Конститутивные иммуноглобулины (нормальные антитела)

· первая линия «обороны» против инфекций;

· удаление из организма отживших клеток и продуктов катаболизма;

· представление Аг для T–лимфоцитов (иммуноглобулины на мембране B–лимфоцитов связывают растворимые Аг в крови, лимфоцит интернализует их рецепторопосредованным эндоцитозом, и внутри клетки образуются комплексы пептидов с молекулами главного комплекса гистосовместимости, которые экспрессируются на мембране B–лимфоцита);

· поддержание гомеостаза аутоиммунной реактивности;

· противовоспалительное действие (нейтрализация суперантигенов; индукция синтеза противовоспалительных цитокинов; аттенуация комплементзависимого повреждения тканей и др.).

Например, появляются данные о том, что в случае клинической манифестации некоторых патологических аутоиммунных болезней, в патогенезе которых действуют IgG–аутоантитела, имеет место дефект регуляции этих патогенных IgG со стороны нормальных антиидиотипических IgM–АТ. Показано, что в периоды ремиссии аутоиммунных васкулитов, в патогенезе которых действуют антинейтрофильные IgG–АТ (ANCA), в крови в достаточных количествах появляются антиидиотипические по отношению к ANCA IgM–АТ. Вероятно, лечебные эффекты от введения людям с разными заболеваниями препаратов донорских иммуноглобулинов объясняются именно комплексным «противовоспалительным» действием нормальных иммуноглобулинов.

· Глава 5
T–ЛИМФОЦИТЫ. ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ

5.1. Дифференцировка T–лимфоцитов

Сущность дифференцировки всякого лимфоцита, как Т, так и В, состоит в экспрессии антигенраспознающего Рц и необходимых дополнительных сервисных молекул, чтобы факт распознавания Аг имел действенные последствия, направленные на санацию организма от повреждённых тканей. Эти сервисные молекулы (мембранные, а также секретируемые цитокины) обеспечивают взаимодействие T–лимфоцитов с другими клетками организма.

Рис. 5.1. Структура белков надсемейства иммуноглобулинов [11]. А. Молекула MHC класса I состоит из a‑цепи, внемембранная её часть связана с короткой цепью b₂-микроглобулина. Б. Молекула MHC класса II состоит из двух СЕ: более длинной a‑цепи и b‑цепи. Часть каждой цепи выступает на поверхности клеточной мембраны, цепь содержит трансмембранный участок и небольшой фрагмент в цитоплазме. В. Молекула рецептора T–клеток состоит из двух цепей: a и b. Каждая цепь предcтавлена двумя внеклеточными иммуноглобулин–подобными доменами, cтабилизированными при помощи S-S cвязей, — вариабельным внеклеточным NH-концом и цитоплазматичеcким cтабильным COOH-концом. SH–группа, приcутcтвующая в цитоплазматичеcком фрагменте a‑цепи, может взаимодейcтвовать c мембранными или цитоплазматичеcкими белками. Г. Мономер молекулы IgM встраивается в плазматическую мембрану B-лимфоцитов, это рецептор Аг. Молекулярная структура рецепторов T-клеток весьма сходна со структурой молекул MHC и иммуноглобулина. Разнообразие структуры рецепторов T-лимфоцитов и иммуноглобулинов обеспечивается возможностью сайт-специфической рекомбинации множества различных генных сегментов, кодирующих отдельные фрагменты молекулы.

Антигенраспознающий Рц T–лимфоцитов обозначают TCR (T–Cell Receptor). TCR кодируется генами из надсемейства иммуноглобулинов, т.е. родственниками генов иммуноглобулинов. Молекула TCR представляет из себя по размеру и форме как бы ¹/₄ молекулы иммуноглобулина — аналог одного Fab–фрагмента. TCR является гетеродимером — состоит из двух равновеликих полипептидных цепей. У млекопитающих известно две разновидности пар цепей в TCR. В одной паре цепи обозначают a и b, соответствующие T–лимфоциты — Tab. Вторая пара цепей — g и d, соответствующие T–лимфоциты обозначают Tgd. Каждый индивидуальный T–лимфоцит несет какой–либо один вариант Рц — либо ab либо gd.

