Az immunglobulinok szerkezete és funkciója

antigénnel kimerített szérum Immunglobulinok = glikoproteinek Mobilitás alapján gamma-globulin Immunológiai funkció alapján antigén-specifikus fehérjék B sejt membránban antigén felismerő receptor BCR – B sejt receptor Testfolyadékokban (pl. szérum) ellenanyagok, antitestek albumin Fehérje mennyiség globulinok immunszérum 1 2   antigénnel kimerített szérum Mobilitás - +

Az immunoglobulinok B sejt Plazmasejt Immunoglobulinok

AZ IgG TÉRSZERKEZETE (szalagdiagramm) Mielómák segítettek a térszerkezet felltárásában – nagy mennyiségű homogén fehérje  röntgen krisztallográfia

Az immunoglobulin szerkezete Könnyű és nehéz láncok Diszulfid hidak láncok közötti láncon belüli diszulfid híd komplement aktiváció szénhidrát Variabilis és konstans régiók Kapocs régió CH1 VL CL VH CH2 CH3 Domének VL & CL VH & CH1 - CH3 (CH4 pl. IgM) Oligoszaharid kapocs régió Fc receptorhoz kötés

placentális transzfer kötődés az Fc receptorokhoz Az immunglobulinok enzimes hasítása segített a szerkezet és funkció sajátságainak vizsgálatában antigén- kötés komplement kötő hely placentális transzfer kötődés az Fc receptorokhoz

Immunoglobulin fragmentek: Struktúra/Funkció összefüggések Papain Fab Ag kötés (valencia=1 monovalens) Specificitást a VH és a VL domének határozzák meg VH VL Fc Effektor funkciók Fc Fab

Az antigén determináns és az ellenenyag antigénkötő ”zsebe” közötti kölcsönhatás elve

Immunoglobulin fragmentek: Struktúra/Funkció összefüggések Pepszin F(ab’)2 Antigén kötés bivalens! valencia=2 bivalens – képes lehet precipitációra, agglutinációra Fc peptidek + F(ab’)2

Miért szükséges az Fc régió? felismerni az antigént precipitálni az antigént (bivalencia!) blokkolni a toxinok vagy patogénnel asszociált molekulák aktív helyét (neutralizáció) blokkolni a gazda és a patogénnel-asszociált molekulák közötti kölcsönhatásokat az F(ab’)2 fragmentum képes sejtekkel kapcsolatos gyulladásos és effektor funkciókat a komplement rendszer gyulladásos és effektor funkcióit fagocitózist és az azt követő antigén prezentációs folyamatokat de Fc régió hiányában nem képes aktiválni

FELISMERÉS ÉS ELTAKARÍTÓ FUNKCIÓK Immunglobulin szerkezet - funkció kapcsolat B sejtek membránjához kötött, antigén kötő receptor lehetővé teszi, hogy a B sejtek érzékeljék a környezetükben az antigént összekapcsolja az extracelluláris teret az intracelluláris szignalizáció mechanizmusával szolubilis ellenanyag neutralizáció opszonizáció komplement kötés (és komplement effektor funkciók aktivációja) FELISMERÉS ÉS ELTAKARÍTÓ FUNKCIÓK

