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松廼屋｜論点解説　薬剤師国家試験対策ノート問107-118【生物】論点：ヒト免疫グロブリンG（IgG） / 構造・機能

matsunoya

第107回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 /
問118

一般問題（薬学理論問題）【生物】

問107-118
Q. 図は、ヒト免疫グロブリンG(IgG)の構造を模式的に示したものである。領域A～領域Ｅで示したIgGの部分構造に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

第107回薬剤師国家試験　一般問題｜薬学理論問題【生物】　問118

選択肢｜

1. 領域Aは、個体ごとに決められた一定のアミノ酸配列を示す。
2. 領域Bで、N-結合型の糖鎖修飾がなされている。
3. 領域Cでは、2本のH鎖がシステイン残基間で共有結合している。
4. 領域Ｄは、マクロファージの細胞膜上の受容体に結合する。
5. 領域Ｅにより、IgGのサブクラスが決定される。

こんにちは！薬学生の皆さん。
Mats & BLNtです。

matsunoya_note から、薬剤師国家試験の論点解説をお届けします。
苦手意識がある人も、この機会に、薬学理論問題【生物】を一緒に完全攻略しよう！
今回は、第107回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 / 問118、論点：ヒト免疫グロブリンG（IgG） / 構造・機能を徹底解説します。

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設問へのアプローチ｜

第107回薬剤師国家試験　一般問題｜薬学理論問題【生物】　問118

第107回薬剤師国家試験の問118（問107-118）では、ヒト免疫グロブリンG（IgG） / 構造・機能に関する知識を問われました。

まず基本的な知識について復習しておきましょう。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

■■GPT4o

免疫グロブリンG（IgG）の概要

免疫グロブリンG (IgG) は、ヒトの免疫系において最も豊富に存在する抗体であり、血清中の抗体の約75%を占めます。IgGは感染に対する免疫応答の主要な要素であり、特に細菌やウイルスに対する防御で中心的な役割を果たします。また、胎盤を通過して胎児に母体の免疫を移す能力も持っています。

IgGの構造

IgGは、Y字型をした四量体のタンパク質で、**2本の軽鎖（L鎖）と2本の重鎖（H鎖）**から構成されています。以下にその主要な構造を説明します。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

  1. 可変部（Variable region）:

    • IgGの先端部分（Y字型の上端）に位置し、抗原と特異的に結合する部位です。

    • 軽鎖と重鎖の両方に存在し、個体ごとに異なるアミノ酸配列を持つことで、多様な抗原に対応できるようになっています。

    • 可変部は、抗体の多様性を生み出し、特異的に抗原を認識する機能を果たします。

  2. 定常部（Constant region）:

    • IgGのFc領域（Y字型の下部）を含む部分で、免疫細胞との相互作用を担います。

    • Fc領域は、マクロファージやNK細胞、好中球などに発現するFc受容体と結合し、免疫応答の引き金となります。

  3. ジスルフィド結合:

    • 2本のH鎖はシステイン残基によるジスルフィド結合で共有結合しており、この結合が抗体の安定性を保ちます。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

IgGの機能

IgGは、抗原に対する複数の防御機能を果たし、以下のような免疫応答において重要な役割を担います。

オプソニン化　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

  1. オプソニン化:

    • IgGは抗原（病原体）の表面に結合し、その抗原をマクロファージや好中球などの免疫細胞に認識させやすくします。この過程を「オプソニン化」と呼び、食作用の促進に重要です。

  2. 抗体依存性細胞傷害（ADCC）:

    • IgGは、ウイルス感染細胞や腫瘍細胞に結合し、NK細胞などがFc領域を介してこれを認識し、標的細胞を破壊するプロセスを誘導します。

  3. 補体依存性細胞傷害（CDC）:

    • IgGは補体カスケードを活性化し、これによって細胞膜攻撃複合体（MAC）が形成され、病原体の破壊を助けます。

  4. 毒素・ウイルスの中和:

