Імунологія

План

1.Головний комплекс гістосумісності.

2.АГ-специфічний рецептор Т-лімфоцитів.

3.АГ-специфічний рецептор В-лімфоцитів.

Основні поняття: головний комплекс гістосумісності, антигенспецифічні рецептори.

1. Головний комплекс гістосумісності (ГКГ)

Відкриття та вивчення ГКГ стало головною подією в фундаментальній та прикладній імунології. Сучасні імунологічні дані переконливо довели, що загальна роль ГКГ-системи полягає в забезпеченні генетичного гомеостазу в організмі, інтегруючи фактори вродженого та адаптивного імунітету. Саме набір молекул ГКГ робить багатоклітинні організми унікальними в фізіологічних реакціях, включаючи поведінкові та гендерні їх особливості. У людини ГКГ названий HLA (Human Leukocyte Antigen) через те, що вони були вперше виявлені на лейкоцитах. Але в подальшому ці антигени були виявлені на всіх ядровмісних клітинах.

Генетичні структури HLA-комплексу.

В 2004 році опубліковані останні відомості про структуру генів HLA-системи (T. Shiina, 2004). HLA-комплекс розміщений в середині короткого плеча 6-ї хромосоми (ділянка вторинної перетяжки). Розмір комплексу складає близько 4 сантиморганів, тобто гени комплексу тісно зчеплені і рідко рекомбінують при кросинговері. Гени HLA-системи поділяють на 3 класи: 1, 2, 3. Але лише 1 і 2 класи контролюють власне антигени гістосумісності.

В 1 клас входять класичні локуси А, В, С добре представлені на плазмолемі клітин і нещодавно відкриті Е, Н, G, F. Їх молекули слабко або зовсім не представлені на поверхні клітин. Вони не беруть участі у презентації антигенів Т-кілерам. Їх конкретна функція ще вивчається. Локуси 1 класу розміщуються ближче до теломери хромосоми. Їх послідовність розміщення наступна: В-С-Е-А-Н-G-F.

Гени 2 класу історично об'єднані в D-регіон, в який входять класичні регіони DR, DQ, DP, молекули яких беруть участь в презентації антигену. Нещодавно відкриті некласичні локуси, які виконують допоміжні функції (Ring, CoHLA, LMP, TAP, DO). D-регіон розміщується ближче до центромери. Їх послідовність наступна: Ring-CoHLA-DP- LMP-TAP-DO-DQ-DR.

Гени, що належать до 3-го класу не кодують антигени гістосумісності. Але їх тісне зчеплення з ГКГ комплексом невипадкове. Їх молекулярні продукти прямо чи опосередковано беруть участь в імунітеті, а в філогенетичному минулому, напевно, відігравали домінуючу захисну і гомеостатичну функції. Локуси (гени) 3-го класу розміщуються між локусами 1 і 2 класу ГКГ в наступній послідовності: CYP21-C4B-CYP21-C4A-Bf-C2-HSP70-BAT-TNF.

В локуси 1 і 2 класу входять гени, що контролюють поліпептидні ланцюги молекул гістосумісності. Локуси 1-го класу А, В, С -- одногенні, контролюють альфа-ланцюги. Локуси 2-го класу D-регіону двогенні -- контролюють альфа- і бета-ланцюги. В кожному з цих локусів кількість альфа- і бета-генів і їх експресія варіює, але в кінцевому метаболізмі експресується в поліпептидні ланцюги лише один з варіантів альфа- і бета-генів.

Однією з важливих особливостей будови і функції HLA-системи є поліморфізм її генів, тобто кожен ген має серію алелей, що виникли в результаті мутацій або рекомбінацій шляхом конверсії генів. Тип взаємодії алельних генів -- кодомінантність, тобто кожна алель розміщена в різних гомологічних хромосомах проявляється в фенотипі в рівному ступені. Такий високий поліморфізм HLA-системи робить кожну особу унікальною за набором генів гістосумісності.

Будова молекул гістосумісності 1-го класу (ГКГ-1К)

Внормі класичні антигени системи HLA (АВС) присутні на всіх ядровмісних клітинах, відрізняються ступенем експресії.

Молекула ГКГ-1К є гетеродимером, складається з важкого альфа-ланцюга і нековалентно сполученого з нею легкого бета-ланцюга. Але лише альфа-ланцюг кодується в 6-й хромосомі ГКГ, а бета-ланцюг (бета-мікроглобулін) -- в 15-й хромосомі. Альфа-ланцюг молекули 1 класу має близько 340 амінокислотних (АК) залишків, які формують 3 позаклітинні домени: альфа 1, 2, 3. Альфа 1 і альфа 2 домени високополіморфні, тобто кодуються серією алельних генів, із яких альфа 1 домен більш поліморфний, ніж альфа 2. Гіперваріабельні ділянки альфа 1 і 2 доменів утворюють жолоб, «кишеню» -- деяке заглиблення, стінка якого обмежена укладкою обох доменів у вигляді альфа-спіралі, а дно -- антипаралельними складками у вигляді бета-складок. Це заглиблення (кишеня) назване пептидзв'язуючою борозною. Певна АК послідовність цієї гіперваріабельної кишені слугує якорем, тобто компліментарна певному процесованому пептиду.

Неваріабельний (константний) альфа 3 домен знаходиться в нековалентній асоціації з бета-2-мікроглобуліном, що також є константним за АК послідовністю. Він має 100 АК залишків, стабілізованих S-S зв'язком в один домен.

Впептидзв'язуючу борозну (далі активний центр (АЦ) ГКГ-1К) потрапляє процесований пептид (власний або чужорідний), що складається з невеликої кількості АК залишків -- 4-9, тобто по суті рівний одній антигенній детермінанті -- епітопу. Складний повний білковий антиген містить сотні епітопів.

Потрапляє пептидний епітоп в активний центр ГКГ-1К завдяки продуктам локусів LMP і ТАР, що знаходяться в D-регіоні ГКГ-2К. Гени локусу LMP кодують великий пептидазний комплекс, названий протеосомою -- внутрішньоцитозольний комплекс пептидаз, що забезпечує протеоліз ендогенних та екзогенних пептидів. Утворені в результаті фрагментації (процесування) пептиди-епітопи із цитозоля потрапляють в ендоплазматичну сітку (ЕС) через канали в ЕС, утворені трансмембранними білками, які кодуються в локусі ТАР. В ЕС відбувається завантаження пептида-епітопа в борозну активного центра ГКГ-1К. Далі даний комплекс потрапляє в апарат Гольджі, де утворюються секреторні міхурці, що містять ГКГ-1К+пептид процесований (ГКГ-1К+ЕП), які транспортують його на поверхню цитоплазматичної мембрани клітини для презентації (впізнавання) АГ рецепторам Т-лімфоцитів кілерів/супресорів (CD8⁺-клітини).

Будова молекул гістосумісності 2-го класу (ГКГ-2К)

Молекули ГКГ-2К являють собою гетеродимери двох поліпептидних ланцюгів: альфа-ланцюг і бета-ланцюг. Обидва вони кодуються відповідними генами локусу D-регіону. Альфа- і бета-ланцюги складаються приблизно з 230 АК залишків і кожен формує 2 позаклітинних домени: альфа 1 і альфа 2; бета 1 і бета 2 трансмембранну частину і внутрішньоцитоплазматичний домен -- «хвіст». Обидва ланцюги містять високо полімерні зовнішні домени (альфа 1 і бета 1), з них найбільш поліморфний бета 1. Примембранні домени альфа 2 і бета 2 -- константні. Варіабельні домени альфа 1 і бета 1 формують пептидзв'язуючу борозну, гомологічну молекулу ГКГ-1К: альфа-спіралі доменів краю і стінки борозни антипаралельні бета-складці -- дно борозни (АЦ).

Але відомі відмінності як у будові АЦ, так і в його завантаженні процесованим пептидом: завантажуються екзогенні пептиди, що потрапляють в клітину шляхом фаго-піноцитозу; ендосоми зливаються з лізосомами з утворенням вторинної лізосоми в якій процесуються, антигени фрагментуються до імуногенних пептидів-епітопів, де відбувається завантаження в АЦ ГКГ-2к процесованого пептида-епітопа. Даний комплекс транспортується на поверхню клітини де презентується для розпізнавання Тх-лімфоцитам (СД4⁺-клітинам).

Біологічна роль молекули ГКГ

Загальна функція молекул ГКГ-1 і 2 класу полягає в презентації антигенних пептидів для розпізнавання Т-лімфоцитів, які забезпечують міжклітинні взаємодії, при яких забезпечується основна морфогенетична функція імунітету -- контроль і регулювання проліферації і диференціювання клітин всіх тканин. Однак конкретна участь молекул ГКГ-1 і 2 класу у цих процесах відрізняється.

Молекули ГКГ-1 класу (А-В-С-молекули) розташовуються на всіх ядерних клітинах і презентують в основному власні пептиди-епітопи. Таке широке поширення і основна презентація власного фенотипу відводить їм конкретні функції:

1.ГКГ-1 класу є рецепторами взаємодії, при яких відбувається самовпізнавання і саморегуляція гістогенезу клітин усіх тканин. Тим самим здійснюється регуляція морфогенезу. В процесі клітинних взаємодій виділяються короткодіючі цитокіни (гормоноїди), кейлони, кініни, простагландини, інтерлейкіни та інші, які беруть участь в саморегуляції клітин.

2.Забезпечення цитотоксичної функції Т-кілерів/супресорів.

АГ-специфічні рецептори Т-кілерів/супресорів пізнають чужорідні пептиди в складі комплексу з ГКГ-2 класу на клітинах мішенях і вбивають їх. Останніми є заражені паразитами клітини чи трансформовані клітини.

Молекули ГКГ-2 класу класичного репертуару (DР, DQ, DR) мають обмежене розповсюдження порівняно з ГКГ-1 класу. В інтактному (спокійному) стані молекули ГКГ-2 класу розташовуються на клітинах імунної системи, що належать до антигенпрезентуючих клітин (АПК). За рівнем щільності молекул ГКГ-2 класу вони розташовуються в наступному порядку: В-лімфоцити → дендритні клітини → макрофаги.

Конкретні функції ГКГ-2 класу:

1.Молекули ГКГ-2 класу презентують процесовані свої чи чужорідні пептиди для розпізнавання Т-хелперам, які індукують імунну відповідь.

2.Молекули ГКГ-2 класу разом з ГКГ-1 класу регулюють силу імунної відповіді на конкретний антиген (аутоструктури).

Вивчення зв'язків ГКГ-системи з деякими захворюваннями має велике значення для епідеміології, діагностики, прогнозу лікування. Зараз реалізується міжнародна програма «HLA і хвороби», в результаті якої накопичені дані про те, що класичні HLA-антигени 1 і 2 класу асоціюються зі схильністю практично до 100 хвороб. Частота алелей ГКГ-комплексу також використовується біологами для вивчення динаміки та міграції популяцій.

2.АГ-специфічний рецептор Т-лімфоцитів

Природна антигену, що розпізнає рецептори Т-лімфоцитів, залишалася невідомою до початку 80-х рр., коли спільними зусиллями декількох груп вчених були ідентифіковані два поліпептидних ланцюга α i β, які входять до складу Т-клітинного рецептору (ТКР) разом з раніше описаною молекулою СD3. Наприкінці 80-х рр. встановлено існування другого ізотипу ТКР, утвореного γ і δ, також в комплексі з СD3. Структура і генетичний контроль рецепторів α i β та γ і δ-типів аналогічні.

Гетеродимери α i β та γ і δ ТКР мають доменну організацію до складу яких входять 87-113 АК залишків. Надмембранна частина кожного ланцюга ТКР складається з двох доменів, з яких N-кінцевий домен варіабельний, а примембранний -- константний. Далі йде трансмембранна частина білкового ланцюга (12-20 АК залишків) і дуже короткий цитоплазматичний (3-5 АК-залишків) домен («хвіст»).

В V-доменах ТКР, як і в V-доменах імуноглобулінів є чотири ділянки з відносно постійною АК послідовністю (каркасні ділянки) і три гіперваріабельні ділянки (які визначають компліментарність). Гіперваріабельні ділянки входять до складу порожнини, яка утворює АГ-ділянку, що зв'язує рецептори. Поліпептидні ланцюги ТКР зв'язані дисульфідними зв'язками. Ланцюги ТКР експресують на мембрані Т-лімфоциту тільки в комплексі з СD3.

Комплекс СD3 відкритий в 1979 р., тобто раніше ніж ланцюги ТКР, із застосуванням МКАТ ОКТ3. До складу СD3 входить пентамер ланцюгів γ, δ, ε, ζ, η (гама, дельта, епсілон, дзета, ета), які є трансмембранними білками.

В четвертинній структурі ТКР являє собою двовалентний комплекс, тобто 2 активних центра з шарнірними ділянками, як і в ТКР.

Корецепторні трансмембранні молекули Т-лімфоцитів: СD4 і СD8

На зрілих Т-лімфоцитах присутній один із варіантів допоміжних молекул СD4, СD8, які визначають переважну функцію Т-лімфоциту: Тх чи Тк/с. Молекула СD4 має 4 позаклітинних домени. З них Т-кінцевий домен побудований по типу V-домену, а інші -- С-домену імуноглобулінів. Позаклітинні домени СD4 зв'язуються з константними доменами β-ланцюга ГКГ-2К (β₂-доменом), підвищуючи компліментарність взаємодії ТКР з ГКГ-2К+АГпр на АПК. При цьому збільшується активуючий сигнал в 100 разів через цитоплазматичний хвіст, який контактує з тирозинкіназою р 56 ІСК.

Молекула СD8 складається з двох пептидів α і β, з одним позаклітинним V-доменом імуноглобулінового типу. Ланцюги сполучені дисульфідним зв'язком. Обидва ланцюги відповідають за взаємодію з молекулою ГКГ-1К, її константним α3 доменом, з яким переважно взаємодіє α-ділянка гетеродимера СD8. ГКГ-1К містить процесований пептид, і його взаємодія з ТКР через СD8 збільшує спорідненість ТКР до АТ і проводить активуючий сигнал в цитоплазму

Генетика антигенрозпізнаючого Т-клітинного рецептору

Структури ТКР кодуються 4 різноманітними групами генів. Обидві пари ізотипів ТКР α, β і γ, δ в асоціації з ланцюгами СD3 (γ, δ, ε, ζ, η) утворюють повний ТКР. Загальний порядок розташування генів ТКР в хромосомі нагадує розташування генів важких ланцюгів імуноглобулінів.

Спосіб рекомбінації V-генів з D і j подібні з генами імуноглобулінів.

3. АГ-специфічний рецептор В-лімфоцитів

В ході антигеннезалежного диференціювання в аналогу бурси Фабриціуса (в основному в кістковому мозку) в центральному В-органі формується ВКР у вигляді мономерного мембранного ІГМ. Активний центр ВКР утворюється в результаті випадкового реаранжування варіабельних генів легкого (V, j-гени) і важкого (V, D, j-гени) ланцюгів. Мембранний ІГМ, окрім 4-х константних доменів, має трансмембранну гідрофобну ділянку і цитоплазматичний домен, обидва останні кодуються додатковими екзонами у відповідних кластерах ДНК. Кінцеве антигеннезалежне диференціювання завершується синтезом мембранного ІГD в якості ВКР. Вихідне реаранжування варіабельних доменів ІГМ-рецептора, зберігається і на ІГD-рецепторі, шляхом перемикання синтезу константних доменів з μ-ланцюга на δ-ланцюг.

ВКР для антигену містить в своєму складі додаткові молекули не пов'язані з розпізнаванням, але важливі для передачі сигналу. Це 2 пари гетеродимерних молекул білків ІГα (СD79а) та ІГβ (СD79b). Вони, подібно СD3, беруть участь у проведенні в цитоплазму В-лімфоцита активуючого сигналу з ВКР, який зв'язав епітоп антигену.

Контрольні питання:

1.З чим пов'язана різна назва головного комплексу гістосумісності у різних видів?

2.Локуси першого і другого класів гістосумісності є моногенними чи полігенними? Дати пояснення цим термінам.

3.У чому полягає загальна функція антигенів головного комплексу гістосумісності?

4.Охарактеризувати з приведенням прикладів поняття гаплотипу, генотипу, фенотипу антигенів головного комплексу гістосумісності.

5.Визначити відмінності функцій Н-антигенів 1 і 2 класів.

6.Яка мета міжнародної програми «HLA і хвороби»?.

ЛІТЕРАТУРА

Основна:

1.Імунологія : Підручник / А. Ю. Вершигора, Є. У. Пастер, Д. В. Колибо та ін.; Передм. С. Комісаренка ; за заг. ред. Є. У. Пастера. -- К. : Вища шк., 2005. -- 599 с.

2.Ройт А. Иммунология. Пер. с англ. / Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. -- М. : Мир, 2000. -- 592 с.

3.Скок М. В. Основи імунології : Курс лекцій / М. В. Скок. -- К. : Фітосоціоцентр, 2002. -- 152 с.

4.Дранник Г. Н. Клиническая иммунология и алергология : пособие для студентов, врачей-интернов, иммунологов, аллергологов, врачей лечебного профиля всех специальностей; 4-е изд., доп. / Г. Н. Дранник -- К. : 2010. -- 552 с.

Додаткова:

1.Ярилин А. А. Основы иммунологии : учебник / А. А. Ярилин. -- М. : Медицина, 1999. -- 608 с.

2.Якобисяк М. Імунологія / Якобисяк М. -- Вінниця : НОВА КНИГА, 2004. -- 672 с.

3.Хаитов Р. М. Иммунология : учебник / Хаитов Р. М., Игнатьева Г. А., Сидорович И. Г. -- М. : Медицина, 2000. -- 432 с.

4.Сапин М. Р. Иммунная система человека / Сапин М. Р., Этинген Л. Е. -- М. : Медицина, 1996. -- 304 с.