Клиническая иммунология - Клиническая иммунология

ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ

 



Главный комплекс гистосовместимости (МНС) своим названием «обязан» тому обстоятельству, что именно в этом кластере генов со­держится информация о белках, ответственных за реакцию оттор­жения чужеродного трансплантата. Сегодня кажется само собой ра­зумеющимся, что отторжение аллотрансплантата является одной из функций иммунной системы. Однако это не в большей степени очевидно, чем представление о том, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Было потрачено немало усилий на то, что­бы доказать иммунологическую природу реакции отторжения. Пио­нерские работы в этом направлении были выполнены П. Медаваром (Р. Medawar) в годы второй мировой войны. В этих исследованиях было убедительно показано, что отторжение чужеродного трансплан­тата кожи подчиняется правилам иммунологической специфичности. Впоследствии аналогичные результаты были получены при трансплан­тации других тканей, а также опухолей. В отношении последних была показана зависимость реакции отторжения от генетических факторов, что привело генетика Дж. Снелла (G. Snell) к идее созда­ния конгенных линий мышей, т. е. линий, генетически идентичны» по всем, кроме одного, локусам. На коллекции конгенных лини» мышей были разработаны методы, с помощью которых удалось идентифицировать локус, ответственный за отторжение чужеродных тканей. В дальнейшем было показано, что этот локус представляет собой комплекс многих тесно сцепленных между собой генов, каж­дый из которых имеет множество аллельных вариантов.

Главный комплекс гистосовместимости расположен в хромосоме 17 мыши и в хромосоме 6 человека. Генетическая карта этого ком­плекса представлена на рис. 14.



 

Рис. 14. Генетическая карта главного комплекса гистосовместимости человека.



 

Молекулы МНС I класса. Эти молекулы представляют собой мембранные гликопротеины, состоящие из одной полипептидной -цепи с молекулярной массой 45 000. Роль -субъединицы выполняет нековалентно связанная с а-цепью молекула 2-микроглобулина с молекулярной массой 12000 (рис. 15). Структурный ген 2-микроглобулина локализуется вне МНС, в другой хромосоме (у мыши в хромосоме 2). Структурные исследования молекул I класса показали, что а-цепь состоит из трех внеклеточных доменов, гидрофобного трансмембранного участка и короткой цитоплазматической части. Существует множество аллельных вариантов гена, кодирующего а-цепь молекулы I класса, тогда как аллельный полиморфизм у 2-микроглобулина проявляется лишь в очень слабой степени. В ре­зультате различия между отдельными индивидуумами одного и того же биологического вида, обнаруживаемые при изучении антигенов МНС I класса, почти исключительно зависят от полиморфизма -цепи. У мышей и человека выявлено три локуса, кодирующих высокополиморфные а-цепи молекул МНС I класса. У человека они получили название HLA-A, HLA-B и HLA-C.



 

Рис. 15. Строение молекул антигенов главного комплекса гистосовмсстимости I и II классов.



 

Молекулы МНС II класса. Эти молекулы также являются мем­бранными гликопротеинами и состоят из двух гомологичных полипептидных цепей с молекулярной массой соответственно 33 000— 35 000 (тяжелая -цепь) и 27 000—29 000 (легкая -цепь). Каждая цепь включает два внеклеточных домена, имеющих ограниченную гомологию с соответствующими доменами -цепи молекул I клас­са, молекул иммуноглобулинов и 2-микроглобулинов (см. рис. 15). У человека выявлено три локуса, кодирующих антигены II класса: HLA-DP, HLA-DQ и HLA-DR.

Так же как и у молекул МНС I класса, для антигенов II класса су­ществует множество аллельных вариантов.

Другие продукты генов МНС. Эти молекулы принято также на­зывать белками МНС III класса. Среди них важно отметить три ком­понента системы комплемента: белки С2 и С4, фактор В.



