אפיטופ

אפיטופ, הידוע גם כקובע אנטיגני, הוא אזור של רצף חלבוני קטן באנטיגן, שאליו נקשר נוגדן באופן ייחודי, ובכך מעורר תגובה חיסונית. אפיטופ הוא החלק באנטיגן שמערכת החיסון מזהה אותו, במיוחד נוגדנים, תאי B או תאי T. אפיטופ הוא החלק הספציפי של האנטיגן שאליו נקשר נוגדן. החלק של הנוגדן שנקשר לאפיטופ נקרא פאראטופ (paratope) (אנ'). אפיטופים הם בדרך כלל אנטיגנים, אך לעיתים הם גם רצפים שנגזרים מהמארח, שניתן לזהותם (כמו במקרה של מחלות אוטואימוניות). האפיטופים של אנטיגנים חלבוניים מחולקים לשתי קטגוריות: אפיטופים קונפורמציים ואפיטופים ליניאריים, וזאת בהתבסס על המבנה שלהם ועל האינטראקציה עם הפאראטופים. אפיטופים קונפורמציים וליניאריים מקיימים אינטראקציה עם הפאראטופים בהתבסס על הקונפורמציה התלת-ממדית שאימץ האפיטופ, וזו נקבעת על ידי תכונות פני השטח של שאריות האפיטופ המעורבות ועל ידי הצורה או המבנה השלישוני של מקטעים אחרים של האנטיגן. אפיטופ קונפורמציה נוצר על ידי קונפורמציה תלת-ממדית שאומצה על ידי אינטראקציה של שאריות חומצות אמינו לא סמוכות. לעומת זאת, אפיטופ ליניארי נוצר על ידי הקונפורמציה התלת-ממדית שאומצה על ידי האינטראקציה של שאריות חומצות אמינו רציפות. אפיטופ ליניארי לא נקבע רק על ידי המבנה העיקרי של חומצות האמינו המעורבות. שאריות המאגדות שאריות חומצות אמיניות מסוג זה, כמו גם שאריות חומצות אמיניות רחוקות יותר של האנטיגן, משפיעות על יכולתן של שאריות המבנה הראשוני לאמץ את הקונפורמציה התלת־ממדית של האפיטופ. שיעור האפיטופים שהם קונפורמציה אינו ידוע.[דרוש מקור] אפיטופים של תאי T מוצגים על פני השטח של תא המציג אנטיגן, שם הם קשורים למולקולות שמקודדות על ידי קבוצת הגנים MHC. בבני אדם, תאים המתמחים בהצגת אנטיגן מתמחים בהצגת פפטידים מסוג MHC II, ואילו רוב התאים הסומטיים הגרעיניים מציגים פפטידים מסוג MHC Class I. אפיטופים של תאי T המוצגים על ידי מולקולות MHC Class I הם בדרך כלל פפטידים באורך של 8 עד 11 חומצות אמינו, ואילו מולקולות MHC Class II מציגות פפטידים ארוכים יותר, באורך 13–17 חומצות אמינו, ומולקולות MHC שאינן קלאסיות מציגות גם אפיטופים שאינם פפטידים, כגון גליקוליפידים. החלק של האנטיגן שאימונוגלובולין או נוגדנים נקשרים אליו נקרא אפיטופ של תאי B. בדומה לאפיטופים של תאי T, ניתן לחלק את האפיטופים של תאי B לשתי קבוצות: קונפורמציים או ליניאריים. אפיטופים של תאי B הם בעיקר קונפורמציים. ישנם סוגים נוספים של אפיטופים כאשר לוקחים בחשבון את המבנה הרביעוני. אפיטופים שמוסווים כאשר יחידות יחידות חלבון מצטברות נקראים קריפטוטופים. ניאוטופים הם אפיטופים שמזוהים רק בעודם במבנה רביעוני ספציפי ושאריות האפיטופ יכולות להקיף מספר יחידות משנה של חלבונים. ניאוטופים אינם מזוהים ברגע שמתנתקות תת-היחידות. לאפיטופים יש לפעמים פעילות צולבת. נכס זה מנוצל על ידי המערכת החיסונית לשם ויסות על ידי נוגדנים אנטי-אידיוטיפיים (תאוריה של חתן פרס נובל נילס קאי ירנה (Niels Kaj Jerne (אנ')). אם נוגדן נקשר לאפיטופ של אנטיגן, הפאראטופ עלול להפוך לאפיטופ של נוגדן אחר שייקשר אליו. אם הנוגדן השני הזה הוא מסוג IgM, קשירתו יכולה לווסת את התגובה החיסונית; אם הנוגדן השני הוא מסוג IgG, קשירתו יכולה להפחית את הוויסות של התגובה החיסונית.