Иммунология Хаитов. В. Н. Ярыгин профессор, академик рамн, ректорРоссийского государственного медицинского университета академик рамн, председатель Уральского отделения ран. Хаитов P. M., Игнатьева га, Сидорович И. Г
 Скачать 6.93 Mb.
|
|
Опухоли тимуса из и ляющих клеток Болезнь Острый лимфобластный лейкоз Острый лимфобластный Т-лейкоз Синдром Сезари* (Sezary); Т-лейкоз взрослых V-1); Mycosis fungoides; Хронический Т-лейкоз Болезнь Ходжкина** (Hodgkin's) Тип клеток Ранний предшественник лимфоцитов Эпителиальные клетки стромы тимуса Та или иная субпопуляция зрелых Т-лим- фоцитов*** Антиген- клетки Маркеры на мембране CD10 CD19 CD20 Цитокератины CD1 CD4 или CD8 CD30 Локализация Тимус, кровь, Тимус Тимус, кровь Периферичес- кие лимфоид- ные органы, кровь Периферичес- кие ткани *Синдром Сезари называют еще эксфолиативным дерматитом. Он характеризуется сильным зудом, инфильтрацией кожи атипичными мононуклеар- клетками, алопецией, отеком, измененной пигментацией кожи, изменениями ногтей. **Болезнь Ходжкина разнообразна по клиническим формам. В основе патогенеза опухолевая трансформация клеток, вероятнее всего, моноцитов. Но опухолевые антигенпредставляющие клетки стимулируют пролиферацию Т-лимфоцитов, и их количество может существенно превосходить нормальные показатели в крови ив тканях. Поэтому болезнь называют Ходжкина. В некоторых случаях лимфопролифера- ция отсутствует ретикулярные стромальные клетки, и кли- нически эту форму идентифицируют как узелковый склероз — nodular sclerosis. Прогноз более благоприятен при лимфоме Ходжкина, чем при узелковом склерозе. ***Клональность лимфомы диагностируют анализом генов TCR в опухолевых клетках. Если планируют костного мозга после радио- или химиотерапии, то методом цепной полимеразной реакции важно показать отсутствие генов TCR опухолевого клона в ткани костного мозга Главный комплекс «Главный комплекс гистосовместимости» (Major histocompa- tibility complex — — одно из трудных понятий для начинающих изучать иммунологию. Главная причина этого оторванность названия от природного предназначения. Эта оторванность объясняется историей развития наших знаний о Так сложилось, что сначала МНС был выявлен в сугубо искусственной модели трансплантации тканей и органов одного организма во внутреннюю среду другого как некий значительный по размеру комплекс генов, от которых больше, чем от других, зависит скорость отторжения трансплантата. Но поскольку в естественной природе нет процессов трансплантации тканей отдельных особей во внутреннюю среду других особей, много лет имело место молчаливое недоумение — зачем нужны эти гены и продукты, которые они кодируют, организмам, которым не пересаживают и никогда не будут пересаживать чужие органы Это недоумение разрешили Р.Цинкернагель и П.Дохерти, открывшие в гг. природные функции белков МНС — представлять для распознавания пептидные антигены для Т-лимфоцитов. Гены МНС были открыты и был введен этот термин в работах х годов в лаборатории, а затем институте Георга Снелла (George — знаменитого иммуногенетика. Ранее антигены, от которых в наибольшей степени зависит отторжение трансплантатов у мышей, описал Gorer. Иммуногенетики затратили много труда на выведение инбредных линий мышей и описали основные законы трансплантации Главный закон трансплантации, состоящий в том, что природа не рассчитана на смешение органов уже рожденных особей и пересаженные органы от другого организма в норме всегда отторгаются, люди знали, судя по всему, всегда, сколько существует человеческая культура. Давно знали, что пересадки тканей своего организма в пределах своего организма возможны пластические операции с аутотрансплантацией описывали средневековые хирурги. Применительно к генетическим отношениям доноров и