close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Молекулярная иммунология

код для вставкиСкачать
 ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ИММУНОЛОГИИ
1. Характеристика антигенов
Антигены - это субстанции, несущие признаки генетической чужеродности для организма-реципиента, в который они попадают. Для антигенов характерны следующие два главных свойства:
> специфичность, проявляющаяся в определенных особенностях строения антигена, отличающих его от собственных макромолекул и структур организма
> иммуногенность - способность индуцировать иммунный ответ после попадания в чужой организм.
Специфичность обусловлена определенными особенностями строения антигена, отличающими его от собственного антигенного состава организма-реципиента и делающими возможным распознание этого антигена иммунной системой организма-реципиента как генетически "чужеродного". Специфичность антигенов, как правило, обусловлена какими-то определенными, зачастую очень короткими их участками, которые собственно и связываются с антигенраспознающими рецепторами лимфоцитов и специфическими антителами, циркулирующими в крови. Такие участки антигена, определяющие его специфичность и вступающие во взаимодействие с антигенраспознающими рецепторами лимфоцитов, носят название эпитопов (или антигенных детерминант) и порой представляют собой короткий участок, включающий 6-8, а иногда и того меньше мономерных остатков.
Рис. Схема строения миоглобина спермы кита (по данным рентгеноструктурного анализа). Затушеванные участки - полипептидные последовательности, выступающие в качестве эпитопов для В-лимфоцитов. Цифры указывают на порядковый номер аминокислотных остатков в первичной структуре полипептидной цепочки миоглобина спермы кита
Таким образом, молекулярный антиген, как правило, взаимодействует с антигенраспознающими рецепторами иммунокомпетентных клеток не всей своей поверхностью, а только эпитопными участками. Чем крупнее антиген, тем больше эпитопных участков он содержит в своем составе, тем с большим количеством антигенраспознающих рецепторов клеток организма-реципиента он связывается, и тем более сильный иммунный ответ вызывает. Не все эпитопные участки антигена обладают равной иммуногенностью (т.е. способностью индуцировать иммунный ответ), скорее всего у антигена имеется всего несколько доминантных эпитопов, способных вызывать наиболее сильный иммунный ответ, тогда как иммуногенность всех других эпитопов гораздо более слабая. Эпитопы антигенов, распознаваемые рецепторами В- и Т-лимфоцитов, отличаются друг от друга рядом свойств:
* Так, эпитопы для иммуноглобулиновых рецепторов В-лимфоцитов представляют собой поверхностно расположенные участки антигенов, которые относятся к конформационному типу (т.е. представляют собой совокупность каких-то мономерных остатков, выступающих на поверхность антигенной молекулы (а, следовательно, обладающих гидрофильностью) и пространственно расположенных друг возле друга, хотя в первичной структуре антигенной молекулы эти мономерные остатки могут находиться на больших расстояниях друг от друга).
* Т-лимфоциты с помощью своих антигенраспознающих рецепторов распознают не самостоятельные участки нативных антигенов, а комплекс антигенной детерминанты с собственной молекулой-рецептором, представленный на поверхности антигенпредставляющих клеток организма-реципиента. Иными словами, антиген первоначально подвергается частичному расщеплению в антигенпредставляющей клетке, после чего антигенная детерминанта своими определенными участками связывается с рецептором и экспрессируется на поверхность антигенпредставляющих клеток (макрофагов, моноцитов, ретикулярных дендритных клеток, В-лимфоцитов). Этот рецептор антигенпредставляющих клеток является продуктом собственных генов организма (т.е. белком, кодируемым главным комплексом гистосовместимости - МНС). Затем такой комплекс "антиген-рецептор антигенпредставляющей клетки организма-реципиента" способен связываться с антигенраспознающим рецептором Т-лимфоцита и активировать его. Следовательно, для антигенов, способных активировать Т-лимфоциты, должно быть характерно наличие двух типов участков - во-первых, участка, взаимодействующего с рецептором антигенпредставляющей клетки (белком главного комплекса гистосовместимости) и называемого агретопом, и, во-вторых, участка, взаимодействующего с антигенраспознающим рецептором самого Т-лимфоцита (т.н. эпитопным участком). Эпитопные участки антигенов, способные вступать в контакт с антигенраспознающими рецепторами Т-лимфоцитов, отличаются от эпитопов, взаимодействующих с иммуноглобулиновыми распознающими рецепторами В-лимфоцитов, большими размерами. Так, минимальный эпитоп миоглобина спермы кита, способный активировать Т-лимфоциты, включает не менее 11 аминокислотных остатков. В опытах с конъюгатами гаптена (низкомолеклярного органического антигена, не обладающего иммуногенностью) с каким-нибудь белком-носителем было показано, что В-лимфоциты развивают ответ на гаптен, а Т-лимфоциты на белок-носитель (определенные его эпитопные участки). Если эпитопные участки антигенов для иммуноглобулиновых рецепторов В-лимфоцитов относятся к "конформационному" типу, то эпитопы антигенов, распознаваемых рецепторами Т-лимфоцитов, относятся к "линейному" типу (для их распознавания не требуется сохранения пространственной структуры антигена, более того антиген легче распознается рецепторами Т-лимфоцитов после предварительного расщепления ферментами антигенпредставляющих клеток (макрофагов, дендритных клеток, В-лимфоцитов)).
Рис. Схема строения миоглобина кашалота. Аминокислотные остатки 34, 53 и 113 образуют эпитоп, распознаваемый одним клоном В-лимфоцитов, а аминокислотные остатки 83, 144 и 145 составляют эпитоп, распознаваемый другим клоном В-лимфоцитов. Это примеры прерывистых эпитопов антигена. На основании реакции с изолированными пептидами был сделан вывод о том, что аминокислотные остатки 18-22 являются частью непрерывного эпитопа. Значительная часть цепи миоглобина образует -спираль. Остаток 109 важен для распознавания миоглобина Т-лимфоцитами (до сих пор не обнаружены антитела, реагирующие с этим участком молекулы миоглобина).
Таким образом, В-лимфоциты распознают свободные антигены, попадающие во внутреннюю среду организма и ведущие внеклеточный способ жизни, а Т-лимфоциты, распознавая антигены, связанные с определенными рецепторами на поверхности антигенпредставляющих клеток, обеспечивают эффективную борьбу преимущественно с внутриклеточными паразитами, проникшими в макрофаг и возможно продолжающими в нем жить. Выделение же на поверхность макрофага антигенных компонентов таких живых паразитов или умерших в макрофаге и частично преобразованных, ассоциированных с молекулами МНС (главного комплекса гистосовместимости), приводит к последующей активации Т-лимфоцитов. Появляющиеся в результате активации Т-лимфоцитов цитотоксические Т-лимфоциты (Т-киллеры) обеспечивают уничтожение клеток, зараженных внутриклеточным паразитом, а Т-клетки воспаления стимулируют зараженные внутриклеточными паразитами макрофаги и другие клетки к активизации процессов внутриклеточного уничтожения паразитов.
Рис. Схема гипотетического белкового антигена, несущего на своей поверхности целый набор различных эпитопов (выявляются с помощью гетерогенных антител, содержащихся в антисывортке).
а - гипотетическая "контурная карта" поверхности глобулярного белка, на которой показано, что антигенные детерминанты представляют собой кластеры перекрывающихся эпитопов для разных клонов В-лимфоцитов. На карту "нанесены" центры участков контакта антигена с антителами.
б - "срез" гипотетического антигена, имеющего ось симметрии. Показаны шесть антигенных детерминант (эпитопов), в том числе две пары идентичных (одна пара идентичных эпитопов обозначена на срезе гипотетического антигена буквой а, другая - буквой б). Антисыворотка содержит антитела к каждому эпитопу (на рисунке схематически показано по антителу к каждому эпитопу). Причем антитела к определенному эпитопу не взаимодействуют со структурно неродственными эпитопами.
Иммуногенность - это способность антигена после попадания в организм реципиента не просто распознаваться как генетически "чужое", но и вызывать иммунный ответ, активируя определенные наивные иммунокомпетентные клетки и способствуя их превращению в эффекторные клетки, которые могут уничтожить антиген. Следовательно, иммуногенность - это функциональная характеристика антигенного материала, включающая определенные требования как к антигену, так и к иммунизируемому организму-реципиенту. В частности, иммуногенность антигена зависит от ряда свойств:
* филогенетической удаленности донора антигена от организма-реципиента (чем эта удаленность больше, тем выше иммуногенность антигена)
* молекулярной массы антигена (например, крупные антигены, такие как бактерии, вирусы, гетерологичные эритроциты обладают всегда высокой иммуногенностью; иммуногенность белков будет тем больше, чем выше их молекулярная масса). Вместе с тем простые низкомолекулярные органические вещества преимущественно ароматического ряда, названные гаптенами, распознаются организмом реципиента как генетически чужеродные (т.е. обладают специфичностью), но в силу низкой молекулярной массы сами по себе иммунных реакций не вызывают (не проявляют иммуногенности), тогда как в комплексе с чужеродными белками они могут вызывать иммунный ответ
* химического строения антигена. Так, не все высокомолекулярные синтетические полимеры, хотя и являются чужеродными для организма реципиента, могут проявлять иммуногенность. В частности, синтетический поли-L-лизин с высокой молекулярной массой после попадания в организм не вызывает иммунных реакций, тогда как синтетические сополимеры, включающие несколько разных аминокислот, приобретают свойство иммуногенности. Наконец, корпускулярные антигены, прежде чем начнут активировать иммунокомпетентные клетки, фагоцитируются макрофагами (антигенпредставляющими клетками) и под действием ферментов лизосом макрофагов подвергаются частичному расщеплению, после чего в комплексе с собственными молекулами МНС поступают на поверхность макрофагов и могут распознаваться лимфоцитами (наивными предшественниками Т-киллеров, Т-хелперов, Т-клеток воспаления). В случае если антигенные молекулы не способны подвергаться частичному гидролизу под действием лизосомальных ферментов макрофагов реципиента, то они поступают на поверхность макрофага после фагоцитоза в неизмененном виде и проявляют очень низкую иммуногенность или вообще оказываются неиммуногенными. Так, синтетические крупномолекулярные белки, состоящие из D-аминокислот, не расщепляются лизосомальными ферментами макрофагов и в связи с этим проявляют очень низкую иммуногенность. Следовательно, для проявления иммуногенности антигена он должен быть доступен действию ферментативных систем антигенпредставляющих клеток.
Все антигены, в зависимости от их происхождения, особенностей строения и некоторых других признаков, условно можно разделить на следующие группы:
* корпускулярные антигены (различные клетки и крупные частицы: бактерии, вирусы, грибы, простейшие, чужие эритроциты и т.д.)
* растворимые антигены (белки различной степени сложности, полисахариды, липополисахариды)
* ксеноантигены (антигены тканей и клеток, отличающиеся от организма реципиента на видовом уровне, т.е. принадлежащие представителям других видов)
* аллоантигены (антигены тканей и клеток, отличающиеся от реципиента на индивидуальном уровне, т.е. принадлежащие другим представителям того же, что и реципиент, вида)
* трансплантационные антигены (антигены клеточной поверхности трансплантируемых клеток, контролируемые главным комплексом гистосовместимости МНС I класса)
* аутоантигены (антигены собственных клеток организма, полимерных молекул, образующихся в собственном организме, например, тепловая или химическая денатурация собственных белков делает их антигенными для собственного организма и запускает иммунные реакции)
* аллергены (антигены пищи, пыли, пыльцы растений, ядов насекомых и другого происхождения, вызывающие повышенную иммунологическую реактивность (гиперчувствительность))
* толергены (антигены клеток, белков, вызывающие ареактивность, т.е. отсутствие иммунных реакций или толерантность)
* синтетические антигены (искусственно синтезированные полимерные антигены, например, полимеры ароматических аминокислот, некоторые полимерные углеводы)
* гаптены (низкомолекулярные органические вещества, преимущественно ароматического ряда, обладающие специфичностью, но не являющиеся иммуногенными).
