Antigen - Definisi, Properti, Struktur, Jenis dan Contoh

Definisi, Properti, Struktur, Jenis dan Contoh dari Antigen :

Pengertian Antigen

Antigen adalah molekul atau struktur molekul yang asing bagi tubuh dan umumnya menimbulkan reaksi kekebalan dalam bentuk produksi antibodi untuk melawannya.

• Dengan kata sederhana, antigen dapat berupa apa saja yang bukan milik tubuh dan bersifat asing.
• Meskipun antigen biasanya ditentukan oleh induksi respons imun, semua antigen mungkin tidak memicu respons imun. Antigen yang memicu respons disebut imunogen.
• Kemampuan antigen untuk memperoleh respons imun bergantung pada keberadaan wilayah tertentu pada antigen yang disebut determinan antigenik. Determinan mengikat molekul reseptor dengan struktur komplementer pada sel kekebalan untuk memperoleh respons.
• Antigen ditunjukkan dengan istilah 'Ag', dan ini dapat terjadi dalam berbagai bentuk seperti serbuk sari, virus, bahan kimia, atau bakteri.
• Konsep antigen muncul dari kenyataan bahwa tubuh kita dapat membedakan antara komponen tubuh dan partikel asing.
• Menanggapi antigen ini, tubuh menginduksi produksi antibodi yang bekerja melawan antigen tersebut.
• Kebanyakan antigen pada manusia adalah protein, peptida, atau polisakarida; Namun, asam lipid dan nukleat juga dapat bertindak sebagai antigen bila dikombinasikan dengan protein atau polisakarida.
• Selain itu, antigen mungkin juga sengaja dimasukkan ke dalam tubuh dalam bentuk vaksin untuk menginduksi sistem kekebalan adaptif tubuh terhadap antigen.

Sifat Antigen

Antigen memiliki sifat berbeda yang menentukan imunogenisitas antigen dan karenanya penting untuk memahami reaksi imun terhadap antigen. Karena sifat-sifat ini menentukan imunogenisitas, sifat-sifat ini dianggap sebagai sifat yang diperlukan untuk membentuk antigen yang baik. Berikut ini adalah beberapa sifat antigen;

1. Foreign Nature

• Semua antigen yang menginduksi respon imun di dalam inang asing bagi tubuh penerima.
• Tubuh inang mengenali antigen berbeda dari komponen tubuh normal.
• Imunogenisitas antigen meningkat dengan peningkatan derajat keasingan. Dalam kasus antigen biologis, keasingan meningkat dengan peningkatan kesenjangan filogenetik antara kedua spesies.
• Namun, ada beberapa pengecualian di mana beberapa protein yang terjadi di dalam inang mungkin juga menyebabkan respons imun, seperti dalam kasus autoantigen.
• Demikian pula, protein dan molekul lain dari spesies lain mungkin juga tidak memicu respons imun jika mereka kekurangan determinan antigenik atau epitop.

2. Sifat Kimiawi

• Antigen yang paling kuat dan sering ditemui adalah protein yang diikuti oleh polisakarida.
• Namun, molekul lain seperti lipid dan asam nukleat juga dapat bertindak sebagai antigen bila kompleks dengan protein dan polisakarida.
• Dalam kasus protein, antigen harus mengandung daerah imunogenik dengan setidaknya 30% asam amino seperti lisin, glutamin, arginin, asam glutamat, aspargine, dan asam aspartat, bersama dengan sejumlah besar gugus hidrofilik atau bermuatan.
• Tingkat imunogenisitas juga meningkat dengan heterogenisitas molekul. Homopolimer biasanya kurang imunogenik dibandingkan heteropolimer. 

3. Ukuran Molekuler

• Ukuran molekul antigen juga penting dalam imunogenisitas molekul.
• Telah ditetapkan bahwa antigen harus memiliki ukuran minimal lebih dari 5000 Da sebelum dianggap imunogenik.
• Namun, zat dengan berat molekul rendah dapat menunjukkan imunogenisitas bila digabungkan dengan pembawa berukuran besar.
• Zat dengan berat molekul rendah disebut haptens yang dianggap sebagai 'antigen parsial' dengan setidaknya satu determinan antigenik.

