Процессинг антигенов

1.Определение антигена.

(Слайд: определение антигена, классификация и основные свойства антигенов)

Антигены - вещества различного происхождения, несущие признаки генетической чужеродности и вызывающие развитие иммунных реакций (гуморальных, клеточных, иммунологической толерантности, иммунологической памяти и др.).

2. Классификация антигенов и их основные свойства.

Свойства антигенов, определяет их иммуногенность - способность вызывать иммунный ответ; специфичность - способность (антигена) избирательно взаимодействовать со специфическими антителами или антиген - распознающими рецепторами лимфоцитов; антигенность – мера антигенного качества, большая или меньшая способность вызывать образование антител.

Антигенами могут быть белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты в комбинации между собой или липидами. Антигенами являются любые структуры, несущие признаки генетической чужеродности и распознаваемые в этом качестве иммунной системой. Наибольшей иммуногенностью обладают белковые антигены, в том числе бактериальные экзотоксины, вирусная нейраминидаза.

Многообразие понятия “антиген”.

Антигены разделены на полные (иммуногенные), всегда проявляющие иммуногенные и антигенные свойства, и неполные (гаптены), не способные самостоятельно вызывать иммунный ответ.

Гаптены обладают антигенностью, что обусловливает их специфичность, способность избирательно взаимодействовать с антителами или рецепторами лимфоцитов, определяться иммунологическими реакциями. Гаптены могут стать иммуногенными при связывании с иммуногенным носителем (например, белком), т.е. становятся полными.

За специфичность антигена отвечает гаптенная часть, за иммуногенность - носитель (чаще белок).

Иммуногенность зависит от ряда причин (молекулярного веса, подвижности молекул антигена, формы, структуры, способности к изменению). Существенное значение имеет степень гетерогенности антигена, т.е. чужеродность для данного вида (макроорганизма), степени эволюционной дивергенции молекул, уникальности и необычности структуры. Чужеродность определяется также молекулярной массой, размерами и строением биополимера, его макромолекулярностью и жесткостью структуры. Белки и другие высокомолекулярные вещества с более высоким молекулярным весом наиболее иммуногенны. Большое значение имеет жесткость структуры, что связано с наличием ароматических колец в составе аминокислотных последовательностей. Последовательность аминокислот в полипептидных цепочках - генетически детерминированный признак.

Антигенность белков является проявлением их чужеродности, а ее специфичность зависит от аминокислотной последовательности белков, вторичной, третичной и четвертичной (т.е. от общей конформации белковой молекулы) структуры, от поверхностно расположенных детерминантных групп и концевых аминокислотных остатков. Коллоидное состояние и растворимость - обязательные свойства антигенов.

3. Структура антигена.

Специфичность антигенов зависит от особых участков молекул белков и полисахаридов, называемых эпитопами. Эпитопы или антигенные детерминанты- фрагменты молекул антигена, вызывающие иммунный ответ и определяющие его специфичность. Антигенные детерминанты избирательно реагируют с антителами или антиген - распознающими рецепторами клетки. (Слайд: структура антигенов - рис. 1.11. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Структура многих антигенных детерминант известна. У белков это обычно фрагменты из 8 - 20 выступающих на поверхности аминокислотных остатков, у полисахаридов - выступающие О - боковые дезоксисахаридные цепи в составе ЛПС, у вируса гриппа - гемагглютинин, у вируса иммунодефицита человека - мембранный гликопептид.

Эпитопы качественно могут отличаться, к каждому могут образовываться “свои” антитела. Антигены, содержащие одну антигенную детерминанту, называют моновалентными, ряд эпитопов - поливалентными. Полимерные антигены содержат в большом количестве идентичные эпитопы (флагеллины, ЛПС).

Основные типы антигенной специфичности (зависят от специфичности эпитопов). (Слайд)

1. Видовая - характерна для всех особей одного вида (общие эпитопы).

2. Групповая - внутри вида (изоантигены, которые характерны для отдельных групп). Пример - группы крови (АВО и др.). Изоантигены – антигены, благодаря которым различные особи или группы особей животных одного вида отличаются друг от друга. К разряду изоантигенов можно отнести антигены гистосовместимости или трансплантационные антигены, обуславливающие различие клеток и тканей, вследствие чего возникает их несовместимость при пересадках.

3. Типоспецифичность - понятие аналогичное предыдущему, но имеющее отношение чаще всего к микроорганизмам. Например, пневмакокки по своим полисахаридным антигенам делятся на типы Возбудители ботулизма по характеру синтезируемого токсина делятся на типы А, В, С, Д, Е.

4. Гетероспецифичность - наличие общих антигенных детерминант у организмов различных таксономических групп. Имеются перекрестно - реагирующие антигены у бактерий и тканей макроорганизма.

а. Антиген Форсмана - типичный перекрестно - реагирующий антиген, выявлен в эритроцитах кошек, собак, овец, почке морской свинки.