Большинство природных антигенов являются тимусзависимыми, т.е. способны активировать В-лимфоциты только после предварительного подключения Т-хелперов. Подобные представления сложились на основании наблюдений за неонатально тимэктомированными мышами, которые либо вообще не могли отвечать на большинство антигенов продукцией иммуноглобулина G, либо развивали очень слабый ответ. Трансплантация же тимуса таким животным нормализовала специфический гуморальный иммунитет. В опытах in vitro показано, что чистая популяция В-лимфоцитов, выделенная в культуру, отвечает на антиген только пролиферацией, но в большинстве случаев не способна без участия Т-хелперов пройти весь путь развития до зрелых антителопродуцирующих плазматических клеток. Внесение в культуру В-лимфоцитов макрофагов (антигенпредставляющих клеток для Т-лимфоцитов) и Т-хелперов нормализует гуморальный иммунный ответ.
Наряду с тимусзависимыми антигенами, составляющими большинство, в природе гораздо реже встречаются и тимуснезависмые антигены, способные инициировать специфический гуморальный иммунный ответ без участия Т-хелперов. В химическом плане тимуснезависимые антигены являются, как правило, полисахаридами, в молекулах которых многократно повторяются структурно идентичные эпитопы. Подобное однообразие и многократное повторение эпитопных участков в молекуле тимуснезависимых антигенов приводит к многоточечному взаимодействию такого антигена с иммуноглобулиновыми рецепторами наивного В-лимфоцита, что и обеспечивает полноценную активацию и развитие В-лимфоцитов до стадии зрелых антителопродуцирующих плазматических клеток.
Рис. Условный образ антигена. На рисунке представлены антигенные детерминанты - участки полипептида, характеризующиеся особенностями включения иммунной системы в работу. Отмечены:
* разные по специфичности эпитопы для В-лимфоцитов (В-клеточные эпитопы), которые инициируют иммунный ответ только при участии Т-хелперов
* участки, называемые "несущей частью" антигена (эпитопы для Т-лимфоцитов)
* в процессе презентации антигена в иммуногенной форме в комплексе с молекулами МНС включены участки антигена, называемые агретопами
* ряд антигенов, имеющих повторяющиеся однотипные эпитопы и митогенные участки, инициируют иммунный ответ без участия Т-хелперов.
2. Характеристика антител (иммуноглобулинов)
Несмотря на многообразные неспецифические механизмы иммунной защиты организма, он не мог бы быть надежно защищен от антигенов, если бы не существовали механизмы специфической иммунной защиты, поскольку антигены эволюционировали параллельно с эволюцией иммунной системы и выработали ряд механизмов, позволяющих некоторым из них
> избегать прямого контакта с фагоцитами (резко изменив пространственную структуру своих поверхностных рецепторов)
> полностью избежать активации системы комплемента по альтернативному пути
> либо после активации системы комплемента по альтернативному пути и образования на поверхности патогена опсонизирующего фагоцитоз фактора С3b все равно не фагоцитироваться фагоцитами.
Эволюционным предкам человека необходимо было выработать механизмы, которые служили бы для защиты от каждого конкретного микроорганизма, как бы много таких микроорганизмов ни было. Формирование таких механизмов было обеспечено благодаря развитию специфических средств иммунной защиты. Такие специфические средства иммунной защиты могут обеспечиваться
> либо антителами, которые продуцируются плазматическими клетками (потомками В-лимфоцитов) и строго специфически взаимодействуют с определенными антигенами, являющимися, как правило, внеклеточными паразитами,
> либо Т-лимфоцитами, которые обеспечивают уничтожение внутриклеточных паразитов и собственных генетически измененных клеток организма.
Антитела (иммуноглобулины) представляют собой белковые молекулы, которые строго специфически взаимодействуют с определенными антигенами и
> либо непосредственно их обезвреживают,
> либо облегчают последующий фагоцитоз антигенов фагоцитами,
> либо активируют систему комплемента по классическому пути, в результате чего образуется мембранноатакующий комплекс, вызывающий повреждение антигена.
Несмотря на большое разнообразие антител, все они имеют общий план строения. В частности, в основе антител лежит Y-образная молекула, состоящая из четырех цепей: двух легких и двух тяжелых. Тяжелые цепи более длинные и занимают центральное положение в молекуле, а легкие цепи относительно короткие и прикрепляются снаружи к верхним участкам (N-концевым участкам) тяжелых цепей, тогда как нижние участки тяжелых цепей (С-концевые участки) образуют "хвост" молекулы. Тяжелые цепи соединены между собой и с легкими цепями с помощью дисульфидных связей (S-S-связей). Антигенраспознающими участками антитела являются верхние его плечи, образованные верхними (N-концевыми) частями легкой и тяжелой цепей.
Рис. Структура иммуноглобулина G
В антигенраспознающих участках тяжелой и легкой цепей молекулы антитела, в свою очередь, различают:
> 3 последовательно расположенные гипервариабельные области (CDR-области, от англ. Complementarity Determining Regions), эти области определяют специфичность антител, их аминокислотный состав сильно варьирует у различных антител. Именно эти области тяжелой и легкой цепей специфически (по принципу стереохимического соответствия) взаимодействуют с определенными антигенами. Причем антиген оказывается расположенным внутри плеча определенного антитела, т.е. окружен, с одной стороны гипервариабельными областями легкой, а с другой - тяжелой цепей. В гипервариабельных областях легких цепей обнаруживается большое количество аминокислотных остатков глицина, обуславливающих гибкость этих участков полипептидной молекулы. Существует предположение, согласно которому специфичность к антигену обеспечивается гипервариабельными участками тяжелой цепи, а "тонкая настройка" достигается благодаря хорошей конформационной гибкости легкой цепи
> и соединяющие эти гипервариабельные области промежуточные пептидные последовательности (аминокислотный состав которых мало отличается у разных антител), называемые каркасными областями (framework-областями). Каркасные области обеспечивают не только связь между гипервариабельными областями внутри цепи, но взаимодействие с каркасными участками вариабельного домена другой цепи (между вариабельными доменами легкой и тяжелой цепей).
Хвост молекулы антитела, образованный нижними (С-концевыми) частями двух тяжелых цепей, не обладает специфичностью (в молекулах антител, относящихся к одному классу, концевые части тяжелых цепей имеют сходное строение) и ответственен за связывание с рецепторами собственных клеток организма. Следовательно, у каждой молекулы антитела имеется как минимум:
* два антигенраспознающих и соответственно антигенсвязывающих участка, соответствующих плечам молекулы и называемых Fab-фрагментами (от англ. fragment antigen binding)
* и один неспецифичный фрагмент, обеспечивающий взаимодействие антитела с рецепторами собственных клеток организма и соответствующий хвосту молекулы антитела, образованному дистальными частями тяжелых цепей (т.н. Fc-фрагмент, получивший название от англ. fragment crystallizable).
В тяжелых цепях молекулы антител у места перехода плечей в хвост (т.е. в области "шейки" молекулы) содержится большое количество аминокислотных остатков пролина, что обеспечивает конформационную гибкость молекулы и необходимо для лучшего взаимодействия с антигенными детерминантами, находящимися на поверхности клеток. Область тяжелых цепей, соответствующая переходу плеча тяжелой цепи в хвост и обладающая высокой конформационной гибкостью, называется шарнирной областью антитела.
В зависимости от особенностей строения (аминокислотной последовательности) константных областей тяжелых цепей, молекулы иммуноглобулинов (Ig) классифицируются на 5 классов (или изотипов):
* А (в их состав входят тяжелые цепи -типа),
* G (в их состав входят тяжелые цепи -типа),
* M (в их состав входят тяжелые цепи -типа),
* D (в их состав входят тяжелые цепи -типа),
* E (в их состав входят тяжелые цепи -типа).
На основании особенностей строения константных областей легких цепей иммуноглобулинов выделяют 2 разновидности (2 изотипа) легких цепей:  и , причем в состав определенной молекулы антитела всегда входят идентичные легкие цепи (либо обе -цепи, либо обе -цепи). Таким образом, в пределах каждого класса иммуноглобулинов в зависимости от того, какие изотипы легких цепей входят в состав молекулы антитела, можно выделить два типа антител (например, иммуноглобулины класса G представлены двумя типами молекул: G и G, а класса М - М и М и т.д.). Тяжелые и легкие цепи антител имеют сложную пространственную структуру. В частности, они состоят из последовательно расположенных глобулярных доменов, соединенных между собой линейными участками (состоящими приблизительно из 20 аминокислотных остатков). Каждый глобулярный домен имеет вид петли, которая объединяет в своем составе до 60 аминокислот и образуется в результате замыкания дисульфидных связей между определенными аминокислотными остатками цистеина внутри какой-то из цепей антитела.
Рис. Принцип доменной организации молекулы иммуноглобулина (на примере иммуноглобулина G). Каждый домен включает приблизительно 100-110 аминокислотных остатков; причем около 60 аминокислотных остатков домена оказываются заключенными в петлю дисульфидной (S-S-связью); около 20 аминокислотных остатков домена, которые не входят в состав петли, служат для соединения с другими доменами. Цифры обозначают последовательность аминокислотных остатков в полипептидных цепях. VL и CL - вариабельный и константный домены легкой цепи. VH - вариабельный домен тяжелой цепи, CH1 CH2 CH3 - константные домены тяжелой цепи.
Рис. Компьютерная модель иммноглоблина G
Внутри доменов пептидные фрагменты, входящие в состав домена, образуют компактно уложенную антипараллельную -складчатую структуру, стабилизированную водородными связями (вторичная структура белка). Образованию -складчатой структуры внутри домена способствуют аминокислотные остатки глицина. Таким образом, части тяжелых и легких цепей антител внутри доменов формируют -складчатые структуры (вторичная структура белка), которые, в свою очередь, укладываются с образованием петлеобразных доменов (третичная структура белка). Благодаря слоистой -складчатой структуре внутри домена три гипервариабельные области в каждой цепочке антитела оказываются максимально приближенными друг к другу.
Рис. Структура глобулярных доменов (вариабельного и константного) легкой цепи (по данным рентгеноструктурного анализа белков Бенс-Джонса). Одна поверхность каждого домена состоит из 4-х цепей (серые стрелки), образующих антипараллельную -складчатую структуру, стабилизированную межцепочечными водородными связями (между группами СО и NH на протяжении всего пептидного остова). Другая поверхность каждого домена образована тремя цепями (розовые стрелки). Полипептидные цепи, образующие две поверхности домена связаны друг с другом межцепочечной дисульфидной связью (обозначена самой темной полосой). Описанная структура характерна для всех иммуноглобулиновых доменов. Особый интерес представляет расположение гипервариабельных областей в трех отдельных петлях вариабельного домена (гипервариабельные области обозначены красно-белыми полосатыми линиями, цифрами обозначены некоторые аминокислотные остатки в гипервариабельных областях). Эти гипервариабельные области, хотя и находятся на большом отдалении друг от друга в первичной структуре легкой цепи, но при образовании пространственной структуры они оказываются расположенными в непосредственной близости друг к другу, принимая участие в формировании антигенсвязывающего центра иммуноглобулина. Рис. Пространственное расположение гипервариабельных участков внутри вариабельного домена тяжелой цепи иммуноглобулина G человека. Конформационная особенность вариабельного домена состоит в том, что все 3 гипервариабельных участка в результате формирования третичной структуры полипептидной цепи оказываются в непосредственной близости друг от друга (черные участки рисунка). Каркасные (инвариантные) участки обеспечивают взаимодействие с каркасными участками вариабельного домена легкой цепи. В результате взаимодействия вариабельного домена легкой и тяжелой цепей и формируется антигенсвязывающий центр иммуноглобулина.
