План лекции. Молекулярная структура иммуноглобулинов
 Скачать 61.5 Kb.
|
|
Лекция 3. Антитела и антигенраспознающие рецепторы. План лекции. Молекулярная структура иммуноглобулинов. Строение активного центра иммуноглобулинов. Характеристика отдельных классов иммуноглобулинов. Антитела – это иммуноглобулины, специфически реагирующие с антигенами. Иммуноглобулины являются гликопротеинами, имеющими в своем составе центры специфического связывания антигена. Связывание является нековалентным и основано на принципе комплементарности. Молекулярная структура иммуноглобулинов. Иммуноглобулины продуцируются плазматическими клетками, представляющими собой конечную стадию созревания В-лимфоцитов. Существуют растворимые формы иммуноглобулинов, которые и называют антителами, и мембранные формы иммуноглобулинов, составляющие основу В-клеточных рецепторов на поверхности В-лимфоцитов. Любая молекула иммуноглобулина построена из двух типов цепей - тяжелой (Н - цепи) и легкой (L - цепи). Так называемый «мономерный» иммуноглобулин состоит из двух Н-цепей и двух L-цепей, соединенных дисульфидными связями. Разные цепи содержат от 2 до 5 доменов. Домены иммуноглобулинов: Состоят примерно из 11О аминокислотных остатков; Имеют сходную пространственную организацию; Образуют компактные, относительно изолированные структуры, скрепленные дисульфидной связью; Обладают автономными функциями. У млекопитающих имеется пять классов иммуноглобулинов: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. Классы иммуноглобулинов отличаются строением тяжелых цепей. Каждая молекула иммуноглобулина содержит не менее двух идентичных Н-цепей. Тяжелые цепи иммуноглобулинов разных классов состоят из четырех или пяти доменов и обозначаются буквами греческого алфавита соответственно латинской аббревиатуре класса: IgG – γцепи, IgM -μ-цепи, IgA - α-цепи, IgE – έ-цепи, IgD - δ- цепи. Иммуноглобулины человека классов IgG и IgA подразделяют на подклассы в соответствии с особенностями строения тяжелой цепи. Среди иммуноглобулинов человека класса IgG различают четыре подкласса: IgGl, IgG2, IgGЗ, IgG4. Среди иммуноглобулинов класса IgA различают два подкласса: IgA 1 и IgA2. Таким образом, у иммуноглобулинов человека существует девять разновидностей тяжелых цепей, определяющих принадлежность иммуноглобулинов к разным классам и подклассам. Принадлежность антитела к конкретному классу и подклассу называют изотипом. Изотип обозначается по типу тяжелой цепи. Например, антитела класаа IgGl принадлежат к γ 1изотипу. Легкие цепи у всех изотипов иммуноглобулинов представлены æ-или λ-цепями В составе молекулы иммуноглобулина всегда находится цепи одного типа Легкие цепи построены из двух доменов. Легкие и тяжелые цепи иммуноглобулинов гликозилированы В их составе обязательно находится два вида доменов - вариабельный (V - variable) и константный (С-coпstaпt). Иммуноглобулины, продуцируемые разными клонами плазматических клеток, имеют разные по аминокислотной последовательности вариабельные домены. Константные домены сходны или очень близки для каждого изотипа иммуноглобулина. В пределах одного изотипа известны также аллотипические варианты, или аллотипы, иммуноглобулинов. Они различаются по 1-2 аминокислотам, характерны для отдельных представителей видов и отражают внутривидовой полиморфизм генов, кодирующих константные домены цепей иммуноглобулинов. Аллотипы кодируются аллельными генами. Вариабельные домены являются N-концевыми. В составе легкой цепи N-концевой домен является вариабельным (VL), С-концевой домен - константным (CL). Тяжелые цепи имеют один вариабельный (N-концевой) домен (Vн) и несколько константных доменов. В составе тяжелой цепи иммуноглобулинов классов IgG, IgA, IgD имеется три константных домена. Иммуноглобулины классов IgM и IgE содержат четыре константных домена. Антитела связывают антиген с помощью активного центра. В формировании активного центра участвуют вариабельные домены тяжелой и легкой цепей. Активный центр связывается с эпитопом антигена (антигенной детерминантой). Константные домены обеспечивают так называемые эффекторные свойства антител (связывание с белками системы комплемента, лейкоцитами и др.). Обработка иммуноглобулинов протеолитическuми ферментами приводит к образованию фрагментов молекул, обладающих отдельными свойствами антител. При действии сериновой протеиназы папаина молекулы иммуноглобулинов расщепляются с образованием двух Fab-фрагментов и одного Fс-фрагмента. В состав первого фрагмента входит вся легкая цепь и первые два домена тяжелой цепи (VH и Сн). Fс-фрагмент