реципиентов используют следующие термины — свой собственный (или изогенный) — полностью генетически идентичный организм (трансплантат. Сингенны мыши одного пола одной инбредной линии. Сингенны однояйцевые близнецы — другой организм в пределах одного вида. Аллогенны мыши разных инбредных линий кон генный организм, отличающийся от другого одним (в идеале) геном при одинаковости всех других • — организм другого биологического вида. Из экспериментов по иммуногенетике пересадки органов и тканей следуют 5 законов трансплантации и ксеногенные трансплантаты всегда отторгаются Аутологичные и сингенные трансплантаты приживаются Гибриды го поколения — F1 не отторгают трансплантаты обеих родительских линий P2), но каждая из родительских линий отторгает трансплантат от гибрида (это свидетельствует о кодоминантности вгиб- ридах экспрессии генов, кодирующих продукты, которые являются мишенью отторжения. Кодоминантность означает, что экспрессируются аллели обеих гомологичных хромосом (те. от каждого из родителей): АА х ВВ i АВ 50 % потомства от обратного скрещивания (F1 х быстро отторгают трансплантат от второй линии (в случае трансплантации кожного лоскута быстрое отторжение наступает на е сутки. Отсюда по законам менделевской генетики следует, что быстрое отторжение контролирует один Его-то Г.Снелл и назвал Major histocompatibility complex АВ х I АА. АА. АВ, АВ Пятый закон трансплантации открыл в 1922 г. Он наблюдал, что если данному реципиенту, один раз отторгшему трансплантат, пересадить повторно трансплантат оттого же донора то во второй раз одноименный трансплантат отторгнется достоверно быстрее. Это свидетельствовало об иммунных механизмах отторжения, поскольку феномен иммунологической памяти из биологических подсознательных процессов специфичен именно для иммунитета, а не других физиологических реак- ций. У мышей локус сегрегируется вместе с геном, кодирующим некий антиген, выявляемый антителами на эритроцитах мышей. Этот антиген в то время называли Локус, контролирующий гистосовместимость, обозначили Н-2 (Н — от histocompatibility). Верхний буквенный индекс при Ни т.д.) означает гаплотип данного локуса. У различных инбредных линий гаплотип Н может быть разным или одинаковым. Локус МНС весьма значителен по размеру — порядка 4хЮ 6 пар нуклеотидов (это 2—3 сентиморгана), что соизмеримо с целым геномом бактерии Escherichia Такое количество ДНК у человека содержит около 100 генов. Далеко не все из этих генов и их продуктов описаны и идентифицированы. У мышей выявлены 3 независимых локуса в комплексе МНС — Н-2К, H-2D и H-2L. Позже между ними картирова- ли локусы I-A и (I — от immune responce genes). В х годах B.Benacerraf, Η. McDevitt и др. в опытах на морских свинках установили, что интенсивность продукции антител к белковым антигенам контролируется генами из комплекса МНС. Аналогичное явление ясно обнаруживалось ив опытах на мышах разных инбредных линий. Гомологичный комплекс локусов у человека идентифицировали уже другие исследователи и др) и не в экспериментах по трансплантации, а в исследованиях реактивности антител из крови людей, перенесших трансплантации, или многорожавших женщин с лейкоцитами из крови других людей. Поэтому комплекс обозначен (от Human leukocyte antigen). Первые 3 антигена, выявленные в этих серологических реакциях (и соответствующие гены, обозначили Следующий локус обнаружили не серологически, а по индукции пролиферации в смешанной культуре лимфоцитов донора и реципиента его обозначили. Следующий идентифицированный серологически локус был близкосцеплен сего обозначили от Следующие два локуса обозначили соседними с R буквами Ρ и Q — HLA-DP и Позже, когда выяснили, какие белковые продукты кодируют разные структурные гены из комплекса МНС, комплекс разбили на