58277 (Нобелевские лауреаты в иммунологии), страница 6

антитело, молекулярная масса которого на десятки раз больше, должно состоять из нескольких полипептидных цепей, скрепленных скорее всего дисульфидными мостиками. Поскольку эти последние связи довольно слабы, Эдельман испробовал методы, способные их разорвать. В 1961 году Эдеяьман и М. Пулик сообщили, что им удалось разделить молекулу на отдельные полипептидные цепи: две «легкие» (L) и две (в два раза более длинные) «тяжелые» (H) цепи. Ни одна цепей не обладала специфической способностью связываться с антигеном.

Портер объединил эти данные с результатами собственных исследований и 1962 году объявил о создании модели молекулы антитела, которая с тех пор стала общепринятой. Согласно Портеру, молекула антитела (иммуноглобулина класса G) имеет вид буквы Y. Каждая из двух ветвей сформирована одной легкой цепью передней частью тяжелой цепи, а стебель образован задними частями тяже, цепей. Различные цепи залегают бок о бок, скрепляемые дисульфидными связями. Таким образом, способность к специфическому связыванию, свойственная кончикам ветвей, основана на взаимодействий между свободными концами легкой и тяжелой цепей, каждая из которых сама по себе неактивна.

Портер и Эдельман объединили усилия своих лабораторий, и периодически обсуждли полученные результаты на совместных рабочих совещаниях. Было установлено, что и в легких, и в тяжелых цепях есть вариабельные и константные области. Ценную информацию принесло сравнение структуры антител различной специфичности и антител, полученных от животных разных биологических видов.

Стало возможным определение аминокислотной последовательности в полипептидных цепях, из которых состоят молекулы антител. Проделав огромную работу, сотрудники Эдельмана к 1969 году полностью расшифровали первичную структуру молекулы иммуноглобулина (все 1300 аминокислотных остатков) и определили в ней домены, ответственные за различные функции антител [1].

Как известно, существует несколько главных классов антител с различными функциями и характеристиками. Легкие цепи во всех видах антител принципиально одни и те же (хотя и обладают разной электрофоретической подвижностью), а тяжелые цепи в каждом классе - свои. Задние части тяжелых цепей в стебле определяют способность антител активировать систему комплемента, который например, при контакте антитела с некоторыми клетками и микробами раствору и уничтожает их. В этой же части молекулы расположены химические группы, которых зависит способность антитела проникать сквозь некоторые мембраны, например, сквозь плаценту от матери в организм плода.

Эдельман и Портер дали миру ясное изображение структуры и механизм действия антител - важнейших биологических веществ. Этим они заложили надежную основу для дальнейшего изучения иммунных процессов метода точных наук, то есть создали то, чего иммунологии так недоставало. Открытие тотчас же вызвало «взрыв» иммунологических исследований по всему миру.

В 1967 году Эдельман и Дж. Хелли предложили гипотезу, которая должна была указать решение парадокса, связанного с необходимостью генетической заданности 10 млн. возможных вариантой антител. Согласно гипотезе, каждая цепь (Н и L) в молекуле антитела определяется лишь одной парой генов. В ходе развития клеток, синтезирующих антитела, эти гены рекомбинируют, в результате чего и возникает такое обилие вариантов белка. Эта гипотеза получила признание только в конце 1970-х годов, когда была подтверждена методами генной инженерии.

Последовавшие вслед за признанием поиски быстро привели к результатам, ценным для клинической диагностики и терапии.

Глава 11. 1977 Розалин Ялоу (1921)

Формулировка нобелевского комитета:

«за открытие метода радиоиммунологического исследования пептидных гормонов ».

Ялоу и Соломон Берсон оказались способны устранить возникшее препятствие на пуги развития физиологии и сделали это наиболее неожиданный способом. К середине 1950-х годов они обнаружили, что в организме людей, которым для лечения диабета или шизофрении вводили инсулин, возникали антитела против; данного гормона. Этот вывод противоречил преобладавшей в то время концепция, согласно которой столь малый фрагмент белка (51 аминокислотный остаток) не может обладать антигенной активностью. Для принятия научным сообществом нового; взгляда потребовалось значительное время. Были получены и другие важные данные. Так, антитела образовывали растворимые комплексы с инсулином, к молекуле которого была присоединена радиоактивная метка (изотоп йода). Добавление в смесь немеченного (обычного) инсулина влияло на связывание меченного инсулина с антелами. Другими словами: процент меченого инсулина, связывающегося с антителами, является функцией общей концентрации инсулина в растворе. Этот факт стал отправной точкой для радиоиммунологического определения инсулина, а позднее всех прочих пептидных гормонов в крови и других жидкостях и тканях тела.

