Streszczenie

Przeciwciała klasy G są najobficiej występującymi glikozylowanymi białkami surowicy ludzkiej. Wszystkie cząsteczki IgG są N-glikozylowane we fragmencie Fc, a 10-30% zawiera również N-glikany dołączone do Fab. Fragment Fc IgG ma zachowane w toku ewolucji miejsce N-glikozylacji przy Asn297, do którego dołączony jest fukozylowany i/lub sjalowany dwuantenowy N-glikan typu złożonego. Glikozylacja odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu przeciwciał, a odpowiednia budowa N-glikanów IgG zapewnia prawidłowe funkcjonowanie układu odpornościowego. Glikany Fc są istotne dla funkcji efektorowych IgG, natomiast oligosacharydy Fab działają modulująco na powinowactwo przeciwciała do antygenu. Zmieniony profil glikozylacji IgG towarzyszy wielu chorobom u ludzi, w tym o podłożu autoimmunizacyjnym. Modyfikacja nawet jednej reszty cukrowej w strukturze N-glikanu może spowodować pobudzenie lub hamowanie odpowiedzi immunologicznej. Brak fukozy rdzennej nasila aktywność prozapalną IgG, natomiast zwiększenie sjalilacji powoduje wzrost właściwości przeciwzapalnych. Wykazano udział zmian glikozylacji Fc IgG w patogenezie reumatoidalnego zapalenia stawów, tocznia rumieniowatego oraz choroby Leśniowskiego-Crohna. Stwierdzony w przebiegu tych chorób spadek galaktozylacji i sjalilacji przeciwciał aktywuje komórki efektorowe i uruchamia reakcje zapalne. Dokładna analiza zmian glikozylacji IgG i jej roli w patogenezie chorób autoimmunizacyjnych jest istotna w leczeniu tych schorzeń. W terapii chorób autoimmunizacyjnych wykorzystuje się przeciwciała terapeutyczne o właściwościach przeciwzapalnych wynikających z obecności α2,6-wiązanego kwasu sjalowego w cząsteczkach oligosacharydów IgG. Liczne badania poświęcone glikozylacji IgG dostarczyły dowodów na rolę tej modyfikacji potranslacyjnej w prawidłowym funkcjonowaniu przeciwciał oraz znaczenie zmian struktury N-glikanów IgG, głównie desjalilacji i niekompletnej galaktozylacji, w rozwoju chorób autoimmunizacyjnych. Kontynuacja tych badań może się przyczynić do wyjaśnienia mechanizmów ciągle słabo poznanego procesu autoimmunizacji.

Wstęp

Przeciwciała, nazywane również immunoglobulinami (Ig), są wytwarzane przez komórki plazmatyczne powstające z limfocytów B [59]. Ig są ważnym elementem odpowiedzi humoralnej łączącym wrodzoną i nabytą odpowiedź immunologiczną [32]. Ich struktura i funkcja zależy w istotny sposób od N-glikozylacji, czyli modyfikacji potranslacyjnej (PTM) polegającej na dołączeniu oligosacharydu wiązaniem N-glikozydowym do asparaginy białka. Obecność N-glikanów oraz ich skład monosacharydowy są istotne dla stabilizacji struktury IgG [14]. Oligosacharydy zmniejszają podatność na działanie proteaz. Są również ważne dla prawidłowego wydzielania immunoglobulin [6, 35]. Budowa N-glikanów we fragmencie Fc łańcuchów ciężkich decyduje o aktywności pro- lub przeciwzapalnej przeciwciał [69]. Zmieniona glikozylacja IgG jest związana z rozwojem różnych chorób u ludzi [126], w tym szczególnie schorzeń o podłożu autoimmunizacyjnym [56]. W reumatoidalnym zapaleniu stawów, toczniu rumieniowatym układowym i chorobie Leśniowskiego-Crohna nieprawidłowo glikozylowane autoprzeciwciała są czynnikiem sprawczym uruchamiającym patogenne mechanizmy chorobowe [41].

Budowa i funkcja IgG

Przeciwciała klasy G (IgG) stanowią do 75% wszystkich immunoglobulin osocza i mają najdłuższy okres półtrwania ze wszystkich pięciu klas Ig [59]. Ludzka IgG jest glikoproteiną zbudowaną z dwóch identycznych łańcuchów ciężkich (H) i dwóch łańcuchów lekkich (L) połączonych mostkami disiarczkowymi. Wyróżnia się cztery podklasy IgG (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4) i ponad 30 glikoform łańcucha ciężkiego [57, 86, 93, 123]. Łańcuchy lekkie i częściowo ciężkie tworzą fragment wiążący antygen (Fab), natomiast pozostałe domeny łańcuchów ciężkich budują fragment krystaliczny (Fc). Koniec aminowy każdego z łańcuchów wykazuje dużą zmienność aminokwasową, dlatego nazwany został regionem zmiennym (V) w odróżnieniu od pozostałej części polipeptydów w odcinkach C-końcowych o względnie stałym składzie aminokwasów (C, część stała) [12, 94]. W obrębie fragmentu V znajduje się 3 regiony hiperzmienne (CDR1-3) oraz 4 regiony zrębowe (FR) o mniejszej zmienności aminokwasowej niż CDR. Regiony CDR są miejscem wiążącym antygen, więc ich skład aminokwasowy, jak również rozmiar determinuje swoistość antygenową przeciwciał [28, 93]. Łańcuch L zawiera jeden region zmienny (VL) i jeden stały (CL), natomiast w łańcuchu H są obecne 4 domeny: jedna zmienna (VH) oraz 3 stałe (CH1, CH2 i CH3). Na fragment Fab składają się domeny V i C umiejscowione zarówno w obrębie ciężkich, jak i lekkich łańcuchów, natomiast na Fc wyłącznie domeny stałe łańcuchów ciężkich. Domeny CH1 i CH2 oddziela region zawiasowy, w którym znajdują się wiązania dwusiarczkowe łączące łańcuchy ciężkie IgG (ryc. 1) [12, 94].

Ryc. 1. Schemat budowy przeciwciała klasy IgG. Cząsteczka IgG zbudowana jest z dwóch łańcuchów lekkich zaznaczonych linią przerywaną (L) i dwóch ciężkich obramowanych linią ciągłą (H) połączonych mostkami disiarczkowymi (-S-S-). Łańcuch lekki składa się z jednego regionu zmiennego (VL) i stałego (CL), łańcuch ciężki z jednego zmiennego (HV) i 3 stałych (CH1, CH2, CH3). Regiony zmienne, przy aminowym końcu cząsteczki (NH3+), zaznaczono na czerwono, a stałe, przy C-końcu (COO-), na niebiesko. W obrębie obszaru V wyróżnia się 3 regiony hiperzmienne (CDR1-3). Przeciwciało zawiera fragment Fab, który jest miejscem wiązania antygenu, fragment Fc odpowiedzialny za związanie z receptorem na komórkach efektorowych oraz pośredni region zawiasowy. Do asparaginy 297 (Asn 297) Fc dołączony jest N-glikan typu złożonego (opracowano na podst. [11, 93])

Fab odpowiada za wiązanie antygenu, a Fc za funkcje efektorowe przeciwciała inicjowane po połączeniu się ze swoim receptorem (FcR) obecnym na komórkach układu odpornościowego, m.in. monocytach, makrofagach, komórkach dendrytycznych, limfocytach, komórkach NK, bazofilach, eozynofilach, komórkach tucznych. Dzięki temu IgG mogą brać udział w cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał (ADCC), fagocytozie zależnej od przeciwciał (ADCP) oraz cytotoksycznościzależnej od układu dopełniacza (CDC) [21, 78].