два класса — I и II — MHC-I, МНС-П. К I классу у человека отнесли локусы HLA-A, и HLA-C, у мыши — Н-2К, H-2D и H-2L, ко II классу — соответственно и HLA-DQ у человека, Ι-Α и у мыши. Схема расположения в геноме локусов комплекса МНС человека и мыши показана на рис. 5.5 и Продукты генов локусов MHC-I — мембранные белки, конститутивно экспрессированные на всех ядросодержащих клетках тела, нов разных количествах на клетках различных гистотипов: больше всего этих молекул на лимфоцитах и лейкоцитах. МНС-П — тоже мембранные молекулы, но экспрес- сированы не на всех, а только на некоторых гистотипах клеток на дендритных клетках, В-лимфоцитах, моноцитах/ макрофагах, эндотелии сосудов. Первые 3 типа клеток относят к так называемым профессиональным 5.5. Расположение генов МНС человека в хромосоме 6 щим клеткам — это дендритные клетки и макрофаги поскольку на этих клетках, кроме молекул и I, экспрессируются все необходимые корецепторные молекулы и цитокины, достаточные для активации Т-лимфоцита к иммунному ответу (табл. Каждый локус MHC-I кодирует полипептидную цепь, обозначаемую традиционно ас молекулярной массой около 000, примерно из 325 остатков аминокислот. Цепь имеет внеклеточных домена трансмембранный участок и цитоплазматический участок из 55 аминокислотных остатков. С внеклеточными нековалентно ассоциирована легкая полипептидная цепь смол. массой 12 000, называемая Микроглобулин β2 кодируется геном, не сцепленным с МНС. Домены и формируют углубление размером около 2,5 нм. Именно в этом углублении) располагается пептид-антиген, предназначенный для распознавания Т-лимфоцитом. Пептид нив коем случае не сорбируется на МНС извне клетки, а конъюгирует- ся с нековалентными связями, нос достаточной аффинностью (К Μ) внутри клетки при формирова- I класс класс класс к Ϊ αβ α α 5.6. Расположение генов главного комплекса гистосовместимости мыши (Н) в хромосоме 17 (схема 129 5.4. Относительные уровни экспрессии и II на разных клетках Клетки Т-Лимфоциты В-лимфоциты Дендритные клетки Макрофаги Эпителиальные клетки тимуса Эндотелий Нейтрофилы Клетки почки Нейроны мозга Эритроциты MHC-I + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Нет МНС-П + (у человека, не у мыши) +++ +++ ++ +++ + Нет Нет Нет Нет Нет Количественная выраженность того или иного свойства представлена в условных знаках «+» — немного «++» — больше, чем «+»; «+++» — больше, чем «++». нии (фолдинге) МНС. Как и все трансмемб- ранные белки, MHC-I гликозилированы; места гликозилиро- вания — 86, 176, Asn 256. MHC-I связывает пептиды длиной 8—10 аминокислотных остатков, фиксируя пептид по обоим концам молекулы — Си N. Молекулы МНС разных вариантов связывают пептиды с определенными остатками аминокислот в так называемых якорных позициях это С-концевой остаток, й или 5-й с конца. Важно, что каждый конкретный аллельный вариант молекулы МНС связывает пептиды сданными, а не другими якорными остатками аминокислот. Другой аллельный вариант МНС имеет химическое сродство к иным якорным остаткам аминокислот. Поэтому важно посчитать, сколько же вариантов МНС имеет каждый отдельный человек, так как только нате пептиды, которые способны связать МНС особи, данная особь потенциально способна развить защитный иммунный ответ Если же некий антиген не связывается ни с одним вариантом МНС из тех, которыми располагает особь, то против этого антигена не будет иммунного ответа, организм беззащитен перед таким антигеном. Отсюда понятно, что генетический контроль иммунного ответа сильно зависит не только от генов, специально экспрессирующихся в лимфоцитах и антигенпредставляющих клетках, но и от генов, эксп- рессирующихся во всех клетках организма, — МНС. Исключение составляют безъядерные зрелые эритроциты на них нет ни MHC-I, ни МНС-П. Белки МНС-П (II класса) представляют собой мембран -2 y < β1 β2 MHC-II 5.7. Структура молекул MHC-I и II (схема). Молекулы MHC-I — трансмембранные гетеродимеры: цепь большая, имеет три внеклеточных домена. «Клефт» для связывания пептида формируют два терминальных домена цепи и размера нес ассоциирована ее называют микроглобулином. Молекулы также трансмембранные гетеродимеры. Полипептидные аи равновелики, обе пенетрируют мембрану, у обеих по два внеклеточных домена и «клефт» для связывания пептидов формируют внешние домены обеих цепей. 