR3 bergerak 2,7 Å. Dengan
demikian, selain variabilitas panjang dan komposisi asam amino dari loop CDR,
kemampuan loop ini untuk mengubah konformasi signifikan pada pengikatan antigen
antibodi memungkinkan untuk mengasumsikan bentuk komplementer yang lebih efektif
terhadap epitop mereka.
Seperti telah disebutkan, perubahan konformasi setelah mengikat antigen tidak
terbatas pada antibodi. Meskipun tidak ditunjukkan pada Gambar 4-11, konformasi dari
peptida protease yang terikat dengan Fab tidak menunjukkan kesamaan struktur dengan
epitop terkait dalam protease HIV asli. Diasumsikan bahwa penghambatan aktivitas
protease oleh antibodi protease anti-HIV adalah hasil distorsi dari konformasi asli
enzim.
11
Domain Regio Konstan
Domain regio konstan imunoglobulin ambil bagian dalam berbagai fungsi
biologis yang ditentukan oleh urutan asam amino dari setiap domain.
Domain CH1 dan CL
Domain CH1 dan CL berfungsi untuk memperpanjang lengan Fab dari molekul
antibodi, sehingga memfasilitasi interaksi dengan antigen dan meningkatkan rotasi
maksimum pada lengan Fab. Selain itu, domain regio konstan ini membantu menahan
domain VH dan VL bersama-sama melalui keutamaan ikatan disulfida antar-rantai di
antara mereka (lihat Gambar 4-10). Demikian, domain CH1 dan CL juga dapat
menyebabkan keragaman antibodi dengan memungkinkan asosiasi lebih acak antara
domain VH dan VL daripada yang akan terjadi jika hubungan ini didorong oleh
interaksi VH / VL saja. Pertimbangan ini memiliki implikasi penting untuk membangun
sebuah repertoar beragam dari antibodi. Sebagaimana akan ditunjukkan dalam Bab 5,
penyusunan ulang acak dari gen imunoglobulin menghasilkan sekuen VH dan VL yang
unik untuk rantai berat dan ringan yang diekspresikan oleh setiap limfosit B; asosiasi
sekuen VH dan VL kemudian menghasilkan sebuah situs ikatan antigen unik. Kehadiran
domain CH1 dan CL tampaknya meningkatkan jumlah interaksi VH dan VL stabil yang
memungkinkan, sehingga memberikan kontribusi bagi keragaman keseluruhan molekul
antibodi yang dapat diekspresikan oleh hewan.
Regio Engsel
Rantai berat γ, δ, dan α mengandung sekuen peptida yang diperpanjang antara
domain CH1 dan CH2 yang tidak memiliki homolog dengan domain lainnya (lihat
Gambar 4-8). Regio ini, disebut regio engsel, kaya residu prolin dan fleksibel,
memberikan IgG, IgD, IgA dan fleksibilitas segmental. Akibatnya, dua lengan Fab
dapat mengasumsikan berbagai sudut satu sama lain ketika antigen terikat. Fleksibilitas
dari regio engsel ini dapat divisualisasikan dalam mikrograf elektron dari kompleks
antigen-antibodi. Sebagai contoh, ketika sebuah molekul yang mengandung dua
kelompok dinitrophenol (DNP) bereaksi dengan antibodi anti-DNP dan kompleks
direkam dalam kotak, pewarnaan negatif, dan diamati dengan mikroskop elektron,
kompleks besar (misalnya, dimer, trimer, tetramers) terlihat. Sudut antara lengan
12
molekul antibodi yang berbentuk Y berbeda dalam kompleks yang berbeda, yang
mencerminkan fleksibilitas dari regio engsel (Gambar 4-12).
Dua asam amino yang menonjol di regio engsel adalah praline dan sistein.
Banyaknya residu prolin di regio engsel memberinya sebuah konformasi polipeptida
yang diperpanjang, sehingga sangat rentan terhadap pembelahan oleh enzim proteolitik,
yang merupakan regio yang dibelah dengan papain atau pepsin (lihat Gambar 4-3).
