אפיטופ

אפיטופ, הידוע גם כקובע אנטיגני, הוא אזור של רצף חלבוני קטן באנטיגן, שאליו נקשר נוגדן באופן ייחודי, ובכך מעורר תגובה חיסונית.

תיאור
אפיטופ החלק באנטיגן המוכר על ידי מערכת החיסון, במיוחד על ידי נוגדנים, תאי B או תאי T. לדוגמה, האפיטופ הוא החלק הספציפי של האנטיגן שאליו נקשר נוגדן. החלק של הנוגדן הנקשר לאפיטופ נקרא פאראטופ (paratope) . אפיטופים הם בדרך כלל אנטיגנים, אך לעיתים הם גם רצפים הנגזרים מהמארח, שניתן לזהותם (כמו במקרה של מחלות אוטואימוניות).

האפיטופים של אנטיגנים חלבונים מחולקים לשתי קטגוריות, אפיטופים קונפורמציים ואפיטופים ליניאריים, בהתבסס על המבנה שלהם ועל האינטראקציה עם הפאראטופים.  אפיטופים קונפורמציים וליניאריים מקיימים אינטראקציה עם הפאראטופים בהתבסס על הקונפורמציה התלת-ממדית שאומצה על ידי האפיטופ, אשר נקבעת על ידי תכונות פני השטח של שאריות האפיטופ המעורבות והצורה 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 אינו 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.

תפקוד

אפיטופים של תאי T 
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, 13–17 חומצות אמינו באורך,  ומולקולות MHC שאינן קלאסיות מציגות גם אפיטופים שאינם פפטידים, כגון גליקוליפידים.

אפיטופים של תאי B 
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.

פעילות צולבת 
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 ). 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.

מיפוי אפיטופים

אפיטופים של תאי T 
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.

אפיטופים של תאי B 
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.

תגי אפיטופ 
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".

חיסונים מבוססי 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 
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.

קישורים חיצוניים 
 
 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)

שיטות חיזוי אפיטופ 
<div style="direction: ltr;">
 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. .
 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. .
 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. .
 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. .
<div style="direction: ltr;">

הערות שוליים 

גנטיקה
מערכת החיסון