1 — пептид-антиген в комплексе с молекулами 2 — пептид-антиген в комплексе с молекулами МНС-П. ные молекулы — гетеродимеры из двух трансмембранных гликопротеинов (мол. масса 34 000) и (мол. масса. Внеклеточная часть каждой цепи имеет два домена. Пептидсвязывающий клефт (cleft) формируют совместно и домены ив отличие от «клефта» MHC-I «клефт» MHC- II открыт с обеих сторон (рис. 5.7). Стереохимическая открытость «клефта» МНС-П позволяет связывать более длинные пептиды, чем в случае MHC-I, — до 30 остатков аминокислот. Однако чаще всего из комплексов с удается диссоциировать пептиды размером 13—17 остатков аминокислот. Якорные остатки для большинства изученных аллельных вариантов находятся в позициях 1; 4; 6 и 9. 5.7. Механизмы образования комплексов пептидов-антигенов с молекулами главного комплекса В любой эукариотической клетке есть две зоны, или, каких принято называть от английского, компатменты. Одна зона связана с внешней внеклеточной средой и это зона мембранных структур и везикул, включающая в себя аппарат Гольд- жи, эндоплазматический ретикулум, лизосомы, эндосомы и фагосомы. Пептиды, образующиеся в данной зоне обслужи синтезируемые клеткой молекулы МНС-П. Происхождение пептидов везикул внеклеточное они образуются в результате протеолиза белков, захваченных клеткой посредством эн- доцитоза или фагоцитоза. Эндосомы, или фаголизосомы, сливаются с мембранными структурами, на которых фиксируются вновь синтезированные на полирибосомах молекулы аи -цепей МНС-П и еще одна так называемая инвариантная полипептидная цепь — П. Эта прикрывает МНС-П от связывания с пептидами внутри эндоплазматического ре- тикулума ив дальнейшем обеспечивает экспозицию молекул МНС-И внутрь везикул — эндосом, или фаголизосом. Комплекс из 3 тримеров в эндоплазматическом ретикулуме удерживается связью с кальнексином. В мембранных внутриклеточных структурах есть специальный компартмент М-Н-С (МНС class II compartment), в который физически упираются эндосомы и лизосомы с поглощенным внеклеточным содержимым. И только с участием пептида молекула МНС-Н принимает правильную продвигается к мембране и экспрессируется на ней. Чистые молекулы МНС I и II класса на мембране клетки не экспрессируются. Если клетка не располагает достаточным количеством чужого пептидного материала, то молекулы МНС-П связывают короткий фрагмент, образующийся при протеолитическом расщеплении инвариантной цепи — CLIP (class II linked В наслоении пептида на МНС-П участвует еще одна молекула на какое-то время стабилизирует пустые молекулы МНС-И (без пептида. Отсюда понятно, почему представление антигена именно молекулами осуществляется при развитии защитных иммунных реакций на внеклеточные и везикулярные инфекции. Поскольку комплексы антигенов-пептидов с молекулами распознают исключительно Т-лимфоциты, то ив защите от внеклеточных и везикулярных инфекций главную роль играют реакции, обеспечиваемые именно CD4 Т-лимфоцитами (рис. Вторая зона в клетке — зона цитозоля — неструктурированного мембранами внутриклеточного содержимого. Цито- золь непосредственно сообщается через крупные ядерные поры с содержимым ядра. В ядре идут процессы транскрипции РНК с ДНК (как нормальные клеточные, таки вирусные при