A konstans szekvenciákban található allélikus változatok OSZTÁLY/ALOSZTÁLY ANTIGÉNKÖTŐ HELY A H-lánc (nehézlánc) konstans régiójának típusai, eltérő aminosav szekvencia Ig osztályok: IgG, IgA, IgE, IgD, IgM; alosztályok: IgA1-2, IgG1-4 (könnyűlánc izotípusok: κ, λ) A konstans szekvenciákban található allélikus változatok IgG – Gm allélek A H- és L-lánc variábilis (V) régióinak egyedi szekvencia variabilitása (klón-specifikus) (Ez felel a sokféle antigén specifikus megkötéséért!) Gm allotípusok kapcsolatban lehetnek egyes betegségekkel – pl. szklerózis multiplexszel Clin Immunol Immunopathol. 1985 Nov;37(2):143-53. IgG (Gm) allotypes and multiple sclerosis in a French population: phenotype distribution and quantitative abnormalities in CSF with respect to sex, disease severity, and presence of intrathecal antibodies. Sesboüé R, Daveau M, Degos JD, Martin-Mondiere C, Goust JM, Schuller E, Rivat-Peran L, Coquerel A, Dujardin M, Salier JP. --------------------------------------------- Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Jul 22;105(29):10131-6. Epub 2008 Jul 21. Plant-produced idiotype vaccines for the treatment of non-Hodgkin's lymphoma: safety and immunogenicity in a phase I clinical study. McCormick AA, Reddy S, Reinl SJ, Cameron TI, Czerwinkski DK, Vojdani F, Hanley KM, Garger SJ, White EL, Novak J, Barrett J, Holtz RB, Tusé D, Levy R. Plant-made vaccines have been the subject of intense interest because they can be produced economically in large scale without the use of animal-derived components. Plant-made therapeutic vaccines against challenging chronic diseases, such as cancer, have received little research attention, and no previous human clinical trials have been conducted in this vaccine category. We document the feasibility of using a plant viral expression system to produce personalized (patient-specific) recombinant idiotype vaccines against follicular B cell lymphoma and the results of administering these vaccines to lymphoma patients in a phase I safety and immunogenicity clinical trial. The system allowed rapid production and recovery of idiotypic single-chain antibodies (scFv) derived from each patient's tumor and immunization of patients with their own individual therapeutic antigen. Both low and high doses of vaccines, administered alone or co-administered with the adjuvant GM-CSF, were well tolerated with no serious adverse events. A majority (>70%) of the patients developed cellular or humoral immune responses, and 47% of the patients developed antigen-specific responses. Because 15 of 16 vaccines were glycosylated in plants, this study also shows that variation in patterns of antigen glycosylation do not impair the immunogenicity or affect the safety of the vaccines. Collectively, these findings support the conclusion that plant-produced idiotype vaccines are feasible to produce, safe to administer, and a viable option for idiotype-specific immune therapy in follicular lymphoma patients. Egyeden belüli különféle antigéneket felismerő változatok Egyeden belüli típusok Egyedek közötti változatok

Humán Immunglobulin Osztályok IgG - gamma () nehézláncok IgM - mü () nehézláncok IgA - alfa () nehézláncok IgD - delta () nehézláncok IgE - epszilon () nehézláncok Izotípusok! könnyűlánc típusok kappa () lambda ()

AZ IMMUNOGLOBULIN TERMELÉS

ellenanyagszint napok szekunder válasz az A antigénnel szemben primer válasz az A antigénnel szemben primer válasz a B antigénnel szemben napok

Szabad IgM pentamer (”csillag”) Antigénhez kötött IgM (”rák”)

Az ellenanyag-antitest kötődés jellemzése Valencia: az antitestnek az antigénnel kialakított kapcsolatainak száma Affinitás: egy adott antigén és antigénkötő hely kapcsolatának erőssége Aviditás: az adott antitest összes kötőhelye affinitásainak „eredője” (nem az összege) sztérikus hatás

anyatej IgM anyai IgG IgG IgA SZÜLETÉS UTÁN 100% (felnőtt) 3 év 2 5 4 100% (felnőtt) 3 év 2 5 4 6 felnőtt 9 1 hónap anyai IgG SZÜLETÉS ELŐTT Születés elötti IgM a természetes ellenanyagtermelés termékei (CD5+ B1 sejtek – gyakran evol.konzervatív struktúrájú antigének felismerése, DNS, HSP, hisztonok – a VDJ átrendeződésnél általában az első? Szekvenciák kódolják) Az anyatejben található IgA áthidaló szerepű!

Az IgG placentális transzportja A neonatális Fcg receptor Humán FcgRn Humán MHC Class I Egyes állatok bélrendszerében az FcγRn megköti a kolosztrumból származó anyai eredetü IgG-t (pH6.5). A receptor ezután transzcitózissal átszállítódik az epitéliumon és a megváltozott kémhatás hatására (pH 7.4) az IgG felszabadul és bekerül az újszülött állat keringésébe. Egyes adatok szerint hasonló folyamat játszódik le a humán placentában, de a pontos mechanizmus még javarészt feltáratlan. (érdekesség- Az FcgRn és az MHC I molekula szerkezeti rokonságban áll.)

Passzív anti-D IgG

Az ABO vércsoport antigének szerkezete O ANTIGÉN A ANTIGÉN B ANTIGÉN A fenotípusok kialakulását kodominánsan öröklődő specifikus enzimek irányítják.