включает ocтaльныe С-домены двух тяжелых цепей. Каждый Fab-фрагмент обладает способностью связывать антиген. Пепсин расщепляет молекулу иммyноглобулина с образованием F(аЬ')2 фрагмента и Fс'-фрагмента. При расщеплении сохраняются дисульфидные связи, связывающие два Fab '-фрагмента. Вследствие этого в составе сохраняется два активных центра антитела. Пепсиновый Fс'-фрагмент короче папаинового Fс-фрагмента. Строение активного центра иммуноглобулинов. Активные центры антител, продуцируемых разными клонами плазматических клеток, различаются. Они построены из варьирующих по своему строению участков V-доменов легкой и тяжелой цепей. Такие участки называются гипервариабельнымн регионами. Аминокислотная последовательность V -доменов иммуноглобулинов разных клонов вариабельна не на всем протяжении. Многие аминокислоты– консервативны. В первую очередь это аминокислоты, необходимые для поддержания общего строения (каркаса) V домена. Участки аминокислотной последовательности, расположенные между вариабельными регионами, называют каркасными регионами. Каркасные регионы образуют β-складчатую структуру, формирующую цилиндрическую форму V -доменов. Гuпервариабельные регионы (CDR) образуют между каркасными регионами петли, локализованные на вершине V -доменов. В структуре цельной молекулы иммуноглобулина УН- и VL-домены объединены. Их гипервариабельные регионы примыкают друг к другу и создают единый гипервариабельный участок на вершине Fab-фрагментов в виде кармана. Такой участок является антигенсвязывающим центром молекулы антитела. Антигенсвязывающий центр определяет специфичность антитела, образуя поверхность, комплементарную эпитопу антигена (антигенной детерминанте). Антитела связывают антиген нековалентно. Силы, принимающие участие во взаимодействии антиген – антитело: электростатические взаимодействия, возникают между заряженными боковыми группировками аминокислот в виде солевых мостиков; водородные связи, возникают между электрическими диполями; силы Ван дер Вальса, формируются вследствие флуктуации; электронных облаков вокруг противоположно поляризованных соседних атомов; гидрофобные взаимодействия, происходят в тех случаях, когда две гидрофобные поверхности стремятся сблизиться) вытесняя воду. Иммунный ответ на каждый отдельный антиген включает продукцию множества молекул антител, синтезируемых разными плазматическими клетками, и имеющих разное строение активного центра и изотип. Вследствие различий в строении активных центров образующиеся антитела имеют разную специфичность и разный аффинитет. Один клон плазматических клеток, являющихся потомством В-лимфоцитов, продуцирует антитела одной специфичности. То есть работает закономерность один клон - однн тип антител. Специфичность - направленность против конкретного эпитопа какого-либо антигена. Полный набор возможных антител называют антительным репертуаром. По разным оценкам, он включает от 1011 до 1016 молекул антител разного строения. Характеристика отдельных классов иммуноглобулинов. IgM имеет молекулярную массу, равную 950 кДа. Состоит из пяти мономеров, каждый из которых включает две тяжелые Н-цепи и две легкие цепи (каппа или лямбда). Мономеры объединены в области Fс-фрагментов в единый пентамер дисульфидными мостиками и соединительной J-цепью имеющей молекулярную массу 15 кДа. В состав Н-цепи входят один вариабельный и 4 константных домена. Fab-участки молекул IgM обладают гибкостью за счет остатков пролина СН2-домена, что придает подвижность активным центрам антител и позволяет им эффективно взаимодействовать с антигенами. Молекула IgМ имеет 10 активных центров (валентность равна 10). IgM обладает выраженной антибактериальной активностью, способностью связывать комплемент, не проникает через плацентарный барьер. Первым синтезируется в ответ на антигенную стимуляцию организма. Наиболее ранние антитела относятся к иммуноглобулинам класса М, что нередко используется в диагностике инфекционных заболеваний. Они же первыми появляются в процессе онтогенеза и филогенеза. Концентрация IgM в сыворотке составляет 0,5-2 мг/мл (-5 % от общего количества сывороточных иммуноглобулинов). На мембране В-лимфоцитов присутствует мономерная форма IgM, выполняющая функцию основной составляющей В-клеточного рецептора. IgG является основным иммуноглобулином, т.