11219 (Антитела и клеточные рецепторы для них), страница 2

IgE. Молекула IgE состоит из более крупных е-цепей, содержащих большее число аминокислотных остатков и образующих пять доменов.

МЕЖДУ МОЛЕКУЛАМИ АНТИТЕЛ ВОЗМОЖНЫ ИЗОТИПИЧЕСКИЕ, АЛЛОТИПИЧЕСКИЕ И ИДИОТИПИЧЕСКИЕ РАЗЛИЧИЯ В АМИНОКИСЛОТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Изотпические различия. Гены изотипических вариантов антител в норме присутствуют в геноме всех представителей данного вида. Например, в геноме каждого человека имеются одновременно гены гА-, г2-, г3-, г4-, м-, бъ-, б2-, д-, е-, к- и л-цепей, представляющих собой поэтому изотипы.

Аллотипические различия. Они отражают генетические различия между особями одного вида, в том числе по аллелям данного локуса. Например, у человека вариант IgG3 с остатком фенилаланина в 436 позиции уЗ-цепи, названный G3m, встречается не у всех индивидов, т. е. представляет собой аллотип. Чаще всего аллотипы различаются константной областью тяжелых цепей.

Идиотипические различия. Существование разных идиотипов антител обусловлено различиями в аминокислотной последовательности вариабельных доменов, и особенно их гипервариабельных участков. Эти же области определяют специфичность антнгенсвязывающего центра антител. Индивидуальные идиотипы антител обычно характерны для разных клонов В-клеток. Однако иногда у различных В-клеточных клонов идиотипы антител могут быть общими.

ЭФФЕКТОРНЫЕ ФУНКЦИИ АНТИТЕЛ

Основная, первичная функция антител — связывание с антигеном. В некоторых случаях оно непосредственно ведет к достижению эффекта, например, обеспечивая нейтрализацию бактериального токсина или предотвращая проникновение вируса в клетки. Однако чаще взаимодействие антител с антигеном остается безрезультатным, пока они не осуществят свои вторичные, «эффекторные» функции.

Один из наиболее важных эффекторных механизмов действия IgGl и lgG3 состоит в активации системы комплемента — группы особых сывороточных белков, принимающих участие в воспалительных реакциях. Связываясь с антигеном. IgM, IgGl и lgG3 способны активировать каскад протеолитических реакций, осуществляемых системой комплемента. Менее эффективен в этом отношении lgG2; антитела же lgG4, IgA, IgD и IgE не активируют комплемент.

К зффекторным функциям иммуноглобулинов относится также их избирательное взаимодействие с различными типами клеток при участии специальных рецепторов клеточной поверхности.

КЛЕТОЧНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ ДЛЯ АНТИТЕЛ

Существует три типа рецепторов клеточной поверхности для IgG

Клеточные рецепторы для IgG опосредуют ряд эффекторных функций антител. Перекрестная сшивка антигеном антител Ig, связанных с рецепторами, инициирует ту или иную биологическую активность клетки, причем разные рецепторы могут индуцировать одни и те же активности, среди которых главные — фагоцитоз, зависимая от антител клеточная цитотоксичность, высвобождение медиаторов и презентация антигена.

На поверхности клеток выявлены к настоящему времени три группы рецепторов IgG человека: FcyRI, FcyRII и FcyRIII. Все они имеют внеклеточные домены, в значительной степени гомологичные V-областям иммуноглобулинов, т. е. относятся к иммуноглобулиновому суперсемейству молекул, как и специфичный для IgA рецептор FcaR.

Свойства и распределение рецепторов для IgG

Рецептор FcyRI на клетках человека связывает с высоким сродством мономерный IgG и имеет более ограниченное распространение, чем другие рецепторы.

Рецептор FcyRI I экспрессируют очень многие клетки, часто как единственный рецептор Ig. Он связывает с низким сродством IgG, причем только в составе иммунных комплексов или агрегатов.

Рецептор FcyRIIl обильно гликозилирован и экспрессируется в формах с мол. массой от 50 до 80 кДа. В форме FcyRI Па его экспрессируют макрофаги, НК-клетки и некоторые Т-клетки; эта форма связывает мономерный, а также включенный в иммунный комплекс IgG с аффинностью 3 ч ЙП7 М"1. В форме FcyRIIIb, связанной с клеточной мембраной посредством GPI, этот рецептор экспрессируют только гранулоциты; FcyRIIIb связывает IgG с низким сродством.

Дополнительное разнообразие клеточных рецепторов для IgG

Три типа Fcy-рецепторов встречаются в 12 различных изоформах, и, кроме того, описан генетический полиморфизм для FcyRII и FcyRIIl. Наряду с этой внутренней гетерогенностью существует, как установлено, и другая, обусловленная экспрессией данных рецепторов на клеточной поверхности в виде комплексов с полипептидными цепями иного происхождения. Два типа таких цепей идентифицированы. Они соединяются с рецепторами разных типов:

• FcyRI, аналогично FceRI, образует комплекс с димером изу-цепей, соединенных дисульфидной связью,

• FcyRI I la может ассоциировать с теми же димерами г-цепи, либо с димерами ж-цепи, либо с гетеродимерами из у- и ж-цепей.

Ассоциированные цепи, вероятно, обеспечивают экспрессию рецепторов на плазматической мембране и, кроме того, важны, по-видимому, для передачи сигнала внутрь клетки. В случае Fcylllb, заякоренного в мембране при помощи GPI, вероятно нет необходимости ни в г-, ни в ж-цепях.

IgE связывается с двумя различными клеточными Fce-рецепторами.

В настоящее время известны два различных клеточных рецептора для IgE. На тучных клетках и базофилах обнаружен высокоаффинный «классический» рецептор FceRI, относящийся к иммуноглобулиновому суперсемейству молекул. Существенно отличный от него низкоаффинный Fc-рецептор для IgE выявлен на лейкоцитах, в том числе и на лимфоцитах. Низкоаффинный рецептор не принадлежит к иммуноглобулиновому суперсемейству, но в значительной степени гомологичен некоторым лектинам животных, например лектину, связывающему маннозу.

FceR/ - высокоаффинный клеточный рецептор к IgE

Молекула FceRI образована 4 полипептидными цепями. Входящая в ее состав гликозилированная ос-цепь экспонирована над поверхностью клетки. Антитела к б-цепи способны блокировать связывание IgE с этим рецептором и самостоятельно индуцировать высвобождение гистамина из лейкозных базофилов крысы. Углеводные компоненты б-цепи, вероятно, защищают ее от действия сывороточных протеаз, но не имеют значения для связывания IgE и обусловленного IgE высвобождения гистамина.

Одна в-цепь и две соединенные дисульфидной связью г-цепи — это важные компоненты ару2-рецепторной единицы. Они необходимы для экспрессии рецептора на поверхности клетки и, вероятно, для трансмембранной передачи сигнала.

Рецептор FceRI взаимодействует с С-концевой частью тяжелых цепей IgE, а именно с Се2-и/или СеЗ-доменами. Это связывание высокоспецифично и характеризуется очень высокой константой. Однако ни взаимодействие рецептора с одновалентным IgE, ни связывание специфического лиганда одной молекулой IgE, по-видимому, не активирует тучные клетки или базофилы, поскольку при этом не происходит высвобождения гистамина. Для начала дегрануляции необходимо, чтобы несколько соединенных с клеточной поверхностью молекул IgE были перекрестно связаны антигеном или другими лигандами, вызывающими дегрануляцию.

Углеводные компоненты молекулы IgE, вероятно, не участвуют во взаимодействии с FceRI; они важны для секреции IgE В-клетками.

Раньше считалось, что высокоаффинные рецепторы для IgE имеются только на тучных клетках и базофилах, но недавно установлено, что они могут присутствовать также на клетках Лангерганса и на стволовых клетках.

FcfR// - низкоаффинный клеточный рецептор для IgE

Лимфоцитарный FceRII человека, или антиген CD23, содержит типичный для мембраносвязанной молекулы трансмембранный домен, но расположен в мембране необычно — «вверх ногами», т.е. С-концом снаружи клетки. В отличие от других Fc-рецепторов он относится не к иммуноглобулиновому суперсемейству молекул, а к филогенетически более древнему суперсемейству животных лектинов.

К настоящему времени идентифицированы, клонированы и секвенированы две формы FceRII человека, одинаковые по структуре внеклеточных доменов, но различные в Н-концевой, цитоплазматической области. Рецептор FceRlla постоянно присутствует в норме на В-клетках, тогда как экспрессия FceRIIb индуцируется цитокином ИЛ-4 на Т-клетках, В-клетках, моноцитах и эозинофилах. Часто эта экспрессия бывает повышенной на В-клетках и моноцитах у больных экземой и на лимфоцитах при сенной лихорадке.

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И ФУНКЦИИ АНТИТЕЛ

Получение протеолитических фрагментов для анализа структуры и функции антител

Растительная протеаза папаин расщепляет молекулу IgG в шарнирной области между Cyl - и Су2-доменами на два идентичных антигенсвязывающих фрагмента Fab и один способный кристаллизоваться фрагмент, Fc. Изучение этих фрагментов существенно помогло установлению структуры и функций антител, поскольку дало возможность отделить область Fab, взаимодействующую с антигеном, от области Fc, ответственной за эффекторные функции, например за фиксацию комплемента, связывание с моноцитами или проникновение через плаценту.

При продолжительном папаиновом гидролизе от Fc-фрагмента отщепляется фрагмент Fc', состоящий из двух неполных СуЗ-доменов. Другой фермент, часто применяемый в структурно-функциональных исследованиях, — пепсин. Он расщепляет молекулу IgG на два крупных фрагмента — F2, включающий в себя целиком обе Fab-части, соединенные в шарнирных областях тяжелых цепей, и pFc', который соответствует двум СуЗ-доменам этой молекулы.

Молекулу IgG расщепляют и многие другие ферменты. Так, кратковременное воздействие трипсином на обработанные кислотой Fc-фрагменты позволяет выделить Су2-домен для последующего структурно-функционального сопоставления его с другими субфрагментами молекулы IgG, в частности с pFc'.

Связывание антителами разнообразных антигенов обеспечивают гипервариабельные последовательности антигенраспознающих центров.

Аминокислотная последовательность некоторых коротких участков вариабельной области тяжелых и легких цепей чрезвычайно изменчива. В легких цепях эти сегменты, названные гипервариабельными, находятся вблизи 30, 50 и 95 позиций. Их называют также участками, определяющими комплементарность, поскольку именно они образуют антигенсвязывающие центры молекулы антитела. Последовательности между гипервариабельными сегментами названы каркасными. В V-области каждой легкой и тяжелой цепи имеется по три CDR и по четыре FR.

Вариабельные области легких и тяжелых цепей пространственно свернуты так, что гипервариабельные участки находятся близко друг к другу и образуют на поверхности молекулы структуру, связывающую антиген. Такие сегменты располагаются чаше всего на изгибах пептидной цепи.

В структуре антител идентифицировано много участков, отвечающих за эффекторные функции.

Если локализация антигенсвязывающих центров была установлена очень быстро, то последовательности, ответственные за большинство эффекторных функций, долгое время не удавалось точно локализовать. Некоторые предварительные данные были получены в опытах по ингибированию функциональной активности антител их субфрагментами, образующимися при ферментативном расщеплении, однако дело продвигалось медленно, пока не стало возможным применение метода сайт-направленного мутагенеза, который позволяет вызывать избирательно замену различных аминокислотных остатков в известной пептидной последовательности и таким образом определять значение различных остатков для осуществления функции.

Прежде всего, этот метод был использован для изучения механизма активации комплемента антителами IgG. К тому времени уже было известно, что Clq взаимодействует с Су2-доменом IgG. С помощью сайт-направленного мутагенеза удалось выявить участок связывания Clq — боковые цепи трех аминокислотных остатков в Су2-домене, Glu-318, Lys-320 и Lys-322. Эта последовательность, по-видимому, типична для участков взаимодействия молекул IgG с Clq.

В случае IgM механизм активации комплемента, вероятно, иной. Свободный циркулирующий IgM в звездообразной конфигурации не способен, очевидно, активировать комплемент, но приобретает эту способность после связывания с антигеном. По предположению Файнстайна и др., при связывании с полимерным или перекрестносвязанным антигеном Р2_единицы IgM отклоняются от плоскости своего исходного положения так, что пентамер приобретает «крабовидную» конфигурацию, вполне различимую при электронной микроскопии. Эти конформационные изменения, вероятно, обнажают кольцо сайтов для связывания Clq, скрытых при звездообразной конфигурации пентамерной молекулы IgM из-за тесного сближения соседних мономеров. Участок связывания Clq находится в CμЗ-дoмeнe, причем его структурная локализация аналогична локализации возможного сайта той же специфичности в Су2-домене.

Молекулы IgG взаимодействуют с разнообразными клеточными Fc-рецепторами. По данным исследований с применением сайт-направленного мутагенеза, высокоаффинный рецептор FcyRI на моноцитах связывается со структурным мотивом г-цепи, расположенным вокруг остатка лейцина в позиции 235, между Су2-доменом и шарнирной областью.

Не так давно раскрыт механизм взаимодействия IgG материнского молока с FcRn, экспрессированным на кишечном эпителии новорожденного крысенка; предполагается, что он близок к механизму связывания материнского IgG человека с hFcRn — плацентарным аналогом FcRn. Сайт в составе Fc, связывающий

FcRn, находится на стыке доменов Сн2 и СнЗ. перекрывая участок взаимодействия со стафилококковым белком А. Вероятно, основное функциональное значение в этом участке имеют три или четыре остатка гистидина: по-видимому, от них зависит связывание IgG с FcRn при рН 6,5 и его высвобождение при рН 7,5.

Для идентификации сайтов молекулы IgE, связывающихся с FceRI тучных клеток или с FceRII В-клеток, были применены методы генетической инженерии. Синтез рекомбинантных пептидов, соответствующих тем или иным отрезкам последовательности е-цепи, и сопоставление их ингибируюшего влияния на взаимодействие IgE с клеточными рецепторами позволили установить, что связывание IgE с FceRI, по-видимому, опосредовано пептидом из 76 остатков между Се2 и СгЗ. тогда как FceRlI, вероятно, распознает структуру, состоящую из аминокислотных остатков СгЗ-доменов обеих е-цепей.

Получены также некоторые данные о топографии взаимодействий между Fc-частью молекулы lgG и белком A Staphylococcus aureus. Сайт связывания находится, предположительно, в области соединения доменов Су2 и СуЗ IgG.