Рис. Упрощенное двумерное изображение атигенсвязывающго центра антитела. Антигенсвязывающий центр антитела представляет собой полость, окруженную пептидными петлями гипервариабельных участков тяжелой и легкой цепей (на рисунке пронумерованы аминокислотные остатки гипервариабельных областей цепей).
Рис. Функциональное значение различных доменов иммуноглобулина G (схема). Домены легкой цепи обозначены буквами VL (вариабельный домен) и CL (константный домен); домены тяжелой цепи -типа обозначены VH (вариабельный домен тяжелой цепи) и С1 С2 и С3 (константные домены тяжелой цепи)
Как уже было сказано выше, на основании особенностей строения константных областей тяжелых цепей молекул иммуноглобулинов, выделяют 5 их классов, каждый из которых характеризуется определенными особенностями организации Fc-фрагментов, обуславливающими то, с рецепторами каких эффекторных клеток организма будет взаимодействовать такой иммуноглобулин и некоторые другие его функциональные особенности. Преобладающим классом иммуноглобулинов во внутренних жидкостях организма (и преимущественно в тканевой жидкости) являются антитела класса G, которые в больших количествах продуцируются при вторичном иммунном ответе и обеспечивают защиту организма от бактерий, вирусов и токсинов. В частности, комплексы "IgG-антиген"
* усиливают фагоцитоз посредством опсонизации (т.е. комплексы "IgG-антиген" Fc-фрагментами IgG взаимодействуют с рецепторами мембраны нейтрофилов и макрофагов, повышая эффективность фагоцитоза антигенов),
* стимулируют внеклеточное уничтожение антигенов путем активации естественных киллеров (IgG, связанные с антигенами, своими Fc-фрагментами способны взаимодействовать не только с фагоцитами, но и с естественными киллерами, повреждающими мембрану антигена)
* обладают способностью взаимодействовать с компонентом С1 системы комплемента, активируя ее по классическому пути, что сопровождается появлением
* медиаторов воспаления, обладающих хемотаксическим действием и привлекающих фагоциты и лимфоциты,
* опсонизирующего фагоцитоз фактора С3b
* и в конечном итоге образованием мембраноатакующих комплексов, разрушающих патогены.
Интенсивность синтеза IgG во многом зависит от проникновения антигенов в организм. IgG является единственным антителом, способным проникать через плацентарный барьер, поскольку на поверхности клеток трофобласта плаценты расположены рецепторы, связывающие Fc-фрагменты молекул материнских IgG. При этом связанные с рецепторами трофобласта молекулы IgG поглощаются путем опосредованного рецепторами эндоцитоза, после чего транспортируются в клетке трофобласта в составе окаймленных пузырьков, выводятся из клеток трофобласта, проходят через базальную его мембрану в соединительную ткань и капилляры плода. Переход IgG через плаценту обеспечивает передачу пассивного иммунитета от матери к плоду. Кроме того, в связи с присутствием IgG в молоке, он принимает участие в пассивной специфической иммунной защите ребенка в период грудного вскармливания.
Иммуноглобулины класса А представляют собой основной класс иммуноглобулинов в секретах экзокринных желез (молочных, слезных, слюнных, потовых желез, желез слизистой оболочки пищеварительной трубки и бокаловидных клеток дыхательной и мочеполовой трубок). IgА выделяется на поверхность слизистых оболочек, где и взаимодействует с антигенами. Следовательно, IgА участвует в защитной функции организма, укрепляя барьер в слизистой оболочке пищеварительного тракта, дыхательной и мочеполовой трубок против инфекций. Молекула иммуноглобулина А, содержащаяся в составе секрета каких-то желез представляет собой димер, стабилизированный дополнительной J-цепью. Причем димерные молекулы IgА образуются в самой плазматической клетке. После чего димерные молекулы IgА взаимодействуют с определенными полипептидными рецепторами на базальной поверхности секреторной клетки. IgА-рецепторы в комплексе с димером IgА путем эндоцитоза проникают внутрь секреторной клетки и наряду с опосредованием фагоцитоза секреторной клеткой, обеспечивают защиту IgА от расщепления под действием протеолитических ферментов синтезируемых клеткой секретов. После секреции IgА через апикальную поверхность секреторной клетки на поверхность слизистой оболочки рецептор для IgА частично расщепляется и его часть, оставшаяся связанной с димером IgА после такого расщепления, носит название секреторного компонента. IgА играет важную роль в защите слизистых оболочек от инфекций, которая обеспечивается его способностью препятствовать проникновению связанных с IgА микроорганизмов через эпителиальный пласт слизистой оболочки в ткани. В плазме крови молекулы IgА имеют преимущественно мономерное строение.
Рис. Механизм секреции иммуноглобулина А на поверхность слизистой оболочки. Эпителиальные клетки слизистой синтезируют иммуноглобулиновый рецептор (Ig-рецептор), который встраивается в мембрану базальной поверхности клетки. Димер Ig А связывается с этим рецептором, путем эндоцитоза, проникает внутрь клетки, транспортируется к апикальной ее поверхности, через мембрану которой путем экзоцитоза выводится на поверхность слизистой оболочки. При расщеплении рецептора на поверхности слизистой оболочки высвобождается Ig А, который все еще связан с частью рецептора, получившей название секреторного компонента. Транспорт Ig G через плаценту возможно происходит подобным образом с помощью рецепторов для Ig G, расположенных на поверхности клеток трофобласта.
Иммуноглобулины класса Е содержатся в сыворотке крови человека, как правило, в небольших концентрациях, обладают способностью своими Fc-фрагментами взаимодействовать с рецепторами тучных клеток и базофилов. После присоединения к поверхностной мембране тучных клеток и базофилов комплексов "IgЕ-антиген" или взаимодействия фиксированных на поверхности мембраны этих клеток молекул IgЕ с определенными антигенами происходит дегрануляция тучных клеток и базофилов, сопровождающаяся выделением в окружающую тканевую жидкость гистамина (расширяет артериолы, повышает проницаемость капилляров, в больших дозах суживает венулы) и гепарина (ингибирует образование нерастворимого фибрина и его отложение на внутренней поверхности сосудистой стенки, тем самым повышая проницаемость капилляров). Выброс этих медиаторов воспаления базофилами и тучными клетками обуславливает многие проявления воспалительных и аллергических реакций, привлекая в очаг воспаления неспецифические и специфические защитные агенты, что способствует уничтожению различных паразитов (в связи с этим уровень IgЕ в крови возрастает не только при аллергиях, но и при паразитарных инвазиях). Таким образом, основная физиологическая функция IgЕ, очевидно, состоит в защите внешних слизистых оболочек организма путем локальной активации факторов крови и эффекторных клеток благодаря индукции острой воспалительной реакции. Инфекционные агенты, способные прорвать линию обороны, созданную IgА, будут связываться со специфическими IgЕ на поверхности тучных клеток, в результате чего тучные клетки начнут дегранулировать и высвобождать свои секреты (вазоактивные амины и хемотаксические факторы) в окружающую ткань, что, в свою очередь, вызовет приток циркулирующих в крови IgG, компонентов комплемента, нейтрофилов и эозинофилов в инфицированный очаг. В этих условиях способность эозинофилов повреждать гельминтов, нагруженных IgG, и усиленная продукция IgЕ в ответ на проникновение этих паразитов в организм будут обеспечивать эффективную защиту.
Иммуноглобулины класса М представляют собой пентамерные молекулы (т.е. состоят из пяти Y-образных субъединиц, расположенных радиально и объединенных в единую молекулу с помощью единственной J-цепи, которая через посредство дисульфидных связей взаимодействует с тяжелыми цепями мономеров). При этом Fc-фрагменты каждого мономера обращены к центру молекулы и друг к другу, а Fab-фрагменты - кнаружи. J-цепь и инициирует сборку пентамерной молекулы IgМ. В связи с пентамерным строением своих молекул IgМ имеют самую большую среди всех классов антител молекулярную массу (950 кД).
Иммуноглобулины М представляют собой первый класс антител, продуцируемых развивающимися В-лимфоцитами при первичном попадании антигена в организм и содержащихся в наибольших количествах в периферической крови (т.е. IgМ образует первую линию обороны при бактериемии). IgМ благодаря большому размеру своей молекулы в комплексе с антигеном способен в единичном количестве активировать компонент С1 системы комплемента, запуская процесс активации этой системы по классическому пути, тогда как для активации компонента С1 комплексом "IgG-антиген" необходимо присоединение к его молекуле 5 комплексов " IgG-антиген".
Кроме активации системы комплемента, IgМ оказывает опсонизирующее действие при фагоцитозе. Более того, в связи с пентамерным строением IgМ способен вызывать агглютинацию и обусловленный этим лизис антигенов. Теоретически молекула IgМ может связать 10 антигенов, но, как правило, эффективно взаимодействует только с 5-ю, что обусловлено определенными стерическими ограничениями, возникающими из-за недостаточной гибкости молекулы. Мономерные молекулы IgМ представлены на поверхности В-лимфоцитов, образуя рецепторы для взаимодействия с антигеном.
Рис. Структура иммуноглобулина М
Иммуноглобулины класса D присутствуют в сыворотке крови в ничтожно малых количествах, но зато преимущественно связаны с мембраной лимфоцитов и, очевидно, выступают в роли рецепторов лимфоцитов, позволяющих им взаимодействовать между собой, благодаря чему обеспечивается контроль за активацией и супрессией лимфоцитов.
Геномная организация генов, кодирующих иммуноглобулины
Огромное разнообразие молекул иммуноглобулинов в пределах каждого класса обусловлено:
> во-первых, большим количеством генов, кодирующих разные участки (константные и вариабельные) тяжелых и легких цепей иммуноглобулинов,
> во-вторых, определенными изменениями, происходящими в геноме незрелых В-лимфоцитов в процессе их деления и созревания.
Для человека и млекопитающих животных известны 3 группы сцепления генов, кодирующих иммуноглобулины. Эти группы сцепления расположены в разных парах хромосом. В частности, существует группа сцепления генов, кодирующих тяжелые цепи, и две разные группы сцепления, кодирующие - и -типы легких цепей. Каждая группа сцепления, в свою очередь, представлена большим количеством генов, одни из которых кодируют вариабельную область цепи (V-гены), а другие - константную область (С-гены). Причем эти V- и С-гены какой-то определенной группы сцепления изначально (в незрелом В-лимфоците) находятся на значительном расстоянии друг от друга. Подобная нативная локализация генов, кодирующих цепи иммуноглобулинов, определяется как состояние зародышевой линии (англ. germline). Однако по мере созревания В-лимфоцитов и соответственно перехода их от некоммитированных предшественников к коммитированым формам, проявляющим определенную специфичность, происходит реорганизация генома, так что пространственно удаленные гены оказываются расположенными в непосредственной близости друг от друга, образуя единый информационный участок. Такая реорганизация генома получила название соматической рекомбинации и осуществляется путем делеции (вырезания) определенных генов в группе сцепления, в результате чего далеко отстоящие гены оказываются расположенными друг возле друга. Соматическая рекомбинация затрагивает только лишь определенные соматические клетки (в нашем случае развивающиеся В-лимфоциты), не происходит в половых клетках, а, следовательно, не наследуется.
