Иммунология. Основы медицинской иммунологии. Учебное пособие Рекомендовано Ученым советом Военномедицинской академии имени С. М. Кирова для курсантов и студентов
 Скачать 7.86 Mb.
|
|
Классификация антигенов с учетом генетических взаимодействий донора и реципиента Аутогенные (аутологичные) – собственные антигены организма (аутоантигены), которые при определенных условиях могут индуцировать образование антител. Трансплантаты собственных тканей организма – аутотрансплантаты. 202 Изогенные (изологичные) – генетическая идентичность индивидов (однояйцевые близнецы). Трансплантаты между ними – изотрансплантаты. Сингенные – принадлежность донора и реципиента к генетически неидентичным индивидам одного и того же вида. Трансплантаты между такими индивидами – аллотрансплантаты. Они гистонесовместимы и отторгаются. Аллогенные антигены вызывают образование изоантител. Ксеногенные (гетерологичные) – принадлежность донора и реципиента к разным видам. Вопросы для самоконтроля 1. Из каких факторов складывается вирулентность микроорганизмов? 2. Перечислите особенности формирования биопленок. 4.2. Взаимодействие антигенов с антителами Антигены и антитела связываются между собой за счет пространственной комплементарности. Было установлено, что различия в химической структуре гаптена сказываются на его способности связывать антитела. Представление о том, что антитела распознают антиген благодаря взаимной комплементарности паратопа и эпитопа, было блестяще подтверждено рентгеноструктурным анализом взаимодействия Fab- фрагментов специфических моноклональных антител и лизоцима. По мере уменьшения межмолекулярного расстояния прочность связывания антигена и антитела возрастает. Силы, удерживающие вместе антиген и антитело, принципиально ничем не отличаются от сил, участвующих в так называемых неспецифических взаимодействиях, которые возникают между любыми двумя белками или другими макромолекулами, например между сывороточным альбумином и трансферрином человека. Эти межмолекулярные силы можно разделить на четыре группы. 203 1. Электростатические силы. Обусловлены притяжением между двумя противоположно заряженными ионизированными группами, например аминогруппой (NH3 + ) лизина, входящего в состав одного белка, и кар- боксильной группой (СОО - ) глутаминовой кислоты, входящей в состав другого белка. Сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами, т.е. при сближении зарядов сила притяжения значительно возрастает. 2. Водородные связи. Образование слабых водородных связей между гидрофильными группами, такими как ОН, NH 2 и СООН, зависит, прежде всего, от пространственного сближения молекул, несущих эти группы. Водородные связи относительно слабы, поскольку имеют чисто электростатическую природу. 3. Гидрофобные взаимодействия. Если гидрофобные группы двух белков окажутся настолько близко друг к другу, что между ними не останется молекул воды, то общая площадь их контакта с водой уменьшится, и энергия системы окажется ниже, чем до их взаимодействия. Иными словами можно говорить о притяжении между белками. Гидрофобные взаимодействия по некоторым оценкам могут обеспечивать до 50% всего сродства между антигеном и антителом. 4. Вандерваальсовы силы. Эти межмолекулярные силы возникают в результате взаимодействия внешних электронных облаков. В результате флуктуации электронной плотности в одной молекуле она приобретает свойства диполя. Такой диполь индуцирует перераспределение электронной плотности и образование диполя в другой молекуле, и эти два диполя притягиваются друг к другу. Сила притяжения между диполями обратно пропорциональна седьмой степени расстояния, она очень быстро возрастает при сближении взаимодействующих молекул. Последнее свойство характерно для всех четырех типов сил - лишь при тесном сближении двух молекул и особенно в том случае, когда в область контакта уже не могут проникнуть 204 молекулы воды, эти силы достигают значительной величины. Именно это составляет основы взаимодействия антигена с антителом. Афинность или прочность связывания антигена с антителом. Афинность определяется площадью контакта между антителом и гаптеном или эпитопом, межмолекулярными расстояниями в области контакта, распределением заряженных и гидрофобных групп, а также теми конформационными изменениями, которые вызваны перекрыванием электронных облаков. Термин «афинность» относится к связыванию антитела с моновалентным гаптеном или с одной антигенной детерминантой. В большинстве случаев мы имеем дело с поливалентным антигеном, такое связывание характеризует - авидность. Авидность определяется многими сложными факторами. В частности, гетерогенностью антител в данной сыворотке, направленных к определенной антигенной детерминанте. Поливалентность большинства антигенов, кроме того, приводит и к своеобразному "усиливающему" эффекту ("bonus" effect): прочность связывания между двумя молекулами антигена через молекулы антител всегда выше обычно во много раз, чем прочность арифметической суммы связей антигенов через каждое антитело. Специфичность взаимодействия антитела с антигеном не абсолютна. Способность антител дифференцировать антигены хорошо иллюстрируется различной реактивностью антител по отношению к близким по химической структуре гаптенам. Прочность взаимодействия можно количественно описать с помощью аффинности или авидности, а специфичность антисыворотки можно выразить как отношение авидностей к рассматриваемым антигенам. Антисыворотка имеет относительно более высокую авидность к одному антигену, нежели к другому, это значит, что антисыворотка проявляет не абсолютную, а лишь относительную специфичность, т.