Antigen

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

Weblinks

Wiktionary Wiktionary: Antigen – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Die News der letzten Tage

29.09.2022
Physiologie | Bionik, Biotechnologie, Biophysik
Algen als mikroskopische Bioraffinerien
Fossile Rohstoffe sind begrenzt und nicht überall auf der Welt vorhanden oder dem Abbau zugänglich.
29.09.2022
Mikrobiologie | Physiologie
Neue Bakterienart im Darm entdeckt
Ob Pflanze, Tier oder Mensch, lebende Organismen sind von einer Vielzahl an Bakterien besiedelt.
28.09.2022
Genetik | Paläontologie | Evolution | Säugetierkunde
Genom-Zusammensetzung des frühesten gemeinsamen Vorfahren aller Säugetiere rekonstruiert
Das rekonstruierte Vorfahren-Genom kann zum Verständnis der Evolution der Säugetiere und zum Erhalt der heutigen Wildtiere beitragen.
27.09.2022
Genetik | Immunologie | Land-, Forst- und Viehwirtschaft
Thema Ernährungssicherheit: Struktur von Weizen-Immunprotein entschlüsselt
Ein internationales Forschungsteam hat entschlüsselt, wie Weizen sich vor einem tödlichen Krankheitserreger schützt.
26.09.2022
Ethologie
Neues von den gruppenlebenden Tieren: Hilfsbereitschaft und Familienbande
Die Bereitschaft, Artgenossen zu helfen, unterscheidet sich von Tierart zu Tierart – und auch zwischen Männchen und Weibchen.
26.09.2022
Anthropologie | Paläontologie | Klimawandel
Evolution des Menschen: Klimaschwankungen in Ostafrika ein Motor
Interdisziplinäre Forschung in Südäthiopien zeigt, wie Schlüsselphasen des Klimawandels die menschliche Evolution beinflusste.
26.09.2022
Ökologie | Klimawandel | Meeresbiologie
Schritthalten mit dem Klimawandel?
Die für die Nahrungsnetze der Ozeane wichtigen Copepoden können sich genetisch an wärmere und saurere Meere anpassen.
26.09.2022
Anthropologie | Mikrobiologie | Physiologie
Mehr als nur Bauchgefühl
Die Strömungsgeschwindigkeit in unserem Verdauungssystem bestimmt unmittelbar, wie gut die Nährstoffe vom Darm aufgenommen werden und wie viele Bakterien darin leben.
26.09.2022
Biodiversität | Insektenkunde | Land-, Forst- und Viehwirtschaft
Mehrjährige Blühstreifen in Kombination mit Hecken: das gefällt unseren Wildbienen
Landwirtinnen und Landwirte sollten ein Netzwerk aus mehrjährigen Blühstreifen in Kombination mit Hecken schaffen, um Wildbienen ein kontinuierliches Blütenangebot zu bieten.