Antigen
Bio-Artikel
Antigene (engl. für Antibody generating bzw. griech. antigennan dagegen erzeugen) sind Stoffe, an die sich Antikörper und bestimmte Lymphozyten-Rezeptoren spezifisch binden können (wobei Letzteres in der Regel bewirkt, dass die Produktion von Antikörpern gegen das Antigen angeregt wird).
Durch somatische Gen-Umlagerung können Lymphozyten Rezeptoren für fast alle möglichen Stoffe bilden. Diese Stoffe werden Antigene genannt. Die entsprechenden Rezeptoren der Lymphozyten heißen je nach Art der Lymphozyten B-Zell-Rezeptoren oder T-Zell-Rezeptoren. Ursprünglich wurde der Begriff allerdings nur auf Substanzen angewendet, die nach Injektion in einen fremden Organismus zur Antikörperbildung führte. Die spezifische Bindung von Antikörpern und Antigen-Rezeptoren an Antigene ist ein wesentlicher Teil der adaptiven Immunität gegen Pathogene. Antigene können also eine Immunantwort auslösen und damit immunogen wirken, jedoch ist nicht jedes Antigen auch immunogen (z. B. Haptene wirken nicht immunogen). Die Stelle des Antigens, die von dem entsprechenden Antikörper erkannt wird, heißt Epitop.
Aufbau
Antigene sind meistens Proteine, können aber auch Kohlenhydrate, Lipide oder andere Stoffe sein. Sie können entweder von B-Zell-Rezeptoren, T-Zell-Rezeptoren oder (von B-Zellen produzierten) Antikörpern erkannt bzw. gebunden werden.
Antigene, welche von B-Zell-Rezeptoren oder Antikörpern erkannt werden, befinden sich auf den Oberflächen von eingedrungenen Fremdkörpern (z. B. auf Pollenkörnern, Bakterienoberflächen und im Kot von Hausstaubmilben) oder Zellen und weisen dort eine dreidimensionale Struktur auf, welche spezifisch von bestimmten B-Zell-Rezeptoren oder Antikörpern erkannt werden kann. Antigene auf Zelloberflächen werden als Oberflächenantigene bezeichnet. Diese werden unter anderem zur Entwicklung von Impfstoffen gegen Pathogene oder Tumoren eingesetzt oder werden vor einer Bluttransfusion oder Organtransplantation untersucht, um eine Immunreaktion gegen fremde Blutgruppen zu vermeiden.
Antigene, welche von T-Zell Rezeptoren erkannt werden, sind denaturierte Peptidsequenzen von ca. zehn Aminosäuren, die von antigenpräsentierenden Zellen (APC) aufgenommen und zusammen mit MHC-Molekülen an der Oberfläche präsentiert werden.
Auch körpereigene Strukturen, so auch Antikörper selbst, können als Antigene wirken, wenn sie fälschlicherweise als fremd angesehen werden (Autoantikörper). Dadurch wird eine Autoimmunreaktion ausgelöst, diese kann in schweren Fällen zu einer Autoimmunkrankheit führen. Bestimmte niedermolekulare Stoffe, die alleine keine Antikörperreaktion hervorrufen können, sondern erst durch die Bindung an ein Trägerprotein eine Immunreaktion auslösen können, heißen Haptene. Diese Haptene waren bei der Erforschung der Bindung durch Antikörper an ein Antigen wichtig, indem sie als chemisch definierte und veränderbare Versuchsobjekte dienten. Dementsprechend wird eine (meist höhermolekulare) Substanz, die diese Reaktion alleine ermöglicht, als Vollantigen bezeichnet, ein Hapten als Halbantigen.
Kleine Moleküle wie einzelne Kohlenhydrate, Amino- oder Fettsäuren können keine Immunreaktion bewirken.
Wirkung und Funktion
Der Nutzen der Antigenerkennung durch Lymphozyten liegt für den Organismus darin, körperfremde Substanzen, gegen die er keine erblich kodierten Rezeptoren besitzt, zu erkennen. Lymphozyten, die an körpereigene Substanzen (Autoantigene) binden, sterben ab, Lymphozyten, die an fremde Antigene binden, lösen damit die adaptive Immunantwort aus.
T-Lymphozyten (T-Zellen) erkennen Antigene nur, wenn diese auf den Oberflächen von anderen Zellen präsentiert werden. Antigenpräsentierende Zellen (APCs) sind spezialisierte Zellen des Immunsystems, die den T-Zellen Antigene präsentieren. Zu den sog. professionellen APCs gehören Dendritische Zellen, Makrophagen und B-Zellen. Sie nehmen Substanzen durch Endocytose auf, verarbeiten sie in den Endosomen und koppeln sie an MHC-Moleküle. Diese werden dann an der Plasmamembran präsentiert. Eine T-Zelle mit einem passenden T-Zell-Rezeptor (TCR) kann das Antigen dann als fremd erkennen und wird, wenn auch ein zweites Signal vorliegt, aktiviert.
B-Lymphozyten (B-Zellen), welche mit ihrem B-Zell-Rezeptor (der membranständige Vorläufer des Antikörpers) an ein Antigen gebunden haben, werden je nach Antigen entweder direkt (TI-antigen) oder mit Hilfe einer T-Helferzelle aktiviert. T-Helferzellen, welche an einen Antigen-MHC-Komplex gebunden haben und das Antigen als fremd erkannt haben, scheiden Cytokine aus, die B-Zellen zur Antikörperproduktion anregen. Je nachdem, welche Cytokine in der Umgebung ausgeschüttet werden, findet ein Class-Switch in eine der Klassen (Ig G, Ig E, Ig A) statt. Antikörper werden von den Plasma-Zellen (aktivierte B-Zellen) sezerniert, binden spezifisch an das Antigen, markieren damit den Eindringling (Opsonisierung) und führen so zur Phagocytose der Fremdkörper. Diese Aufgabe übernehmen beispielsweise Makrophagen, welche mit ihren Fc-Rezeptoren an die konstante Region der Antikörper binden. Durch die Erkennung körperfremder Antigene können gezielt Eindringlinge wie Bakterien oder Viren bekämpft werden, ohne körpereigene Zellen zu schädigen.
Auch die Zellen eines fremden Menschen werden als körperfremd erkannt, denn die Struktur der Glykoproteine auf den Zelloberflächen ist bei jedem Menschen anders. Daher wirken sich diese menschlichen Antigene bei der Übertragung von organischem Material von einem Menschen auf einen anderen nachteilig aus, z. B. bei der Bluttransfusion oder Organtransplantation. Hier muss auf Blutgruppen- bzw. Gewebeverträglichkeit geachtet werden. Die Übertragung falscher Blutgruppen führt zur Verklumpung des Blutes, bei Transplantationen kann es zur Abstoßung des übertragenen Organs oder zur Schädigung des Empfängers durch das transplantierte Organ kommen (Graft-versus-Host Disease).
Antigene, die Allergien auslösen können, werden Allergene genannt. Sie erzeugen eine übermäßige Immunantwort auf ein relativ harmloses Antigen.
Siehe auch
Literatur
- Wilhelm Seyffert: Lehrbuch der Genetik. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin, 2003. ISBN 3-8274-1022-3
- Charles A. Janeway jr. u. a. : Immunologie 5. Auflage, Spektrum Akademischer Verlag Gmbh, Heidelberg, Berlin, 2002 ISBN 3-8274-1078-9