е. по сути дела речь идет о степени перекрестной реактивности. Антисыворотка, полученная к одному антигену, может 205 перекрестно реагировать с родственным антигеном, несущим одну или несколько идентичных или похожих детерминант. Антисыворотка слабее реагирует с антигеном, несущим только одну идентичную детерминанту, поскольку лишь некоторые из содержащихся в сыворотке антител могут связаться с антигеном. Антиген, имеющий сходную, но не идентичную детерминанту еще менее эффективно взаимодействует с антителами. Антиген, не имеющий никакого структурного сходства, вообще не будет заметным образом реагировать с антисывороткой. На этих положениях основана этиологическая диагностика инфекционных болезней. Будучи направленными, только к одному эпитопу, моноклональные антитела высоко специфичны, т.е. обладают низкой перекрестной ре- активностью по отношению к перекрестным антигенам. Однако иногда моноклональные антитела связываются с посторонними антигенами с большей аффинностью, чем поликлональные антитела из соответствующей специфической антисыворотки. Это объясняется тем, что шесть гипервариабельных участков антитела составляют значительную часть вариабельного домена молекулы Ig и содержат самые разнообразные боковые цепи аминокислот. Очевидно, что разным участкам этой гипервариабельной области могут быть комплементарны самые разные Эпитопы, взаимодействующие с ними с разной степенью аффинности. Таким образом, каждое антитело может реагировать не только с антигеном, вызвавшим его образование, но и с другими, иногда совершенно не родственными молекулами. Вопросы для самоконтроля 1. Силы, обеспечивающие эффективность взаимодействия антитела с антигеном? 2. Специфичность взаимодействия антигена с антителом? 206 4.3. Главный комплекс гистосовместимости. Роль в формировании иммунного ответа Представления о главном комплексе гистосовместимости сложились при изучении судьбы аллогенных трансплантатов, т. е. органов и тканей, пересаживаемых в пределах одного вида животных. Такие органы надежно приживаются лишь между изогенными (генетически идентичными) парами донор–реципиент. Это характерно для инбредных животных, а у человека – для однояйцовых близнецов. В остальных случаях рано или поздно происходит отторжение донорских клеток в результате конфликта с антигенами реципиента. Молекулы, определяющие наиболее сильную (острую) реакцию отторжения, получили название главных антигенов гистосовместимости. Они кодируются генами хромосомной области, которая известна как главный комплекс гистосовместимости – МНС (англ. major histocompatibility complex). Лишь малая часть МНС-области кодирует антигены гистосовместимости. Кроме них, здесь локализовано более 100 генов, большинство из которых не имеют отношения к тканевому полиморфизму и иммунологическим функциям молекул МНС. Тем не менее, этот участок ДНК продолжают называть главным комплексом гистосовместимости, подчеркивая исторический приоритет и значимость МНС–зависимых реакций. Продукты МНС отличаются необыкновенным полиморфизмом, который вносит решающий вклад в антигенную индивидуальность (неповторимость) каждой особи. В основе лежит изобилие аллельных МНС- генов, циркулирующих в популяции. Этому соответствует множество молекул МНС с признаками структурной (антигенной) специфичности. Из их малой и случайной выборки складывается МНС-фенотип, присущий данному организму. Дополнительное разнообразие вносит диплоидность соматических клеток, благодаря которой каждая из них содержит по два комплекта МНС- генов – на материнской и отцовской хромосомах. Это означает, что 207 индивидуум может иметь не более двух аллелей каждого МНС-гена (по одному на материнской и отцовской хромосомах) и, следовательно, не более двух разновидностей каждого МНС-антигена. МНС-гаплотипы кодоминантны, т. е. одинаково влияют на фенотип клеток, поэтому МНС- фенотип (т. е. полный комплект молекул МНС, экспрессируемых клетками данного организма) является суммарным выражением двух гаплотипов, унаследованных по материнской и отцовской линиям. МНС-система есть у всех млекопитающих и птиц. У низших позвоночных главный комплекс гистосовместимости отсутствует, чему соответствует хроническое (а не острое) отторжение аллогенных тканей. Наиболее детально изучены МНС мыши и человека. Они имеют много общего, подчеркивая эволюционное единство иммунной системы. HLA: строение и номенклатура. МНС человека имеет акроним HLA (англ. human leukocyte antigens – антигены лейкоцитов человека). Это связано с тем, что HLA были впервые обнаружены на лейкоцитах человека в реакциях с сыворотками от многорожавших женщин и больных, получавших многократные гемотрансфузии. Такие сыворотки содержат антилейкоцитарные антитела, которые образуются в ответ на аллоантигены плода или доноров крови. Комплекс HLA локализован на хромосоме 6. Представления о масштабах HLA-генофонда существенно расширились благодаря использованию моноклональных анти-НLА-антител и молекулярно- генетическому анализу, т. е. прямому типированию HLA-генов. По данным на 2005 г. комплекс HLA включает более 1900 аллелей, альтернативное наследование которых обеспечивает беспрецедентную мозаику индивидуальных HLA-генотипов. Каждый человек наследует около 20 аллельных генов. Благодаря столь малой выборке вероятность полного совпадения индивидуальных HLA-генотипов (и, следовательно, HLA- фенотипов) ничтожно