免疫学
免疫学 1972年 by 池田博明
1972年に北海道大学の「細胞化学」で
学生が交代で講義した「免疫学」のプリント
の内容です。当時の免疫学のレベルが分ります。
池田が講義した分野は講義のために話す
内容をメモしたものが残っていました。
それが講義用ノートです。 |
▼プリントはガリ版刷り。編集・ガリ切りはすべて池田がやりました。参考書もほとんど池田の本です。
Immunology is a discipline in its own right
potentially able to make a rich contribution
to the understanding of the central problems
of biology, notably the nature of genetic
information and the mechanism of protein
synthesis. [Burnet, 1961] |
1.抗原(antigen)の侵入によって どのような変化が起こるか
a.生体には、非特異的な防御機構(自然抵抗性)と、特異的な防御機構(獲得免疫)がある.
b.免疫防御機構
抗原侵入 → (自己認識) → 抗体産生 → 抗原抗体反応 (抗原と抗体が結びつく)
→ 食作用 → (免疫的記憶の確立)
○抗体(antibody)はγグロブリンであって、対応した抗原と
特異的親和力(specific affinity)をもっている。
○抗原と抗体は、たがいに二次結合で結合できるような相補的な表面がある.
2.どのようなものが抗原となりうるのか
○抗原は高分子であるか、高分子でできているかすることが、ひとつの大きな必要条件である.
現在、最小の分子量をもつ抗原物質は(モルモットに対し)、トリニトロフェニルバチトラシン
(MW 1928)
○抗原は、非自己であること.
○抗原決定基、抗原分子の剛直性(rigidity)とは何か.
○ハプテンとななにか
○抗原の結合価 すなわちある抗原分子での同一決定基の数は、
おそらく抗原分子の大きさに比例して変動する.
○抗原・・・・・タンパク質・多糖類・核酸・脂質.
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【池田の講義用ノート:担当項目は「抗原」について】
抗体産生の刺激を与えるためには、抗原分子がある大きさ以上でなければならないという条件があります。
たとえば、proteinが確実に抗原性を示すには、少なくとも1万以上の分子量をもつことが必要だと考えられています。(岩波,p.79)
分子量が約6000のインシュリンの抗原性は非常に弱く、おかげで、ヒトの糖尿病患者に、ウシやヒツジ、特にブタの膵臓から調整されたインシュリンを用いても、大抵の場合は、抗体は作られないわけです。
また、おなじ抗原となるといっても、巨大分子の抗原のほうが抗体をたくさん作ります。
たとえば、サルモネラ菌(Salmonella
adelaide)の鞭毛を、ごく少量与えて、ratを免疫すると、かなりの抗体がえられますが、それと同じだけの抗体をえるには、精製した鞭毛糸の重合体(ポリマー)なら、およそ1000倍の量が必要だし、モノマーなら10万倍量必要であるという実験結果がえられています。(ホロヴィッツ,p.8)
このことは、小さい分子は、それを注射された動物体内の代謝過程にたやすくとりこまれてしまって、腎臓から体外に排出されてしまうけれども、大きい分子量のものは、そのプロセスにのらず、マクロファージに取り込まれて、抗体産生の場にもちこまれると、解釈されています。(岩波,p.79)
次に、抗原は「自分のものではない」という条件があります。
これについては、どうして血中にあう多くの自分の正常なタンパク質と、外から入ったタンパク質を生体は見分けるのかという大きな問題があります。
抗原は抗体をつくる。そして抗体もタンパク質であり、タンパク質の構造はmRNAに規定される。しかも、mRNAはDNAの指令を受けている。
考えてみると、同じタンパク質なら、自分のであろうと、外からであろうと、抗体というタンパク質をつくってもよさそうなものですが、自分のタンパク質にはまったく抗体をつくらない。抗体というタンパク質が合成されない。
あらかじめ、きっちりした抑制機構がある。たとえば自己に対する抗体をつくる遺伝子はそうとう初期に抑制されて、永久にそのままでいるとも考えられるわけです。
この「自己認識」については、抗体産生機構にゆずることにして・・・・次に
抗原決定基とはなにか【抗原決定基は、現在はエピトープと言われる】
抗原の全表面が抗体と反応するわけではないらしいのです。
ある抗原が、ある決まった抗体を産生するという特異性の秘密のひとつは、抗体表面にある非常に低分子の決定基の化学構造によっていると考えられています。
抗原決定基が存在するということの証明として、アゾタンパク質を使っての実験があります。
.実験(1)の例では、アルサニル酸をまずジアゾ化して、ジアゾ基というのは=N2のことですね、そのジアゾ化合物にタンパク質を結合させます。
一般化するとプリントにある式になります。
このXをいろいろ変えてテストすることができます。
抗原抗体反応が起こると沈殿してくるので定量できます。
タンパク質のところですが、ウマ血清タンパク質Uジアゾ化合物を結合させたものでウサギの耳の静脈に注射、免疫すると、ウマ血清タンパク質に対する抗血清ができます。
それと同じジアゾ化合物を結合させたニワトリ血清タンパク質を
in vitroで反応させるとします。
そうすると、ニワトリ血清タンパク質とウマ血清タンパク質の間には共通した抗原がないので、X・Arに対する特異的な反応だけがクローズアップされるわけです。
同様にいろいろなアゾタンパク質をつかって、調べると基Xとして、陰イオン基(酸性基)、強い塩基性基、中性基。
セラチンに種々のアミノ酸のポリマーを結合させたものを使う実験により、これらがベンゼン環と結合した物質が抗原決定基となっていると考えられます。
また、その特異性の高さはたとえば実験(2)で示されます。(ホロヴィッツ,p.22)
次に剛直性とは何でしょうか。
抗原が血清学的特異性を発揮するためには、抗原決定基の形態と堅さが問題になります。抗原決定基がじゅうぶんんな堅さをもつときに、それを剛直性をもつといいます。
たとえば変形しやすいパラフィン・チェインは血清学的特異性の原因になりにくい。
ハプテンとはなにか。
決定基をもつ化学構造をもち、タンパク質と結合すると抗体産生を引き起こすような物質で、ハプテンそれ自身は抗体産生を引き起こすことはできない。
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3.抗体にはどんな種類があり、どんな構造をしているか
1) 抗体の種類
体液性抗体、細胞性抗体、(自然抗体)
2) 抗体の構造 体液性抗体について
○抗体はつねにタンパク質である
○血中に存在する3種の免疫グロブリン
IgG、IgA、(IgD)、IgM、(IgE)
○IgGについて
S-S結合でむすばれたポリペプチド鎖を含む
2本のheavy chainと、2本のlight chainより成る
○抗体の特異性
抗体の特異性はアミノ酸の配列順序で決まる
重鎖も軽鎖も抗体の特異性に関係する
○抗体・ハプテン結合物の電子顕微鏡像の意味
4.抗原抗体反応のまとめ
a) 抗原抗体反応の特異性
抗原と抗体の反応は高度の特異性を示す
その一方、交さ反応(cross reaction)も知られている
b) 抗原は抗体と反応して沈降反応を生じる
抗体過剰域、等量域、抗原過剰域
C) 凝集反応(aggulutination)
d) 補体C'はほとんどの抗原抗体複合体と結合する
○補体とはなにか
E + A → EA EA + C’ → 溶血
E;ヒツジの赤血球 A:抗体 C’;補体 E*;損傷赤血球
EAC’1 → EAC’1,4 → EAC’1,4,2 →(+C’3)→ E*
生物学的作用 |
必要な複合体 |
溶血反応
免疫粘着反応
膠着素反応
食赤血球反応
食菌反応
マスト細胞よりのアナフィラトキシンと
ヒスタミンの遊離性
化学走性の性質 |
EAbC’1a,4,2a,3,5,6,7,8,9または
EAbC’4,2a,3,5,6,7,8,9
EAbC’1a,4,2a,3またはEAbC’4,2a,3
EAbC’1a,4,2a,3,5またはEAbC’4,2a,3,5
EAbC’1a,4,2a,3,5,6またはEAbC’4,2a,3,5,6 |
▲表W.種々のC’複合体の組成とその生物学的作用
○補体は、抗原抗体複合体と生体内でも生体外と同様に結合する。
e) 既往反応(2次反応)とはなにか
○1次反応では、抗体産生が遅く開始され、抗体力価の最高値も低く、
l抗体産生期間も短い。
f) 免疫学的寛容性
○生体は自己のタンパク質や核酸に対して抗体をつくらない。
○異なった遺伝的組成をもつウシの双生児が、2種類の赤血球をもつ。
ひとつはそのウシ自身の遺伝的組成に対応する血液型抗原であり、
もうひとつは相手の双生児のものに対応する血液型抗原である。
g) 抗原、抗体、補体間の反応が生体内で起こると生体に対して大きな作用を与える
○防御作用 能動免疫と受動免疫
○アレルギー 即発型(immediate