4. Kekakuan dan Kompleksitas Molekuler

• Kekakuan dan kompleksitas molekul merupakan faktor penting yang menentukan imunogenisitas.
• Secara umum, molekul yang kaku adalah antigen yang baik karena dapat meningkatkan antibodi terhadap struktur tertentu jika dibandingkan dengan yang kurang kaku.
• Kompleksitas struktur juga merupakan faktor penting karena antigen peptida dengan unit berulang dari satu asam amino kurang imunogenik dibandingkan dengan molekul dengan dua atau lebih unit asam amino berulang.

5. Penentu Antigenik dan Reaktivitas Silang

• Penentu antigenik adalah daerah dalam molekul antigen yang terlibat dalam reaksi dengan antibodi.
• Biasanya, antigen dengan dua atau lebih determinan antigenik dapat menginduksi produksi antibodi. Jadi, antigen yang lebih kecil biasanya tidak menginduksi produksi antibodi karena tidak mungkin molekul kecil memiliki lebih dari satu determinan antigenik.
• Reaktivitas silang antigen juga merupakan faktor penting di mana antibodi yang diinduksi oleh antigen berbeda dapat berinteraksi dengan antigen lain.

Struktur Antigen

• Struktur molekul antigen dicirikan oleh kemampuannya untuk mengikat situs pengikatan antigen dari suatu antibodi.
• Antibodi membedakan antigen yang berbeda berdasarkan struktur molekul spesifik yang ada di permukaan antigen.
• Kebanyakan antigen adalah protein atau polisakarida. Ini dapat termasuk mantel, kapsul, flagela, racun, dan fimbriae bakteri, virus, atau mikroorganisme lainnya. Selain itu, sekresi dan bahan kimia lain yang sifatnya sama juga dapat berperan sebagai antigen.
• Lipid dan asam nukleat dari mikroorganisme ini hanya bersifat antigenik jika digabungkan dengan protein atau polisakarida.
• Struktur antigen mungkin berbeda tergantung pada sifat antigen, ukurannya, dan imunogenisitasnya.
• Semua antigen imunogenik memiliki komponen struktural khusus yang disebut penentu epitop atau antigenik.
• Jumlah epitop berbeda dalam antigen yang berbeda dan menentukan jumlah antibodi yang dapat diikat oleh satu antigen.
•  Komponen struktural interaksi dalam antigen berbeda, yang menentukan kelas antibodi yang mengikatnya.
• Wilayah antibodi yang berinteraksi dengan antigen disebut paratope. Telah ditetapkan bahwa struktur epitop dan paratope dapat didefinisikan dengan metafora gembok dan kunci karena strukturnya spesifik dan cocok satu sama lain. 

Jenis Antigen

Antigen dapat dikelompokkan menjadi beberapa jenis berdasarkan faktor yang berbeda. Beberapa klasifikasi umum didasarkan pada asal antigen dan imunogenisitasnya.

1. Jenis antigen berdasarkan asalnya

Antigen dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok berdasarkan asalnya;

a. Antigen Eksogen

Gambar : Sel Dendritik Folikel Menampilkan Antigen Asli di Permukaannya

• Antigen eksogen adalah antigen yang berasal dari luar tubuh inang dan, dengan demikian, asing bagi inang.
• Antigen ini mungkin masuk ke dalam tubuh melalui penghirupan, konsumsi, atau injeksi dan kemudian beredar ke seluruh tubuh melalui cairan tubuh.
• Penyerapan antigen eksogen terutama dimediasi oleh fagositosis melalui Antigen Processing Cells (APCs) seperti makrofag, sel dendritik, dll.
• Banyak antigen seperti virus intraseluler mungkin dimulai sebagai antigen eksogen dan kemudian menjadi endogen.

b. Antigen Endogen

• Antigen endogen adalah antigen yang berasal dari tubuh inang selama metabolisme atau akibat infeksi virus atau bakteri intraseluler.
• Antigen endogen biasanya merupakan sel tubuh atau fragmen, senyawa, atau produk antigenik metabolisme.
• Ini biasanya diproses di makrofag dan kemudian dideteksi oleh sel T sitotoksik dari sistem kekebalan.
• Antigen endogen termasuk antigen yang bersifat xenogenik atau heterologus, autologus, dan idiotipe atau alogenik.
• Antigen endogen dapat menyebabkan penyakit autoimun karena sistem kekebalan tubuh mendeteksi sel dan partikelnya sendiri sebagai imunogenik.

Autoantigen

• Autoantigen adalah protein atau kompleks protein dari inang yang diserang oleh sistem kekebalan tubuh, yang mengakibatkan penyakit autoimun.
• Autoantigen dapat mematikan bagi inang karena sel-sel tubuh sendiri tidak boleh menjadi sasaran sistem kekebalan.
• Toleransi imunologi terhadap antigen tersebut hilang sebagai akibat dari faktor genetik dan lingkungan.

Antigen Tumor (Neoantigen)

• Antigen tumor atau neoantigen disajikan oleh Major Histocompatibility Complex (MHC) I dan II pada permukaan sel tumor.
• Antigen diproduksi sebagai hasil mutasi spesifik tumor selama transformasi ganas sel normal.
• Antigen ini biasanya tidak memicu respons imun karena sel tumor mengembangkan cara untuk menghindari presentasi antigen dan pertahanan kekebalan.

Antigen Asli

• Antigen asli adalah antigen yang tidak diproses oleh sel penyaji antigen (APC), dan dengan demikian sel kekebalan seperti sel T tidak dapat mengikat antigen ini.
• Namun, sel-B dapat diaktifkan antigen tersebut bahkan tanpa pemrosesan apa pun.

2. Jenis antigen berdasarkan respon imun

Antigen dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok berbeda berdasarkan respon imun;

a. Antigen / Imunogen lengkap

• Antigen lengkap atau Imunogen adalah antigen yang menimbulkan respons imun tertentu.
• Antigen ini dapat menginduksi respon imun dengan sendirinya tanpa adanya partikel pembawa.
• Ini biasanya protein, peptida, atau polisakarida dengan berat molekul tinggi (lebih dari 10.000 Da).

b. Antigen / Haptens tidak lengkap

• Antigen atau haptens tidak lengkap adalah antigen yang tidak dapat menghasilkan respons imun sendiri.
• Ini biasanya zat non-protein yang membutuhkan molekul pembawa untuk membentuk antigen lengkap.
• Haptens memiliki berat molekul rendah (biasanya kurang dari 10.000 Da) dan lebih sedikit situs determinan antigenik.
• Molekul pembawa yang terikat ke hapten dianggap sebagai komponen non-antigenik dan merupakan protein atau molekul polisakarida.

Pengolahan dan Presentasi Antigen

Pemrosesan dan penyajian antigen adalah proses pencernaan antigen menjadi fragmen peptida yang lebih kecil oleh sel penyaji antigen (APC) yang kemudian ditampilkan di permukaan sel melalui molekul penyaji antigen seperti MHC kelas I dan II untuk dikenali oleh limfosit.

Pemrosesan dan presentasi antigen dapat terjadi melalui tiga jalur berbeda;

1. Presentasi Endogenous Pathway atau Classical MHC kelas I

• Jalur endogen pemrosesan dan presentasi antigen menggunakan mekanisme yang mirip dengan yang terlibat dalam pergantian normal protein intraseluler.
• Sel penyaji antigen mendegradasi antigen protein menjadi peptida pendek dengan sistem proteolitik sitosol tertentu yang disebut proteasom.
• Proteasom yang terlibat dalam sistem kekebalan disebut imunoproteasom, yang memiliki komponen yang diinduksi oleh paparan interferon-γ atau TNF-α.
•  Langkah selanjutnya dari mekanisme proteolitik adalah pemangkasan peptida oleh aminopeptidase di lumen ER.
• Peptida yang terbentuk setelah proteolisis diangkut ke lumen ER oleh Transporter yang terkait dengan Antigen Processing (TAP).
• Selain TAP, sistem tapasin dan calnexin-calreticulin memediasi pemangkasan dan pemuatan peptida pada molekul MHC kelas I.
• Bergantung pada afinitas peptida yang dimuat, molekul MHC kelas I akan diangkut ke membran sel atau didaur ulang dengan mekanisme yang bergantung pada UDP-glukosa glikoprotein transferase-1.
• Dalam kasus kompleks MHC kelas-1 berafinitas tinggi, peptida diangkut melalui badan Golgi ke membran sel untuk memperoleh respons sel CD8 + T spesifik antigen .

2. Presentasi Exogenous Pathway / Klasik MHC kelas II

• Dalam kasus jalur eksogen, APC menginternalisasi antigen dengan fagositosis sederhana, di mana bahan pertama kali mengikat reseptor permukaan tertentu.
• Degradasi protein menjadi peptida terjadi di dalam kompartemen sel melalui jalur pemrosesan endositik.
• Antigen yang diinternalisasi berkembang melalui kompartemen asam yang berbeda menghadapi enzim hidrolitik dan pH rendah di setiap kompartemen.
• APC memiliki endosom unik di kompartemen yang mengandung kelas II MHC (MIIC), tempat degradasi protein akhir dan pemuatan peptida berlangsung.
• Karena APC mengekspresikan kedua kelas MHC, terdapat mekanisme berbeda untuk mencegah interaksi peptida antigenik untuk molekul kelas I. 
• Ketika molekul MHC kelas II disintesis, rantai αβ kelas II berasosiasi dengan protein yang disebut rantai invarian. Protein ini berinteraksi dengan alur pengikatan peptida kelas II yang mencegah pengikatan peptida yang diturunkan secara endogen ke molekul kelas II.
• Saat rantai invarian bergerak melalui kompartemen yang berbeda, ia terdegradasi hingga membentuk fragmen pendek yang disebut CLIP (peptida rantai invarian terkait kelas II).
• Kemudian, molekul MHC kelas II mengkatalisis pertukaran CLIP dengan peptida antigenik.
• Pengikatan peptida diperlukan untuk menjaga struktur dan stabilitas molekul MHC kelas II. 
• Setelah pengikatan peptida, kompleks peptida MHC kelas II diangkut ke membran plasma, di mana pH netral menyebabkan kompleks tersebut membentuk bentuk yang kompak dan stabil.

3. Presentasi silang

• Presentasi silang adalah proses di mana APC akan mengalihkan antigen yang diperoleh melalui endositosis (jalur eksogen) ke muatan MHC kelas I dan presentasi peptida.
• Fenomena presentasi silang, bagaimanapun, membutuhkan antigen yang diinternalisasi untuk ditangani oleh jalur eksogen yang mengarah ke presentasi MHC kelas II entah bagaimana diarahkan ke jalur pemuatan kelas I.
• Presentasi silang terutama diamati dalam kasus sel dendritik yang menyelesaikan presentasi silang dengan salah satu dari dua cara yang mungkin.
• Mekanisme pertama mengasumsikan bahwa sel penyajian silang mengandung mesin pemrosesan antigen khusus yang memungkinkan pemuatan peptida yang diturunkan secara eksogen ke molekul MHC kelas I.
• Mekanisme kedua berhipotesis bahwa mesin endositosis khusus ditemukan dalam sel yang mengirimkan antigen yang diinternalisasi langsung ke organel, di mana peptida kemudian dimuat ke molekul MHC kelas I.
• Presentasi silang antigen memiliki keuntungan karena APC dapat menangkap virus dari lingkungan ekstraseluler, memprosesnya, dan mengaktifkan limfosit sel T sitotoksik yang dapat menyerang sel yang terinfeksi virus, yang menghambat penyebaran virus lebih lanjut.

Kompleks Antigen-Antibodi

• Kompleks antigen-antibodi atau kompleks imunogenik adalah molekul yang dibentuk dengan mengikat beberapa antigen ke antibodi.
• Pengikatan antibodi dan antigen masing-masing ditentukan oleh epitop dan paratope yang ada di antigen dan antibodi.
• Kemampuan antibodi untuk melawan berbagai patogen disebabkan oleh kemampuannya untuk membedakan antigen yang berbeda.
• Interaksi antara antigen dan antibodi sangat spesifik, dan ditentukan oleh urutan asam amino di epitop dan paratope spesies.
• Kompleks dibentuk oleh reaksi antigen-antibodi yang kemudian tunduk pada sejumlah respons seperti deposisi komplemen, opsonisasi, dan fagositosis.
• Bentuk dan ukuran kompleks imun ditentukan oleh rasio antigen terhadap antibodi. Ukurannya, pada gilirannya, menentukan efek kompleks imun.
• Kompleks antigen-antibodi telah menjadi alat penting dalam memahami interaksi antigen-antibodi dan menentukan dasar pengenalan molekuler antara antibodi dan antigen.
• Kompleks kekebalan juga berperan dalam mengatur produksi antibodi karena pengikatan antigen ke reseptor sel mengaktifkan kaskade sinyal yang mengarah ke aktivasi antibodi.
• Meskipun kompleks imun sangat penting untuk fungsi imun yang berbeda, pengendapan kompleks imun dapat menyebabkan beberapa penyakit autoimun seperti artritis dan skleroderma.

Contoh Antigen

1. Antigen golongan darah

• Antigen golongan darah adalah protein atau gula yang terdapat pada permukaan berbagai komponen dalam membran sel darah merah.
• Antigen dalam golongan darah ABO adalah gula yang diproduksi oleh serangkaian reaksi yang mengkatalisis transfer unit gula.
• Jenis gula dalam sel darah merah ditentukan oleh jenis enzim yang terlibat, yang selanjutnya ditentukan oleh DNA orang tersebut.
• Antigen dari golongan darah Rh adalah protein yang juga ditentukan oleh DNA inang. Gen RhD mengkodekan antigen D, yang terjadi sebagai protein besar pada sel darah merah.
• Antigen ini dapat dibedakan dengan reaksi antigen-antibodi yang membantu menentukan golongan darah yang berbeda pada manusia.

2. Kapsul Bakteri

• Kapsul bakteri adalah lapisan polisakarida yang terjadi di luar selubung sel yang menginduksi reaksi imunogenik pada inang.
• Kapsul adalah lapisan yang terorganisir dengan baik yang tidak dapat dihilangkan dengan mudah dan dengan demikian dianggap sebagai kemungkinan penyebab patogenisitas bakteri.
• Pada beberapa bakteri, kapsul juga dapat terlibat dalam menghindari fagositosis karena diperlukan antibodi khusus kapsul untuk menyebabkan fagositosis.
• Kapsul bakteri juga digunakan sebagai antigen yang digunakan dalam vaksin di mana komponen polisakarida kapsul dikonjugasikan dengan pembawa protein.
• Struktur, fungsi, dan keterlibatan kapsul yang tepat pada bakteri berbeda pada spesies bakteri yang berbeda.

Aplikasi Antigen

• Deteksi antigen yang berbeda pada spesies yang berbeda dapat digunakan untuk membedakan antara spesies bakteri karena antigen biasanya sangat spesifik.
• Antigen juga dapat digunakan untuk tujuan diagnostik untuk mendeteksi keberadaan antibodi dalam sampel.
• Antigen adalah komponen penting dari kompleks antigen-antibodi, yang memiliki aplikasi forensik dalam identifikasi darah manusia dan sampel lainnya.
• Ini juga digunakan dalam immunoassay untuk mengukur berbagai zat kimia dan biologis.
• Autoantigen bertanggung jawab atas penyakit autoimun, yang dalam beberapa kasus bisa mematikan.
• Enzim yang dilemahkan digunakan dalam vaksin sebagai bentuk kekebalan pasif untuk mencegah dan menyembuhkan berbagai penyakit.