мала. Совпадение возможно лишь по отдельным 208 аллелям или их комбинациям. Близость HLA-фенотипов повышает вероятность приживления тканей в аллогенных парах донор–реципиент. Подобно другим видам животных, для человека характерно наличие двух основных классов МНС – HLA-I и HLA-II. При общей стратегии они различаются по генетической, структурной организации, тканевому распределению и функциям. HLA-I. Молекулы I класса содержатся на поверхности всех типов клеток, кроме эритроцитов и ворсинчатого трофобласта. Они представляют собой гетеродимеры, состоящие из двух полипептидных цепей – тяжелой (46 кД) и легкой (12 кД). Из них только тяжелая субъединица ( -цепь) является продуктом главного комплекса гистосовместимости и именно с ней связаны иммунологические функции молекулы. Цепь пронизывает плазматическую мембрану и имеет три внеклеточных домена – 1 , 2 и 3 . Вариабельность молекулы сконцентрирована в доменах 1 , и 2 ; домен 3 лишен полиморфизма. Легкая ( ) цепь представлена 2 -микроглобулином. Это продукт гена, который локализован на хромосоме 15, т. е. не входит в состав комплекса HLA. 2 -микроглобулин генетически однороден и напрямую не участвует в реализации функций HLA-1. Его роль сводится к транспорту -цепи на поверхность клетки (у мутантных мышей, лишенных 2 -микроглобулина, молекулы I класса не экспрессируются). 2 -Микроглобулин не имеет трансмембранного участка, удерживаясь на мембране за счет нековалентной связи с э -доменом. 2 -Микроглобулин легко сбрасывается с клетки, и его определение в крови и моче используется в диагностике некоторых (прежде всего гематологических) заболеваний (рис. 4.3). 209 Рис. 4.3. Структура молекул главного комплекса гистосовместимости (HLA) (пояснения в тексте). Молекулы HLA-I представлены тремя наиболее важными подклассами – HLA-A, HLA-B и HLA-C. Они кодируются одноименными генами, которым соответствует определенная позиция (локус) на хромосоме 6. Впервые HLA были идентифицированы Ж. Доссе в Париже в 1954 г., который открыл молекулу MAC, сегодня известную как HLA-A2. С тех пор прошло более 50 лет, в течение которых происходило накопление знаний об этом необыкновенно полиморфном наборе молекул и их генов. Согласно фенотипической классификации, которая основана на антигенных различиях HLA-I, молекулы называли в порядке их официального признания – А1, А2, A3, В7, В8 и т. д. В некоторых случаях цифре предшествует буква w, например, HLA-Cw5, HLA-Cw6 и т. д. (англ. work – работа, в работе). Это означает, что данный антиген официально не принят номенклатурным комитетом ВОЗ; после утверждения буква w убирается. С момента использования моноклональных антител некоторые антигены были расщеплены на молекулы (англ. spleet) с более узкой специфичностью. В биохимическом отношении HLA-антигены 1-го и 2-го классов состоят из 2-х почти равных гликополипептидных цепей с относительной молекулярной массой 33-35 кДа и с относительной молекулярной массой 28-31 кДа. Каждая цепь HLA-1 210 состоит из 2-х наружных доменов ( 1, 2 и 1, 2) , имеет трансмембранную гидрофобную часть и цитоплазматический участок цепи. Различия аминокислотных последовательностей, характерные для определенных антигенов HLA, сосредоточены в доменах 1 и 1, в то время как домены 2 и 2 обладают более постоянным аминокислотным составом и имеют выраженную гомологию с 2 -микроглобулином. Эти черты строения сходны со структурными особенностями иммуноглобулинов, что дает основание ряду исследователей постулировать общность эволюционного генеза иммуноглобулинов и антигенов системы HLA. При этом распознавательная функция последних считается эволюционно более древней, нежели распознавание с помощью антител. Антигены гистосовместимости 1-го класса HLA-A, B, C присутствуют практически на всех клетках организма, за исключением ранних эмбриональных клеток – нормальных и злокачественных. При этом их количество и степень экспрессии сильно варьируют в зависимости от типа ткани. В наибольшем количестве они представлены на лимфоцитах, клетках эпителия и эндотелия (табл. 4.1). Антигены локусов 1-го класса (HLA-A, B, C) занимают около 1% клеточной поверхности. При этом число молекул одной специфичности приближается к 7000 и достаточно постоянно, поскольку через 6-7 часов после их удаления наблюдается их полное восстановление. Говоря о биологической функции антигенов 1-го класса, следует отметить, что именно они главным образом выступают в качестве рецепторов для чужеродных антигенов. При этом, учитывая теорию двойного распознавания, суть которой состоит в том, что агент распознается Т-клеткой как чужеродный лишь после того, как он соединился с собственным антигеном презентирующей клетки, значение антигенов HLA-A, B, C представляется очень важным. 