EinAntigen (von engl.antibody-generating ‚Antikörper-erzeugend‘)^[1] ist einemolekulare Struktur, an die sichAntikörper im Rahmen einererworbenen Immunantwort^[2] binden können. Nach der Bindung von Antikörpern an ihr jeweiliges Antigen erfolgt die erworbene Immunantwort, um gegen einenKrankheitserreger vorzugehen. Es kann sich bei den Antigenen zum Beispiel umProteine,Lipide oderKohlenhydrate handeln, nicht jedoch umMonosaccharide,Disaccharide,Aminosäuren oder einzelneFettsäuren, weil derartige kleine Moleküle in der Regel keine Bindung zum Antikörper etablieren können (sieheHaptene).^[3]

Ursprünglich wurde der Begriff nur auf Substanzen angewendet, die nach Injektion in einen fremden Organismus zur Antikörperbildung führten. Heute umfasst die Definition Moleküle, die spezifisch von Antigenrezeptoren von B- und T-Zellen gebunden werden.^[2] Außer Antikörpern können sich auchLymphozyten überB-Zell-Rezeptoren oderT-Zell-Rezeptoren an Antigene binden, wodurch die Bildung von Antikörpern verstärkt wird oderZytotoxische T-Zellen gebildet werden.

Die spezifische Bindung von Antikörpern undAntigenrezeptoren an Antigene ist ein wesentlicher Teil deradaptiven Immunität (auch erworbene Immunität) gegenPathogene (Krankheitserreger). Dieser Teil des Immunsystems wird als adaptiv bezeichnet, weil die Antigen-bindenden Proteine des Immunsystems für eine bessere Bindung an das Antigen angepasst werden. Als erworben wird dieser Teil bezeichnet, weil erst nach einem ersten Kontakt eine adaptive Immunantwort entsteht – im Gegensatz zurangeborenen Immunantwort. Die Stelle auf der Oberfläche eines Antigens, die von einem Antikörper erkannt wird, wird alsEpitop bezeichnet. Ein Antigen kann mehrere Epitope besitzen. An dieses Epitop bindet einAntikörper mit dem sogenanntenParatop, der gegenüberliegenden passgenauen Stelle auf der Oberfläche des Antikörpers. Die Bindung eines Antikörpers an sein Antigen wird auch alsAntigen-Antikörper-Reaktion bezeichnet. Ein Antikörper bindet nur an ein bestimmtes Epitop, je nach Aufbau des Paratops. Je nach Ursprung werden Antigene als exogene (von außerhalb des Körpers), endogene (von innerhalb des Körpers),Autoantigene (aus dem eigenen Körper stammend),Neoantigene (neu auftretende Autoantigene, synonymTumor-spezifische) undTumor-assoziierte Antigene bezeichnet.

Antigene können eineImmunantwort auslösen und damitimmunogen wirken – oder auch tolerogen (toleranzbildend) wirken und in Folge keine Immunantwort auslösen. Beispielsweise müssen Krankheitserreger vom Immunsystem erkannt und eliminiert werden, nicht aber harmlose (z. B. Nahrungsmittel)^[4][5] oder körpereigene Moleküle.^[6] Antigene, die von Antikörpern oder B-Zell-Rezeptoren gebunden werden, sind meistensProteine, können aber auchKohlenhydrate,^[7]Lipide,^[8]Nukleinsäuren oder andere Stoffe sein.^[9] Dagegen werden von T-Zell-Rezeptoren meistens Proteinfragmente (Peptide) gebunden.^[9]

Normalerweise kommt ein Epitop nur einmal auf einem Antigen vor. Diese Epitope werden alsmonovalent (einwertig) bezeichnet. Bei Polymeren wieNukleinsäuren undPolysacchariden sowie bei räumlich gruppierten gleichen Antigenen (wie beispielsweise gleicheMembranproteine auf einerZelloberfläche) kommen gleiche Epitope auch mehrfach nah beieinander vor. In diesem Fall werden sie als polyvalent (mehrwertig) bezeichnet, was sich in einer Erhöhung derAvidität, einer Gruppierung von B-Zell-Rezeptoren zu Clustern und somit in einer Aktivierung von B-Zellen äußert.^[9]