б. Rh- система эритроцитов. У человека Rh - антигены агглютинируют антитела к эритроцитам обезьян Macacus rhesus, т.е. являются перекрестными.

в. Известны общие антигенные детерминанты эритроцитов человека и палочки чумы, вирусов оспы и гриппа.

г. Еще пример - белок А стрептококка и ткани миокарда (клапанный аппарат).

Подобная антигенная мимикрия обманывает иммунную систему, защищает от ее воздействия микроорганизмы. Наличие перекрестных антигенов способно блокировать системы, распознающие чужеродные структуры.

5.Функциональная – антигенная специфичность, связанная с функцией данной органической молекулы. Белки, выполняющие в организме различные функции иммунологически различаются (альбумины, глобулины).

6. Патологическая. При различных патологических изменениях тканей происходят изменения химических соединений, что может изменять нормальную антигенную специфичность. Появляются “ожоговые”, “лучевые”, “раковые” антигены с измененной видовой специфичностью. Существует понятие аутоантигенов - веществ организма, к которым могут возникать иммунные реакции (так называемые аутоиммунные реакции), направленные против определенных тканей организма. Чаще всего это относится к органам и тканям, в норме не подвергающихся воздействию иммунной системы в связи с наличием барьеров (мозг, хрусталик, паращитовидные железы и др.).

7. Стадиоспецифичность. Имеются антигены, характерные для определенных стадий развития, связанные с морфогенезом. Альфа - фетопротеин характерен для эмбрионального развития, синтез во взрослом состоянии резко увеличивается при раковых заболеваниях печени.

4. Антигенная специфичность и антигенное строение бактерий.

Для характеристики микроорганизмов выделяют родовую, видовую, групповую и типовую специфичность антигенов. Наиболее точная дифференциация осуществляется с использованием моноклональных антител (МКА), распознающих только одну антигенную детерминанту.

Обладая сложным химическим строением, бактериальная клетка представляет целый комплекс антигенов. Антигенными свойствами обладают жгутики, капсула, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, рибосомы и другие компоненты цитоплазмы, токсины, ферменты.

Основными видами бактериальных антигенов являются: (Слайд)

- соматические или О - антигены (у грамотрицательных бактерий специфичность определяется дезоксисахарами полисахаридов ЛПС);

- жгутиковые или Н- антигены (белковые);

- поверхностные или капсульные К - антигены.

Выделяют протективные антигены, обеспечивающие защиту (протекцию) против соответствующих инфекций, что используется для создания вакцин. Например, F₁ - антиген E.pestis – возбудителя чумы.

Суперантигены (некоторые экзотоксины, например - стафилококковый) вызывают чрезмерно сильную иммунную реакцию, часто приводят к побочным реакциям, развитию иммунодефицита или аутоиммунных реакций.

5. Антигены гистосовместимости.

(Слайд: определение МНС; тканевое распределение молекул МНС 1 и 2 классов - табл. 3.3, сравнительные данные о степени участия молекул МНС 1 и 2 классов в иммунных реакциях – табл. 3.4. «Иммунология» В.Г.Галактионов)

При пересадках органов возникает проблема совместимости тканей, связанная со степенью их генетического родства, реакциями отторжения чужеродных аллогенных и ксеногенных трансплантатов, т.е. проблемами трансплантационного иммунитета. Существует ряд тканевых антигенов. Трансплантационные антигены во многом определяют индивидуальную антигенную специфичность организма. Первоначально МНС определяли как совокупность генов, определяющих синтез трансплантационных антигенов. В настоящее время понятие МНС стало более широким. МНС – это комплекс близкосцепленных генов, основное предназначение которых – контроль различных функциональных проявлений иммунной реактивности. У людей она часто называется системой HLA (Human leucocyte antigens), в связи с четким представительством на лейкоцитах трансплантационных антигенов. Гены этой системы расположены на коротком плече хромосомы С6. Система HLA- это система сильных антигенов. Спектр молекул МНС уникален для организма, что определяет его биологическую индивидуальность и позволяет различать “чужое - несовместимое”.

Первые опыты и, которые легли в основу открытия МНС были выполнены благодаря близкородственному скрещиванию. Последовательное близкородственное скрещивание приводит к чистой инбредной линии животных. Основная характеристика такой линии состоит в том, что все ее особи гомозиготны и неотличимы в генетическом виде друг от друга.

Для решения вопросов сцепленности иммунологически значимых признаков с МНС, в частности признака иммунного отторжения трансплантанта, необходимо было иметь линии мышей, которые отличались бы друг от друга только по одному этому комплексу. в результате был разработан прием получения конгенных линий. В основе получения конгенных линий мышей лежит метод возвратного скрещивания - получение потомства в ряду поколений от скрещивания гетерозиготы (детей гомозиготных родителей, отличающихся генетически друг от друга) с одним из исходных гомозиготных родителей. Смысл заключается в замене МНС (комплекса Н-2) одной имбредной линии на гаплотип (набор сцепленных генов одной гаплоидной хромосомы) другой. Используются для изучения МНС рекомбинантные по МНС линии. Они отличаются друг от друга только отдельными или даже одним локусом комплекса Н-2. Рекомбинантные линииполучают при анализе потомков от скрещивания двух конгенных линий.

