ХАММЕНА - РИЧА СИНДРОМ - диффузный интерстициальный прогрессирующий легочный фиброз; различается только легочной локализацией процесса, малым эффектом терапии, частым летальным финалом. Болезнь считается редким, но частота его увеличивается.
Этиология неясна. Предполагается аутоиммунный патогенез. Основной патоморфологаческий субстрат- альвеолярно-капиллярный блок, приводящий к нарушению диффузионной функции легких. Характерны серозно-фибри-нозное пропитывание альвеолярных перегородок, скопление в альвеолах обеспеченного фибрином и макрофагами экссудата, выраженное разрастание соединительной ткани и ее склерозирование, гиалиновые мембраны в альвеолах; легкие плотны, красно-бурого цвета с сетью серых полосок и очагами буллезной эмфиземы.
Симптомы, течение.
Ведущие и неизменные симптомы - резко выраженные, прогрессирующие и резистентные к терапии одышка и цианоз. Наращивается гипоксемия, развивается легочная гипертензия и правожелудочковая недостаточность. Отмечаются кашель, "барабанные пальцы", двусторонние трескучие крепитирующие хрипы, сухой плеврит; возможен спонтанный пневмоторакс. Характерны рестриктивный тип нарушения вентиляции, прогрессирующее понижение диффузионной возможности легких. Рентгенологические признаки-диффузный интерстициальный фиброз, эмфизема легких. Конфигурации лейкограммы, протеинограммы, СОЭ, увеличение температуры тела обоснованы традиционно вторичной заразой. Течение острое, подострое и хроническое.
Лечение.
На ранних шагах заболевания назначают преднизолон до 40 мг/сут с постепенным уменьшением дозы при достижении клинического эффекта. В поздний период заболевания и при быстро прогрессирующем течении - кортикостероиды, комбинируя их с иммунодепрессантами (азатиоприн 2,5 мг/кг в день в течение 2 мес, потом 1,5 мг/кг в день в течение 1 года и поболее) и пеницилламином, либо купренилом (300 мг/сут, потом равномерно дозу наращивают до 1,8 г/сут с следующим уменьшением до поддерживающей - 300 мг/сут). Сразу используют препараты калия, верошпирон, пиридоксин.
Иммуноглобулины
Антитела (иммуноглобулины, ИГ, Ig) - это белки , относящиеся к подклассу гамма-глобулинов , находящиеся в крови , слюне, молоке и других биологических жидкостях позвоночных животных. Иммуноглобулины синтезируются В-лимфоцитами в ответ на чужеродные вещества определенной структуры - антигены . Антитела используются иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных объектов - например, бактерий и вирусов. Антитела выполняют две функции: антиген-связывающую функцию и эффекторную (например запуск классической схемы активации комплемента и связывание с клетками), являются важнейшим фактором специфического гуморального иммунитета , состоят из двух лёгких цепей и двух тяжелых цепей. У млекопитающих выделяют пять классов иммуноглобулинов - IgG, IgA, IgM, IgD, IgE, различающиеся между собой по строению и аминокислотному составу тяжелых цепей.
История изучения
Самое первое антитело было обнаружено Берингом и Китазато в 1890 году, однако в это время о природе обнаруженного столбнячного антитоксина, кроме его специфичности и его присутствия в сыворотке иммунного животного, ничего определенного сказать было нельзя. Только с 1937 года - исследований Тизелиуса и Кабата, начинается изучение молекулярной природы антител. Авторы использовали метод электрофореза и продемонстрировали увеличение гамма-глобулиновой фракции сыворотки крови иммунизированных животных. Адсорбция сыворотки антигеном, который был взят для иммунизации, снижала количество белка в данной фракции до уровня интактных животных.
Строение антител
Общий план строения иммуноглобулинов: 1) Fc; 3) тяжелая цепь; 4) легкая цепь; 5) антиген-связывающийся участок; 6) шарнирный участок
Антитела являются относительно крупными (~150 кДа - IgG) гликопротеидами , имеющими сложное строение. Состоят из двух тяжелых цепей (H-цепи, в свою очередь состоящие из VH, CH1, шарнира, CH2 and CH3 доменов) и из двух лёгких цепей (L-цепей, состоящих из VL и CL доменов). К тяжелым цепям ковалентно присоединены олигосахариды. При помощи протеазы папаина антитела можно расщепить на два Fc (от fragment crystallizable - фрагмент, способный к кристаллизации). В зависимости от класса и исполняемых функций антитела могут существовать как в мономерной форме (IgG, IgD, IgE, сывороточный IgA) так и в олигомерной форме (димер-секреторный IgA, пентамер - IgM). Всего различают пять типов тяжелых цепей (α-, γ-, δ-, ε-и μ- цепи) и два типа легких цепей (κ-цепь и λ-цепь).
Классификация по тяжелым цепям
Различают пять классов (ещё называемых изотипами ) антител, различающихся по строению и функции. Основная структурная единица всех антител состоит из двух одинаковых тяжелых цепей и двух легких цепей, соединенными дисульфидными мостиками. Изотипы антител отличаются по строению тяжелой цепи (IgG содержат две γ-цепи, IgA- две α-цепи, IgM- две μ- цепи, IgD- две δ-цепи, IgE- две ε-цепи), олигомерному строению, местом синтеза.
- IgG является основным иммуноглобулином сыворотки здорового человека (составляет 70-75 % всей фракции иммуноглобулинов), наиболее активен во вторичном иммунном ответе и антитоксическом иммунитете. Благодаря малым размерам (коэффициент седиментации 7S, молекулярная масса 146 кДа) является единственной фракцией иммуноглобулинов, способной к транспорту через плацентарный барьер и тем самым обеспечивая иммунитет плода и новорожденного.
- IgM представляют собой пентамер основной четырехцепочечной единицы, содержащей две μ- цепи. Появляются при первичном иммунном ответе на неизвестный антиген, составляют до 10 % фракции иммуноглобулинов. Являются наиболее крупными иммуноглобулинами (970 кДа).
- IgA сывороточный IgA составляет 15-20 % всей фракции иммуноглобулинов, при этом 80 % молекул IgA представлено в мономерной форме у человека. Секреторный IgA представлен в димерной форме в комплексе секреторным компонентом, содержится в серозно-слизистых секретах (например в слюне , молозиве , молоке , отделяемом слизистой оболочки мочеполовой и респираторной системы).
- IgD составляет менее одного процента фракции иммуноглобулинов плазмы, содержится в основном на мембране некоторых В-лимфоцитов. Функции до конца не выяснены, предположительно является антигенным рецептором для В-лимфоцитов, еще не представлявшихся антигену.
- IgE- связан с мембранами базофиллов и тучных клеток, в свободном виде в плазме почти отсутствует. Связан с аллергическими реакциями.
Специфичность антител
Клонально-селекционная теория имеет в виду то, что каждый лимфоцит синтезирует антитела только одной определенной специфичности. И эти антитела располагаются на поверхности этого лимфоцита в качестве рецепторов.
Как показывают опыты, все поверхностные иммуноглобулины клетки имеют одинаковый идиотип: когда растворимый антиген , похожий на полимеризованный флагеллин , связывается со специфической клеткой, то все иммуноглобулины клеточной поверхности связываются с данным антигеном и они имеют одинаковую специфичность то есть одинаковый идиотип.