Группа сцепления, ответственная за синтез легкой цепи -типа, включает три группы генов:
* 250 генов, кодирующих область вариабельного домена -цепи (V-гены), состоящую из 94-95 аминокислотных остатков. Причем каждому V-гену в полинуклеотидной последовательности обязательно предшествует т.н. лидерный участок (L-ген), кодирующий т.н. лидерный пептид, состоящий из 20-25 аминокислотных остатков, обладающий гидрофобностью и облегчающий прохождение молекулы иммуноглобулина через мембрану гранулярного эндоплазматического ретикулума. Лидерный пептид присущ только незрелой молекуле иммуноглобулина, после прохождения этой незрелой молекулы через мембрану эндоплазматического ретикулума он отщепляется. Каждому из 250 V-генов предшествует один и тот же L-ген.
* 5 J-мини-генов (от англ. "joining"), кодирующих аминокислотную последовательность из 12-14 аминокислот, достраивающую вариабельный домен. Один из этих 5 J-мини-генов является неактивным и в связи с этим называется псевдогеном
* один ген, кодирующий константную область -цепи (С-ген).
Рис. Рекомбинация генов, кодирующих -цепь иммуноглобулинов. В некоммитированном В-лимфоците гены, кодирующие -цепь иммуноглобулинов, отдалены друг от друга в ДНК на значительное расстояние. Процесс рекомбинации начинается с объединения одного из 250 V-генов (в данном случае V2) с одним из 5 J-мини-генов (в данном случае J4). В результате формируется -локус, контролирующий незрелую пре-мРНК ядра. При созревании такой РНК происходит процессинг пре-мРНК, в ходе которого вырезаются ее участки, комплементарные областям ДНК, расположенным между кодирующими генами -локуса. Затем участки РНК, комплементарные LV2J4 и С -генам объединяются в результате сплайсинга, что приводит к образованию зрелой мРНК, транслирующей первичную структуру -цепи. При созревании -цепи лидерная полипептидная последовательность удаляется, что и приводит к формированию окончательной -цепи.
Процесс рекомбинации начинается с объединения одного из 250 V-генов с одним из 5 J-мини-генов (за счет делеции участков ДНК между этими генами) и осуществляется случайным образом. Место рекомбинации V-J не является жестко фиксированным: объединение между определенными V- и J-геном может происходить как между собственно их основаниями, так и между областями, соседствующими с этими V- и J-генами. Подобные "ошибки" вносят дополнительную изменчивость в третью гипервариабельную область вариабельного домена легкой цепи. Образовавшийся вследствие делеций информационный участок ViJi далее путем делеций объединяется с С-геном, в результате чего формируется -локус, состоящий из трех экзонов (кодирующих участков):
* L-гена, кодирующего лидерный пептид
* рекомбинантного ViJi-гена, кодирующего вариабельный домен легкой χ-цепи
* С-гена, кодирующего константный домен легкой χ-цепи.
Определенная структура возникающего вследствие рекомбинации генома -локуса и будет обуславливать специфику вариабельного домена синтезируемой в таком В-лимфоците -цепи. Рекомбинантная ДНК в коммитированном на определенный антиген В-лимфоците обеспечивает образование первичного транскрипта - пре-мРНК ядра, включающей полинуклеотидные последовательности, считанные как с трех экзонов -локуса (L-гена, рекомбинантного ViJi-гена и С-гена), так и с некодирующих участков (интронов), находящихся между L-геном и рекомбинантным ViJi-геном, а также между ViJi-геном и С-геном. Образовавшаяся пре-мРНК ядра далее (еще до выходя из ядра) подвергается созреванию, включающему
* процессинг пре-мРНК ядра, в ходе которого из нее вырезаются интронные участки
* сплайсинг экзонных участков пре-мРНК, в результате которого образуется зрелая мРНК иммуноглобулина, покидающая ядро и транслирующаяся на рибосомах, связанных с мембраной эндоплазматического ретикулума.
Группа сцепления генов, кодирующих легкую цепь -типа, представлена генами, локализованными в двух локусах, каждый из которых содержит:
* один L-ген (обозначаемые L1-ген в первом локусе и L2-ген во втором локусе)
* один V-ген (обозначаемые V1-ген в первом локусе и V2-ген во втором локусе)
* два J-мини-гена (обозначаемые J1- и J2 -гены в первом локусе и J3- и J4 -гены во втором локусе)
* два С-гена (обозначаемые С1- и С2 -гены в первом локусе и С3- и С4 -гены во втором локусе).
Гены J4 и С4, заложенные во втором локусе, являются псевдогенами (функционально не активны).
Несмотря на несколько иную организацию группы сцепления, кодирующей легкую цепь -типа, процессы рекомбинации ДНК при созревании В-лимфоцитов и последующего созревания пре-мРНК ядра происходят аналогично таковым при синтезе легкой χ-цепи. При этом возможны следующие варианты рекомбинантной ДНК и соответственно разные типы антител, кодируемых ими:
* L1 V1 J1 С1
* L1 V1 J2 С2
* L2 V2 J3 С3
Образование еще одного теоретически возможного варианта - L2 V2 J4 С4 - практически никогда не осуществляется, поскольку гены J4 и С4 являются не активными.
Рис. Геномная организация генов, кодирующих легкую цепь иммуноглобулинов -типа. -цепь кодируется двумя локусами, каждый из которых включает один L-ген, один V-ген, два J-мини-гена и два С-гена. В локусе 2 гены J4 и С4 являются функционально неактивными (псевдогенами).
Тяжелые цепи разных изотипов (, , , , ) кодируются следующими группами генов:
* группой генов, кодирующих вариабельный домен тяжелой цепи (V-домен). Эта группа включает следующие гены:
* 500 V-генов, каждому из которых предшествует свой L-ген, кодирующий лидерный пептид
* 15 D-мини-генов
* 4 J-мини-гена
* группой генов, кодирующих константный участок тяжелой цепи и представленных:
* 10 C-генами, определяющими изотип тяжелой цепи ( или  или  или  или ), а также особенности тяжелых цепей изотипа  (1, 2а, 2b, 3)
При созревании В-лимфоцитов в группе сцепления генов, кодирующих тяжелые цепи иммуноглобулинов, происходит два рекомбинационных события:
> объединение определенного (любого из 15-ти) D-мини-гена с определенным (каким-то из 4-х) J-мини-геном в результате делеции участка ДНК между этими генами, в результате чего возникает определенный DiJi-участок
> объединение сформированного DiJi-участка с одним из 500 V-генов (каждому V-гену, в свою очередь, предшествует свой L-ген). Такое объединение также происходит путем делеции участка ДНК между LiVi-участком и DiJi-участком. Таким образом, возникает LiViDiJi-область, кодирующая синтез определенного вариабельного домена тяжелой цепи.
После рекомбинации ДНК образовавшаяся LiViDiJi-область, кодирующая вариабельный домен тяжелой цепи, функционально объединяется с С-геном, кодирующим константную область -типа (т.е. константную область иммуноглобулина класса М). Такое функциональное объединение достигается благодаря тому, что продукт транскрипции LiViDiJi-области путем сплайсинга соединяется с продуктом транскрипции С-гена, в результате чего формируется зрелая мРНК, которая поступает из ядра в цитоплазму и транслируется на рибосомах эндоплазматического ретикулума. Следовательно, на начальном этапе дифференцировки В-лимфоцитов они синтезируют преимущественно иммуноглобулин М. По мере же функционального созревания В-лимфоцитов наблюдается переключение синтеза иммуноглобулина М на иммуноглобулины других классов (G, A, D или Е); при этом сохраняется исходная специфичность вариабельного домена (кодируемого рекомбинантным участком LiViDiJi-области ДНК), но при этом LiViDiJi-область функционально взаимодействует с С-генами, кодирующими константные области других изотипов тяжелых цепей (С или С и т.д.).
Рис. Рекомбинация генов, кодирующих тяжелые цепи иммуноглобулинов. Тяжелые цепи иммуноглобулинов кодируются четырьмя типами генов: V (каждому из которых предшествует L-ген), D, J и С. Первое рекомбинационное событие - объединение одного из 15 D-мини-генов с одним из 4 J-мини-геном. Второе рекомбинационное событие - объединение одного из 500 V-генов (каждому V-гену предшествует L-ген) с определенным DJ-участком. Следующий этап - функциональное объединение LVDJ-участка с С-геном. Особенность реорганизации участка генома, кодирующего тяжелые цепи В-лимфоцитов, состоит в переключении контроля синтеза иммуноглобулинов одного класса на другой при сохранении контроля специфичности реорганизованного LVDJ-локуса.
Таким образом, в процессе развития отдельных клонов В-лимфоцитов возможны две формы реорганизации участка генома, кодирующего тяжелые цепи иммуноглобулинов:
> в частности, на раннем этапе развития В-лимфоцитов определенные рекомбинантные LiViDiJi-области, разные в разных клонах В-лимфоцитов, объединяются с одним и тем же С-геном (а именно, С-геном), что и определяет различия между разными клонами В-лимфоцитов
> в дальнейшем в каждом конкретном клоне В-лимфоцитов одна и та же LiViDiJi-область функционально объединяется (т.е. образует информационный участок) с разными С-генами, что обеспечивает внутриклеточное переключение синтеза иммуноглобулина одной и той же специфичности с одного класса на другой.
Изучение хромосомной организации иммуноглобулиновых генов и этапов их реорганизации в процессе развития В-лимфоцитов позволило определить причину вариабельности антител. Основу этой вариабельности составляет случайное объединение отдельных генных сегментов в результате рекомбинации ДНК: V, D, J-генов для тяжелых цепей и V, J-генов для легких цепей иммуноглобулинов. Если число V-генов тяжелых цепей равно 500 (не исключено, что их больше), D-сегментов - 15 и J-сегментов - 4, то число возможных вариантов V-доменов при использовании только этих показателей составит величину 30000 (500*15*4). Учитывая возможные нарушения, связанные с включением пограничных нуклеотидов справа и слева от D- и J-сегментов, число возможных вариантов V-доменов составит 120000 (30000*4). Расчет для V-доменов легкой цепи χ-типа даст возможное число вариантов этих доменов 2000 (250Vχ-генов*4J-мини-гена*2 (множитель, отражающий результаты ошибок при считывании пограничных нуклеотидов)). Поскольку молекулы иммуноглобулинов строятся путем случайного сочетания тяжелых и легких цепей, общее число вариантов антигенсвязывающих центров антител, образованных вариабельными доменами легкой и тяжелой цепей и определяющих специфичность иммуноглобулинов, окажется равным 2,4*108 (120000 вариантов V-доменов тяжелых цепей*2000 вариантов V-доменов легких цепей).
Таким образом, благодаря многочисленности генов, кодирующих определенные участки полипептидных цепей иммуноглобулинов, и случайной их комбинации друг с другом в процессе созревания В-лимфоцитов обеспечивается возможность создания огромного разнообразия антигенсвязывающих участков антител (до 2,4*108 различных вариантов вариабельных доменов антител), что обеспечивает надежную защиту организма от самых разнообразных антигенов.
3. Антигенраспознающие рецепторы иммуннокомпетентных клеток
Для активации иммуннокомпетентных клеток необходимо "узнавание" ими определенных чужеродных субстанций, которое делает возможным взаимодействие иммуннокомпетентных клеток с антигенами и приводит к запуску специфических иммунных реакций (гуморальных и клеточных). "Узнавание" Т- и В-лимфоцитами антигенов осуществляется с помощью определенных антигенраспознающих рецепторов, расположенных на поверхности этих клеток и характеризующихся определенными особенностями строения для разных иммунокомпетентных клеток.
Антигенраспознающие рецепторы В-лимфоцитов
Антигенраспознающие рецепторы В-лимфоцитов представляют собой мономерные формы иммуноглобулина М, встроенные в плазматическую мембрану В-лимфоцита и окруженные специальными вспомогательными трансмембранными белками - Ig и Ig, которые принимают участие в передаче сигнала от IgМ, присоединившего антиген, внутрь клетки. Кроме того, эти белки необходимы для нормального выхода мембранной формы IgМ в плазматическую мембрану: в отсутствии этих белков молекулы мембранного IgМ остаются внутри клетки.