211 Таблица 4.1 Клетки и ткани, экспрессирующие молекулы главного комплекса гистосовместимости I и II класса Ткань MHC I класса MHC II класса Лимфатические ткани Т-клетки +++ +* В-клетки +++ +++ Макрофаги +++ ++ Другие представляющие антиген клетки +++ +++ Эпитепиальные клетки тимуса + +++ Другие клетки, содержащие ядро Нейтрофилы +++ - Гепатоциты + - Почка + - Мозг + — * Безъядерные клетки Эритроциты - - Примечания: * — экспрессируют активированные Т-лимфоциты. МНС обеспечивает взаимодействие не только между иммунокомпетентными клетками, но и любыми другими клетками организма, обуславливая функциональное единство организма. В процессе иммунного ответа антигенам HLA-A, B, C принадлежит ведущая роль (функция рестрикции иммунного ответа) во взаимодействии между клеткой эффектором (Т-киллером) и клеткой-мишенью. С другой стороны, как предшественники, так и зрелые клетки, распознают антигены 2-го класса, результатом чего является синтез IL-2, без которого не происходит созревания предшественника Т-киллеров – образование зрелых эффекторных клеток. Номенклатура HLA стала более сложной с введением генотипирования HLA. Это произошло в середине 1980-х годов после внедрения ДНК- технологий, прежде всего полимеразной цепной реакции (ПЦР). Для того, чтобы отразить растущее число аллелей, которые идентифицируются по 212 уникальным последовательностям нуклеотидов внутри известных антигенных обозначений, пришлось изменить привычную серологическую номенклатуру HLA-I, соединив ее с обозначением генетических аллелей. Для этого была введена четырехразрядная (иногда шестиразрядная) номенклатура, в которой два первых разряда (00) предназначены для обозначения группы аллелей, кодирующих данный антиген, а третий и четвертый разряды обозначают ин- дивидуальные аллели. Например, для первого аллеля HLA-A1 это выглядит как HLA-A*0101. Обозначение включает название подкласса (А), знак выноски (*), указывающий на то, что для типирования использовались ДНК-методы, группу аллелей, кодирующих данный антиген (01), и специфический аллельный номер (01). К 2005 г. известно 1057 аллелей HLA-I, в том числе 349 для HLA-A, 626 – для HLA-B и 182 – для HLA-C. Число аллелей для отдельных серологических вариантов колеблется от 1 до 32. Например, HLA- B27 представлен 16 аллелями – HLA-В*2701–HLA-B*2716. Многие аллели не имеют серологического эквивалента, что дает основание говорить отдельно об аллельных и антигенных типах HLA. В связи с тем, что серологическое типирование допускает ряд ошибок, сегодня в классификации HLA-I предпочтение отдается первичной структуре ДНК (рис 4.4). В генотипе каждого человека имеется шесть генов HLA-I – по три в каждом гаплотипе. При несовпадении (гетерозиготности) материнского и отцовского гаплотипов по генам всех трех локусов (А, В и С) индивидуум будет иметь наиболее полный HLA-I-фенотип, т. е. шесть аллотипических вариантов HLA-I(например, A3,24; В18,44; Cw7,4). Если гаплотипы дублируют друг друга (т. е. частично гомозиготны), набор молекул HLA-I будет редуцирован (например, A3; В18,44; Cw7). To же самое справедливо для HLA-II. Недавно открыты дополнительные локусы HLA-I: E, F и G. Их гены отличаются ограниченным полиморфизмом и необычным тканевым распределением своих продуктов. Функции этих так называемых 213 неклассических HLA-молекул неизвестны, но они не участвуют в представлении антигенов, по крайней мере, обычных пептидов. Рис.4.4. Строение главного комплекса гистосовместимости человека (МНС) (по Д. Мейл, Дж. Бростофф, 2007) HLA-II. HLA-DR-антигены экспрессированы в основном на В- лимфоцитах и макрофагах, а также выявляются на эпидермальных, эндотелиальных клетках и сперматозоидах. На Т-клетках HLA-DR-антигены в обычном состоянии не обнаруживаются, но будучи активированными in vitro и in vivo митогенами или аллогенными лимфоцитами, они экспрессируют антигены примерно на том же уровне, что и В-лимфоциты. Возможно, этот факт имеет определенный биологический смысл, ибо экспрессия генов ведет к взаимодействию клеток с развитием целой цепи последовательных событий и, возможно, как стимулирующий фактор, индуцирующий иммунную реакцию, она должна проявляться только при необходимости. 214 Молекулы 2-го класса, экспрессия которых ограничивается В- лимфоцитами, моноцитами и активными Т-лимфоцитами, содержат 2-е полипептидные цепи ( и ) неравной величины и являются продуктами нескольких тесно сцепленных генов, в сумме обозначаемых как зона HLA-D. МНС-2-го класса это тоже трансмембранные гликопротеины. Обе цепи формируют 2- домена, аминокислотные последовательности одного из них, расположенного ближе к мембране - 2 -микроглобулина и вариабельного домена иммуноглобулина – в большой степени гомологичны. Ассоциированные с HLA показатели иммунного статуса могут различаться в разных этнических группах по аналогии с данными о популяционных особенностях HLA-маркеров болезней. Верификация генетических факторов, обусловливающих предрасположенность или устойчивость к различным инфекционным и соматическим заболеваниям, в том числе к лепре и туберкулезу, имеет большое значение для формирования групп лиц с повышенным риском развития этих заболеваний, что особенно актуально для эндемичных по данным инфекциям регионов. Успехи последних десятилетий в молекулярной генетике позволили перейти на новый уровень прогноза развития указанных болезней. В многочисленных исследованиях установлена взаимосвязь клеточного иммунного ответа с определенным генотипом HLA как при туберкулезе, так и при лепре в различных популяциях. При этом при наличии разных маркеров данных болезней по антигенам HLA I класса в большинстве популяций определяются ассоциации с одними и теми же аллелями локусов HLA II класса. Для туберкулеза это чаще всего DR2, а для лепры – DR2, DR3, DQ1. Можно полагать, что специфичность DRB1-16 или ее аллельные варианты избирательно нацелены на презентацию общих патогенных пептидов Mycobacterium leprae и Mycobacterium tuberculosis Т-клеткам. Установление молекулярных механизмов распознавания антигенов 215 является необходимой базой для дальнейшей коррекции силы иммунного ответа индивидуума в отношении любого антигенного воздействия. Прогресс на этом пути очевиден, так как уже сейчас показано, что замена всего лишь единственной аминокислоты в последовательности антигенсвязываюшего участка молекулы гистосовместимости может приводить к развитию толерантности. Такого рода подходы открывают новые перспективы в борьбе с различными заболеваниями, в том числе с туберкулезом и лепрой. HLA/MHC: функции. Отторжение чужеродных тканей, которое происходит в ситуациях, искусственно создаваемых человеком, ничего не говорит о физиологических функциях HLA. С этой точки зрения неудачна и терминология: понятие "главный комплекс гистосовместимости" не отражает природного назначения его продуктов. Это стало ясным после утверждения центральной позиции HLA в представлении антигенов Т-лимфоцитам – возможно, не единственного, но, безусловно, главного назначения данной системы. HLA (MHC)- презентация антигенов имеет четкую направленность, которая выражается в том, что молекулы I и II классов обеспечивают альтернативное представление антигенов CD8 + и CD4 + Т-лимфоцитам. Такая адресность основана на комплементарности в парах CD8–HLA-I ( домен) и CD4–HLA-II ( 2 -домен), которая обеспечивает корецепторную функцию CD4 и CD8 в распознавании антигенов Т-лимфоцтами. Зависимость Т-реакций от HLA называется рестрикцией (англ. restriction – ограничение). Учитывая универсальность тканевого распространения молекул класса I, следует ожидать, что в представлении антигенов могут участвовать многие типы клеток. Именно так обстоит дело на этапе реализации иммунного ответа, когда любая клетка, презентирующая на своей поверхности "чужие" антигены в комплексе с HLA-I, атакуется цитотоксическими (CD8 + ) Т-лимфоцитами. Активность молекул класса II связана главным образом с профессиональными 216 антигенпредставляющими клетками. Они презентируют антигены Т-хелперам, опираясь на корецепторную активность CD4. Возможность индуцированной экспрессии HLA-II на эндотелиоцитах, эпителиальных клетках и ряде других клеток допускает вероятность "непрофессиональной» HLA-II презентации антигенов CD4 + Т-лимфоцитам. Это возможно на этапе реализации иммунного ответа. Для индукции иммунного ответа этого недостаточно. Здесь требуется более сложная кооперация антигенпредставляющих клеток и Т- лимфоцитов. Она происходит при участии нескольких пар комплементарных CD-молекул и цитокинов на территории лимфоидных тканей, т. е. в зоне, оптимальной для взаимодействия иммунокомпетентных клеток. Презентация антигенов молекулами I и II классов происходит по общей схеме. Короткие пептиды (Т-эпитопы, а точнее, их носители), которые образуются из антигенов в результате процессинга (внутриклеточного протеолиза), соединяются с комплементарными молекулами HLA и вместе с ними выносятся на поверхность клетки. Можно говорить о функциональном дуализме HLA-презентируемых антигенных пептидов. Он проявляется их способностью одновременно связываться с молекулами HLA и реагировать с рецепторами Т-лимфоцитов. Антигены, распознаваемые Т-клетками, должны иметь, по меньшей мере, два неперекрывающихся участка: один - для взаимодействия с молекулами HLA, другой (собственно Т-эпитоп) для рецепторов Т-лимфоцитов. Фрагмент молекулы HLA, распознаваемый Т- клеточным рецептором, называется гистотопом. Он возникает в результате конформационных изменений HLA, обусловленных комплексированием с антигенным пептидом. Это означает, что антигенспецифический рецептор Т- лимфоцитов (TCR) обладает двойной специфичностью, или двойным распознаванием. С одной стороны, он реагирует на HLA-презентируемый антигенный пептид ("чужое"), а с другой – на молекулу HLA ("свое"). Антигенные пептиды, воспринимаемые HLA-1 и HLA-II, построены соответственно из 9–10 и 12–25 аминокислот. Большинство из них являются 217 внутренними фрагментами молекул, которые вычленяются из белка-носителя. Пептидсвязывающий участок молекул HLA представляет собой щель, образуемую комбинацией вариабельных доменов: (HLA-I) и (HLA-II). Аллельные варианты HLA различаются по конфигурации пептидной ловушки и, следовательно, по сродству к разным пептидам. Принципиальное различие между HLA-I и HLA-II сопряжено с источником представляемых антигенов. По существу это древнее приобретение, нашедшее новое применение у высших организмов. HLA-I- зависимая презентация является способом освобождения от ненужного, отработанного материала, который непрерывно возникает внутри клеток. В нем участвует каскад механизмов, таких как убиквитин, молекулярные шапероны, протеасомы, транспортеры, связанные с процессингом антигенов (ТАР1 и ТАР2), образующие канал для транспорта пептидов через мембрану эндоплазматического ретикулума. Именно здесь, на внутренней поверхности эндоплазматического ретикулума, происходят сборка молекул HLA-I и их связывание (с помощью ТАР-молекул) с адекватным пептидом. Комплекс HLA-I–пептид переносится на поверхность клетки, где осуществляется его представление (в том случае, если пептид является антигеном) CD8 + -Т- лимфоцитам. Таким путем уничтожаются опухолевые и вирусинфицированные клетки. Презентация HLA-II отражает элиминацию чужеродных белков из внешней среды. После сборки в эндоплазматическом ретикулуме молекулы HLA-II соединяются с инвариантной пептидной цепью (она частично зависит от HLA-DM), которая служит шапероном (стоппером) для HLA-II, препятствуя опережающему связыванию пептидов. В виде такого комплекса молекулы HLA-II переносятся к эндосомальным везикулам, нагруженным экзогенными белками. Здесь после слияния с лизосомами происходит протеолитическое расщепление белков и инвариантой цепи, обнажающее связывающий