Антиген связывается с рецепторами, затем избирательно активирует клетку с образованием большого количества антител. И так как клетка синтезирует антитела только одной специфичности, то эта специфичность должна совпадать со специфичностью начального поверхностного рецептора.
Специфичность взаимодействия антител с антигенами не абсолютна, они могут в разной степени перекрестно реагировать с другими антигенами. Антисыворотка, полученная к одному антигену, может реагировать с родственным антигеном, несущим одну или несколько одинаковых или похожих детерминант . Поэтому каждое антитело может реагировать не только с антигеном, который вызвал его образование, но и с другими, иногда совершенно неродственными молекулами. Специфичность антител определяется аминокислотной последовательностью вариабельных областей Ig.
Клонально-селеционная теория :
- Антитела и лимфоциты с нужной специфичностью уже существуют в организме до первого контакта с антигеном.
- Лимфоциты, которые участвуют в иммунном ответе, имеют антигенспецифические рецепторы на поверхности своей мембраны. У B-лимфоцитов рецепторы- молекулы той же специфичности, что и антитела, которые лимфоциты впоследствии продуцируют и секретируют.
- Любой лимфоцит несет на своей поверхности рецепторы только одной специфичности.
- Лимфоциты, имеющие антиген , проходят стадию пролиферации и формируют большой клон плазматических клеток. Плазматические клетки синтезируют антитела только той специфичности, на которую был запрограммирован лимфоцит-предшественник. Сигналами к пролиферации служат цитокины , которые выделяются другими клетками. Лимфоциты могут сами выделять цитокины.
Вариабельность антител
Антитела являются чрезвычайно вариабельными (в организме одного человека может существовать до 0,1 миллиарда вариантов антител). Все разнообразие антител проистекает из вариабельности как тяжелых цепей, так и легких цепей. У антител, вырабатываемых тем или иным организмом в ответ на те или иные антигены, выделяют:
- Изотипическая вариабельность - проявляется в наличии классов антител(изотипов), различающихся по строению тяжелых цепей и олигомерностью, вырабатываемых всеми организмами данного вида;
- Аллотипическая вариабельность - проявляется на индивидуальном уровне в пределах данного вида в виде вариабельности аллелей иммуноглобулинов- является генетически детерминированым отличием данного организма от другого;
- Идиотипическая вариабельность - проявляется в различии аминокислотного состава антиген-связывающего участка. Это касается вариабельных и гипервариабельных доменов тяжелой и легкой цепи, непосредственно контактирующих с антигеном.
Контроль пролиферации
Наиболее эффективный контролирующий механизм заключается в том, что продукт реакции одновременно служит ее ингибитором. Этот тип отрицательной обратной связи имеет место при образовании антител. Действие антител нельзя объяснить просто нейтрализацией антигена, потому что целые молекулы IgG подавляют синтез антител намного эффективнее, чем F(ab")2 -фрагменты. Предполагают, что блокада продуктивной фазы T-зависимого B-клеточного ответа возникает в результате образования перекрестных связей между антигеном, IgG и Fc - рецепторами на поверхности B-клеток. Инъекция IgM , усиливает иммунный ответ.Так как антитела именно этого изотипа появляются первыми после введения антигена, то на ранней стадии иммунного ответа им приписывается усиливающая роль.
- А. Ройт, Дж. Брюсстофф, Д. Мейл. Иммунология- М.: Мир, 2000 - ISBN 5-03-003362-9
- Иммунология в 3 томах / Под. ред. У. Пола.- М.:Мир, 1988
- В. Г. Галактионов. Иммунология- М.: Изд. МГУ, 1998 - ISBN 5-211-03717-0
См. также
- Абзимы - каталитически активные антитела
| Иммунная система / Иммунология | |
|---|---|
| Системы | Адаптивная иммунная система и Врожденная иммунная система · Гуморальная иммунная система и Клеточная иммунная система · Система комплемента (Анафилотоксины) · Intrinsic immunity |
| Антигены и антитела | Антиген (Суперантиген, Аллерген) ·
Гаптен ·
Эпитоп (Линейный эпитоп, Конформационный эпитоп) Антитело (Моноклональные антитела , Поликлональные антитела, Аутоантитела) · Polyclonal B cell response · Аллотипы антител · Изотипы антител · Идиотипы антител Иммунный комплекс |
| Клетки иммунной системы Лейкоциты |
Фагоциты : Нейтрофилы · Макрофаги , Ретикулоэндотелиальная система Антиген-представляющие клетки : Дендритные клетки · Макрофаги · B-клетки |
| Иммунитет и толерантность | действие:
Иммунитет ·
Autoimmunity ·
Аллергия ·
Воспаление ·
Кросс-реактивность бездействие: Иммунологическая толерантность (Central, Peripheral, Clonal anergy, Clonal deletion) · Иммунодефицит |
| Иммуногенетика | Somatic hypermutation · V(D)J рекомбинация · Класс-переключение · Главный комплекс гистосовместимости /HLA |
| Вещества | Цитокины · Опсонин · Cytolysin |
| Другое | Диагностическая иммунология |
| Органы иммунной системы | Тимус · Селезёнка · Лимфатические узлы · Кровь · Костный мозг · Лимфа · Заболевания иммунной системы |
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Иммуноглобулины" в других словарях:
Антитела, сложные белки (глико–протеиды), которые специфически связываются с чужеродными веществами – антигенами; главные эффекторные молекулы гуморального иммунитета. Содержатся вглобулиновой фракции сыворотки крови, в лимфе, в слюне и на… … Словарь микробиологии
Современная энциклопедия
Белки (гликопротеиды), обладающие активностью антител. Содержатся главным образом в глобулиновой фракции плазмы (сыворотки) крови позвоночных животных и человека. Синтезируются плазматическими клетками и участвуют в создании иммунитета. Препараты … Большой Энциклопедический словарь
Ig, антитела, сложные белки (гликопротеиды), к рые специфически связываются с чужеродными веществами антигенами; гл. эффекторные молекулы гуморального иммунитета. Содержатся в глобулиновой фракции сыворотки крови, в лимфе (циркулирующие антитела) … Биологический энциклопедический словарь
иммуноглобулины - Ig Препараты для пассивной иммунизации, содержащие антитела. Ранее известны как гамма глобулины. [Англо русский глоссарий основных терминов по вакцинологии и иммунизации. Всемирная организация здравоохранения, 2009 г.] Тематики вакцинология,… … Справочник технического переводчика
Иммуноглобулины - (от латинского immunis свободный от чего либо и globus шар), глобулярные белки позвоночных животных и человека, обладающие активностью антител; вырабатываются В лимфоцитами. Содержатся главным образом в плазме крови и других жидкостях организма.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
- (Ig), группа близких по хим. природе и св вам глобулярных белков позвоночных животных и человека, к рые обычно обладают св вами антител, т. е. специфич. способностью соединяться с антигеном, к рый стимулирует их образование. И. продуцируются В… … Химическая энциклопедия
Ов; мн. (ед. иммуноглобулин, а; м.). Белки, содержащиеся в плазме крови, обладающие активностью антител и способствующие появлению иммунитета у позвоночных животных и человека. * * * иммуноглобулины белки (гликопротеиды), обладающие активностью… … Энциклопедический словарь
иммуноглобулины - (Ig, от лат. immunis свободный от чего либо и globus шар), глобулярные белки позвоночных, продуцируемые лимфоцитами и обладающие, как правило, активностью антител. Понятия «И.» и «гамма глобулины» нельзя употреблять как синонимы,… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь
- (иммуно + глобулины; син. глобулины иммунные) глобулины человека и животных, выполняющие функцию антител … Большой медицинский словарь
Иммуноглобулины синтезируются плазматическими клетками, которые образуются из трансформированных, стимулированных антигеном B-лимфоцитов (B-иммунобластов). Все молекулы иммуноглобулинов, синтезированных отдельной плазматической клеткой, идентичны и имеют специфическую реактивность против единственной антигенной детерминанты. Аналогично, все плазматические клетки, полученные путем трансформации и пролиферации одного B-лимфоцита-предшественника, идентичны; то есть, они составляют клон. Молекулы иммуноглобулинов, синтезированные клетками различных клонов плазматических клеток, имеют различные последовательности аминокислот, что обусловливает различную третичную структуру молекул и придает иную специфичность антителу, то есть, они реагируют с разными антигенами. Эти различия в последовательности аминокислот происходят в так называемом V (вариабельном, переменном) участке молекулы иммуноглобулина.