 

 ПОЛИМОРФИЗМ АНТИГЕНОВ МНС

 

По степени генетического полиморфизма антигены МНС превос­ходят все известные белки. Некоторые локусы МНС представлены в виде многих десятков аллелей. Такая исключительно высокая степень вариабельности напрямую связана с механизмами распознавания «сво­его» и «чужого». При этом существуют механизмы, поддерживаю­щие аллельное разнообразие антигенов МНС. О наличии таких ме­ханизмов свидетельствует факт выраженной гомологии между отдель­ными крупными генетическими сегментами в пределах МНС. Мож­но думать, что происходило расширение или сокращение отдельных частей генома за счет дупликаций или делений. Различия в амино­кислотных последовательностях между двумя аллелями одного и того же локуса связаны с наличием множественных аминокислотных за­мен, которые сконцентрированы, однако, в нескольких вариабельных зонах, что несовместимо с представлениями о простых точечных мутациях.



 

 ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПРИРОДА РАЗНООБРАЗИЯ АНТИГЕНСВЯЗЫВАЮЩИХ РЕЦЕПТОРОВ И АНТИТЕЛ



 

Клетки иммунной системы, экспрессирующие на своей мембра­не антигенраспознающие рецепторы, способны распознавать прак­тические любые белковые, полисахаридные или гликопротеидные структуры, в том числе и те, которые в живой природе не встреча­ются, но могут быть получены искусственно. Количество генов, необходимое для обеспечения такого огромного разнообразия анти­тел и рецепторов, соизмеримо с общим числом всех генов организ­ма. Для решения этой, на первый взгляд, неразрешимой пробле­мы в процессе эволюции возникли специальные молекулярные ме­ханизмы, с помощью которых всего около 200 эмбриональных ге­нов Т-рецепторов и 700 генов иммуноглобулинов могут обеспечить возникновение соответственно 8 и 25 млн комбинаций, покрываю­щих антигенные структуры фактически любого патогенного агента. Однако прежде чем рассмотреть эти механизмы, необходимо вспом­нить об общих закономерностях строения гена эукариот.



 

Рис. 16. Передача генетической информации с ДНК, где ген имеет прерывис­тую (мозаичную) структуру на мРНК. В мРНК генетическая информация записана непрерывно. И — интрон, Э — экзон.



 



 

Рис. 17. Возможные последствия сдвига рамки считывания. Интересно, что при варианте №3 считывания появляется терминирующий кодон, сиг­нализирующий об окончании синтеза белковой цепи.



 

Сведения из молекулярной генетики. Гены высших организ­мов (эукариот) в отличие от генов бактерий имеют прерывис­тую структуру и состоят из копирующихся в мРНК нуклеотидных последовательностей, отделенных одна от другой некодирующими участками. Кодирующие участки называются экзонами, некодирую­щие — интронами. Синтез белка, кодируемый таким прерывистым геном, включает дополнительный этап — удаление участков, не несущих информации о строении белка. Сначала ген полностью ко­пируется (транскрибируется) в молекулу пре-мРНК с той лишь осо­бенностью, что происходит замена тимина на урацил. Следующий этап, названный сплайсингом, состоит в вырезании интронов и соединении экзонов. Получившаяся в результате молекула мРНК включает только те нуклеотидные последовательности, которые уча­ствуют в кодировании белка, плюс так называемые сигнальные пос­ледовательности. Эта молекула, содержащая непрерывную генетичес­кую информацию, в свою очередь транслируется в последователь­ность аминокислот (рис. 16). Специфическое распознавание границ интронов осуществляется с помощью особых ферментов. Возможны случаи, когда в результате нарушения такого распознавания сплайсинг пре-мРНК происходит не по границам интронов и экзонов, а с некоторым сдвигом. Такую ситуацию называют сдвигом рамки счи­тывания, в результате чего один и тот же участок нуклеиновой кис­лоты будет кодировать совершенно другой белок (рис. 17).



 



 

Рис. 18. Перестройка ДНК с образованием гена, кодирующего тяжелую цепь молекулы IgG.



 

Возникновение разнообразия антигенраспознающих рецепторов.

Долгое время оставался совершенно непонятным процесс синте­за И- и L-цепей иммуноглобулинов, а также - и -цепей Т-кле­точного рецептора. Было неясно, почему разные молекулы содержат идентичные С- и разные V-районы. Предполагалось, что С- и V-участки кодируются разными генами, однако вопрос о механиз­мах объединения этих участков в единую полипептидную цепь слу­жил почвой для создания многочисленных гипотез. В 1976 г. группа исследователей под руководством С. Тонегавы показала, что V- и С-гены, кодирующие легкую -цепь иммуноглобулинов мыши­ной миеломы, в ДНК миеломных клеток примыкают друг к дру­гу, а в ДНК эмбриональных клеток или сперматозоидов нахо­дятся на значительном расстоянии. В дальнейшем было установ­лено, что на определенном этапе развития между клетками зароды­шевой линии и зрелым лимфоцитом происходит специфическая пе­рестройка ДНК, в результате которой участки, кодирующие вариабельные и константные области, оказываются расположенными в непосредственной близости друг к другу. Комбинация генов, возник­шая после их перегруппировки, устойчиво наследуется всеми дочер­ними клетками. Такая перестройка на примере синтеза тяжелой цепи молекулы иммуноглобулина схематически представлена на рис. 18. Следует иметь в виду, что, хотя каждый ген содержит примыкаю­щую к структурной области промоторную последовательность, он не транскрибируется до тех пор, пока не завершилась продуктивная перестройка ДНК. В ходе такой перестройки происходит делеция участка хромосомы, расположенной между объединяемыми V- и J-генами (или V, D и J в случае синтеза тяжелых цепей).

Потери генетического материала в процессе конструирования гена тяжелых и легких цепей молекулы иммуноглобулина или - и -це­пей антигенсвязывающего рецептора Т-клетки имеют абсолютно случайный характер. Эти потери происходят в ходе соматической рекомбинации в процессе созревания лимфоцитов, при транскрип­ции генов в пре-мРНК, а также при сплайсинге. В последнем слу­чае молекула РНК вместе с интронами теряет большую часть «лиш­них» J-генов (рис.19).



 

Рис. 19. Упрощенная схема генетического контроля образования -цепи иммуноглобулина мыщи,



 

Таким образом, огромное разнообразие антител (Т-клеточных рецепторов) при ограниченном числе генов достигается за счет сле­дующих механизмов.



 

  1. Комбинаторика. Соединение участков V и J, V и D, D и J происходит случайно. При этом число возможных комби­наций может колебаться от 1620—5000 (для - и -цепей Т-клеточного рецептора) до 3·104 (для тяжелой цепи молекулы иммуноглобулина).

  2. Межцепочечные изменения. При комбинации различных ти­пов цепей (тяжелых и легких, и может быть достигнута более высокая степень вариабельности. Например, при соединении одной и той же тяжелой цепи с различными легкими цепями образуются антитела, обладающие неодинаковой специфичностью.

  3. Комбинации VDJ. Происходит встраивание нуклеотидов с 5'-конца D- и J-сегментов, что существенно увеличивает репер­туар -генов Т-рецепторов.

  4. Замена 5'VH-гена на другой после завершения VHDJH-перестройки. Кроме того, из-за ошибки встраивания в месте присоединения «нового» 5`VH-гена к соответствующему концевому участку сегмента D может происходить потеря или прибавление оснований. Необхо­димость такого обмена VH-генами связана, вероятно, с тем, что на ранней стадии дифференцировки В-клеток в VHDJH-перестройку вов­лекаются наиболее близко расположенные VH- и D-сегменты.

  5. Сдвиг рамки считывания. При трансляции мРНК один и тот же D-сегмент может считываться тремя различными спосо­бами за счет смещения рамки считывания.

  6. Соматические гипермутации. Этот механизм касается только гипервариабельных участков молекул иммуноглобулинов и имеет ха­рактер точечных (замена одного нуклеотида) мутаций. Средняя ча­стота мутаций в эукариотических клетках не превышает 0,0001%, а при дифференцировке В-клеток в плазматические клетки или клет­ки памяти частота достигает 2—4%. Возможно, именно благодаря мутационному механизму вторичный ответ сопровождается продук­цией антител более высокой аффинности. Поскольку гены Т-кле­точных рецепторов не подвержены соматическим мутациям, можно думать, что указанный механизм имеет «своей целью» тонкую на­стройку иммунной системы, осуществляемую в процессе антигензависимой дифференцировки В-лимфоцитов.



 

 ЭВОЛЮЦИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЭВОЛЮЦИИ МОЛЕКУЛ СУПЕРСЕМЕЙСТВА ИММУНОГЛОБУЛИНОВ



 

Полагают, что все гены, кодирующие молекулы, которые отно­сятся к суперсемейству иммуноглобулинов, происходят от одного общего предка. Продуктами этих генов-предшественников была древ­няя система молекул клеточной адгезии, эволюция которой привела к образованию гена, кодирующего домен типа 2-микроглобулина. Все продукты генов, относящихся к суперсемейству иммуноглобу­линов, построены из одного или большего числа таких доменов. Все эти домены имеют высокую степень гомологии, образованы примерно 110 аминокислотными остатками, содержат чередующиеся гидрофоб­ные и гидрофильные участки, образующие антипараллельные -склад­чатые участки со вставками разной длины (так называемый иммуноглобулиновый тип укладки). В результате дупликации гена, коди­рующего домен такого рода, возник ген мультидоменного белка — древний N-CAM (cell-adhesion molecules).

Дальнейшая эволюция привела к образованию генов, кодирую­щих рецепторы гормонов, антигены МНС, дифференцировочные антигены, миелиновые белки, антигенсвязывающие рецепторы Т-клеток и иммуноглобулины (рис. 20). В результате перекомбина­ции экзонов произошло объединение доменов типа фибронектина с доменами типа N-CAM, что привело к возникновению современно­го семейства молекул клеточной адгезии (N-CAM, I-CAM, Ng-САМ, MAG, контактин). Важной особенностью структуры доменов является их взаимная комплементарность. Иногда вследствие дупликации и дивергенции генов возникали взаимодействующие друг с другом семейства молекул, например Т-клеточные рецепторы и ан­тигены МНС, IgA и поли-IgA-рецептор



 

.



 

Рис. 20. Эволюция молекул суперсемейства иммуноглобулинов.



 

Известно, что древняя система молекул клеточной адгезии свя­зана с примитивным узнаванием «своего». Так, у губок сращива­ние отдельных ветвей возможно только внутри одной колонии, а при сращивании с ветвями другой колонии через 7—9 дней происходит отторжение. В ходе эволюции молекулы этой системы постоянно усложнялись и специализировались, в результате чего процесс рас­познавания «своего» и «чужого» резко сократился во времени и до­стиг исключительно высокой степени специфичности.

Исследования, проведенные в области сравнительной иммуноло­гии, позволяют выделить четыре филогенетических уровня развития иммунной системы. К первому относятся одноклеточные эукариоты и примитивные многоклеточные. На этом уровне функционирует древняя система молекул клеточной адгезии, обеспечивающих взаи­модействие клеток между собой. Ко второму уровню относятся прак­тически все беспозвоночные, как первично-, так и вторичноротые. Именно на этом уровне формируются домены, входящие в антиген-распознающие структуры. Третий уровень охватывает хордовых, но не включает в себя млекопитающих. Этот уровень характеризуется появлением иммуноглобулинов. Причем у круглоротых, относящихся к подклассу миксин, иммуноглобулины имеют наиболее простую форму, тогда как у миног, составляющих другой подкласс, происхо­дит дивергенция С-домена на СH- и СL-домены, в результате чего появляются тяжелые и легкие цепи молекулы иммуноглобулина. У ко­стистых рыб С-домены L-цепи дивергируют на - и -типы. Раз­личные изотипы Н-цепей обнаруживаются, начиная с двоякодышащих рыб и земноводных. Четвертый филогенетический уровень включает млекопитающих и характеризуется дальнейшей дивергенцией доменов, в результате которой возникают классы и подклассы им­муноглобулинов.


 

Методы иммуноанализа

Scroll To Top
[ Reset Settings ]
Rambler's Top100
Картаsns krf e0 nd5 ah81 rod solnce rod solnc cent1 cen40
rss
Карта