участок HLA-II для сформировавшихся пептидов. Готовый 218 комплекс HLA-II–пептид транспортируется на поверхность клетки, где распознается CD4 + Т-лимфоцитами. Это различие не абсолютно. При гибели клеток, синтезированные ими (т. е. эндогенные) антигены могут поглощаться дендроцитами и макрофагами и, подобно экзогенным пептидам, экспрессироваться в комплексе с HLA-II. Возможен и альтернативный механизм: переключение потока антигенных пептидов с экзогенного (HLA-II–зависимого) пути на эндогенный (HLA-I– зависимый) путь. Такого рода перекрестная презентация содействует развитию полноценных Т-клеточных реакций, нацеленных, в частности, против тех вирусов, которые не реплицируются в профессиональных антигенпредставляющих клетках. Повторим, что ассортимент каждого индивидуума ограничен примерно 20 аллельными HLA-генами. Это несравнимо меньше числа антигенных пептидов, с которыми могут встретиться Т-лимфоциты. Отсюда следует, что каждая молекула МНС способна презентировать не один, а множество пептидов. Все они имеют элементы структурного сходства, которое обеспечивает фиксацию в однотипной ловушке HLA. Но это не исключает их антигенной индивидуальности, так как специфичность Т-эпитопов определяется всего 1–2 аминокислотами. Распространение различных HLA-структур неодинаково и зависит от национальной и расовой принадлежности. Некоторые антигены и аллели встречаются часто, тогда как другие – редкое исключение. Их значение до сих пор не установлено, так как с ними не сталкиваются специалисты, занятые пересадкой органов. Аллельные варианты HLA неодинаково реагируют с различными пептидами, определяя прецедент для генетического контроля за интенсивностью иммунных реакций. Это означает, что индивидуумы с разными HLA-фенотипами могут неодинаково (даже альтернативно) реагировать на один и тот же антиген, так как их молекулы HLA различаются по взаимодействию с однотипными пептидами. Иммунный ответ вызывают 219 лишь те антигены, которые связываются с HLA. Поэтому неудивительно, что концепция о генах, контролирующих силу иммунного ответа (Ir-гены, англ. Immuneresponse), во многом базируется на представлениях о главном комплексе гистосовместимости, прежде всего HLA-II. Это понятно, так как молекулы II класса презентируют антигены Т-хелперам, от активации которых зависят все формы иммунного ответа. Влияние молекул главного комплекса гистосовместимости на реактивность к антигенам наиболее отчетливо проявляется в опытах на линейных (инбредных) животных. Но положительные связи между HLA-фенотипом и особенностями иммуного ответа известны и для человека. Так, носители аллелей HLA-DR2 и HLA-DR5 характеризуются склонностью к образованию IgE-антител к аллергенам пыльцы амброзии. Протективные пептиды вируса гриппа А встраиваются в молекулы В27 и А2, поэтому носители данных аллелей более устойчивы к гриппозной инфекции. Презентация антигенов – сложный процесс, связанный с участием многих молекул. Для ряда из них возможны аллельные варианты, которые неодинаково влияют на функции HLA и поэтому тоже включаются в генетический контроль за иммунным ответом. Исследования в этом направлении только начинаются. Загадкой остается предрасположенность к ряду болезней у лиц с определенным HLA-фенотипом, т. е. у носителей определенных HLA-I/HLA- II-аллелей или их комбинаций. На этот счет имеется несколько гипотез, одна из которых основана на неодинаковой способности аллотипических вариантов HLA презентировать антигенные пептиды. Яркий пример — анкилозирующий спондилит (болезнь Бехтерева): около 90% больных являются носителями гена HLA-B27, тогда как его частота среди контрольных образцов составляет всего 9%. Допускают, что молекулы данного аллотипа могут быть рецепторами неизвестного вируса или избирательно представлять патогенетически значимые пептиды CD8+ Т- лимфоцитам. Сюда примыкает реактивная артропатия (синдром Рейтера), 220 возникающая после ряда инфекций: около 40% больных имеют в своем фенотипе HLA-В27. Менее выразительными, но значимыми примерами служат ревматоидный артрит (ассоциация с HLA-DR4), системная красная волчанка (HLA-DR3), инсулинзависимый диабет (HLA-DQAl*0301/HLA- DQBl*0302), идиопатический мембранозный гломерулонефрит (HLA-DR3), миастения гравис (HLA-В8, HLA-DR3), псориаз (HLA-DR4) и ряд других заболеваний, которые так же, как болезнь Бехтерева и синдром Рейтера, считаются аутоиммунными процессами. Интригует и вопрос о причинах, приведших к формированию столь полиморфной системы генов. Согласно одной из версий, главный комплекс гистосовместимости эволюционировал как механизм повышения видовой устойчивости против инфекционных агентов. Гарантией служит многообразие HLA-фенотипов, которое обеспечивает распознавание довольно большого количества антигенов на уровне популяции. В то же время каждый из ее представителей, обладая малой выборкой из общего числа аллельных HLA-генов, ограничен узким набором антигенпрезентирующих молекул. Это сокращает спектр воспринимаемых антигенов, снижая масштабность иммунного ответа против экзогенной агрессии. Неполноценные аллели и их комбинации выбраковываются естественным отбором. Примером служит устойчивость населения африканских стран к фатальным исходам малярии. Она связана с принадлежностью к группе аллелей HLA-B*53, а также к гаплотипу HLA- DRBl*1302/DQBl*050l. Замечено, что резистентность к инфекциям выше у людей, гетерозиготных по HLA. Это, по-видимому, связано с тем, что они способны представлять Т-лимфоцитам более широкий круг пептидов, чем гомозиготные индивидуумы. Не исключено, что специфика HLA влияет и на другие проявления биологической индивидуальности. Непонятной, но вряд ли случайной является экспрессия аутологичных (собственных) компонентов на 221 поверхности клеток в комплексе с HLA-I. Более того, на них приходится львиная доля пептидов, встраиваемых в молекулы I класса (презентация "чужих" антигенов составляет ничтожный процент). Возможно, за этим скрыт механизм, поддерживающий иммунологическую Толерантность к собственным тканям, но смысл может быть и другим. Замечено, например, что МНС-генотип влияет на сексуальное поведение животных. При спаривании мыши отдают предпочтение партнерам гетерологичных линий, т.