Регулирование производства антител: производство антител начинается после активации B-клеток антигеном. Максимальная концентрация антител в сыворотке наблюдается с 1 по 2 неделю и затем начинает снижаться. Непрерывное присутствие свободного антигена поддерживает ответ до тех пор, пока увеличение уровня антител не приведет к усиленному удалению антигена и, таким образом, прекращению стимуляции B-клеток. Существуют также более тонкие механизмы регуляции синтеза иммуноглобулинов. T-хелперы (CD4-позитивные) играют важную роль в регуляции ответа В-клеток на большое количество антигенов и их постоянное присутствие увеличивает производство антител. Этот эффект возникает благодаря высвобождению лимфокинов. T-супрессоры (CD8-позитивные) оказывают противоположное влияние, вызывая снижение иммунного ответа; сильное подавление ответа может быть одним из механизмов, лежащих в основе толерантности. Одним из дополнительных регулирующих механизмов является выработка анти-идиотипов (т.е. антител против собственных антител (аутоантител)). Предполагается, что при иммунном ответе производство специфического антитела обязательно сопровождается производством второго антитела (анти-идиотипного) со специфичностью против вариабельных (V) последовательностей (идиотипов или антиген-связывающих участков) первого антитела. Анти-идиотипное антитело способно к распознаванию идиотипов на антигенном рецепторе B-клеток (который построен из иммуноглобулина, идентичного по строению идиотипу первого антитела), таким образом, оно конкурирует с антигеном и служит для ингибирования активации B-клетки.
Следует отметить, что иммуноглобулины синтезируются не только при инфекционных заболеваниях. Они продуцируются непрерывно у каждого здорового человека. В результате в организме людей имеется определенный уровень различных видов антител, практически против всех микробных антигенов, в том числе и против тех возбудителей, с которыми они никогда не встречались. Это объясняется тем, что способность организма к синтезу антител выработалась у людей в процессе эволюционного развития и является генетически обусловленной. Эти антитела (иммуноглобулины) носят название нормальных. Нормальные антитела играют большую роль в защите организма от инфекции в момент внедрения возбудителей в организм, а также в начальный период болезни (т. е. тогда, когда иммунные реакции на инфекцию еще не успели сформироваться). Обычно первые проявления инфекционного иммунитета появляются не раньше 4-го дня с момента заболевания и достигают максимальной выраженности на 14 сутки и позже.
Заслуживает отдельного внимания тот факт, что продуцируемые подэпителиально расположенными лимфоцитами антитела секретируются не в кровь, а на поверхность слизистых оболочек. В то же время циркулирующие в крови антитела в норме не проникают на поверхность слизистых оболочек. Следовательно, лимфоидные клетки слизистых оболочек в значительной мере функционируют автономно. Секретируемые ими антитела образуют первую линию защиты организма от возбудителей инфекционных заболеваний.
3090 0
Функции Т-клеток
Одной из ключевых эффекторных функций активированной СD4+-Т-клетки является синтез антиген неспецифичных растворимых факторов - цитокинов. Выделяемые СD4+-Т-клетками цитокины влияют на функции множества типов клеток, в том числе СD8+-Т-клеток, В-клеток, миелоидных клеток (таких как макрофаги и эозинофилы), а также на дифференцировку костномозговых клеток-предшественников. По этой причине потеря CD4+-T-клеток при СПИДе является такой разрушительной.Свойства цитокинов, которые продуцируют Т-лимфоциты и другие клетки. Многие важные функции Т-клеток будут обсуждаться в следующих главах, посвященных клеточно-опосредованному иммунитету и трансплантациям. Сконцентрируемся на гетерогенности цитокинов, которые образуют СD4+-Т-клетки, а затем опишем важные аспекты взаимодействия CD4-Т-лимфоцитов и В-клеток и, наконец, обсудим функции CD8+-T- клеток.
Субпопуляции СD4+-Т-клеток, отличающиеся по выделяемым цитокинам
Наивная СD4+-Т-клетка после стимуляции пептидом, связанным с молекулой МНС, начинает синтезировать IL-2. Активированная СD4+-Т-клетка может дифференцироваться дальше, чтобы синтезировать более широкий набор цитокинов. Однако после антигенной стимуляции не все СD4+-Т-клетки синтезируют одинаковые цитокины. Исследования функционирования Т-клеток у мыши и человека показали, что активированные антигеном СD4+-Т-клетки могут быть разделены по меньшей мере на три субпопуляции на основании продукции различных цитокинов: ТH0, Тн1 и Тн2. Как показано на рис. 10.5, Тн1 и Тн2 образуются в результате вызываемой антигеном дифференцировки клеток Тн0, которые синтезируют IL-2, IFNγ и IL-4.Тн1-клетки, которые синтезируют IL-2, IFNγ и TNFβ, и Тн2-клетки, синтезирующие IL-4, IL-5, IL-10 и IL-13, играют разные важные роли в иммунном ответе. Поскольку разные цитокины взаимодействуют с различными клетками-мишенями, главным следствием продукции уникальных наборов цитокинов Тн1- и Тн2-клетками является то, что каждая субпопуляция обладает разной эффекторной функцией. Так, цитокины, синтезируемые Тн1-клетками, активируют клетки, вовлеченные в клеточно-опосредованный иммунитет: СD8+-Т-клетки, NK-клетки и макрофаги.
Кроме того, цитокины, выделяемые Тн1-клетками, индуцируют В-клетки к синтезу таких изотипов Ig, как IgG2, которые усиливают фагоцитоз возбудителей фагоцитирующими клетками. Напротив, цитокины, синтезируемые Тн2-клетками, переключают В-клетки на продукцию антител класса IgE и активацию эозинофилов; такая модель характерна для ответа на аллергены и гельминты.
Пока результаты попыток охарактеризовать поверхностные молекулы, по которым можно было бы отличать субпопуляции Тн1- и Тн2-клеток, не дали однозначных результатов, а сами эти исследования интенсивно продолжаются. Результаты некоторых недавних исследований показали, что, возможно, Тн1- и Тн2-клетки экспрессируют различные молекулы, используемые при межклеточном взаимодействии в процессе хоминга, в том числе различные хемокиновые рецепторы; однако для подтверждения или изменения этих выводов необходимы дальнейшие исследования.
Рис. 10. 5. Цитокиновый контроль образования Тн1- и Тн2-субпопуляций CD4+-T-клеток. Волнистые линии означают угнетение
Тн1-клетки развиваются, если в момент антигенной стимуляции присутствует IL-12. Как показано в начале этой главы, IL-12 и другие провоспалительные цитокины образуются дендритными клетками и другими АПК в самом начале ответа на такие возбудители, как бактерии и вирусы. Эти цитокины также синтезируются другими клетками врожденного иммунитета, в том числе NK-клетками. Напротив, присутствие IL-4 в начале иммунного ответа приводит к дифференцировке в сторону Тн2-клеток. Источник этого IL-4 до сих пор не ясен; он может образовываться или активированными СD4+-Т-клетками, или тучными клетками. Предполагается, что и другие факторы, такие как концентрация и путь введения антигена, степень аффинности взаимодействия между комплексом пептид-МНС и TCR и природа АПК, участвовавшей в ответе, могут влиять на то, какая субпопуляция СD4+-Т-клеток разовьется.
На рис. 10.5 также показано, что цитокины, выделяемые Тн1, могут угнетать функции Тн2, и наоборот. Например, IFNγ, образуемый Тн1-клетками, угнетает размножение Тн2-клеток, a IL-4 и 1L-10, образуемые Тн2-клетками, угнетают размножение Тн1-клеток. В табл. 10.1 представлены две важные характеристики субпопуляций Тн1 и Тн2 СD4+-T-клеток. Во-первых, субпопуляции синтезируют несколько общих цитокинов, в том числе IL-3 и гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ КСФ) . Во-вторых, субпопуляции Тн1 и Тн2 CD4+-T-клеток больше различаются у мышей, чем у человека.
Таблица 10.1. Синтез цитокинов субпопуляциями Тн1 и Тн2 СD4+-Т-клеток
| Цитокин |
Т-В-кооперацияПочти все белки являются тимусзависимыми антигенами. Их называют так потому, что для синтеза антител им необходима «помощь» или кооперация СD4+-Т-клеток с В-клетками. По этой причине группу СD4+-Т-клеток, которые участвуют в иммунном ответе, помогая продуцировать антитела на тимусзависимые антигены, называют Т-клетками-хелперами (Тн). Т-клетка-хелпер и В-клетка, которые взаимодействуют в ответе на конкретный тимусзависимый антиген, должны быть специфичны к нему. Тн-клетка и В-клетка обычно отвечают на разные эпитопы антигена, но для эффективной кооперации Т-хелпера и В-клетки эти эпитопы должны быть частью одной белковой последовательности. По этой причине кооперацию Т- и В-лимфоцитов при ответе на тимусзависимый антиген также называют связанным распознаванием.Ключевые стадии Т-В-клеточной кооперации, приводящие к синтезу антител, представлены на рис. 10.6 и 10.7. На рис. 10.6 показано, как В-клетка выступает в качестве АПК для СD4+-Т-клетки. Вначале В-клетка, экспрессирующая иммуноглобулин, специфичный к конкретному белковому антигену, захватывает антиген путем связывания его с Ig на мембране клетки. После этого комплекс антигена с Ig перемещается внутрь клетки и антиген подвергается процессингу в вакуолях с кислым содержимым. Некоторые пептиды, образованные при разрушении антигена, избирательно связываются с молекулами МНС II класса, также присутствующими в этих вакуолях с кислым содержимым. Комплексы пептид -МНС II класса транспортируются к поверхности В-клетки, где взаимодействуют с СD4+-Т-клеткой, обладающей подходящим TCR (вверху на рис. 10.7). В дополнение к комплексу пептид-МНС, презентируемому В-клеткой для TCR подходящей Т-клетки, на поверхностях Т- и В-лимфоцитов взаимодействуют еще несколько пар молекул (см. рис. 10.7). Эти взаимодействия необходимы для взаимной активации Т- и В-клеток; в результате Т-клетка синтезирует цитокины, а В-клетка - антитела. Пары адгезионных молекул CD11a/CD18- CD54 (LFA-1/ICAM-1) и CD2-CD58, которые описаны ранее в этой главе на примере взаимодействия АПК и Т-клетки, поддерживают контакт между Т- и В-клетками. Костимуляторные пары В7-CD28 и CD40-CD154 также играют ключевую роль во взаимодействии В- и Т-лимфоцитов.
Презентация В-клеткой комплекса пептид-МНС II класса для TCR увеличивает экспрессию CD154 (лиганд CD40 или CD40L) на Т-клетке-хелпере. Взаимодействие CD40-CD154 в свою очередь усиливает экспрессию костимуляторной молекулы В7 на В-клетке, и В7 взаимодействует с CD28, экспрессированном на Т-клетке. Как указано ранее в подразделе, посвященном взаимодействию АПК с СD4+-T-клетками, взаимодействия CD40-CD154 и В7-CD28 стимулируют в активированной Т-клетке синтез цитокинов, которые индуцируют пролиферацию. Продукция цитокинов Т-хелперной клеткой ведет к пролиферации как самого Т-хелпера, так и В-клетки и синтезу Ig, что обеспечивается за счет увеличения количества цитокиновых рецепторов на активированной В-клетке. Взаимодействие CD40-CD154 также необходимо для переключения В-клетки на синтез других изотипов Ig, отличающихся от IgM. например IgG (переключение изотипов). Если такого взаимодействия не происходит, возможен синтез только IgM. Эта ситуация описана у людей с нефункциональным CD154 при клиническом состоянии, названном гипep-IgM-синдром, и у так называемых «нокаутных» мышей, не имеющих гена CD154. В обеих ситуациях продуцируются только антитела класса IgM, а антитела других изотипов отсутствуют. Для переключения изотипов В-клетками также необходимы цитокины, синтезируемые активированными Т-клетками. На рис. 10.7 показано, что изотип антител, которые синтезирует В-клетка, зависит от цитокинов, продуцируемых Т-клеткой. Так, если Т-клетка секретирует IL-4, то В-клетка переключается на продукцию преимущественно IgE и IgG4, а если Т-клетка выделяет IFNγ, то В-клетка переключается на продукцию таких подтипов IgG, которые активируют комплемент. В-клетки являются особенно эффективными АПК для CD4+-T-клеток при ответах на антигены, с которыми обе клетки уже встречались ранее. Это взаимодействие обычно происходит в специализированных участках лимфатических узлов - фолликулах - с последующей активацией В-клеток, соматическими мутациями и индукцией В-клеток памяти, происходящей в зародышевом центре лимфатического узла. Однако, как уже ранее описывалось в данной главе, наивные СD4+-Т-клетки наиболее эффективно активируются антигенами, которые прошли процессинг и презентируются дендритными клетками. Т-клетки, активированные дендритными клетками при первичном ответе, затем, вероятно, взаимодействуют и активируют В-клетки, которые захватывают антиген с использованием описанных ранее механизмов. Значение вовлечения Т-клеток в синтез антител В-клетками может быть адекватно оценено с учетом данных об антигенах, для ответа на которые не требуется помощь Т-клеток, - так называемых Т-независимых антигенах, которые обсуждаются далее в этой главе. Эти антигены не приводят к образованию В-клеток памяти, а В-клетки при ответе на них не переключают изотипы синтезируемых Ig, секретируя только IgM. Функции СD8+-Т-клетокРассмотрим другую важную субпопуляцию Т-клеток - СD8+-Т-клетки. Их основной функцией является уничтожение (киллинг) клеток, которые заражены бактериями или вирусами. СD8+-Т-клетки также ответственны за гибель пересаженных чужеродных клеток при отторжении трансплантата и за уничтожение опухолевых клеток. По этой причине СD8+-Т-клетки часто называют Т-киллерами или цитотоксическими Т-лимфоцитами (ЦТЛ) .