Микробиология Борисов Л.В. Микробиология Борисов Л. Литература для студентов медицинских вузов
 Скачать 27.52 Mb.
|
|
Иммуноглобулины класса G (IgG) составляют около 80% сывороточных иммуноглобулинов (в среднем 12 гл, с молекулярной массой 160000 и скоростью седиментации 7S. Они образуются на высоте первичного иммунного ответа и при повторном введении антигена вторичный ответ. IgG обладают достаточно высокой авидностью, те. сравнительно высокой скоростью связывания с антигеном, особенно бактериальной природы. При связывании активных центров IgG с эпитопами антигена в области его фрагмента обнажается участок, ответственный за фиксацию первой фракции системы компле мента, с последующей активацией системы комплемента по классическому пути. Этим обусловливается способность IgG участвовать в защитных реакциях бактериолиза. IgG является единственным классом антител, проникающим через плаценту в организм плода. Чере і некоторое время после рождения ребенка содержание его в сыворотке крови падает и достигает минимальной концентрации к 3-4 мес, после чего начинает возрастать за счет накопления собственных IgG, Таблица Свойства иммуноглобулинов (1д) С войства Класс иммуноглобулинов иммуноглобулинов IgG IgM IgA IgD IgE Молекулярная масса, тыс. дальтон 160 900 170-350 180 Скорость седиментации, S 7 19 7-13 Количество мономеров 5 1, 2, 4 Период полураспада, сут 21 5 6 3 2 Термостабильность + + + - Содержание в сыворотке крови, гл 1 2,5 0,03 Скорость биосинтеза, мг/кг массы вдень Прохождение через плаценту + - - - - Связывание и активация комплемента по классическому пути + + Нейтрализация токсинов + + + - - Агглютинация, •іреципитация антигена + + - - - Бактериолиз, опсонизация антигена + + - - - Цитофильность ± - + ? + і Время, необходимое для распада 50% содержащегося в сыворотке крови иммуноглобулина достигая нормы к летнему возрасту. Около 48% IgG содержится в тканевой жидкости, в которую он диффундирует из крови. IgG, также как и иммуноглобулины других классов, подвергается катаболи- ческому распаду, который происходит в печени, макрофагах, воспалительном очаге под действием протеиназ. Известны 4 подкласса IgG, различающиеся по структуре тяжелой цепи. Они обладают разной способностью взаимодействовать с ком плементом и проходить через плаценту. Иммуноглобулины класса М (IgM) первыми начинают син- I с іироваться в организме плода и первыми появляются в сыворотке крови после иммунизации людей большинством антигенов. Они со- I іавляют около 13% сывороточных иммуноглобулинов при средней концентрации 1 гл. По молекулярной массе они значительно превосходят все другие классы иммуноглобулинов. Это связано стем, что Ч являются пентамерами (рис. 15.3), те. состоят из 5 субъединиц, к.іікдая из которых имеет молекулярную массу, близкую к IgG. IgM принадлежит большая часть нормальных антител — изогемагглюти- нинов, которые присутствуют в сыворотке крови в соответствии с принадлежностью людей к определенным группам крови. Эти аллотипи- ческие варианты IgM играют важную роль при переливании крови. Они не проходят через плаценту и обладают наиболее высокой авид- ностью. При взаимодействии с антигенами in vitro вызывают их агглютинацию, преципитацию или связывание комплемента. В последнем случае активация системы комплемента ведет к лизису корпускулярных антигенов. Иммуноглобулины класса A (IgA) встречаются в сыворотке крови ив секретах на поверхности слизистых оболочек. В сыворотке крови присутствуют мономеры IgA с константой седиментации 7S в концентрации 2,5 гл. Данный уровень достигается к 10 годам жизни ребенки. Сывороточный IgA синтезируется в плазматических клетках селезенки, лимфатических узлов и слизистых оболочек. Они не агглютинируют и не