Использование инбредных линий для генетических и иммунологических исследований привело к созданию трансплантационной терминологии. (Слайд: терминология гистогенетических отношений между донором и реципиентом, законы трансплантации - табл. 3.1; рис. 3.4, «Иммунология» В.Г. Галактионов)

Основными особенностями комплекса являются:

- полигенность - наличие нескольких неаллельных генов, белковой природы которые сходны структурно и функционально;

- полиморфизм – присутствие многих аллельных форм одного и того же гена.

Все гены МНС наследуются по кодоминантному типу. Полигенность и полиморфизм – определяют антигенную индивидуальность особей данного вида. Полиморфизм прямо связан с процессом презентации антигенных эпитопов Т- клеткам. С полиморфизмом антигенов МНС связано такое явление, как генетический контроль иммунного ответа. В тех случаях, когда аминокислотные остатки не в состоянии связать пептидный фрагмент чужеродного антигена, Т-хелперы остаются ареактивными и их помощь В-клеткам не реализуется. Это и является причиной генетически детерминированного дефекта в иммунном реагировании.

Семь генетических локусов системы разделены на три класса.

Гены первого класса контролируют синтез антигенов класса 1, определяют тканевые антигены и контролируют гистосовместимость. Антигены класса 1 определяют индивидуальную антигенную специфичность, они представляют любые чужеродные антигены Т - цитотоксическим лимфоцитам. Антигены класса 1 представлены на поверхности всех ядросодержащих клеток. Молекулы МНС класса 1 взаимодействуют с молекулой CD8, экспрессируемой на мембране предшественников цитотоксических лимфоцитов (CD- claster difference).

Гены МНС класса 2 контролируют антигены класса 2. Они контролируют ответ к тимусзависимым антигенам. Антигены класса 2 экспрессированы преимущественно на мембране иммунокомпетентных клеток (прежде всего макрофагов и В - лимфоцитов, частично - активированных Т- лимфоцитов). К этой же группе генов (точнее - области HLA - D) относятся также гены Ir - силы иммунного ответа и гены Is - супрессии иммунного ответа. Антигены МНС класса 2 обеспечивают взаимодействие между макрофагами и В - лимфоцитами, участвуют во всех стадиях иммунного ответа- представлении антигена макрофагами Т- лимфоцитам, взаимодействии (кооперации) макрофагов, Т- и В- лимфоцитов, дифференцировке иммунокомпетентных клеток. Антигены класса 2 принимают участие в формировании противомикробного, противоопухолевого, трансплантационного и других видов иммунитета.

Структуры, с помощью которых белки МНС классов 1 и 2 связывают антигены (так называемые активные центры) по уровню специфичности уступают только активным центрам антител.

Гены МНС класса 3 кодируют отдельные компоненты системы комплемента.

(Слайд: частота антигенов комплекса HLA в нормальной популяции людей и у лиц с некоторыми заболеваниями – табл. 3.5. «Иммунология» В.Г.Галактионов)

6. Процессинг антигенов

(Слайд: процессинг антигенов – рис. 9.20. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Процессинг антигенов - это их судьба в организме. Одной из важнейших функций макрофагов является переработка антигена в иммуногенную форму (это собственно и есть процессинг антигена) и представление его иммунокомпетентным клеткам. В процессинге, наряду с макрофагами, участвуют В - лимфоциты, дендритные клетки, Т- лимфоциты. Под процессингом понимают такую переработку антигена, в результате которой пептидные фрагменты антигена (эпитопы), необходимые для передачи (представления), отбираются и связываются с белками МНС класса 2 (или класса 1). В таком комплексном виде антигенная информация передается лимфоцитам. Дендритные клетки имеют значение в фиксации и длительном хранении (депонировании) переработанного антигена.

Экзогенные антигены подвергаются эндоцитозу и расщеплению в антиген- представляющих (презентирующих) клетках. Фрагмент антигена, содержащий антигенную детерминанту, в комплексе с молекулой класса 2 МНС транспортируется к плазматической мембране антиген - представляющей клетки, встраивается в нее и представляется CD4 Т- лимфоцитам. (Слайд: предполагаемые пути внутриклеточных перемещений молекул МНС, связанных с презентацией антигена - рис 9.26. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Эндогенные антигены - продукты собственных клеток организма. Это могут быть вирусные белки или аномальные белки опухолевых клеток. Их антигенные детерминанты представляются CD8 Т- лимфоцитам в комплексе с молекулой класса 1 МНС.

(Слайд: образование комплексов антигенных пептидов эндогенного происхождения с молекулами МНС класса 1 - рис 9.25. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Лекция № 4

Тема лекции: Гуморальный иммунитет. Иммуноглобулины. Роль антител в иммунном ответе. Реакция антиген - антитело, ее применение.

План лекции: