Vùng hằng định (kháng thể) (Constant Region)

Vùng hằng định (Constant region) của kháng thể là phần của phân tử kháng thể không tham gia trực tiếp vào việc liên kết với kháng nguyên. Mặc dù không liên kết kháng nguyên, vùng hằng định đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa các chức năng hiệu ứng của kháng thể sau khi đã liên kết với kháng nguyên. Nói cách khác, vùng hằng định quyết định cách thức kháng thể sẽ loại bỏ kháng nguyên sau khi liên kết.

Cấu trúc

Kháng thể là các glycoprotein hình chữ Y được tạo thành từ bốn chuỗi polypeptide: hai chuỗi nặng (heavy chains) giống hệt nhau và hai chuỗi nhẹ (light chains) giống hệt nhau. Mỗi chuỗi này chứa cả vùng biến đổi (variable region) và vùng hằng định.

Chuỗi nặng: Vùng hằng định của chuỗi nặng ($C_H$) được chia thành ba hoặc bốn miền ($C_H1$, $C_H2$, $C_H3$, và đôi khi $C_H4$) tùy thuộc vào lớp kháng thể (IgA, IgD, IgE, IgG, và IgM). Sự khác biệt trong vùng $C_H$ chính là yếu tố quyết định các lớp kháng thể (isotype) khác nhau.
Chuỗi nhẹ: Vùng hằng định của chuỗi nhẹ ($C_L$) chỉ có một miền. Có hai loại chuỗi nhẹ chính là kappa (κ) và lambda (λ), và mỗi kháng thể chỉ chứa một trong hai loại này.

Chức năng

Vùng hằng định xác định isotype (lớp) của kháng thể, quyết định chức năng hiệu ứng của nó. Các isotype khác nhau có vùng hằng định khác nhau, dẫn đến các chức năng sinh học khác nhau:

Kích hoạt bổ thể: Một số isotype như IgG và IgM, thông qua vùng $C_H1$ và $C_H2$, có thể kích hoạt hệ thống bổ thể, một loạt các protein huyết thanh giúp tiêu diệt mầm bệnh. Quá trình này được gọi là cố định bổ thể.
Liên kết với các thụ thể Fc: Vùng $C_H2$ và $C_H3$ của IgG liên kết với các thụ thể Fc (Fc receptors) trên bề mặt của các tế bào miễn dịch như đại thực bào, tế bào NK, và bạch cầu trung tính. Điều này cho phép kháng thể hoạt hóa các tế bào này để thực bào (nuốt) các mầm bệnh đã được opsonin hóa (bao phủ bởi kháng thể) hoặc phóng thích các chất trung gian gây viêm. Việc liên kết với thụ thể Fc cũng đóng vai trò trong độc tính tế bào phụ thuộc kháng thể (ADCC).
Vận chuyển qua nhau thai: Vùng $C_H2$ của IgG chịu trách nhiệm vận chuyển kháng thể từ mẹ sang thai nhi qua nhau thai, cung cấp khả năng miễn dịch thụ động cho trẻ sơ sinh.
Điều hòa thời gian bán hủy: Vùng hằng định ảnh hưởng đến thời gian bán hủy của kháng thể trong máu.

Đa dạng

Mặc dù được gọi là vùng “hằng định,” vẫn tồn tại một số mức độ đa dạng trong vùng hằng định, đặc biệt là trong vùng hằng định của chuỗi nặng. Sự đa dạng này là cơ sở cho các allotype khác nhau trong cùng một isotype. Allotype là các biến thể di truyền nhỏ của kháng thể giữa các cá thể trong cùng một loài. Sự khác biệt giữa các allotype thường không ảnh hưởng đáng kể đến chức năng tổng thể của kháng thể, nhưng có thể có ý nghĩa trong một số trường hợp, chẳng hạn như trong phản ứng truyền máu hoặc ghép tạng.

Tóm lại: Vùng hằng định của kháng thể, mặc dù không trực tiếp liên kết kháng nguyên, đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa các chức năng hiệu ứng của kháng thể sau khi liên kết kháng nguyên. Nó xác định isotype của kháng thể và do đó quyết định cơ chế mà kháng thể sẽ loại bỏ mầm bệnh. Sự hiểu biết về vùng hằng định là rất quan trọng trong việc nghiên cứu miễn dịch học và phát triển các liệu pháp dựa trên kháng thể.

