エピトープ

エピトープ

エピトープ（英: epitope）は、別名「抗原決定基（英: antigenic determinant）」とも称される、抗原の構成要素のうち、免疫系、具体的には抗体やB細胞、T細胞によって特異的に認識される部分を指します。免疫系が病原体やその他の高分子物質などの抗原と反応する際、抗原の全体を認識するわけではなく、この比較的小さな特定部位に結合することで識別を行います。この抗体や細胞受容体が結合する抗原上の部位がエピトープであり、抗原が免疫応答を引き起こす性質（抗原性）を示すための最小単位と考えられています。ある特定の抗原が体内に侵入した際に産生される抗体は、その抗原上にあるエピトープと同一か、あるいは非常に類似した構造を持つエピトープとのみ反応する性質があります。通常、一つの抗原には複数の異なるエピトープが存在しています。

エピトープに結合する抗体の部位は「パラトープ（英: paratope）」と呼ばれ、エピトープとパラトープの特異的な相互作用によって抗原認識が成り立ちます。エピトープは多くの場合、外部から侵入した異物（非自己）のタンパク質などに由来しますが、自己免疫疾患においては、自己由来の分子配列が免疫系によって認識される場合もあり、これもエピトープとなり得ます。

タンパク質を構成する抗原のエピトープは、その立体構造やパラトープとの結合様式に基づき、大きく二つのタイプに分けられます。

配座エピトープ（conformational epitope）: 抗原タンパク質の三次構造によって形成されるエピトープです。ポリペプチド鎖上で連続していない複数のアミノ酸残基が、タンパク質の折りたたみによって空間的に近接することで形成されます。このため、タンパク質の立体構造が維持されている場合にのみ認識されます。
線状エピトープ（linear epitope）: ポリペプチド鎖上で連続しているアミノ酸残基によって形成されるエピトープです。しかし、その認識には単なる一次配列だけでなく、周囲のアミノ酸残基やタンパク質全体の構造が、エピトープ部分が特定の三次元構造を形成する能力に影響を与えるため、必ずしも一次構造のみで決まるわけではありません。

機能による分類

エピトープは、主にどの免疫細胞によって認識されるかによっても分類されます。

T細胞エピトープ: T細胞表面にあるT細胞受容体（TCR）に結合する抗原部分です。T細胞エピトープは通常、抗原提示細胞（APC）の表面に主要組織適合性複合体（MHC）分子と結合したペプチドとして提示されます。ヒトの場合、樹状細胞などの「プロフェッショナルな抗原提示細胞」は主にMHCクラスII分子を用いてペプチドを提示しますが、ほとんどの有核細胞はMHCクラスI分子を用いてペプチドを提示します。MHCクラスI分子が提示するT細胞エピトープは典型的には8〜11アミノ酸長のペプチドですが、MHCクラスII分子は13〜17アミノ酸長のより長いペプチドを提示することが多いです。非古典的なMHC分子は、糖脂質などのペプチド以外の分子を提示する場合もあります。

B細胞エピトープ: B細胞表面の免疫グロブリンや、分泌された抗体（どちらも構造的には類似しています）に結合する抗原部分です。T細胞エピトープと同様に、B細胞エピトープも配座型と線状型に分けられますが、抗体が完全な抗原を認識するため、配座エピトープが多くを占めます。さらに、タンパク質の四次構造に関連するエピトープとして、タンパク質サブユニットが会合することで隠される「クリプトトープ（cryptotope）」や、特定の四次構造においてのみ認識され、複数のサブユニットにまたがる場合がある「ネオトープ（neotope）」が存在します。ネオトープは、サブユニットが解離すると認識されなくなります。

交差活性

エピトープは時に「交差反応」を示すことがあります。これは、あるエピトープに対して産生された抗体や免疫細胞が、構造的に類似したエピトープを持つ異なる抗原とも反応する現象です。この性質は、免疫系が抗イディオタイプ抗体を用いて自身の応答を制御するメカニズムにも利用されます。ある抗体が抗原エピトープに結合すると、その抗体のパラトープ自体が別の抗体にとってのエピトープ（イディオトープ）となり得ます。このイディオトープに結合する二次抗体のクラスによっては、免疫応答の促進（IgMクラス）や抑制（IgGクラス）に関わることがあります。

エピトープマッピング

「エピトープマッピング」とは、抗体が標的抗原（多くはタンパク質）のどの部位（エピトープ）に結合するかを実験的に特定するプロセスです。抗体の結合部位を詳細に調べることは、新しい治療薬、ワクチン、診断薬の研究開発において非常に重要です。また、結合メカニズムの解明や、関連する知的財産権（特許）の保護にも役立ちます。

T細胞エピトープマッピング: 主にMHC分子へのペプチド結合予測やT細胞の応答を解析することで行われます。計算による予測手法も発展しており、特に既存の結合データに基づく「データ駆動型」の手法が高い予測性能を示しています。エピトープを特定することで、特定のT細胞集団を追跡したり、その性質を解析したり、試験管内で活性化させたりすることが可能になります。

B細胞エピトープマッピング: エピトープの特定には、主に「構造研究」と「機能研究」という二つのアプローチがあります。構造研究には、X線結晶構造解析、核磁気共鳴（NMR）、電子顕微鏡などがあり、抗原と抗体の複合体の立体構造を解析することでエピトープを特定します。X線結晶構造解析は高い精度でエピトープをマッピングできる手法とされています。機能研究としては、ウェスタンブロット、ELISAなどの結合アッセイを用いて、抗体が抗原の特定フラグメントや変異体と結合するかどうかを調べる方法が一般的です。競合法では、複数の抗体が同一または近接したエピトープに結合するかを調べます。また、ハイスループット突然変異誘発法のように、抗原のアミノ酸に変異を導入し、抗体結合への影響を調べることでエピトープを特定する効率的な手法も用いられています。B細胞エピトープマッピングは、抗体を用いた治療法や診断法の開発、ペプチドワクチンの設計などに応用されています。

エピトープタグ

エピトープは、プロテオミクス研究などにおいて、組換えタンパク質の検出や精製を容易にするためのツールとしても広く利用されています。特定の抗体によって認識されるエピトープをコードする遺伝子配列を、目的のタンパク質をコードする遺伝子に融合させることで、合成されたタンパク質にエピトープタグを付加します。このエピトープタグを利用することで、特定の抗体を用いて、目的のタンパク質の細胞内局在の確認、精製、あるいは生化学的な特性解析を効率的に行うことができます。Mycタグ、HAタグ、FLAGタグ、GSTタグ、Hisタグなどが代表的なエピトープタグとして用いられています。

エピトープベースのワクチン

エピトープベースのワクチンは、病原体全体やその一部を用いるのではなく、単離されたB細胞またはT細胞エピトープを免疫原として使用し、標的とする免疫応答（液性免疫や細胞性免疫）を誘導しようとする新しいタイプのワクチンです。複数のエピトープを組み合わせることで、より広範で強力な免疫応答を引き出すことが可能です。ワクチンの設計には、計算によるエピトープ予測がしばしば活用されます。候補となるエピトープが特定された後、それを組み込んだワクチンの構築物が設計され、その有効性と安全性が検証されます。エピトープベースのワクチンは一般に高い安全性が期待されますが、稀な副反応としてサイトカインストームの可能性も指摘されています。

新生抗原決定基（ネオアンチゲン）

「新生抗原決定基（neoantigenic determinant）」は、新生抗原（neoantigen）上に存在するエピトープです。新生抗原とは、これまで免疫系に認識されていなかった、腫瘍細胞などで新たに生じた抗原を指します。タンパク質が翻訳後に化学修飾（グリコシル化、リン酸化、タンパク質分解など）を受けることによって、元のタンパク質には存在しなかった新しい構造、すなわち新生抗原決定基が形成されることがあります。これらの新しいエピトープは免疫系に認識され、特に腫瘍免疫において重要な標的となり得ます。新生抗原決定基の認識には、それに特異的な抗体やT細胞が必要となります。

エピトープに関する研究は、基礎免疫学から、感染症、がん、アレルギー、自己免疫疾患の理解、そして創薬、診断、ワクチン開発といった応用分野まで、幅広い領域で重要な役割を果たしています。

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