N-glikozylacja

Większość białek błonowych i wydzielniczych, w tym wszystkie klasy przeciwciał, modyfikowana jest potranslacyjnie przez enzymatyczne dołączenie reszt cukrowych w procesie glikozylacji [86]. Tworzenie wiązań glikozydowych między glikanem (oligosacharydem, łańcuchem cukrowym) a białkiem lub między poszczególnymi monosacharydami w strukturze glikanu jest katalizowane przez glikozylotransferazy, a odłączanie monosacharydów od glikanu zachodzi z udziałem glikozydaz o właściwościach hydrolitycznych. W powstawanie oligosacharydów zaangażowanych jest ponad 250 enzymów błonowych siateczki śródplazmatycznej (ER) i aparatu Golgiego (AG), których aktywność jest swoista tkankowo i komórkowo [67, 124]. Białka są modyfikowane ko- i/lub potranslacyjnie w procesie N- i/lub O-glikozylacji. N-glikoproteiny powstają w wyniku tworzenia wiązania N-glikozydowego pomiędzy N-acetyloglukozoaminą (GlcNAc) glikanu a azotem grupy amidowej asparaginy (Asn) w sekwencji Asn-X-Ser/Thr, gdzie X to dowolny aminokwas z wyjątkiem proliny. Natomiast w procesie O-glikozylacji glikany są dołączane wiązaniem O-glikozydowym do grupy hydroksylowej seryny (Ser) lub Thr (treoniny) łańcucha polipeptydowego [76]. IgG podlega głównie procesowi N-glikozylacji, dlatego niżej zamieszczono krótką charakterystykę tego procesu.

Proces N-glikozylacji rozpoczyna się po stronie cytoplazmatycznej ER od sekwencyjnego dobudowywania kolejnych monosacharydów do ufosforylowanego dolicholu (Dol-P) obecnego w błonie ER. Po uzyskaniu struktury złożonej z Dol-P, dwóch reszt GlcNAc i pięciu reszt mannozy (Man) cała cząsteczka (Man5GlcNAc2-P-Dol) jest przenoszona do światła ER z udziałem flipaz. Kolejne modyfikacje enzymatyczne prowadzą do powstania struktury Glc3Man9GlcNAc2 (tzw. prekursorowego oligosacharydu), która oprócz reszt GlcNAc i Man zawiera też reszty glukozy (Glc). Ten prekursorowy oligosacharyd jest transportowany z Dol-P na Asn-X-Ser/Thr łańcucha peptydowego z udziałem oligosacharydylotransferazy (OST). Łańcuch cukrowy glikoproteiny po dalszych modyfikacjach w ER, trafia do AG, gdzie dochodzi ostatecznie do powstania trzech możliwych klas N-glikanów: wielomannozowej, hybrydowej i/lub złożonej (ryc. 2A) [15, 101, 120]. Cechą wspólną wszystkich N-oligosacharydów jest obecność struktury rdzeniowej GlcNAc2Man3, do której są dobudowywane kolejne monocukry tworzące część zewnętrzną. Struktury wielomannozowe w części zewnętrznej zawierają wyłącznie reszty Man w liczbie od pięciu do dziewięciu. Natomiast do struktury rdzeniowej w N-glikanach złożonych są dołączone tzw. anteny zbudowane z reszt GlcNAc, galaktozy (Gal), fukozy (Fuc) i kwasu sjalowego (SA) (ryc. 2B). N-glikany złożone różnią się liczbą anten (2-4), stopniem galaktozylacji (zawartości Gal w antenach), sjalilacji (liczbą reszt SA oraz rodzajem wiązania glikozydowego, którym ten monosacharyd jest dołączony do reszt Gal (α2,3 i α2,6) lub GalNAc (α2,6)) oraz fukozylacji (liczbą reszt Fuc, wiązaniem oraz miejscem dołączenia tego monosacharydu: do struktury rdzeniowej wiązaniem α1,6 lub do reszt Gal i GalNAc w antenach wiązaniem α1,2 i/lub α1,3). Na różnorodność N-glikanów wpływa również możliwość dołączenia reszty GlcNAc wiązaniem β1,4 do Manβ1-4GlcNAc struktury rdzeniowej i powstania tzw. form z GlcNAc przedzielającą. Typ hybrydowy łączy w sobie cechy struktur wielomannozowych i złożonych [15, 124].

Ryc. 2. A – biosynteza N-glikanów. Reszty cukrowe dobudowywane są do ufosforylowanego dolicholu po cytoplazmatycznej stronie siateczki śródplazmatycznej (ER). Struktura złożona z dolicholu, dwóch reszt fosforanowych (P-P), dwóch reszt N-acetyloglukozoaminy i pięciu reszt mannozy przenoszona jest do światła ER z udziałem flipazy. Po dołączeniu kolejnych czterech reszt mannozy i trzech reszt glukozy oligosacharyd transportowany jest en block z dolicholu na Asn-X-Ser/Thr łańcucha polipeptydowego, gdzie X to dowolny aminokwas z wyjątkiem proliny, z udziałem oligosacharydylotransferazy (OST). Po hydrolizie reszt glukozy od prekursorowego oligosacharydu N-glikozylowane białko przechodzi do aparatu Golgiego (AG), gdzie struktura N-glikanu podlega dalszym modyfikacjom prowadzącym ostatecznie do powstania trzech typów N-glikanów: wielomannozowego, hybrydowego i złożonego dwu-, trzy- i/lub czteroantenowego. B – schemat czteroantenowego N-glikanu typu złożonego. Linią przerywaną zaznaczono pentasacharydową strukturę rdzeniową obecną w każdym z typów N-glikanów, która może być dodatkowo fukozylowana. W części zewnętrznej (tj. poza strukturą rdzeniową) do struktur typu hybrydowego i złożonego dołączone są anteny zbudowane z reszt N-acetyloglukozoaminy, galaktozy, kwasu sjalowego oraz fukozy (na podstawie [16, 76])

Synteza łańcuchów oligosacharydowcyh nie odbywa się na odpowiedniej matrycy, tak jak w przypadku białek, które powstają na podstawie informacji zapisanej w DNA. O budowie N-glikanów decyduje wiele czynników wewnątrzkomórkowych, z których najistotniejsza jest ekspresja i aktywność enzymów (glikozylotransferaz i glikozydaz), dostępność donorów cukrowych, liczba i dostępność potencjalnych miejsc glikozylacji oraz synteza prekursorów. To samo białko może być inaczej glikozylowane w zależności od wymienionych czynników wewnątrzkomórkowych oraz czynników zewnątrzkomórkowych (np. obecności we krwi sjalotransferaz wydzielanych przez wątrobę) [48], a także wielu czynników osobniczych (m.in. wieku i płci) [85], dając w efekcie wiele różnych wariantów danej glikoproteiny (tzw. glikoform) [15, 76].

