11219 (Антитела и клеточные рецепторы для них)

РЕФЕРАТ

АНТИТЕЛА И КЛЕТОЧНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ ДЛЯ НИХ

2008

Основная функция специфического иммунного ответа — это специфическое распознавание чужеродных антигенов. В распознавании участвуют молекулы двух разных типов — иммуноглобулины и Т-клеточные рецепторы антигенов. Структурное разнообразие этих молекул, благодаря которому они способны распознавать множество самых разных антигенов, возникает в результате многочисленных генных рекомбинаций.

Иммуноглобулины представляют собой группу гликопротеинов, которые содержатся в плазме крови и в тканевой жидкости у всех млекопитающих. Некоторые иммуноглобулиновые молекулы структурно связаны с плазматической мембраной В-клеток и функционируют как антигенспецифичные рецепторы. Другие присутствуют в плазме или в лимфе как свободные молекулы. Синтез антител осуществляют В-клетки, но для этого необходим контакт с антигеном и вызванное им созревание В-клеток в антителообразующие клетки. К АОК относятся, в частности, секретирующие значительные количества антител плазматические клетки. Мембраносвязанные иммуноглобулины незрелых В-клеток имеют ту же самую антигенсвязывающую специфичность, что и антитела, образуемые зрелыми АОК.

ИММУНОГЛОБУЛИНЫ - ОСОБОЕ СЕМЕЙСТВО БЕЛКОВ

У большинства высших млекопитающих обнаружено пять классов иммуноглобулинов — IgG, IgA, IgM, IgD и IgE, которые различаются по размерам молекул, заряду, аминокислотному составу и содержанию углеводов.

Помимо различий между классами, существует и весьма значительная гетерогенность в пределах каждого класса. Так, по электрофоретическим свойствам иммуноглобулины настолько разнообразны, что встречаются во всех фракциях нормальной сыворотки, от б до у.

Иммуноглобулины - бифункциональные молекулы

Каждый иммуноглобулин выполняет две функции. Одна область его молекулы предназначена для связывания с антигеном, другая осуществляет так называемые эффекторные функции. К ним относится связывание иммуноглобулина с тканями организма, различными клетками иммунной" системы, определенными фагоцитарными клетками и первым компонентом комплемента при активации этой системы по классическому пути.

Принадлежность иммуноглобулина к определенному классу и подклассу определяется структурой тяжелой цепи/

Основная структурная единица иммуноглобулина любого класса состоит из двух одинаковых легких и двух одинаковых тяжелых полипептидных цепей, удерживаемых вместе дисульфидными связями. От типа тяжелых цепей зависит принадлежность молекулы иммуноглобулина к тому или иному классу и подклассу. Так, у человека четыре подкласса igG имеют тяжелые цеп» соответственно г1, г2, г3 и г4; все они выявляются иммунохимически как г-цепи, но незначительно отличаются друг от друга.

К 1, 2, 3 и 4 подклассам IgG относится соответственно около 66%, 23%, 7% и 4% общего числа молекул этого класса. Известны также два подкласса IgA, но подклассов IgM, IgD и IgE человека пока не обнаружено. Разнообразие классов и подклассов иммуноглобулинов обусловлено изотипической изменчивостью их молекул.

В процессе эволюции подклассы иммуноглобулинов возникли, по-видимому, позже классов. Поэтому подклассы IgG человека очень сильно отличаются от четырех подклассов IgG, идентифицированных у мыши.

У каждого класса иммуноглобулинов свой набор функций.

Все иммуноглобулины — это гликопротенны; содержание углеводов в них варьирует от 2—3% у IgG до 12—14% у IgM, IgD и IgE.

IgG. Это главный изотип Ig нормальной сыворотки человека; на его долю приходится 70—75% общего количества сывороточных иммуноглобулинов.Молекула IgG представляет собой четырехцепочечный мономер с коэффициентом седиментации 7S и мол. массой 146 кДа. При этом белки igG3 несколько крупнее белков других подклассов из-за слегка большей по размерам г3-цепи. Иммуноглобулины класса G равномерно распределены между внутри- и внесосудистым пулами и составляют большинство антител вторичного иммунного ответа, а также основную часть антитоксинов. Кроме того, именно IgG обеспечивают невосприимчивость ребенка к инфекциям в первые несколько месяцев жизни. У человека антитела всех подклассов IgG проникают через плаценту в организм плода, создавая напряженный пассивный иммунитет на весь неонатальный период. У млекопитающих тех видов, для которых характерна передача материнского иммуноглобулина потомству только после рождения, например у свиньи, lgG, поступающий с молоком, избирательно проникает из желудочно-кишечного тракта в кровоток новорожденного.

IgM. К этому классу относится примерно 10% общего пула иммуноглобулинов сыворотки. Молекула IgM представляет собой пентамер основной четырехцепочечной единицы. Отдельная тяжелая цепь имеет мол. массу -65 кДа, а вся молекула — 970 кДа. Антитела этого класса содержатся преимущественно во внутрисосудистом пуле иммуноглобулинов и доминируют в качестве «ранних» антител, чаще всего при иммунном ответе на сложные по антигенному составу патогенные микроорганизмы.

IgA. Белки этого класса составляют 15—20% общего количества иммуноглобулинов в сыворотке человека, где они более чем на 80% представлены в виде мономера — четырехцепочечной единицы. Однако в сыворотке большинства других млекопитающих IgA присутствует большей частью в полимерной форме, чаше всего как димер четырехцепочечной единицы. IgA — это главный класс иммуноглобулинов серозно-слизистых секретов, таких как слюна, молозиво и молоко, а также отделяемого слизистой оболочки дыхательных и мочеполовых путей.

Секреторные IgA относятся к подклассу IgA I или IgA2 и представлены в основном димерной формой с коэффициентом седиментации 11S и мол. массой 385 кДа. Они присутствуют в большом количестве в серозно-слизистых секретах, где связаны с другим белком, называемым секреторным компонентом.

IgD. Этот класс составляет менее 1% всех иммуноглобулинов плазмы, но обильно представлен на мембране многих В-клеток. Биологическая роль данного класса иммуноглобулинов до конца не известна. Предположительно он участвует в антиген-зависимой дифференцировке лимфоцитов.

IgE. Концентрация этого класса иммуноглобулинов в сыворотке исчезаюше мала, но он выявляется на поверхностной мембране базофилов и тучных клеток у любого человека. Кроме того, IgE сенсибилизированы клетки слизистых оболочек, в частности носовой полости, бронхов и конъюнктивы. Возможно, IgE имеют существенное значение в ангигельминтозном иммунитете, однако в развитых странах с ними чаще всего связан патогенез аллергических заболеваний, например бронхиальной астмы и сенной лихорадки.

СТРОЕНИЕ АНТИТЕЛ

Основная четырехцепочечная структурная единица иммуноглобулиновых молекул образована полипептидными цепями двух разных типов. Меньшие по размерам цепи имеют мол. массу 25 кДа и одинаковы у всех классов, тогда как более крупные цепи, мол. массой 50—77 кДа, структурно различны у разных классов и подклассов иммуноглобулинов. Полипептидные цепи удерживаются вместе ковалентными и нековалентными связями.

Каждая цепь содержит вариабельную и константную области.

У большинства позвоночных легкие цепи существуют в двух различных изотопических формах, обозначенных каппа и лямбда. В молекуле иммуноглобулина могут объединяться пары легких и тяжелых цепей любого типа, но обе цепи в паре относятся к одному типу.

Как установили Хильшманн, Крейг и др., легкие цепи состоят из двух различных областей. С-концевая половина цепи одинакова у легких цепей всех типов; она названа константной, или CL-областью. В то же время Н-концевая половина этой цепи имеет множество вариантов аминокислотной последовательности, из-за чего названа вариабельной, или VL-областью.

Молекулы lgG имеют «типичную» для антител структуру.

В качестве «типичного» антитела можно рассматривать молекулу IgG. В ней имеется две внутрииепочечные днсульфндные связи в каждой легкой цепи — по одной в вариабельной и константной областях — и четыре таких связи в каждой тяжелой цепи, которая вдвое длиннее легкой. Каждая дисульфидная связь замыкает пептидную петлю из 60—70 аминокислотных остатков; при сравнении аминокислотных последовательностей этих петель выявляется удивительно высокая степень их гомологии. В основном поэтому каждая полипептидная цепь иммуноглобулина образует несколько глобулярных доменов с весьма сходной вторичной и третичной структурой.

Пептидная петля, замкнутая дисульфидной связью, — это центральная часть «домена», в котором всего насчитывается примерно 110 аминокислотных остатков. Как в легких, так и в тяжелых цепях первые от Н-конца домены образованы соответственно вариабельными областями Vl и Vh. Тяжелые цепи lgG, IgA н IgD имеют еще три домена — Сн1, Сн2 и Сн8, составляющих константную область. В цепях непосредственно за Сн1 следует один дополнительный домен, поэтому С-концевые домены тяжелых цепей IgM и IgE гомологичны СнЗ-домену IgG.

Модель молекулы IgGl с изображением глобулярных доменов тяжелой и легкой цепей. Обратите внимание на взаимное сближение доменов СнЗ и разделение доменов Сн2, между которыми расположены углеводные компоненты. На этом рисунке дисульфидные связи между Н- и L-цепями не показаны.

По данным рентгеноструктурного анализа удалось реконструировать б-углеродный скелет и построить компьютерные модели целых молекул IgG. Модельные IgG имеют вид Y- и Т-образных структур, и аналогичные формы IgG выявлены с помощью электронной микроскопии.

В Fab-области молекулы иммуноглобулина гомологичные домены легких и тяжелых цепей располагаются парами; СуЗ-домены двух тяжелых цепей также образуют пару, но Су2-домены разделены углеводными компонентами.

Несмотря на структурное сходство гомологичных доменов, междоменные взаимодействия в разных парах существенно различаются. Например, вариабельные домены контактируют друг с другом слоями, состоящими из трех сегментов цепи, а константные — слоями из четырех сегментов. Модель молекулы IgGl в общем адекватно отражает структуру элементарных единиц в составе иммуноглобулинов всех изотипов, однако каждый класс и подкласс имеет свои характерные отличия в деталях строения.

IgG. Четыре подкласса IgG человека лишь слегка различаются по аминокислотной последовательности тяжелых цепей. Этими различиями, относящимися в основном к шарнирной области, обусловлены изотипические вариации расположения и числа межцепочечных дисульфидных связей. Из четырех подклассов наиболее выраженной структурной особенностью — удлиненной шарнирной областью — обладает lgG3, чем объясняется его более высокая мол. масса и, отчасти, повышенная биологическая активность.

IgM. У человека IgM обычно обнаруживается в виде пентамера основной четырехцепочечной структурной единицы. Отличие его м-цепи от г-цепей IgG состоит в иной аминокислотной последовательности и наличии дополнительного константного домена с С-концевым пептидом из 18 аминокислотных остатков. Субединицы пентамера соединены дисульфидными связями между С^З-доменами и, вероятно, между С-концевыми пептидами. По данным электронной микроскопии молекула IgM имеет плотно сложенный центр, от которого расходятся пять ветвей.

На микрофотографиях антитела IgM, связавшиеся с бактериальным жгутиком, видны в «крабовидной» конфигурации. Такая форма молекулы IgM свидетельствует о том, что тяжелые цепи в области между Cμ2 и CμЗ могут легко изгибаться, хотя по структуре эта область не гомологична шарнирной области IgG. Взаимное расположение разных частей молекулы IgM, принявшей «крабовидную» конфигурацию, по-видимому, связано с активацией ею комплемента.

Молекулу IgM характеризуют еще два свойства: многочисленные присоединенные к м-цепи олигосахариды и добавочная пептидная J-цепь, которая предположительно принимает участие в полимеризации мономерных единиц, предшествующей выходу IgM из синтезирующей его клетки. J-цепь представляет собой полипептид из 137 аминокислотных остатков, образующий домен иммуноглобулинового типа. Каждая молекула IgM содержит только одну J-цепь. Она соединена дисульфидными связями с С-концевыми. состоящими из 18 аминокислотных остатков пептидами тяжелых цепей отдельных мономеров. Имеется наблюдение, что в клетках, секретирующих IgM преимущественно в форме гексамера, отсутствуют свободные J-цепи.

IgA. Состоящая из 472 аминокислотных остатков б-цепь свертывается с образованием четырех доменов: Vh, Ccd, Сос2 и СосЗ. Аналогично IgM тяжелая цепь IgA содержит дополнительный С-концевой пептид из 18 аминокислотных остатков с остатком цнстеина в предпоследней позиции. Этот остаток способен ковалентно взаимодействовать с J-цепью, соединяющей две молекулы с образованием димера. На электронных микрофотографиях димеры IgA выглядят как двойные Х-формы, что свидетельствует о соединении двух мономерных субъединиц конец-в-конец и об участии в этом соединении С-концевых областей СаЗ.

Секреторный IgA представлен главным образом димерной формой с коэффициентом седиментации 11S. Полностью собранная молекула состоит из двух мономеров IgA. одного секреторного компонента и одной J-цепи. Как все эти пептидные цепи связаны между собой, до конца не ясно. В противоположность J-цепи секреторный компонент синтезируется не в плазматических, а в эпителиальных клетках. Молекулы IgA, удерживаемые в димерной конфигурации J-цепью и секретируемые субэпителиальными плазматическими клетками слизистых оболочек, при прохождении через эпителиальный покров активно связывают секреторный компонент. Он способствует доставке антител slgA в выделения организма, а также защищает эти антитела от протеолиза.

Преобладающий подкласс IgA, как в сыворотке, так и в выделениях организма, — это IgAl. Однако в просвете толстой кишки около 60% IgA составляет подкласс lgA2. Многие бактерии в микрофлоре верхних дыхательных путей, приспособленные к условиям обитания, выделяют протеазы, расщепляющие IgAl.

IgD. К IgD относится меньше 1% иммуноглобулинов сыворотки. Этот белок гораздо более чувствителен к протеолизу, чем IgGI, IgG2, IgA или IgM и, кроме того, проявляет тенденцию к спонтайному протеолнзу. По-видимому, его д-цепи удерживаются вместе всего одной дисульфидной связью и соединены с большим количеством углеводых цепей.