    • IgGは病原体が細胞に侵入するのを防ぐため、毒素やウイルスを直接中和する機能も持っています。

IgGのサブタイプ

ヒトには4種類のIgGサブクラスが存在し、それぞれが異なる機能と特性を持っています。これらは、重鎖（H鎖）の違いに基づいて分類されます。

  1. IgG1:

    • ヒトのIgGの中で最も豊富で、全体の約60-65%を占めます。

    • さまざまな病原体に対する防御に関与し、Fc受容体との結合力が強く、オプソニン化やADCCを活性化します。

  2. IgG2:

    • 全IgGの20-25%を占め、特に細菌の多糖類抗原に対する免疫応答に関連しています。

    • Fc受容体との結合力はやや弱いため、オプソニン化やADCCの活性はIgG1よりも低いです。

  3. IgG3:

    • IgGの5-10%を占め、IgG1と同様に抗原に対する強い応答を示しますが、特に補体の活性化に優れています。

    • Fc受容体との結合力も非常に強く、ADCCの促進にも寄与します。

  4. IgG4:

    • IgGの1-4%を占め、慢性炎症やアレルギー反応に関与します。

    • 他のサブクラスと異なり、補体を活性化しにくく、逆に抗原と抗体の間の過剰な反応を抑える役割を持っています。

IgGの臨床的意義

IgGの異常はさまざまな疾患に関連しています。例えば、免疫不全症ではIgGのレベルが低下し、感染に対する防御力が減少します。また、自己免疫疾患ではIgGが自己組織を攻撃し、組織損傷を引き起こすことがあります。IgGの測定は診断や治療のモニタリングにおいて重要なツールです。

Ref.

  1. Schroeder, H. W., & Cavacini, L. (2010). Structure and function of immunoglobulins. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 125(2), S41-S52. doi:10.1016/j.jaci.2009.09.046

  2. Janeway, C. A., Travers, P., Walport, M., & Shlomchik, M. J. (2001). Immunobiology: The Immune System in Health and Disease (5th ed.). Garland Science.

  3. Vidarsson, G., Dekkers, G., & Rispens, T. (2014). IgG subclasses and allotypes: from structure to effector functions. Frontiers in Immunology, 5, 520. doi:10.3389/fimmu.2014.00520

論点を整理します。

今回、GPT4oにお願いして、論点をまとめてもらいました。
完全攻略を目指せ！

■■GPT4o

総合的な論点

この問題の総合的な論点は、ヒト免疫グロブリンG (IgG) の構造に関連する特定の部位の機能や役割を理解することにあります。IgGは、2本の軽鎖（L鎖）と2本の重鎖（H鎖）から成る抗体であり、その機能は構造に強く依存しています。問題では、IgGの各部位がどのような生物学的機能を持っているか、具体的には可変部や定常部の役割、糖鎖修飾や細胞受容体との結合など、免疫応答や抗体の機能に関与する仕組みについて問われています。

このため、IgGの領域ごとの構造とその生物学的役割、さらに特定のアミノ酸配列や結合の特性、IgGサブクラスの決定要素など、抗体の機能に関連する基本的な知識を確認することが重要です。

各選択肢の論点および解法へのアプローチ方法

選択肢1: 領域Aは、個体ごとに決められた一定のアミノ酸配列を示す。

  • 領域Aは、IgGの可変部(Fab領域)に該当します。可変部は、抗原に特異的に結合する部分であり、個体間で異なるアミノ酸配列を持つことが特徴です。この領域は「抗原結合部位」として機能し、多様な抗原に対応するため、一定のアミノ酸配列を持つわけではありません。

  • アプローチ:
    IgGの可変部の機能が抗原認識に関連していることを理解することが重要です。抗体の多様性を生み出す仕組みを基にこの選択肢の正否を考察します。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

選択肢2: 領域Bで、N-結合型の糖鎖修飾がなされている。

  • 領域Bは、定常部の一部です。IgGの定常部には、特定の位置でN-結合型糖鎖修飾が行われることが知られています。この修飾は抗体の安定性や機能に影響を与えます。

  • アプローチ:
    定常部における糖鎖修飾の役割と位置を確認し、IgGの機能に対する影響を理解することで、この選択肢の妥当性を判断します。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