Glikozylacja IgG

Wszystkie IgG mają N-glikozylowane domeny CH2 w Fc, w obrębie których są obecne N-glikany typu złożonego przyłączone do obydwu asparagin 297 łańcuchów ciężkich. Chociaż domeny CH2 IgG obydwu łańcuchów ciężkich nie kontaktują się bezpośrednio, N-glikan fragmentu Fc stanowi łącznik między nimi, który osłania hydrofobową wewnętrzną powierzchnię CH2 od polarnego środowiska na zewnątrz cząsteczki. W przypadku 10-30% IgG znajdujących się w surowicy stwierdzono również glikozylację we fragmencie Fab [13, 94, 115]. Rejon zawiasowy niektórych podklas IgG (IgG3, IgG2b) jest dodatkowo O-glikozylowany [81].

Fragmenty Fc i Fab zawierają głównie dwuantenowe N-glikany typu złożonego (ryc. 1) [123]. Glikany IgG są wysoce heterogenne, ze względu na różną liczbę reszt Fuc, Gal, SA oraz GlcNAc przedzielającej dołączonych do heptasacharydu GlcNAc2Man3GlcNAc2 (określanego jako forma G0) dwuantenowej struktury rdzennej N-glikanów typu złożonego [74]. W przypadku Fuc na heterogenność glikoform wpływa również lokalizacja tego monosacharydu, który może być dołączony do pierwszej reszty GlcNAc części rdzeniowej (fukoza rdzeniowa) lub do terminalnych reszt Gal anten glikanu [123]. W zależności od zawartości reszt Gal w części zewnętrznej anten glikany IgG są klasyfikowane jako G0, G1, G2 [74]. W surowicy krwi ludzkiej stwierdzono obecność 36 glikoform IgG o odmiennej strukturze N-glikanu dołączonego do Asn297 łańcuchów ciężkich [58]. Oligosacharydy dołączone do Fc i Fab różnią się znacząco budową. N-glikany typu złożonego fragmentu Fc są słabiej sjalowane a mocniej fukozylowane niż struktury związane do fragmentu Fab. Ponadto, w Fab zidentyfikowano obecność glikoform wielomannozowych [11, 57, 109].

Struktura glikanów IgG zależy głównie od ekspresji glikozydaz i glikozylotransferaz oraz dostępności miejsc glikozylacji dla tych enzymów w limfocytach B i komórkach plazmatycznych odpowiedzialnych za wytwarzanie przeciwciał. Dostęp enzymów do domeny Fab jest łatwiejszy niż do miejsc glikozylacji we fragmentach Fc, które znajdują się od strony wewnętrznej łańcuchów ciężkich. Ekspresja enzymów biorących udział w procesie glikozylacji zależy od wielu czynników, m.in. wieku, poziomu hormonów i cytokin, obecności bakteryjnego DNA i metabolitów pochodzących z diety oraz jest odmiennie regulowana w czasie ciąży [115]. Najnowsze badania wykazały, że glikozylacja nie jest procesem wyłącznie wewnątrzkomórkowym, jak sądzono dotychczas. Sjalilacja IgG może być modyfikowana po uwolnieniu przeciwciał do krwi, więc niezależnie od klasycznego wewnątrzkomórkowego procesu zachodzącego w ER i AG limfocytów B i komórek plazmatycznych. Reszty SA są dołączane do IgG w wyniku pozakomórkowej modyfikacji potranslacyjnej zachodzącej w krwiobiegu z udziałem płytek krwi. Enzymem zaangażowanym w ten proces jest wydzielana do krwi przez wątrobę α2,6-sjalotransferaza-1(ST6Gal1), a nukleotydowym donorem SA monofosforan cytydyny (CMP) uwalniany z ziarnistości α płytek krwi [48].

Modyfikacja struktury glikanu przez glikozylotransferazy zależy również od obecności danych reszt cukrowych w istniejącej strukturze. Fukozylacja rdzeniowa (α1,6) oraz anten glikanów wzmacnia oddziaływania między homologicznymi domenami fragmentu Fc za pośrednictwem łańcuchów cukrowych, co wpływa na konformację glikanów. Zwiększa to stabilność fragmentu Fc ułatwiając dostęp do glikanu enzymom biorącym udział w dalszej obróbce, m.in. sjalotransferazom. Wykazano również większą wydajność przyłączenia reszty GlcNAc przedzielającej do rdzenia, który jest fukozylowany [18]. Natomiast wcześniejsze dołączenie GlcNAc przedzielającej hamuje aktywność α1,6-fukozylotransferazy (FUT8), która katalizuje dodanie fukozy rdzeniowej [108].

Rola glikozylacji fragmentu Fc IgG

N-glikany w obrębie ciężkich łańcuchów fragmentu Fc IgG wpływają na funkcje efektorowe przeciwciał przez zmianę ich struktury trójwymiarowej i wiązanie do FcR [11]. Glikany pełnią funkcję łącznika między dwoma łańcuchami, dzięki czemu stabilizują cząsteczkę IgG i nadają jej konformację sprzyjającą wiązaniu do receptora [12, 75]. Usunięcie glikanów powoduje zwijanie się ciężkich łańcuchów, osłabienie powinowactwa do FcR oraz zahamowanie procesów ADCC i CDC [13, 94].

Glikoformy Fc różnią się powinowactwem do białek układu dopełniacza lub FcR, co może spowodować pobudzenie lub hamowanie odpowiedzi immunologicznej [5, 35]. Niesjalowane przeciwciała we fragmencie Fc efektywniej przyłączają się do receptorów niż glikoformy zawierające SA, natomiast fukozylacja kontroluje aktywację ADCC [5]. Zmiany w fukozylacji rdzeniowej N-glikanu Fc wpływają na wiązanie IgG do FcR w zależności od typu receptora. Wykazano 50-krotnie silniejsze wiązanie przeciwciał pozbawionych Fuc struktury rdzeniowej N-glikanów z FcRIIIa w porównaniu do IgG fukozylowanych, co powodowało wzmocnienie ADCC [95]. Dołączenie Fuc zmniejsza powinowactwo IgG do FcRIIIa i tym samym zapobiega inicjacji ADCC [33, 46, 95, 97]. Natomiast sjalilacja fragmentu Fc zmienia prozapalny charakter przeciwciała na przeciwzapalny [49]. Wiązanie sjalowanego Fc do receptora zapoczątkowuje przeciwzapalną kaskadę, w którą jest zaangażowana lektyna określana jako swoista dla komórek dendrytycznych nieintegryna wychwytująca cząsteczkę adhezji międzykomórkowej 3 (DC-SIGN). To wiązanie zwiększa również ekspresję inhibitorowego receptora FcRIIb na powierzchni komórek odpornościowych, czego skutkiem jest wyciszenie zapalenia wywołanego przez autoprzeciwciała [2, 4].

We fragmencie Fc glikozylowane są nie tylko przeciwciała obecne w surowicy, ale również immunoglobuliny błonowe będące receptorami limfocytów B (BCR). Ważną rolę w funkcjonowaniu BCR, a tym samym komórek, na powierzchni których są umiejscowione, odgrywa fukozylacja rdzeniowa N-glikanów. U myszy nokaut genu Fut8, którego produktem jest enzym odpowiadający za przyłączanie reszt Fuc do struktury rdzeniowej N-glikanu, uniemożliwia oligomeryzację BCR (IgG2a) wywołaną przyłączeniem antygenu [62]. Oligomeryzacja receptora zapewnia BCR przyjęcie konformacji sprzyjającej powinowactwu receptora do tratw lipidowych, co inicjuje kaskadę sygnałową zapoczątkowaną aktywacją BCR [80]. Gdy glikany BCR nie są fukozylowane, maleje liczba limfocytów B i tym samym spada sekrecja IgG. Ponadto, u myszy z nokautem genu Fut8 wykazano obniżoną ekspresję genów zaangażowanych m.in. w sygnalizację BCR oraz nadekspresję genów biorących udział w różnicowaniu limfocytów [62].

Rola glikozylacji fragmentu Fab IgG

Fragment Fab glikozylowany jest w jednej na cztery lub­ pięć cząsteczek IgG (15-25% Fab) w surowicy, co wynika z lokalizacji miejsc glikozylacji w regionach hiperzmiennych [11, 123]. Chociaż nie każde przeciwciało zawiera glikany we fragmencie Fab, wykazano, że ta modyfikacja potranslacyjna jest istotna w wiązaniu antygenu przez IgG [12, 26, 109]. Obecność reszt cukrowych w Fab zwykle zwiększa powinowactwo przeciwciała do antygenu. Jest to jednak zależne od miejsca hiperzmiennego, do którego są przyłączone glikany. Łańcuch cukrowy przyłączony do Asn58 regionu zmiennego łańcucha ciężkiego IgG powoduje 10-krotny wzrost powinowactwa, glikan obecny przy Asn60 3-krotnie zwiększa powinowactwo, natomiast obecność oligosacharydu przy Asn54 uniemożliwia wiązanie IgG do antygenu [26]. N-glikozylacja we fragmencie Fab wydłuża także okres półtrwania IgG we krwi [12, 26, 109].

Glikany w autotolerancji i autoagresji

Glikoproteiny układu odpornościowego oraz cząsteczki je wiążące są ważnym elementem warunkującym stan autotolerancji [10, 25, 41, 92, 109], a zmiany glikozylacji tych białek mogą sprzyjać autoagresji [70]. Na każdym etapie w odpowiedź immunologiczną jest zaangażowanych bardzo wiele glikozylowanych białek sekrecyjnych oraz błonowych. Oprócz przeciwciał, glikoproteinami wydzielniczymi są cytokiny oraz białka dopełniacza. Na powierzchni leukocytów glikozylowane są receptory Toll-podobne (TLR), cząsteczki głównego układu zgodności tkankowej (MHC) klasy I i II, receptory chemokin, cytokin, receptory i koreceptory limfocytów T i B [83, 84, 124]. Najważniejsze dla funkcji efektorowych glikanów są białka wiążące glikany (GBP), czyli głównie endogenne lektyny, które rozpoznają i wiążą określone struktury cukrowe [86, 91].

W aktywności układu immunologicznego istotna jest również glikozylacja antygenów rozpoznawanych przez komórki odpornościowe [113]. Na przełomie XX i XXI w. wyjaśniono, w jaki sposób układ odpornościowy rozpoznaje obce białka i generuje odpowiedź immunologiczną [70]. Antygeny patogenów są identyfikowane jako obce dla gospodarza dzięki zachowanym w toku ewolucji wzorom molekularnym wytwarzanym przez mikroorganizmy, określanym jako wzorce molekularne związane z patogenami (PAMP) [72]. PAMP oraz wzorce molekularne związane z uszkodzeniem (DAMP) uwalniane z komórek uszkodzonych tkanek, są w większości glikokoniugatami rozpoznawanymi przez receptory obecne na komórkach układu odpornościowego, głównie odpowiedzi wrodzonej, zwane receptorami rozpoznającymi wzorce (PRR) [72, 113]. Do PRR należą endogenne lektyny, w tym lektyna wiążąca mannozę (MBL), która rozpoznaje i wiąże cukrowe wzorce obecne na powierzchni drobnoustrojów oraz uszkodzonych komórek gospodarza, co aktywuje układ dopełniacza na drodze lektynowej [7]. Związanie liganda cukrowego przez MBL powoduje zmianę konformacji lektyny, dzięki czemu kompleks jest wrażliwy na działanie proteaz serynowych związanych z MBL (MASP), które aktywują układ dopełniacza przez rozkład składników C3 i C4. Dochodzi do napływu komórek immunokompetentnych do miejsca infekcji oraz degranulacji komórek tucznych, a to uruchamia kaskadę zdarzeń prowadzących do wyeliminowania patogenów [54, 124].

Oprócz PAMP i DAMP w układzie odpornościowym funkcjonują też wzorce molekularne autoantygenów (SAMP) rozpoznawane przez receptory o charakterze hamującym, co jest istotne do utrzymania stanu tolerancji układu immunologicznego na własne antygeny [113]. Do receptorów SAMP należą lektyny wiążące SA różnych populacji leukocytów, a także lektyny typu C obecne na komórkach dendrytycznych [22, 34]. Zadaniem komórek układu odpornościowego jest prawidłowe zaklasyfikowanie autoantygentów jako białek własnych i uruchomienie mechanizmów tolerancji. Zakłócenia w tym procesie na poziomie glikanów zarówno w układzie odpornościowym, jak również glikozylacji antygenów mogą się przyczyniać do powstania odpowiedzi immunologicznej skierowanej przeciwko własnym komórkom i rozwoju chorób o podłożu autoimmunizacyjnym [70, 111].

W przebiegu chorób autoimmunizacyjnych dochodzi do zmian glikozylacji, które sprzyjają autoagresji. W reumatoidalnym zapaleniu stawów (RA) i toczniu rumieniowatym układowym (SLE) zmiany glikozylacji dotyczą zarówno IgG, jak również efektorowych limfocytów T. Na powierzchni limfocytów T eksponowana jest terminalna N-acetylogalaktozoamina (GalNAc) i struktury Galβ1,4GlcNAc [17], które są wiązane przez MBL i galektyny, a to hamuje zwrotnie sygnalizację receptora limfocytów T (TCR) i zmienia aktywność fosfatazy tyrozynowej CD45 [31, 112]. Zmniejszona zawartość N-glikanów z rozgałęzieniami β1,6GlcNAc na powierzchni TCR obniża próg aktywacji tego receptora i prowadzi do rozwoju nadwrażliwości typu późnego zwiększając ryzyko rozwoju chorób autoimmunizacyjnych w mysich modelach [31, 42].

Zaburzeniom procesów autotolerancji towarzyszą zmiany glikozylacji IgG (ryc. 3). Przeciwciało może wykazywać aktywność prozapalną lub przeciwzapalną w zależności od składu cukrowego glikanów dołączonych do Asn297 [69]. Aktywność immunosupresyjna IgG zwiększa zdolność fagocytarnych makrofagów i komórek dendrytycznych oraz osłabia prezentację antygenu przez komórki prezentujące antygen (APC). Modyfikacja budowy N-glikanów, głównie fukozylacji, sjalilacji oraz galaktozylacji glikanów IgG wpływa na powinowactwo przeciwciał do receptora fragmentu Fc (FcR), aktywację białek dopełniacza oraz procesy ADCC i CDC [5, 8, 35].

