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.
|
|
в лимфопоэзе Стадия развития В-лимфоцита в лимфопоэзе Общая лимфоидная клетка-пред- шественник Ранняя про-В- В-клетка (интенсивно лиферирует) Большая пре- В-клетка (интенсивно про- лиферирует) Малая пре-В- клетка Незрелая В- клетка Зрелая неим- мунная В- клетка Состояние генов тяжелой цепи Зародыше- вая конфигурация Перестройка Перестройка Перестроенный Тоже Перестроенный в в мембран- ной форме Экспрессия IgM и Состояние генов легкой цепи Зародыше- вая конфигурация Тоже Перестройка Перестроенный Экспрессия легкой цепи Экспрессия особых триклеточ- ных белков RAG2 RAG2 TdT VpreB λ5 TdT VpreB Λ5 Рецепторы для Рецепторы для Тяжелая μ- цепь Легкая к - или — — Маркеры клеточной мембраны CD34 CD45 CD34 CD45 CD38 CD10 CDI9 CD38 МНС-П CD45R МНС-И Pre-BCR CD19 CD40 CD45R МНС-П CD19 CD38 CD40 CD45R МНС-Н CD19 CD20 CD40 CD45R МНС-П 19 CD20 CD21 CD40 BCR-IgM/ 102 4.4. Признаки в процессе развития иммунного ответа (иммуногенеза) Стадия развития в иммуно- генезе цит памяти Плазмоцит Состояние генов РНКбелка тяжелой цепи Альтернатив- ный сплай- синг биосинтез секретируе- формы Произошло переключение класса тяжелой цепи сна у, ε или В генах произошли гипермути- рование и отбор наиболее аффинных антител Массовая продукция тяжелых цепей заданного типа Состояние генов РНКбел- ка легкой цепи Продук- тивный синтез легкой цепи В генах произошли гипермути- рование и отбор наиболее аффинных антител Массовая продукция легких цепей заданного типа Экспрессия особых внутриклеточных белков Специфи- ческое антитело Массовая продукция цельных иммуноглобулинов в секреторной форме Маркеры клеточной мембраны CD45R МНС-Н CD20 CD21 CD40 CD45? МНС-П Или IgE CD19 CD20 CD21 CD40 Антиген плазмоци- (CD38) процесса рекомбинации на второй из двух гомологичных хромосом если повезет, то для второго варианта VDJ/ VJ на территории костного мозга не найдется антигена и В- лимфоцит выживет и будет иметь шанс быть использованным на периферии. В костном мозге молодых здоровых мышей ежедневно вступают в митоз Х 6 клеток. Из них только клеток (меньше половины) выходит на периферию. Столько же периферических В-лимфоцитов ежедневно отмирает. Это ежедневное обновление пула составляет 5—10 % общего числа периферических В-лимфоцитов. Если новый В-лимфоцит по каким-то причинам не попал в лимфоидный фолликул периферических лимфоидных тканей, то его время полужиз- 103 ни не превысит 3 дней. В лимфоидных фолликулах неиммун- ные время полужизни от 3 до 8 нед все это время они готовы встретить «свой» процесс иммуногенеза, те. развития иммунного ответа, и стать либо плазмоцитом, либо В-лимфоцитом памяти. Специализированное анатомическое местопребывания В- лимфоцитов в периферической лимфоидной ткани — фолликулы. В фолликулах В-лимфоциты удерживаются связями со специальными клетками стромы — дендритными клетками фолликулов (FDC — follicular dendritic cells). FDC — это не те же самые дендритные клетки, которые присутствуют в покровных тканях под названием клеток Лангерганса (белых отростчатых эпидермоцитов — по новой классификации, в тимусе (интердигитальные) и циркулируют в крови. Это другие по гистогенетическому происхождению клетки, по крайней мере FDC не костномозгового происхождения. На FDC экспрессированы рецепторы для иммуноглобулинов рецепторы, отличающиеся двумя особенными свойствами. Первое, самое необычное, заключается в том, что, связав однажды комплекс антиген — антитело через FcR, FDC способны нести его на себе продолжительное время (дни, месяцы, возможно годы. Второе свойство FcR FDC комплекс антиген не поглощается внутрь клетки. Именно в познавший свой антиген и вступивший еще при прохождении через Т-зависимую парафолликулярную зону лимфатического узла (или другого периферического лимфоидного органа) в адекватное взаимодействие с также распознавшим антиген Т-лимфоцитом, интенсивно На этой стадии развития В-лимфоциты называют центробластами. В центробластах происходит уникальное даже среди лимфоцитов явление — возрастание аффинности антител в отношении своего антигена (по английски это называют affinity maturation). В дифференцировке Т-лимфоцитов аналогичного процесса нет. Феномен возрастания аффинности антител по мере прогрессивного развития иммунного ответа — пример классического дарвиновского процесса на клеточном уровне. Уникальной особенностью молекулярной генетики В-лимфоцитов является запрограммированность на повышенную частоту соматических мутаций в уже перестроенных иммуноглобулинов в центробластах происходит замена одной пары нуклеотидов (п.н.) на каждые п.н. на 1 митоз. Во всяком другом участке ДНК такое событие случается с вероятностью те. на 9 порядков реже. Получается, что каждый второй центробласт несет мутацию в области молекулы иммуноглобулина. Чем выше оказывается сила связи иммуноглобулина в составе BcR (больше аффинность) с антигеном, присутству- 104 в фолликуле на поверхности FDC, тем больше вероятность выживания данного В-лимфоцита, ибо на этом этапе связь с антигеном является антиапоптоз- сигналом на выживание — происходит индукция эксп- в результате генетической или эпигенетической аномалии имеет место повышенная экспрессия антиапоптозных генов, то развивается про- который называют лимфопролиферативным, те. возникают опухоли из В терминальной стадии дифференцировки В-лимфоцита, в сильно развит эндоплазматический ретикулум. Более 20 % всего белкового синтеза плазмоцита составляют секретируемые иммуноглобулины. На мембране плазмоцита иммуноглобулинов уже нет. На плазмоцитах нет и МНС-П; в них невозможно уже переключение классов иммуноглобулинов, невозможно соматическое гипермутирование иммуногло- булиновых генов. Продукция антител плазматической клеткой уже не зависит от контакта с антигеном, не зависит и от взаимодействий с Т-лимфоцитами. Первые узла, в котором инициирован иммунный ответ, в мозговых тяжах cords), эти клетки вырабатывают антитела для «внутреннего пользования данные антитела связывают антиген в комплекс и фиксируются на фолликулярных дендритных клетках. По мере прогрессивного иммунного ответа прошедшие аффинное созревание В-лимфоциты превращаются в плазмоциты, которые мигрируют из лимфатического узла в костный мозг или в lamina propria эпителиальных тканей, где живут и Этим сроком и ограничена продолжительность гуморального иммунного ответа. Для всех описанных стадий развития В-лимфоцитов описаны и соответствующие опухоли, сохраняющие и локализацию, и фенотипические признаки исходной нормальной клетки. Опухоли из лимфоцитов всегда судя по перестроенным генам иммуноглобулинов, те. происходят из одной клетки. Именно на опухолях из В-лимфоцитов была изучена молекулярная генетика иммуноглобулинов. Плазмоцито- мы (син. миеломы) локализуются в костном мозге. Хотя они являются опухолями из зрелых клеток, но растут, как правило, агрессивно, так как микроокружение изобилует факторами роста. В типичных случаях нозологический диагноз лейкоза соответствует той или иной нормальной субпопуляции илиста- дии развития В-лимфоцитов (табл. В опухолевых лимфоидных клетках часто обнаруживают транслокации, при которых локусы генов иммуноглобулинов оказываются физически приближенными к генам регуляции пролиферации Таблица В-клеточные лейкозы Хронические Острый лимфобласт- ный лейкоз Пре-В-лейкоз Фолликулярная лим- (Burkitt's) (Waldenstrom's) Множественная миелома Нормальный клеточный эквивалент -лимфоциты Ранние лимфоидные клетки-предшествен- ники Пре-В-клетки Зрелые В-лимфоциты В-лимфоциты Плазматические клетки (могут быть иммуноглобулины разных классов) Локализация опухоли Кровь Костный мозги кровь То же Периферические лим- фоидные органы (фол- ликулы) Периферические ткани Нормальные клеточные гены, контролирующие пролиферацию, называют Онкогенами в свое время были названы открытые гены РНК-содержащих вирусов, ответственные за опухолевое перерождение инфицированных вирусом клеток. Позже выяснили, что эти гены вирусы списывают с клеточных генов, которые и назвали протоонкогенами. Про- тоонкогеном является антиапоптозный ген. Конститутивные иммуноглобулины (нормальные антитела) Если в организм модельного млекопитающего не проникает ни один патоген и ни один антиген иной