Donorválasztás az ABO-vércsoport antigének alapján Ma már csak elvi lehetőség, rutinban kizárólag csoport azonos (AB0 és Rh) vér transzfundálható! - + + + - - + + - + - + - - - - A vércsoport antigének ellen IgM antitest termelődik (bakteriális bélflóra antigénjeinek szerepe)

Az epiteliális felszínek védelme

bélrendszer, légzőrendszer nyálkahártya felszín A poli Ig receptor, a szekretoros IgA és a transzcitózis J C S s A pIgR elhasadása teszi lehetővé az IgA leválását, ami a továbbiak során ezt a receptor darabot mint – szekretoros fragmentumot hordozza J C S s J C S s Az IgA és pIgR aktív folyamat révén vezikulákban átkerül az apikális felszínre J C S s Epitéliális sejt bélrendszer, légzőrendszer nyálkahártya felszín Ki kellene hangsúlyozni, hogy itt nem a placentáról van szó, hanem pl. bélrendszer, tüdő, tejtermelő mirigyek A pIgR és az IgA internalizációja A “poli Ig receptorok” (pIgR) az epiteliális sejtek bazolaterális felszínén találhatóak. Az itt található IgA (és IgM) ellenanyagokat szállítják az apikális felszínre J C S s B A szubmukóza B sejtjei dimer IgA-t termelnek

A POLIKLONÁLIS ELLENANYAG VÁLASZ Immunszérum B-sejt készlet Ag Ag Aktivált B-sejtek Ellenanyag termelő plazmasejtek Antigén-specifikus ellenanyagok (Több klón termékei!)

MILYEN ELLENANYAGOK ALKOTJÁK? A gamma-globulin frakció poliklonális eredetű ellenanyagok keveréke – normál IgG ellenanyagok ~10 mg/ml albumin Fehérje mennyiség globulinok immunszérum 1 2   antigénnel kimerített szérum Mobilitás - + MILYEN ELLENANYAGOK ALKOTJÁK? Környezeti ingerek hatására képződött memória ellenanyagok TÜKRÖZI AZ EGYED IMMUNOLÓGIAI ELŐÉLETÉT Milyen patogénekkel találkozott már az egyed

Esettanulmány (Myeloma multiplex) Egy 55 éves háztartásbeli nő, aki egész életében jó egészségnek örvendett, szokatlan fáradékonyságot kezdett észlelni 1989-ben. Az orvosa a fizikai vizsgálat során nem észlelt semmilyen rendellenességet. A vérvizsgálat enyhe vérszegénységet mutatott ki: vörösvértestszám 3.5 x 106 / ml (normális érték: 4,2 – 5,0 x 106 / ml), fehérvérsejtszám 3600 / ml (normális érték: 5000 / ml). A vörösvérsejtek szedimentációs rátája 32 mm / h volt. (normális: <20 mm / h). (A szedimentáció gyorsabban megy végbe, ha a vérplazmában a fibrinogén- vagy az IgG szint emelkedett.) Az IgG koncentrációját 3790 mg / dl-nek (normális: 600 - 1500 mg / dl), az IgA-ét 14 mg / dl-nek (normális: 150 – 250 mg / dl), az IgM-ét 53 mg / dl-nek (normális: 75 -150 mg / dl) találták.

Esettanulmány (Myeloma multiplex) A szérum elektroforézise monoklonális fehérje jelenlétét mutatta ki, amely további vizsgálattal lambda-könnyűláncú IgG-nek bizonyult. normál szérum a beteg széruma Csontjainak röntgenvizsgálata nem mutatott ki rendellenességet. Semmilyen kezelést nem írtak elő.

Esettanulmány (Myeloma multiplex) 1991 áprilisában a szérum IgG-szintje 4520 mg / dl volt, 1992 januárjában pedig már 5100 mg / dl. 1992 novemberére az anémia fokozódott, a vörösvértestszám 3.0 x 106 / ml-re csökkent. Ugyanekkor fehérvérsejtjeinek száma 2600 / ml-re csökkent. 1992 decemberében hirtelen fájdalmat kezdett érezni a felkarjában és erős fejfájása is volt. A koponya és a bal felkar röntgenfelvételein lyukszerű csontritkulások látszottak.