Ryc. 3. Budowa N-glikanów przyłączonych do asparaginy 297 (Asn297) łańcucha ciężkiego Fc IgG wpływa na funkcje efektorowe przeciwciał. N-glikany typu złożonego IgG sjalowane na obydwu ramionach oraz fukozylowane w części rdzennej wykazują największy potencjał przeciwzapalny w przeciwieństwie do struktur pozbawionych fukozy, kwasu sjalowego oraz galaktozy, które mają właściwości prozapalne (na podstawie [94])

Glikozylacja IgG w reumatoidalnym zapaleniu stawów

Chorobą autoimmunizacyjną, w której najlepiej poznano glikozylację IgG, jest reumatoidalne zapalenie stawów. RA jest chronicznym, postępującym zapaleniem tkanki łącznej. W początkowych etapach choroby procesy zapalne obejmują błonę maziową stawów, powodując uszkodzenia chrząstki, kości oraz ścięgien. Jest to schorzenie układowe obejmujące także nerki, serce, płuca oraz układ nerwowy [35, 116]. Etiopatogeneza choroby jest wieloczynnikowa; procesy autoimmunizacyjne obejmują m.in. nieprawidłową syntezę cytokin, zaburzenia w migracji komórek immunokompetentnych oraz zmiany w procesie apoptozy [103, 106]. W przebiegu RA w surowicy chorych są obecne różne typy autoprzeciwciał, wśród których najlepiej poznany jest czynnik reumatoidalny (RF), czyli przeciwciała klasy M, rzadziej G lub A. Ig należące do grupy RF są skierowane przeciwko domenom CH2 i CH3 fragmentów Fc IgG [45]. RF zostały jako pierwsze opisane w RA, ale nie są swoiste dla tej choroby, ponieważ są obecne również w innych chorobach przewlekłych i zakaźnych, a nawet u osób zdrowych. Patogenne działania RF wynikają z tworzenia kompleksów immunologicznych, aktywacji dopełniacza oraz stymulacji czynników zapalnych [51].

Nieprawidłowości w procesie glikozylacji przeciwciał przyczyniają się do rozwoju RA i są ściśle związane z patogenezą choroby [16, 69]. Do najistotniejszych zmian w profilu cukrowym przeciwciał należy wzrost agalaktozylowanych glikoform Fc IgG w surowicy chorych z RA [36, 79]. IgG, przeciwko którym skierowany jest RF, wy­kazują prozapalny profil glikozylacji Fc spowodowany spadkiem galaktozylacji i sjalilacji. Do zmian glikozylacji dochodzi przed pojawianiem się klinicznych objawów choroby [69]. Spadek galaktozylacji IgG powoduje odsłonięcie reszt GlcNAc, a to jest przyczyną upośledzenia wiązania się przeciwciał z białkami dopełniacza. W konsekwencji aktywacja układu dopełniacza drogą klasyczną jest utrudniona. Reszty GlcNAc agalaktozylowanych glikanów IgG są wiązane przez MBL, powodując niekontrolowaną aktywację układu dopełniacza drogą lektynową i inicjując proces zapalny [41]. Oddziaływanie IgG z MBL stwierdzono już we wczesnym stadium choroby. Agalaktozylacja IgG upośledza również ADCC oraz wzmaga wytwarzanie RF, przez zwiększone powinowactwo autoprzeciwciał do pozbawionego Gal fragmentu Fc przeciwciała [35]. Mniejsza zawartość SA zwiększa powinowactwo IgG do receptora Fc, promując prozapalne właściwości przeciwciał [37]. W remisji choroby po terapii jednolekowej metotreksatem oraz dwulekowej połączonej z preparatem Remicade o działaniu przeciwzapalnym (przeciwciała przeciwko TNF-α) obserwowano wzrost galaktozylacji IgG [79]. Zarówno galaktozylacja, jak również sjalilacja IgG w remisji choroby wracają do poziomu porównywalnego z glikozylacją u osób zdrowych [37].

W patogenezie RA ważną rolę odgrywają również cytrulinowe białka powstające w wyniku deiminacji (określanej również jako cytrulinacja) argininy do cytruliny katalizowanej przez zależną od jonów wapnia deiminazę peptydyloargininową. Ta modyfikacja potranslacyjna wywołuje zmiany argininy zawierającej dodatnio naładowaną grupę guanidynową pozbawioną ładunku elektrycznego cytrulinę. Utrata ładunku powoduje rozwinięcie białek i zmianę ich właściwości antygenowych, co sprawia, że stają się celem humoralnej odpowiedzi immunologicznej [121]. Przeciwciała IgG przeciwko cytrulinowym białkom i peptydom (ACPA) są najbardziej swoistym markerem serologicznym RA, ściśle skorelowanym z intensywnością zapalenia stawów. Są również użyteczne do oceny prawdopodobieństwa rozwoju RA, ponieważ ich obecność stwierdza się we krwi na długo przed pojawieniem się pierwszych objawów choroby [39, 51, 102]. Chociaż nie u wszystkich chorych ACPA są wykrywane, stąd podział na ACPA-negatywne i ACPA-pozytywne RA [53]. Do cytrulinowych białek obecnych w błonie maziowej torebek stawowych chorych z RA należy m.in. wimentyna, filagryna i fibrynogen [27]. Cytrulinowe peptydy wiążą się z większym powinowactwem do MHC i mocniej aktywują limfocyty CD4+ [96].

Zdecydowana większość autoprzeciwciał ACPA jest N-glikozylowana we fragmencie Fab. ACPA-IgG izolowane z płynu stawowego, w którym toczy się stan zapalny w RA, mają 100% domen zmiennych w rejonie Fab glikozylowanych [51]. N-glikany Fab zwiększają masę cząsteczkową IgG o 10-20 kDa. Intensywna glikozylacja Fab w ACPA jest skutkiem hipermutacji somatycznych zachodzących w limfocytach B, które dostarczają dodatkowych miejsc N-glikozylacji w rejonach hiperzmiennych IgG. Wiązanie lektyn do ACPA mocno glikozylowanych we fragmencie Fab, obecnych na powierzchni limfocytów B (receptory BCR), generuje sygnały wydłużające czas życia tych komórek [89]. Niedawne badania wykazały, że ACPA-IgG zawierają w domenie Fab mocno sjalowane glikany w ponad 90% tych przeciwciał, co jest pięciokrotnie większą wartością niż w przypadku IgG przeciwko niecytrulinowym białkom pochodzących od tych samych dawców z RA. Intensywniejszą sjalilację ACPA-IgG stwierdzono w płynie stawowym (SF) niż we krwi obwodowej pacjentów. Hipersjalilacja glikanów Fab w cząsteczkach ACPA może sprzyjać wiązaniu lektyn swoistych dla SA i w związku z tym nabyciu nowych immunologicznych właściwości [43]. Zmiany glikozylacji ACPA wykazano również we fragmencie Fc tych przeciwciał. Glikozylacja Fc ACPA ma charakter prozapalny, co wynika z obniżonego poziomu galaktozylacji i sjalilacji IgG1-ACPA w płynie stawowym w porównaniu do całkowitej puli IgG1 w SF. IgG1-ACPA wykazywały też mniejszą zawartość SA niż IgG1 w surowicy [16, 90].

