УЧЕБНИК Клиническая иммунология. Соколов Е.И. 1998. УЧЕБНИК Клиническая иммунология. Соколов Е.И. Содержание 1 сокращения, часто встречающиеся в тексте 2
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
ГЛАВА 5 ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИММУННОГО ОТВЕТА 5.1. ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ Главный комплекс гистосовместимости (МНС) своим названием «обязан» тому обстоятельству, что именно в этом кластере генов содержится информация о белках, ответственных за реакцию отторжения чужеродного трансплантата. Сегодня кажется само собой разумеющимся, что отторжение аллотрансплантата является одной из функций иммунной системы. Однако это не в большей степени очевидно, чем представление о том, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Было потрачено немало усилий на то, чтобы доказать иммунологическую природу реакции отторжения. Пионерские работы в этом направлении были выполнены П. Медаваром (Р. Medawar) в годы второй мировой войны. В этих исследованиях было убедительно показано, что отторжение чужеродного трансплантата кожи подчиняется правилам иммунологической специфичности. Впоследствии аналогичные результаты были получены при трансплантации других тканей, а также опухолей. В отношении последних была показана зависимость реакции отторжения от генетических факторов, что привело генетика Дж. Снелла (G. Snell) к идее создания конгенных линий мышей, т. е. линий, генетически идентичны» по всем, кроме одного, локусам. На коллекции конгенных лини» мышей были разработаны методы, с помощью которых удалось идентифицировать локус, ответственный за отторжение чужеродных тканей. В дальнейшем было показано, что этот локус представляет собой комплекс многих тесно сцепленных между собой генов, каждый из которых имеет множество аллельных вариантов. Главный комплекс гистосовместимости расположен в хромосоме 17 мыши и в хромосоме 6 человека. Генетическая карта этого комплекса представлена на рис. 14.  Рис. 14. Генетическая карта главного комплекса гистосовместимости человека. Молекулы МНС I класса. Эти молекулы представляют собой мембранные гликопротеины, состоящие из одной полипептидной -цепи с молекулярной массой 45 000. Роль -субъединицы выполняет нековалентно связанная с а-цепью молекула 2-микроглобулина с молекулярной массой 12000 (рис. 15). Структурный ген 2-микроглобулина локализуется вне МНС, в другой хромосоме (у мыши в хромосоме 2). Структурные исследования молекул I класса показали, что а-цепь состоит из трех внеклеточных доменов, гидрофобного трансмембранного участка и короткой цитоплазматической части. Существует множество аллельных вариантов гена, кодирующего а-цепь молекулы I класса, тогда как аллельный полиморфизм у 2-микроглобулина проявляется лишь в очень слабой степени. В результате различия между отдельными индивидуумами одного и того же биологического вида, обнаруживаемые при изучении антигенов МНС I класса, почти исключительно зависят от полиморфизма -цепи. У мышей и человека выявлено три локуса, кодирующих высокополиморфные а-цепи молекул МНС I класса. У человека они получили название HLA-A, HLA-B и HLA-C.  Рис. 15. Строение молекул антигенов главного комплекса гистосовмсстимости I и II классов. Молекулы МНС II класса. Эти молекулы также являются мембранными гликопротеинами и состоят из двух гомологичных полипептидных цепей с молекулярной массой соответственно 33 000— 35 000 (тяжелая -цепь) и 27 000—29 000 (легкая -цепь). Каждая цепь включает два внеклеточных домена, имеющих ограниченную гомологию с соответствующими доменами -цепи молекул I класса, молекул иммуноглобулинов и 2-микроглобулинов (см. рис. 15). У человека выявлено три локуса, кодирующих антигены II класса: HLA-DP, HLA-DQ и HLA-DR. Так же как и у молекул МНС I класса, для антигенов II класса существует множество аллельных вариантов. Другие продукты генов МНС. Эти молекулы принято также называть белками МНС III класса. Среди них важно отметить три компонента системы комплемента: белки С2 и С4, фактор В. 5.2. ПОЛИМОРФИЗМ АНТИГЕНОВ МНС По степени генетического полиморфизма антигены МНС превосходят все известные белки. Некоторые локусы МНС представлены в виде многих десятков аллелей. Такая исключительно высокая степень вариабельности напрямую связана с механизмами распознавания «своего» и «чужого». При этом существуют механизмы, поддерживающие аллельное разнообразие антигенов МНС. О наличии таких механизмов свидетельствует факт выраженной гомологии между отдельными крупными генетическими сегментами в пределах МНС. Можно думать, что происходило расширение или сокращение отдельных частей генома за счет дупликаций или делений. Различия в аминокислотных последовательностях между двумя аллелями одного и того же локуса связаны с наличием множественных аминокислотных замен, которые сконцентрированы, однако, в нескольких вариабельных зонах, что несовместимо с представлениями о простых точечных мутациях. 5.3. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПРИРОДА РАЗНООБРАЗИЯ АНТИГЕНСВЯЗЫВАЮЩИХ РЕЦЕПТОРОВ И АНТИТЕЛ Клетки иммунной системы, экспрессирующие на своей мембране антигенраспознающие рецепторы, способны распознавать практические любые белковые, полисахаридные или гликопротеидные структуры, в том числе и те, которые в живой природе не встречаются, но могут быть получены искусственно. Количество генов, необходимое для обеспечения такого огромного разнообразия антител и рецепторов, соизмеримо с общим числом всех генов организма. Для решения этой, на первый взгляд, неразрешимой проблемы в процессе эволюции возникли специальные молекулярные механизмы, с помощью которых всего около 200 эмбриональных генов Т-рецепторов и 700 генов иммуноглобулинов могут обеспечить возникновение соответственно 8 и 25 млн комбинаций, покрывающих антигенные структуры фактически любого патогенного агента. Однако прежде чем рассмотреть эти механизмы, необходимо вспомнить об общих закономерностях строения гена эукариот.  Рис. 16. Передача генетической информации с ДНК, где ген имеет прерывистую (мозаичную) структуру на мРНК. В мРНК генетическая информация записана непрерывно. И — интрон, Э — экзон.  Рис. 17. Возможные последствия сдвига рамки считывания. Интересно, что при варианте №3 считывания появляется терминирующий кодон, сигнализирующий об окончании синтеза белковой цепи. Сведения из молекулярной генетики. Гены высших организмов (эукариот) в отличие от генов бактерий имеют прерывистую структуру и состоят из копирующихся в мРНК нуклеотидных последовательностей, отделенных одна от другой некодирующими участками. Кодирующие участки называются экзонами, некодирующие — интронами. Синтез белка, кодируемый таким прерывистым геном, включает дополнительный этап — удаление участков, не несущих информации о строении белка. Сначала ген полностью копируется (транскрибируется) в молекулу пре-мРНК с той лишь особенностью, что происходит замена тимина на урацил. Следующий этап, названный сплайсингом, состоит в вырезании интронов и соединении экзонов. Получившаяся в результате молекула мРНК включает только те нуклеотидные последовательности, которые участвуют в кодировании белка, плюс так называемые сигнальные последовательности. Эта молекула, содержащая непрерывную генетическую информацию, в свою очередь транслируется в последовательность аминокислот (рис. 16). Специфическое распознавание границ интронов осуществляется с помощью особых ферментов. Возможны случаи, когда в результате нарушения такого распознавания сплайсинг пре-мРНК происходит не по границам интронов и экзонов, а с некоторым сдвигом. Такую ситуацию называют сдвигом рамки считывания, в результате чего один и тот же участок нуклеиновой кислоты будет кодировать совершенно другой белок (рис. 17).  