е. особям с другим МНС-генотипом. Поразительно, но речь, скорее всего, идет о дифференциации структурных особенностей МНС по запаху, т. е. аллельные варианты МНС наделены функцией феромонов. Эта логика нацелена на повышение генетического полиморфизма популяции. Естественно, для человека это невозможно. Но, утратив функцию выбора сексуального партнера, HLA-система "пытается" защитить популяцию от появления НLA-гомозигот. В супружеских парах, близких по HLA, невынашиваемая беременность наблюдается чаще, чем в парах с аль- тернативным HLA-генотипом. И все-таки наибольший практический интерес главный комплекс гистосовместимости представляет как фактор, определяющий возможность или невозможность пересадки аллогенных тканей. Главным является определение совместимости донора и реципиента по HLA-аллелям. Ее степень детерминирует приживляемость трансплантатов, особенно в связи с применением современных иммунодепрессантов. Возможно прямое и непрямое представление аллельных молекул HLA. В первом случае происходит реакция на HLA-связанные пептиды либо на донорские HLA вне презентируемых пептидов. Это наиболее важная разновидность при остром отторжении аллотрансплантатов. Непрямое представление имеет вторичный характер: Т-лимфоциты реципиента распознают донорские пептиды HLA, процессированные собственными антигенпредставляющими клетками. Этот механизм больше реализуется при хроническом отторжении трансплантатов. 222 Поскольку хронический вариант является главной причиной потери пересаженных органов, непрямое представление служит основной мишенью в аллогенной трансплантологии при разработке методов терапевтического воздействия. В состав 3-го класса входят гены компонентов комплемента С2, С4а, С4в, пропердиновый фактор. Наконец к 4-му классу условно отнесены гены, связь которых с системой HLA еще нуждается в доказательствах. Распознавание антигена. Огромное значение имело установление того факта, что цитотоксические Т-лимфоциты, взятые у животного, выздоравливающего от вирусной инфекции, поражают только те зараженные вирусом клетки, которые имеют тот же самый гаплотип МНС. Цитотоксические Т-лимфоциты людей, выздоравливающих от гриппа, и экспрессирующие антигены HLA-А2 могли поражать зараженные вирусом гриппа клетки-мишени, несущие антигены HLA-A2, но не другой набор антигенов HLA. Среди важнейших установленных фактов, характеризующих функцию антигенов HLA класса и HLA класса , обеспечивающих взаимодействие между всеми субпопуляциями иммунокомпетентных клеток организма необходимо отметить также следующие: 1. Молекулы МНС приобретают стабильную форму и соответствующую трехмерную конфигурацию только после того, как в связывающий сайт ее складки встраивается пептид. Только после этого молекула МНС способна мигрировать на поверхность клетки, где она готова выполнить свои функции. Удаление пептида из пептидсвязывающей структуры МНС, экспрессированной на клеточной мембране, нарушает ее трехмерную конфигурацию и ведет к её гибели. 2. Комплекс HLA–пептид является чрезвычайно стабильным и кристаллизуется в единой структуре. Этот комплекс остается на поверхности 223 клетки в течение нескольких недель, что позволяет многим «проходящим» Т- клеткам сканировать представляемый собственной молекулой МНС пептид. 3. Наконец каждый пептид связывается (и удерживается в складке) с инвариантным участком, характерным для каждого из аллелей молекулы МНС и имеющим определенный мотив аминокислотных остатков, участвующий в таком связывании. Таким образом, в связь с конкретным пептидом вовлекаются конкретные же участки антигенов – аллельные варианты молекул МНС, что, по сути, и является основой генетического контроля иммунного ответа. Это положение хорошо иллюстрируют данные о том, что пептид вируса герпеса связывается с гаплотипом HLA DQA1*0501/DQB1*2001, но не DQA1 0201/DQB10201, различие между которыми в DQA1-цепи составляет 15 аминокислотных остатков. Длина пептидов, связывающихся с молекулой HLA класса , 8-10 аминокислот. Пептиды, связывающиеся с молекулой HLA класса , более гетерогенны: 9-25 аминокислот. Установление этих фактов и имеющаяся в настоящее время возможность анализировать аминокислотные последовательности всех аллельных вариантов антигенов HLA , в том числе их инвариантные участки, а также структуру пептидов, определяющих специфичность различных чужеродных агентов, включая болезнетворные, позволяют заранее предсказать связывание тех или иных пептидов тем или иным участком молекулы МНС. Иными словами можно заранее предсказать генетическую отвечаемость или неотвечаемость на тот или иной агент. Это в свою очередь создает принципиально новые возможности при иммунизации населения, поскольку позволяет выявить лиц, которые в принципе не могут быть иммунизированы при использовании «классических» вакцин. Это, однако, не