Клетка, уничтожаемая ЦТЛ, называется мишенью. В этой роли может выступать специализированная АПК, такая как дендритная клетка, или любая другая клетка организма. В отличие от рецепторов СD4+-Т-клеток TCR СD8+-Т-клеток распознают комбинацию пептидов, связанных с молекулами МНС I класса на поверхности клеток. Это взаимодействие в присутствии соответствующих вторых сигналов (обсуждаются далее) приводит к гибели клетки, представившей пептид. СD8+-Т-клетки также синтезируют цитокины, в основном те, которые ассоциируются с фенотипом Тн1 СD4+-Т-клеток. В частности, это IFNγ, который необходим при некоторых вирусных и бактериальных инфекциях, а также TNFβ, участвующий в уничтожении клетки-мишени. Однако некоторые СD8+-Т-клетки синтезируют такие цитокины, как IL-4, которые ассоциированы с профилем Тн2 СD4+-Т-клеток. Активация СD8+-Т-клетокВыходящие из тимуса СD8+-Т-клетки не могут уничтожать клетки; вначале они должны активироваться, чтобы затем пролиферировать и дифференцироваться. Для активации необходимо присутствие как первого сигнала - взаимодействия комплекса пептид-МНС с TCR, так и вторых, или костимуляторных. Развитие цитолитической функции также требует синтеза цитокинов, в том числе IL-2, IFNγ и IL-12.На рис. 10.8 показаны два наиболее важных способа активации ЦТЛ в ответ на вирусную инфекцию. В его верхней части показан первый способ, в котором принимают участие СD4+-Т-клетки, специфичные к вирусу и продуцирующие IL-2. При наличии клетки-мишени, инфицированной вирусом, и IL-2, выделяемого СD4+-T-клеткой, индуцируются пролиферация и дифференцировка СD8+-Т-клеток. При таком ответе вирусспецифичные СD4+-Т-клетки активируются при презентации вирусного антигена молекулами МНС II класса на АПК, такой как дендритная клетка или макрофаг. При этом пути активации вирусный эпитоп, который активирует CD4+-T-клетку, вероятнее всего будет отличаться от эпитопа, активирующего СD8+-Т-клетку.
В средней части рис. 10.8 показано, как CD8+-Т-клетки могут активироваться без участия CD4+-Т-клеток. Такой механизм описан при ответе на некоторые вирусы. В этой ситуации используется перекрестное примирование. При таком пути активации вирусные антигены переносятся от мертвой или умирающей инфицированной клетки в профессиональные АПК, такие как дендритные клетки. Затем дендритные клетки процессируют вирусный антиген, размещают его в молекулы МНС I класса и представляют пептиды вирусспецифичным CD8+-T-клеткам. Так как дендритные клетки также экспрессируют костимуляторные молекулы, такие как В7, они могут активировать вирусспецифичные наивные СD8+-Т-клетки. При этом пути активации СD8+-Т-клетка, вероятно, самостоятельно продуцирует цитокины, необходимые для пролиферации и дифференцировки. Предполагают, что перекрестное примирование может играть важную роль при активации ответов СD8+-Т-клеток на клетки инфицированной ткани, у которых отсутствуют костимуляторные молекулы, а также при ответах на клетки некоторых опухолей. Какие бы межклеточные взаимодействия ни участвовали в активации СD8+-Т-клеток, весьма вероятно, что первые события этой активации похожи на описанные ранее стадии активации СD4+-Т-клеток. Как и CD4, CD8 связан с тирозиновой киназой Lck, а также взаимодействуют те же пары костимуляторных и адгезионных молекул, что и при активации СD4+-Т-клеток: CD28-В7, CD110/CD18-CD54 (LFA-1-ICAM-1) и CD2-CD58. Уничтожение СD8+-Т-клетками клеток-мишенейПосле активации теперь уже зрелые СD8+-Т-клетки начинают уничтожение клетки-мишени с того, что прикрепляются к ней. В нижней части рис. 10.8 показано, что пары адгезионных молекул, экспрессируемые и на Т-клетке, и на клетке-мишени, помогают поддерживать контакт между клетками в течение нескольких часов. На рисунке также показано, что активированная СD8+-Т-клетка обладает гранулами, в которых содержатся цитотоксические белки, и экспрессирует на поверхности клетки молекулу CD178 (Fas-лиганд). Далее описано, почему эти молекулы являются ключевыми для уничтожения клеток-мишеней.Предполагают, что СD8+-Т-клетки могут уничтожать мишени двумя способами. Первым и, вероятно, преимущественным путем уничтожения большинства мишеней является выделение цитотоксических веществ, содержащихся в гранулах внутри Т-клеток. После прикрепления к клетке-мишени СD8+-Т-клетка перемещает гранулы к поверхности мембраны, обращенной к мишени, и с помощью процесса, называемого экзоцитозом, выделяет их содержимое на поверхность уничтожаемой клетки. Эти цитотоксические вещества образуют поры в мембране клетки-мишени. Основными компонентами гранул, участвующих в уничтожении клеток-мишеней, являются перфорин и гранзимы. Перфорин - это молекула, которая полимеризуется с образованием кольцевидных трансмембранных каналов (или пор) в мембране клеток-мишеней. Это приводит к повышению проницаемости клеточной мембраны и, неизбежно, к смерти клетки. Действие перфорина на мембрану клетки похоже на действие мембраноатакующего комплекса комплемента. При уничтожении клеток этим способом ЦТЛ дополнительно используют гранзимы, набор сериновых протеаз. Гранзимы попадают в уничтожаемую клетку через поры, образуемые при полимеризации молекул перфорина, и взаимодействуют с внутриклеточными компонентами клетки-мишени, стимулируя апоптоз. Поскольку клеточная смерть путем апоптоза не приводит к высвобождению клеточного содержимого, уничтожение инфицированной клетки по этому механизму может предотвращать распространение инфекционного агента (вируса) в другие клетки. Вторым способом уничтожения клеток-мишеней является взаимодействие CD178 (Fas-лиганда) на поверхности Т-клетки с CD95 (Fas) Fas-рецептором, поверхностной молекулой, экспрессируемой на многих клетках организма. Это взаимодействие активирует апоптоз клетки-мишени путем последовательной активации протеолитических ферментов каспазы внутри клетки. Это приводит к тому, что клетка умирает в течение нескольких часов. После того как СD8+-Т-клетка запустит один или оба описанных механизма уничтожения, она отрывается от клетки-мишени, чтобы атаковать и уничтожить следующие клетки-мишени. Как будет показано в следующих подразделах, активация СD8+-Т-клеток и уничтожение клетки-мишени являются не связанными событиями. Это можно продемонстрировать на препарате СD8+-Т-клеток человека, инфицированного вирусом. Эти вирусспецифичные цитотоксические клетки способны уничтожать клетки, инфицированные вирусом, и за пределами организма. При уничтожении инфицированных клеток-мишеней не нужно добавлять никакие дополнительные факторы. Еще раз повторим концепцию МНС-рестрикции Т-клеточного ответа, о которой уже упоминалось в предыдущих главах. Вирусспецифичный СD8+-ЦТЛ распознает, а впоследствии уничтожает клетку-мишень, экспрессируюшую специфическую комбинацию вирусного пептида и определенной молекулы МНС I класса. Это означает, что СD8+-ЦТЛ, специфичный к вирусу гриппа и HLA-A2, например, уничтожает только клетки, которые экспрессируют HLA-A2, нагруженный пептидом, полученным из вируса гриппа. Этот ЦТЛ не уничтожит нормальную неинфицированную клетку организма, экспрессирующую HLA-A2, в отсутствие пептида гриппа. Кроме того, эта вирусспецифичная СD8+-Т-клетка не уничтожит клетки-мишени, экспрессирующие другие комбинации пептидов с молекулами МНС, такие как пептид из вируса кори с HLA-A2 или даже тот же пептид вируса гриппа, связанный с HLA-B3. Эти открытия Р. Цинкернагеля (R.Zinkernagel) и П.Догерти (P.Doherty) (оба получили Нобелевскую премию в 1996 г.) позволили разработать концепцию МНС-рестрикции Т-клеточного ответа, согласно которой Т-клетка распознает комбинацию антигена с молекулой МНС, а не собственно молекулу антигена. Экспрессия комплексов пептидов возбудителя с МНС I класса на поверхности клетки приводит к распознаванию инфицированной клетки СD8+-Т-клетками и ее последующему уничтожению. Таким образом, уничтожение СD8+-Т-клетками обеспечивает механизм элиминации любой клетки организма, инфицированной патогенным агентом. Очевидно, что элиминация патогена приводит к разрушению клеток организма-хозяина, но это приемлемая цена, которую организм может заплатить за удаление источника инфекции. СD8+-Т-клетки практически всегда выступают в качестве цитотоксических клеток как у человека, так и у мыши. Однако существенная часть СD4+-Т-клеток у человека и некоторые - у мыши также обладают цитотоксическими функциями. Как можно предположить из продолжающегося обсуждения МНС-рестрикции, эти цитотоксические СD4+-Т-клетки активируются к уничтожению при распознавании комплекса пептид - МНС II класса на АПК или клетке-мишени. Поскольку активированные СD4+-Т-клетки экспрессируют CD178, но не содержат гранул с цитотоксической активностью, вероятно, они используют взаимодействие CD95-CD178 как основной метод уничтожения клеток-мишеней. Окончание иммунного ответа: индукция клеток памятиАнтигенная стимуляция увеличивает количество лимфоцитов, специфичных к стимулирующему антигену, а также число лимфоцитов и других эффекторных клеток, которые рекрутируются цитокинами, синтезированными в ходе ответа. Однако, когда антиген уже уничтожен, необходимо уменьшить объем этого пула активированных клеток; в противном случае организм вскоре переполнится размножающимися клеточными популяциями. На рис. 10.9 показан основной механизм уничтожения активированных Т-клеток - клеточная смерть, вызванная активацией.
Исследования показывают, что Т-клетки чувствительны к апоптозу после того, как они были активированы, и особенно после повторной стимуляции антигеном. Апоптоз развивается в результате взаимодействия CD95-CD178, которое описано в этой главе ранее. Активированные Т-клетки экспрессируют одновременно и CD95, и CD178 (экспрессия последнего индуцируется активацией). После удаления антигена, например после того, как активированные ЦТЛ уничтожили свои инфицированные мишени, эти ЦТЛ взаимодействуют друг с другом и индуцируют апоптоз. На рис. 10.9 также показано, что активированные клетки выделяют CD178, и эти секретированные молекулы также могут взаимодействовать с экспрессируемыми на поверхности клеток CD95 и вызывать апоптоз. Предполагают, что взаимодействие CD95- CD178 играет ключевую роль в уничтожении большинства активированных CD4+- и СD8+-Т-клеток по окончании антигенной стимуляции . Однако не все клетки, активированные антигеном, умирают; выживает небольшая популяция долгоживущих антигенспецифичных клеток. Они образуют популяцию Т-клеток памяти для антигена и CD4+- или СD8+-Т-клетки памяти. Вторичные (с участием клеток памяти) Т-клеточные ответы более эффективны, чем первичные. Одна из причин этого в том, что стартовый объем клонирования популяции памяти, специфичной для определенного антигена, больше, чем размер непримированной популяции, даже после того, как посредством клеточной смерти, вызванной активацией, удалится большинство размножившихся клеток. Также предполагают, что для индукции полной активации Т-клетки памяти не нуждаются в костимуляторных взаимодействиях В7-CD28. Никаких поверхностных молекул, уникальных для Т-клеток памяти, не обнаружено. Скорее, выявлены небольшие различия в уровне экспрессии тех же молекул (для одних больше, для других меньше) между непримированными Т-клетками и клетками памяти. Также описываются изменения изоформ мембранной фосфатазы CD45; предполагается, что при активации CD45 переходит из формы CD45RA в форму CD45RO, что вызвано альтернативным сплайсингом РНК, транскрибированной с ее гена. Не ясно, необходимо ли наличие антигена, хотя бы и в самой незначительной концентрации, при персистировании клеток памяти; результаты некоторых исследований показывают, что при отсутствии примирующего антигена клетки памяти умирают. Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини |
Несмотря на многообразные неспецифические механизмы иммунной защиты организма, он не мог бы быть надежно защищен от антигенов, если бы не существовали механизмы специфической иммунной защиты, поскольку антигены эволюционировали параллельно с эволюцией иммунной системы и выработали ряд механизмов, позволяющих некоторым из них
Ø избегать прямого контакта с фагоцитами (резко изменив пространственную структуру своих поверхностных рецепторов)
Ø полностью избежать активации системы комплемента по альтернативному пути
Ø либо после активации системы комплемента по альтернативному пути и образования на поверхности патогена опсонизирующего фагоцитоз фактора С3b все равно не фагоцитироваться фагоцитами.
Эволюционным предкам человека необходимо было выработать механизмы, которые служили бы для защиты от каждого конкретного микроорганизма, как бы много таких микроорганизмов ни было. Формирование таких механизмов было обеспечено благодаря развитию специфических средств иммунной защиты. Такие специфические средства иммунной защиты могут обеспечиваться
Антитела (иммуноглобулины) представляют собой белковые молекулы , которые строго специфически взаимодействуют с определенными антигенами и
Ø либо непосредственно их обезвреживают,
Ø либо облегчают последующий фагоцитоз антигенов фагоцитами,
Ø либо активируют систему комплемента по классическому пути, в результате чего образуется мембранноатакующий комплекс, вызывающий повреждение антигена.
Несмотря на большое разнообразие антител, все они имеют общий план строения. В частности, в основе антител лежит Y-образная молекула , состоящая из четырех цепей : двух легких и двух тяжелых . Тяжелые цепи более длинные и занимают центральное положение в молекуле, а легкие цепи относительно короткие и прикрепляются снаружи к верхним участкам (N-концевым участкам) тяжелых цепей, тогда как нижние участки тяжелых цепей (С-концевые участки) образуют "хвост" молекулы. Тяжелые цепи соединены между собой и с легкими цепями с помощью дисульфидных связей (S-S-связей). Антигенраспознающими участками антитела являются верхние его плечи , образованные верхними (N-концевыми) частями легкой и тяжелой цепей.
Рис. Структура иммуноглобулина G
В антигенраспознающих участках тяжелой и легкой цепей молекулы антитела, в свою очередь, различают:
Ø 3 последовательно расположенные гипервариабельные области (CDR-области, от англ. Complementarity Determining Regions), эти области определяют специфичность антител, их аминокислотный состав сильно варьирует у различных антител. Именно эти области тяжелой и легкой цепей специфически (по принципу стереохимического соответствия) взаимодействуют с определенными антигенами. Причем антиген оказывается расположенным внутри плеча определенного антитела, т.е. окружен, с одной стороны гипервариабельными областями легкой, а с другой – тяжелой цепей. В гипервариабельных областях легких цепей обнаруживается большое количество аминокислотных остатков глицина, обуславливающих гибкость этих участков полипептидной молекулы. Существует предположение, согласно которому специфичность к антигену обеспечивается гипервариабельными участками тяжелой цепи, а "тонкая настройка" достигается благодаря хорошей конформационной гибкости легкой цепи
Ø и соединяющие эти гипервариабельные области промежуточные пептидные последовательности (аминокислотный состав которых мало отличается у разных антител), называемые каркасными областями (framework-областями). Каркасные области обеспечивают не только связь между гипервариабельными областями внутри цепи, но взаимодействие с каркасными участками вариабельного домена другой цепи (между вариабельными доменами легкой и тяжелой цепей).
Хвост молекулы антитела, образованный нижними (С-концевыми) частями двух тяжелых цепей, не обладает специфичностью (в молекулах антител, относящихся к одному классу, концевые части тяжелых цепей имеют сходное строение) и ответственен за связывание с рецепторами собственных клеток организма. Следовательно, у каждой молекулы антитела имеется как минимум:
ü два антигенраспознающих и соответственно антигенсвязывающих участка, соответствующих плечам молекулы и называемых Fab-фрагментами (от англ. fragment antigen binding)
ü и один неспецифичный фрагмент, обеспечивающий взаимодействие антитела с рецепторами собственных клеток организма и соответствующий хвосту молекулы антитела, образованному дистальными частями тяжелых цепей (т.н. Fc-фрагмент , получивший название от англ. fragment crystallizable).
В тяжелых цепях молекулы антител у места перехода плечей в хвост (т.е. в области "шейки" молекулы) содержится большое количество аминокислотных остатков пролина, что обеспечивает конформационную гибкость молекулы и необходимо для лучшего взаимодействия с антигенными детерминантами, находящимися на поверхности клеток. Область тяжелых цепей, соответствующая переходу плеча тяжелой цепи в хвост и обладающая высокой конформационной гибкостью, называется шарнирной областью антитела.
В зависимости от особенностей строения (аминокислотной последовательности) константных областей тяжелых цепей , молекулы иммуноглобулинов (Ig) классифицируются на 5 классов (или изотипов):
ü А (в их состав входят тяжелые цепи a-типа),
ü G (в их состав входят тяжелые цепи g-типа),
ü M (в их состав входят тяжелые цепи m-типа),
ü D (в их состав входят тяжелые цепи d-типа),
ü E (в их состав входят тяжелые цепи e-типа).
На основании особенностей строенияконстантных областей легких цепей иммуноглобулинов выделяют 2 разновидности (2 изотипа) легких цепей : c и l , причем в состав определенной молекулы антитела всегда входят идентичные легкие цепи (либо обе c-цепи, либо обе l-цепи). Таким образом, в пределах каждого класса иммуноглобулинов в зависимости от того, какие изотипы легких цепей входят в состав молекулы антитела, можно выделить два типа антител (например, иммуноглобулины класса G представлены двумя типами молекул: G c и G l , а класса М – М c и М l и т.д.).
Тяжелые и легкие цепи антител имеют сложную пространственную структуру. В частности, они состоят из последовательно расположенных глобулярных доменов , соединенных между собой линейными участками (состоящими приблизительно из 20 аминокислотных остатков). Каждый глобулярный домен имеет вид петли, которая объединяет в своем составе до 60 аминокислот и образуется в результате замыкания дисульфидных связей между определенными аминокислотными остатками цистеина внутри какой-то из цепей антитела.
Рис. Принцип доменной организации молекулы иммуноглобулина (на примере иммуноглобулина G). Каждый домен включает приблизительно 100-110 аминокислотных остатков; причем около 60 аминокислотных остатков домена оказываются заключенными в петлю дисульфидной (S-S-связью); около 20 аминокислотных остатков домена, которые не входят в состав петли, служат для соединения с другими доменами. Цифры обозначают последовательность аминокислотных остатков в полипептидных цепях. V L и C L – вариабельный и константный домены легкой цепи. V H – вариабельный домен тяжелой цепи, C H 1 C H 2 C H 3 – константные домены тяжелой цепи.
Рис. Компьютерная модель иммноглоблина G
Внутри доменов пептидные фрагменты, входящие в состав домена, образуют компактно уложенную антипараллельную b-складчатую структуру, стабилизированную водородными связями (вторичная структура белка ). Образованию b-складчатой структуры внутри домена способствуют аминокислотные остатки глицина. Таким образом, части тяжелых и легких цепей антител внутри доменов формируют b-складчатые структуры (вторичная структура белка ), которые, в свою очередь, укладываются с образованием петлеобразных доменов (третичная структура белка ). Благодаря слоистой b-складчатой структуре внутри домена три гипервариабельные области в каждой цепочке антитела оказываются максимально приближенными друг к другу.
Рис. Структура глобулярных доменов (вариабельного и константного)легкой цепи (по данным рентгеноструктурного анализа белков Бенс-Джонса). Одна поверхность каждого домена состоит из 4-х цепей (серые стрелки), образующих антипараллельную b-складчатую структуру, стабилизированную межцепочечными водородными связями (между группами СО и NH на протяжении всего пептидного остова). Другая поверхность каждого домена образована тремя цепями (розовые стрелки). Полипептидные цепи, образующие две поверхности домена связаны друг с другом межцепочечной дисульфидной связью (обозначена самой темной полосой). Описанная структура характерна для всех иммуноглобулиновых доменов. Особый интерес представляет расположение гипервариабельных областей в трех отдельных петлях вариабельного домена (гипервариабельные области обозначены красно-белыми полосатыми линиями, цифрами обозначены некоторые аминокислотные остатки в гипервариабельных областях). Эти гипервариабельные области, хотя и находятся на большом отдалении друг от друга в первичной структуре легкой цепи, но при образовании пространственной структуры они оказываются расположенными в непосредственной близости друг к другу, принимая участие в формировании антигенсвязывающего центра иммуноглобулина.
Рис. Пространственное расположение гипервариабельных участков внутри вариабельного домена тяжелой цепи иммуноглобулина G человека . Конформационная особенность вариабельного домена состоит в том, что все 3 гипервариабельных участка в результате формирования третичной структуры полипептидной цепи оказываются в непосредственной близости друг от друга (черные участки рисунка). Каркасные (инвариантные) участки обеспечивают взаимодействие с каркасными участками вариабельного домена легкой цепи. В результате взаимодействия вариабельного домена легкой и тяжелой цепей и формируется антигенсвязывающий центр иммуноглобулина.
Рис. Упрощенное двумерное изображение атигенсвязывающго центра антитела . Антигенсвязывающий центр антитела представляет собой полость, окруженную пептидными петлями гипервариабельных участков тяжелой и легкой цепей (на рисунке пронумерованы аминокислотные остатки гипервариабельных областей цепей).
Рис. Функциональное значение различных доменов иммуноглобулина G (схема). Домены легкой цепи обозначены буквами V L (вариабельный домен) и C L (константный домен); домены тяжелой цепи g-типа обозначены V H (вариабельный домен тяжелой цепи) и Сg1 Сg2 и Сg3 (константные домены тяжелой цепи)
Как уже было сказано выше, на основании особенностей строения константных областей тяжелых цепей молекул иммуноглобулинов, выделяют 5 их классов, каждый из которых характеризуется определенными особенностями организации Fc-фрагментов, обуславливающими то, с рецепторами каких эффекторных клеток организма будет взаимодействовать такой иммуноглобулин и некоторые другие его функциональные особенности. Преобладающим классом иммуноглобулинов во внутренних жидкостях организма (и преимущественно в тканевой жидкости) являются антитела класса G , которые в больших количествах продуцируются при вторичном иммунном ответе и обеспечивают защиту организма от бактерий, вирусов и токсинов. В частности, комплексы "IgG-антиген"
· усиливают фагоцитоз посредством опсонизации (т.е. комплексы "IgG-антиген" Fc-фрагментами IgG взаимодействуют с рецепторами мембраны нейтрофилов и макрофагов, повышая эффективность фагоцитоза антигенов),
· стимулируют внеклеточное уничтожение антигенов путем активации естественных киллеров (IgG, связанные с антигенами, своими Fc-фрагментами способны взаимодействовать не только с фагоцитами, но и с естественными киллерами, повреждающими мембрану антигена)
· обладают способностью взаимодействовать с компонентом С1 системы комплемента, активируя ее по классическому пути, что сопровождается появлением
ü медиаторов воспаления, обладающих хемотаксическим действием и привлекающих фагоциты и лимфоциты,
ü опсонизирующего фагоцитоз фактора С3b
ü и в конечном итоге образованием мембраноатакующих комплексов, разрушающих патогены.
Интенсивность синтеза IgG во многом зависит от проникновения антигенов в организм. IgG является единственным антителом, способным проникать через плацентарный барьер, поскольку на поверхности клеток трофобласта плаценты расположены рецепторы, связывающие Fc-фрагменты молекул материнских IgG. При этом связанные с рецепторами трофобласта молекулы IgG поглощаются путем опосредованного рецепторами эндоцитоза, после чего транспортируются в клетке трофобласта в составе окаймленных пузырьков, выводятся из клеток трофобласта, проходят через базальную его мембрану в соединительную ткань и капилляры плода. Переход IgG через плаценту обеспечивает передачу пассивного иммунитета от матери к плоду. Кроме того, в связи с присутствием IgG в молоке, он принимает участие в пассивной специфической иммунной защите ребенка в период грудного вскармливания.
Иммуноглобулины класса А представляют собой основной класс иммуноглобулинов в секретах экзокринных желез (молочных, слезных, слюнных, потовых желез, желез слизистой оболочки пищеварительной трубки и бокаловидных клеток дыхательной и мочеполовой трубок). IgА выделяется на поверхность слизистых оболочек, где и взаимодействует с антигенами. Следовательно, IgА участвует в защитной функции организма, укрепляя барьер в слизистой оболочке пищеварительного тракта, дыхательной и мочеполовой трубок против инфекций. Молекула иммуноглобулина А, содержащаяся в составе секрета каких-то желез представляет собой димер, стабилизированный дополнительной J-цепью. Причем димерные молекулы IgА образуются в самой плазматической клетке. После чего димерные молекулы IgА взаимодействуют с определенными полипептидными рецепторами на базальной поверхности секреторной клетки. IgА-рецепторы в комплексе с димером IgА путем эндоцитоза проникают внутрь секреторной клетки и наряду с опосредованием фагоцитоза секреторной клеткой, обеспечивают защиту IgА от расщепления под действием протеолитических ферментов синтезируемых клеткой секретов. После секреции IgА через апикальную поверхность секреторной клетки на поверхность слизистой оболочки рецептор для IgА частично расщепляется и его часть, оставшаяся связанной с димером IgА после такого расщепления, носит название секреторного компонента . IgА играет важную роль в защите слизистых оболочек от инфекций, которая обеспечивается его способностью препятствовать проникновению связанных с IgА микроорганизмов через эпителиальный пласт слизистой оболочки в ткани. В плазме крови молекулы IgА имеют преимущественно мономерное строение.
Рис. Механизм секреции иммуноглобулина А на поверхность слизистой оболочки . Эпителиальные клетки слизистой синтезируют иммуноглобулиновый рецептор (Ig-рецептор), который встраивается в мембрану базальной поверхности клетки. Димер Ig А связывается с этим рецептором, путем эндоцитоза, проникает внутрь клетки, транспортируется к апикальной ее поверхности, через мембрану которой путем экзоцитоза выводится на поверхность слизистой оболочки. При расщеплении рецептора на поверхности слизистой оболочки высвобождается Ig А, который все еще связан с частью рецептора, получившей название секреторного компонента. Транспорт Ig G через плаценту возможно происходит подобным образом с помощью рецепторов для Ig G, расположенных на поверхности клеток трофобласта.
Иммуноглобулины класса М представляют собой пентамерные молекулы (т.е. состоят из пяти Y-образных субъединиц, расположенных радиально и объединенных в единую молекулу с помощью единственной J-цепи, которая через посредство дисульфидных связей взаимодействует с тяжелыми цепямимономеров). При этом Fc-фрагменты каждого мономера обращены к центру молекулы и друг к другу, а Fab-фрагменты – кнаружи. J-цепь и инициирует сборку пентамерной молекулы IgМ. В связи с пентамерным строением своих молекул IgМ имеют самую большую среди всех классов антител молекулярную массу (950 кД).
Иммуноглобулины М представляют собой первый класс антител, продуцируемых развивающимися В-лимфоцитами при первичном попадании антигена в организм и содержащихся в наибольших количествах в периферической крови (т.е. IgМ образует первую линию обороны при бактериемии). IgМ благодаря большому размеру своей молекулы в комплексе с антигеном способен в единичном количестве активировать компонент С1 системы комплемента, запуская процесс активации этой системы по классическому пути, тогда как для активации компонента С1 комплексом "IgG-антиген" необходимо присоединение к его молекуле 5 комплексов " IgG-антиген".
Кроме активации системы комплемента, IgМ оказывает опсонизирующее действие при фагоцитозе. Более того, в связи с пентамерным строением IgМ способен вызывать агглютинацию и обусловленный этим лизис антигенов. Теоретически молекула IgМ может связать 10 антигенов, но, как правило, эффективно взаимодействует только с 5-ю, что обусловлено определенными стерическими ограничениями, возникающими из-за недостаточной гибкости молекулы. Мономерные молекулы IgМ представлены на поверхности В-лимфоцитов, образуя рецепторы для взаимодействия с антигеном.
Рис. Структура иммуноглобулина М
Иммуноглобулины класса D присутствуют в сыворотке крови в ничтожно малых количествах, но зато преимущественно связаны с мембраной лимфоцитов и, очевидно, выступают в роли рецепторов лимфоцитов, позволяющих им взаимодействовать между собой, благодаря чему обеспечивается контроль за активацией и супрессией лимфоцитов.
