Hapten - Hapten

Haptene sind kleine Moleküle , die nur dann eine Immunantwort auslösen , wenn sie an einen großen Träger wie ein Protein gebunden sind ; der Träger kann auch einer sein, der selbst keine Immunantwort hervorruft (im Allgemeinen können nur große Moleküle, infektiöse Agenzien oder unlösliche Fremdstoffe eine Immunantwort im Körper hervorrufen ). Sobald der Körper Antikörper gegen ein Hapten-Träger- Addukt gebildet hat , kann das niedermolekulare Hapten möglicherweise auch an den Antikörper binden, löst jedoch normalerweise keine Immunantwort aus; normalerweise kann dies nur das Hapten-Träger-Addukt. Manchmal kann das niedermolekulare Hapten sogar die Immunantwort auf das Hapten-Träger-Addukt blockieren, indem es verhindert, dass das Addukt an den Antikörper bindet, ein Prozess, der als Hapten-Hemmung bezeichnet wird .

Die Mechanismen des Fehlens einer Immunantwort können variieren und komplexe immunologische Mechanismen beinhalten, können aber auch fehlende oder unzureichende co-stimulatorische Signale von Antigen-präsentierenden Zellen umfassen .

Haptene wurden verwendet, um allergische Kontaktdermatitis (ACD) und die Mechanismen entzündlicher Darmerkrankungen (IBD) zu untersuchen, um autoimmunähnliche Reaktionen auszulösen.

Das Konzept der Haptene ging aus der Arbeit von Karl Landsteiner hervor , der auch Pionierarbeit bei der Verwendung synthetischer Haptene zur Untersuchung immunchemischer Phänomene leistete.

Beispiele für Haptene

Die ersten untersuchten Haptene waren Anilin und seine Carboxylderivate ( o- , m- und p-Aminobenzoesäure ).

Ein bekanntes Beispiel für ein Hapten ist Urushiol , das im Giftefeu vorkommende Toxin . Wenn es von einer Giftefeupflanze durch die Haut aufgenommen wird, wird Urushiol in den Hautzellen oxidiert , um das eigentliche Hapten zu erzeugen, ein reaktives Chinon- artiges Molekül, das dann mit Hautproteinen reagiert, um Hapten-Addukte zu bilden. Üblicherweise führt die erste Exposition nur zu einer Sensibilisierung, bei der es zu einer Vermehrung von Effektor-T-Zellen kommt. Nach einer anschließenden zweiten Exposition können die proliferierten T-Zellen aktiviert werden und eine Immunreaktion auslösen, die typische Bläschen einer Giftefeu-Exposition erzeugt.

Einige Haptene können Autoimmunerkrankungen auslösen . Ein Beispiel ist Hydralazin , ein blutdrucksenkendes Medikament, das bei bestimmten Personen gelegentlich einen arzneimittelinduzierten Lupus erythematodes hervorrufen kann . Dies scheint auch der Mechanismus zu sein, durch den das Narkosegas Halothan eine lebensbedrohliche Hepatitis verursachen kann , sowie der Mechanismus, durch den Medikamente der Penicillin- Klasse eine autoimmunhämolytische Anämie verursachen .

Andere Haptene , die üblicherweise in molekularbiologischen Anwendungen verwendet werden , umfassen Fluorescein , Biotin , Digoxigenin und Dinitrophenol .

Schließlich wird die Nickelallergie durch Nickelmetallionen verursacht, die in die Haut eindringen und sich an Hautproteine ​​binden.

Hapten-Konjugation

Aufgrund ihrer Natur und ihrer Eigenschaften sind Hapten-Träger-Addukte für die Immunologie unverzichtbar . Sie wurden verwendet, um die Eigenschaften spezifischer Epitope und Antikörper zu bewerten . Sie sind wichtig bei der Reinigung und Produktion von monoklonalen Antikörpern . Sie sind auch für die Entwicklung sensitiver quantitativer und qualitativer Immunoassays von entscheidender Bedeutung . Um jedoch die besten und wünschenswertesten Ergebnisse zu erzielen, müssen viele Faktoren bei der Gestaltung von Hapten-Konjugaten berücksichtigt werden. Dazu gehören die Methode der Hapten-Konjugation, die Art des verwendeten Trägers und die Hapten-Dichte. Variationen dieser Faktoren könnten zu unterschiedlich starken Immunantworten gegenüber der neu gebildeten antigenen Determinante führen.

Im Allgemeinen sollten diese Trägerproteine ​​immunogen sein und genügend Aminosäurereste in den reaktiven Seitenketten enthalten, um mit den Haptenen zu konjugieren. Abhängig von den verwendeten Haptenen könnten andere Faktoren bei der Berücksichtigung der Trägerproteine ​​ihre in vivo-Toxizität, kommerzielle Verfügbarkeit und Kosten umfassen.