преципитируют антигены, неспособны активировать комплемент по классическому пути, вследствие чего не лизи- руют антигены. Секреторные иммуноглобулины класса IgA (SIgA) отличаются от сывороточных наличием секреторного компонента, связанного с 2 или 3 мономерами иммуноглобулина А (рис. 15.4). Секреторный компонент является глобулином с молекулярной массой 71 KD. Он синтезируется клетками секреторного эпителия и может функционировать в качестве их рецептора, а к IgA присоединяется при прохождении последнего через эпителиальные клетки. С екреторные IgA играют существенную роль в местном иммунитете, поскольку препятствуют адгезии микроорганизмов на эпителиальных клетках слизистых оболочек рта, кишечника, респираторных и мочевыводящ их путей. Вместе стем в агрегированной форме активирует комплемент по альтернативному пути, что приводит к стимуляции местной фагоцитарной защиты. Секреторные IgA препятствуют адсорбции и репродукции вирусов в эпителиальных клетках слизистой оболочки, например при аде- новируспой инфекции, полиомиелите, кори. Около 40% общего IgA содержится в крови. Иммуноглобулины класса D (lgD). До содержится в крови, достигая концентрации 0,03 гл. Он имеет молекулярную массу 180 000 D и скорость седиментации около не проходит через плаценту и не связывает комплемент. До сих пор неясно, какие функции выполняет. Полагают, что он является одним из рецепторов В-лимфоцитов. Иммуноглобулины класса £ (IgE). В норме содержатся в крови в концентрации 0,00025 гл. Они синтезируются плазматическими клетками в бронхиальных и перитонеальных лимфатических узлах, в слизистой оболочке ж елудочно-киш ечного тракта со скоро сгью 0,02мг/кг массы в сутки. Иммуноглобулины класса Е называют также реагинами, поскольку они принимают участие в анафилактических реакциях см 18.3), обладая выраженной цитофильностью. 15.4. АНТИГЛОБУЛИНОВЫЕ АНТИТЕЛА И ммуноглобулины, как и другие белки организма, обладают антигенными свойствами, если попадают в чужеродный организм. А нтиглобулиновые антитела, полученные иммунизацией животных иммуноглобулинами человека, широко используются в лабораторной практике для выявления и характеристики иммуноглобулинов. В патологических условиях вследствие утраты естественной толерантности в организме образуются антитела к собственным иммуноглобулинам. Они вступают в комплексы с содержащимися в крови иммуноглобулинами ивы зываю т иммунопатологические процессы. Так, при ревматоидном артрите, системной красной волчанке и некоторых других заболеваниях в крови появляются аутоантитела класса IgM к собственным иммуноглобулинам класса IgG. Они получили название ревматоидный фактор и имеют диагностическое значение. П оскольку чужеродные иммуноглобулины используются для профилактики или лечения, образование к ним антител нейтрализует действие введенных иммуноглобулинов и может привести к развитию патологического процесса (сывороточная болезнь, аллергическая реакция на повторное введение антигена. Для снижения иммуногенного эффекта чужеродных глобулинов разработана биотехнология создания гибридных молекул иммуноглобулинов, в которых активный домен получен от чужеродного глобулина, а остальные структуры константных доменов составляют компоненты человеческого иммуноглобулина. Такая молекула, основную массу которой составляют пептиды человека, не вызывает выраженных иммунных реакций. АНТИИДИОТИПОВЫЕ АНТИТЕЛА Выше было упомянуто о том , что структуры активного центра иммуноглобулиновой молекулы — идиотипы — обладают специфическими антигенными свойствами (см. рис. 15.2). Такими же свойствами обладают структуры активного центра клеточных рецептров лимфоцитов. Поскольку до начала иммунного ответа структуры данной специфичности в организме практически