ANTIBODI
(FUNGSI, STRUKTUR, GENETIK)
Disulfide bond Carbohydrate VL CL CH1 VH CH2 CH3 Hinge Region
Dr. Tetty Aman Nasution,MMedSc Departemen Mikrobiologi
VH
Departemen Mikrobiologi FK-USU
Humoral and cellular immunity
(antibody mediated or cellular) (antibody mediated or cellular)
ANTIBODI
ANTIBODI
• Protein yang mengandung bahan
ANTIBODI
ANTIBODI
• Protein yang mengandung bahan
larut tanpa sel, disebut “globulin”
– Immunoglobulin (Ig)
– Pemisahan secara elektroforesis, Ig
terbanyak gamma, juga ada alfa & beta
– Ciri-ciri yang penting ada 2 yaitu:
C
c
ya g pe t g ada
ya tu
Immunoglobulins
• Molekul Glycoprotein yang diproduksi oleh
Molekul Glycoprotein yang diproduksi oleh
sel plasma akibat respon terhadap imunogen
dan berfungsi sebagai Antibodi
+
-albumin globulins nt of pr otein Immune serum Ag adsorbed serum ά1 ά2 2 β γ Amou Mobility
Produksi Antibodi
Produksi Antibodi
)
Immunoglobulin (Ig) dibentuk oleh sel plasma,
Immunoglobulin (Ig) dibentuk oleh sel plasma,
berasal dari proliferasi sel B, akibat kontak
d
A ti
dengan Antigen
)
A tib di t b
t k
ifik i i k
)
Antibodi terbentuk secara spesifik ini akan
mengikat antigen baru lainnya yang sejenis
Specificity and Biological Activity
• Spesifisitas (Specificity)
– Struktur antibodi Æ memiliki hypervariable region atau yp g complementary-determining region (CDR)
– Berikatan secara khusus & terbatas pada struktur antigen
tertentu tertentu
•• Aktivitas Biologik (Biological Activity)Aktivitas Biologik (Biological Activity)
– Neutralization toxin dan aktivitas virus – Immobilisasi dari mikroorganisme
– Agglutination (clumping) dari microorganismeAgglutination (clumping) dari microorganisme
– Berikatan dengan Ag terlarut menuju peristiwa precipitation
(phagocytosis)
A ti ti l t t f ilit i l i d
– Activating complement system : memfasilitasi lysis, dan
Constant and Variable Regions
Constant and Variable Regions
Antibody Structure
C
H
V
H
CC
L
V
L
V
L
Struktur Light & Heavy Chains
• Analisis Struktur
– Papain digestion (Porter,1959)
– Enzim papain memecah pd hinge region
• 3 fragments (MW = 150,000 Da), 45,000 Da/each • Fab fragments (Fragmen antigen binding)
– Tetap memiliki sifat Antibodi, mengikat Ag
– Bereaksi dengan determinan Antigen dan hapteng g p
– Univalent
– 2 fragmen yang identik
• Fc fragment (fragment crystallizable) • Fc fragment (fragment crystallizable)
– Dapat dikristalkan dari larutan – Tidak dapat mengikat Ag
Struktur Light & Heavy Chains
• Pemecahan oleh enzim Pepsin
– Memecah pada asam amino sebelum ikatan disulfidMemecah pada asam amino sebelum ikatan disulfid – Divalent fragment disebut sebagai F(ab’)2
– Terbentuk beberapa Fc subfragmentsTerbentuk beberapa Fc subfragments
• INTRA-chain disulfide bond membentuk
immunoglobulin-fold domains (loops in the chains)
• Loops ini membentuk antiparallel b-pleated sheets yg • Loops ini membentuk antiparallel b-pleated sheets yg
merupakan karakteristik molekul Ab dan anggota dari immunoglobulin superfamily
Struktur Light & Heavy Chains
• 2 jenis rantai ringan (Light chain) tdd 230 aa
) Κ and λ chains (kappa dan lambda)– Setiap orang akan memproduksi kedua type L chainSetiap orang akan memproduksi kedua type L chain – Rasio Κ dan λ chains bervariasi antar species
• (mouse: 95% Κ; human: 60% Κ)
– Pada tiap orang, L chains Ig molecule selaluPada tiap orang, L chains Ig molecule selalu
Struktur Light & Heavy Chains
• 5 klas yang berbeda (isotypes) dari Heavy chain
– Berbeda secara serologis dalam jumlah CHO dan – Berbeda secara serologis, dalam jumlah CHO dan
dari ukuran
– Berhubungan dengan perbedaan fungsi biologikBerhubungan dengan perbedaan fungsi biologik
Ig Class (isotype) H Chain I M (M ) IgM (Mu) μ IgD (Delta) δ IgG (Gamma) γ IgG (Gamma) γ IgA (Alpha) α IgE (Epsilon) ε
Fungsi Antibodi
Fungsi Antibodi
)
Berikatan dengan reseptor permukaan dari
virus dan mencegah masuk ke dalam sel
(inactivation).