Zu den häufigsten Trägern gehören Serumglobulin , Albumine , Ovalbumin und viele andere. Obwohl hauptsächlich Proteine ​​für die Hapten-Konjugation verwendet werden, könnten auch synthetische Polypeptide wie Poly-L-glutaminsäure , Polysaccharide und Liposomen verwendet werden.

Methoden der Hapten-Konjugation

Bei der Auswahl einer geeigneten Methode zur Hapten-Konjugation müssen funktionelle Gruppen auf dem Hapten und seinem Träger identifiziert werden. Abhängig von den anwesenden Gruppen kann eine der beiden Hauptstrategien angewendet werden:

  1. Spontane chemische Reaktion: Wird verwendet, wenn Hapten ein chemisch reaktives Molekül wie Anhydride und Isocyanate ist . Dieses Konjugationsverfahren ist spontan und es werden keine Vernetzungsmittel benötigt.
  2. Vernetzung von Zwischenmolekülen: Diese Methode gilt hauptsächlich für nichtreaktive Haptene. Mittel mit mindestens zwei chemisch reaktiven Gruppen wie Carbodiimid oder Glutaraldehyd sollen die Konjugation von Haptenen an ihre Träger unterstützen. Das Ausmaß der Vernetzung hängt vom Verhältnis Hapten/Träger zu Kupplungsmittel, der Hapten/Träger-Konzentration und der Temperatur, dem pH-Wert der Umgebung ab.
    • Carbodiimid : Eine Gruppe von Verbindungen mit der allgemeinen Formel RN=C=NR′, wobei R und R′ entweder aliphatisch (dh Diethylcarbodiimid) oder aromatisch (dh Diphenylcarbodiimid) sind. Die Konjugation unter Verwendung eines Carbodiimids erfordert die Anwesenheit von α- oder ɛ-Amino und einer Carboxylgruppe . Die Aminogruppe stammt normalerweise vom Lysylrest des Trägerproteins, während die Carboxylgruppe vom Hapten stammt. Der genaue Mechanismus dieser Reaktion ist noch unbekannt. Es werden jedoch zwei Wege vorgeschlagen. Die erste postuliert, dass eine Zwischenstufe gebildet wird, die mit einem Amin reagieren kann . Die zweite besagt , dass eine Umlagerung eines Acyl- Harnstoff , das Hauptnebenprodukt der Reaktion bei hohen Temperatur, aufgetreten ist.
    • Glutaraldehyd : Dieses Verfahren funktioniert durch die Reaktion zwischen Glutaraldehyd mit Amingruppen, um Schiffsche Basen oder Doppelbindungsadditionsprodukte vom Michael-Typ zu bilden . Die Ausbeute an Konjugaten kann durch Variation des pH-Wertes der Reaktion kontrolliert werden . Höhere pH-Werte würden zu mehr Schiff-Basen-Zwischenprodukten führen und anschließend zu einer Zunahme der Anzahl und Größe der Hapten-Konjugate führen. Insgesamt ist die Vernetzung mit Glutaraldehyd sehr stabil. Immunisierte Tiere neigen jedoch dazu, die Vernetzungsbrücken von Glutaraldehyd als Epitope zu registrieren .
  3. Hochleistungskapillarelektrophorese: Hochleistungskapillarelektrophorese (HPCE) ist eine alternative Methode zur Optimierung der Hapten-Protein-Konjugation. HPCE wird überwiegend bei der Trennung von Kohlenhydraten mit sehr hoher Trennleistung eingesetzt. Die Verwendung von HPCE als Technik zur Untersuchung bestimmter Konjugate bietet zahlreiche Vorteile, wie z. B. das Erfordernis nur winziger Probengrößen (nl). Außerdem muss die verwendete Probe nicht rein sein und es ist keine Art von radioaktiver Markierung erforderlich. Ein großer Vorteil dieser Methode der Hapten-Konjugation besteht darin, dass es eine automatisierte Analyse der Probe gibt und das Testen von Probeninteraktionen in freier Lösung bestimmt werden kann. Diese Methode der Hapten-Protein-Konjugation ist bei Konjugaten mit niedriger Epitopdichte außergewöhnlich effektiv, wo es ansonsten durch die Verwendung anderer Methoden sehr schwierig ist, ihre elektrische oder ionische Mobilität zu bestimmen.

Hapten-Hemmung

Hapten-Hemmung oder "Semi-Hapten" ist die Hemmung einer Typ-III-Überempfindlichkeitsreaktion . Bei der Hemmung binden freie Haptenmoleküle mit Antikörpern gegen dieses Molekül, ohne die Immunantwort hervorzurufen, wodurch weniger Antikörper übrig bleiben, die an das immunogene Hapten-Protein-Addukt binden. Ein Beispiel für einen Hapten-Inhibitor ist Dextran 1 , das ein kleiner Bruchteil (1 Kilodalton ) des gesamten Dextran-Komplexes ist, der ausreicht, um Anti-Dextran-Antikörper zu binden, aber nicht ausreichend, um zur Bildung von Immunkomplexen und resultierenden Immunantworten zu führen.

Siehe auch

Verweise

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