отсутствуют, к ним не формируется естественная иммунологическая толерантность. После того как вор ган и зм е произошло образование антител, к их идиотиповы м структурам прод уц и рую тся антитела порядка, называемые анти- идиотиповыми. В свою очередь, в ответ на ан ти идиотип овы е структуры образовавшихся антител II порядка в организме формируются антитела III порядка, которые могут быть названы анти-анти- идиотиповыми. Те антиидиотиповые антитела, которые образовались против антигенсвязывающей структуры идиотипа, представляют собой зеркальное изображение этой структуры. Следовательно, они являются внутренним аналогом активного центра антигена (эпитопа), который вызвал образование антител I порядка. Роль антиидиотипо- вых антител (АИА) в организме очень разнообразна. Связываясь с идиотипами антител, они нейтрализуют их действие. Будучи аналогом антигена АИА, могут вызывать в организме иммунный ответ и иммунологическую толерантность, а при определенных условиях и иммунопатологический процесс. По современным представлениям, идиотипы, антиидиотипы и антитела и III, и IV порядка формируют в организме сложную сеть ауторегуляции специфического иммунного ответа, в которой кроме гуморальных антител участвуют идиотипы клеточных рецепторов. Антиидиотиповые антитела, полученные по гибридомной технологии (см. Моноклональные антитела используются в качестве принципиально новых вакцин, особенно в тех случаях, когда применение вакцин из микроорганизмов встречает затруднения вследствие высокой реактогенности или трудностей изготовления. РЕЦЕПТОРЫ АНТИГЕНРЕАКТИВНЫХ ЛИМФОЦИТОВ Лимфоциты взаимодействуют с антигенами посредством рецепторов экспрессированных на поверхности клеток. Рецепторы лимфоцитов представляют собой гликопротеидные молекулы, состоящие из полипептидных цепей, соединенных дисульфидными связями. Они относятся к суперсемейству иммуноглобулинов. Полипептидные цепи, составляющие рецепторы для антигенов, как и молекулы гуморальных антител, состоят из вариабильных доменов, определяющих их специфичность, и константных доменов, в том числе доменов, соединяющих рецептор с мембраной клетки (см. рис. 15.5). 15.6.1. Антигенраспознающие рецепторы В-лимфоцитов Антигенраспознающие рецепторы В-лимфоцитов представляют собой молекулы иммуноглобулинов, чаще классов Ми. После активации В-лимфоцита антигеном на нем могут экпрессироваться молекулы других классов. Один В-лимфоцит содержит 200-500 тыс. однородных рецепторов, обладающих специфичностью к одному из антигенов. Соединение молекулы с клеткой осуществляют три конечные аминокислоты, находящиеся в составе трансмембранного домена ее тяжелых цепей и погруженные в мембрану клетки (см. рис. 15.1). Контакт рецептора с клеткой усиливают два парных гетеродимера Ig -a и гликопротеины, относящиеся к суперсемейству иммуноглобулинов. Ig-a представлены несколькими вариантами, соединяющимися с тяжелыми цепями иммуноглобулиновых рецепторов разных классов, структуры Ig-P не различаются между собой. Плазматические клетки, производящие основную массу гуморальных антител, утрачивают поверхностные рецепторы входе диффрен- цировки из В-лимфоцитов. 15.6.2. Рецепторы Т-лимфоцитов Рецепторы Т-лимфоцитов представляют собой две полипеп- тидные цепи, состоящие из вариабильных и константных доменов, участки которых проходят через поверхностную мембрану лимфоцита и погружены в цитоплазму (см. рис. 15.5). Связь рецептора с клеткой усиливают дополнительные гликопротеиды, входящие в состав мембран. Антигенные рецепторы Т-лимфоцитов представлены двумя вариантами а-Р (более 90% Т-лимфоцитов крови) и у, содержание которых в коже, кишечнике, репродуктивных органах значительно выше, чем в приферической крови. Общее число рецепторов на