Структура молекул иммуноглобулинов

В 1959 г. Родни Портер подверг IgG кролика протеолизу под действием фермента папаина и в результате получил разделяемые ионообменной хроматографией три фрагмента. Два из них были одинаковыми и сохраняли способность связывать Аг, поэтому автор обозначил их Fab–фрагмент (Fragment, Antigen Binding — связывающий Аг фрагмент). Третий фрагмент отличался от первых двух и имел свойство легко кристаллизоваться, он был обозначен как Fc–фрагмент (Fragment, Crystallizable — кристаллизующийся фрагмент). Впоследствии стало известно, что Fc–фрагменты иммуноглобулинов в пределах одного изотипа у данного организма строго идентичны независимо от специфичности АТ по Аг. За эту инвариантность их стали называть константными — Fc–фрагмент (Fragment, Constant — константный фрагмент, аббревиатура удачно совпала).

В 1961 г. Джеральд Эдельман с М.Д. Поуликом сумели диссоциировать цельные молекулы АТ на отдельные белковые цепи. Они выяснили, что цепи ассоциированы между собой дисульфидными связями. В 1962 г. Родни Портер предложил схему строения молекул иммуноглобулинов, которая оказалась совершенно верной: 4 полипептидные цепи — пара одинаковых тяжёлых плюс пара одинаковых лёгких. Тяжёлые цепи обозначают буквой «Н» (от Heavy — тяжёлый), лёгкие — буквой «L» (от Light — лёгкий). Принципиальная схема строения молекул иммуноглобулинов приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Принципиальная схема строения молекул иммуноглобулинов. 1 — антигенсвязывающие центры молекулы иммуноглобулина; 2 — лёгкие цепи (L); 3 — тяжёлые цепи (Н); 4 — шарнирная область; 5 — Fab–фрагмент; 6 — (Fàb)₂–фрагмент; 7 — Fc–фрагмент.

H–цепь IgG состоит из 450 остатков АК и имеет относительную молекулярную массу около 50 тыс., а лёгкая цепь — из 212 остатков АК и имеет молекулярную массу около 25 тыс. Общая относительная молекулярная масса молекулы IgG составляет 150 тыс.

Антигенсвязывающие домены обеих цепей имеют сильно варьирующий АК–состав (поэтому и способны связывать разные Аг). Поэтому эти участки (или области) молекулы — как Н-, так и L–цепи называют вариабельными и обозначают буквой «V» (Variable Region — вариабельный участок). Внутри вариабельных участков выделяют и гипервариабельные. V–область занимает один домен в H–цепи и один домен в L–цепи. Все, что «ниже» вариабельных участков, имеет строго инвариантный для каждого изотипа иммуноглобулинов АК–состав, и эту часть молекулы называют C–областью (от Constant Region). Соответствующие домены в полипептидных цепях называют C–доменами. В тяжёлой цепи 3 или 4 C–домена: С_Н1, С_Н2, С_Н3, С_Н4. В лёгкой цепи один C–домен, обозначаемый как C_L.

Fc–фрагменты молекул иммуноглобулинов (разные у различных изотипов, но тождественные в пределах изотипа) обеспечивают разное взаимодействие комплексов Аг–АТ по санирующим деструктивным механизмам, способным расщепить и вывести Аг из организма — с системой комплемента, фагоцитами, эозинофилами, базофилами, тучными клетками. Каждый класс иммуноглобулинов специализирован по вступлению во взаимодействие (найму) с определёнными « исполнителями» деструкции Аг (лейкоцитами или системой комплемента).

Следующий фундаментальный этап в исследовании АТ — работы Г. Кёлера и Ц. Мильштейна, которые в 1974–1975 гг. применили метод гибридизации соматических клеток к антителообразующим B–лимфоцитам и открыли технологию получения моноклональных АТ. Им присуждена Нобелевская премия в 1984 г. Всемирно признано беспрецедентное прикладное значение этой работы. Но велик и её фундаментальный смысл. Она стала идеальным экспериментальным доказательством всеобщности клональности биосинтеза иммуноглобулинов в B–лимфоцитах, что точно соответствует клонально–селекционной теории (гипотезе) устройства лимфоцитарного иммунитета вообще, выдвинутой Фрэнком Бёрнетом, также лауреатом Нобелевской премии 1960 г. Бёрнет опубликовал свою гипотезу в 1957 г. и сам рассматривал её как развитие теории Нильса Йерне о моноспецифичности антителообразующих клеток.

АТ синтезируют только и исключительно B–лимфоциты. Ниже будет показан генетический механизм дифференцировки B–лимфоцитов и биосинтеза иммуноглобулинов, в результате которого каждый отдельный B–лимфоцит оказывается способен к синтезу единственного варианта АТ по признаку структуры антигенсвязывающего центра молекулы. В динамике по мере дифференцировки B–лимфоцита, уже распознавшего свой Аг и вступившего в межклеточные взаимодействия, необходимые для развития иммунного ответа, происходит переключение синтеза изотипа иммуноглобулина при сохранении неизменной структуры антигенсвязывающего центра.

Вся совокупность B–лимфоцитов организма, способны синтезировать разнообразие АТ — около 10⁶–10⁹.

Каждому единичному B–лимфоциту и его митотически возникшим дочерним клеткам (это клон лимфоцитов по определению) «на роду написано» обслужить, если потребуется, некоторое множество Аг. Никто не может в принципе посчитать точно, сколько разных Аг потенциально способен связать один иммуноглобулин.