В серии блестящих, признанных теперь классическими, статей 1956-1960 годов Ялоу и Берсон подробно описали свой радиоиммунологический метод (англ. radioimmunolodical assay - RAI) определения пептидов [3]. Это было захватывающим воображение соединением иммунологии, изотопных методов, математики и физики. RAI настолько чувствителен, что позволяет определять инсулин в концентрации 10-20 пг/мл, а АКТГ - менее 1 пг/мл {одна триллионная доля грамма в одном миллилитре).

Глава 12. 1980 Бару Бенацерраф (1920), Жан Доссе (1916) и Джорд Д. Снелл (1903)

Формулировка нобелевского комитета: «за открытие метода радиоиммунологического исследования пептидных гормонов ».

Снелл изучал на мышах возможность пересева опухолей и установил, что переносимость опухолей детерминирована присутствием на поверхности клеток особых белково-углеводных комплексов, которые Снелл назвал антигенами тканевой совместимости, или Н-антигенами. Правила переносимости опухолей, которые вывел Снелл, оказались приложимы и к нормальной ткани, такой как кожа. При пересадках тканей клетки трансплантата, несущие на своей поверхности чужой для организма набор антигенов, входят в контакт с клетками иммунной системы организма-хозяина. Те вырабатывают защитную реакцию и отторгают чужую ткань.

В 1946 году Снелл обнаружил, что Н-антиген идентичен антигену, описанному Горером. Объединив свои усилия, Снелл и Горер начали серию исследований на мышах чистых линий. (Чистой линией, или просто линией, называется потомство, полученное в результате многократных близкородственных скрещиваний и ставшее генетически однородным, как монозиготные близнецы.)

После длительных экспериментов, результаты которых однажды были уничтожены пожаром в лаборатории, Снеллу удалось доказать, что формирование Н-антигенов детерминировано генами (Снелл назвал Н-генами), находящимися в пределах одной области в одной хромосоме. Эта область получила название гладкого комплекса гистосовместимости (англ. major histocompatibility complex - MHC), МНС был обнаружен у всех исследованных классов позвоночных - у рыб, рептилий, птиц и млекопитающих, В пределах МНС мыши было установлено существование приблизительно 80 различных генов. Участие МНС в регуляции важных иммунологических реакций позволило Снеллу назвать гены МНС «супергенами». Он усомнился в том, что истинное их назначение — сопротивляться пересадкам тканей, поскольку трансплантация - ситуация искусственная, в природе почти не встречающаяся. Возникал вопрос: зачем природа создала механизм защиты от пересадок?

Между 1930 и 1950 годами иммунологические закономерности трансплантаций устанавливались в опытах на мышах и ничего не было известно о соответствующей системе в организме человека. Экспериментальные пересадки тканей здесь невозможны. Выход нашел Доссе, обнаруживший громадное значение лейкоцитов (белых клеток крови) для реакции отторжения. Первоначально Доссе изучал аутоиммунные болезни, в том числе он исследовал пациентов, перенесших многократные переливания крови. В 1954 году Доссе обнаружил, что кровь таких пациентов содержит антитела против донорских лейкоцитов. Эти антитела агглютинировали (склеивали) лейкоциты большинства других людей, но не свои собственные. Подтверждение этому Доссе получил, исследуя антитела в крови женщин, родивших нескольких детей. В конце 1950-х годов он идентифицировал первый антиген (белок) гистосовместимости человека. Вскоре были описаны и другие подобные антигены. По месту своей локализации (на мембранах белых клеток крови) они были названы человеческими лейкоцитарными антигенами (англ. human leukocyte antigens - HLA). В 1965 году Доссе показал, что они детерминированы единой системой генов, локализованных на одной хромосоме [4]. Их назвали HLA-генами. Так Доссе открыл человеческий эквивалент МНС мышей. Вскоре было выявлено, что сходство систем МНС и HLA намного больше, чем первоначально предполагалось. Доссе показал, что в пределах HLA-системы человека, как и в МНС мышей, есть две доминирующих области. Была выдвинута гипотеза о существовании двух тесно сцепленных локусов (А и В). Позднее были открыты локусы С и D. Все они расположены в маленькой области хромосомы 6. Каждый из них может встречаться в нескольких альтернативных формах. Так, ген А встречается по крайней мере в 15 вариантах, В - в 29, С - в 9 и D - в 12-ти. Индивид может иметь два варианта каждого их этих генов - по одному в каждой хромосоме 6-й пары. Вероятность того, что два человека, не состоящие в кровном родстве друг с другом, получат одинаковый набор HLA-генов, мала, так как число возможных комбинаций превышает 100 млн. Монозиготные близнецы всегда имеют одинаковый набор HLA-генов.

Сподвижниками Доссе в это время были Ф. Киссмейер-Нильсен и многие др. Они, как до них это делали исследователи фагов, объединились в интернациональную труппу, члены которой в конце 1960-х - начале 1970-х годов регулярно обменивалась информацией, в том числе путем периодического проведения рабочих совещаний по гистосовместимости. Движущим фактором прогресса в этой области была вера членов группы в то, что результаты их труда позволят решить главную проблему, связанную с пересадками органов.

Работая с Эдельманом (Нобелевская премия 1972 года), Бенасерраф обнаружил, что одни морские свинки в ответ на введение простых антигенов (синтетических полипептидов) вырабатывали антитела, другие - нет. Бенасерраф понял, что способность реагировать таким образом детерминированна генетически. Он назвал эти факторы Ir-генами (англ, immune response - иммунный ответ). В 1965 году его коллеги описали подобные гены у мышей и выяснили, что они входят в МНС. В конце 1960-х годов Бенасерраф и его сотрудники в опытах на морских свинках чистых линий проверили эти данные.

В 1976 году другие авторы показали, что белки-продукты трансплантационных генов регулируют процесс, в ходе которого Т-лимфоциты отличают нормальные клетки своего организма от чужих (трансплантат) или переродившихся своих (опухоль) клеток. Иммунная система постоянно следит за тем, чтобы собственные клетки тела не изменяли своих уникальных поверхностных характеристик. Изменение этих характеристик может произойти при встрече с вирусом или когда нормальная клетка трансформируется в клетку опухоли. Именно в этих случаях способность отличать «свое» от «не-своего» становится очень важной; изменившиеся клетки должны быть обнаружены и уничтожены. Вскоре было выяснено, что Ir-гены, как и трансплантационные гены, входят в состав МНС. Продукты трансплантационных генов получили название молекул класса I. а продукты Ir-генов — молекул клаcca II.

Таким образом, главное назначение МНС — организация системы иммуннологического надзора, а отторжение трансплантатов лишь побочный результат деятельности МНС. В нормальном организме иммуннологический надзор сбалансирован так, чтобы организм внезапно не отреагировал против своих же собственных здоровых клеток. Если же такое случается, то возникают аутоиммунные заболевания, такие как, например, ревматоидный артрит.

Глава 13. 1984 Нильс К. Ерне (1911-1994), Георг Й. Келлер (1946-1995) и Сезар Мильштейн (1927-2002)

Формулировка нобелевского комитета: «за теории, касающиеся специфичности в развитии и регуляции иммунной системы и открытие принципа производства моноклональных антител».

Нильс К. Ерне

Иммунная система должна распознавать огромное количество чужеродных антигенов и специфически реагировать с каждым. Вопрос о причинах разнообразия в иммунной системе оставался долгое время открытым. Как лимфоциты развивают свои жизненно важные свойства и как они создают высокочувствительную систему распознавания антигенов? Все это озадачивало многие поколения исследователей.

В 1955 году Ерне предложил теорию естественного отбора в антителообразовании. Согласно этой теории каждый индивид имеет огромное количество естественных антител со специфичностями для всех антигенов, с которыми его организм может встретиться. Антитела развиваются уже во внутриутробной жизни, то есть в отсутствии каких-либо внешних антигенов. Когда появляется чужеродный антиген, он выбирает себе наиболее подходящую молекулу антитела. Реакция «антиген-антитело» стимулирует производство антител именно этой специфичности. Эта теория противоречила инструктивным теориям, которые преобладали в то время. Согласно этим теориям, антиген служит шаблоном для производства антител. В теории естественного отбора Ерне подразумевается, что возникновение огромного числа специфичностей антител происходит независимо от экзогенных антигенов. Эти представления и составляют основу современной иммунологии.