В отличие от иммуноглобулинов TCR исключительно трансмембранные молекулы, т.е. T–лимфоцит всегда работает собственным «клеточным телом».

Более того, в отличие от иммуноглобулинов TCRab не способен распознавать (связывать) растворимые Аг. Это относится по крайней мере к Tab и подавляющему большинству Аг, за исключением патогенных суперантигенов.

Что же тогда распознают T–лимфоциты? Природой T–лимфоциты предназначены для распознавания поверхностных структур собственных клеток организма. Если что-то на поверхности своих клеток будет «раздражать» T–лимфоцит (например, примесь вирусных пептидов), то он постарается организовать уничтожение повреждённой клетки.

T–лимфоцит распознаёт (связывается с) комплекс MHC–I или MHC–II с неким пептидом, который и есть Аг в общем понимании. Один определённый участок молекулы TCR вступает в химическую связь с молекулой MHC–I/II, второй участок того же TCR в тот же момент времени вступает в связь с пептидом–Аг. Этот феномен называют двойным распознаванием, или MHC–рестрикцией T–лимфоцитов. Феномен был открыт Р. Цинкернагелем и П. Дохерти, в 1996 г. они получили за это открытие Нобелевскую премию. Их первая публикация в журнале «Nature» относится к 1974 г. и занимает всего половину страницы. Но это открытие многие расценивают как самое значимое в иммунологии за последние 100 лет.

Существенно, что пептид–Аг присоединяется к молекулам MHC не снаружи клетки, т.е. он не сорбируется на поверхности клетки. Пептид–Аг встраивается в комплекс с MHC при формировании конформации молекул MHC после их биосинтеза в клетке и перед их экспрессией на клеточной мембране. Молекул MHC без пептидов вообще не бывает на наружной мембране клеток, они просто не могут быть экспрессированы, не примут правильной конформации, если ещё внутри клетки не вступят в связь с пептидом определённой длины.

Таким образом, подавляющее большинство T–лимфоцитов с Рц TCRab не распознают свободных нативных Аг (ещё раз подчеркнём отличие от иммуноглобулинов, которые как раз умеют работать с нативными Аг в том виде, в каком «судьба забросила» их во внутреннюю среду организма или даже на слизистые оболочки). Другие клетки должны каким-то образом пропустить Аг через себя и выставить его на своей мембране в комплексе с MHC–I/II, чтобы T–лимфоцит «обратил на Аг своё внимание». Это и есть феномен представления Аг (или презентации Аг ) T–лимфоциту. Какие клетки в организме способны быть АПК и механизмы этого процесса мы разберём в отдельном разделе, здесь лишь отметим строгую необходимость представления Аг T–лимфоциту другими клетками.

5.2. Рецептор T–лимфоцитов для антигена (TCR)

Вторичная и третичная структуры Рц TCRab и TCRgd похожи, но есть отличия: TCRgd по трёхмерной конфигурации больше похожи на иммуноглобулины. Cтроение Рц T–лимфоцитов для Аг удобнее рассмотреть на примере TCRab. T–лимфоциты с ab–Рц — это более «привычные» T–лимфоциты, которые стали известны на несколько десятков лет раньше, чем Tgd; 99% T–лимфоцитов, проходящих лимфопоэз в тимусе, — это Tab.