вирусных инфекциях клеток. РНК из ядра транспортируется для трансляции белка в цитозоль на полирибосомы, и для фолдинга (принятия правильной конформации) белков под контролем шаперонов (катализаторов принятия поли- пептидной цепью биологически значимой конформации) полипептидные цепи направляются в специальные участки эндоплазматического ретикулума. Лишние, испорченные, неправильно конформированные белки постоянно расщепляются в цитозоле так называемыми протеасомами. — 132 Рис. 5.8. Строение клетки и зоны обслуживания молекулами и II (схема — зона (или мембранных структур клетки (везикулы, эндо- ретикулум, аппарат Гольджи), эта зона непосредственно сообщается с внеклеточной средой 2 — зона (или компартмент) цитозоля непосредственно сообщается с внутриядерным содержимым 3 — протеасомы в 4 — фагосомы; 5 — фаголизосомы сливаются с везикулами, содержащими несконформированные молекулы МНС-И; 6 — комплекс МНС- II — пептид внеклеточного происхождения экспрессирован на мембране клетки несконформированные молекулы MHC-I в зоне досягаемости пептидов продуктов протеасом; 8 — комплекс MHC-I — пептид «внутриклеточного» происхождения экспрессирован на мембране клетки. это комплексы из 28 субъединиц, каждая из которых имеет молекулярную массу 20 000 или 30 000. Два из 3 вариантов субъединиц протеасом — LMP2 и LMP7 кодируются генами, расположенными внутри комплекса Протеасомы осуществляют зависимую от убиквитина (ubiquitin) деградацию белков цитозоля. И именно пептиды, образующиеся в результате работы протеасом, поступают в «поджидающие» их в нужном месте эндоплазматического ре- тикулума еще несконформированные молекулы вступая в связь с пептидом, молекулы принимают биологически правильную конформацию и направляются для экспрессии на клеточную мембрану. Исследование мутаций и генетических дефектов, приводящих к иммунодефицитным 133 состояниям, выявило зависимость представления антигена молекулами MHC-I от двух полипептидов и ТАР-2 (Transporters associated with antigen В мембране эндоплазматического ретикулума эти два полипеп- тида формируют гетеродимер, ориентированный гидрофобными участками в полость ретикулума, а АТФ-связывающими доменами — в сторону цитозоля. Именно они доставляют пептиды для связывания с молекулами ТАР имеют сродство к пептидам с гидрофобными или остатками аминокислот на С-конце. Гены ТАР-1 и ТАР-2 расположены внутри комплекса МНС. Вновь синтезированная цепь MHC-I вступает в связь с мембранным протеином эндоплазматического ретикулума кальнексином мол. масса 88 000), который обеспечивает частичный фолдинг цепи. Кстати, тот же кальнек- син образует комплексы с вновь синтезированными и частично сконформированными полипептидами МНС-П, те. всеми иммунологически значимыми пептидами. При присоединении к цепи связь с кальнекси- ном диссоциирует, и комплекс присоединяется для дальнейшего прохождения процесса приобретения конформации к кальретикулину (calreticulin) эндоплазматического ретикулу- ма и протеину тапасину (Таким образом создаются условия для соединения пептида- антигена с принимающим конформацию комплексом При генетических дефектах в ТАР молекулы МНС деградируют внутри клетки, не попадая на клеточную мембрану. В норме в клетке молекулы присутствуют в избытке по отношению к пептидам. Поэтому в клетке при вирусных инфекциях довольно быстро пептиды вирусного происхождения оказываются представленными на поверхности зараженных клеток в составе комплексов с Молекулы представляют для распознавания Т-лимфоцитам синтезированные пептидные антигены. В плане защиты от инфекций этот механизм работает применительно в первую очередь к вирусным, а также бактериальным внутриклеточным инфекциям. Поэтому Т-лимфоциты рассчитаны в первую очередь на обеспечение противовирусной защиты, так как в комплексе с именно и только распознают пептидные антигены В отсутствие инфекций) мируют комплексы с эндогенными (собственными) пептидами внимание на то, что Т-лим- Рис. 5.9. Взаимодействие TCR с комплексом молекулы МНС-пептид на антигенпредставляющей клетке — клетка (например, дендритная 2 — Т 3 — молекулы МНС-И; 4 — пептид (собственно антигена- и TCR; 6 — молекула CD4. фоцитов в тимусе в норме в стерильном изнутри организме идет при взаимодействии отбираемых TCR со своими пептидами, а не на отборе своего и чужого. Поэтому естественно, что среди случайно формируемого разнообразия вариантов антигенсвязывающих структур даже после позитивной и негативной селекции тимоцитов среди выходящих на периферию Т-лимфоцитов обязательно найдутся TCR, способные специфично связываться, наверное, со всеми собственными антигенами. Опыт показывает, что так оно и есть. Но деструктивный иммунный ответ на собственные антигены в норме не развивается, ив дальнейшем мы обсудим то немногое, что известно о механизмах периферической толерантности. Стабильное связывание антигена молекулами МНС внутри клетки при формировании собственной конформации, а непростая сорбция из раствора антигена снаружи уже экспрес- сированными на мембране молекулами МНС, обеспечивает направление Т-лимфоцитарного иммунитета на реально инфицированные клетки тела. Иммунное воспаление, управляемое активными Т-лимфоцитами, — это наиболее энергичное воспаление по сравнению с другими вариантами и такое воспаление нельзя натравливать на ложные мишени, иначе организм будет ненаправленно избавляться от инфекции, а страдать от неоправданно разлитой альтерации тканей. Взаимодействие TCR с комплексом пептид — изображено на рис. 5.9. 5.8. Суперантигены В борьбе за свое существование инфекционные микроорганизмы научились синтезировать некие вещества, которые поступают с нашими Т-лимфоцитами не по правилам. Эти вещества называют суперантигенами. Когда они попадают в организм, то последний не может встретить их попыткой распознавания специфическим TCR потому, что суперанти- гены благодаря своим особым химическим свойствам способны присоединяться без процессинга в антигенпредставляющих одной стороны к молекулам МНС-И, ноне в области для пептида, а «сбо- как правило, к цепи, и одновременно к области TCR на Т-лимфоците. Это связывание вызывает активацию Т-лимфоцитов, ноне антигенспецифичного клона, а поликлональную. Обычно су- перантигены активируют 2—20 % периферических T- лимфоцитов. В результате многие Т-лимфоциты продуцируют и секретируют активационные цитокины, что вызывает синдром общей интоксикации в организме. А затем активированные Т-лимфоциты погибают путем апоптоза. Таков закон лимфоцитарного иммунитета на свой ли антиген или неспеци- фически, но единожды активированный лимфоцит обреченна апоптоз (феномен AICD activation-induced cell индуцированной активацией клеточной смерти. (Феномен иммунологической памяти — особое явление, и хотя оно исключительно характерно именно для иммунитета, механизмы его непонятны до настоящего времени.) Но фактом является то, что после поликлональной активации лимфоцитов наступает физический дефицит лимфоцитов, следовательно, иммунодефицит. Известны суперантигены бактериального и вирусного происхождения, такие как энтеротоксины стафилококков (токсин синдрома токсического шока (TSST-1 — toxic shock syndrome мембранный протеин вируса опухолей молочных желез бешенства, вирусов и животных и многие другие. Клиника пищевых отравлений, например, обязана главным образом действию SEs на Т-лимфоциты. Иммунодефицит в ранние сроки (ив поздние тоже) ВИЧ-инфекции в значительной мере объясняется лимфотоксическим действием су- перантигенов вируса ВИЧ. Генетический полиморфизм главного комплекса |