Antikroppar binder till smittämnen på ett lekfullt sätt
NYHET
En ny forskningsstudie visar hur antikroppar väljer antigener att binda till när de rör sig över olika smittämnens ytor, till exempel coronavirus. Forskare vid KTH och Karolinska institutet har skapat en modell som kan berätta att dessa virus- och bakteriejägare förflyttar sig på ett sätt som liknar hur lekande barn går på stenar i en bäck.
KTH-forskaren Ian Hoffecker vid KTH berättar att modellen väcker nya tankesätt runt virus och immunsystemets evolutionära utveckling, och att studien kan ge värdefulla insikter användbara vid vaccinutveckling.
Antikroppar brukar vanligtvis betraktas som Y-formade proteiner. Forskningsstudier gjorda på senare tid visar dock att en mer rättvisande bild är att vända på Y:et och se antikroppar som streckgubbar som går ovanpå smittämnenas antigener.
– Y:ets förgrening i topp blir till ben. "These antibodies are made for walking", säger Ian Hoffecker och parafraserar Nancy Sinatras hitlåt från 1966.
Fotfäste med båda benen
Som de virus- och bakteriejägare antikropparna är markerar de sina byten genom att placera "fötterna" på smittämnena. Placeringen sker på speciella små områden på smittämnenas ytor, molekyler utspridda ungefär som stenar i en större bäck som man kan hoppa på för att ta sig till andra sidan. Antikropparna förlitar sig på det som kallas multivalens, att skapa fotfäste med både benen på Y:et till två olika antigener, vilket möjliggör så starka bindningar som möjligt. När bindningarna är skapade så genomför antikropparna en serie interaktioner med olika signalproteiner för att neutralisera eller döda smittämnena.
Med hjälp av modellen som i nanometerskala beskriver smittämnens antigenmönster vill forskarnas komma underfund med om antikropparnas beteende är påverkat av smittämnenas ytor.
– Vad händer om antigenerna är väldigt nära varandra, eller om avståndet mellan dem är stort? Sträcker antikropparnas molekyler ut sig, eller pressas de ihop?
DNA-origami
För att ta reda på detta har forskarna simulerat ett patogen- och antigenscenario genom att använder en metod som kallas DNA-origami. Här formerar sig DNA av sig självt till nanostrukturer med en programmerbar geometri som gör det möjligt för forskarna att kontrollera avståndet mellan antigenerna.
– Detta verktyg har gjort det möjligt för oss att undersöka hur avståndet mellan två antigener påverkar bindningsstyrkan. I vårt arbete har vi tagit detta data och använt den i modellen. Det gör att vi kan undersöka frågeställningar om hur antikroppar uppför sig i mer komplexa miljöer utan att avvika allt för mycket från verkligheten, säger Björn Högberg, en av forskarna i projektet och anställd vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik på KI.
Ian Hoffecker lägger till att modellen visar att antikroppar uppför sig på ett sätt inte helt olikt en annan välkänd tvåbent organism, nämligen människan.
– Den här processen kan liknas vid ett barn som leker vid en å med stenar i, stenar vars storlek motsvarar en fot. För att stå stadigt måste barnen ha fötterna på varsin sten, säger Ian Hoffecker.
Konstant kapprustning
I forskarnas modell tycks antikropparna föredra antigener som befinner sig nära varandra och är enkla att stå på. Om antigenerna befinner sig för långt från varandra så har de en statistisk bevisad tendens att förflyta sig till ett område där de är närmare varandra, tillägger han.
Enligt forskarna föder observationerna frågor ifall antikropparnas flexibilitet och struktur påverkas av deras fiender smittämnena.
– Vi frågar oss själva om observationerna är relevanta för evolutionen. En evolution där du har en konstant kapprustning mellan immunsystemet och smittämnen som virus och bakterier, och det här kontrollsystemet som i grund och botten säger hur antikroppar ska röra på sig och vart de ska bege sig.
Enligt Ian Hoffecker är nästa steg i forskningsarbetet att observera hur de här egenskaperna hos antikroppar kommer till uttryck i verkligheten, och hur kunskapen kan implementeras i form av rationellt utformade vacciner.
Text: David Callahan