Т- клетке составляет 10-20 тыс. Т-клеточные рецепторы тесно связаны с другими гликопротеино- выми молекулами мембраны клетки, способствующими передаче антигенного сигнала от рецептора клетке. Эта группа молекул, обозначенная CD3 (см. рис. 15.1), может быть выявлена на поверхности лимфоцитов с помощью моноклональных антител и служит маркером Т-лимфоцитов. С Т-клеточным рецептором связана еще группа гликопротеиновых молекул, определяющих восприятие лимфоцитом молекул МНС I либо II класса. Эти молекулы, обозначенные соответственно CD8 и CD4, служат маркерами для выявления цитотоксичес- ких и хелперных субпопуляций Т-лимфоцитов. ■армвбялкжыя кожствжтжня домяжы домяжн 'якоржый* СВГМЯЖІ 6«тв-ц*п» o n •л»ф»-ц«и» иго и ) А Рис. 15.S. Структура рецепторов Т-лимфоцитов 15.7. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ИММУННОГО ОТВЕТА Центральная проблема иммунологии состоит в расшифровке механизмов иммунологической специфичности, в частности образования огромного разнообразия специфических антител и рецепторов Т- и В-лимфоцитов, обеспечивающих ответ на введение в организм природных или синтетических антигенов. Если допустить существование особого набора генов для каждого полипептида, входящего в состав антител определенной специфичности, то количество таких генов должно измеряться десятками и сотнями миллионов, что делает такое предположение необоснованным. С помощью методов генной инженерии было доказано, что число генов, контролирующих образование иммуноглобулинов, на самом деле ограничено. Однако в отличие от генов других белков они имеют фрагментарную организацию, фрагменты этих генов разбросаны по хромосоме во многих экземплярах. Они собираются вместе в функционирующий ген случайным образом входе развития плазматической клетки перед началом транскрипции. При этом число возможных комбинаций выражается в миллионах вариантов функционирующего гена. Как отмечалось выше, легкая и тяжелая цепь иммуноглобулина, также как рецепторов В- и Т-лимфоцнтов, состоит из (константного) и У-(вариабельного) участков. С-участок в данном организме относительно неизменен во всех антителах и рецепторах. Изменчивость доменов, обусловливающих иммунологическую специфичность ан- тигенраспознающих участков легких и тяжелых цепей антител и рецепторов лимфоцитов, связана с фрагментарной структурой их генов. В гене для легкой цепи типа к имеется два сегмента ДНК, которые контролируют большую часть вариабельного домена и четыре сегмента, контролирующих константный участок иммуноглобулина. С-сегмент соединяется с сегментом при помощи короткого J-cer- мента (англ. joining — соединяющий. Для легких цепей типа к существует несколько сотен сегментов ДНК, четыре сегмента и один С-сегмент. Гены тяжелых цепей еще больше раздроблены. Наряду с V-, Си сегментами они имеют 20 сегментов (англ. diversity — разнообразие. Эти три набора сегментов ДНК (два для легких в цепей Аи к и один для тяжелой цепи) расположены на трех разных хромосомах. Гены иммуноглобулиновых рецепторов В-лимфоцитов имеют идентичную организацию, а гены рецепторов Т-лимфоцитов устроены аналогично генам тяжелых цепей. Подобная фрагментарная структура генов, контролирующих образование вариабельных доменов, может обеспечить огромное многообразие специфических антител и рецепторов лимфоцитов (рис. 15.6). ген ляг кой лам вы- ц я п в г«и легко ї к і а і - ц е и н ГЯИ ІЯЖІЛОЙ ц « и - 200 Рис. 15.6. Гены антител. Гены антител имеют фрагментарную организацию. Их сегменты находятся в і«номе на расстоянии друг от друга. В антителах легкие цепи бывают х типов. У мыши для легких цепей типа лямда имеются 2 сегмента, которые кодируют большую часть вариабельного домена, и 4 С-сегмента. Перед началом каждого С- сегмента