(
)
)
Berikatan dengan toxin yg larut dan
menyebabkan presipitasi (neutralization)
menyebabkan presipitasi (neutralization).
)
Merangsang (induksi) fagositosis
)
Aktivasi Complement System menyebabkan
sel lisis setelah serangan mikroorganisme
Types of adaptive immunity: Extracellular pathogens MICROBE FUNCTIONS EFFECTOR MECHANISMS RESPONDING LYMPHOCYTES MICROBE FUNCTIONS Block invasion, MECHANISMS
Y
LYMPHOCYTESB
infection and eliminate pathogens.Y
Y
Th
Extra cellular Neutralise toxins Secreted B lymphocytesTh
pathogen antibody B lymphocytes helped by T helper cellsEffector Mechanisms vs. Extracellular Pathogens & Toxins NEUTRALISATION NEUTRALISATION Bacterium Toxin ` ` Toxin release blocked Adhesion to
host cells blocked
Prevents toxicity Prevents in asion toxicity NEUTRALISING ANTIBODIES invasion
Effector Mechanisms Against Extracellular Pathogens
OPSONISATION
Bacteria in extracellular space Bacteria in extracellular space
+ Ab Antibody receptor binding OPSONISATION Phagocytosis binding
Effector Mechanisms Against Extracellular Pathogens COMPLEMENT Activation Bacteria in plasma Lysis & + y Ab & COMPLEMENT Phagocytosis Complement & Fc receptor Opsonisation binding Fc receptor
Types of adaptive immunity: Extracellular pathogens FUNCTIONS RESPONDING LYMPHOCYTES EFFECTOR MECHANISMS MICROBE FUNCTIONS Cytokines that activate LYMPHOCYTES
Th
MECHANISMS MICROBE activate macrophages to kill phagocytosedTh
p g y pathogens T helper lymphocytes activated by ti t d Phagocytosed antigen presented by MHC class II molecules Cytokines pathogen in macrophageTypes of adaptive immunity:
Intracellular pathogens
Intracellular pathogens
C O S C O EFFECTOR C S S RESPONDING OC S FUNCTIONS Kill infected cells andMICROBE LYMPHOCYTES MECHANISMS
cells and remove reservoirs of pathogen
CTL
pathogen. Exposes pathogens to Abs and Intracellular innate immunity Intracellular replication (e.g. Leishmania, viruses) Apoptosis Cytotoxic T lymphocyte )Fragment Immunoglobulin :
Hubungan Struktur & Fungsi
Ag Binding
Complement Binding Site Complement Binding Site
Placental Transfer Binding to Fc
Receptors
Antigen Presentation
Antigen Presentation
)
Antigen yg masuk melalui usus akan
dihancurkan oleh gut-associated lymphoid
tissues (GALT)
(
)
)
Antigen yg masuk melalui kulit atau
respiratory tract akan dihancurkan secara
local atau ditransport ke local lymph nodes.
)
Antigen yg memasuki darah akan disaring di
d l
l
Antigenic Determinant / Epitope
g
p
p
)
Tempat spesifik dari antigen yang berikatan
p
p
g
y
g
dengan
antibodi
disebut
antigenic
determinant atau epitope
determinant atau epitope.
)
Kebanyakan antigen memiliki berbagai jenis
epitopes
yang
merangsang
antibodi
yang
berbeda disebut sebagai polyclonal.
)
Immune response tunggal
terhadap suatu
antigen disebut sebagai monoclonal
Three-Dimensional Structure
)
Each domain folds into a very similar
three-dimensional structure
)
In
the
variable
domain
there
are
three
hypervariable loops that form the antigen
bi di
it
binding site
)
Changing the length and amino acid sequence
of the hypervariable loops does not disturb the
three dimensional structure
IgG molecule
Used with permission from: Dr. Mike Clark, Immunology Division, Department of Pathology Cambridge University, Cambridge, England
Immunological Memory
)
Primary immune response adalah paparan 1x
d i
ti
t h d
i
t
dari antigen terhadap immune system.
)
Secondary immune response terjadi pada saat
y
p
j
p
paparan berikut terhadap antigen yang sama.