означает, что иммунный ответ у них не может быть получен вообще. Для этих целей подходят вакцины нового поколения, позволяющие действовать «в обход» генов HLA. 224 Из числа антигенов, кодируемых системой HLA, первыми в систему процессинга антигенов включаются антигены локуса LMP (гены LMP2, LMP7). Функция данных молекул состоит в том, что они регулируют размер и специфичность пептидов. Приводят их в «соответствие» со связывающими сайтами молекул МНС класса . После связывания с пептидом происходит высвобождение молекул HLA и транспортировка на поверхность клеток, с помощью, также кодируемых МНС, «пептидных насосов» ТАР (от транспортеров, ассоциированных с антигенным процессингом). В отличие от молекулы класса обе цепи молекулы МНС класса синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме, откуда после их временного соединения с третьей инвариантной цепью они транспортируются в эндоцитарный компартмент, где они встречаются и затем связываются с пептидом, либо, если этого не произошло, деградируют в лизосомах. После связи с пептидом, заменяющим инвариантную цепь молекулы МНС класса , переходят на клеточную мембрану. Вытеснение пептидом инвариантной цепи молекул класса обеспечивают белки, также кодируемые системой HLA и названные HLA-DМ. Эти белки катализируют замену «временного» пептида инвариантной цепи на специфический антиген. Таким образом, следует отметить, что открытые локусы HLA TAP, DM, LMP играют важнейшую роль в экспрессии молекул HLA на клетки и тем самым участвуют в развитии иммунного ответа. В более упрощенном виде распознавание чужеродного антигена можно представить следующим образом. Основные постулаты распознавания антигена 1. Наличие на поверхности лимфоцитов предсуществующих специфических антигенсвязывающих рецепторов, экспрессия которых не зависит от того, встречался ли организм с данным антигеном или нет. 2. На одном лимфоците может быть рецептор только одной специфичности. 225 3. Антигенсвязывающие рецепторы могут экспрессироваться на поверхности как Т-, так и В-лимфоцитов. 4. Лимфоциты с рецепторами определенной специфичности составляют клон, т.е. являются потомками одной родительской клетки. 5. Распознавание антигена невозможно без участия макрофагов, дендритных клеток, которые осуществляют представление антигена лимфоциту. 6. Распознавание «чужого» происходит в контексте распознавания «своего», т.е. антигенсвязывающий рецептор Т-лимфоцита распознает на поверхности макрофага молекулярный комплекс, состоящий из собственного антигена гистосовместимости и чужеродного антигена. После распознавания антигена начинается активация В-лимфоцитов, которые реагируют на три различных типа антигенов (рис. 4.6.). 1.Тимуснезависимые антигены типа 1. Некоторые антигены, такие, как бактериальный липополисахарид, при достаточно высокой концентрации способны к поликлональной активации значительной части популяции В- лимфоцитов, т. е. для такой активации антигенная специфичность поверхностных рецепторов клетки роли не играет. При низкой концентрации подобных антигенов, не приводящей к поликлональной активации, те В- лимфоциты, у которых иммуноглобулиновые рецепторы специфичны по отношению к данным антигенам, будут пассивно фокусировать их на своей поверхности. При этом за счет собственной митогенной активности эти антигены будут стимулировать пролиферацию клеток. 2. Тимуснезависимые антигены типа 2. Некоторые линейные антигены, медленно распадающиеся в организме и имеющие часто повторяющуюся, определенным образом организованную детерминанту, например полисахарид пневмококков, полимеры Д-аминокислот, поливинил- пирролидон, также способны непосредственно без участия Т-клеток стимулировать В-лимфоциты т.е. относятся к тимус-независимым. Они 226 длительное время персистируют на поверхности специализированных макрофагов краевого синуса лимфатического узла и маргинальной зоны селезенки. Связывание этих антигенов с антигенспецифическими В-клетками происходит с высокой авидностью и обусловлено перекрестным взаимодействием антигенных детерминант с иммуноглобулиновыми рецепторами. Тимуснезависимые антигены обоих типов вызывают преимущественно синтез IgM, и индуцируемый ими иммунный ответ практически не сопровождается формированием клеток памяти. Рис. 4.6. Индукция иммунного ответа тимуснезависимыми и тимусзависимыми антигенами (по A.K. Abbas, 2009) 227 3. Тимусзависимые антигены. Необходимость кооперации с Т- хелперами. Многие антигены относятся к группе тимус-зависимых; у животных, подвергнутых неонатальной тимэктомии и имеющих мало Т- клеток, они либо не вызывают синтез антител, либо этот синтез очень слаб. Эти антигены в отсутствие Т-лимфоцитов лишены иммуногенности: они могут быть одновалентными в отношении специфичности каждой детерминанты, подвергаться быстрой деградации фагоцитирующими клетками, наконец, не обладать собственной митогенной активностью. Связавшись с В-клеточным рецептором, они, так же как и гаптены, не способны активировать В-клетку. Гаптены приобретают иммуногенность при соединении с подходящим белком-носителем. В настоящее время известно, что функция носителя заключается в стимуляции Т-хелперов, помогающих В- клеткам реагировать на гаптен, стимулируя последние дополнительными сигналами. Вопросы для самоконтроля 1. Перечислите основные биологические функции молекул HLA-1 класса. 2. Перечислите основные биологические функции молекул HLA-2 класса. 3. Назовите особенности формирования комплекса молекула HLA- антиген. |