W przebiegu ciąży zachodzi spontaniczna remisja RA, natomiast po porodzie ponownie zaostrzają się objawy i rozwój choroby wraca do stanu sprzed ciąży [110]. Remisji choroby w ciąży towarzyszy wzrost galaktozylacji i sjalilacji Fc IgG1 i IgG2, co jest prawdopodobnie związane ze zmianami hormonalnymi [11, 110]. Przypuszcza się, że zmiany glikozylacji IgG w ciąży mogą być jednym z mechanizmów osłabiających reakcję układu immunologicznego matki przeciwko białkom i komórkom płodu, który można porównać do aloprzeszczepu [11].

Glikozylacja IgG w toczniu rumieniowatym

Toczeń rumieniowaty układowy (SLE) należy do autoimmunizacyjnych chorób wielonarządowych obejmujących skórę, stawy, nerki i układ nerwowy [29]. Zaburzenia procesów odpornościowych w SLE są związane z wieloma czynnikami m.in. hormonalnymi (żeńskie hormony płciowe), środowiskowymi i genetycznymi [55]. Podobnie jak w innych chorobach autoimmunizacyjnych, przyczyny SLE nie są szczegółowo poznane, przyjmuje się jednak, że autoantygeny związane z patogenezą SLE powstają podczas procesu śmierci komórkowej; apoptozy, nekrozy czy NET-ozy. Umierające komórki i ich fragmenty są niewydajnie usuwane przez fagocyty i następnie rozpoznawane przez autoreaktywne przeciwciała. W ten sposób aktywowana jest odpowiedź zapalna obejmująca wiele tkanek organizmu [82]. Charakterystyczne dla SLE autoprzeciwciała rozpoznają głównie epitopy jądrowe obecne w dsDNA i białkach jądrowych tworzących kompleksy z kwasami nukleinowymi [10]. Należą do nich m.in. przeciwciała przeciwjądrowe (ANA), IgG anty-dsDNA, anty-nukleosom, anty-Sm (Smith), anty-RNP. Autoprzeciwciała te obejmują w większości klasę IgG, lecz u chorych stwierdzono też obecność klas IgM i IgA [30].

Pierwsze badania dotyczące glikozylacji IgG w SLE wykazały obniżony poziom galaktozylowanych postaci IgG we krwi pacjentów z tą chorobą w porównaniu do zdrowych dawców. W tych samych badaniach podobne wyniki uzyskano także dla opisanych powyżej RA i choroby Leśniowskiego-Crohna [105], co wskazuje, że obniżona galaktozylacja IgG może być cechą charakterystyczną różnych chorób autoimmunizacyjnych. Badania ostatnich lat obejmujące grupę ponad 250 pacjentów z SLE, w których analizowano glikozylację całej puli przeciwciał IgG wyizolowanych z surowicy z użyciem ultrasprawnej chromatografii cieczowej (UPLC), potwierdziły poprzednio opisane doniesienia. Analizy wykazały istotne różnice w profilu glikozylacji IgG między pacjentami z toczniem a zdrowymi dawcami. Zmiany glikozylacji IgG u pacjentów z SLE obejmujące obniżoną galaktozylację, sjalilację i fukozylację IgG oraz zwiększenie ilości N-glikanów z N-acetyloglukozoaminą przedzielającą towarzyszą indukcji procesów zapalnych [117].

Obniżona sjalilacja w SLE jest charakterystyczna także dla autoprzeciwciał IgG rozpoznających histony oraz materiał nekrotyczny komórek. We frakcji niesjalowanych przeciwciał IgG aktywność wiązania się do białek histonowych jest większa w porównaniu z całą pulą IgG pacjenta z SLE i zdrowego dawcy. Niesjalowane IgG rozpoznające resztki komórkowe powstałe w wyniku nekrozy wtórnej (SNEC) stymulują usuwanie SNEC przez neutrofile w przeciwieństwie do sjalowanych anti-SNEC, które redukują fagocytozę materiału nekrotycznego [66].

W odróżnieniu od wyżej opisanych analiz glikozylacji wyizolowanych IgG w badaniach Sjöwall i wsp. [100] analizowano glikany IgG tworzących kompleksy z białkami surowicy. Takie immunokompleksy krążą we krwi lub są zdeponowane w tkankach pacjentów z toczniem. Stosując test ELISA oceniono wiązanie lektyny izolowanej z Aleuria aurantia (AAL) oraz lektyny izolowanej z Lens culinaris (LCL) do kompleksów IgG-białko pochodzących z surowicy pacjentów z SLE i zdrowych dawców. Lektyny AAL i LCL rozpoznają i wiążą się odpowiednio do Fuc i fukozy związanej ze strukturą rdzeniową oligosacharydu. Wykazano, że w porównaniu z grupą kontrolną kompleksy IgG-białko pacjentów z toczniem charakteryzują się intensywniejszym wiązaniem lektyn AAL i LCL, co ma związek ze zwiększoną ekspozycją Fuc. Charakterystyczne dla przebiegu tocznia są następujące po sobie stany zwiększonej aktywności objawów i remisji. Mocniejsze wiązanie AAL stwierdzono w czasie wzmożonej aktywności choroby. Autorzy sugerują, że zwiększone wiązanie kompleksów IgG-białko do lektyn u pacjentów z SLE może sprzyjać większemu powinowactwu tych kompleksów do receptorów lektynowych obecnych na powierzchni komórek układu odpornościowego, które są odpowiedzialne za indukcję procesu fagocytozy [100].

Glikozylacja IgG ma istotny wpływ na funkcje kompleksów IgG z białkami lub RNA u pacjentów z SLE. Wyizolowane z surowicy chorych z SLE immunokompleksy IgG-białko oraz kompleksy IgG-RNA poddano in vitro działaniu endoglikozydazy S (Endo S), enzymu który katalizuje hydrolizę wiązania glikozydowego β1,4 łączącego dwie reszty GlcNAc struktury rdzeniowej N-glikanów typu złożonego z ciężkiego łańcucha IgG. Zastosowanie Endo S znosiło prozapalne właściwości immunokompleksów przez zahamowanie wytwarzania INF-α przez komórki jednojądrzaste, osłabienie chemotaksji, obniżenie aktywacji składników dopełniacza i zahamowanie fagocytozy nekrotycznych fragmentów komórki przez fagocyty. Hamowanie przez Endo S procesów zapalnych może znaleźć zastosowanie w terapii tej choroby oraz wskazuje na ważną rolę glikanów IgG w indukcji procesów zapalnych [64].