Рис. Схема строения антигенраспознающего рецептора В-лимфоцитов и механизма их активации после взаимодействия с антигеном. Антигенраспознающий рецептор В-лимфоцитов представлен мембранной формой IgМ, окруженного специальными вспомогательными белками - Igα и Igβ, принимающими участие в передачи сигнала от IgМ внутрь клетки
Мембранная форма иммуноглобулина М отличается от секреторной не только тем, что является мономерной, но и некоторыми особенностями строения самого мономера IgМ: в его состав входит гидрофобный трансмембранный участок и короткий гидрофильный цитоплазматический хвост. В то же время мономерная молекула секреторной формы иммуноглобулина М имеет на С-конце углеводные остатки, увеличивающие растворимость молекулы, и цистеиновый остаток, необходимый для полимеризации мономеров в пентамерную форму с помощью J-цепи. Молекула мембранного иммуноглобулина М кодируется теми же рекомбинантными иммуноглобулиновыми локусами, что и секреторного иммуноглобулина (χ- или -локусом, кодирующим легкую цепь, и локусом тяжелых цепей). Некоторые же отличия в строении С-конца тяжелых цепей секреторного и мембранного IgМ обусловлены особенностями считывания информации с генов локуса тяжелой цепи, лежащих за С-геном. В частности, за этим геном расположены короткие гены - Ск и Мк, кодирующие короткие аминокислотные последовательности дистальной части тяжелой цепи соответственно секреторного иммуноглобулина (ген Ск) и мембранного иммуноглобулина (ген Мк). При образовании секреторной формы IgМ, после считывания информации с С-гена транскрибируется только ген Ск, кодирующий концевой участок тяжелой цепи секреторной формы. При образовании тяжелых цепей мембранного IgМ транскрибируется более длинный участок генома за С-геном, включающий гены и Ск и Мк. Затем в результате процессинга участок мРНК, комплементарный Ск-гену, вырезается (подвергается делеции), а остальная часть длинной мРНК, кодирующей тяжелую цепь -типа, путем сплайсинга сшивается с коротким фрагментом мРНК, комплементарным Мк-гену, в результате чего возникает зрелая мРНК, кодирующая мембранную форму IgМ. Таким образом, трансляция тяжелой цепи мембранного иммуноглобулина М представляет собой более сложный процесс, требующий больших энергозатрат, чем секреторной формы, поскольку предполагает считывание информации с более длинного участка генома и последующий процессинг и сплайсинг пре-мРНК, в связи с чем мембранной формы иммуноглобулина в В-лимфоцитах образуется гораздо меньше, чем секреторной. Синтез мембранной формы IgМ начинается на заключительных этапах дифференцировки В-лимфоцитов в красном костном мозге. Зрелые В-лимфоциты экспрессируют достаточно большое количество мембранного IgМ на своей поверхности: 2х105 молекул на клетку. Мембранная форма иммуноглобулина М на поверхности В-лимфоцитов может непосредственно взаимодействовать с любыми формами антигенов: как свободными корпускулярными (вирусами, бактериями) и молекулярными, так и связанными с рецепторами антигенпредставляющих клеток (моноцитов, макрофагов, дендритных клеток). Но в то же время молекулы мембранного IgМ сохраняют свою специфичность: молекулы каждого клона В-лимфоцитов проявляют сродство к строго определенным антигенным детерминантам, оставаясь равнодушными к другим.
Рис. Схема генетического контроля синтеза мембранного и секреторного IgM. При образовании мембранной или секреторной форм IgM процесс реорганизации генома В-лимфоцита характеризуется следующими особенностями. Рекомбинантная ДНК содержит последовательность нуклеотидов от лидерного участка (L) до терминальной последовательности полиаденина (рАm - полиаденин мембранного пути развития) включительно. В реорганизованный локус ДНК входят экзон Ск (секреторный компонент) и два экзона Мк (мембранный компонент), один из которых контролирует трансмембранную последовательность, а второй - цитоплазматическую последовательность аминокислотных остатков рецепторного иммуноглобулина. В том случае, когда образующийся первичный транскрипт (пре-мРНК) включает экзоны Мк, синтезируется μ-цепь мембранного иммуноглобулина. При этом Ск и рАс (рАс - полиаденин секреторного пути реорганизации) подвергаются делеции при сплайсинге пре-мРНК. Если первичный транскрипт не включает последовательность Мк и рАm, но сохраняет Ск и рАс, то в результате последующих преобразований синтезируется μ-цепь секреторного иммуноглобулина
Взаимодействие мембранной формы IgМ В-лимфоцитов с определенным антигеном сопровождается активацией В-лимфоцитов, в результате которой В-лимфоциты превращаются в антителопродуцирующие клетки (плазматические клетки). Активация В-лимфоцита может происходить как самостоятельно после взаимодействия антигена с рецептором, так и зачастую с помощью цитокинов, продуцируемых активированными Т-хелперами. Вместе с тем сам по себе мембранный иммуноглобулин М после взаимодействия с антигеном активировать В-лимфоцит не может, поскольку имеет очень короткий цитоплазматический хвост, включающий всего несколько аминокислотных остатков, который не способен вступать в реакционные отношения с внутриклеточными ферментами и процессами. Для активации же В-лимфоцитов после присоединения к их антигенраспознающим рецепторам антигенов служат специальные вспомогательные низкомолекулярные белки - Ig и Ig, расположенные в непосредственной близости от мембранного IgМ в плазматической мембране В-лимфоцита и имеющие гораздо более длинные цитоплазматические концы. Эти белки после присоединения к мембранному IgМ антигенных эпитопов несколько изменяют свою конформацию, в результате чего становятся способными взаимодействовать с внутриклеточными тирозинкиназами, активируя их. Активированные тирозинкиназы, в свою очередь, активируют Са2+-зависимые фосфорилазы, катализирующие фосфорилирование определенных внутриклеточных белков. Образующиеся фосфорилированные белки влияют на конформацию связанных с ДНК белков таким образом, что усиливают транскрипцию специфических генов.
Большинство антигенов являются тимусзависимыми и для активации В-лимфоцитов требуют участия Т-хелперов. Тимуснезависимыми антигенами являются, как правило, полисахариды бактерий, имеющие множество повторяющихся одинаковых антигенных эпитопов, которые перекрестно сшиваются с большим количеством молекул мембранного IgМ на поверхности одного В-лимфоцита, что приводит к активации большого количества тирозинкиназ внутри В-лимфоцита и последующей его активации без участия Т-хелперов.
Механизм распознавания антигенов Т-лимфоцитами, структурная организация антигенраспознающих рецепторов Т-лимфоцитов
Антигенраспознающие рецепторы Т-лимфоцитов в отличие от таковых В-лимфоцитов не являются иммуноглобулинами и распознают антиген "не в чистом виде", а в комплексе со специальными молекулами антигенпредставляющих клеток (нейтрофилов, моноцитов и макрофагов). Эти молекулы антигенпредставляющих клеток, принимающие участие в связывании антигенов и презентации их Т-лимфоцитам, являются молекулами главного комплекса гистосовместимости.
Главный комплекс гистосовместимости (МНС от англ. major histocompatibility complex) представляет собой совокупность клеточных белков, большинство из которых экспрессируется на поверхность клеток и принимает участие в их рецептивных функциях и иммунном ответе. Изучение молекул (т.н. антигенов) этого комплекса было начато с момента исследования причин отторжения генетически чужеродных трансплантатов у животных и человека. В настоящее время известно, что большинство генов, кодирующих антигены главного комплекса гистосовместимости у человека, расположены в 6 паре гомологичных хромосом, хотя некоторые из генов этого комплекса могут располагаться и в других хромосомах (например, в 15 паре). Комплекс генов МНС у человека занимает значительный участок ДНК 6 хромосомы: включает до 4х106 пар нуклеотидов, или около 50 генов. Основными особенностями генов этого комплекса являются:
> полигенность - наличие нескольких неаллельных, близкосцепленных генов, кодирующих сходные по своей структуре белки (изогенные признаки)
> полиморфизм генов - наличие большого количества аллельных форм одного и того же гена (от 20 до 72 аллельных форм для некоторых генов). Белки, кодируемые разными аллельными формами одного и того же гена, могут совсем незначительно отличаться друг от друга (всего по 20 аминокислотным остаткам)
> кодоминантный тип наследования генов (при наличии в генотипе разных аллельных форм одного и того же гена каждый аллель проявляет свое действие, т.е. полного доминирования одних аллелей над другими не происходит). Благодаря кодоминантному типу наследования генов МНС белки этого комплекса проявляют значительное разнообразие и выраженную индивидуальность у каждого конкретного человека, являющегося, как правило, гетерозиготным по многим генам МНС.
Рис. Схема кодоминантного наследования полиморфных и полигенных признаков, определяющих антигенную индивидуальность (по особенностям строения молекул МНС) особей вида. При кодоминантном наследовании сочетание полиморфизма и полигении создает набор фенотипических признаков, которые определяют индивидуальность особей вида
Огромное разнообразие генов МНС, сформировавшееся в процессе эволюции, обеспечивает возможность взаимодействия молекул МНС с любыми возможными потенциальными антигенами и связано с:
> тандемными дупликациями (процесс повторения исходного гена на той же самой хромосоме), которые обусловили формирование полигенных форм многих белков МНС
> точечными мутациями (спонтанные замены отдельных нуклеотидов в процессе редупликации ДНК), которые приводят к формированию новых аллельных форм каких-то генов, а, следовательно, к генному полиморфизму, а также возникновению небольших отличий в одинаковых генах, сформировавшихся в процессе тандемных дупликаций (т.е. служат отчасти причиной полигении)
> рекомбинацией и конверсией генетического материала. В частности, рекомбинации (обмен участками) между отдельными участками гомологичных хромосом в процессе мейоза могут привести к обмену как целыми участками этих хромосом, так и отдельными генами и даже частями каких-то генов (генной конверсии), что служит причиной образования множества новых аллельных форм каких-то генов и обуславливает их полиморфизм.
Все гены главного комплекса гистосовместимости человека, называемого еще НLA-комплекс (от англ. human leukocyte antigens в связи с тем, что первоначально белки этого комплекса - т.н. антигены гистосовместимости - были обнаружены на поверхности лейкоцитов человека) классифицируют на 3 группы, каждая из которых кодирует белки одного из трех классов (I, II и III классов соответственно).
Молекулы I класса антигенов МНС экспрессируются почти на всех клетках, имеющих ядра: особенно широко представлены они на лимфоидных клетках, в меньшей степени - на клетках печени, легких и почек, редко встречаются на клетках мозга и скелетных мышечных волокнах и полностью отсутствуют на поверхности ворсинчатых клеток трофобласта (что имеет огромное значение для сохранения беременности, поскольку делает невозможным встречу иммунокомпетентных клеток матери с антигенами отцовского происхождения на поверхностной оболочке эмбриона).
Молекулы МНС I класса представляют собой гетеродимер, состоящий из двух цепей: тяжелой -цепи (мол. масса 43 кДа) и связанного с ней нековалентно более легкого 2-микроглобулина (мол. масса 11 кДа). -цепь, в свою очередь, кодируется генами НLA-А, -В и -С комплекса МНС 6-й хромосомы, а 2-микроглобулин - геном, не входящим в этот комплекс и расположенным на 15-й хромосоме. Тяжелая -цепь молекул МНС I класса состоит из трех глобулярных доменов, выступающих над поверхностью клетки:
* 1 и 2-доменов, в составе которых содержаться участки, имеющие как -спиральную структуру (сравнительно длинные участки), так и -складчатую структуру (более короткие участки)
* и 3-домена, имеющего преимущественно -складчатую структуру.