Residu sistein membentuk ikatan disulfida antar-rantai yang menahan dua rantai berat
bersama-sama. Jumlah ikatan disulfida antar-rantai di regio engsel bervariasi di antara
berbagai kelas antibodi dan antar spesies. Walaupun rantai μ dan ε tidak memiliki regio
engsel, mereka memiliki domain tambahan dari 110 asam amino (CH2/CH2) yang
memiliki fitur mirip engsel.
Domain Regio Konstan Lain
Seperti telah, rantai berat dalam IgA, IgD, dan IgG mengandung tiga domain
regio konstan dan regio engsel, sedangkan rantai berat dalam IgE dan IgM mengandung
empat domain regio konstan dan tidak memiliki regio engsel. Domain yang sesuai dari
kedua kelompok tersebut adalah sebagai berikut:
IgA, IgD, IgG IgE, IgM
CH1/CH1 CH1/CH1
Regio engsel CH2/CH2
CH2/CH2 CH3/CH3
CH3/CH3 CH4/CH4
Meskipun domain CH2/CH2 dalam IgE dan IgM menempati posisi yang sama
dalam rantai polipeptida sebagai regio engsel di kelas-kelas imunoglobulin lain, fungsi
dari domain tambahan ini belum ditentukan.
Analisis X-ray kristalografi telah mengungkapkan bahwa dua domain CH2 dari
IgA, IgD, dan IgG (dan domain CH3 dari IgE dan IgM) dipisahkan oleh sisi rantai
oligosakarida; sebagai akibatnya, kedua domain globular jauh lebih mudah diakses dari
lingkungan berair lainnya. Aksesibilitas ini adalah salah satu unsur yang memberikan
13
kontribusi untuk aktivitas biologis dari domain dalam aktivasi komplemen oleh
komponen IgG dan IgM.
Situs karboksil-terminal dinamakan CH3 / CH3 dalam IgA, IgD, dan IgG dan
CH4/CH4 dalam IgE dan IgM. Lima kelas antibodi dan subkelas mereka dapat
diekspresikan baik sebagai imunoglobulin yang disekresikan (SIG) atau sebagai
imunoglobulin yang terikat membran (MIG). Domain karboksil-terminal dalam
imunoglobulin yang disekresikan berbeda dalam struktur dan fungsi dari domain
imunoglobulin yang terikat membran. Imunoglobulin yang disekresikan mmemiliki
sekuen asam amino hidrofilik dari berbagai panjang pada akhir karboksil-terminal.
Fungsi domain ini dalam berbagai kelas antibodi yang disekresikan akan dijelaskan
kemudian. Dalam imunoglobulin yang terikat membran, domain karboksil-terminal
berisi tiga daerah:
■ Sebuah sekuen "spacer" hidrofilik ekstraseluler terdiri dari 26 residu asam amino
■ Sebuah sekuen hidrofobik transmembran
■ Sebuah ekor sitoplasmik singkat
Panjang sekuen transmembran adalah konstan di antara semua isotipe
imunoglobulin, sedangkan panjang dari sekuen spacer ekstraseluler dan ekor
sitoplasmik bervariasi.
Sel B mengekspresikan kelas yang berbeda dari mig pada tahap perkembangan
yang berbeda. Sel B yang imatur, disebut sel pra-B, hanya mengekspresikan mIgM;
kemudian dalam maturasi, mIgD muncul dan co-ekspresikan dengan IgM pada
permukaan sel B matur sebelum mereka diaktifkan oleh antigen. Sebuah memori sel B
dapat mengekspresikan mIgG, MIGA, atau mIgE. Bahkan ketika kelas yang berbeda
diekspresikan secara berurutan pada satu sel, spesifisitas antigenik dari semua molekul
membran antibodi diekspresikan oleh satu sel identik, sehingga setiap molekul antibodi
berikatan dengan epitop yang sama. Mekanisme genetik yang memungkinkan sel B
tunggal untuk mengekspresikan beberapa isotipe imunoglobulin dengan spesifisitas
antigen yang sama dijelaskan dalam Bab 5.
Antibodi yang dimediasi Fungsi efektor
14
Selain mengikat antigen, antibodi berpartisipasi dalam berbagai aktivitas biologi
lainnya yang luas. Ketika mempertimbangkan peran antibodi dalam mempertahankan
tubuh dari penyakit, penting untuk diingat bahwa antibodi umumnya tidak membunuh
atau menghilangkan patogen hanya dengan mengikat mereka. Agar efektif melawan
patogen, antibodi tidak hanya mengenali antigen tetapi juga memanggil tanggapan-
fungsi efektor-yang menghasilkan penghapusan antigen dan kematian patogen.