Nicht jedes Antigen ist auch immunogen; beispielsweise wirken zu kleine Moleküle (darunter dieHaptene) nicht immunogen. Bestimmteniedermolekulare Stoffe, die alleine keine Antikörperreaktion hervorrufen können, sondern erst durch die Bindung an ein Trägerprotein eine Immunreaktion auslösen können, heißen Haptene.^[9] Diese Haptene waren bei der Erforschung der Bindung durch Antikörper an ein Antigen wichtig, indem sie als chemisch definierte und veränderbare Versuchsobjekte dienten. Dementsprechend wird eine (meist höhermolekulare) Substanz, die diese Reaktion alleine ermöglicht, alsVollantigen bezeichnet, ein Hapten alsHalbantigen. Kleine Moleküle wie Monosaccharide, Amino- oder Fettsäuren können keine adaptive Immunreaktion bewirken.^[10]

Damit ein Antigen immunogen ist, muss es zunächst vonB- oderT-Zellen erkannt werden. Jede dieser Zellen bindet spezifisch nur ein Antigen mit ihrem jeweiligen Rezeptor nach derKlon-Selektionstheorie. Gelegentlich kommt es zu einer Bindung von Molekülen, die strukturell sehr ähnlich sind (Kreuzreaktivität). Antigene können entweder von B-Zell-Rezeptoren, T-Zell-Rezeptoren oder (von B-Zellen produzierten) Antikörpern erkannt bzw. gebunden werden. Für die Einleitung einerImmunantwort muss generell zusätzlich zum präsentierten Antigen zweiter Mechanismus aktiviert werden (einKostimulator auf der präsentierenden Zelle bindet an sein Gegenstück auf der Immunzelle). BeiImpfstoffen wird dieses zweite Aktivierungssignal teilweise durch Zugabe vonAdjuvanzien erreicht. Eine Ausnahme bilden dieSuperantigene, welche zur Aktivierung der adaptiven Immunantwort kein zweites Aktivierungssignal benötigen.

Antigene erzeugen je nach Stärke der Bindung an Teile des Immunsystems unterschiedlich starke Immunreaktionen. Die Bindung von Antigenen ist reversibel und ohnekovalente Bindung.^[9] Sie erfolgt überelektrostatische Wechselwirkungen,Wasserstoffbrückenbindungen,Van-der-Waals-Kräfte undhydrophobe Wechselwirkungen.^[9] Die Stärke der Bindung wird alsAffinität bezeichnet, und typische Werte für Antikörperbindungen liegen zwischen 10⁻⁷ bis 10⁻¹¹M.^[9] InBlut undLymphe kommen Millionen verschiedene Antikörper mit unterschiedlichen Affinitäten und unterschiedlichen Epitopen vor, aber jeder Antikörper bindet nur ein Epitop.^[9]

Die Epitope, die eine stärkere Immunantwort erzeugen, werden alsimmundominant bezeichnet. Oftmals kommt es vor, dass sich Antigene von Krankheitserregern verändern, die zuvor gut vom Immunsystem erkannt wurden. Da durch eine starke adaptive Immunantwort gleichzeitig auch ein starker negativerSelektionsdruck auf die Epitope ausgeübt wird, kommt es häufiger im Zuge einerImmunevasion zu solchen Veränderungen, die sich in der Ausbildung vonFluchtmutationen von Krankheitserregern äußern, wodurch die Antigene verändert sind und schlechter oder gar nicht mehr vom Immunsystem erkannt werden.