Esettanulmány (Myeloma multiplex) Melphalan- (metil-fenil-alanin-mustár), kortikoszteroid- és sugárkezelést kapott, aminek hatására tünetei javulni kezdtek. 1993 áprilisában további kemoterápiára volt szüksége a szérum-IgG változatlanul magas szintje miatt. A kezelés hatására a szérum IgG szint 8200 mg / dl-ről 6000 mg / dl-re csökkent. 1995 februárjában és májusában is pneumoniája volt. Sikeres antibiotikum kezelést követően e betegségéből teljesen felépült. A továbbiakban az anémia kezelésére időnként vérátömlesztésre volt szüksége, és esetenként csontfájdalomra panaszkodott. Szérum IgG-szintje 6200 mg / dl-es értéknél stabilizálódott. Bár egészségi állapota a jelen esettanulmány végén viszonylag stabil volt, a túlélés reménye viszont nagyon csekély maradt. Napjainkban már csontvelő transzplantáció alkalmazása is felmerül lehetőségként a myeloma multiplexben szenvedő betegek kezelése során. A myeloma fehérjéknek az immunológia történetében igen fontos szerepe volt. Ezek vizsgálatával azonosították a Bence-Jones fehérjét, az IgG alosztályokat az immunglobulin molekulák láncainak teljes aminosav-sorrendjét Bence-Jones fehérje – szabad könnyűláncok

Kérdések A beteg szérum IgG-jét monoklonálisnak tekintették, mivel agarózgélen elektro- forézissel egy keskeny sávként vándorolt , s mivel lambda elleni antitestekkel reagált, kappa elleniekkel azonban nem. Milyen egyéb bizonyítékkal lehetne alátámasztani, hogy az illető IgG monoklonális? Az IgG-ről az is kimutatható, hogy egy bizonyos IgG-alosztályba tartozik, amely lehet IgG1, IgG2, IgG3 vagy IgG4. Továbbá, az is kimutatható, hogy ennek a bizonyos IgG-nek a keletkezése során egyetlen variábilis régió génátrendeződése következett be. A beteg anémiában (alacsony vörösvértestszám) és neutropéniában (alacsony fehérvérsejtszám) szenvedett. Mi volt ennek az oka? A csontvelőben a rosszindulatú plazmasejtek proliferációja kiszorította a vérsejt- prekurzorokat. A csontvelőben a hely limitálttá vált a plazmasejtek túltengése miatt.

A betegség előrehaladtával a beteg fogékonnyá vált a pyogén fertőzésekre, pl. rövid idő alatt kétszer is pneumonia alakult ki nála. Mi az alapja ennek a fertőzésre való fogékonyságnak? Bár a szérum IgG-szintje erősen emelkedett volt, az ismeretlen specificitású, monoklonális eredetű IgG zömét a gyorsan szaporodó malignus myeloma sejtek termelték. Így a többféle antigént felismerni képes poliklonális IgG mennyisége elenyészővé vált a plazmasejt tumor kialakulása miatt és poliklonális agammaglobulinémia alakult ki, miközben a neutrofil granulociták száma <1000 / ml alá csökkent, aminek következtében gyengült az extracelluláris baktériumok elleni védekezés. A szérumban a monoklonális immunoglobulint paraproteinnek vagy M-komponensnek is nevezik (M=myeloma ). Elegendő-e az M-komponens kimutatása a myeloma multiplex diagnózisához? Nem. Az M-komponens a kor előrehaladtával is jelentkezhet. Az életük kilencedik évtizedében lévő egészséges emberek 10%-ában kimutatható. Ezt az állapotot jóindulatú monoklonális gammopátiának nevezik. A csontléziók és a csontvelőben lévő rosszindulatú plazmasejtek kimutatása szükséges a myeloma multiplex diagnózisához. A plazmasejtek egy másik malignus rendellenessége a Waldenström-féle makroglobulinémia, ami IgM szaporulattal jár, de a myeloma multiplextől eltérő, jobb indulatú megbetegedés.