Meskipun regio variabel antibodi adalah agen tunggal yang mengikat antigen, regio
konstan rantai berat (CH) bertanggung jawab untuk berbagai interaksi kolaboratif
dengan protein lain, sel, dan jaringan yang menghasilkan fungsi efektor dari respon
humoral.
Karena fungsi efektor ini dihasilkan dari interaksi antara regio konstan rantai
berat dan serum protein lain atau reseptor sel membran, tidak semua kelas
imunoglobulin memiliki sifat fungsional yang sama. Gambaran dari empat fungsi
efektor utama dimediasi oleh domain dari regio konstan disajikan di sini. Kelima fungsi
unik untuk IgE, aktivasi sel mast, eosinofil, dan basofil, akan dijelaskan kemudian.
Opsonisasi dipromosikan oleh antibodi
Opsonisasi, promosi fagositosis dari antigen oleh makrofag dan neutrofil,
merupakan faktor penting dalam pertahanan antibakteri. Molekul protein yang disebut
reseptor Fc (FCR), yang dapat mengikat regio konstan dari molekul Ig, hadir pada
permukaan makrofag dan neutrofil. Pengikatan reseptor Fc fagosit dengan beberapa
molekul antibodi dikomplekskan dengan target yang sama, seperti sel bakteri,
menghasilkan interaksi yang menahan patogen ke membran fagosit. Ini silang dari FCR
dengan mengikat berbagai daerah Fc antibodi yang memulai jalur transduksi sinyal-
yang menghasilkan fagositosis dari kompleks antigen-antibodi. Di dalam fagosit
tersebut, patogen menjadi target proses destruktif yang meliputi berbagai pencernaan
enzimatik, kerusakan oksidatif, dan efek dekstruksi membran dari peptida anti-bakteri.
Antibodi mengaktifkan komplemen
Sub-kelas IgM dan, pada manusia, sebagian besar IgG dapat mengaktifkan
koleksi serum glikoprotein yang disebut sistem komplemen. Komplemen adalah
sekelompok protein yang dapat melubangi membran sel. Sebuah produk sampingan
15
penting dari jalur aktivasi pelengkap adalah fragmen protein yang disebut C3b, yang
mengikat secara nonspesifik kompleks sel dan antigen-antibodi dekat situs di mana
komplemen diaktifkan. Banyak jenis sel-sebagai contoh, sel darah merah dan makrofag
memiliki reseptor untuk-C3b dan mengikat sel atau kompleks yang sudah dilekati C3b.
Ikatan dari C3b yang dilekati oleh makrofag menyebabkan fagositosis dari sel-sel atau
kompleks molekul yang melekat pada C3b. Ikatan kompleks antigen-antibodi oleh
reseptor C3b dari sel darah merah eritrosit memungkinkan untuk menyalurkan
kompleks ke hati atau limpa, dimana populasi makrofag menghilangkannya tanpa
merusak sel darah merah. Kolaborasi antara antibodi dan sistem pelengkap penting
untuk inaktivasi dan penyingkiran antigen dan pembunuhan patogen. Proses aktivasi
komplemen dijelaskan secara rinci dalam Bab 13.
Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity (ADCC) Membunuh Sel
Hubungan dari antibodi yang terikat ke sel target (misalnya, virus yang
menginfeksi sel dari host) dengan reseptor Fc dari sejumlah jenis sel, terutama sel
natural killer (NK), dapat mengarahkan aktivitas sitotoksik dari sel efektor terhadap sel
target. Dalam proses ini, yang disebut antobody-dependent cell-mediated cytotoxicity
(ADCC), antibodi bertindak sebagai reseptor baru yang memungkinkan sel untuk
menyerang untuk mengenali dan membunuh sel target. Fenomena ADCC dibahas dalam
Bab 14.