Wenn mehrere Epitope nahe beieinander liegen, kann die Bindung eines Antikörpers, B- oder T-Zell-Rezeptors an das erste Epitop räumlich die Bindung eines zweiten Antikörpers, B- oder T-Zell-Rezeptors an ein in direkter Nachbarschaft liegendes zweites Epitop behindern (sterische Hemmung).^[9] In seltenen Fällen kann die Bindung eines Antikörpers, B- oder T-Zell-Rezeptors eineKonformationsänderung im Antigen hervorrufen, wodurch ein anderes Epitop mit verändert wird und nicht mehr erkannt wird (allosterische Hemmung).^[9]

Körpereigene Antigene (Autoantigene) sind prinzipiell tolerogen, neu auftretende Antigene (darunterNeoantigene vonTumoren) sind potentiell gefährlich. Auch die Strukturen auf den Zellen eines fremden Menschen werden als körperfremd erkannt, denn die Kombination der Proteine auf den Zelloberflächen (Zellmembran) ist bei jedem Menschen anders. Daher wirken sich diese menschlichen Antigene bei der Übertragung von organischem Material von einem Menschen auf einen anderen nachteilig aus, z. B. bei derBluttransfusion oderOrgantransplantation.^[11] Hier muss aufBlutgruppen- bzw. Gewebeverträglichkeit geachtet werden. Die Übertragung falscher Blutgruppen führt zur Verklumpung des Blutes, bei Transplantationen kann es zurAbstoßungsreaktion gegen das übertrageneOrgan oder zur Schädigung des Empfängers durch das transplantierte Organ kommen (Graft-versus-Host Disease). Damit körpereigene oder harmlose Stoffe nicht als Antigene erkannt werden, wird eineImmuntoleranz ausgebildet. Dennoch kommt es gelegentlich zu Fehlreaktionen, wieAutoimmunerkrankungen (z. B. durchAutoantikörper),^[12]Immunpathogenesen^[13] oderAllergien.^[14][15] Antigene, die Allergien auslösen können, werdenAllergene genannt. Auch körpereigene Strukturen können als Antigene wirken, wenn sie fälschlicherweise als fremd angesehen werden. Antigene werden unter anderem zur Entwicklung von Impfstoffen gegen Pathogene oder Tumoren (Tumorantigene^[16][17] undTumor-assoziierte Antigene) eingesetzt oder werden vor einer Bluttransfusion oder Organtransplantation untersucht, um eine Immunreaktion gegen fremde Blutgruppen bzw. eine Abstoßungsreaktion zu vermeiden.

Für die Darbietung der Antigene sorgt dieAntigenpräsentation. Die Optimierung der Bindung durch B- oder T-Zellen erfolgt durch zwei Mechanismen: dieV(D)J-Gen-Umlagerung und diesomatische Hypermutation (nur bei B-Zellen). Die entsprechenden Rezeptoren der Lymphozyten werden je nach Art der Lymphozyten alsB-Zell-Rezeptoren oderT-Zell-Rezeptoren bezeichnet. Die Optimierung auf ein bestimmtes Epitop hat einen prägenden Einfluss auf die Immunantwort gegen dieses Epitop, der sich in einer schwächeren Immunantwort gegen mutierte Epitope bei einem erneuten Kontakt äußert, z. B. mit Virusvarianten (Antigenerbsünde). Während B-Zellen Antigene in voller Länge erkennen können (native Antigene), müssen Antigene für T-Zellen erst durchproteinabbauende Enzyme inPeptide zerlegt und an einem Präsentationsmolekül (MHC-I oder MHC-II) auf derZelloberfläche präsentiert werden.^[18]

Antigene, die von B-Zell-Rezeptoren oder Antikörpern erkannt werden, befinden sich oftmals auf den Oberflächen von eingedrungenen Fremdkörpern (z. B. aufPollenkörnern, Bakterienoberflächen und im Kot vonHausstaubmilben) oderZellen und weisen dort eine dreidimensionale Struktur auf, die spezifisch von bestimmten B-Zellen oder Antikörpern erkannt werden kann. Antigene aufZelloberflächen werden alsOberflächenantigene bezeichnet.