)
Secondary response disebabkan oleh adanya
memory cells yg terbentuk pada paparan yang
memory cells yg terbentuk pada paparan yang
Dasar genetik dari heterogenitas Antibodi
• Isotypic variation–
– Dimiliki oleh semua individu yang sehat Dimiliki oleh semua individu yang sehat
–
– 5 subklas dari Ig terdapat dlm gen manusia5 subklas dari Ig terdapat dlm gen manusia
• Allotypic variation
–
– Perbedaan genetik antara individuPerbedaan genetik antara individu
–
– Tdk semua individu sehat memiliki allotype yang khususTdk semua individu sehat memiliki allotype yang khusus
–
– Perbedaan allotypic dr locus yg diketahui biasanya melibatkan Perbedaan allotypic dr locus yg diketahui biasanya melibatkan perubahan pada 1 atau 2 aa di constant region dari heavy chain perubahan pada 1 atau 2 aa di constant region dari heavy chain
• Idiotypic variantion
–
– Variasi pd variable domain, khususnya pd hypervariable region Variasi pd variable domain, khususnya pd hypervariable region
–
– Biasanya spesifik pada individual klon antibodyBiasanya spesifik pada individual klon antibody
–
Classes of Antibodies
)
Lima kelas antibodi
(IgA, IgD, IgE, IgG,
and
IgM)
dapat dibedakan dari komposisi Heavy
chain
)
Perbedaan dari Heavy chains (pada tail
Perbedaan dari Heavy chains (pada tail
regions) menyebabkan perbedaan fungsi dari
masing2 kelas antibodi
IgG
• Structure
– Monomer (7S)
Biological Properties of IgG
– Komponen utama Ig serum, BM : 160.000 Da
– 75% serum Ig & 15% total protein dalam serum
– Tersebar merata antara ruang intra &
g
extravascular
– 4 subclasses : IgG1, IgG2, IgG3, IgG4
– IgG1, IgG2 and IgG 4 Æ half life lbh kurang 23 hari
g
, g
g
g
terpanjang dari semua Ig isotypes (IgG3 sekitar 7 hr)
– Paling sesuai untuk Immunisasi Pasif
Biological Properties of IgG
• Agglutinasi dan pembentukan presipitat • Agglutinasi dan pembentukan presipitat
• Opsonisasi, krn sel2 fagosit, monosit & makrofag
mempunyai reseptor utk Fc dari IgG shg mempererat mempunyai reseptor utk Fc dari IgG shg mempererat hubungan fagosit dan sel sasaran
Ab d d t C ll M di t d C t t i it (ADCC) • Ab-dependent, Cell-Mediated Cytotoxicity (ADCC)
– Bagian Fab berikatan dgn target cell dan bagian Fc
berikatan dgn Fc receptor pd NK cells utk menuju killer cell di target
• Aktivasi dari Complement, netralisasi Toxin (dgn cara menghambat active site), Immobilisasi dari Bacteria
• Netralisasi Virus (menghambat attachment, penetrasi dan viral coat shedding)
Biological Properties of IgG
I l b li d t b l t I l b li d t b l t •• Imunoglobulin yang dapat menembus plasenta Imunoglobulin yang dapat menembus plasenta
diperantarai oleh Fc diperantarai oleh Fc
•• Kehamilan 3Kehamilan 3--4 bln, tjd peningkatan yg cepat dari IgG ibu4 bln, tjd peningkatan yg cepat dari IgG ibu •• Setelah umur 5 bln, fetus mulai menghasilkan IgM & IgA Setelah umur 5 bln, fetus mulai menghasilkan IgM & IgA Se e a u u 5 b , e usSe e a u u 5 b , e us u au a e g ase g as aa gg & g& g
dlm jumlah yang kecil dlm jumlah yang kecil 3
3 4 bl4 bl t l h k l hit l h k l hi ll l I G ibl I G ib l il i && •• 33--4 bln setelah kelahiran, level IgG ibu mulai menurun & 4 bln setelah kelahiran, level IgG ibu mulai menurun &
infant mulai menghasilkan Ig G sendiri infant mulai menghasilkan Ig G sendiri
•• Penyerapan IgG ibu dlm colostrum diperoleh akibat Penyerapan IgG ibu dlm colostrum diperoleh akibat berikatan IgG dgn Fc receptors dlm jaringan intestinal berikatan IgG dgn Fc receptors dlm jaringan intestinal gg gg pp jj gg •• Berkaitan dgn Berkaitan dgn erythroblastosis fetaliserythroblastosis fetalis (Rh incompatibility)(Rh incompatibility)
IgM
• Structure
Structure
– Pentamer (19S) – Extra domain (CH4)
J h i (j i i h i ) J Chain
– J chain (joining chain) J Chain
Biological Properties of IgM
• Ig pertama yang terbentuk setelah immunisasi
• Macroglobulin (M), dengan BM = 900,000 Da • Memiliki extra CH domain
• Pentamer molecule (tdd 5 rantai polipeptida) • Pentamer molecule (tdd 5 rantai polipeptida)
• Memiliki ikatan disulfid tambahan antara Fc portions dengan t i li tid J h i
rantai polipeptida J chain • 5 Ag combining sites
• Ditemukan lebih banyak pada ruang intravascular • Half life dalam 5 hariHalf life dalam 5 hari
Biological Properties of IgM
• Tidak menembus placenta
• Hanya kelas Ig yang disintesis oleh fetus (5 bulan
kehamilan)
• Peningkatan level IgM pd fetus menunjukkan
g
g
p
j
congenital atau perinatal infeksi
• Isotype pertama yang disintesis setelah imunisasi
Isotype pertama yang disintesis setelah imunisasi
terhadap T-dependent Ag
• Kadar IgM yang meninggi biasanya menunjukkan
Kadar IgM yang meninggi biasanya menunjukkan
infeksi yang baru terjadi atau paparan thd Ag
Biological Properties of IgM
• IgM molecule bersifat efisien thd agglutinasi
• Natural antibodi, isohemagglutinins terhadap Red
Blood Cell (RBC) Ag dari golongan darah A,B,O
• Aktivasi dari complement
• Bentuk pertahanan pertama yang paling penting
• Bentuk pertahanan pertama yang paling penting
terhadap infeksi bakteri
• Tidak sensitif thd neutralisasi toxin dan
neutralisasi terhadap virus
p
IgA
S
• Structure
– Serum - monomer – Secretions (sIgA)Secretions (sIgA)
• Dimer (11S) • J chain
• Secretory componentSecretory component
J Chain Secretory Piece
Biological Properties of IgA
Jumlah sedikit dlm serum, tp lbh tinggi dlm btk IgA sekretori (sIgA) dlm cairan sekresi sal. Napas, sal. Cerna, sal. Kemih, air mata, keringat, ludah, dan air susu, BM= 165.000 Da
I t b k d k k
Ig terbanyak pada permukaan mukosa
IgA dibentuk sel plasma dlm sel epitel lamina propria selaput lendir (bukan sel B) ke lumen sal cerna jg melepas secretory lendir (bukan sel B), ke lumen sal cerna, jg melepas secretory piece utk membtk sIgA yg terlindung dr pencernaan enzim
Penting pada imunitas neonatus Penting pada imunitas neonatus
Kadar IgA yg tinggi dlm serum, pd infeksi kronik sal. Napas dan cerna spt TB, sirosis alkoholik, peny. Coeliac, kolitis ulseratif dan cerna spt TB, sirosis alkoholik, peny. Coeliac, kolitis ulseratif dan peny. Crone
Fungsi : agglutinasi, memudahkan fagositosis, opsonisasig gg g Mengaktifkan komplemen melalui jalur alternatif
Origin of Secretory Component of
sIgA
IgD
• Structure
S uc u e
– Monomer – Tail piece
Biological Properties of IgD
•
Kadar sangat rendah dalam sirkulasi
• Peka terhadap degradasi oleh proses
proteolitik
• Komponen permukaan utama dari sel B dan
petanda diferensiasi sel B yang matang
• Tidak mengikat komplemen
• IgD ditemukan bersama IgM pd permukaan
• IgD ditemukan bersama IgM pd permukaan
sel B sebagai reseptor antigen
IgE
• Structure
S uc u e
– Monomer – Extra domain (CH4) CH4 CH4Biological Properties of IgE
– Ig dengan jumlah paling sedikit dalam serum
• Berikatan dgn basophil dan mast cells (tidakBerikatan dgn basophil dan mast cells (tidak memerlukan ikatan Ag)
– Berperan pada Reaksi Alergi
– Berperan pada Infeksi Parasit (Helminths)
Berperan pada Infeksi Parasit (Helminths)
• Berikatan dengan Fc receptor pd eosinophils
Reaksi Alergi
)
Berikatan dan cross-linking dr Antigen pada
IgE molecule yang terikat pd mast cells atau
IgE molecule yang terikat pd mast cells atau
basophil kemudian memicu sekresi amines
(khususnya histamine) melalui exocytosis.
)
Menyebabkan dilatasi dan peningkatan
Menyebabkan dilatasi dan peningkatan
permeabilitas pembuluh darah
)
Pd keadaan normal, membantu lymphocyte
dan antibodi msk ke tempat peradangan
p
p
g
AN ALLERGIC REACTION
MAST CELL EARLY OR ACUTE IL-5VASOACT IVE MEDIATORS
CELL EOS IL-4 IgE B CELL IL-5 IL-4 ALLERGEN MAST CELL Th2 LATE DENDRITIC CELL DENDRITIC CELL