находится короткий фрагмент ДНК, называемый сегментом, он может соединяться с сегментом. Каждый сегмент может соединяться с любой парой С. Для легких цепей типа каппа существует несколько сотен сегментов, 4 J- сегмента и 1 С-сегмент. Гены тяжелых цепей организованы также, но еще более раздроблены помимо сегментов V и J есть еще около 20 сегментов. Эти три набора сегментов расположены на х разных хромосомах. Гены рецепторов Т- клеток организованы подобно генам тяжелых цепей антител. Так, например, тяжелая цепь иммуноглобулина состоит из четырех сегментов Си. Каждый константный С-сегмент контролируется одним участком ДНК, сегмент — четырьмя участками, V- сегмент 10 участками, а D-сегмент—более чем 100 участками ДНК. Простой расчет показывает, что общее число вариантов нуклеотидных последовательностей, которые возникают при сборке полного гена, равно 4000 (4 х 10 х 100 = 4000). При этом существует 12 сегментов, 2 сегмента, более 20 сегментов и 3 С-сегмента. Исходя из представленных данных, число возможных комбинаций равняется 1440 (12 х 2 х 20 х 3 = Итого 4000 х 1440 = 5 млн. вариантов генов контролируют обра- ювание одной цепи и столько же вариантов генов — другой. Всего 10 млн. вариантов генов. Однако их число возрастает из-за нестандартности соединения J-, D- и сегментов (рис. Рекомбинации в иммуноглобулиновых генах завершаются к тому моменту дифференциации, когда клетки впервые встречаются с антигенами. К этому моменту образуется популяция клеток с широким диапазоном специфичности. С конкретным антигеном взаимодействуют іолько адекватные клетки, несущие комплементарные рецепторы, ко- I орые начинают быстро пролиферировать. Затем, уже вовремя пролиферации отобранных клонов антите- попродуцирующих клеток, включается мутационный механизм, изменяя в отдельных местах нуклеотидные последовательности. Мутации осуществляют тонкую настройку рецепторов лимфоцитов путем со- мания таких генов, продукты которых лучше подходят для взаимо ямб р но и аль а в я ДНК УЗ I j V 4 Г Д Н К і В - клетке JJ Ш с ома т и ческа яре комбинация транскрипция Р Н К -т рви скрипт с п д в і с і в г РНК м РНК ї т і т ран с ля ц и ябед о к ив Рис. 15.7. Сборка гена иммуноглобулина. Вначале соединяются случайно выбранные сегменты V и J, а расположенные между ними выбрасываются. Затем по всей длине от начала V2 и до конца С ДНК транскрибируется. Образующаяся РНК подвергается сплайсингу. Полученная мРНК транслируется в белок действия сданным антигеном. Если комбинаторный механизм дает млн. типов иммуноглобулиновых рецепторов, то после соматических мутаций их число возрастает враз. Это более чем достаточно для обеспечения известного на сегодняшний день разнообразия специфичности антител и рецепторов В- и Т-лимфоцитов. Вопросы для самоконтроля. Какова структура молекулы иммуноглобулина. Каковы особенности строения и функций иммуноглобулинов разных классов. Дайте объяснение разнообразию специфичности антител и рецепторов Т- и В-лимфоцитов разных классов. Структура и функции антиглобулиновых антител. Чем отличаются моноклональные антитела от поликлональных. 6. Генетический контроль иммунного ответа. Что представляет собой суперсемейство иммуноглобулинов. Охарактеризуйте строение молекулы иммуноглобулина, роль ее доменов и активного центра. Назовите особенности структуры и функций пяти основных классон иммуноглобулинов. Что представляют собой антиидиотиповые антитела. Что представляют собой рецепторы для антигенов В- и Т-лимфоци тов. Как формируется разнообразие специфичностей антител и рецепторов лимфоцитов, определяющее способность организма распознать любой антиген. Для чего применяют моноклональные антитела ГЛ А B A 1 ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ |