Antigen

Immunologische Bezeichnung für jede Substanz, an die sich an Antikörper und bestimmte Lymphozyten-Rezeptoren (TZR) spezifisch binden können (Antigen-Antikörper-Reaktion). Dieser Vorgang ist ein essenzieller Teil der adaptiven Immunität gegen Pathogene.

Antigene sind in der Lage, eine Immunantwort auszulösen. Sie wirken damit immunogen. Die Stelle des Antigens, die von dem entsprechenden Antikörper erkannt wird, heißt Epitop.

Grundsätzlich kann man unterscheiden:

• Fremdantigene, Glykoproteine eines anderen Lebewesens
• Selbstantigene, Glykoproteine des eigenen Körpers

Die meisten Antigene sind Proteine; antigenisch können aber auch Kohlenhydrate, Lipide oder andere Stoffe wirksam sein.

Protein-Antigene werden entweder durch Antikörper oder von T-Zell Rezeptoren (TCR) erkannt. Grundlegend wichtig war die Erkenntnis, dass T-Lymphozyten mittels ihrer antigenspezifischen Rezeptoren, Proteinantigene nur dann erkennen, wenn diese über einen Antigen-MHC-Komplex an der Oberfläche Antigen-präsentierender Zellen (APC) exprimiert sind. Auch körpereigene Substanzen können als Antigene wirken und damit " Autoantikörper" induzieren. S.a.u. Autoimmunkrankheit, s.a. Besonderheiten der Aktivierung durch Superantigene.

Die Antigenprozessierung des MHC-Klasse-I-Weg, verläuft in mehreren Schritten die über eine Proteinaufspaltung im Proteasom, einer Prozessierung durch einen Transporterprotein (TAP) zu einem Peptidbeladungskomplex, der letztlich zur Beladung des MHC-Moleküls und letztlich zur Antigenpräsentation an der  Zelloberfläche der APC führt.   

Die Antigenprozessierung des MHC-Klasse-II-Weg (exogene Antigene die von APCs durch Phagozytose, Endozytose oder Makropinozytose aufgenommen werden), verläuft ebenfalls in mehreren Schritten. Die Antigene werden durch versch. Rezeptoren (B-Zell-Antigen-Rezeptor,  Fc-Rezeptor, C-Typ-Lektin –Rezeptor u.a.) gebunden, internalisiert, in Enzym-reichen Vesikeln degradiert, in das Zytosol transloziert und schließlich in den MHC-Klasse-I-Weg eingeschleust (sog. cross-presentation).           

Lipidantigene werden im Gegensatz zu den Peptidantigenen nicht in Verbindung mit dem MHC-Komplex, sondern mit CD1-Molekülen von bestimmten Zellen erkannt. Dieser CD1-abhängige Präsentationweg spielt insbesondere in der Haut eine  besondere Rolle.  

Kleine Moleküle (<5kD) wie einzelne Kohlenhydrate, Amino- oder Fettsäuren bzw. bestimmte Medikamente können keine Immunreaktion bewirken.

Verschiedene niedermolekulare Stoffe lösen erst durch die Bindung an ein Trägerprotein eine Immunreaktion aus. D.h. aus einem nicht-immunogenen Protein wird ein Immunogen mit einem neuen Epitop zur Induktion einer Immunantwort. Sie werden als Haptene bezeichnet.

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 die adaptive Immunantwort aus.

Antigen-präsentierende Zellen (APCs) sind spezialisierte Zellen des Immunsystems, die den T-Zellen Antigene präsentieren. Hierzu gehören dendritische Zellen, Makrophagen und B-Zellen. APCs nehmen Substanzen durch Endozytose auf, verarbeiten sie in den Endosomen und koppeln sie an MHC-Moleküle, die wiederum auf der Zelloberfläche präsentiert werden. Eine T-Zelle mit einem passenden T-Zell Rezeptor (TCR) kann das Antigen dann als fremd erkennen.

B-Lymphozyten (B-Zellen), die 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, die an einen Antigen-MHC-Komplex gebunden haben und das Antigen als fremd erkannt haben, scheiden Zytokine aus. Diese Zytokine regen B-Zellen (Plasmazellen) zur spezifischen Antikörperproduktion (IgG, IgE, IgA) an. Antikörper binden spezifisch an das Antigen, markieren es damit ( Opsonierung) und führen so zu seiner Phagozytose durch Makrophagen. Diese binden mit ihren Fc-Rezeptoren an die konstante Region der Antikörper.

Allergene die Allergien auslösen können, werden Antigene genannt. Sie sind durch eine übermäßige Immunantwort (Allergie) auf ein an sich harmloses Allergen bedingt.

Aufgrund physikochemischer Eigenschaften der allergenen Substanz kommt es bei entsprechender Disposition zu einer Sensibilisierung gegenüber der Substanz oder gegen die an einen Träger gebundene Substanz.
Eine Schlüsselrolle im Immunsystem spielen die T-Helferzellen. Je nach der Art des Kontaktes mit dem Allergen differenzieren sie zu zwei verschiedenen Typen:

• Präsentieren Makrophagen das Antigen, bilden sich TH1-Zellen, die die Erzeugung von Immunglobulinen der Klasse G bewirken.
• Bieten B-Lymphozyten oder dendritische Zellen das Allergen dar, entstehen bei einer genetisch bedingten allergischen Prädisposition TH2-Zellen, die für die Produktion von IgE sorgen. Das spezifische IgE heftet sich an die in Haut und Schleimhäuten konzentrierten Mastzellen und stimuliert sie bei erneuter Begegnung mit dem Allergen zur Freisetzung von Mediatoren, d.h. entzündungsfördernden Stoffen wie Histamin. Gleichzeitig aktiviert das Allergen die spezifischen TH2-Zellen. Die stimulierten TH2-Zellen verstärken die allergischen Symptome zusätzlich, indem sie über Zytokine die Mastzellen sensibilisieren, Eosinophile aktivieren, zur Expression von Adhäsionsmolekülen anregen und die Bildung von TH1-Zellen unterdrücken.

Allergene besitzen unterschiedliche Epitope für IgE- und TH-Zellen.
Die IgE-bildenden B-Lymphozyten und TH-Zellen reagieren mit unterschiedlichen Bereichen der allergenen Moleküle, den B- und T-Zell-Epitopen. B-Lymphozyten binden mit ihren Immunglobulin-Rezeptoren vorzugsweise an Oberflächenstrukturen der nativen Allergen-Moleküle. Diese B-Zell-Epitope werden von der charakteristischen räumlichen Struktur der nativen Allergene bestimmt und sind oft aus nicht zusammenhängenden Peptidabschnitten zusammengesetzt. Solche B-Zell-Epitope sind diskontinuierlich und konformationsabhängig. Damit ein durch B-Zell-Epitope aktivierter B-Lymphozyt jedoch IgE-Antikörper bilden kann, braucht er weitere Signale von einer allergenspezifischen TH2-Zelle. Die TH-Zellen reagieren nicht mit dem intakten Allergen, sondern mit allergenen Fragmenten, die zudem noch an die körpereigenen MHC-Moleküle der Klasse II von Antigen-präsentierenden Zellen (APC) gebunden sein müssen. Dazu müssten die Allergene von der APZ aufgenommen und zu Peptiden von 10-35 Aminosäuren abgebaut werden. Diese T-Zell-Epitope sind von der Sequenz der Aminosäuren abhängig und nicht von der Konformation des nativen Allergens.
Die Umschaltung des B-Lymphozyten auf die Synthese von IgE-Antikörpern wird durch die Zytokine Interleukin-4 und Interleukin-13 der aktivierten TH2-Zelle sowie durch direkten Kontakt bestimmter Zellmembranmoleküle gesteuert.