к. 80% антител крови относится именно к этому классу. Он имеет молекулярную массу 150170 кДа. Состоит из двух тяжелых и двух легких цепей В состав тяжелой цепи входит один вариабельный и три константных домена. Между первым и вторым константными доменами находится шарнирный участок, содержащий остатки пролина и цистеина, определяющие его гибкость. Содержится в сыворотке крови в наибольшей концентрации в сравнении с другими классами иммуноглобулинов (до 80% от общего количества сывороточных иммуноглобулинов). Средняя сывороточная концентрация - 12 мг/мл. В крови человека среди четырех подклассов иммуноглобулинов класса G более половины приходится на IgG1. Биологическая роль IgG разнообразна. Антитела класса IgG обладают выраженной антибактериальной, антивирусной активностью, в определенных условиих проявляют противоопухолевое действие. Взаимодействуют с белками системы комплемента. Проникают через плацентарный барьер. Это означает, что материнские антитела класса IgG обладают защитной функцией в отношении организма эмбриона и новорожденного ребенка. IgА – мономер с молекулярной массой 160 кДа. Существует также димерная форма. Характерен для секретов организма (слюна, слезы, пот, молозиво, пищеварительный сок, выделения слизистых поверхностей). В сыворотке крови его содержание незначительно и составляет 10-15% от общего количества сывороточных иммуноглобулинов. Тем не менее считается, что среди иммуноглобулинов всех классов 19A синтезируется в наибольших количествах (больше, чем IgG). В сутки у человека продуцируется до 3 г IgA. Тяжелая α-цепь построена из вариабельного домена, трех константных доменов и шарнирного участка. у человека известны два подкласса - IgAl и IgA2. Сывороточный IgA обычно представлен мономером. IgA, секретируемый на поверхность слизистых оболочек, - димер, образованный двумя мономерами и J-цепью. Дuмepный IgA секретируетея плазматическими клетками слизистых оболочек. Затем взаимодействует со специфическим иммуноглобулиновым рецептором на базальной стороне эпителиалыx клеток слизистой оболочки, и образовавшийся комплекс подвергается эндоцитозу с последующей транспортировкой к поверхности клетки, обращенной в просвет органа. Когда комплекс рецептора и IgA достигает мембраны, рецептор подвергается протеолизу, и часть рецептора вместе с димерным IgA выходит на поверхность слизистой в результате экзоцитоза. В целом процесс называется трансцитозом. Димерный IgA, секретируемый вместе с фрагментом полииммуноглобулиновым рецептором, называется секреторным компонентом. Комплекс димера и секреторного компонента называется секреторным IgA. Именно в такой форме IgA присутствует на слизистых поверхностях и в секретах молочных, потовых, слюнных, слезных желез. Здесь он связывает инфекционные агенты, предотвращая их проникновение с внешних поверхностей в ткани организма. IgE – мономер с молекулярной массой 185 кДа. Включает две Н-цепи и две легкие цепи. Н-цепь содержит один вариабельный и четыре константных домена. В сыворотке крови присутствует в очень небольших концентрациях. В норме составляет не более 0,1% от общего количества сывороточных иммуноглобулинов. Более 90% синтезируемого плазматическими клетками IgE секретируется в слизистых экзосекретах желудочно-кишечного тракта. Биологическая функция заключается в защите от внеклеточных паразитов, хотя она полностью не выяснена, и резкое увеличение количества IgE является патогенетическим признаком при аллергических реакциях. Принимает участие в развитии аллергических реакций. Fс-участком он связывается с Fс-рецептором на поверхности тучныx клеток и базофилов. Затем активным центром IgE взаимодействует с аллергеном, что приводит к сшиванию молекул Fс-рецептора на поверхности клетки. После связывания аллергена на поверхности тучныx клеток и базофилов с последующей сшивкой Fс-рецепторов клетки получают сигнал к секреции вазоактивныx аминов, что приводит к развитию IgE-зависимой аллергической реакции. IgD– мономер с молекулярной массой 185 кДа. Тяжелая цепь IgD построена из одного вариабельного и трех константных доменов. Содержится в сыворотке в исчезающих количествах. Функция сывороточного IgD неизвестна. На поверхности В-лимфоцитов присутствует мембранная форма IgD, входящая в состав В-клеточного рецептора. Вопросы для самоконтроля Какие исследования привели к установлению молекулярной структуры иммуноглобулинов? Что такое домен? Какие домены определяют специфичность молекулы иммуноглобулина? Как формируется активный центр молекулы иммуноглобулина? какие связи участвуют в формировании комплекса антиген-антитело? Молекулы антител структурно различны в так называемых константных областях. Как проявляется это разнообразие и какое преимущество оно дает организму? Как формируются полимерные формы иммуноглобулинов? Какова эффекторная функция антител? |