B-Lymphozyten (B-Zellen), die sich mit ihrem B-Zell-Rezeptor (der membranständige Vorläufer des Antikörpers) an ein Antigen gebunden haben, werden je nach Antigen entweder direkt (TI-antigen) oder mit Hilfe einer T-Helferzelle aktiviert. T-Helferzellen, die sich an einen Antigen-MHC-Komplex gebunden haben und das Antigen als fremd erkannt haben, scheidenCytokine aus, die B-Zellen zur Antikörperproduktion anregen. Je nachdem, welche Cytokine in der Umgebung ausgeschüttet werden, findet einKlassenwechsel in eine der Antikörper-Klassen (IgG,IgE,IgA) statt. Antikörper werden von den Plasma-Zellen (aktivierte B-Zellen)sezerniert, binden spezifisch an das Antigen, markieren damit den Eindringling (Opsonisierung) und führen so zurPhagocytose der Fremdkörper. Diese Aufgabe übernehmen beispielsweise Makrophagen, die sich mit ihren Fc-Rezeptoren an die konstante Region der Antikörper binden. Durch die Erkennung körperfremder Antigene können gezielt Eindringlinge wie Bakterien oder Viren bekämpft werden, ohne körpereigene Zellen zu schädigen.

Bei den meisten B-Zell-Antigenen ist eine parallele Präsentation von T-Zell-Antigenen auf MHC-II gegenüber T-Helferzellen für eine humorale Immunantwort notwendig (Thymus-abhängige Antigene). Einige wenige B-Zell-Antigene können Antikörper auch ohne eine Aktivierung von T-Helferzellen hervorrufen (T-unabhängige Antigene, engl.TI-Antigens).

Antigenpräsentierende Zellen für MHC-I sind alle kernhaltigen Zellen, während die für MHC-II vorwiegendDendritische Zellen sind. Professionelle Antigen-präsentierende Zellen (prAPC) sind spezialisierte Zellen des Immunsystems, die den T-Zellen Antigene präsentieren. Zu den prAPCs gehören Dendritische Zellen,Makrophagen und B-Zellen. Sie nehmen Substanzen über verschiedene Mechanismen wie beispielsweise durchEndozytose auf, verarbeiten sie und koppeln sie an MHC-Moleküle. Diese werden dann auf der Zellmembran präsentiert. Eine T-Zelle mit einem passenden T-Zell-Rezeptor (TCR) kann das Antigen dann als fremd erkennen und wird aktiviert, wenn auch weitere kostimulatorische Signale vorliegen. T-Lymphozyten (T-Zellen) erkennen Antigene nur, wenn diese auf den Oberflächen von anderen Zellen an MHC präsentiert werden.

Zytotoxische T-Zellen können an Antigene binden, die vonMHC-I präsentiert werden und durchschnittlich aus 8–10Aminosäuren bestehen.^[19] Die präsentierende Zelle wird im Anschluss durchPerforine undGranzym B zerstört. Eine Untergruppe der MHC-I (CD1) präsentiert nicht Peptide, sondern Lipide als Antigene.^[8] Ein MHC-I-ähnlicher Rezeptor (MR-1) präsentiert Metaboliten von bakteriellen Vitaminsynthesen, darunterStoffwechselprodukte aus der bakteriellen Herstellung vonRiboflavin.^[20][21]

Antigene, die dagegen von Rezeptoren derT-Helferzellen erkannt werden, sind Peptidsequenzen aus circa 12–24 Aminosäuren, die vonantigenpräsentierenden Zellen (APC) aufgenommen und aufMHC-II an der Zelloberfläche präsentiert werden. Durch die Präsentation auf MHC-II wird über die Aktivierung von T-Helferzellen anschließend die Bildung von Antikörpern durch B-Zellen verstärkt.

Antigene werden routinemäßig bei der Diagnostik von Infektionskrankheiten, Allergien und Autoimmunerkrankungen untersucht. Die quantitative Bestimmung eines nativen Antigens erfolgt meistens perELISA.^[22] Als qualitative Nachweise werden auchSchnelltests verwendet. Eine Bestimmung von immunogenen und tolerogenen Epitopen (kurze Peptide) wird dagegen meistens im Rahmen einerEpitopkartierung per EliSPOT, perrelease assay oderTetramerfärbung durchgeführt. Bei einerImpfung werden Antigene eingesetzt, damit das Immunsystem des Geimpften eine adaptive Immunantwort dagegen ausbildet. Bei einerHyposensibilisierung werden geringe Dosen an Antigenen über einen längeren Zeitraum zur Ausbildung einerImmuntoleranz verwendet.