[דרוש מקור] ניתן לחזות הופעתם של אפיטופים מסוג MHC I ו־II באופן אמין באמצעים חישוביים בלבד, אם כי לא כל אלגוריתמי החיזוי באין סיליקו של epitope בתאי T שווים בדיוק שלהם. ישנן שתי שיטות עיקריות לחיזוי קשירת פפטיד-MHC: חיזוי מונחה נתונים וחיזוי המבוסס על מבנה. שיטות מבוססות מבנה דוגמות את מבנה הפפטיד-MHC ודורשות כוח חישוב רב. לשיטות מבוססות נתונים יש ביצועי חיזוי גבוהים יותר מאשר לשיטות מבוססות מבנה. שיטות מבוססות נתונים מנבאות קשירת פפטיד-MHC על בסיס רצפי פפטיד הקושרים מולקולות MHC. על ידי זיהוי אפיטופים של תאי T, מדענים יכולים לעקוב אחר תאי T, לאפיין פנוטיפים שלהם ולעוררם. יש שתי שיטות עיקריות למיפוי אפיטופים: מחקרים מבניים או פונקציונליים. שיטות למיפוי מבני אפיטופים כוללים קריסטלוגרפיה בקרני רנטגן, תהודה מגנטית גרעינית ומיקרוסקופ אלקטרונים. קריסטלוגרפיה בקרני רנטגן של מבני Ag-Ab נחשבת לדרך מדויקת למיפוי מבני של אפיטופים. באמצעות תהודה מגנטית גרעינית ניתן למפות אפיטופים על ידי שימוש בנתונים אודות מבנה Ag-Ab. שיטה זו אינה דורשת היווצרות גבישים אך יכולה לעבוד רק על פפטידים וחלבונים קטנים. מיקרוסקופ אלקטרונים הוא שיטה ברזולוציה נמוכה שיכולה למקם אפיטופים על אנטיגנים גדולים יותר כמו חלקיקי נגיף. שיטות למיפוי פונקציונלי של אפיטופים משמשות לעיתים במבחני קשירה כגון תספיג חלבון, נקודת כתם ו / או ELISA לקביעת קשירת נוגדנים. שיטות נוספות בוחנות אם שני נוגדנים חד-שבטיים (mAB) יכולים להיקשר לאנטיגן בו זמנית או להתחרות זה בזה כדי להיקשר באותו אתר. טכניקה נוספת כוללת מוטגנסיס בתפוקה גבוהה, אסטרטגיית מיפוי אפיטופים שפותחה כדי לשפר מיפוי מהיר של אפיטופים קונפורמציים על חלבונים מורכבים מבחינה מבנית. מוטגנסיס משתמשת במוטציות אקראיות / מוכוונות אתרים, בשאריות יחידות, לשם מיפוי אפיטופים. ניתן להשתמש במיפוי אפיטופים של תאי B לפיתוח תרופות נוגדניות, חיסונים מבוססי פפטיד וכלים אימונו-דיאגנוסטגיים. אפיטופים משמשים לעיתים קרובות בפרוטאומיקה ובמחקר מוצרי גנים אחרים. באמצעות טכניקות DNA רקומביננטיות ניתן למזג אל תוך הגן רצפים גנטיים המקודדים אפיטופים שמוכרים על ידי נוגדנים נפוצים. בעקבות התרגום, תג האפיטופ שנוצר מאפשר לנוגדן למצוא את החלבון או תוצר גנטי אחר המאפשר לטכניקות מעבדה לבצע לוקליזציה, טיהור ואפיון מולקולרי נוסף. אפיטופים נפוצים המשמשים למטרה זו הם Myc-tag, HA-tag, FLAG-tag, GST-tag, 6xHis, V5-tag ו-OLLAS. פפטידים יכולים להיות קשורים גם על ידי חלבונים היוצרים קשרים קוולנטיים לפפטיד, ומאפשרים הצמדה בלתי הפיכה. אסטרטגיות אלה יושמו בהצלחה גם בפיתוח חיסון "ממוקד אפיטופ". החיסון הראשון מבוסס אפיטופ פותח בשנת 1985 על ידי Jacob et al. חיסונים מבוססי אפיטופ מגרים תגובות חיסוניות הומורליות ותאיות באמצעות אפיטופים של תאי B או תאי T. חיסונים אלה יכולים להשתמש באפיטופים מרובים כדי להגביר את יעילותם. כדי למצוא אפיטופים לשימוש בחיסון, משתמשים לעיתים קרובות במיפוי אין סיליקו. לאחר שנמצאו אפיטופים מועמדים, הבנייה מתוכננת ונבדקת יעילותו הפוטנציאלית של החיסון. בעוד שבדרך כלל חיסונים מבוססי אפיטופ הם בטוחים, תופעת לוואי אפשרית אחת היא סערת ציטוקינים. קובע נאו-אנטיגני הוא אפיטופ על נאו-אנטיגן, שהוא אנטיגן חדש שלא הוכר בעבר על ידי מערכת החיסון. נאו-אנטיגנים קשורים לעיתים קרובות לאנטיגנים של גידולים ונמצאים בתאים אונקוגניים. נאו-אנטיגנים, ובהרחבה, קובעים נאו-אנטיגניים, יכולים להיווצר כאשר חלבון עובר שינוי במסלול ביוכימי כגון גליקוזילציה, זירחון או פרוטאוליזה. מגנון נוסף ונפוץ של יצירת נאו-אנטיגן הוא צבירת מוטציות ברצף ה-DNA המקודד לחלבון המקורי. דרך מנגנונים אלו, הגורמים לשינוי רצף חומצות האמינו של החלבון או מבנהו, נוצרים אפיטופים חדשים שנקראים קובעים נאו-אנטיגנים. זיהוי נאו-אנטיגנים אלו דורש נוגדנים או קולטני TCR ספציפיים. ושונים מאלו המזהים את האנטיגן המקורי. נאו-אנטיגנים הם הבסיס לזיהוי תרים סרטניים ע-ידי מערכת החיסון. על-מנת להימנע מהרג של תאים תקינים מערכת החיסון מכירה את מרבית האטיגנים הקיימים בגוף הבריא, ועקב כך מסוגלת לזהות את הנאו-אנטיגנים כאנטיגנים זרים ולפעול כנגד התאים המבטאים אותם. עובדה זו עומדת בבסיס הטיפולים האימונותרפיים המגייסים את מערכת החיסון לשם מלחמה בסרטנים שונים. אפיטופ, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) נוגדנים נקשרים לצורות קונפורמציה על גבי משטחי האנטיגנים (Janeway Immunobiology סעיף 3.8) אנטיגנים יכולים להיקשר בכיסים או חריצים, או על משטחים מורחבים באתרי הקישור של הנוגדנים (Janeway Immunobiology איור 3.8) Rubinstein ND, Mayrose I, Martz E, Pupko T (September 2009). "Epitopia: a web-server for predicting B-cell epitopes". BMC Bioinformatics. 10: 287. doi:10.1186/1471-2105-10-287. PMC 2751785. PMID 19751513. Rubinstein ND, Mayrose I, Pupko T (February 2009). "A machine-learning approach for predicting B-cell epitopes". Molecular Immunology. 46 (5): 840–7. doi:10.1016/j.molimm.2008.09.009. PMID 18947876. Saravanan V, Gautham N (October 2015). "Harnessing Computational Biology for Exact Linear B-Cell Epitope Prediction: A Novel Amino Acid Composition-Based Feature Descriptor". Omics. 19 (10): 648–58. doi:10.1089/omi.2015.0095. PMID 26406767. Singh H, Ansari HR, Raghava GP (2013). "Improved method for linear B-cell epitope prediction using antigen's primary sequence". PLOS ONE. 8 (5): e62216. Bibcode:2013PLoSO...862216S. doi:10.1371/journal.pone.0062216. PMC 3646881. PMID 23667458. "CED: a conformational epitope database". BMC Immunology. 7: 7. באפריל 2006. doi:10.1186/1471-2172-7-7. PMC 1513601. PMID 16603068. {{cite journal}}: (עזרה) "Principles that govern the folding of protein chains". Science. 181 (4096): 223–30. ביולי 1973. Bibcode:1973Sci...181..223A. doi:10.1126/science.181.4096.223. PMID 4124164. {{cite journal}}: (עזרה) "Differential effects of flanking residues on presentation of epitopes from chimeric peptides". Journal of Virology. 68 (8): 5306–10. באוגוסט 1994. doi:10.1128/JVI.68.8.5306-5310.1994. PMC 236480. PMID 7518534. {{cite journal}}: (עזרה) "Flanking residues alter antigenicity and immunogenicity of multi-unit CTL epitopes". Journal of Immunology. 157 (8): 3242–9. באוקטובר 1996. PMID 8871618. {{cite journal}}: (עזרה) "Fine specificity of antibody recognition of carcinoma-associated epithelial mucins: antibody binding to synthetic peptide epitopes". European Journal of Cancer. 29A (2): 230–7. 1993. doi:10.1016/0959-8049(93)90181-E. PMID 7678496. "The role of structure in antibody cross-reactivity between peptides and folded proteins". Journal of Molecular Biology. 281 (1): 183–201. באוגוסט 1998. doi:10.1006/jmbi.1998.1907. PMID 9680484. {{cite journal}}: (עזרה) "Designing the epitope flanking regions for optimal generation of CTL epitopes". Vaccine. 32 (28): 3509–16. ביוני 2014. doi:10.1016/j.vaccine.2014.04.039. PMID 24795226. {{cite journal}}: (עזרה) Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). Molecular biology of the cell (4th ed.). New York: Garland Science. p. 1401. ISBN 978-0-8153-3218-3. "Recent advances in B-cell epitope prediction methods". Immunome Research. 