Моноклональні антитіла. Функціональна структура антитіл

Злиття клітин лежить в основі одержання гібридних клітин, продукуючих антитіла. Антитіла – білки сироватки крові, які синтезуються в організмі як прояв захисної реакції при введенні в нього чужорідної речовини (антигену). Імунна система виробляє специфічні антитіла на величезну кількість антигенів. В основі такої здатності лежить наявність великого різноманіття клонів лімфоцитів, кожний з яких виробляє антитіла з вузькою специфічністю. Всі вони називаються імуноглобулінами (Ig), антитіла становлять один з головних білкових компонентів крові – близько 20% сумарного білка плазми.

Як антигени виступають різні речовини: клітини мікроорганізмів, віруси, білки, нуклеїнові кислоти, у деяких випадках низькомолекулярні речовини типу антибіотиків або пестицидів. Антитіла утворюються не проти всієї молекули білка або бактеріальної клітини, а тільки до невеликих ділянок на їхній поверхні, що отримали назву антигенних детермінант. У випадку білкової молекули антигенною детермінантою є ділянки поверхні, які містять близько 5 амінокислотних залишків.

Найпростіші молекули антитіл мають форму букви Y із двома ідентичними антиген-зв’язуючими ділянками – по одному на кінці кожної із двох “гілок”. Зв’язування антигенних детермінант призводить до втрати певних функцій молекули або клітини, на чому й заснований захисний механізм дії антитіл. Оскільки ділянки дві, вони можуть зшивати антигени:

Якщо молекула антигену має три або більше антигенних детермінант, то антитіла можуть зшивати їх у велику сітку. Досягнувши певних розмірів, така сітка може випасти з розчину в осад:

Тенденція великих імунних комплексів до осадження (преципітації) зручна для виявлення антитіл й антигенів. Утворення таких комплексів може призводити до аглютинації (склеювання) молекул. Це явище лежить в основі визначення груп крові, коли еритроцити склеюються антитілами тієї або іншої специфічності – реакція гемаглютинації.

Молекула антитіла утворена чотирма поліпептидними ланцюгами (рис. 7).

Рис. 7. Будова антитіла

Два з них – ідентичні легкі (L-ланцюг, з 220 амінокислот), а два – важкі (H-ланцюги, з 440 амінокислот). Всі чотири ланцюги з’єднані між собою нековалентними й ковалентними (дисульфідними) зв’язками. Антиген-зв’язуючі ділянки утворюються за рахунок одного H й одного L-ланцюга. Ефективність реакцій зв’язування антигену зростає завдяки гнучкій шарнірній ділянці антитіла, що дозволяє змінювати відстань між двома антиген-зв’язуючими ділянками. Шарнірна ділянка перебуває на H-ланцюзі. H-ланцюг утворює також “хвостову” ділянку молекули, що містить також одну або декілька олігосахаридних ланцюгів, функція яких нез’ясована. Як L, так і Н-ланцюг побудовані з повторюваних сегментів, або доменів, кожний з яких згортається незалежно, утворюючи компактну функціональну одиницю (епітоп). Ці ділянки також можуть виступати в якості антигенних детермінант й, відповідно, зв’язуватися іншими антитілами.

Одержання моноклональних антитіл

Як утворюються антитіла? Імунна відповідь – складний процес міжклітинних взаємодій різних типів лімфоїдних клітин за участю спеціальних гормонів, у результаті чого В-лімфоцити починають активно синтезувати й виділяти в кров специфічні антитіла проти даного антигену. На поверхні В-лімфоцитів існують рецептори, аналогічні антитілам, взаємодія яких з антигеном у складному міжклітинному комплексі служить стимулом для початку біосинтезу антитіл.

Одержання антитіл для потреб людини починається з імунізації тварин. Після декількох ін’єкцій антигену в присутності стимуляторів імунної відповіді в сироватці крові накопичуються специфічні антитіла. Антитіла виділяють із сироватки у вигляді g-глобулінової фракції, осаджуючи сироватку крові сульфатом амонію, спиртом, ПЕГ й іншими речовинами. Отримані антитіла містять багато сумісних білків. Високоочищені антитіла виділяють за допомогою іонообмінної хроматографії.

Стандартні препарати одержати досить складно, тому що склад їх залежить від виду тварини, його індивідуальних особливостей, циклу імунізації, інших мало контрольованих факторів. У той же час, для сучасного біохімічного аналізу дуже важлива специфічність, тобто здатність виділити дану речовину в складних багатокомпонентних середовищах, таких, як сироватки крові, сік рослин, ферментне середовище. Таке можливо при використанні імунохімічного методу, де використовуються антитіла, які вузько специфічно взаємодіють за принципом "антиген – антитіло". Для проведення такого аналізу необхідні абсолютно ідентичні антитіла, синтез яких звичайними способами не можливий.

Рішення проблеми було запропоновано в 1975 році англійськими вченими Георгом Келером і Цезарем Мільштейном. Вони розробили методику одержання клітинних гібридів – гібридом. Гібридоми утворюються в результаті злиття лімфоцитів, узятих від імунізованих тварин, із клітинами мієломи кісткового мозку, які культивуються in vitro.

Тварину імунізують, у відповідь на введення антигену в організмі миші активізуються продукуючі антитіла В-лімфоцити. Ці клітини можуть жити тільки в організмі хазяїна, при переведенні на штучне поживне середовище вони гинуть. Якщо злити імунну клітину з пухлинною, утворюються гібридні клітини, здатні необмежено довго жити в штучних середовищах. Одночасно вони зберігають здатність синтезувати антитіла.

Гібридоми, що синтезують певні види антитіл, відбирають на селективних ростових середовищах. Потім їх поміщають у культуральну рідину, у якій вони розмножуються й утворюють багато споріднених клітин (клон). Такі клони можуть синтезувати антитіла, що одержали назву моноклональних (МКА). МКА – антитіла, однорідні за структурою й специфічністю, які можна виробляти в необмежених кількостях.

Інший метод одержання антитіл заснований на ін’єкції отриманої гібридоми в черевну порожнину мишей. Там гібридома реплікується й викликає утворення асцитної пухлини (скупчення клітин плаваючих у рідині, яка заповнює черевну порожнину). Асцитна рідина, виділена із цієї миші, представляє суспензію, що містить антитіла. Клітини й білки, що не відносяться до МКА, видаляються. Матеріал, що залишився, представлений переважно антитілами. Цей метод дозволяє одержувати висококонцентровані препарати антитіл. Але масове виробництво вимагає одночасного використання декількох тисяч мишей. Крім того, одержаний матеріал вимагає доочищення. Це дорого й трудомістко, тому в наш час перевага віддається першому способу, з використанням культури клітин.