TCRab

TCR был открыт как особая молекула на клеточной мембране T–лимфоцитов, с которой связываются моноклональные АТ, полученные как специфично реагирующие с индивидуальным клоном T–лимфоцитов. С помощью таких АТ «увидели», что на отдельном T–лимфоците экспрессировано около 30 тыс. таких антигенспецифичных молекул. Быстро изучили молекулярную структуру Рц. Оказалось, что собственно антигенсвязывающая часть его состоит из двух равновеликих полипептидных цепей — a (мол. масса 40–60 тыс., кислый гликопротеин) и b (мол. масса 40–50 тыс., нейтральный или основный гликопротеин). Каждая из цепей имеет по два домена во внеклеточной части, гидрофобную положительно заряженную (за счёт остатков лизина и аргинина) трансмембранную часть и короткий (из 5–12 остатков АК) цитоплазматический участок. Между собой цепи соединены одной дисульфидной связью выше мембраны. Каждый из внеклеточных доменов имеет по одному сайту (месту связывания) гликозилирования и соответственно гликозилирован.

Наружные внеклеточные домены обеих цепей имеют вариабельный АК–состав от Рц к Рц (от лимфоцита к лимфоциту), гомологичные V–области молекул иммуноглобулинов и названные одноимённо — V–областью TCR. Проксимальные домены обеих цепей гомологичны константным областям молекул иммуноглобулинов и также названы одноимённо — C–областью TCR. Соответственно обозначены и гены, кодирующие эти области полипептидов: Va и Сa, Vb и Сb.

Именно V–области a– и b–цепей вступают в связь с комплексом MHC–I/II — пептид. Место контакта с пептидом в a–цепи — участок CDR3, причём с центральной частью пептида вступает в связь участок контакта Va–Ja.

Короткий цитоплазматический участок как у a-, так и b–цепи физически недостаточен для обеспечения проведения сигнала внутрь клетки. Для проведения сигнала с TCR служат входящие в рецепторный комплекс ещё 6 инвариантных (т.е. одинаковых у всех T–лимфоцитов) полипептидных цепей: g, d, две e и две z. Комплекс a + b + 2e, как выяснили, и составляет мембранную структуру CD3, идентифицированную раньше по реактивности с моноклональными АТ, связывающими все без исключения T–лимфоциты. Цепи g, d и e имеют внеклеточный, трансмембранный (отрицательно заряженный за счёт остатков аспарагина и поэтому электростатически связанный с трансмембранными участками a- и b–цепей) и цитоплазматический участки. В случае генетических дефектов в комплексе CD3 a– и b–цепи на мембране T–лимфоцита не появляются. Это свидетельствует о том, что полипептиды g, d и e необходимы ещё и для формирования правильной конформации a– и b–цепей и экспрессии их на мембране.

Полипептиды комплекса CD3 — g, d и e высокогомологичны друг другу. Их гены локализованы рядом, все в хромосоме 11 у человека, и, очевидно, произошли путём дупликации от одного предкового гена. Две z–цепи соединены между собой дисульфидной связью, в мембране встроены между трансмембранными участками a- и b–цепей и бoльшая часть полипептидной z–цепи уходит в цитоплазму клетки. Там эта цепь и «задействуется» в реакциях проведения сигнала при связывании Аг V–областями a и b на внутриклеточные структуры и процессы.

Во всех цитоплазматических участках полипептидных цепей g, d, e и z содержатся последовательности АК — ITAM, которыми эти полипептиды взаимодействуют с протеинтирозинкиназами цитозоля (активация этих ферментов и составляет начало биохимических реакций по проведению сигнала).

Схематически структура TCR, состоящего из 8 или 10 (по одной или две пары a + b на проводящий комплект 2e + d + g+ 2z) полипептидных цепей, представлена на рис. 5.1.

Рис. 5.2. Строение рецептора T–лимфоцитов для антигена (TCRab) (схема). Антигенсвязывающая область Рц формируется a- и b–цепями; цепи g, d, e (вместе их называют комплексом CD3) необходимы для экспрессии a- и b–цепей, их стабилизации и, вероятно, проведения сигнала внутрь клетки; z–цепь, самая «внутриклеточная», обеспечивает проведение сигнала внутрь клетки.