B sejt tumorok Ide jöhetne visszautalólag az idiotípus antigénnel immunizálás pl. B-CLL esetében

Monoklonális ellenanyagok egyetlen B-limfocita klón termékei homogének (antigénspecifitás, affinitás, izotípus) - humán szervezetben patológiás körülmények között (adott plazmasejt klón malignus szaporulata) előnye a poliklonális ellenanyaggal szemben, hogy a meghatározott specificitású és izotípusú ellenanyagok nagy mennyiségben és azonos minőségben állíthatók elő (homogenitás, mind az affinitás, mind az izotípus, mind az antigén specifictás terén!) Széleskörű, egyre növekvő terápiás felhasználás 1998: az első monoklonális törzskönyvezése az USA-ban 2007: 20-25 gyógyszerként törzskönyvezett monoklonális antitest a piacon, >50 kipróbálás alatt)

A poliklonális és monoklonális ellenanyagok jellemzői Poliklonális ellenanyag Kis affinitású Monoklonális Ea. Nagy affinitású Monoklonális Ea. Felismert antigén determinánsok száma Több (gyakori keresztreakciók) Egy (de gyakori keresztreakciók) Legtöbbször egy Specificitás polispecifikus gyakran polispecifikus monospecifikus Affinitás Változó (többféle ellenanyag) kicsi nagy Nem-spec. Immunglobulinok koncentrációja magas alacsony Előállítási költség Standardizálhatóság nem, ill. nehézkes egyszerű Mennyiség limitált korlátlan Gyakorlati felhasználhatóság módszer függő gyenge kiváló

Monoklonális ellenenyagok felhasználási lehetőségei a klinikai gyakorlatban (későbbi szemináriumok témája is) DIAGNOSZTIKA Vércsoport meghatározás (anti-A, anti-B, anti-D ellenanyagokkal) Komplex antigén keverékek analizálása (szérum, liquor) Sejttípusokra jellemző markerek azonosítása Immunhisztokémia Limfómák tipizálása CD markerek segítségével TERÁPIA Sejtek elválasztása CD34+ csontvelői őssejtek gyűjtése autológ/allogén transzplantációhoz perifériás vérből Sejtfelszíni és oldott molekulák funkcionális vizsgálata Sejt aktiváltsági állapotának vizsgálata Célzott kemoterápia CD20+ B-sejtek elleni antitestek B-sejtes Non-Hodgkin limfómában Szervátültetés utáni kilökődés megakadályozása célzott T-sejt gátlással

Monoklonális antitestek, mint beadható gyógyszerek? Az egérben termelődő antitestek emberbe oltva -fajidegen fehérjeként - hatékony immunválaszt indukálhatnak. (ld. immunogenitást meghatározó tényezők – filogenetikai távolság!) Hogyan kerülhető meg a probléma?

A monoklonális antitestek fejlődése Humán Egér / Patkány Kiméra Humanizált The participation in regulatory review allows the researcher reviewer a reality check for the real regulatory impact of the MOA data

Gyógyszerként alkalmazott monoklonális ellenanyagok - Tumorterápia Lehetővé tették a célzott, szelektív kemoterápia következő lépcsőfokának elérését (Sejttípus-specifikus, de még mindig nem csak a malignus sejtekre specifikus!) Immunszuppresszió Sejttípusra specifikus immunszuppresszió lehetősége

Terápiás monoklonális antitestek elnevezése A gyógyszerként használt monoklonális antitesteket generikus névvel (nem igényel tulajdonjogot) illetik. A nevezéktan sémáját a WHO határozza meg. A nevezéktan részei: Például:Abciximabab- + -ci(r)- + -xi- + -mab, egy kardiovaszkuláris megbetegedésekben használt monoklonális kiméra ellenanyag.

Monoklonális ellenanyagok a tumorterápiában „Naked MAb”, nem konjugált antitest Anti-CD20 (rituximab – Mabthera/Rituxan, humanizált): B-sejtes Non-Hodgkin lymphoma Anti-CD52 (alemtuzumab – Mabcampath, humanizált): chronicus lymphoid leukaemia (3. vonalban, chlorambucil és fludara rezisztens esetekben) Anti-ErbB2 (trastuzumab – Herceptin, humanizált): emlőtumor Anti-VEGF (bevacizumab – Avastin, humanizált): colorectalis tu. (+ Lucentis!) Anti-EGFR (cetuximab – Erbitux, kiméra): colorectalis tu. (+ Vectibix, rekomb. humán!) 2. konjugált antitest Anti-CD20 + yttrium-90 izotóp (ibritumomab- Zevalin) Anti-CD20 + jód-131 (tositumomab – Bexxar, kiméra!)

Immunszuppresszív ellenanyagok 1. Anti-TNF-α antitestek infliximab (Remicade): 1998 óta, kiméra adalimumab (Humira): 2002, rekombináns humán Etanercept (Enbrel) – dimer fúziós fehérje, TNF-α receptor + Ig Fc-vég (Nem monoklonális antitest, csak Ig Fc-véget tartalmaz!) Anti-TNF-α terápia indikációi: Rheumatoid arthritis Spondylitis ankylopoetica (SPA - M. Bechterew) Plakkos psoriasis, arthritis psoriatica Crohn-betegség, colitis ulcerosa (általában - még - nem 1. vonal!)

Immunszuppresszív ellenanyagok 2. Muromonab-CD3 (OKT-3) egér IgG2a CD3 pan-T sejt antigén ellen, szervátültetést megelőzően vagy követően alkalmazott immunszupresszív kezelésre; ma már ritkán használják (fajidegen fehérje!); humanizált változatával I-es típusú diabetes mellitusban folynak vizsgálatok Omalizumab (Xolair): IgE elleni humanizált IgG1k monoklonális antitest Ind.: allergiás asthma, Churg-Strauss szindróma Daclizumab (Zenapax): IL-2 receptor elleni, humanizált antitest. Ind.: transzplantációt követően kilökődési reakció ellen, T-limfocita aktivitás gátlására basiliximab (Simulect): mint daclizumab, de kiméra! efalizumab (Raptiva): anti-CD11a, humanizált, ind.: psoriasis

Regisztrált molekulárisan irányított szerek Név Típus Támadás-pont Indikáció Alemtuzumab (Mabcampath) Daclizumab (Zenapax) Basiliximab (Simulect) Rituximab (Rituxan/Mabthera) Trastuzumab (Herceptin) Gemtuzumab Ibritumomab (Y90) Edrecolomab Gefitinib Imatinib Monoklonális Ab, humanizált Monoklonális IgG1, kiméra Monoklonális IgG1, humanized Monoklonális IgG4, humanized Calicheamicinnel konjugált Monoklonális IgG1, egér Monoklonális IgG2, egér EGFR-TKI KIT-TKI CD52 IL-2 R CD20 HER2/neu CD33 EpCAM EGFR TK TK CLL, CML rák, leukémia rák, limfóma emlő-, prosztatarák, NSCLC CRC NSCLC GIST, CML

További lehetőségek monoklonális ellenanyagok felhasználására Radio-immunotherápia Pl. Zevalin, Bexxar – monoklonális + izotóp Antibody-directed enzyme prodrug therapy (ADEPT) Az antitesthez enzimet kötnek, mely a később szisztémásan bevitt, ártalmatlan prodrug vegyületet lokálisan alakítja a citotoxikus, hatékony metabolittá Immuno-liposzómák Liposzómába csomagolt nukleotidok vagy gyógyszer célzása monoklonális antitestekkel (pl. tumorszuppresszor gének bevitele, szövetspecifikus génbevitel) Nem immunológiai célpontú manipulációk pl. abciximab (ReoPro): thrombocyta-aggregatio gátlása

Passzív immunizálás VESZÉLYEZTETETT EGYED egér monoklonális ellenanyagok Humán immunglobulin transzgenikus egér humanizált, egér monoklonális ellenanyagok immunizálás humán monoklonális ellenanyagok VÉDETT EGYÉN szérum ellenanyag Az immunrendszer nem aktiválódik Azonnal hat Átmeneti védelem/hatás Immunoglobulin lebomlás! VESZÉLYEZTETETT EGYED

Passzív immunizálás II. Típus Alkalmazás Intramuszkuláris (kis mennyiségben jut be, kevésbé hatékony) HBV-Ig; Varicella-Zoster-Ig; Anti-D profilaxis Intravénás (IVIG) Humorális immundefektusok (Bruton-féle agammaglobulinaemia; hypogammaglobulinaemiával járó variábilis és kevert immundefektusok) Méreg elleni ellenanyagok (pl. kígyómarás) Anyatej! IgA