6 Suppl 2 (Suppl 2): S2. בנובמבר 2010. doi:10.1186/1745-7580-6-S2-S2. PMC 2981878. PMID 21067544. {{cite journal}}: (עזרה) Schutkowski M, Reineke U, eds. (2009). Epitope Mapping Protocols. Methods in Molecular Biology™. Vol. 524. Totowa, NJ: Humana Press. doi:10.1007/978-1-59745-450-6. ISBN 978-1-934115-17-6. "Clinical validation of the "in silico" prediction of immunogenicity of a human recombinant therapeutic protein". Clinical Immunology. 124 (1): 26–32. ביולי 2007. doi:10.1016/j.clim.2007.03.544. PMID 17490912. {{cite journal}}: (עזרה) "Reducing risk, improving outcomes: bioengineering less immunogenic protein therapeutics". Clinical Immunology. 131 (2): 189–201. במאי 2009. doi:10.1016/j.clim.2009.01.009. PMID 19269256. {{cite journal}}: (עזרה) "Fundamentals and Methods for T- and B-Cell Epitope Prediction". Journal of Immunology Research. 2017: 2680160. 2017-12-28. doi:10.1155/2017/2680160. PMC 5763123. PMID 29445754. "T Cell Epitope Predictions". Annual Review of Immunology. 38 (1): 123–145. באפריל 2020. doi:10.1146/annurev-immunol-082119-124838. PMID 32045313. {{cite journal}}: (עזרה) "An Introduction to B-Cell Epitope Mapping and In Silico Epitope Prediction". Journal of Immunology Research. 2016: 6760830. 2016. doi:10.1155/2016/6760830. PMC 5227168. PMID 28127568. "A high-throughput shotgun mutagenesis approach to mapping B-cell antibody epitopes". Immunology. 143 (1): 13–20. בספטמבר 2014. doi:10.1111/imm.12323. PMC 4137951. PMID 24854488. {{cite journal}}: (עזרה) Walker J, Rapley R (2008). Molecular bio-methods handbook. Humana Press. p. 467. ISBN 978-1-60327-374-9. Novus, Biologicals. "OLLAS Epitope Tag". Novus Biologicals. נבדק ב-23 בנובמבר 2011. {{cite web}}: (עזרה) "Peptide tag forming a rapid covalent bond to a protein, through engineering a bacterial adhesin". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (12): E690-7. במרץ 2012. Bibcode:2012PNAS..109E.690Z. doi:10.1073/pnas.1115485109. PMC 3311370. PMID 22366317. {{cite journal}}: (עזרה) "Proof of principle for epitope-focused vaccine design". Nature. 507 (7491): 201–6. במרץ 2014. Bibcode:2014Natur.507..201C. doi:10.1038/nature12966. PMC 4260937. PMID 24499818. {{cite journal}}: (עזרה) "Evaluation of protection induced by a dengue virus serotype 2 envelope domain III protein scaffold/DNA vaccine in non-human primates". Vaccine. 34 (30): 3500–7. ביוני 2016. doi:10.1016/j.vaccine.2016.03.108. PMC 4959041. PMID 27085173. {{cite journal}}: (עזרה) "Epitope-based vaccine design: a comprehensive overview of bioinformatics approaches". Drug Discovery Today. 25 (6): 1034–1042. ביוני 2020. doi:10.1016/j.drudis.2020.03.006. PMID 32205198. {{cite journal}}: (עזרה) Hans-Werner V (2005). "Neoantigen-Forming Chemicals". Encyclopedic Reference of Immunotoxicology. p. 475. doi:10.1007/3-540-27806-0_1063. ISBN 978-3-540-44172-4. Neoantigen. (n.d.) Mosby's Medical Dictionary, 8th edition. (2009). Retrieved February 9, 2015 from Medical Dictionary Online Ton N. Schumacher, Robert D. Schreiber, Neoantigens in cancer immunotherapy, Science 348, 2015-04-03, עמ' 69–74 doi: 10.1126/science.aaa4971