Sự khác biệt giữa vùng hằng định và vùng biến đổi

Điểm khác biệt chính giữa vùng hằng định ($C$) và vùng biến đổi ($V$) nằm ở chức năng và trình tự amino acid của chúng. Vùng biến đổi, nằm ở đầu tận cùng N của cả chuỗi nặng và chuỗi nhẹ, chịu trách nhiệm cho việc nhận diện và liên kết đặc hiệu với kháng nguyên. Tính đa dạng trình tự amino acid cực cao trong vùng biến đổi cho phép kháng thể liên kết với một loạt lớn các kháng nguyên khác nhau. Ngược lại, vùng hằng định có trình tự amino acid tương đối bảo tồn trong cùng một isotype và chịu trách nhiệm cho các chức năng hiệu ứng của kháng thể, như kích hoạt bổ thể, liên kết với thụ thể Fc, và vận chuyển qua nhau thai.

Ý nghĩa lâm sàng

Vùng hằng định của kháng thể có ý nghĩa lâm sàng quan trọng trong nhiều lĩnh vực:

Chẩn đoán bệnh: Xác định isotype của kháng thể có thể giúp chẩn đoán các bệnh nhiễm trùng và các rối loạn miễn dịch. Ví dụ, nồng độ IgE cao thường liên quan đến dị ứng. Sự hiện diện của một số isotype đặc hiệu cũng có thể chỉ ra giai đoạn của nhiễm trùng.
Phát triển thuốc: Kiến thức về vùng hằng định rất quan trọng trong việc phát triển các liệu pháp dựa trên kháng thể, chẳng hạn như kháng thể đơn dòng. Bằng cách điều chỉnh vùng hằng định, các nhà khoa học có thể tăng cường hoặc ức chế các chức năng hiệu ứng cụ thể của kháng thể, tùy thuộc vào mục tiêu điều trị. Ví dụ, một số liệu pháp sử dụng kháng thể được thiết kế để tăng cường khả năng liên kết với thụ thể Fc trên các tế bào diệt tự nhiên (NK cells), từ đó tăng cường khả năng tiêu diệt tế bào ung thư. Một ví dụ khác là việc sử dụng các kháng thể được thiết kế để ngăn chặn liên kết với thụ thể Fc, từ đó giảm viêm.
Ghép tạng: Sự không tương thích về allotype giữa người cho và người nhận có thể dẫn đến phản ứng thải ghép. Do đó, việc xác định allotype là rất quan trọng trong ghép tạng để giảm thiểu nguy cơ thải ghép.

Kỹ thuật nghiên cứu liên quan

Một số kỹ thuật thường được sử dụng để nghiên cứu vùng hằng định của kháng thể bao gồm:

Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA): ELISA có thể được sử dụng để định lượng các isotype kháng thể khác nhau trong các mẫu sinh học.
Sắc ký ái lực: Sắc ký ái lực có thể được sử dụng để tinh sạch các kháng thể dựa trên isotype của chúng. Ví dụ, protein A và protein G có thể được sử dụng để tinh sạch các kháng thể IgG.
Phân tích trình tự protein: Phân tích trình tự amino acid của vùng hằng định có thể cung cấp thông tin về allotype và các biến thể di truyền khác. Các kỹ thuật như khối phổ được sử dụng cho mục đích này.

Tóm tắt về Vùng hằng định

Vùng hằng định (Constant Region) của kháng thể là phần không trực tiếp liên kết với kháng nguyên, nhưng lại đóng vai trò then chốt trong việc điều hòa các chức năng hiệu ứng sau khi kháng thể đã liên kết. Nằm ở phần gốc của phân tử kháng thể hình chữ Y, vùng hằng định được tạo thành từ các miền $C_H$ trên chuỗi nặng và miền $C_L$ trên chuỗi nhẹ. Trình tự amino acid tương đối bảo tồn của vùng hằng định xác định isotype (lớp) của kháng thể, từ đó quyết định các chức năng sinh học của nó.