Рис. 18. Перестройка ДНК с образованием гена, кодирующего тяжелую цепь молекулы IgG. Возникновение разнообразия антигенраспознающих рецепторов. Долгое время оставался совершенно непонятным процесс синтеза И- и L-цепей иммуноглобулинов, а также - и -цепей Т-клеточного рецептора. Было неясно, почему разные молекулы содержат идентичные С- и разные V-районы. Предполагалось, что С- и V-участки кодируются разными генами, однако вопрос о механизмах объединения этих участков в единую полипептидную цепь служил почвой для создания многочисленных гипотез. В 1976 г. группа исследователей под руководством С. Тонегавы показала, что V- и С-гены, кодирующие легкую -цепь иммуноглобулинов мышиной миеломы, в ДНК миеломных клеток примыкают друг к другу, а в ДНК эмбриональных клеток или сперматозоидов находятся на значительном расстоянии. В дальнейшем было установлено, что на определенном этапе развития между клетками зародышевой линии и зрелым лимфоцитом происходит специфическая перестройка ДНК, в результате которой участки, кодирующие вариабельные и константные области, оказываются расположенными в непосредственной близости друг к другу. Комбинация генов, возникшая после их перегруппировки, устойчиво наследуется всеми дочерними клетками. Такая перестройка на примере синтеза тяжелой цепи молекулы иммуноглобулина схематически представлена на рис. 18. Следует иметь в виду, что, хотя каждый ген содержит примыкающую к структурной области промоторную последовательность, он не транскрибируется до тех пор, пока не завершилась продуктивная перестройка ДНК. В ходе такой перестройки происходит делеция участка хромосомы, расположенной между объединяемыми V- и J-генами (или V, D и J в случае синтеза тяжелых цепей). Потери генетического материала в процессе конструирования гена тяжелых и легких цепей молекулы иммуноглобулина или - и -цепей антигенсвязывающего рецептора Т-клетки имеют абсолютно случайный характер. Эти потери происходят в ходе соматической рекомбинации в процессе созревания лимфоцитов, при транскрипции генов в пре-мРНК, а также при сплайсинге. В последнем случае молекула РНК вместе с интронами теряет большую часть «лишних» J-генов (рис.19).  Рис. 19. Упрощенная схема генетического контроля образования -цепи иммуноглобулина мыщи, Таким образом, огромное разнообразие антител (Т-клеточных рецепторов) при ограниченном числе генов достигается за счет следующих механизмов.
5.4. ЭВОЛЮЦИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЭВОЛЮЦИИ МОЛЕКУЛ СУПЕРСЕМЕЙСТВА ИММУНОГЛОБУЛИНОВ Полагают, что все гены, кодирующие молекулы, которые относятся к суперсемейству иммуноглобулинов, происходят от одного общего предка. Продуктами этих генов-предшественников была древняя система молекул клеточной адгезии, эволюция которой привела к образованию гена, кодирующего домен типа 2-микроглобулина. Все продукты генов, относящихся к суперсемейству иммуноглобулинов, построены из одного или большего числа таких доменов. Все эти домены имеют высокую степень гомологии, образованы примерно 110 аминокислотными остатками, содержат чередующиеся гидрофобные и гидрофильные участки, образующие антипараллельные -складчатые участки со вставками разной длины (так называемый иммуноглобулиновый тип укладки). В результате дупликации гена, кодирующего домен такого рода, возник ген мультидоменного белка — древний N-CAM (cell-adhesion molecules). Дальнейшая эволюция привела к образованию генов, кодирующих рецепторы гормонов, антигены МНС, дифференцировочные антигены, миелиновые белки, антигенсвязывающие рецепторы Т-клеток и иммуноглобулины (рис. 20). В результате перекомбинации экзонов произошло объединение доменов типа фибронектина с доменами типа N-CAM, что привело к возникновению современного семейства молекул клеточной адгезии (N-CAM, I-CAM, Ng-САМ, MAG, контактин). Важной особенностью структуры доменов является их взаимная комплементарность. Иногда вследствие дупликации и дивергенции генов возникали взаимодействующие друг с другом семейства молекул, например Т-клеточные рецепторы и антигены МНС, IgA и поли-IgA-рецептор .  