природы, в крови и биологических жидкостях этого организма тем не менее будут присутствовать (ив немалом количестве) иммуноглобулины. Есть они и у естественно развивающихся организмов. Такие иммуноглобулины называют нормальными или консти- тутивно синтезируемыми Что это за иммуноглобулины Это аутоантитела, те. антитела, направленные против молекул собственного организма. Они принадлежат к и Ау взрослых большинство — к Антитела полиреак- тивны, те. способны связывать множество антигенов, как ауто-, таки экзогенных. В связывании антигенов этими нормальными антителами, как показывают опыты по направленному мутагенезу, принимает участие область CDR3 в мене тяжелых цепей и антигенсвязывающий центр кодируется зародышевыми V-генами. Как правило, эти антитела имеют низкую аффинность, но высокую авидность к Константы диссоциации для нормальных иммуноглобулинов колеблются от 10 5 до М. Но, например, для нормального аутоантитела к константа диссоциации составляет М. Нормальные антитела обнаруживают уже в крови новорожденных, и спектр их реактивности консервативно сохраняется во взрослой жизни. Это говорит о том, что нормальные иммуноглобулины подвержены некоему положительному отбору в онтогенезе для нормальных идиотоды каркасные и невариабельные молекул рецепторов для антигенов молекулы и HLA-I; рецепторы лиганды для молекул межклеточной адгезии и др. Есть основания полагать, что нормальные антитела выполняют ряд весьма важных для здоровья первая линия обороны против инфекций удаление из организма отживших клеток и продуктов катаболизма; представление антигенов для Т-лимфоцитов (иммуноглобулины на мембране В-лимфоцитов связывают растворимые антигены в крови, лимфоцит интернализует их рецепторопосредованным эндоцитозом, и внутри клетки образуются комплексы пептидов с молекулами главного комплекса гистосовместимости, которые экспрес- на мембране В-лимфоцита); • поддержание гомеостаза аутоиммунной реактивности противовоспалительное действие антигенов индукция синтеза противовоспалительных цитокинов; аттенуация комплементзависимого повреждения тканей и др.). Например появляются данные о том, что в случае клинической манифестации некоторых патологических аутоиммунных болезней, в патогенезе которых действуют тела, имеет место дефект регуляции этих патогенных со стороны нормальных антиидиотипических Показано, что в периоды ремиссии аутоиммунных васкулитов, в патогенезе которых действуют антинейтрофильные тела (ANCA), в крови в достаточных количествах появляются антиидиотипические по отношению к ANCA разными препаратов донорских объясняются «противовоспалительным» действием нормальных иммуноглобулинов Глава 5. Т-ЛИМФОЦИТЫ. ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС 5.1. Сущность всякого лимфоцита, как Т, таки В, состоит в экспрессии антигенраспознающего рецептора и необходимых дополнительных сервисных молекул, чтобы факт распознавания антигена имел действенные последствия, направленные на санацию организма от мешающих антигенов. Эти сервисные молекулы (мембранные, а также секретируе- мые цитокины) обеспечивают взаимодействие Т-лимфоцитов с другими клетками организма. Антигенраспознающий рецептор Т-лимфоцитов обозначают кодируется генами из суперсе- мейства иммуноглобулинов, те. родственниками генов иммуноглобулинов. Молекула TCR представляет из себя как бы молекулы иммуноглобулина — аналог одного является гетеродимером — состоит из двух равновеликих полипептидных цепей. У млекопитающих известно две разновидности пар цепей в TCR. Водной паре цепи обозначают соответствующие Т-лимфоциты — Вторая пара цепей — у и δ, соответствующие Т-лимфоциты обозначают Каждый индивидуальный Т-лимфоцит несет какой- либо один вариант рецептора — либо <χβ, либо В отличие от иммуноглобулинов TCR исключительно трансмембранные молекулы, те. Т-лимфоцит всегда работает собственным клеточным телом». Более того, в отличие от иммуноглобулинов неспособен распознавать (связывать растворимые антигены Это относится по крайней мере к и подавляющему большинству антигенов, за исключением патогенных суперантигенов. Что же тогда распознают Т-лимфоциты? Природой Т-лим- фоциты предназначены для распознавания поверхностных структур собственных клеток организма. Если что-то на поверхности своих клеток будет раздражать Т-лимфоцит (например, примесь вирусных пептидов, то он постарается зовать уничтожение Т-лимфоцит комплекс или МНС-И с неким пептидом, который и есть антиген в общем понимании. Один определенный участок молекулы вступает в химическую связь с молекулой второй участок того же TCR в тот же момент времени вступает в связь с пептидом-антигеном. Этот феномен называют двойным распознаванием Он был открыт Р.Цинкернагелем (R.M.Zinkernagtel) и П.Дохерти (P.C.Doherty) более 20 лет назад, в 1996 гони получили за это открытие Нобелевскую премию. Их первая публикация в журнале «Nature» относится кг. и занимает половину страницы. Но это открытие многие расценивают как самое великое в иммунологии за последние 100 лет. В англоязычной литературе этот феномен называют еще МНС-рестрикцией Т-лимфоцитов (МНС- restricted Τ Существенно, что присоединяется к молекулам МНС не снаружи клетки, те. он не сорбируется на клетке. Пептид-антиген встраивается в комплекс с МНС при формировании конформации молекул МНС после их биосинтеза в клетке и перед их экспрессией на клеточной мембране молекул. МНС не бывает на наружной мембране клеток, они просто не Выть" ны, не примут правильной конформации, если еще внутри клетки не вступят в связь с длины. Таким образом Т-лимфоцитов с рецептором не распознают свободные нативные антигены (еще раз подчеркнем отличие от иммуноглобулинов, которые как разумеют работать с нативными антигенами в том виде, в каком судьба забросила их во внутреннюю среду организма или даже на слизистые оболочки. Другие клетки должны каким-то образом пропустить антиген через себя и выставить его на своей мембране в комплексе с чтобы Т-лимфоцит обратил на антиген свое внимание. Это и есть феномен представления антигена (или, как иногда говорят, транслитерацией с английского — презентации антигена Т-лимфоциту. Какие клетки в организме способны быть антигенпредставляющими и механизмы этого процесса мы разберем в отдельном разделе, здесь лишь отметим строгую необходимость представления антигена Т-лимфоциту другими клетками. Строение рецептора Т-лимфоцитов для антигена (Вторичная и третичная структуры рецепторов и принципиально аналогичны. Поэтому мы опишем строение рецептора Т-лимфоцитов для антигена на примере Т-лимфоциты с — это более привычные Т-лимфоциты, которые стали известны на несколько десятков лет раньше, чем 99 % Т-лимфоцитов, проходящих лимфопоэз в тимусе, это был открыт как особая молекула на клеточной мембране Т-лимфоцитов, с которой связываются моноклональные антитела, полученные как специфично реагирующие с индивидуальным клоном Т-лимфоцитов. С помощью таких антител «увидели», что на отдельном Т-лимфоците экспрессировано около 30 000 таких молекул. Быстро изучили молекулярную структуру рецептора. Оказалось, что собственно антигенсвязывающая часть его состоит из двух равновеликих полипептидных цепей — α (мол. масса 40 000— 60 000, кислый и β (мол. масса 40 000—50 нейтральный или основный гликопротеин). Каждая из цепей имеет по два домена во внеклеточной части, гидрофобную положительно заряженную (за счет остатков лизина и аргинина) трансмембранную часть и короткий (из 5—12 остатков аминокислот) цитоплазматический участок. Между собой цепи соединены одной дисульфидной связью выше мембраны. Каждый из внеклеточных доменов имеет по одному сайту (месту связывания) гликозилирования и соответственно гликозили- рован. Наружные внеклеточные домены обеих цепей имеют вариабельный аминокислотный состав от рецептора к рецептору (от лимфоцита к лимфоциту, гомологичные области молекул иммуноглобулинов и названные одноименно — ластью TCR. Проксимальные домены обеих цепей гомологич- ны константным областям молекул иммуноглобулинов итак- же названы одноименно — С-областью TCR. Соответственно обозначены и гены, кодирующие эти области полипептидов и Си Именно области аи -цепей вступают в связь с комплексом пептидом. Место контакта с пептидом в — участок CDR3, причем с центральной частью пептида вступает в связь участок контакта Vα — J α Короткий цитоплазматический участок как у атаки физически недостаточен для обеспечения проведения сигнала внутрь клетки. Для проведения сигнала с TCR служат входящие в рецепторный комплекс еще 6 инвариантных (т.е. одинаковых у всех Т-лимфоцитов) полипептидных цепей: у, δ, две ε и две ζ. Цепи у и две ε расположены по паре по бокам от и Комплексу, как выяснили, и составляет мембранную структуру CD3, идентифицированную раньше по реактивности с моноклональными антителами, связывающими все без исключения Т-лимфоци- ты. Цепи у, δ и ε имеют внеклеточный, трансмембранный (отрицательно заряженный за счет остатков и поэтому электростатически связанный с трансмембранными участками и и цитоплазматический участки. В случае генетических дефектов в комплексе CD3 аи на мембране Т-лимфоцита не появляются. Это свидетельствует о том, что полипептиды у и ε строго необходимы для формирования правильной конформации аи -цепей и экспрессии их на мембране Рис Строение рецептора Т- лимфоцитов для антигена (схема). Рецептор состоит из 8 полипеп- тидных цепей. Антигенсвязываю- щая область рецептора формируется цепями и цепи у е (вместе их называют комплексом) необходимы для экспрессии цепей й и β, их стабилизации и, вероятно, проведения сигнала внутрь клетки — самая внутриклеточная, обеспечивает проведение сигнала внутрь клетки. Полипептиды комплекса — у, <5 и гомологичны друг другу. Их гены локализованы рядом, все в хромосоме 11 у человека, и, очевидно, произошли путем дупликации от одного предкового гена. Две соединены между собой дисульфидной связью, в мембране встроены между трансмембран- ными участками и цепей и часть по- липептидной уходит в цитоплазму клетки. Там эта цепь и «задействуется» в реакциях проведения сигнала при связывании антигена областями и β на внутриклеточные структуры и процессы. Во всех цитоплазматических участках полипептидных цепей у δ, ε и ζ содержатся последовательности аминокислот — ΙΤΑΜ tyrosine-based activation motifs), которыми эти полипептиды взаимодействуют с протеин-тирозин- киназами цитозоля (активация этих ферментов и составляет биохимическую суть реакций по проведению сигнала). Схематически структура состоящего из 8 полипеп- тидных цепей, представлена на рис. Рецептор для антигена присоединяет свои лиганды ионными, водородными, ван-дер-ваальсовыми и гидрофобными связями. Рецептор достаточно живи подвижен. При связывании с антигеном его конформация существенно изменяется. Как показывают исследования с применением самых современных методов с использованием трансгенных мышей (у которых все Т-лимфоциты имеют единственный вариант TCR) и коллекции синтетических пептидов икон- сигнала тролируемых комплексов пептидов с растворимыми молекулами МНС, один потенциально способен связывать достаточно много разных антигенов (если под антигенами понимать членные пептиды по минимальным оценкам по максимальным — по наиболее точным оценкам порядка Причем один связывает не только родственные по структуре антигены (их понимают как перекрестно реагирующие, но и антигены не имеющие гомологии в структуре. Гены и рецептора для антигена Гены и (а также у и устроены гомо- логично генам иммуноглобулинов и претерпевают соматическую рекомбинацию (перестройку ДНК) в процессе дифференцировки Т-лимфоцитов. Это и обеспечивает генерацию разнообразия свойств оцениваемого также, как и для иммуноглобулинов теоретически порядка вариантов, реально враз меньше соответственно числу лимфоцитов в организме. Гены цепи имеют 70—80 сегментов и 61 J-сегмент, комбинации которых по одному из каждой области обеспечивают дополнительное разнообразие антигенсвязывающих свойств Гены имеют 52 сегмента, 2 сегмента и 13 сегментов, а также 2 С-сегмента, расположенных, как показано на рис. 5.2. Между V- и сегментами цепи находится локус генов цепи второго варианта — γδ. Локус состоит из 3 сегментов, 3 сегментов, 1 С-сегмента. α-Цепь TCR J L сегментов (61 сегмент) β-Цепь сегментов) (6 сегментов сегментов 5.2. Структура генов и рецептора Т-лимфоцитов для антигена (схема Г Τ ί ι |