Beberapa antibodi dapat melewati lapisan epitel oleh transcytosis
Pengiriman antibodi pada permukaan mukosa saluran pernapasan, pencernaan,
dan urogenital, serta ekspor ke ASI, membutuhkan pergerakan imunoglobulin di seluruh
lapisan epitel, proses yang disebut transcytosis. Kapasitas yang akan diangkut
tergantung pada sifat dari regio konstan. Pada manusia dan tikus, IgA adalah kelas
antibodi utama yang mengalami transcytosis tersebut, meskipun IgM juga dapat
diangkut ke permukaan mukosa. Beberapa spesies mamalia, seperti manusia dan tikus,
juga mentransfer sejumlah besar subkelas IgG dari ibu ke janin. Karena sistem
peredaran darah ibu dan janin terpisah, antibodi harus diangkut di seluruh jaringan
plasenta yang memisahkan ibu dan janin. Pada manusia, transfer ini terjadi selama
trimester ketiga kehamilan. Konsekuensi penting adalah bahwa janin yang sedang
16
berkembang menerima sampel repertoar antibodi ibu sebagai sumbangan protektif
terhadap patogen. Seperti fungsi efektor lain yang dijelaskan di sini, kapasitas untuk
menjalani transportasi transplasenta tergantung pada sifat dari regio konstan dari
molekul antibodi.
Pengalihan IgG dari ibu ke janin adalah bentuk dari imunisasi pasif, yang
merupakan akuisisi dari imunitas dengan penerimaan dari antibodi yang telah dibentuk
sebelumnya, bukan oleh produksi antibodi aktif setelah terpapar antigen. Kemampuan
untuk mentransfer kekebalan dari satu orang ke orang lain dengan pengalihan antibodi
adalah dasar dari terapi antibodi, suatu prosedur medis yang penting dan banyak
dilakukan (lihat Fokus Klinis).
Kelas Antibodi dan Aktivitas Biologi
Isotipe dan kelas imunoglobulin yang beragam telah disebutkan secara singkat.
Setiap kelas dibedakan oleh urutan asam amino yang unik di regio konstan rantai berat
yang memberikan sifat kelas struktural dan fungsional yang spesifik. Pada bagian ini,
fungsi struktur dan efektor masing-masing kelas akan dijelaskan lebih terinci. Sifat-sifat
molekul dan aktivitas biologi dari kelas imunoglobulin dirangkum dalam Tabel 4-2
(halaman 90). Struktur dari lima kelas utama didiagramkan pada Gambar 4-13 (halaman
91).
Imunoglobulin G (IgG)
IgG, kelas yang paling melimpah dalam serum, menyusun sekitar 80% dari total
imunoglobulin serum. Molekul IgG terdiri dari dua rantai berat γ dan dua rantai ringan κ
atau dua rantai ringan λ (lihat Gambar 4-13a). Ada empat subkelas IgG manusia,
dibedakan oleh perbedaan dalam sekuen rantai γ dan jumlah sesuai dengan penurunan
konsentrasi serum rata-rata mereka: IgG1, IgG2, IgG3, dan IgG4 (lihat
Tabel 4-2).
Urutan asam amino yang membedakan empat subkelas IgG dikodekan oleh
berbagai gen CH germ-line, dimana sekuens DNA adalah 90% sampai 95% homolog.
Karakteristik struktural yang membedakan subkelas dari satu sama lain adalah ukuran
dari regio engsel dan jumlah dan posisi ikatan disulfida antar-rantai diantara rantai berat
17
(Gambar 4-14, halaman 92). Perbedaan halus antara subkelas asam amino IgG
mempengaruhi aktivitas biologis dari molekul:
■ IgG1, IgG3, dan IgG4 mudah melewati plasenta dan memainkan peran penting dalam
melindungi janin.
■ IgG3 adalah pelengkap aktivator yang paling efektif, diikuti oleh IgG1, IgG2 kurang
efisien, dan IgG4 tidak dapat mengaktifkan komplemen sama sekali.
■ IgG1 dan IgG3 mengikat dengan afinitas tinggi pada reseptor Fc pada sel fagositik
dan dengan demikian menengahi opsonisasi. IgG4 memiliki afinitas reseptor Fc
perantara untuk dan IgG2 memiliki afinitas yang sangat rendah.
Imunoglobulin M (IgM)
IgM menyumbang 5% sampai 10% dari total serum imunoglobulin, dengan