Рис. 20. Эволюция молекул суперсемейства иммуноглобулинов. Известно, что древняя система молекул клеточной адгезии связана с примитивным узнаванием «своего». Так, у губок сращивание отдельных ветвей возможно только внутри одной колонии, а при сращивании с ветвями другой колонии через 7—9 дней происходит отторжение. В ходе эволюции молекулы этой системы постоянно усложнялись и специализировались, в результате чего процесс распознавания «своего» и «чужого» резко сократился во времени и достиг исключительно высокой степени специфичности. Исследования, проведенные в области сравнительной иммунологии, позволяют выделить четыре филогенетических уровня развития иммунной системы. К первому относятся одноклеточные эукариоты и примитивные многоклеточные. На этом уровне функционирует древняя система молекул клеточной адгезии, обеспечивающих взаимодействие клеток между собой. Ко второму уровню относятся практически все беспозвоночные, как первично-, так и вторичноротые. Именно на этом уровне формируются домены, входящие в антиген-распознающие структуры. Третий уровень охватывает хордовых, но не включает в себя млекопитающих. Этот уровень характеризуется появлением иммуноглобулинов. Причем у круглоротых, относящихся к подклассу миксин, иммуноглобулины имеют наиболее простую форму, тогда как у миног, составляющих другой подкласс, происходит дивергенция С-домена на СH- и СL-домены, в результате чего появляются тяжелые и легкие цепи молекулы иммуноглобулина. У костистых рыб С-домены L-цепи дивергируют на - и -типы. Различные изотипы Н-цепей обнаруживаются, начиная с двоякодышащих рыб и земноводных. Четвертый филогенетический уровень включает млекопитающих и характеризуется дальнейшей дивергенцией доменов, в результате которой возникают классы и подклассы иммуноглобулинов. ЧАСТb II КЛИНИЧЕСКАЯ ИММУНОЛОГИЯ Клиническая иммунология представляет собой раздел медицины, изучающий патологию человека в контексте нарушения функций иммунной системы. С этих позиций рассматриваются этиология и патогенез заболеваний, а также методы диагностики и лечения. Кроме того, к аспектам данной дисциплины, несомненно, относятся и нарушения взаимодействий иммунной, нервной и эндокринной систем, причем в эти рамки укладывается патогенез большинства патологических состояний человека. ГЛАВА 7 ОСНОВЫ ИММУНОДИАГНОСТИКИ Основными задачами клинической иммунологии являются: — диагностика врожденной недостаточности иммунной системы, в том числе наследственных дефектов системы комплемента и фагоцитарной функции (первичные иммунодефицита); — своевременное выявление приобретенных иммунологических дефектов (вторичные иммунодефицита); — диагностика иммунопатологических проявлений соматической патологии; — специфическая диагностика аллергии; — диагностика аутоиммунной патологии; — диагностика лимфопролиферативных заболеваний; — подбор пары донор—реципиент при пересадке органов и тканей; — диагностика дефектов иммунной системы при опухолях и их лечение; — выявление конкретного иммунологического дефекта и подбор (в том числе в тестах in vitro) способа иммунокоррекции; — объективизация эффективности иммунокорригирующей терапии и прогноза течения заболевания; — диагностика и лечение иммунопатологии репродуктивной функции (в том числе «иммунные» формы бесплодия, беременность, лактация), а также нарушений, связанных с климаксом. Для постановки диагноза иммунопатологического состояния используют следующие приемы: — сбор иммунологического анамнеза; — постановка диагностических тестов непосредственно у больного (тесты in vivo); — постановка иммунологических тестов in vitro. 7.1. СБОР ИММУНОЛОГИЧЕСКОГО АНАМНЕЗА И ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ИММУНОПАТОЛОГИЧЕСКИХ СИНДРОМОВ Сбор иммунологического анамнеза проводят в соответствии с картой иммунологического опроса. В результате опроса следует сразу определить тип наиболее вероятного иммунопатологического синдрома. Как правило, речь идет об одном из следующих 6 синдромов: — инфекционный синдром; — аллергический синдром; — аутоиммунный синдром; — первичный иммунодефицит (у детей); — вторичный иммунодефицит; — иммунопролиферативный синдром. |