type)と遅発型(delayed type)
▼表V. アレルギー反応の分類
即発型 |
遅発型 |
アナフィラキシー
アルサス反応
血清病
紅色丘診型アレルギー
花粉アレルギー
枯草熱
血管拡張性浮腫
ある種の薬剤アレルギー
ある種の胃腸アレルギー
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ツベルクリン過敏症
簡単な化学試薬の接触過敏症
感染によるアレルギー
ある種の薬剤アレルギー
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5.抗体はどこでどのようにつくられるか
1) 抗体産生の場所
○抗体はプラズマ細胞でつくられる。IgGでたしかめられた。
○プラズマ細胞とはなにか (組織学)
○1個のプラズマ細胞は通常1種類の抗体しかつくらないが、
つくれないのかはあきらかでない。
○抗原を再び注射すると、抗体産生細胞が増加する
○抗体産生細胞は、必ずしも抗原を含んでいない
2) 抗体産生の機構
i) 指令説と選択説
ii) クローン選択説
6.IgGとIgMのOntogeny(個体発生)とPhylogeny(系統発生)
1).IgMの構造と性状
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IgG |
IgM |
IgMs |
分子量 |
160,000 |
900,000 |
180,000 |
沈降定数 |
6.6 S |
18.0 S |
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電気泳動易動数 |
γ |
γ1(β2) |
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H鎖 |
γ |
μ |
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L鎖 |
κ, λ |
κ, λ |
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分子構成 |
γ2κ2,γ2λ2 |
(μ2κ2)5,(μ2λ2)5 |
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糖質含量 |
少(2〜3%) |
多(10%以上) |
|
○IgM抗体は分子量180,000のサブユニット(IgMs)5個がS-S結合でつながったものである。
○IgMのLl鎖はIgGと基本的差異はないが、H鎖はμ鎖から成る
○IgMの抗原結合部位の数は、1分子当り5個で、
IgMsはunivalentであるという結果がえられている(ウサギ)
○IgMの形は平均半径約100Åの、ほぼ球状に近い粒子?(電子顕微鏡による)
○IgGに比べてIgMは一般に種々の免疫学的反応における活性が高い。
2).リンパ系 および抗体産生の系統発生
○免疫反応はすべての動物にみられるものか。
発生段階があるとすれば、それは何に起因すると考えられるか
a.抗体産生は最下等のセキツイ動物・円口地類の一部:ヤツメウナギに始まる
b.胸腺および骨髄の出現の重要性
○産生される抗体の種類に関して
a.細胞性抗体は、体液性抗体に先行して出現する
b.IgM抗体(リンパ細網細胞系)は、IgG(プラズマ細胞)に先行する
3).Ontogeny(個体発生)におけるIgMとIgG
○個体発生において抗体産生はいつからなされるか
a.一般に新生期以後といえる
IgG・・・・胎生期〜新生期ではふつうプラズマ細胞が見出されない。
IgM・・・・胎盤を通りにくい。
b.19S抗体は 7S抗体に先行してあらわれる。
○リンパ系組織の発生と系統発生を照合することによって何が言えるか
a.IgMおよび細胞性抗体による免疫機構は、進化の過程においてプラズマ細胞、
IgGによるものより原始的である
b.胸腺α
☆免疫能の発生に関して、個体発生は系統発生の縮図であるという言は正鵠を射ているようである。
4).アロタイプと進化
7.参考書
ホロウイッツ『免疫の化学と生物学』共立出版、
カバット『免疫化学』共立出版、
グレイ『免疫学入門』共立出版、
岩波講座現代の生物学『免疫生物学』
『蛋白・核酸・酵素増刊 免疫の生化学』共立出版、
ワトソン『遺伝子の分子生物学(下)』化学同人、
『細胞とガン』みすず書房、
バーネット『免疫細胞学』東大出版会、
免疫学叢書『リンパ球と免疫』『免疫グロブリン』
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