Các chức năng hiệu ứng này bao gồm kích hoạt bổ thể, liên kết với thụ thể Fc trên các tế bào miễn dịch, vận chuyển qua nhau thai (đối với IgG) và điều hòa thời gian bán hủy của kháng thể trong máu. Ví dụ, IgG và IgM có thể kích hoạt hệ thống bổ thể, trong khi vùng Fc của IgG liên kết với thụ thể Fc trên đại thực bào và các tế bào hiệu ứng khác, tạo điều kiện cho quá trình thực bào và các phản ứng miễn dịch khác. Sự đa dạng trong vùng hằng định, mặc dù ít hơn vùng biến đổi, vẫn tồn tại dưới dạng allotype – các biến thể di truyền giữa các cá thể trong cùng một loài.

Sự hiểu biết về vùng hằng định là rất quan trọng đối với các ứng dụng lâm sàng, bao gồm chẩn đoán bệnh, phát triển thuốc và ghép tạng. Ví dụ, việc xác định isotype kháng thể có thể hỗ trợ chẩn đoán các bệnh nhiễm trùng và rối loạn miễn dịch. Hơn nữa, thao tác trên vùng hằng định của kháng thể đơn dòng cho phép điều chỉnh các chức năng hiệu ứng, tối ưu hóa hiệu quả điều trị của chúng. Cuối cùng, việc xem xét sự tương thích allotype là rất quan trọng trong ghép tạng để giảm thiểu nguy cơ thải ghép. Tóm lại, vùng hằng định, mặc dù không trực tiếp tham gia vào việc liên kết kháng nguyên, lại đóng một vai trò không thể thiếu trong việc điều phối các phản ứng miễn dịch hiệu quả.

Tài liệu tham khảo:

Abbas, A. K., Lichtman, A. H., & Pillai, S. (2022). Cellular and Molecular Immunology (10th ed.). Elsevier.
Janeway, C. A., Jr., Travers, P., Walport, M., & Shlomchik, M. J. (2001). Immunobiology: The Immune System in Health and Disease (5th ed.). Garland Science.
Murphy, K., & Weaver, C. (2016). Janeway’s Immunobiology (9th ed.). Garland Science.

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào vùng hằng định của kháng thể ảnh hưởng đến khả năng kích hoạt hệ thống bổ thể?

Trả lời: Vùng hằng định, đặc biệt là các miền $C_H1$ và $C_H2$ của IgG và IgM, chứa các vị trí liên kết cho thành phần C1q của hệ thống bổ thể. Khi kháng thể liên kết với kháng nguyên, sự thay đổi cấu trúc tạo điều kiện cho C1q liên kết và khởi động tầng bổ thể cổ điển, dẫn đến sự hình thành phức hợp tấn công màng (MAC) và tiêu diệt tế bào đích. Các isotype khác nhau có ái lực khác nhau với C1q, dẫn đến hiệu quả kích hoạt bổ thể khác nhau.

Sự khác biệt về vùng hằng định giữa các isotype kháng thể ảnh hưởng như thế nào đến chức năng của chúng trong việc bảo vệ cơ thể?

Trả lời: Mỗi isotype kháng thể có một vùng hằng định duy nhất quyết định chức năng hiệu ứng của nó. Ví dụ, IgA, với khả năng dimer hóa và vận chuyển qua niêm mạc, đóng vai trò quan trọng trong miễn dịch niêm mạc. IgE, với ái lực cao với thụ thể Fcε trên mast cells và basophils, tham gia vào các phản ứng dị ứng và chống ký sinh trùng. IgG, isotype phong phú nhất trong huyết thanh, có thể kích hoạt bổ thể, opsonin hóa mầm bệnh và trung hòa độc tố.

Vai trò của allotype trong vùng hằng định là gì và tại sao chúng lại quan trọng?

Trả lời: Allotype là các biến thể di truyền nhỏ trong vùng hằng định của kháng thể giữa các cá thể trong cùng một loài. Mặc dù không ảnh hưởng đến đặc hiệu liên kết kháng nguyên, allotype có thể ảnh hưởng đến chức năng hiệu ứng của kháng thể, chẳng hạn như liên kết với thụ thể Fc và kích hoạt bổ thể. Chúng cũng quan trọng trong ghép tạng, vì sự không tương thích allotype có thể gây ra phản ứng thải ghép.

Làm thế nào kỹ thuật protein tái tổ hợp có thể được sử dụng để điều chỉnh vùng hằng định của kháng thể cho các ứng dụng điều trị?

Trả lời: Kỹ thuật protein tái tổ hợp cho phép các nhà khoa học tạo ra các kháng thể với vùng hằng định được biến đổi. Ví dụ, họ có thể tạo ra các kháng thể có ái lực cao hơn với thụ thể Fc cụ thể để tăng cường khả năng tiêu diệt tế bào hoặc tạo ra các kháng thể bispecific có thể liên kết với hai kháng nguyên khác nhau đồng thời, mở ra các hướng điều trị mới cho ung thư và các bệnh khác.

Glycosyl hóa của vùng hằng định ảnh hưởng như thế nào đến chức năng của kháng thể?

Trả lời: Glycosyl hóa, việc gắn các phân tử đường vào vùng hằng định, ảnh hưởng đáng kể đến chức năng kháng thể. Các kiểu glycosyl hóa khác nhau có thể điều chỉnh liên kết của kháng thể với thụ thể Fc, ảnh hưởng đến các chức năng hiệu ứng như thực bào qua trung gian kháng thể (ADCP) và độc tính tế bào phụ thuộc kháng thể (ADCC). Glycosyl hóa cũng có thể ảnh hưởng đến thời gian bán hủy của kháng thể trong tuần hoàn. Việc hiểu biết về glycosyl hóa là rất quan trọng để phát triển các liệu pháp kháng thể hiệu quả.

Một số điều thú vị về Vùng hằng định

Sự linh hoạt đáng kinh ngạc: Vùng bản lề (hinge region), nằm giữa $C_H1$ và $C_H2$ của IgG, IgA, và IgD, cung cấp tính linh hoạt cho phân tử kháng thể. Tính linh hoạt này cho phép hai nhánh Fab của kháng thể liên kết với các epitope trên kháng nguyên ở các khoảng cách và góc độ khác nhau, tăng cường khả năng liên kết và trung hòa kháng nguyên hiệu quả.
Sự tiến hóa của các isotype: Các isotype kháng thể khác nhau đã tiến hóa để thực hiện các chức năng chuyên biệt trong các phần khác nhau của cơ thể. Ví dụ, IgA được tìm thấy chủ yếu trong các chất tiết như nước mắt, nước bọt và sữa mẹ, nơi nó bảo vệ chống lại các mầm bệnh xâm nhập qua niêm mạc. IgE, mặt khác, đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng dị ứng và bảo vệ chống lại ký sinh trùng.
Tầm quan trọng của glycosyl hóa: Vùng hằng định của kháng thể thường được glycosyl hóa, nghĩa là có các phân tử đường gắn vào. Glycosyl hóa ảnh hưởng đến cấu trúc, ổn định và chức năng của kháng thể. Ví dụ, nó có thể ảnh hưởng đến liên kết của kháng thể với thụ thể Fc và do đó ảnh hưởng đến các chức năng hiệu ứng. Các kiểu glycosyl hóa khác nhau có thể dẫn đến các phản ứng miễn dịch khác nhau.
Kháng thể camelid: Lạc đà, alpaca và các loài camelid khác tạo ra một loại kháng thể độc đáo chỉ bao gồm hai chuỗi nặng, không có chuỗi nhẹ. Mặc dù thiếu chuỗi nhẹ, các kháng thể này vẫn có thể liên kết kháng nguyên một cách đặc hiệu. Vùng hằng định của kháng thể camelid cũng khác biệt và được nghiên cứu cho các ứng dụng trong công nghệ sinh học và trị liệu.
Kỹ thuật kháng thể tái tổ hợp: Các nhà khoa học có thể tạo ra kháng thể tái tổ hợp bằng cách thao tác trên vùng hằng định. Ví dụ, họ có thể tạo ra các kháng thể “bispecific” bằng cách kết hợp vùng hằng định của hai isotype khác nhau, cho phép kháng thể liên kết đồng thời với hai kháng nguyên khác nhau. Các kháng thể bispecific này đang được nghiên cứu cho các ứng dụng trong điều trị ung thư và các bệnh khác.