Opisany wyżej czynnik reumatoidalny, charakterystyczny dla RA, jest również obecny w surowicy chorych z SLE. Wykazano, że IgG-RF są skierowane nie tylko przeciwko zmienionej glikozylacji Fc IgG, ale również glikanom o odmiennej budowie w rejonie Fab. Wiązanie RF do IgG w SLE zależy od glikozylacji epitopu. Działanie endo- i egzoglikozydaz na fragmenty Fc i Fab IgG zmienia wydajność rozpoznawania epitopów przez czynnik RF. Całkowite usunięcie N-glikanów zmniejszało wiązanie się czynnika RF o 60-70%. Częściowe usunięcie SA oraz Gal zwiększało wydajność wiązania się RF do Fab, nie zaobserwowano jednak takich zmian w przypadku wiązania do fragmentu Fc. Badania te wskazują, że rozpoznawanie fragmentów Fc i Fab przez czynnik RF może być modulowane przez zmianę struktury glikanów dołączonych do rozpoznawanego przez RF fragmentu [24].

Glikozylacja IgG w chorobie Leśniowskiego-Crohna

Choroba Leśniowskiego-Crohna (CD) należy do grupy chorób określanych jako nieswoiste zapalenie jelit (IBD), charakteryzujących się przewlekłym stanem zapalnym przewodu pokarmowego. Etiopatogeneza choroby nie jest jeszcze w pełni poznana. Przyczyną są zarówno predyspozycje genetyczne, jak również czynniki środowiskowe, które powodują zmianę odpowiedzi autoimmunologicznej [77, 99]. U pacjentów z CD dochodzi do zaniku błony śluzowej jelit, co prowadzi do bezpośredniego kontaktu mikrobioty z nabłonkiem, a w tym miejscu rozwija się ostry stan zapalny [104]. Charakterystyczne dla choroby Leśniowskiego-Crohna jest występowanie przeciwciał przeciwko antygenom białkowym Saccharomyces cerevisiae (ASCA), Pseudomonas fluorescens i Escherichia coli oraz cytoplazmie neutrofilów (ANCA). Przeciwciała te są powszechnie wykorzystywane w diagnostyce CD [77].

Glikomarkerem choroby Leśniowskiego-Crohna, podobnie jak w innych chorobach o podłożu autoimmunizacyjnym (SLE, RA), są agalaktozylowane przeciwciała. W przebiegu CD dochodzi do utraty terminalnych reszt cukrowych oligosacharydów przeciwciał i wzrostu zawartości glikoform pozbawionych Gal na jednym lub obu ramionach N-glikanów dołączonych do Fc IgG [77, 98, 99, 107]. Do celów diagnostycznych wykorzystuje się współczynnik G0F/G2F, który określa poziom agalaktozylowanej frakcji fukozylowanych IgG. Wykazano, że współczynnik ten jest lepszym markerem CD niż powszechnie stosowane ASCA, ze względu na większe różnice wartości G0F/G2F uzyskane u chorych z CD w stosunku do osób zdrowych. W przeciwieństwie do RA, w chorobie Leśniowskiego-Crohna stwierdza się stosunkowo niewielkie ilości czynnika RF, co wskazuje na odmienny mechanizm reakcji zapalnej inicjowanej zmienioną glikozylacją IgG [98]. W CD agalaktozylowaneprzeciwciała są wytwarzane lokalnie w obrębie śluzówki jelita, gdzie oddziałują z komórkami odpowiedzi wrodzonej, obecnymi w tym rejonie, wzmagając ich fagocytarne funkcje efektorowe, co jest mechanizmem kompensacyjnym dla obniżonej aktywności tych komórek w CD. Odmiennie niż w RA, proces ten w chorobie Leśniowskiego-Crohna odbywa się bez udziału MBL [77].

W badaniach z udziałem ponad 280 dawców z chorobą Leśniowskiego-Crohna, oprócz wzrostu agalaktozylacji, wykazano również obniżenie poziomu sjalilacji IgG w CD. Potwierdzono, że utrata Gal i SA nadaje IgG prozapalne właściwości, przez zwiększenie powinowactwa do FcR [107]. Oddziaływanie IgG α2,6-sjalowanych w rejonie Fc z cząsteczkami DC-SIGN na komórkach dendrytycznych jest niezbędne do przeciwzapalnej aktywności przeciwciał [9]. Dlatego desjalowane IgG są słabiej wiązane przez cząsteczki DC-SIGN obecne na komórkach fagocytarnych, co obniża ekspresję receptora FcγRIIb o właściwościach hamujących ich funkcje efektorowe. U chorych z CD stwierdzono również wzrost zawartości reszt GlcNAc przedzielającej wiązanej β1,4 do struktury rdzeniowej N-glikanów IgG. Wpływ tego monosacharydu na funkcje przeciwciał w CD nie jest jeszcze poznany [107], ale wcześniejsze badania wskazują, że IgG1 zawierające tak wiązaną resztę GlcNAc indukują mocniej ADCC [108]. IgG pozbawione SA i Gal inicjują reakcje zapalane w CD za pośrednictwem różnych mechanizmów.

Glikozylacji IgG w chorobie Hashimoto

Przewlekłe limfocytowe zapalenie tarczycy zwane chorobą Hashimoto (HT) jest schorzeniem autoimmunizacyjnym prowadzącym do destrukcji gruczołu tarczowego. Wśród przyczyn HT wymienia się czynniki genetyczne i środowiskowe, które prowadzą do przełamania mechanizmów autotolerancji na antygeny tarczycy. Prezentowane są przez komórki APC, głównie komórki dendrytyczne i makrofagi napływające do tarczycy oraz tyreocyty, które również mogą wykazywać typową dla APC ekspresję cząsteczek MHC klasy II [23]. Dochodzi do pobudzenia nieuczulonych limfocytów CD4+, które aktywują limfocyty cytotoksyczne CD8+ i limfocyty B. Limfocyty B przekształcają się w komórki plazmatyczne wytwarzające przeciwciała przeciwko tarczycy. Są to głównie przeciwciała przeciwko peroksydazie tarczycowej (TPO) i tyreoglobulinie (Tg), ale wykrywa się też przeciwciała przeciwko receptorowi hormonu stymulującego tarczycę (TSHR), tyroksynie, trójjodotyroninie, symporterowi sodowo-jodowemu, megalinie i pendrynie [52, 65].

Za najlepszy wskaźnik procesów autoimmunizacyjnych toczących się w obrębie tarczycy uznaje się przeciwciała anty-TPO, obecne w surowicy około 80-95% chorych z HT [20, 71]. Biorą one udział w ADCC i CDC; efektywność ADCC zależy od izotypu przeciwciał, ich glikozylacji, rodzaju komórek efektorowych. W procesie tym bierze udział podklasa IgG1 anty-TPO, która wiąże się z receptorami FcγR, zwłaszcza typu I, znajdującymi się na neutrofilach i monocytach. Natomiast wysoki poziom anty-TPO podklasy IgG2 jest związany z większym ryzykiem rozwinięcia jawnej niedoczynności tarczycy [73, 88].

Przeciwciała anty-Tg są wykrywane u części chorych z HT, jednak ich rola w diagnostyce tego schorzenia jest mniejsza. Mogą się pojawiać również w surowicy osób zdrowych (10-20% zdrowych kobiet) i zwykle są uznawane za wskaźnik zwiększonego ryzyka zachorowania [52, 65]. Tg nie jest białkiem błonowym, dlatego jej udział w ADCC jest wątpliwy. Przeciwciała anty-Tg nie wiążą też dopełniacza [65]. Anty-Tg osób chorych są zdolne do hydrolizy Tg [60], jednak ich rola w patogenezie HT jest niejasna. Oczyszczanie krwi z Tg przez przeciwciała o właściwościach katalitycznych wydaje się korzystne dla pacjenta, jednak obecność limfocytów B syntetyzujących anty-Tg w obrębie gruczołu tarczowego może prowadzić do niszczenia Tg w koloidzie, a w konsekwencji obniżenia stężenia trójjodotyroniny (T3) i tyroksyny (T4) [119]. Przeciwciała anty-Tg rozpoznają różne epitopy tyreoglobuliny w zależności od etapu rozwoju choroby, dlatego wskaźnik ten może być pomocny w monitorowaniu choroby [63].