選択肢3: 領域Cでは、2本のH鎖がシステイン残基間で共有結合している。

  • 領域Cは、Fc領域の一部であり、IgGの2本の重鎖（H鎖）がジスルフィド結合によって結合しています。これにより、抗体の構造が安定します。

  • アプローチ:
    抗体の重鎖同士がシステイン残基を介して結合する仕組みを理解し、この選択肢の正しさを判断します。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

選択肢4: 領域Ｄは、マクロファージの細胞膜上の受容体に結合する。

  • 領域DはFc領域に該当します。このFc領域は、マクロファージや他の免疫細胞にあるFc受容体と結合し、免疫反応を促進する役割を持っています。

  • アプローチ:
    Fc領域の役割、特にFc受容体との結合が免疫応答にどう関与するかを理解し、この選択肢の正否を評価します。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)
オプソニン化　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

選択肢5: 領域Ｅにより、IgGのサブクラスが決定される。

  • 領域Eは軽鎖（L鎖）を含む部分であり、IgGサブクラスの決定には主に重鎖（H鎖）が関与します。サブクラス（IgG1、IgG2など）は重鎖の定常部に基づいて決定されるため、この選択肢に含まれる情報の正確さを確認する必要があります。

  • アプローチ:
    IgGのサブクラスがどの要素で決定されるかを理解し、この選択肢の妥当性を判断します。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

楽勝です！　

はじめましょう。

薬剤師国家試験の薬学理論問題【生物】からヒト免疫グロブリンG（IgG） / 構造・機能を論点とした問題です。

なお、以下の解説は、著者（Yukiho Takizawa, PhD）がプロンプトを作成して、その対話に応答する形でGPT4o & Copilot 、Gemini 1.5 Pro、またはGrok 2 (beta) が出力した文章であって、著者がすべての出力を校閲しています。

生成AIの製造元がはっきりと宣言しているように、生成AIは、その自然言語能力および取得している情報の現在の限界やプラットフォーム上のインターフェースのレイト制限などに起因して、間違った文章を作成してしまう場合があります。
疑問点に関しては、必要に応じて、ご自身でご確認をするようにしてください。

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Here we go.

第107回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 /
問118

一般問題（薬学理論問題）【生物】

問107-118
Q. 図は、ヒト免疫グロブリンG(IgG)の構造を模式的に示したものである。領域A～領域Ｅで示したIgGの部分構造に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

第107回薬剤師国家試験　一般問題｜薬学理論問題【生物】　問118

選択肢｜

1. 領域Aは、個体ごとに決められた一定のアミノ酸配列を示す。
2. 領域Bで、N-結合型の糖鎖修飾がなされている。
3. 領域Cでは、2本のH鎖がシステイン残基間で共有結合している。
4. 領域Ｄは、マクロファージの細胞膜上の受容体に結合する。
5. 領域Ｅにより、IgGのサブクラスが決定される。

■■GPT4o

生物｜問 107-118

■論点｜ヒト免疫グロブリンG（IgG） / 構造・機能

この問題の論点は、ヒト免疫グロブリンG（IgG）の領域ごとの構造的・機能的特性を特定することです。

■解説1｜

領域Cでは、2本のH鎖がシステイン残基間で共有結合している。（選択肢3）[正しい]

  • IgGは2本の重鎖（H鎖）と2本の軽鎖（L鎖）からなるY字型の構造を持っています。

  • その重鎖同士は、Fc領域においてシステイン残基によるジスルフィド結合でつながれ、これにより抗体の安定性が保たれます。

  • ジスルフィド結合は、抗体の構造を強化し、抗体が様々な免疫応答に適切に関与できるようにするため、IgGの機能維持に重要です。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

領域Ｄは、マクロファージの細胞膜上の受容体に結合する。（選択肢4）[正しい]