* кроме того, в составе тяжелой -цепи имеется короткий трансмембранный гидрофобный участок и короткая гидрофильная последовательность, выносящая С-концевой участок молекулы в цитоплазму.
Рис. Структура молекул МНС I класса
Домены 1 и 2 различных молекул МНС I класса характеризуются очень большой вариабельностью, и именно они отвечают за связывание антигенов этими молекулами. В частности, длинные -спиральные участки этих доменов взаимодействуют между собой таким образом, что между ними образуется щель - место связывания антигенных детерминант. Собственно же комплекс антигена с 1 и 2-доменами молекул МНС I класса определяет иммуногенность экзогенного антигена (т.е. его способность далее взаимодействовать с антигенраспознающими рецепторами Т-лимфоцитов). Основное назначение молекул I класса МНС состоит в связывании определенных антигенных детерминант и последующей их презентации в иммуногенной форме Т-лимфоцитам.
Молекулы МНС II класса встречаются в организме человека гораздо реже таковых I класса: а именно, они ассоциированы только с В-лимфоцитами и антигенпрезентирующими клетками. В структурном плане эти молекулы, подобно таковым I класса, представляют собой гетеродимеры, состоящие из двух нековалентно связанных, но в то же время сходных по массе, строению и размерам цепей -  (мол. масса 34 кДа) и  (мол. масса 28 кДа), каждая из которых включает
* по 2 домена (1 и 2, 1 и 2 соответственно), которые расположены над поверхностью мембраны клеток,
* и короткие гидрофобный трансмембранный и гидрофильный цитоплазматический участки.
Домены 1 и 1 в своем составе содержат как сравнительно длинные -спиральные, так и более короткие -складчатые участки, а домены 2 и 2 имеют преимущественно -складчатую структуру. Антигенсвязывающий центр в молекулах МНС II класса формируется -спиральными участками 1- и 1-доменов - и -цепей, которые характеризуются очень большой вариабельностью своего аминокислотного состава в различных молекулах МНС II класса, что делает возможным связывание этими молекулами различных потенциальных антигенных детерминант.
Рис. Структура молекул МНС II класса
Молекулы МНС II класса кодируются генными кластерами HLA-DP, -DQ и -DR. Причем кластеры HLA-DP и -DQ включают по два близкосцепленных гена -  и , кодирующих соответственно - и -цепи молекул МНС II класса. Кластер HLA-DR включает 3 близкосцепленных гена: , 1 и 2, в связи с чем кодирует два типа молекул HLA-DR: 1 и 2. Кроме того, к генам МНС II класса относятся гены LMP и TAP, кодирующие низкомолекулярные белки, которые принимают участие в подготовке чужеродного антигена к презентации Т-лимфоцитам.
Гены МНС III класса контролируют синтез белков, часть из которых участвует в иммунных процессах (некоторые компоненты системы комплемента - С2, С4, фактор В, факторы некроза опухолей - ФНО- и ), а часть - кодирует некоторые ферменты синтеза стероидных гормонов.
Наличие в МНС генов, большинство из которых кодирует иммунологически значимые белки, дает основание считать, что этот комплекс эволюционно возник и развивался специально для осуществления иммунных форм защиты, а такие признаки этого комплекса, как полиморфизм генов, полигенность белков, им кодируемых, и кодоминантный тип наследования генов, обуславливают огромное разнообразие молекул, кодируемых генами МНС, а, следовательно, и возможность их взаимодействия с самыми различными многообразными потенциальными антигенными детерминантами.
Как уже было отмечено выше, антигенраспознающие рецепторы Т-лимфоцитов, в отличие от таковых В-лимфоцитов, распознают не самостоятельные антигеннные детерминанты, а их комплексы с определенными молекулами главного комплекса гистосовместимости антигенпрезентирующих клеток. Таким образом, для распознавания антигенов Т-лимфоцитами необходима предварительная подготовка антигенов в антигенпредставляющих клетках. Характер этой подготовки во многом зависит от природы антигена и способа его паразитирования. Так, вирусы самостоятельно (без участия фагосом, путем пиноцитоза) проникают в цитоплазму антигенпрезентирующих клеток (преимущественно дендритных клеток, которые, в отличие от макрофагов, не отличаются избирательной тропностью к каким-то строго определенным вирусам). После пиноцитоза вирусов антигенпрезентирующими клетками они подвергаются частичному расщеплению ферментами цитоплазмы этих клеток - т.н. протеосомным комплексом. Протеосомный каталитический комплекс состоит из 28 субъединиц с молекулярной массой 28-30 кДа, которые формируют цилиндр, состоящий из 4 колец (каждое из которых включает по 7 субъединиц). В состав протеосомы входит 2 белковые субъединицы, кодируемые генами LMP (от англ. low molecular weight protein) комплекса МНС. Под действием каталитических субъединиц протеосомы происходит частичный гидролиз белковых компонентов вирусов до более мелких пептидных фрагментов. Затем образовавшиеся пептидные фрагменты проникают внутрь гранулярной эндоплазматической сети макрофага или дендритной клетки через посредство специальных ворот в мембране этой сети, образованных молекулами белков ТАР-1 и ТАР-2 (от англ. transporters associated with antigen processing -1 and 2), кодируемых генами комплекса МНС. Каждый из этих белков состоит из двух доменов: гидрофобного трансмембранного и антигенсвязывающего домена. Белки ТАР-1 и ТАР-2 образуют в мембране эндоплазматического ретикулума гетеродимер, пронизывающий мембрану насквозь и выступающий в роли специального канала для прохождения антигенных детерминант внутрь цистерн эндоплазматической сети. На рибосомах гранулярной эндоплазматической сети, в свою очередь, идет постоянный синтез молекул I класса МНС (-цепи, которая ассоциируется в полости ретикулума с 2-микроглобулином, причем такой комплекс стабилизируется специальным белком кальнексином (мол. масса 68 кДа), в отсутствии которого молекула I класса распадается на составляющие ее цепи). Комплекс молекулы I класса МНС с белком кальнексином остается в полости эндоплазматической сети до тех пор, пока не произойдет встреча этой молекулы с антигенной детерминантой. Причем прикрепление к антигенсвязывающему участку молекулы МНС I класса антигенной детерминанты сопровождается отщеплением кальнексина. Далее образовавшийся комплекс "молекула МНС I класса - антигенная детерминанта" через аппарат Гольджи транспортируется на поверхность антигенпредставляющей клетки и фиксируется в ее мембране. В такой форме антигенная детерминанта становится доступной для распознавания цитотоксическими лимфоцитами (Т-киллерами), которые своими антигенраспознающими рецепторами вступают во взаимодействие с антигенной детерминантой. Результатом такого взаимодействия является повреждение Т-киллером мембраны зараженной вирусом антигенпредставлющей клетки, а также других зараженных вирусом клеток организма, имеющих на своей поверхности антигенные детерминанты данного вируса, и, как следствие, гибель этих клеток.
В случае развития бактериальной инфекции или поражения организма внутриклеточными паразитами стратегия иммунитета выглядит иначе. Так, при инфицировании организма бактериями, размножающимися вне клетки, для представления их антигенных детерминант Т-лимфоцитам, вначале происходит фагоцитоз этих бактерий или их токсинов макрофагами (внутри макрофагов при этом образуются фагосомные вакуоли). После чего осуществляется внутриклеточное переваривание возбудителей в фаголизосомах макрофагов (фагосомы сливаются с лизосомами и под действием ферментов лизосом в кислой среде происходит переваривание возбудителя), следствием которого является образование коротких пептидных антигенных детерминант возбудителя. Далее эти антигенные детерминанты должны ассоциироваться с молекулами МНС II класса. Молекулы МНС II класса синтезируются на рибосомах гранулярной эндоплазматической сети антигенпредставляющей клетки, после чего попадают в полость цистерн этой сети и там соединяются с т.н. инвариантной цепью (-цепью), которая защищает их от образования случайных комплексов с белками эндоплазматической сети. Далее молекулы МНС II класса через аппарат Гольджи, будучи заключенными в специальные вакуоли, поступают в цитоплазму антигенпредставляющей клетки, где происходит слияние пузырьков, содержащих молекулы МНС II класса, с фаголизосомами. После такого слияния инвариантная цепь (-цепь) молекул МНС II класса разрушается кислыми протеазами фаголизосом, в результате чего "снимается конформационный запрет" на взаимодействие молекулы II класса с антигенной детерминантой. Затем содержимое таких фаголизосом, включающее образовавшиеся комплексы "молекула МНС II класса - антигенная детерминанта", путем экзоцитоза выводится на поверхность антигенпредставляющих клеток, где молекулы МНС II класса, ассоциированные с антигенными компонентами, фиксируются в плазматической мембране. Антигенные детерминанты в комплексе с молекулами МНС II класса распознаются Т-хелперами, которые путем выработки интерлейкина-2, активируют В-лимфоциты к превращению в плазматические клетки, интенсивно продуцирующие антитела (т.е. Т-хелперы запускают специфические гуморальные иммунные реакции).
Рис. Схема подготовки вирусных антигенов к взаимодействию с молекулами МНС I класса и последующей презентации Т-лимфоцитам. Вирусы путем пиноцитоза проникают внутрь антигенпрезентирующей клетки, после чего подергаются частичному разрушению под действием ферментов протеосом, локализованных в цитоплазме этой клетки. Образовавшиеся в результате частичного разрушения вируса пептидные антигены с помощью белков ТАР1 и ТАР2, формирующих подобие ворот в мембране эндоплазматического ретикулума, проникают в его полости, где вступают во взаимодействие с антигенраспознающим центром молекулы МНС I класса. Молекула МНС I класса до взаимодействия с антигенной детерминантой, находясь внутри ЭПС, стабилизирована белком кальнексином, который отщепляется от молекулы МНС после ее взаимодействия с антигенным пептидом. Образовавшийся в полости эндоплазматической сети комплекс: "молекула МНС I класса - антигенная детерминанта" проходит через аппарат Гольджи и в составе отшнуровывающихся от него секреторных вакуолей поступает на поверхность антигенпредставляющей клетки, где фиксируется и в последующем может вступать во взаимодействие с рецепторами определенных, комитированных на данную антигенную детерминанту, СD8 Т-клеток (Т-киллеров)
При инфицировании организма паразитами, ведущими внутриклеточный образ жизни (микобактерии, возбудители чумы, токсоплазма и др.), начальные этапы реакций протекают аналогично таковым для бактерий, ведущих внеклеточное паразитирование: т.е. внутриклеточные паразиты под действием лизосомальных ферментов подвергаются частичному перевариванию в фаголизосомах, после чего фаголизосомы сливаются с мембранными пузырьками, отшнуровавшимися от аппарата Гольджи и содержащими молекулы МНС II класса в комплексе с инвариантной цепью. Далее инвариантная цепь под действием лизосомальных ферментов расщепляется, и молекула МНС II класса взаимодействует с антигенными детерминантами, после чего такой комплекс "молекула МНС II класса - антигенная детерминанта" в составе секреторных пузырьков выводится на поверхность клетки и взаимодействует с антигенраспознающими рецепторами Т-клеток воспаления, которые активируют макрофаги к внутриклеточному уничтожению возбудителя.