Glikozylacja IgG w chorobach autoimmunizacyjnych tarczycy, do których należy HT oraz choroba Gravesa-Basedowa (GD), była badana dotychczas w ograniczonym zakresie. Stosując metodę lektynową dla IgG anty-Tg oczyszczonych z surowic przez wiązanie do immobilizowanej Tg, wykazano słabszą fukozylację IgG-Tg w HT w porównaniu do anty-Tg izolowanych z krwi dawców z GD oraz z nowotworami tarczycy [125]. Natomiast poziom α1,6-fukozylacji i sjalilacji anty-Tg jest wyższy w surowicy HT w porównaniu do grupy kontrolnej, którą stanowili zdrowi dawcy. Ponadto wykazano, że stopień fukozylacji i sjalilacji tych IgG jest proporcjonalny do miana przeciwciał. Pacjenci z wysokim poziomem anty-Tg mieli więcej Fuc i SA niż chorzy z umiarkowanie podwyższonym poziomem tych IgG [122]. Badania naszego zespołu przeprowadzone metodą UPLC u ponad stu dawców z chorobą Hashimoto oraz porównywalnej liczbie osób zdrowych, stanowiących grupę kontrolną, wskazują na spadek fukozylacji IgG w przebiegu HT [68].

Glikozylacja IgG a przeciwciała terapeutyczne

W zwalczaniu chorób zapalnych oraz chorób z autoagresji, takich jak trombocytopenia czy choroba Kawasakiego, stosuje się dożylne preparaty immunoglobulin (IVIg) [92], czyli poliklonalne IgG oczyszczone z surowicy 0,5-10 tys. zdrowych dawców [74, 124] oraz przeciwciała terapeutyczne (ThAb) [74]. Rozwój technik biologii molekularnej w latach 90 ub.w. umożliwił sklonowanie genów IgG, co pozwala na wytwarzanie przeciwciał monoklonalnych (mAb) o określonej aktywności w eukariotycznych systemach ekspresyjnych [19]. Projektowanie ThAb jest najszybciej rozwijającą się dziedziną przemysłu farmaceutycznego. W ostatnich trzech dekadach powstało ponad 30 mAb i ich pochodnych, skutecznie stosowanych w różnych chorobach [44, 47]. Wszystkie wykorzystywane terapeutycznie przeciwciała należą do klasy G [59, 118].

Zmiana glikozylacji rekombinowanych przeciwciał terapeutycznych pozwala na manipulowanie ich właściwościami pro- i przeciwzapalnymi. Źródłem wiedzy na temat znaczenia glikozylacji IgG są opisane wyżej badania poświęcone zmianom struktury N-glikanów przeciwciał w chorobach autoimmunizacyjnych oraz roli tych zmian. Właściwości przeciwzapalne ThAb uzyskuje się głównie dzięki obecności SA w N-glikanie fragmentu Fc. Te właściwości można łatwo zmieniać, ponieważ enzymatyczna desjalilacja znosi działanie leków [5, 40, 50]. Niewielki procent przeciwciał we krwi jest α2,6-sjalowany. Ten typ glikozylacji zapewnia potencjał przeciwzapalny IgG, dzięki wspomnianemu wyżej oddziaływaniu przeciwciał z cząsteczkami DC-SIGN na makrofagach, które zwiększa aktywność FcRγ-IIb i tłumi odpowiedź immunologiczną. Jest to również jeden z mechanizmów działania IVIg stosowanych klinicznie w leczeniu immunosupresyjnym [114]. Preparaty IVIg o dużej zawartości SA wykazują większą aktywność przeciwzapalną, natomiast desjalilacja IVIg znosi to działanie [1]. Biorąc jeszcze pod uwagę to, że ekspresja sjalotransferazy ST6Gal1, która katalizuje α2,6-sjalilację glikanów, jest podwyższona w odpowiedzi na stan zapalny, a jej działanie zmienia aktywację i proliferację komórek, wykorzystanie możliwości zahamowania reakcji autoimmunologicznych z użyciem α2,6-sjalowanych IgG uznaje się za dobry kierunek badań terapeutycznych [114].

Oprócz sjalilacji, najistotniejsza w regulacji aktywności IgG jest α1,6-fukozylacja struktury rdzeniowej N-glikanów. Szacuje się, że w warunkach fizjologicznych około 94% przeciwciał IgG surowicy jest fukozylowanych, co zapewnia im właściwości przeciwzapalne. Zmniejszenie ilości Fuc w IgG obserwuje się w odpowiedzi immunologicznej przeciwko różnym antygenom w rozwoju wielu chorób [115]. Fukozylacja przeciwciał jest kluczowa w oddziaływaniu IgG z receptorem FcγRIIIa, m.in. dlatego, że Fuc modyfikuje funkcje SA. W obecności Fuc rdzeniowej, sjalilacja glikanów Fc powoduje znaczące obniżenie procesu ADCC z udziałem komórek NK. Sjalowane glikoformy zawierające Fuc rdzeniową były 20-krotnie mniej aktywne w porównaniu do glikoform pozbawionych SA, natomiast sjalilacja nie wpływała na aktywację komórek NK wywołaną defukozylowanymi glikanami IgG. Tak więc do uzyskania działania przeciwzapalnego przez sjalowane IgG niezbędna jest rdzeniowa fukozylacja przeciwciał [61]. ThAb ze zmodyfikowaną fukozylacją są wykorzystywane do leczenia klinicznego. Afukozylowane przeciwciała są stosowane od 2006 r. w terapii białaczki limfocytowej oraz chłoniaka z obwodowych limfocytów T. W terapii przeciwnowotworowej zastosowanie afukozylowanych IgG umożliwia stymulację odpowiedzi immunologicznej upośledzonej w chorobach nowotworowych [74].

Do rekombinowanych ThAb wprowadza się również glikany, które nie występują naturalnie we fragmencie Fc IgG, by zmienić nie tylko ich właściwości zapalne, ale aby poprawić również inne parametry. Terapeutyczne IgG zawierające w Fc N-glikany wielomannozowe są usuwane z ludzkiej krwi szybciej niż inne glikoformy IgG [38].

Niewątpliwie dużą trudnością w zaprojektowaniu przeciwciał terapeutycznych jest ich różnorodność, wynikająca ze zmienności fragmentu Fab oraz dodatkowo jego glikozylacji. Dokładne scharakteryzowanie struktury cukrowej również w tym fragmencie jest niezbędne do stworzenia rekombinowanego substytutu IgG o największym potencjale przeciwzapalnym, który znajdzie zastosowanie w chorobach autoimmunizacyjnych [3].

Pełna treść artykułu