  • Fc領域は免疫系の細胞、特にマクロファージやNK細胞などが持つFc受容体（FcγR）と結合します。

  • この結合は、抗体依存性細胞傷害（ADCC）や食作用を誘導し、免疫反応を活性化させます。

  • したがって、Fc領域は免疫応答の中心的な役割を果たし、抗体が細胞表面の受容体に結合して機能を発揮する部分です。

オプソニン化　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

■解説2｜

選択肢3の補足

  • ジスルフィド結合は非常に安定した共有結合であり、抗体の安定性と生物学的半減期の延長に寄与します。

  • 特に免疫反応の過程では、抗体が長期間体内で機能するため、この結合が重要です。

選択肢4の補足

  • Fc領域とFc受容体の相互作用により、抗体が免疫系の細胞に信号を送り、抗原の排除を促進します。

  • IgG1とIgG3がFc受容体と結合しやすく、これがIgGのサブクラスによる機能差を生む要因でもあります。

■結論｜

正しい選択肢は、選択肢3と選択肢4です。IgGのFc領域と重鎖の結合の役割、またFc受容体との結合の役割は、それぞれ抗体の安定性と免疫反応の調整において重要です。

■補足｜

領域Aは、個体ごとに決められた一定のアミノ酸配列を示す。（選択肢1）[誤り]

  • 領域Aは可変部（Fab領域）であり、抗原結合部位を形成します。この部分は抗原特異性を持ち、遺伝的再編成により個体ごとに異なるアミノ酸配列が存在します。よって、一定の配列を示すわけではありません。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

領域Bで、N-結合型の糖鎖修飾がなされている。（選択肢2）[誤り]

  • N-結合型糖鎖修飾は、Fc領域（定常部）で行われることが多いです。

  • 領域B（Fab領域の定常部）は糖鎖修飾がされる部位ではありません。糖鎖修飾は、抗体の安定性や免疫応答に関与する重要な修飾ですが、この部位では見られません。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

領域Ｅにより、IgGのサブクラスが決定される。（選択肢5）[誤り]

  • IgGのサブクラスは、軽鎖ではなく重鎖（H鎖）の定常部によって決定されます。IgG1、IgG2、IgG3、IgG4といったサブクラスは、重鎖の違いによって分類されます。

  • 軽鎖はサブクラス決定に関与していません。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

■Lecture
論点解説　免疫グロブリンの概要

免疫グロブリン (Ig) は、抗体として知られるタンパク質であり、体内の免疫応答において中心的な役割を果たします。免疫グロブリンは、B細胞によって産生され、さまざまな病原体に対する防御を担っています。免疫グロブリンには5つの主要なクラスが存在し、それぞれが異なる機能、構造、分布を持ち、免疫系の多様な役割をサポートしています。以下、それぞれの免疫グロブリンについて詳述します。

1. 免疫グロブリンG (IgG)

構造:

  • IgGは、四量体の構造を持ち、2本の軽鎖（L鎖）と2本の重鎖（H鎖）から構成されます。

  • Y字型の構造で、上端の可変部が抗原結合部位であり、下端のFc領域が免疫細胞との相互作用を担います。

免疫グロブリンG（IgG）の構造　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

体内での分布:

  • IgGは血清中で最も豊富な抗体であり、血液、リンパ、細胞外液に広く分布しています。全体の抗体の約75%を占めます。

  • IgGは唯一、胎盤を通過して胎児に移行し、新生児に受動免疫を提供します。

機能:

  • オプソニン化、抗体依存性細胞傷害（ADCC）、補体活性化、毒素中和、ウイルス中和など、さまざまな防御機構に関与します。

オプソニン化　※出典から若干改変して作成した。
出典：免疫グロブリンについて 一般社団法人日本血液製剤協会 (ketsukyo.or.jp)

臨床応用:

  • 免疫グロブリン製剤として、IgGは免疫不全症や自己免疫疾患、感染症の治療に広く使用されます。

2. 免疫グロブリンA (IgA)

構造:

  • IgAは主に二量体として存在し、2本のL鎖と2本のH鎖がジスルフィド結合で連結され、さらに分泌型IgA（sIgA）は分泌成分で保護されています。

体内での分布:

  • IgAは主に粘膜表面、唾液、涙、母乳、消化管内に存在します。体内で最も多い抗体ですが、血清中では約15%しか占めません。

機能:

  • 粘膜の防御において中心的な役割を果たし、病原体が粘膜表面に付着するのを防ぎます。

  • 特に、呼吸器や消化器の感染防御に重要です。

臨床応用:

  • IgA欠損症は、反復感染のリスクを高めるため、患者には感染予防や免疫強化のための治療が検討されます。

3. 免疫グロブリンM (IgM)

構造:

  • IgMは五量体の構造を持ち、5本のL鎖と5本のH鎖がジスルフィド結合でつながり、10個の抗原結合部位を持つため、複数の抗原と効率よく結合できます。

体内での分布:

  • IgMは主に血清中に存在し、初期免疫応答に関与します。体内の抗体の約10%を占めます。

機能:

  • 初回の抗原曝露時に最初に産生される抗体で、補体の活性化や凝集反応に関与します。

  • 感染の早期段階で迅速に反応し、病原体の拡散を防ぎます。

臨床応用:

  • IgMレベルの測定は、感染の急性期を確認するために使用されます。IgM抗体の産生は感染初期の指標となります。

4. 免疫グロブリンE (IgE)

構造:

  • IgEはIgGに似た構造を持ちますが、Fc領域に特異的な部位があり、主に肥満細胞や好塩基球のFcε受容体に結合します。

体内での分布:

  • IgEは血清中では非常に低濃度で存在しますが、肥満細胞や好塩基球に結合しており、これらの細胞表面に保持されています。

機能:

  • アレルギー反応や寄生虫感染に対する免疫応答において中心的な役割を果たします。

  • IgEが抗原と結合すると、肥満細胞や好塩基球が活性化され、ヒスタミンや他の化学物質が放出され、アレルギー反応を引き起こします。

臨床応用:

  • IgEを標的とした治療法（例：抗IgE抗体）は、重度のアレルギーや喘息の治療に利用されています。

5. 免疫グロブリンD (IgD)

構造:

  • IgDはIgGと似た構造を持ちますが、その機能は他の免疫グロブリンほど明確ではありません。

体内での分布:

  • IgDは主にB細胞の表面に存在し、血清中の濃度は低いです。

機能:

  • B細胞受容体（BCR）の一部として、未熟B細胞の活性化や分化に関与しています。

臨床応用:

  • IgDの役割はまだ解明途上ですが、異常なIgDレベルは一部の免疫疾患や慢性リンパ球性白血病と関連しています。

免疫グロブリン製剤の臨床応用

免疫グロブリン製剤（主にIgG製剤）は、免疫不全症、自己免疫疾患、感染症の治療に使用されます。例えば、**免疫グロブリン静注（IVIG）**は、以下のような疾患に対して使用されます。

  1. 免疫不全症:

    • IgG欠乏症などの患者に対し、IVIGは感染症の予防と治療に有効です。

  2. 自己免疫疾患:

    • IVIGは全身性エリテマトーデスや多発性硬化症などの自己免疫疾患で、免疫調整作用を持ち、過剰な免疫反応を抑制します。

  3. 感染症:

    • IVIGは重篤な感染症において、パッシブイミュニゼーションとしての役割を果たし、免疫系を補助します。

Ref.

  1. Janeway, C. A., Travers, P., Walport, M., & Shlomchik, M. J. (2001). Immunobiology: The Immune System in Health and Disease (5th ed.). Garland Science.

  2. Schroeder, H. W., & Cavacini, L. (2010). Structure and function of immunoglobulins. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 125(2), S41-S52. doi:10.1016/j.jaci.2009.09.046

  3. Vidarsson, G., Dekkers, G., & Rispens, T. (2014). IgG subclasses and allotypes: from structure to effector functions. Frontiers in Immunology, 5, 520. doi:10.3389/fimmu.2014.00520

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問118

一般問題（薬学理論問題）【生物】

問107-118
Q. 図は、ヒト免疫グロブリンG(IgG)の構造を模式的に示したものである。領域A～領域Ｅで示したIgGの部分構造に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

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選択肢｜

1. 領域Aは、個体ごとに決められた一定のアミノ酸配列を示す。
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