免疫グロブリン重鎖

免疫グロブリン重鎖（IgH）は、私たちの体を病原体から守る抗体（免疫グロブリン）を構成する、比較的大型のポリペプチド鎖です。ヒトにおいては、この重鎖を作る遺伝子は第14染色体上に位置しています。

典型的な抗体分子は、2本の免疫グロブリン重鎖と2本の免疫グロブリン軽鎖という、合計4本のポリペプチド鎖が組み合わさって成り立っています。重鎖にはいくつかの異なるタイプが存在し、この違いが抗体の種類、すなわちクラスやアイソタイプを決定します。重鎖のタイプは動物種によって異なります。

すべての重鎖は、「免疫グロブリンドメイン」と呼ばれる特定の立体構造単位が複数連なってできています。このドメイン構造は大きく二つの領域に分かれます。一つは、抗原を特異的に認識し結合する役割を持つ可変領域（VHドメイン）です。この領域は、異なるB細胞クローンが作る抗体ごとに配列が異なり、多様な抗原に対応できるようになっています。もう一つは、抗体の基本的な機能や他の免疫細胞との相互作用に関わる定常領域（CHドメイン）です。定常領域は、同じクラスの抗体では共通していますが、異なるクラスの抗体では構造が異なります。

機能的な重鎖を正しく合成することは、抗体産生細胞であるB細胞が成熟するプロセスにおいて極めて重要なステップです。成熟途中のB細胞はまず重鎖を合成し、これが細胞膜に適切に運ばれることで、次に軽鎖の合成を開始し、完全な抗体分子を形成できるようになります。ただし、B細胞が分化する前段階であるプレBリンパ球の時点では、軽鎖がなくても重鎖単独で合成され、重鎖結合タンパク質と結合することも可能です。

哺乳類の重鎖タイプ

哺乳類には主に5種類の免疫グロブリン重鎖が存在し、それぞれが特定の抗体クラスを定義しています。

γ重鎖: IgGクラスを形成
δ重鎖: IgDクラスを形成
α重鎖: IgAクラスを形成
μ重鎖: IgMクラスを形成
ε重鎖: IgEクラスを形成

重鎖のサイズもクラスによって異なり、α鎖やγ鎖は約450個のアミノ酸からなるのに対し、μ鎖やε鎖は約550個のアミノ酸で構成されます。

定常領域の構造もクラスごとに特徴があります。γ、α、δ重鎖の定常領域は通常3つの免疫グロブリンドメインを持ち、抗体に柔軟性を与えるヒンジ部も含まれます。一方、μ鎖とε鎖の定常領域は4つのドメインから構成されています。

可変領域はどの重鎖にも1つあり、約110アミノ酸長です。この領域の多様性が、様々な抗原に対応する抗体の多様性を生み出しています。

動物種における重鎖の多様性

乳牛の特殊な重鎖

ウシ（Bos taurus）などの乳牛は、他の哺乳類とは異なる特徴的な重鎖の変異を示します。特に、抗原結合部位の一部であるCDR H3領域が非常に長く、「軸とノブ」と呼ばれる独特の構造を形成します。また、長いCDRが体細胞超変異の際にジスルフィド結合を形成しやすいアミノ酸配列を持っています。これにより、ウシはヒトとは異なる様式で抗体の多様性を獲得しており、多様な微生物環境への適応と考えられています。

魚類の重鎖

顎を持つ魚類は、抗体を作る能力を持つ最も原始的な動物と考えられていますが、哺乳類とは異なる重鎖のレパートリーを持っています。

硬骨魚類: 現在までに3種類の重鎖が確認されています。哺乳類にも存在するμ重鎖（IgMを形成し、多くの場合四量体として分泌）に加え、δ重鎖（IgDを形成）、そして比較的最近発見されたτまたはζ重鎖（IgTまたはIgZを形成）があります。
* 軟骨魚類: 硬骨魚類と同様に3種類の重鎖が見られますが、μ重鎖以外は軟骨魚類に特有と考えられています。IgW（IgXまたはIgNARCとも呼ばれる）と、軽鎖を持たない「重鎖抗体」を形成するIgNAR（免疫グロブリン新抗原受容体）です。IgNARの可変ドメイン（VNAR）は、単一ドメイン抗体として研究や応用が進められています。IgWはシーラカンスやハイギョなどの肉鰭類からも発見されています。

両生類の重鎖

カエルなどの両生類は、IgXやIgYといった哺乳類や魚類とは異なる重鎖タイプを持つ抗体を合成することが知られています。

このように、免疫グロブリン重鎖は抗体の種類と機能を決定する中心的な要素であり、その構造や多様性は動物の進化の過程で様々な適応を遂げてきたことがわかります。

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