Рис. Схема подготовки бактериальных антигенов к взаимодействию с молекулами МНС II класса и последующей презентации наивным Т-лимфоцитам. Бактерии, а также их токсины фагоцитируются фагоцитом, в результате чего оказываются заключенными внутрь фагосом. Затем фагосомы сливаются с лизосомами фагоцита, что приводит к образованию фаголизосом, в которых происходит частичное разрушение бактерий и их токсинов ферментами лизосом. Фаголизосомы сливаются с секреторными вакуолями, отшнуровывающимися от аппарата Гольджи и содержащими молекулы МНС II класса, стабилизированные инвариантной γ-цепью. Синтез молекул МНС II класса и γ-цепи происходит в гранулярном эндоплазматическом ретикулуме, после чего эти молекулярные комплексы попадают в аппарат Гольджи и в составе его секреторных вакуолей поступают в цитоплазму, где сливаются с фаголизосомами. Под действием ферментов фаголизосомы инвариантные γ-цепи гидролизуются, и свободные молекулы МНС II класса получают возможность взаимодействовать с антигенными детерминантами. Затем образовавшиеся комплексы "молекула МНС II класса - антигенная детерминанта" путем экзоцитоза транслоцируются на поверхность фагоцита, где фиксируются и могут взаимодействовать с антигенраспознающими рецепторами определенных, комитированных на данную антигенную детерминанту, СD4 Т-клеток (Т-хелперов или Т-клеток воспаления).
Несмотря на полиморфизм и полигенность генов главного комплекса гистосовместимости, каждая соматическая клетка может продуцировать сравнительно небольшое разнообразие молекул I и II классов МНС, которое, в отличие от иммуноглобулинов, не может обеспечить очень высокой специфичности взаимодействия молекул МНС с каждой конкретной антигенной детерминантой. Иными словами, разнообразие существующих антигенных детерминант во много раз превосходит сравнительно небольшое разнообразие молекул МНС. Тем не менее, имеющееся разнообразие молекул I и II классов МНС антигенпредставляющих клеток способно обеспечить связывание теоретически любых антигенных детерминант, что достигается благодаря не очень высокой специфичности взаимодействия молекул МНС с антигенными компонентами. Так, разные аллельные формы молекул МНС могут взаимодействовать с различными антигенными пептидами, а одна и та же аллельная форма молекулы МНС может взаимодействовать с несколько отличающимися, но в тоже время и имеющими определенное сходство, пептидами. Сходство пептидов, которое позволит им вступать во взаимодействие с одной и той же аллельной формой молекулы МНС определятся наличием в составе антигенных детерминант определенных гидрофобных аминокислотных остатков, образующих ковалентные связи с определенными аминокислотными остатками антигенсвязывающих доменов молекул МНС (антигенсвязывающая область молекул МНС I класса имеет вид узкой щели, располагающейся между 1 и 2-доменами тяжелой -цепи, а молекул МНС II класса - щели, ограниченной 1 и 1-доменами - и -цепей соответственно). Такие гидрофобные аминокислотные остатки антигенных детерминант получили название якорных остатков; именно они во многом определяют то, с какой именно молекулой МНС сможет взаимодействовать каждая конкретная антигенная детерминанта. Причем молекулы МНС I класса связывают сравнительно короткие антигенные детерминанты, состоящие всего из 8-10 аминокислотных остатков и обязательно образуют связи с концевыми аминокислотными остатками антигенной детерминанты внутри своей антигенсвязывающей щели, тогда как молекулы МНС II класса могут взаимодействовать с более длинными антигенными пептидными фрагментами, включающими 13 и более аминокислотных остатков, и не образуют связи с концевыми аминокислотными остатками антигенных детерминант. При фиксации антигенной детерминанты в антигенсвязывающем участке молекул МНС I и II классов, как было отмечено выше, определенные гидрофобные аминокислотные остатки антигенного пептида ковалентно присоединяются к определенным аминокислотным остаткам антигенсвязывающего центра молекул МНС. В результате такого взаимодействия антигенный пептидный фрагмент может определенным образом изгибаться в местах образования ковалентных связей с антигенсвязывающим центром, принимая определенную конформацию. Считают, что антигенраспознающие рецепторы Т-лимфоцитов специфически взаимодействуют с определенными антигенными детерминантами, фиксированными в антигенсвязывающих центрах молекул МНС, и специфичность такого взаимодействия во многом определяется характером изгибов антигенной детерминанты (т.е. зависит от ее конформации, приобретенной в антигенсвязывающем центре молекулы МНС).
Рис. Специфика взаимодействия антигенных пептидов с молекулами МНС I класса. С каждой аллельной формой молекул МНС I класса взаимодействует определенное число близких, хотя и неидентичных пептидов (панель 1 или 2; представлены пептиды, взаимодействующие с двумя отличающимися аллельными формами молекул МНС I класса). Взаимодействие таких пептидов происходит через относительно инвариантные гидрофобные аминокислотные остатки, получившие название якорных аминокислотных остатков, которые образуют ковалентную связь с реактивными группами антигенсвязывающего участка молекул МНС I класса. Поскольку расстояние между реактивными группами антигенраспознающего участка может быть короче длины антигенного пептида между его якорными аминокислотными остатками, то возможна разная форма изгиба у взаимодействующего пептида. Возникающая форма изгиба в линейной последовательности аминокислотных остатков антигенного пептида собственно и распознается антигенраспознающим рецептором Т-лимфоцитов
Антигенраспознающие рецепторы Т-лимфоцитов, называемые также Т-клеточными рецепторами, располагаются на поверхности зрелых Т-лимфоцитов, фиксированы в их мембране и не способны отсоединяться и поступать в межклеточные пространства. На поверхности зрелого Т-лимфоцита насчитывается около 3*104 антигенраспознающих рецепторов.
Антигенраспознающий рецептор Т-лимфоцитов представляет собой гетеродимер, состоящий из двух цепей -  и -цепей, ковалентно связанных между собой цистеиновым мостиком. В каждой цепи выделяют один вариабельный (V-домен, расположен на NH-конце цепи) и один константный (С-домен, расположен на СООН-конце цепи) домены. Кроме того в составе каждой цепи имеются
* участок, входящий в состав шарнирного домена Т-клеточного рецептора (именно в этом шарнирном домене и осуществляется ковалентное взаимодействие между  и -цепями через посредство цистеина),
* участок, образующий гидрофобную трансмембранную часть рецептора,
* участок, входящий в состав сравнительно короткого цитоплазматического хвоста молекулы рецептора.
Рис. Структура антигенраспознающего рецептора Т-лимфоцитов
Сходство Т-клеточных рецепторов с молекулами антител заключается в наличии в - и  цепях Т-клеточного рецептора двух типов доменов - вариабельного и константного, а также построении антигенсвязывющего участка Т-клеточного рецептора вариабельными доменами - и  его цепей. Отличие же Т-клеточного рецептора от иммуноглобулинов состоит в его одновалентности (Т-клеточный рецептор имеет только один антигенсвязывающий центр, тогда как мономерные формы иммуноглобулинов - по два антигенсвязывающих центра), а также в том, что Т-клеточный рецептор не секретируется во внеклеточное пространство.
Генетический контроль молекул антигенраспознающих рецепторов Т-лимфоцитов
Организация генов, кодирующих  и  цепи Т-клеточных рецепторов во многом аналогична таковой для легких и тяжелых цепей иммуноглобулинов в В-лимфоцитах. Так, -цепь Т-клеточных рецепторов кодируется набором сцепленных генов, аналогичным таковому для легких цепей иммуноглобулинов в В-лимфоцитах. В частности, вариабельный домен -цепи кодируют:
> 100 V-генов, каждый из которых кодирует бóльшую часть вариабельного домена -цепи определенной специфичности. Каждому V-гену предшествует короткий L-генный фрагмент, кодирующий короткий гидрофобный лидерный фрагмент, необходимый для прохождения Т-клеточного рецептора через мембрану гранулярного эндоплазматического ретикулума и плазматическую мембрану. В зрелой молекуле Т-клеточного рецептора, находящейся на поверхности Т-лимфоцита этот лидерный гидрофобный пептидный участок отсутствует
> 50 J-генов, кодирующих меньшую часть вариабельного домена.
Константный домен -цепи Т-клеточного рецептора кодируется одним С-геном, включающим 3 экзона (информационных участка), которые соответственно кодируют:
> собственно константный домен
> шарнирную область
> трансмембранный (гидрофобный) и цитоплазматический (хвостовой) участки -цепи.
-цепь Т-клеточных рецепторов кодируется набором генов, аналогичным таковому для тяжелых цепей иммуноглобулинов. В частности, вариабельный и константный домены этой цепи кодируют следующие гены:
> 30 V-генов, каждый из которых кодирует бóльшую часть вариабельного домена -цепи определенной специфичности
> 2 генных кластера, включающих гены DJC. Причем каждый генный кластер включает один D и 6 J-генных сегментов. Функциональные различия между этими двумя генными кластерами не известны, также как и не известно функциональное значение такого дублирования генных кластеров. С-ген для -цепи состоит из 4 экзонов, которые соответственно кодируют:
* собственно константный домен
* шарнирный участок
* трансмембранный (гидрофобный) участок
* хвостовой (цитоплазматический) участок.
Процессы рекомбинации, транскрипции, сплайсинга и трансляции генетического материала для - и -цепей при образовании антигенраспознающих рецепторов Т-лимфоцитов аналогичны тем, что происходят в В-лимфоцитах при синтезе иммуноглобулинов. В частности, структура вариабельного домена -цепи Т-клеточного рецептора во многом зависит от случайной рекомбинации какого-то одного из 100 V-генов с каким-то одним из 50 J-геном, которая осуществляется путем делеции участка ДНК между этими генами. В результате такой делеции возникает определенный ViJi-локус, кодирующий вариабельный домен -цепи. Затем пре-мРНК, комплементарная ViJi-локусу ДНК, в процессе сплайсинга объединяется с пре-мРНК, комплементарной С-гену для -цепи, в результате чего формируется зрелая мРНК, кодирующая -цепь, которая и транслируется.
При синтезе -цепи Т-клеточных рецепторов в геноме Т-лимфоцитов происходит случайная рекомбинация какого-то одного из 30 V-генов с одним из двух генных кластеров DJ-генов. При этом внутри самого DJ-генного кластера осуществляется рекомбинация между D-геном и каким-то одним из 6 J-генов. В результате отмеченных соматических рекомбинаций возникает определенный ViDJi-локус, кодирующий синтез вариабельного домена -цепи определенной специфичности. Затем в процессе сплайсинга пре-мРНК, комплементарная ViDJi-локус ДНК, объединяется с пре-мРНК, комплементарной С-гену для -цепи, в результате чего формируется зрелая мРНК, кодирующая -цепь с определенной специфичностью вариабельного домена.