Рц для Аг присоединяет свои лиганды ионными, водородными, ван–дер–ваальсовыми и гидрофобными связями. Рц достаточно «жив» и подвижен. При связывании с Аг его конформация существенно изменяется. Как показывают исследования с применением самых современных методов с использованием трансгенных по TCR мышей (у которых все T–лимфоциты имеют единственный вариант TCR) и коллекции синтетических пептидов, а также контролируемых комплексов пептидов с растворимыми молекулами MHC, один TCR потенциально способен связывать достаточно много разных Аг (если под Аг понимать 9–членные пептиды): по минимальным оценкам 10³, по максимальным — 10⁷, по наиболее точным оценкам порядка 10⁵. Причём один TCR связывает не только родственные по структуре Аг (их понимают как перекрестно реагирующие), но и Аг, не имеющие гомологии в структуре.

5.3. Гены a- и b–цепей рецепторов T–лимфоцитов для антигена

Гены a- и b–цепей (а также g и d–цепей) устроены гомологично генам иммуноглобулинов и претерпевают соматическую рекомбинацию (перестройку ДНК) в процессе дифференцировки T–лимфоцитов. Это и обеспечивает генерацию разнообразия антигенсвязывающих свойств TCR, оцениваемого так же, как и для иммуноглобулинов: теоретически порядка 10^16–10¹⁸ вариантов, реально порядка 10⁹ (соответственно числу лимфоцитов в организме).

Гены a–цепи имеют 70–80 V–сегментов и 61 J–сегмент, комбинации которых по одному из каждой области обеспечивают дополнительное разнообразие антигенсвязывающих свойств TCR. Гены b–цепи имеют 52 V–сегмента, 2 D–сегмента и 13 J–сегментов, а также 2 C–сегмента, расположенных, как показано на рис. 5.2. Между V– и J–сегментами a–цепи находится локус генов d–цепи второго варианта TCR — gd. Локус d состоит из трёх D–сегментов, трёх J–сегментов, одного C–сегмента. V–сегменты d–цепи (ориентировочно их всего 4) «вкраплены» среди V–сегментов a–цепи.

Рис. 5.3. Структура генов a- и b–цепей рецептора T–лимфоцитов для антигена.

Рекомбинация ДНК происходит только при объединении V–, D– и J–сегментов и катализируется тем же комплексом рекомбиназ, инициируемых продуктами генов RAG1 и RAG2, которые действуют при дифференцировке B–лимфоцитов. Только субстрат для рекомбиназ — гены TCR, а не гены иммуноглобулинов в T–лимфоцитах — определяют тканеспецифичные промоторы. Рекомбиназы «узнают» определённые гептамерные или нонамерные последовательности, фланкирующие каждый из сегментов V, J, D и называемые rss (recombination signal sequences) — последовательностями, сигнальными для рекомбинации. Перед каждым V–экзоном имеется L–экзон (от leader sequence — лидерная последовательность), который обязательно транслируется и обеспечивает правильное расположение полипептидной цепи в эндоплазматическом ретикулуме и правильную экспрессию на клеточной мембране (рис. 5.3).

Рис. 5.4. Перестройка и экспрессия генов рецептора T–лимфоцитов для антигена (TCR).

После перестройки VJ в генах a–цепи и VDJ в генах b–цепи, а также присоединения некодируемых N– и P–нуклеотидов с ДНК транслируется РНК. Объединение с C–сегментом и удаление лишних неиспользуемых J–сегментов осуществляются при сплайсинге первичного транскрипта.

Гены a–цепи могут перестраиваться неоднократно при уже правильно перестроенных и экспрессированных генах b–цепи. Параметры разнообразия антигенсвязывающих участков T–клеточных Рц приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Параметры разнообразия антигенсвязывающих областей TCR (Рц T–лимфоцитов для антигена)