Die Bezeichnung „Antigen“ wurde in Anlehnung an den vonPaul Ehrlich geprägten BegriffAntikörper erstmals ab 1899 vonLászló Detre verwendet. Im Jahr 1903 veröffentlichte er gemeinsam mitElie Metchnikoff eine Schrift in französischer Sprache, in der Antigene alssubstances immunogènes ou antigènes (deutsch ‚immunogene oder antigene Substanzen’) definiert wurden.^[23][24] Für ihre Entdeckungen „zur Spezifität der zellulären Immunantwort“ (MHC-Restriktion) erhieltenPeter C. Doherty undRolf Zinkernagel 1996 denNobelpreis für Physiologie oder Medizin.^[25]

• C. Janeway et al:Immunobiology. 6. Auflage.ISBN 0-8153-4101-6. Die 5. englische Ausgabe ist online auf den Seiten desNCBI-Bookshelf frei verfügbar,(online).

Wiktionary: Antigen – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

1. ↑Peter J. Delves, Seamus J. Martin, Dennis R. Burton, Ivan M. Roitt:Essential Immunology. 2017,ISBN 978-1-118-41577-1, S. 143.
2. ↑^abDavid K. Male:Immunology. Elsevier Health Sciences, 2006,ISBN 0-323-03399-7 (google.de [abgerufen am 30. Juli 2021]). 
3. ↑F. Antwerpes, M. Wagner, M. Kiebler, N. Ostendorf, A. B. M. B. Weber, T. Freyer, S. Merz, E. Hircin: Antigen. In: DocCheck Flexikon. 8. März 2022, abgerufen am 25. Oktober 2023. 
4. ↑Y. Xiong, G. Xu, M. Chen, H. Ma:Intestinal Uptake and Tolerance to Food Antigens. In:Frontiers in immunology. Band 13, 2022, S. 906122,doi:10.3389/fimmu.2022.906122.PMID 35757706,PMC 9226482 (freier Volltext).
5. ↑K. S. Kim, C. D. Surh:Induction of Immune Tolerance to Dietary Antigens. In:Advances in Experimental Medicine and Biology. Band 850, 2015, S. 93–118,doi:10.1007/978-3-319-15774-0_8.PMID 26324349.
6. ↑J. Březina, M. Vobořil, D. Filipp:Mechanisms of Direct and Indirect Presentation of Self-Antigens in the Thymus. In:Frontiers in immunology. Band 13, 2022, S. 926625,doi:10.3389/fimmu.2022.926625.PMID 35774801,PMC 9237256 (freier Volltext).
7. ↑S. Miyagawa, T. Ueno, H. Nagashima, Y. Takama, M. Fukuzawa:Carbohydrate antigens. In:Current opinion in organ transplantation. Band 17, Nummer 2, April 2012, S. 174–179,doi:10.1097/MOT.0b013e3283508189.PMID 22262104.
8. ↑^abC. M. Dowds, S. C. Kornell, R. S. Blumberg, S. Zeissig:Lipid antigens in immunity. In:Biological chemistry. Band 395, Nummer 1, Januar 2014, S. 61–81,doi:10.1515/hsz-2013-0220.PMID 23999493,PMC 4128234 (freier Volltext).
9. ↑^abcdefghijAbdul K. Abbas, Andrew Lichtman, Shiv Pillai:"Antibodies and Antigens". In:Cellular and Molecular Immunology. 9. Auflage. Elsevier 2018,ISBN 978-0-323-52324-0. KapitelAntibody Binding of Antigens.
10. ↑J. W. Engels, F. Lottspeich:Bioanalytik. Hrsg.: J. Kurreck. 4. Auflage. Springer Spektrum, Berlin 2022,ISBN 978-3-662-61707-6,S. 84–85. 
11. ↑P. Parham:Molecular definition of the transplantation antigens. In:The FEBS journal. Band 285, Nummer 15, 08 2018, S. 2728–2745,doi:10.1111/febs.14474.PMID 29673068.
12. ↑M. Benvenuto, R. Mattera, L. Masuelli, I. Tresoldi, M. G. Giganti, G. V. Frajese, V. Manzari, A. Modesti, R. Bei:The crossroads between cancer immunity and autoimmunity: antibodies to self antigens. In:Frontiers in bioscience. Band 22, 03 2017, S. 1289–1329,doi:10.2741/4545.PMID 28199204.
13. ↑B. Yang, K. D. Yang:Immunopathogenesis of Different Emerging Viral Infections: Evasion, Fatal Mechanism, and Prevention. In:Frontiers in immunology. Band 12, 2021, S. 690976,doi:10.3389/fimmu.2021.690976.PMID 34335596,PMC 8320726 (freier Volltext).
14. ↑E. G. Liu, X. Yin, A. Swaminathan, S. C. Eisenbarth:Antigen-Presenting Cells in Food Tolerance and Allergy. In:Frontiers in immunology. Band 11, 2020, S. 616020,doi:10.3389/fimmu.2020.616020.PMID 33488627,PMC 7821622 (freier Volltext).
15. ↑L. Pontes-de-Carvalho, J. Mengel:A Question of Nature: Some Antigens are Bound to be Allergens. In:Frontiers in immunology. Band 5, 2014, S. 373,doi:10.3389/fimmu.2014.00373.PMID 25140169,PMC 4122158 (freier Volltext).
16. ↑O. J. Finn:Human Tumor Antigens Yesterday, Today, and Tomorrow. In:Cancer immunology research. Band 5, Nummer 5, 05 2017, S. 347–354,doi:10.1158/2326-6066.CIR-17-0112.PMID 28465452,PMC 5490447 (freier Volltext).
17. ↑S. Kelderman, P. Kvistborg:Tumor antigens in human cancer control. In:Biochimica et Biophysica Acta. Band 1865, Nummer 1, Januar 2016, S. 83–89,doi:10.1016/j.bbcan.2015.10.004.PMID 26542849.
18. ↑E. T. Abualrous, J. Sticht, C. Freund:Major histocompatibility complex (MHC) class I and class II proteins: impact of polymorphism on antigen presentation. In:Current opinion in immunology. Band 70, 06 2021, S. 95–104,doi:10.1016/j.coi.2021.04.009.PMID 34052735.
19. ↑Paola Cruz-Tapias, John Castiblanco, Juan-Manuel Anaya:Major histocompatibility complex: Antigen processing and presentation. El Rosario University Press, 18. Juli 2013 (nih.gov [abgerufen am 7. März 2021]). 
20. ↑E. Karamooz, M. J. Harriff, D. M. Lewinsohn:MR1-dependent antigen presentation. In:Seminars in cell & developmental biology. Band 84, 12 2018, S. 58–64,doi:10.1016/j.semcdb.2017.11.028.PMID 30449535,PMC 7061520 (freier Volltext).
21. ↑C. Kulicke, E. Karamooz, D. Lewinsohn, M. Harriff:Covering All the Bases: Complementary MR1 Antigen Presentation Pathways Sample Diverse Antigens and Intracellular Compartments. In:Frontiers in immunology. Band 11, 2020, S. 2034,doi:10.3389/fimmu.2020.02034.PMID 32983150,PMC 7492589 (freier Volltext).
22. ↑R. W. Cross, T. G. Ksiazek:Production of Antigens for ELISA. In:Methods in molecular biology. Band 1628, 2017, S. 353–362,doi:10.1007/978-1-4939-7116-9_28.PMID 28573634.
23. ↑J. Lindenmann:Origin of the terms 'antibody' and 'antigen'. In:Scandinavian journal of immunology. Band 19, Nummer 4, April 1984, S. 281–285,doi:10.1111/j.1365-3083.1984.tb00931.x.PMID 6374880.
24. ↑Detre László bakteriológus (Archivlink)
25. ↑Peter C. Doherty: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1996. In: nobelprize.org. 15. Oktober 1996, abgerufen am 4. Februar 2022 (englisch). 

• Immunologie