Рис. Организация генов, кодирующих α- и β-цепи антигенраспознающего рецептора Т-лимфоцитов. Принцип реорганизации генных сегментов, контролирующих α- и β-цепи Т-клеточного рецептора, аналогичен таковому для иммуноглобулинов. Отличие состоит в том, что локус для β-цепи имеет два идентичных кластера. В чем функциональное значение такого дублирования, неизвестно
Несмотря на описанное сходство в генетическом контроле Т-клеточных рецепторов Т-лимфоцитов и иммуноглобулинов В-лимфоцитов, которое заключается в многообразии генов, кодирующих вариабельные домены, а также процессах соматической рекомбинации генома и последующего созревания мРНК, все же в генетическом контроле Т-клеточных рецепторов имеются некоторые особенности. Эти особенности обусловлены тем, что Т-клеточный рецептор, в отличие от иммуноглобулиновых рецепторов В-лимфоцитов, распознает не нативный антигенный эпитоп, а его комплекс с относительно мало изменчивыми молекулами МНС. В частности, в вариабельном домене - и -цепей Т-клеточного рецептора имеются по 3 петлеобразные гипревариабельные области, называемые CDR-участками (от англ. complementary determining region). Первые две из этих гипервариабельных петель занимают периферию домена и ответственны за взаимодействие с -спиральными участками двух антигенсвязывающих доменов МНС, ограничивающих собой антигенсвязывающую щель молекулы МНС. Третьи гипервариабельные петли - и -цепей Т-клеточного рецептора при формировании его антигенсвязывающего центра оказываются расположенными во внутренней части этого центра и собственно и обеспечивают взаимодействие с антигенным эпитопом, фиксированном между -спиральными участками антигенсвязывающего центра молекулы МНС. CDR1- и CDR2 -участки вариабельных доменов - и -цепей Т-клеточного рецептора кодируются преимущественно V-геном, тогда как большая часть CDR3-участка - J-геном. В связи со сравнительно небольшой изменчивостью антигенсвязывающих участков молекул МНС, нет необходимости в большой изменчивости CDR1- и CDR2 -участков вариабельных доменов - и -цепей Т-клеточного рецептора, которые ответственны за связь с антигенсвязывающими участками молекул МНС. Это, вероятно, и является причиной гораздо меньшего в сравнении с В-лимфоцитами, разнообразия V-генов, кодирующих вариабельные домены - и -цепей Т-клеточного рецептора в Т-лимфоцитах. Вместе с тем J-гены, кодирующие CDR3-области вариабельных доменов - и -цепей Т-клеточного рецептора, отличаются гораздо большим разнообразием, по сравнению с таковыми генами, кодирующими иммуноглобулины, поскольку CDR3-области Т-клеточных рецепторов как раз и ответственны за взаимодействие с антигенным эпитопом.
Рис. Принцип структурных отношений между гипервариабельными участками (СDR-участками) антигенраспознающего рецептора Т-лимфоцита и комплексом "антигенная детерминанта - молекула МНС" антигенпрезентирующей клетки. Гипервариабельные участки Т-клеточного рецептора конформационно организованы так, что наиболее вариабельный регион (СDR3) локализован в центре антигенраспознающего участка. При этом распознаваемый антигенный пептид также находится в центре комплекса между α-спиральными последовательностями молекулы МНС. СDR1 и СDR2 участки антигенраспознающего домена Т-клеточного рецептора, характеризующиеся сравнительно меньшей вариабельностью (по сравнению СDR3), ответственны за взаимодействие с α-спиральными участками антигенсвязывающего домена молекулы МНС. Подобная конформационная особенность Т-клеточного рецептора обеспечивает наиболее эффективное распознавание антигенного пептида в комплексе с молекулой МНС
Т-клеточный рецептор, фиксированный в мембране Т-лимфоцитов, подобно иммуноглобулиновым рецепторам В-лимфоцитов, имеет очень короткий цитоплазматический хвост, в связи с чем не способен сам по себе активировать внутриклеточные ферменты и вызывать активацию Т-лимфоцитов. Для активации Т-лимфоцита и последующего его превращения в зрелую форму необходимы специальные трансмиссивные белки, часть из которых ассоциирована с Т-клеточным рецептором, а часть - расположена на некотором удалении от него. В частности, с Т-клеточным рецептором ассоциировано 5 белков, получивших общее название СD3:
> СD3, СD3, СD3, расположенных на поверхности Т-лимфоцита, фиксированных в его мембране. Эти белки имеют гомологию с иммуноглобулинами: у каждого такого белка имеется внеклеточный глобулярный домен и сравнительно длинный участок, включающий трансмембранную и цитоплазматическую части (причем цитоплазматический хвост этих белков является гораздо более длинным по сравнению с таковым самого Т-клеточного рецептора, что позволяет этим белкам вступать во взаимодействие с цитоплазматическими белками, активируя их). Эти белки находятся на клеточной поверхности в ассоциированном друг с другом состоянии - в виде гетеродимеров СD3 и СD. Связь таких гетеродимеров с Т-клеточным рецептором осуществляется посредством электростатического притяжения: отрицательно заряженные трансмембранные участки этих белков притягиваются положительно заряженным трансмембранным участком Т-клеточного рецептора.
> СD3 и СD3. Каждый из этих белков имеет глобулярный домен, расположенный в цитоплазме Т-лимфоцита и обладающий способностью взаимодействовать с определенными цитоплазматическими белками-трансдукторами, активируя их, и трансмембранный хвостовой участок, обеспечивающий фиксацию этих белков в мембране в непосредственной близости от Т-клеточного рецептора. СD3 и СD3-белки, подобно СD3, СD3, СD3, находятся в ассоциированном друг с другом состоянии - в виде димеров СD3 (гомодимер) и СD3 (гетеродимер). Функциональные различия между этими димерами не известны. Около 80% Т-клеточного рецептора ассоциировано с гомодимером СD3 и 20% - с гетеродимером СD3.
Рис. Схема строения антигенраспознающего Т-клеточного рецептора. Комплекс включает Т-клеточный антигенраспознающий рецептор и 5 однодоменных инвариантных СD3-белков: γ, ,  находятся на поверхности Т-лимфоцита, тогда как  и  погружены в цитоплазму;  на рисунке не показан. Белки γ, , , имеющие удлиненный цитоплазматический хвост, служат для передачи сигнала внутрь клетки после взаимодействия антигенраспознающего рецептора Т-лимфоцита с антигеном
Помимо сигналпередающей функции все пять СD3 белков играют важную роль в процессе транспорта Т-клеточного рецептора на поверхность Т-лимфоцитов. Так, у мутантных клеток с полностью отсутствующим синтезом -, - и -белков выход Т-клеточного рецептора на поверхность Т-лимфоцита полностью нарушен, хотя внутриклеточный синтез молекул Т-клеточного рецептора осуществляется. При мутациях гена, кодирующего -белок, выход Т-клеточного рецептора на поверхность клетки происходит в меньшей степени по сравнению с нормой.
Наряду с пятью СD3-белками, ассоциированными с Т-клеточным рецептором, в активации Т-лимфоцита после его контакта с антигеном принимает участие и другой белок, фиксированный в плазматической мембране, однако находящийся на некотором удалении от комплекса Т-клеточного рецептора с СD3-белками.
Для Т-лимфоцитов-киллеров (цитотоксических Т-лимфоцитов) таким белком служит белок, получивший название СD8 (он же считается специфическим маркером Т-киллеров, в связи с чем их называют еще СD8-клетки).
В Т-хелперах и Т-клетках воспаления подобный белок, принимающий участие в активации этих клеток, но несколько отличающийся по строению, носит название СD4-белка (также считается специфическим маркером этих клеток, в связи с чем Т-хелперы и Т-клетки воспаления называют СD4-клетки).
Молекула СD4-белка Т-хелперов и Т-клеток воспаления является одноцепочечной и включает
* 4 глобулярных домена: D1, D2, D3 и D4
* и хвостовой участок, часть которого является трансмембранной (обеспечивает фиксацию молекулы в плазматической мембране), а часть - цитоплазматической (достаточно длинная, имеет возможность взаимодействовать с определенными клеточными белками-трансдукторами, активируя их).
Между доменами D2 и D3 молекулы СD4 имеется шарнирный участок, проявляющий большую конформационную гибкость. Домен D1 обладает способностью взаимодействовать с 2-доменом молекулы МНС II класса; предполагается также слабое включение во взаимодействие с молекулой МНС и D2-домена молекулы СD4. Таким образом, СD4-белок Т-хелперов и Т-клеток воспаления выполняет функцию корецептора для антигенраспознающего рецептора этих Т-лимфоцитов: а именно, после распознавания Т-клеточным рецептором антигенной детерминанты, связанной с молекулой МНС II класса антигенпредставляющей клетки (макрофага), происходит не только взаимодействие антигенсвязывающей области Т-клеточного рецептора с антигенной детерминантой, но и присоединение доменов D1 и D2 белка СD4 к 2-домену молекулы МНС II класса. При этом белок СD4 Т-хелперов и Т-клеток воспаления несколько изменяет свою конформацию в результате такого взаимодействия с молекулой МНС, активируется и начинает активировать определенные цитоплазматические белки-трансдукторы.
Рис. Распознавание СD4 Т-клетками (Т-хелперами или Т-клетками воспаления) комплекса "антигенный пептид - молекула МНС II класса". После распознавания Т-клеточным рецептором комплекса "антигенный пептид - молекула МНС II класса" в реакцию взаимодействия вступает корецептор СD4 (служащий специфическим маркером Т-хелперов и Т-клеток воспаления). Взаимодействие происходит между β2-доменом молекулы МНС II класса и D1-доменом корецептора СD4. Корецептор имеет достаточно длинный цитоплазматический хвост, который передает сигнал о взаимодействии Т-клеточного рецептора с антигенным комплексом внутрь Т-лимфоцита
Аналогичную функцию корецептора антигенраспознающего рецептора в Т-киллерах выполняет белок СD8, который представляет собой гетеродимер и состоит из двух цепей -  и . Каждая из этих цепей включает
* один глобулярный иммуноглобулиноподобный домен
* и длинный хвостовой участок, часть которого находится над поверхностью мембраны Т-лимфоцита и проявляет высокую конформационную гибкость (шарнирный надмембранный участок), часть - является трансмембранной, а часть - представляет собой достаточно длинный цитоплазматический хвост, который обладает способность взаимодействовать с определенными внутриклеточными белками-трансдукторами, активируя их.
Глобулярные домены - и -цепей белка СD8 Т-киллеров обладают способностью вступать во взаимодействие с 3-доменом тяжелой -цепи молекулы МНС I класса антигенпредставляющих клеток.
Рис. Распознавание CD8 Т-клетками (Т-киллерами) комплекса "антигенный пептид - молекула МНС I класса". В процесс распознавания вступает Т-клеточный рецептор и корецептор СD8 (специфический маркер Т-киллеров). Причем СD8 взаимодействует своими α- и β-доменами с 3-доменом молекулы МНС I класса. СD8, как и СD4, имеет относительно длинный цитоплазматический хвост, который позволяет ему передавать сигнал о взаимодействии внутрь клетки
Таким образом, наличие молекул СD8 на поверхности Т-киллеров делает возможным их взаимодействие только с теми антигенными детерминантами, которые связаны с молекулами I класса МНС, тогда как маркеры СD4 Т-хелперов и Т-клеток воспаления обуславливают возможность взаимодействия этих клеток только с антигенными детерминантами, ассоциированными с молекулами II класса МНС антигенпредставляющих клеток.
Внутриклеточные события, определяющие активацию Т-лимфоцитов после взаимодействия их рецепторов с антигенными детерминантами, аналогичны тем, которые происходят в В-лимфоцитах после антигенной стимуляции. В частности, образовавшийся агрегат из антигенпредставляющих молекул МНС I или II класса, самой антигенной детерминанты, Т-клеточного рецепторного комплекса, включающего Т-клеточный рецептор, молекулы СD3 и СD4 или СD8, провоцирует внутриклеточное взаимодействие различных тирозинкиназ с цитоплазматической частью пептидов Т-клеточного рецепторного комплекса. Причем среди СD3-белков наибольшей связывающей способностью в отношении тирозинкиназ обладают белки СD3 и СD3, главные домены которых обращены в цитоплазму Т-лимфоцита. Активированные в результате взаимодействия с белками Т-клеточного рецепторного комплекса тирозинкиназы обеспечивают каскад реакций, следствием которых является индукция специфической транскрипции определенных генов Т-лимфоцита:
> генов, кодирующих синтез Т-зависимых лимфокинов (например, интрелейкина-2 Т-хелперами, который в свою очередь, способствует превращению В-лимфоцитов в плазматические клетки)
> генов, ответственных за регуляцию пролиферации и дифференцировки Т-хелперов и Т-киллеров до стадии зрелых функционально активных клеток.
Автор
burundukova93
Документ
Категория
Медицина и физиология
Просмотров
2 690
Размер файла
14 972 Кб
Теги
молекулярная, иммунология
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа